Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологическая активность подзолистых почв при применении лингвиновых удобрений

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность подзолистых почв при применении лингвиновых удобрений"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

СИДОРОВ Дмитрий Георгиевич

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ЛИГНИНОВЫХ УДОБРЕНИЙ

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва —1991

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный руководитель -. кандидат биологических наук,

И.Н.Скворцова

Официальные оппоненты : доктор биологических наук

Н.С.Паников

кандидат биологических наук Л.Л.Великанов '

Ведущая организация : Московская сельскохозяйственная

академик имени К.А.Ткмнрязева

Защита диссертации состоится "¡6 " 1991 г.

в 15 ч. 30 мин. на заседании специализированного сойета К.053.05.86 по микробиологии и агрохимии МГУ имени М.В.Ломоносова; 119899, Мосгаа, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "/2. " 1991 г.

Приглашаем Вас.принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2-х »экземплярах просим направлять по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета, £ К.П.БабьеЕа

доцент

Актуальность проблемы. Утилизация огромных накоплений лигни-новых отходов целлюлозобумажной и деревообрабатывающей промышленности, выделяющих при открытом хранении токсичные соединения (в основном фенольной природы), в настоящее время чрезвычайно актуальна. Исследованиями показано (Брауне, Брауне, 1964; Мирчинг, 1988; Орлов, 1985), что гидролизный лигнин может быть одним из источников гумуса, в образовании которого принимают участие микроорганизмы. Однако реализация данной программы нуждается в расширении и углублении исследований последствий внесения и разложения лигнина и удобрений на его основе в почве, а также влияния, оказываемого им на продуктивность экосистемы (биологическая активность, урожай сельскохозяйственных культур).

Цель работы - выявление характера изменений показателей биологической активности пахотной подзолистой почвы под влиянием внесения удобрений на основе гидролизного лигнина.

Задачи: I. Исследование изменений численности и группового состава микроорганизмов почвы и длины грибного мицелия под влиянием внесения удобрений на основе гидролизного лигнина. 2. Определение ферментативной активности, в том числе - дыхания, целлюлозо-разложений, азотфиксации и денитрификации в почвах с внесением удобрений на основе лигнина. 3. Изучение в динамике численности микроорганизмов и других показателей биологической активности почвы на первых этапах сукцессии при внесении удобрений на основе лигнина. 4. Исследование токсичности почв при внесении удобрений на основе лигнина. 5. Определение влияния лигнина на механический состав пахотного слоя почвы, ее микростроение, а также на биологическую активность фракций почвы.

Научная новизна. Впервые показано, что внесение лигнина в подзолистую почву ускоряет рост актиномицетов, развивающихся в олиготрофных условиях в почве, и, таким образом, увеличивает раз-

нообразие микроорганизмов. Впервые в данных объектах измерена длина живого, растущего в почве мицелия грибов и актиношцетов. Впервые установлено, что грибы, развивающиеся на частицах лигнина, относятся к числу доминантов для данной почвы.

Практическое значение. Полученные данные могут найти применение в практике экологических и токсикологических исследований, в частности, в экологии почвенных грибов; имеют природоохранное значение. Результаты работы представляют интерес для научных учреждений и производственных организаций, занимающихся проблемами утилизации и использования древесных отходов промышленности в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на X научной конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ (Москва, 1988), на Научно-техническом семинаре по использованию лигнина и его производных в сельском хозяйстве (Ленинград - Пушкин,

1989), на Всесоюзной конференции "Микробиологические процессы при промышленной переработке сельскохозяйственного сырья" (Пущино,

1990), на заседаниях кафедры биологии почв (1987-1990), а также представлены на выставке "Использование микроорганизмов для оздоровления окружающей среды" ВДНХ СССР (Москва, 1989-1990).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 4 работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов; содержит 16страниц машинописного текста, 13 рисунков, £9 таблиц и списка литературы из 1%% названий (из них (^-зарубежные).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Почзк. Работу проводили с образцами пахотной легкосуглинистой слабоокультуренной подзолистой почвы. В почву полевого опыта вносили доломитовую муку по гидролитической кислотности, а через

год следующие удобрения: лигнин (в дозе 100 т/га), пометно-лигни-новый компост (ПИК) (в дозах 100 и 1000 т/га), торфо-пометный компост (ТПК) (в дозе 100 т/га) и комплексное органо-минерачьное удобрение (КОМ) (в дозе 24 ц/га). Комдосты были изготовлены путем смешивания (1:1) гидролизного лигнина (или торфа) и птичьего помета. Срок компостирования - девять месяцев. Посеяли овес с .многолетними травами.

Методы исследования. Образцы почв отбирала по общепризнанным методикам (Методы почвенной микробиологии и биохимии, IS80) из пахотного горизонта с глубины 3-15 см. Кроме образцов почвы полевого опыта анализировали в динамике образцы лабораторного опыта. Опыт был поставлен в стеклянных сосудах с I кг почвы каждого варианта (варианты соответствовали полевым), где поддерживались постоянные влажность (60% от полной полевой влагоемкости) и температура (22°С).

Учет почвенных микроорганизмов производили на плотных питательных средах методом посева. Применяли среды ША, казеин-глицериновый агар, агар Чапека для грибов и среду Эшби.

Длину грибного мицелия измеряли прямым методом (Мирчинк, 1988) с подсчетом 50-и полей зрения на кавдом мазке. .

Длина жизнеспособного мицелия грибов и актиномицетов определялась прямым микроскопическим методом на 3-9-ые сутки инкубации в 300 полях зрения (Аристовская, 1965). Навеску воздушно-сухой почвы (I мг) напыляли на обезжиренную и стерильную поверхность покровного стекла и помещали для проращивания во влажную камеру при температуре 22°С.

Для ваделения нитратредуцирующвх бактерий и выявления способности почвы к нитратредукцки применяли метод почвенной накопительной культуры, а также высев почвенной суспензии на МПА с после-

дующим выделением культур бактерий л определением их способности к нитратредукцви(среда Гильтая с нитратами).

Количество целлюдозоразлагающих микроорганизмов учитывали методом почвенных пластинок по Христенсену (Еабьева, Зенова, 1989) я посевом на плотную среду Гетчинсона в модификация О.М. Пушкинской (Методы ..., 1980) после месячной инкубации во влажной камере.

Микроорганизмы, вырастающие на частицах лигнина, выделяли путем проращивания фракций лигнина различного размера во Блажной камере в чашках Петри до появления видимого роста колоний микроорганизмов. Применяли также проращивание частиц лигнина на поверхности почвенных пластинок во влажной камере.

Определение активности почвенных ферментов (каталазы, дегид-рогеназы, уреазы и инвертазы), а также дыхания производили по общепринятым методикам (Методы ..., 1980).

Потенциальную активность азотфиксации устанавливали газово-хроматографическим методом по скорости редукции ацетилена (Нагйу а.о., 1968). Определение проводили в лабораторных условиях в модификации кафедры биологии почв (Методы ..., 1980).

Газово-хроматографическое определение потенциальной активности денитрификации выполняли методом, основанным на использовании ацетилена в качестве ингибитора редуктазы закиси азота (Федорова и др., 1973).

Интенсивность разложения целлюлозы устанавливали в полевых услоенях аппликационным методом (Мишустин, Петрова, 1963), а в лабораторных - по Христенсену и при высеве на плотную среду Гетчинсона в модификации О.И.Пушкинской (Бабьева, Зенова, 1989).

Степень токсичности почвы определяли по методу Н.А.Красиль-никова (Еабьева, Зенова, 1989).

- ■ —

Определяла механический состав почвы, а также анализировали водопрочность почвенных агрегатов по Н.И.Саввинову (Вадюнина, Корчагина, 1973).

Почвенные шлифы изготавливали в описывали по Методическому руководству по минроморфологии почв (1983).

Статистическую обработку результатов выполняли по программе расчета среднего арифметического и доверительного интервала среднего при р=0,95.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСЗДЕНИЕ

Влияние внесение удобрений на основе лигнина на биологическую активность почв полевого опыта.

I. Численность микроорганизмов в почве с внесением удобрений на основе лигнина

Лигниновые удобрения в первый год внесения достоверно поеы-вали содержание грибов, особенно в вариантах с лигнином, ПЛК-100 а ПЛК-ЮОО (на сусло-агаре) - в 4-5 раз, и с лигнином - (на сре-це Чапека для грибов) - в 3 раза. Положительное влияние внесения компостов на основе лигнина и КОМ на численность грибов выявлено посевом на почвенный агар, приготовленный на почве соответствующего варианта (в 1,5-2 раза) и на длину грибного мицелия, измеренную в условиях микробного пейзажа (в 6-14 раз). Спустя 2 го-ца после внесения удобрений, продолжалось их стимулирующее елия-иие На численность почвенных грибов. Их содержание достоверно увеличивалось в летний срок отбора образцов в варианте с внесением лигнина в 5 раз, а с внесением КОМ - в 3 раза (на среде Чапека доя грибов); осенью же численность грибов во всех вариантах увеличивалась лишь вдвое по сравнению с контролем (табл. I).

Внесение гидролизного лигнина способствует развитию грибов как в копиотрофных условиях (на среде Чапека для грибов, где их

Таблица I

Численность микроорганизмов в подзолистой почЕе полевого опыта в летне-осенней динамике через два года после внесения лигниноекх удобрений (млн/г)

Варианты опыта

М-П А

Споровые Грамотри- Корине-бактерии дательные подобные _палочки бактерии

Всего

Актино-мицеты

Всего

Грибы

Контроль

Почва + лигнин, 100 т/га

Почва+ПЛК, 100 т/га Почва+ПЛК, 1000т/га Почва+ТПК, 100 т/га Почва+КОМ, 24 ц/га

0,02iP 0,24+0,08

0,49*0,16 •0,56*Р,19 0,20*£),05 0,14*0,03

____ Кщь_1988

0Tl2±Ö,Ö2~O7Q3±P,09 0,07*0,03 1,87+0,65

0,54*0,19 2,70*0,90 1,10*0,42 1,43*0,51 0,30*0,07 0,93+0,24 0,07*0 1,90+0,64

Октябрь 1988

0,59*0,21 0,10*0 0,89*0,30 0,02j0 2,28*0,87 0,13+0,04 1,61*0,67 0,I0*P,04

3,42*1,71 0,15*0,06 2,79*1,05 0,03+0 3,25*1,83 0,19*0,04 1,19*0,58 0,02*0 . 1,42*0,42 0,08*0,02 1,96*0,82 0,03*0 2,38*0,81 0,19*0,05 0,96*0,27 0,09*0,03

t i

Контроль 0,04*0,01

Почва+лигнин,ЮОт/га 0,60+0,21 Почва + ПЛК, 100 т/га 0,15*0,03 Почва+ПЛК, 1000 т/га 0,71+0,26 Почва+ТПК, 100 т/га 0,05*0,01 Почеэ+КОМ, 24 ц/га 0,37*0,09

0,05*0,01 0,57+0,14 0,14+0,02 I,60iP,5I 0,12*0,04 1,68*0,08 1,07+0,42 2,55+0,96 0,03+0 0,73*0,19 0,02+0 0,65+0,21

0,72*0,26 0,44*0,18 1,55*0,58 0,03*0,01 2,63*ß,95 0,41+0,17 3,23*1,82 0,07*0,02 2,22+0,36 0,29*0,07 I,e9iP,67 0,07+0,03 4,45*1,79 0,27*0,08 3,70*1,65 0,05JD,02 0,82i0,2I 0,35+0,09 1,93*0,31 0,06*0,02 1,09*0,35 0,24*0,05 2,79*0,82 0,10*0,02

было в 5 раз больше, чем в контроле), так в в олиготрофных - на почвенных пластинках из почвы соответствующих вариантов (в 5-6 раз больше, чем в контроле), а также в условиях микробного пейзажа, где длина грибного мицелия была в 3 раза больше, чем в контроле. При этом, на питательной среде с добавлением лигнина грибов оказалось больше, чем на среде без лигнина.

Таким образом, внесение удобрений на основе лигнина в почву не угнетает, а в определенных условиях даже стимулирует развитие почвенных грибов.

Анализ влияния удобрений на обнове лигнина на почвенные бактерии и актиномицеты на первом году внесения выявил достоверное повышение содержания бактерий во всех вариантах в 3-6 раз (на казеин-глицервновоы агаре) и в 10 раз в варианте с внесением ПЛК-1000 на среде МЦА. Численность актиномицетов повышалась в варианте с лигнином в 3 раза на казеин-глицериноЕом агаре и в 10 раз на ЫПА; в варианте с внесением ПЛК-1000 содержание актиномицетов возросло в 6 раз на казеин-глицериновом агаре и в 60 раз - актиномицетов, растущих на МПА. Изучение частоты встречаемости бактерий и актиномицетов в олиготрофных условиях методом микробного пейзажа на первом году внесения удобрений показало, что актиномицетов во всех вариантах было меньше, чем в контроле, а бактерий - в 3,5-5 раз больше. По-видимому, почва вариантов на первом году внесения удобрений содержала больше актиномицетов, развивающихся в копиотрофных условиях, чем в олиготрофных.

На втором году внесения численность бактерий всех групп в копиотрофных условиях (на среде МПА) в летний срок отбора образцов во всех вариантах достоверно возросла в 2-6 раз, а осенью -в вариантах с лигнином и ПЛК - в 3-6 раз; достоверного повышения содержания актиномицетов, по сравнению с контролем не обнаруже-

но (табл. I).

Гидролизный лигнин не содержал актиномицетов, однако внесение лигнина в почву стимулировало их развитие во всех вариантах (в копиотрофных условиях). В олиготрофннх же условиях (на почвенных пластинках в методом микробного пейзажа) он» были обнаружены лишь в варианте с лигнином на неделе раньше,чем в контроле« При этом, длина жизнеспособного актиномицетного мицелия в атом варианте превышала контрольный показатель в 17 раз. Следовательно, лигнин стимулирует появление в почве быстроразввваадихся форм актиномицетов, способных расти в олиготрофннх условиях, тем самым расширяя границы существования актиноыицетной популяции в увеличивая разнообразие бактерий.

2. Дзотфиксирующая активность почв с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение всех видов удобрений снижало потенциальную активность азотфиксации (примерно вдвое, по сравнению с контролем). По-видимому, в первый год внесения удобрения обеспечивали потребности почвы в аооте. Однако, на второй год после внесения удобрений активность азотфиксации достоверно повышалась в 1,5-2 раза (особенно в вариантах с КОМ, ПЛК-100 и лигнином). Это подтверждается результатами изучения динамики активности и суммарной (за неделю) продуктивности азотфиксации почвы полевого опыта (рис. X).

3. Нитратредуктазная активность почв с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений на основе лигнина в первый год незначительно повыпало активность денитрификации почвы (по данным газо-во-хроматографического метода), особенно в вариантах с лигнином и ПЛК-ЮОО. На уровень активности денитрификации в этих вариантах могли оказать влияние как повышенная влажность пахотного слоя.

50. | ыг /У/г.час

29 -

23 -

2 Ч

0

1,09+0.52

23,18+3,30

20,84+3,44

2,6Ь+0.01

45,59+6,81

I

(П I

15,12+1,67

Контроль Почва + лигшщ,

Почва + Почва + Почва + Почва + Л1ШШ11, 1ШС, НЖ. , ТЖ, , яОГ.1, ,

ТОО г/га 100 'г/га 1ОО0 т/га 100 т/га 24 г'га

¿атпак'г-н

Гт£.Г Суплаэдая (за о суток) ('-лкош-зиг/Л в почьо вариантов полового опнг: виессшге;.: удобрсхп:!; па осполо жхышь.'-

так и корневые выделения растений, урожай которых в данных вариантах был максимальным на первом году внесения лигниноеых удобрений.

По данным изучения скорости появления признаков процесса ни-тратредукции в почвах на среде Гильтая, максимальные показатели отмечены для пометно-лигнияовых компосгоа и особенно - ШК-ЮОО.

4. Ферментативная активность почв с внесением удобрений на основе лигнина

Через год после внесения удобрений в почве всех вариантов наблюдался достоверный подъем активностей каталазы и дегидрогена-зы (по сравнению с контролем). Наибольшие показатели отмечены при внесении ПЯК-ЮОО и КОМ (табл. 2). В вариантах с лигнином, КОМ и ТШ установлена вдеое превышающая контроль уреазная активность. Активность инвертазы достоверно превышающая контроль, имела место лишь в случае внесения ПЛК-ЮОО.

Таким образом, варианты с внесением лигнина и ПЛК были наиболее благоприятны с точки зрения повышения активности указанных ферментов в почве.

5. Целлюлозолитическая активность почвы с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений оказало положительное влияние на целлю-лозолитическую активность почвы. В случаях внесения лигнина и ПДК произошло увеличение степени разложения клетчатки во влажной камере на среде Гетчинсона. В почве этих же вариантов возросло содержание целлшозолитических грибов; в большинстве вариантов в процессе разложения доминировали миксобактерии рода Богад^шо , однако в летне-осенней динамике значительная роль в этом процессе принадлежала грибам. Б варианте'с внесением лигнина целлюло-зс).-д:т1:ческ1:е грибы преобладали в сообществе как в аэробных, так

Таблица 2

Ферментативная и дыхательная активность подзолистой почвы полевого опыта с внесением лигнвновых удобрений

Варианты опыта Актиеность дыхания, мкг СО^г.час Актуальная Потенци- Активность дегидроге-назы, мг ТФФ Активность каталазы, см302 Актиеность инвертазы, мг глюкозы Активность уреазы, мг

альная 10 г-сут г'мин г.сут г.сут

Контроль 2,98+0,21 10,74+3,00 1,07*0,35 0,10+0,03 1,38*0,55 3,40+1,35

Почва + лигнин, 100 т/га 3,46+0,89 15,15*3,81 2,02*0,63 0,65*0,24 1,69*0,66 6,43+2,34

Почва + ПЛК, 100 т/га 2,67+0,76 6,24*1,31 1,40*0,03 1,35*0,28 1,10*0,37 3,72+1,26

Почва + ШВС, 1000 т/га 3,02*0,57 8,84+1,21 5,47*1,54 1,83+0,66 2,26+0,26 2,7519,79

Почва + ТПК, 100 т/га 2,24*0,75 11,61*1,53 2,22*0,60 1,33*0,41 I,15^0,37 5,62*1,03

Почва + КОМ, 24 ц/га 2,42+0,75 12,82+3,60 3,58*0 1,65+0,25 1,51+0,04 5,92+2,63

и в анаэробных условиях (метод Христенсена), в отличие от других вариантов опыта.

Изучение разложения льняного полотна в полевых условиях показало, что степень разложения на второй год после внесения удобрений в вариантах достоверно не отличалось от контроля. Однако, на четвертый год после внесения, в варианте с лигнином произошло двукратное превышение степени разложения полотна по сравнению с контролем и другими вариантами опыта.

Таким образом, несмотря на доминирующее положение бактерий в разложении целлюлозы, грибам также принадлежит важная роль в этом процессе, особенно в варианте с внесением лигнина, где цел-люлозолитическая активность почвы сохранялась до четвертого года после внесения удобрений.

6. Токсичность почв с внесением удобрений на основе лигнина

Поскольку известно, что гидролизный лигнин содержит токсические вещества фенольной природы, определялась токсичность почвы опыта на первом году внесения удобрений. По отношению к растениям кукурузы она ни в одном из вариантов не была обнаружена. Причем наибольший рост растений имел место в случаях внесения ПЛК--1000, ГПК л КОМ. По отношению к микробному тесту выявлена слабая токсичность почвы с внесением ТПК и КОМ и снижение токсичности лигнина и ПЛК при их внесении в почву (по сравнению с исходными препаратами). Через 2 года после внесения удобрений почвенные вытяжки из почв полевого опыта оказались не токсичными к наиболее распространенным бактериям, выделенным из почвы и исполь-зованнш в качестве тест-культур.

Татг образом, почвы полевого опыта на первом году Енесения' удобрег.пй на'основе лигнина были слабо токсичны к микробному тесту я не подселяли развитие растений. На втором году после вне-

сения удобрений в почве вариантов отсутствовала токсичность по отношению к микробным тест-культурам. По сравнению с исходни/л препаратами, при внесении их в почву происходит снижение токсичности полевой почвы.

7. Изменения в механическом составе почв с внесением удобрений' на основе лигнина

Поскольку сci,i лигнин состоит из частиц разного размера, предполагалось, что он окажет воздействие на механический состав почвы. Так, через год после внесения лигниновых удобрений в пахотном горизонте почв произошло увеличение относительного содержания крупных фракций почвы (размером частиц более'3 и 3-2 мм) и уменьшение - мелких. В варианте с ТИК увеличилось содержание водопрочной фракции с размером частиц 3-2 мм, а в вариантах с внесением лигнина и ПЛК достоверно возросла доля водопрочных фракций частиц размером 0,5-0,25 мм по сравнению с контролем.

Таким образом, через год после внесения удобрений на основе лигнина наблюдалось улучшение агрегврованности пехотного слоя .почвы и прослеживалась четкая тенденция к повышению водопрочности агрегатов.

По данным микроморфологического анализа, внесение удобрений на основе лигнина способствует образованию локальной микроагреги-рованности, а также повышению аэрированности, появлению пленок на зернах скелета. Лигнин фрагмекткруется, смешивается с тонксдис-персной минеральной массой, происходит образование буроокрашен-ных органических соединений, стабилизирующих и агрегирующих почву.

8. Влияние внесения гидролизного лигнина на биологическую активность фракций почвы полевого опыта

Изменения в механическом составе при внесении лагнииа вызвали изменения ь биологической активности фракижй почвы. Так,

в почве с лигнином наблвдалось повышение содержания бактерий и актиношвцетов (растущих на МПА) в агрономически ценных фракциях размером 3-2, 2-1 и 0,5-0,25 мм. Снижение содержания мелких фракций в почве с лигнином не сопровождалось уменьшением численности микроорганизмов в них по отношению к соответствующим фракциям контроля. Таким образом, внесение лигнина стимулировало развитие микроорганизмов не только в цельном образце, но и в отдельных фракциях почвы. 1

Внесение его в почву способствовало повышению^ не только численности микроорганизма, но и ферментативной активности. Так, увеличилась активность нитратредукции, особенно во фракциях размером частиц больше 3 мм в 2 раза и меньше 0,25 мм - в 1,5 раза, несмотря на снижение доли этой фракции в почве с лигнином (по данным газово-хроматографического анализа). Во всех фракциях почвы с лигнином повышалось содержание бактерий, способных использовать нитраты; в наибольшей степени это было выражено во фракциях с размером частиц 3-2 и 1-0,5 мм. Скорость течения процесса нитратредукции в почвенной накопительной культуре во фракциях почвы всех вариантов почти не отличалась от фракций контрольной почвы, за исключением вариантов с внесением 1ШК, где отмечены более высокие темпы процесса.

Внесение лигнина в почву повысило в 3 раза активность дегид-рогеказы во фракции размером частиц 2-1 мм (что согласуется с повышением численности микроорганизмов в ней по сравнению с соответствующей фракцией контроля (табл. 3). В этой же фракции несколько увеличилась активность инвертазы. Во фракциях размером *3-2, 2-1 и 1-0,5 мм почвы с лигнином в 1,5 раза возросла уреаз-ная активность.

Внесение лигнина увеличило дыхательную активность фракций

1 ашшца с

Дыхательная и ферментативная активность фракций поче

Дыхание, мкг С0?/г.час. Дегидроге- Уреаза, ИнЕертаза, ---------—----наза,

Актуальная Потенш!альная мг ТФФ мг /VН3 мг глюкозы

активность активность ^ г сут г.сут г-сут

1ар>!алт опыта

Размер фракции,

т

Контроль

Цельный образец 3,79^1,15

>3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 ^0,25

2,85+0,93 2,08^0,89 4,5311,99 2,06^0,74 3,9041,71 3,10+0,65

11,38+1,99 4,92^1,35 4,14^0,01 7,18^1,71 3,88+0,96 7,63+1,99 5,43+1,46

1,28чр,10 0,7710.34 2,13±0,72 1,28+0,40 2,38+0,70 1,53^0,50 3,60+1,03

1,15+0,40 1,15^0,48 4,0011,03 2,63+0,70 1,79^0,68 1,75+0,59

3,86+0,99 2,93±1,06 2,70+0,95 3,80+1,51 3,58+0,98 3,91^0,86 3,05+0,93

5,50±1,34 2,70+0,89 5,15+0,86 5,67+0,95 5,15^0,96 3,93+0,98 3,52+1,05

1,6240,57 1,24^0,37 1,23^0,20 1,30±0,47 1,4040,36 1,76^0,51 1,5010,13

1,85+0,42 1,10+0,51 О,86^0,31 1,80+0,38 1,1810,08 1,6210,19 1,0310,32

Й

Почва+лигнин, 100 т/га

Цельный образец 5,6911,92

^■3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 -¿0,25

6,9910,59 5,8211,19 6,9411,89 3,8811,39 7,3510,04 6,2X12,38

16,0412,92 13,1911,99 9,70+2,19 18,7713,81 15,53+4,35 20,8012,30 12,42^0,88

всех размеров частиц в 2-5 раза по сравнению с контрольными.

Таким образом, внесение лигнина способствовало повышению биологической активности агрономически ценных фракций почвы.

Влияние внесения удобрений на основе лигнина на динамику

биологической активности почв лабораторного опыта

Для того, чтобы изучить влияние, оказываемое внесением удобрений на биологическую активность почв в течение первых пяти месяцев (на первых этапах сукцессии)^ыл поставлен'лабораторный модельный опыт. . • !

1, Динамика численности микроорганизмов в почве с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений на основе лигнина не вызвало значительных изменений в характере динамики групп микроорганизмов в первые 5 месяцев. Динамика численности микроорганизмов соответствовала признанным в литературе закономерностям разложения органических веществ в почве. На начальных этапах сукцессии удобрения, особенно ПЛК-1000 и ТЖ, активизировали скорость роста неспоровых и коринеподобных бактерий. Коринеподобные бактерии доминировали во все сроки анализа в.почве всех вариантов. Внесение лигнина вызывало пик численности грибов и неспороносных бактерий. На активизацию грибов в процессе разложения органики указывает отсутствие лаг-периода в сукцессии, начинающейся после увлажнения почвы. Внесение лигнина способствовало увеличению длины грибного мицелия (по данным прямох-о метода) вдвое по сравнению с контролем, в каждый срок анализа (рис. 2).

2. Динамика активности аэотфиксации и денитрификации почв с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений, особенно лигнина и ЩЕК-100,ускорило появление пика активности денигрификаыии по сравнению с контролем

(на 3 недели). Однако, при наблюдениях в динамике отмечено замедление процесса ааотфиксацвк под влиянием внесения удобрений во всех вариантах по сравнению с контролем и USK-IOO.

Следует отметить, что высота пиков активности азотфиксация в вариантах с ПЛК-IQOO и ТПК превышает все остальные варианты. При этом, при повышении нитрогеаазной активности в почве с ПЛК--1000 в TDK наблвдалось снижение активности денитрификадии по отношению к контролю (минимум в 3 раза). Внесение гидролизного лигнина в перше три недели активизировало азотфиксацию и вызывало падение активности денитрификации.

Таким образом, внесение удобрений на основе лигнина в первые пять месяцев увеличивает активность азотфиксации (особенно в случаях с ПЛК-1000) и ТПК J в ускоряет процесс денитрификации в почве всех вариантов по сравнению с контролем.

3. Динамика целлюлозолитической активности почвы с внесением удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений не изменило характера динамики интенсивности разложения целлюлозы (определяли по площади разложения фильтра на плотной среде Гетчинсона). В первые три недели после увлажнения почвы во всех вариантах доминировали микЬобактерии рода Sorangium . к концу изучения (пятому месяцу после увлажнения) в ' контрольной почве доминирующее положение заняли грибы; в почве с ПЛК-1000 происходила периодическая смена доминирования бактерий и грибов. Вариант с лигнином, в отличие от других, способствовал на протяаеншП£сего периода доминированию целлюлозолитиче-ских грибов.

4. Динамика дыхательной активности почв с внесением . удобрений на основе лигнина

Внесение удобрений вызвало появление двух пиков активности

дыхания (на 1,5 недели и 3-5 месяцев) в почве опыта. Максимальные размеры пиков активности отмечены в вариантах с внесением лигнина в срок 1,5 недели и ПЛК-100 через 3 недели наблюдений. При * этом,пики активности дыхания в почве вариантов совпадают с пиками других параметров биологической активности. .

5. Динамика ферментативной активности почв с внесением удобрений на основе лигнина

Ввесение удобрений не оказало влияния на динамику активности . ферментов: инвертазы, уреазы, каталазы и дегидрогеназы. Исключение составил лишь вариант с внесением ПЛК-1С00, где каталазная, дегидрогеназная и уреазная активности в течение 5-ти месяцев после увлажнения почеы были минимум Едвое выше, чем в почЕе контроля.

6. Влияние лигниновых удобрений на динамику роста проростков кресс-салата

Прораэдванне семян на почве производили на трех этапах сун-

-I

цессии: через I, 3 и 5 месяцев с момента увлажнения почвы. В каждый срок, спустя 2 недели, определялись масса и длина надземной части растений.

В почве всех вариантов опыта условия роста растений улучяа-лись только спустя 3 месяца после увлажнения, Следовательно, микробная сукцессия в почве вариантов опыта развивалась по тем ге законам, что и в контрольной. Это означает, что гидролизный лигнин не содержал легкодоступных органических примесей, и разложение лигнина не повлияло на направленность микробиологических процессов в рассматриваемые сроки. Исключение составил лишь вариант с внесением КОМ, где зарегистрированы сагше низкие показатели роста растений по сравнения с другими вариантами. Это, по-зидгмо-ку, является следствием дейсткя добавок к лигнину на ход микробной сукцессии в указанные сроки.

Таким образом, удобрения на основе лигнина (в течение первых - 5-^и месяцев внесения) не оказали влияния на характер микробной сукцессии.в почве опыта. Можно предположить, что стимулирующий эффект на урожай растений от внесения удобрений следует ожидать спустя 2 года (длительность настоящих исследований), когда в процессе разложения лигнина в почве будут созданы более благоприятные условия для роста растений.

Грибы.'вырастающие на частицах гидролизного лигнина во ' влажной камере и их способность к разложению ¡лигнина

С частиц лигнина, которые выдерживали в течение 6-тв месяцев в условиях влажной камеры, были выделены следующие вида грибов: Реп1с1111иа е11гувО£впш1 , Реп1с1Х11ша Гип1си1овша , Реп1с1111шв ригриговешиа и Тг1сЬойегш& 'ь&п1ашиа . Они известны в качестве типичных обитателей почвы и древесных остатков (ИовшсЬ , Оавв , 1980). Анализ частоты встречаемости грибов в почвах контроля и с внесением лигнина показал, что выделенные представители пенвцил-лов являются "типичными доминирующими", а триходерма - "типичным частым" по шкале пространственной'частоты встречаемости Т.Г.Мир-чинк (1988) (табл. 4). Указанные грибы присутствовали во всех фракциях лигнина. Рассыпка частиц почвы на фракции лигнина различного размера и частиц лигнина на почвенные пластинки во влажной ' камере стимулировала рост изучаемых грибов. По-видимому, лигнин является для них дополнительным источником углерода.

Для выяснения способности грибов, выделенных с частиц гидролизного лигнина, к воздействию на структуру его молекулы, грибы инкубировались в жидкой питательной среде Чапека с добавлением 1% ■гидролизного лигнина в качестве единственного источника углерода . в течение 2-х недель. На основании двух критериев: содержания фенолов в культуральной жидкости и веса сухого остатка культураль-

Таблица 4

Пространственная частота встречаемости грибов (среда Чапека)

Виды грибов

Частота встречаемости,

Категория пространственной частоты встречаемости вида по классификации Т.Г.Шрчинк, 1988

Trichoderma

harzianum

Pénicillium

chrysogenum

Pénicillium

purpurogenum

Pénicillium Xuniculosua

Контроль 51,85

88,89

66,67

88,89

Типичный частый

Типичный доминирующий • *

то же

Почва + лигнин, 100 т/га

Trichoderma harzianum

Pénicillium chrysogenum

Pénicillium purpurogenum

Pénicillium funiculosum

30,76 88,46 96,15 92,30

Типичный частый

Типичный доминирующий

то же

ной жидкости (содержащего как лигнин, так и грибную биомассу); нами бшш выявлены лучшие культуры с точки зрения их способности к разложению лигнина. К нем относились: Trichoderma harzianum Î смешанная культура : Pénicillium chryeogenum .Trichoderma harzi апша и Pénicillium funiculoe'im . В культуральной жидкости гриба Pénicillium funiculosum содержалось наибольшее количество фенолов, а масса сухого остатка была выше, чем в контроле. По-видимому, е данном случае происходило нарастание биомассы гриба одновр« менко с утилизацией лигнина. !

Таким образом, грибы, выделенные с частиц гидролизного лигш на, оказались типичными представителями данной почеы. Показано, что в условиях искусственного культивирования отмеченные грибы способны воздействовать на структуру лигнина.

ВЫВОДЫ

1. Внесение лигнина в подзолистую почву способствовало увели чению численности грибов, а также длины грибного мицелия (в 2 раза , в том числе, жизнеспособного грибного - в 3 раза)?а актино-мицетного - в Г7 раз по сравнению с контролем, что свидетельствует о стимуляции лигнином грибов и актвномицетов, способных расти в олиготрофннх условиях, а значит - увеличивает разнообразие микроорганизмов почвы.

2. Грибы, выросшие на частицах лигнина, по частоте встречаемости относились к числу доминантных для этой почвы форм.

3. Лигнин, внесенный в почву, улучшал ее физико-химические свойства и микростроение, произошло улучшение условий аэрации за счет повышения агрегированности почвенных частиц.

4. Применение лигнина поексило содержание крупных фракций почвенных частиц, и одновременно - содержание микроорганизмов (в том числе актиномицетов) в них. В этих же фракциях увеличилась

эктиеьость ферментов (дегидрогеназы и уреазы) н дыхания.

5. Лигнин на второй год после внесения в почву, повышал активность азотфиксации, дыхания, а также ферментов (катаяазы и де-гидрогеназы).

6."Внесение удобрений на осноЕе лигнина в подзолистую почву способствовало повышению биологической активности, возросла численность микроорганизмов, активность азотфиксации и ферментов (каталазы, дегидрогеназы и уреазы); ¡снизилась' токсичность почвы по отношению к микробному и растительному тестам.

7. Оптимальными видами удобрений для применения на подзолистой почге по большинству показателей биологической активности, оказались лигнин и пометно-лигниновые компоста.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние удобрений на основе лигнина на биологическую активность почв.//Проблемы включения отходов гидролизного производства в биологический круговорот веществ. Тр. Коми научного центра

УрО АН СССР.-Сыктывкар, 1989.-Л I06.-C.55-62 (в соавторстве).

2. Влияние внесения лигниновых удобрений в подзолистую почву на ее нитратредуктазнуа актиЕность./Др. X научн. конф. ¡/ол. ученых фак. Почвоведения МГУ, Москва, 28-30 ноября, 1988ДГУ.-Ы., 1989.-С. 78-79. Деп. в ВИНИТИ 21.07.89. !Ь 4884-В 89.

3. Влияние внесения лигнвноеых удобрений на биологическую активность подзолистых почв.//Науч.-техн. семинар по использования лигнина н его производных в сельском хозяйстве. Тез. докл. Л.Пушкин, 1989.- С. 17-19.

4. Influence of lignin fertilizers on biological activity of pod-zolic noil.// Structure and function, of eoil organitmi-coniEuni-tiea with the influence of anthropogenoua factors.Proc. Conf. Ceske Budejovice, 3-? July 1990.- Ceske Budejovice,1990.-p.40.