Активность и численность почвенных диазотрофов при внесении нетрадиционного мелиоранта

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Том 150, кн. 4 Естественные науки 2008

УДК 631.46:628.3

АКТИВНОСТЬ И ЧИСЛЕННОСТЬ ПОЧВЕННЫХ ДИАЗОТРОФОВ ПРИ ВНЕСЕНИИ НЕТРАДИЦИОННОГО

МЕЛИОРАНТА

И.Н. Курицин, С.Ю. Селивановская, С. Шнель

Аннотация

В условия полевого эксперимента изучено изменение нитрогеназной активности серой лесной почвы и численности свободноживущих азотфиксиующих микрооргани-мов рода Azotobacter при внесении компостов из осадка сточных вод. Основными факторами, определяющими активность диазотрофов, являются поступление в почву с компостами легкодоступных органических веществ и образование аммонийного азота.

Ключевые слова: компостированный осадок сточных вод, Azotobacter, нитроге-назная активность почвы.

Введение

Органическое вещество играет ключевую роль в поддержании почвенных функций, и снижение его уровня является индикатором понижения качества почв. Среди различных мер, обеспечивающих поддержание и увеличение органического вещества почв, предлагается внесение различных органических отходов, которые рассматриваются как нетрадиционные мелиоранты. Такое использование отходов, во-первых, позволяет вернуть в круговороты веществ органогенные элементы, во-вторых, представляется наиболее разумным с точки зрения размещения отходов в окружающей среде. Основной целью внесения органических отходов является увеличение питательных веществ, доступных растениям, однако они же могут являться причиной изменения состава и активности почвенных микроорганизмов. Поскольку почвенные микроорганизмы играют ведущую роль в поддержании почвенного статуса, оценка их активности предоставляет важную информацию о правильности обработки почвы. В литературе представлены данные о влиянии нетрадиционных мелиорантов на некоторые параметры биологической активности почв: уровень микробной биомассы, скорость эмиссии СО2, метаболический коэффициент и ферментативную активность [1-4]. В то же время авторы оставляют практически без внимания влияние нетрадиционных мелиорантов на группы микроорганизмов, принимающих участие в круговороте азота. Таким образом, целью настоящей работы является изучение ответной реакции свободноживущих диазотрофов на внесение ком-постов из осадка сточных вод.

Материалы и методы исследования

Полевые опыты проводили на территории лесного питомника Матюшен-ского лесничества Пригородного лесхоза (Республика Татарстан) на серой лесной почве. Опытные площадки размером 1.5 х 2.5 м были заложены рандомизировано в 4-кратной повторности. В работе использовали компосты из осадка сточных вод станции очистки г. Казани. Компостированный осадок был внесен в почву в дозах 30, 60, 90 т/га весной 1999 г. (варианты 30п, 60п и 90п соответственно), в дозах 25, 50 и 75 т/га весной 1999 г. и повторно в 2001 г. (варианты 25, 50 и 75 соответственно), также в дозах 100, 150 и 175 т/га в 2001 г. В контрольном варианте компост не вносили. В работе представлены результаты анализа проб, отобранных в вегетационные сезоны 2001 и 2002 гг. Определение содержания бактерий рода Л2о1юЬас1ег в почве проводили методом обрастания комочков на среде Эшби. Определение потенциальной активности азот-фиксации осуществляли ацетиленовым методом [5 с. 187]. Все измерения проводили не менее чем в 3-х повторностях.

Результаты и обсуждение

Свободноживущие диазотрофы - группа микроорганизмов, осуществляющих процесс фиксации атмосферного азота, - играют важную роль в круговороте азота и обеспечении плодородия почв в целом. Именно эта группа организмов ответственна за поступление азота в почвенные системы, что увеличивает количество биологического азота, который является наиболее доступным для растений.

При определении активности фиксации азота сообществом почвенных микроорганизмов было выявлено, что в вариантах 30п, 60п и 90п уровень нит-рогеназной активности в первый вегетационный сезон и в начале второго оказался ниже по сравнению с уровнем в контрольном варианте (рис. 1, а). Максимальное снижение в вариантах последействия было обнаружено в случае варианта 60п и составило 1.2-7.5 раз. В вариантах внесения высоких доз компоста отмечена аналогичная картина (рис. 1С). Максимальное ингибирование нитрогеназной активности выявлено в начальный момент исследования и составило 6, 36 и 100 раз для вариантов 100, 150 и 175 соответственно. К концу второго вегетационного сезона достоверных различий (Р < 0.05) в контрольном и опытных вариантах не установлено. Не обнаружено достоверных различий и при анализе проб, отобранных на участках с повторным внесением компоста в дозах 25, 50 и 75 т/га (рис. 1, б).

Определение численности бактерий рода Л2о1оЬас1ег, проведенное трижды на протяжении второго вегетационного сезона, показало, что повторное внесение компоста (варианты 25, 50 и 75), а также внесение высоких доз компоста (варианты 100, 150 и 175) приводит к снижению численности свободноживу-щих азотфиксирующих микроорганизмов (рис. 2). Менее выраженное снижение отмечено в случае вариантов последействия (30п, 60п и 90п).

Время, сутки

Время, сутки

Время, сутки

Рис. 1. Изменение азотфиксирующей активности серой лесной почвы при различных частоте и дозах внесении компоста

16

¡а

май

июль

сентябрь

30п 60п 90п 25 50 75 100 150 175 к

Вариант

Рис. 2. Изменение численности бактерий рода Azotobacter

Вариант

Ингибирование процесса азотфиксации может быть связано с присутствием металлов в почве, однако их содержание в проанализированных образцах оказалось ниже по сравнению с тем уровнем, который вызывает ингибирование гетеротрофной азотфиксации [1, 6]. Скорее всего, факторами, определяющими интенсивность азотфиксирующей активности, являются внесение доступного органического вещества и влияние продуктов его метаболизма, в частности аммонийного азота [7 с. 98]. В случае высоких доз компоста (100-175 т/га) ингибирование, очевидно, связано с дополнительным внесением легкодоступного азотсодержащего субстрата, тогда как в случае вариантов последействия (30п, 60п, 90п), когда органическое вещество уже достаточно минерализовано, возможным объяснением ингибированию может служить накопленный в почве аммонийный азот. Оптимальным оказалось повторное внесение невысоких доз компоста, в результате чего ингибирование активности гетеротрофных азот-фиксаторов отсутствовало (рис. 1, б). Предварительная минерализация органического вещества обусловила и отсутствие подавления численности бактерий, относящихся к автотрофным азотфиксаторам - бактериям рода Л2о1юЬас1ег. Внесение же свежего органического вещества вызывало снижение их численности (рис. 2).

В целом, опираясь на полученные результаты, можно заключить, что наиболее благоприятным для диазотрофных микроорганизмов является внесение невысоких доз компоста, а для управления плодородием почв необходимо определение параметров, характеризующих круговорот азота.

I.N. Kuritzin, S.Yu. Selivanovskaya, S. Schnell. Activity and Number of Diazotrophs in Soils Treated with Non-Traditional Meliorant.

Alteration of nitrogenase activity of gray forest soil and number of free-living diazotrophs from genus Azotobacter were explored. The main factors defining its activity are the compost-input of labile organic substances and formation of ammonia nitrogen in soil.

Key words: composted sewage sludge, Azotobacter, N2-fixing activity of soil.

Summary

Литература

1. McGrath S.P. Effects of heavy metals from sewage sludge on soil microbes in agricultural ecosystems // Toxic Metals in Soil-Plant Systems. - N. Y.: John Wiley & Sons Ltd, 1994. - P. 247-274.

2. RosM., Pascual J.A., Garcia C., HernandezM.T., Insam H. Hydrolase activities, microbial biomass and bacterial community in a soil after long-term amendment with different composts // Soil Biol. Biochem. - 2006. - V. 38. - P. 3443-3452.

3. Macdonald C.A., Singh B.K., Peck J., Schaik A.P., Speir T.W. Long-term exposure to Zn-spiked sewage sludge alters soil community structure // Soil Biol. Biochem. - 2007. -V. 39. - P. 2576-2586.

4. Rost U., Joergensen R.G., Chander K. Effects of Zn enriched sewage sludge on microbial activities and biomass in soil // Soil Biol. Biochem. - 2001. - V. 33. - P. 633-638.

5. Практикум по микробиологии: учебное пособие для вузов / Под. ред. В.К. Шиль-никовой. - М.: Дрофа, 2004. - 256 с.

6. Selivanovskaya S.Yu., Latypova V.Z., Kiyamova S.N., Alimova F.K. Use of microbial parameters to assess treatment methods of municipal sewage sludge applied to grey forest soils of Tatarstan // Agr., Ecosyst. Environ. - 2001. - V. 86. - P. 145-153.

7. Биохимия усвоения азота воздуха растениями / Под ред. В. Л. Кретович. - М.: Наука, 1994. - 168 с.

Поступила в редакцию 17.06.08

Курицин Иван Николаевич - аспирант кафедры прикладной экологии Казанского государственного университета.

E-mail: Ivan-Kuritsin@yandex. ru

Селивановская Светлана Юрьевна - доктор биологических наук, профессор кафедры прикладной экологии Казанского государственного университета.

E-mail: Svetlana. Selivanovskaya@ksu. ru

Шнель Сильвия - профессор университета г. Гиссен, Германия.

E-mail: Sylvia.Schnell@umwelt.uni-giessen. de