Влияние удобрения почв на повышение потенциала биологической фиксации азота

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЯ ПОЧВ НА ПОВЫШЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИКСАЦИИ АЗОТА Мустафаев З.Х. Email: Mustafayev661@scientifictext.ru

Мустафаев Захид Халил оглы - кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, отделение бонитировки и агроэкологии почв, Институт почвоведения и агрохимии Национальной Академии наук Азербайджана, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: использование минеральных удобрений считается основным путем обеспечения азотом сельскохозяйственных культур. Однако из-за энергетического кризиса и дороговизны азотных удобрений последние не всегда могут полностью удовлетворить потребность растений в азоте. В связи с этим большое значение имеет биологический азот, о чем неоднократно говорил Д.Н. Прянишников. Применение биологического азота создает благоприятный фон для земледелия и позволяет более экономно расходовать минеральные азотные удобрения. Система удобрения оказывает существенное влияние на нитрогеназную активность бактерий ризосферы. Ключевые слова: азотофиксация, нитрогенозы удобрение, микроорганизмы.

INFLUENCE OF FERTILIZER OF SOILS ON THE INCREASE OF THE POTENTIAL OF BIOLOGICAL FIXATION OF NITROGEN

Mustafayev Z.Kh.

Mustafayev Zahid Khalil - Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher, DEPARTMENT OF SOIL GRADING AND AGROECOLOGY INSTITUTE OF SOIL SCIENCE AND AGROCHEMISTRY OF NATIONAL ACADEMY OF

SCIENCES OF AZERBAIJAN BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN

Abstract: use of the mineral fertilizers is considered a main method of provision of agriculture plants with nitrogen. However the, plant need for nitrogen cant be always wholly satisfied because of energetic crisis and expensiveness of nitrogen fertilizers. In the connection biological nitrogen about D.N.Pryanishnikov due told assumers, a great importance. An application of biological nitrogen creates favorable background for agriculture and allows to spend economically mineral fertilizers. The fertilizer system has a significant effect on the nitrogenase activity of the rhizosphere bacteria. Keywords: nitrogen fixation, nitrogenosis, fertilizer, microorganism.

УДК 631,461

Введение

Управление процессом азотофиксации имеет особенно большое значение в условиях адаптивного земледелия, так как дает возможность успешно решать основную задачу - получение необходимого количества высококачественной продукции при экономном расходовании природных ресурсов (питательных веществ почвы, энергии, воды и пр.). С этой точки зрения будут рассмотрены некоторые результаты наших исследований. В связи с обнаружением в корневой зоне ряда сельскохозяйственных культур при разных системах удобрения заметных колебаний в численности аэробных и анаэробных диазотрофов было важно определить закономерности функционирования нитрогеназного комплекса [6].

Установлено, что система удобрения оказывает существенное влияние на нитрогеназную активность бактерий ризосферы. Для разных сельскохозяйственных культур была характерна различная амплитуда колебаний величины нитрогеназной активности. Как правило, величина нитрогеназной активности изменялась в связи с различным физиологическим состоянием растений. Она достигала максимума при активном росте сельскохозяйственных культур: в период колошения озимой пшеницы и цветения кукурузы [7].

Расположение района исследования, краткая географическая характеристика

Объектом исследования стали: серо-коричневые (каштановые) почвы Гянджа-Казахской наклонной равнины, расположенной от предгорной зоны северовосточного склона Малого Кавказа до правого побережья р. Кура, граничащей на западе - р. Инджасу и Арменией, на юге - Шахдаг и Муровдагскими хребтами, на востоке протягиваясь до долины Гарачай. включая в себя отличающиеся по своим геологическим и геоморфологическим свойствам административные районы Казахский. Акстафинский. Таузский. Кедабекский. Шамкирский. Дашкесанскнй. Самурский. Геранбойский и Гейгельский [1].

Северо-восточный склон Малого Кавказа представлен кристаллическими известняками, осадочными породами и мергелями, элювии и делювии которых широко распространены в бассейне рек Гянджачай. Шамкирчай. Гошгарчая-Газах и Таузского районов, а также Аггильджачая Кедабекского района. На территории распространены вулканические и осадочные породы Юрского периода Мезозоя, а также отложения третичного и четвертичного периодов Кайнозоя [2].

Шихлинский Э. М. [3] по климатическому районированию на северо-восточном склоне Малого Кавказа выделил 3 климатического пояса (субальпийский, горно -лесной и сухостепной).

Начиная с высоты 400-500 м на каждые 100 м. происходит понижение суммарной радиации на 0.8 ккал /см", а радиационный баланс понижается на 1 ккал/см".

В зоне сухих степей годовое значение радиационного баланса составляет 45.3-49.7 ккал см в среднегорьях лесной зоны 39.0-40.0 ккал/см" [3].

На предгорных равнинах среднегодовая температура воздуха составляет 12—13°С. постепенно уменьшаясь с увеличением гипсометрического уровня и в зависимости от экспозиций и уклона склонов, на низко- и среднегорьях изменяется от 11 -13 °С.

Рис. 1. Географическое расположение Гянджа-Газахской наклонной равнины Азербайджана

В питании рек участвуют снеговые, дождевые, подземные и воды источников. Годовое питание водами источников составляет 45-46%, снеговое и ледниковое

питание 35-36%, дождевое питание 14-18%, которые в течение года распределены крайне неравномерно. Наибольший объем стока 50-75% приходится на весенне-летние (март-июнь), а наименьший (10-15%) - в зимние периоды [4].

Почвенный покров Малого Кавказа, классификация и систематика почв подробно описана в работах Салаева М. М. [5], где автор указывает на повсеместное распространение на Малом Кавказе высокоглинистых элювий материнской породы, в соответствии специфичностью гидротермической системы.

Методы исследования

Исследования проводились в период 2017-2018 гг. Нитрогенезную активность почвенных проб определяли по методу Калининской с соавт. [9]. Анализу подвергали пробу почвы массой 5 г. Пробу помещали в стеклянные пенициллиновые флаконы объемом 10 мл, увлажняли ее д 60% полной влагоемкости. Флаконы герметично закрывали резиновые пробками, которые закрепляли специальными и металлическими зажимами. Из флаконов дважды откачивали вакуумным насосом воздух и заполнили их аргоном. Затем шприцем вносили ацетилен в количестве 10% объема газовой фазы. Пробы инкубировали при 280С в темноте.

Нитрогенезную активность определяли через 1, 2, 3 и 5 суток по образованию этилена, которой анализировали газохроматографическим методом. Количество этилена измеряли на газовом хроматографе «Хром-4» с пламенно-ионизационным детектором на колонке длиной 1,2 м и диаметром 6 мм, заполненной силикагелем АСК (60-80 меш). Температура колонки составляла 50° С, температура испарителя -100 °С. Скорость газа-носителя аргоне составляла 30 мл/мин. Расчеты активности азотафиксации проводили, используя соотношение ацетилена к азоту, разное 3:1 [10].

Одновременно проведением анализов на актуальную активность азотафиксации определяли и потенциальную активность азотафиксации в почве. С этой целью и сосуды объемом 15 мл помещали образец почвы массой в 5 г. Затем вводили раствор глюкозы и так, чтобы концентрация ее составила 1% массы образца и стерильной водой доводили влажность почвы до 80-90 % полно влагоемкости. Сосуды акрывали ватным пробками с ставили в термостат при 280С. После 24 ч. Инкубации в термостате ватные пробки заменяли на резиновые, закрепляли последние металлическими зажимами, вводили 10% ацетилена и снова ставили термостат. Через определенной срок (6 или 12 ч) отбирали 0,5 мл газовой пробы и определяли количество образовавшегося этилена. В контрольных сосудах (без ацетилена) определяли наличие эндогенного этилена.

Определение образовавшегося этилена проводили на газовом хроматографе «Хром-5».

Для разделения газов использовали окись алюминия со щелочной пропиткой (или Рогарака), которой заполняли металлическую колонку длиной 1,2 м и диаметром 3 мм. В качестве газа-носителя использовали скорость тока которого была 40 мл/млн. Фиксации азота устанавливали путем расчета, определяя нитрогенезную активность по концентрации образовавшегося этилена.

Количество этилена определяли по стандартным пикам калибровочной кривой [11].

Количество фиксированного азота в почве рассчитывали по следующей формуле:

, (а7 - а )• 2N •V-100

А = ^-и-,

V • т • 3

где: А - количество фиксированного азота (в наномолях на 1 кг почвы за 1 ч.);

а - количество восстановленного этилена (в наномолях С2Н4 на 0,5 мл газовой пробы);

а - количество в фонового этилена в наномолях С2Н4 на 0,5 мл газовой пробы;

2N - молекулярный вес азота в г.;

V - объем газовой фазы реакционного сосуда, мл;

V - объем газовой пробы, вводимой в колонку хроматографа, мл;

3 - соотношение между восстановленным этиленом и аммиаком: т - вес опытной навески почвы, г.

Результаты их обсуждения.

Результаты исследований показали, что внесение одних минеральных удобрений или сочетание их с навозом может усилить или замедлить процесс функционирования нитрогеназного комплекса в ризосфере отдельных сельскохозяйственных культур.

Таблица 1. Действия удобрений на актуально нитрогенную активность (мкг азота на 1 кг почвы в сутки) в ризоценозе озимой пшеницы серо-коричневая (каштановая) почва

Варианты В среднем, за сутки За период вегетации

май Июнь Июль Средняя

Се ро-коричневая каштановая

1 .Без удобрений 73 78 69 73 19,7

2.^0Р40К40 66 88 73 75 20,2

3.^20Р40К40 53 97 80 78 21,0

4^140Р170К170 54 93 87 78 21,0

5.^0Р40К120 70 107 90 89 24,0

6.Навоз 20 т/га 83 110 94 95 25,6

7.Навоз 20 т/га + N60 Р40К40 97 143 113 119 32,1

Полученные данные свидетельствуют о возможности посредством агрохимических приемов контролировать накопление биологического азота в почве. Так, внесение минеральных удобрений и навоза усиливало нитрогеназную активность в течение всего периода вегетации озимой пшеницы и кукурузы. В начальный период развития этих растений (1-й месяц) при внесении одних минеральных удобрений наблюдалось их ингибирующее действие на нитрогеназную активность почвы, которая была ниже, чем в контроле. Негативное влияние минеральных удобрений на нитрогеназную активность ослабевало по мере развития растений. Закономерность действия минеральных удобрений и навоза наблюдалось и в пару, без растений. Однако в пару уровень актуальной нитрогеназной активности был значительно ниже, чем в ризосфере. Следовательно, растительный покров можно рассматривать как регулятор численности физиолого-биохимической активности, свободноживущих и ассоциативных диазотрофов в почве.

В ризосфере озимой пшеницы (табл. 1) максимальная величина нитрогеназной активности наблюдалась в варианте М60Р40К40. На фоне навоза величины нитрогеназной активности существенно повышалась, даже по варианту М90Р60К90 . Отрицательное действие высоких доз минеральных удобрений на нитрогеназную активность наблюдалось в начале периода вегетации растений на фоне без навоза. В последующем активность нитрогеназного комплекса изменялась в зависимости от фазы вегетации растений и, по-видимому, от количества питательных элементов в почве. Самая высокая биологическая фиксация азота (56,1 кг ^/га за вегетационный период) отмечена под кукурузой на серо-бурой почве при внесении М60Р40К40 на фоне 20 т/га навоза (табл. 2).

Продуктивность нитрогеназной активности по озимой пшеницы ниже, чем под кукурузой. Максимальная ее величина (31,6 ^/га за вегетационный период) получена при внесении М60Р40К40 на фоне навоза 20 т/га.

Таблица 2. Действие удобрений на актуально нитрогенную активность (мкг азота на 1 кг почвы в сутки) в ризоценозе кукурузу серо-коричневая (каштановая) почва

Варианты

май Июнь Июль Средняя

1 .Без удобрений 80 112 127 111 40,0

2 -N20P40K40 82 145 188 138 49,6

3 -N120P40K40 76 178 180 152 54,7

4-N40P170K170 65 166 187 149 53,8

5 -N60P40K120 78 168 173 143 51,6

6.Навоз 20 т/га 86 168 179 148 53,3

7.Навоз 20 т/га+Ы60 P40K40 98 183 196 163 58,6

Было выявлено, что внесение органического удобрения (навоза) в почву снимает отрицательный эффект высоких доз минеральных удобрений. При раздельном применении оптимальных доз минеральных и органических удобрений нитрогеназная активность, ниже, чем при совместном их внесении. Поскольку биологическая фиксация азота - энергоемкий процесс, то органическое удобрение является хорошим энергетическим субстратом для развития гетеротрофных бактерий, в том числе диазотрофов. Кроме того, органическое удобрение выполняет и другие функции, например, такие, как окислительно-восстановительную, концентрационную, газовую, благоприятствующие функционированию нитрогеназного комплекса [8].

Эффективность минеральных удобрений, с микробиологической точки зрения, определяется уровнем биологического потенциала почвы, в частности нитрогеназной активность и синтез АТФ. Отсюда вытекает, что увеличение массы агрохимикатов снижает (ограничивает) возможность использования природных ресурсов (например, молекулярный азот атмосферы).

Установлено, что система удобрения существенно влияет на нитрогеназную активность бактерий ризосферы. Для разных культур характерна амплитуда колебаний нитрогеназной активности. Как правило, нитрогеназная активность изменялась в зависимости от физиологического состояния растений: достигала максимума в период колошения озимой пшеницы и цветения кукурузы. Выводы

Полученные данные свидетельствуют о возможности посредством агрохимических приемов контролировать накопление биологического азота в почве. Результаты исследования показали, что внесение минеральных удобрений одних или в сочетании с навозом усиливает или замедляет активность нитрогеназного комплекса в ризосфере культур.

Список литературы /References

1. Антонов Б.И. Малый Кавказ// Геология СССР Е. XLVII. Азербайджанская ССР. Геологическое описание. Баку. Изд-во АН Азерб. ССР, 1959. С. 192-250.

2. Азизбеков Ш.А. Геология и петрография северо-восточной части Малого Кавказа. Изд. АН. Азерб. ССР, 1947.

3. Шихлинский Э.М. Климат Азербайджана. Баку,1968. 341 с.

4. МамедовМ. Гидрограифя Азербайджана. Баку, 2002. 266 с. (на азерб. яз.).

5. СалаевМ. Почвы Малого Кавказа. Баку: изд-во АН Азербайджанской ССР,1966. 3126.

6. Завягинцев ^^Современные проблемы почвенной микробиологии // «Микроорганизмы в сельском хозяйстве»: тез. докл. III всесоюз. науч. конф., (Москва, 23-25 дек.1986) / редкол.: Завягинцев Д.Г. (отв.ред.) и др. М.: Изд-во МГУ, 1986. С. 5-6.

7. Becking J. Studies on nitrogen-fixing bacterial of the genus Beijerinckia // Plant u. Soil., 1961.V. 14. № 1. P. 49-81.

8. Тышкевич Э.А. Экология и агрономия. Кишинев, 1981.

9. Калилининская Т.А., Миллер Ю.М., Культышкина И.Т. Изучение азотофиксирующей активности почв разного типа с помощью// //. Применение

стабильного изотопа // ^ в исследованиях по земледелию. М., 1973. С. 55-61.

10. Hardy et al. / A contribution to the factore concerned in soil productivity // Kons. Univ.Sel.bull.. 1991. V. 60. P. 89-93.

11. Емцев В.Т., Ницэ Л.К., Брук М.Х. Методические вопросы изучения экологии почвенных микроорганизмов в условиях биологического сельского хозяйства // Микробиологический журнал, Т. 46. Вып. 2. Киев, 1980. С. 79-80.

ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ ПО ПРОФИЛЮ ЛУГОВО-

СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВ Самедов П.А. Email: Samedov661@scientifictext.ru

Самедов Пирверди Ахмед оглы - кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией, лаборатория биологии почв, Институт почвоведения и агрохимии Национальной Академии наук Азербайджана, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: основной целью наших исследований и исследований, которые освещены в статье, является выяснение характерных особенностей распределения беспозвоночных животных по профилю лугово-серозёмных почв, а также сравнительное изучение изменения численности беспозвоночных животных и их распределение по профилю почвы в сезонном аспекте. Установлено, что изменение их численности связано с сезонными фазами окружающей среды. Сравнительно изучены динамика численности мезофауны в естественных и окультуренных ценозах. Ключевые слова: почва, мезофауна, ценозы.

CHARACTERISTIC FEATURES OF THE DISTRIBUTION OF INVERTEBRATES IN THE PROFILE OF MEADOW-SEROZEM

SOILS Samedov P-А.

Samedov Pirverdi Ahmed - Candidate of Agricultural Sciences, Head of Laboratory, LABORATORY OF SOILS BIOLOGY, INSTITUTE OF SOIL SCIENCE AND AGROCHEMISTRY OF NATIONAL ACADEMY OF

SCIENCES OF AZERBAIJAN BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN

Abstract: the main goal of our research and other researches that are described in this article is to ascertain the characteristic features of the distribution of invertebrate animals along the profile of meadow - serozem soils and a comparative study of changes in the number of invertebrates and their distribution over the soil profile in the seasonal aspect. It is istablished that changes in their numbers are associated with seasonal phases of the