Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологическое значение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в окультуривании почв Центрального Черноземья

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологическое значение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в окультуривании почв Центрального Черноземья"

2 1 Ь"-'1 Ь^а

На правах рукописи

ТРУТАЕВА Нива Николаевна

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАПЩХ СОЕД ИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В ОКУЛЬТУРИВАНИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск-1998

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И. И. Иванова в 1995-1997 гг.

Научный руководитель:

- заслуженный деятель науки РФ,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Муха В. Д. Официальные оппоненты:

- доктор сельскохозяйственных наук, профессор Стифеев А. И.

- доктор биологических наук, профессор, академик РАСХН Щербаков А. П.

Ведущая организация:

Орловская государственная сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится « 23 » декабря 1998 г. в 10® часов на заседании диссертационного совета Д. 120.25.01 в Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И. И. Иванова, по адресу:

305021, г. Курск, ул. К. Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доце^

В. А. Клеймёнова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное земледелие характеризуется интенсивным антропогенным воздействием на окружающую природную среду и особенно на почву, как средство производства и компонент биосферы. Результат такого воздействия проявляется в ослаблении микробиологической и ферментативной активности, потере гумуса и обменно-поглощенного кальция, снижения уровня почвенного плодородия, ухудшения экологических условий в целом.

Следует отметить, что несмотря на полувековую историю изучения культурной эволюции почв, ряд важнейших вопросов по изменению почвенных характеристик в процессе культурного почвообразования остается недостаточно исследованным и приобретает особую актуальность при решении практических задач по рациональному, экологически правильному использованию почвы, как природного ресурса.

Цель и задачи исследований. Цель наших исследований состояла в выявлении воздействия калыдайсодержащих соединений и органических удобрений на микробиологическую и ферментативную активность почв, агроге-нетические характеристики и экологическое состояние почв в условиях Лесостепи. Определение на этой основе приемов повышения почвенного плодородия и рационального использования почвы, как природного ресурса и главного средства производства в сельском хозяйстве. Исходя из поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить изменения микробиологической и ферментативной активности почв (чернозёма типичного, серой лесной суглинистой и супесчаной) под воздействием калыдайсодержащих соединений (гипса, дефеката, их смеси) и органических удобрений (навоза, торфа);

2. Выявить влияние калыдайсодержащих соединений и органических удобрений на физико-химические и агрохимические показатели исследуемых почв;

3. Установить воздействие калыдайсодержащих соединений и органических удобрений на урожайность возделываемых культур;

4. Определить эколого-экономическую эффективность исследуемых приемов окультуривания почв.

Защищаемое положение. На защиту выносится концепция экологического воздействия калыдайсодержащих соединений и органических удобрений на микробиологическую и ферментативную активность чернозема типичного и серой лесной суглинистой и супесчаной почвы, которая базируется на следующих положениях:

1. В процессе сельскохозяйственного использования в исследуемых почвах

существенно изменяется численность микрофлоры, ферментативная активность, интенсивность процессов минерализации и превращения органического вещества, подвижность питательных элементов;

2. Использование кальцийсодержащих соединений усиливает микробиологическую и ферментативную активность, мобилизует элементы питания и тем самым оптимизирует питательный режим, способствует образованию и закреплению в почве гумуса, положительно влияет на реакцию почвенного раствора и улучшает экологические условия вообще;

3. Наиболее экологически и экономически целесообразным (благоприятным) является совместное внесение сульфатов и карбонатов кальция, а также их смеси с органическими удобрениями.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Средне-Русской возвышенности изучено совместное воздействие кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на микробиологическую и ферментативную активность почв. Выявлено, что применение дефеката, гипса, их смеси, особенно совместно с навозом и торфом является одним го наиболее рационайьных приемов окультуривания и повышения плодородия почв, положительно влияющим на полезную почвенную микрофлору, агрогенетиче-ские' характеристики и экологическое состояние исследуемых почв.

Практическая значимость исследований. Применение кальцийсодержащих соединений и особенно с органическими веществами позволяет существенно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, активизировать полезную почвенную микрофлору и биохимические процессы, рационально использовать местные природные ресурсы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях Курской ГСХА в 1995-1998 гг., на научной производственной конференции работников АПК Курской области. Публикации. Поматериалам диссертации опубликованы 3 статьи. Структура в объем работы. Диссертация, изложена на 144 страницах, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций производству, включает 10 таблиц, 14 рисунков, 20 приложений и список литературы из 250 российских и 49 зарубежных наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ (краткий обзор литературы)

В. И. Вернадский (1927) четко сформулировал зависимость эффективного плодородия почв от населяющей её биоты. Он заметил, что все почвенные

характеристики требуют больших поправок, если не будет учтено живое вещество и, впервые отнес почву в разряд биокрстных систем, в основе функционирования которых лежат биохимические механизмы.

В зависимости от сочетания природных факторов, определяющих почвообразовательный процесс, разные почвы отличаются по составу своей биоты, направленности биохимических превращений и содержанию тех химических компонентов, которые являются продуктами этих превращений или их агентами (А. В. Евсеев, 1986; В. Д. Муха, В. А. Пелипец, 1988; R. Dick, 1992; М. Dabek-Czreniawska, 1992). ■

По мнению многих авторов (Л. А. Суховицкая, Н. И. Мильто, 1982;С. В. Егорова, 1990; Е. В. Лапыгина, Л. В. Лысак, 1992; Г. М. Широкая, Н. Ф. Го-монова, И. Н. Скворцова, 1996 и т. д.) вносимые в почву минеральные удобрения угнетают биологические процессы в почве. Органические удобрения, напротив, стимулируют развитие почвенной микрофлоры V. Pankov, G. Dimitrov, 1985; А. Svirskiene, I. Taividas, 1989). Что касается кальцийсодер-жащих соединений, то многае авторы (В. Д. Муха, И. В. Васильева, 1977; Е. Н. Дубровин, В. Д. Муха, А. Л. Ачкасов, 1995) утверждают, что они оказывают положительное влияние на микробиологические и ферментативные процессы почв, но этот вопрос изучен недостаточно. А данных об использовании кальцийсодержащих соединений совместно с органическими удобрениями и их влиянии на биогенность и экологическое состояние почв в Центральном Черноземье в научной литературе практически нет, что и обосновывает актуальность намеченных исследований.

ГЛАВА II. УСЛОВИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по изучению влияния кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на экологическое состояние почв в Центральном Черноземье были проведены в полевых опытах на Курской зональной опытно-мелиоративной станции (КЗОМС), в производственных посевах АОЗТ «Победа» Конышевского района, Курской области, а также в модельных опытах с серой лесной суглинистой почвой и черноземом типичным.

Исследования на КЗОМСе проводились в 1995-1997 годах, в системе многофакхорного опыта, спланированного по схеме полного эксперимента. Почва представлена черноземом типичным, где размещались семенные посевы люцерны сорта Ярославна.

Влияние кальцийсодержащих соединений и органического вещества на микробиологическую активность и экологическое состояние серой лесной супесчаной почвы осуществлялось нами в стационарном опыте! проводимом аспирантом кафедры почвоведения и агрохимии А. Г. Чигаревым. На участ-

ках размещались посевы гречихи сорта Шатиловский - 5, на семена. Каль-цийсодержащие соединения и органические удобрения вносились согласно схемам опыта (табл. I), под основную обработку.

В модельном опыте анализировались инактивированны е почвенные образцы (И), затем максимально активные (А) и максимально активные образцы после двух недель вегетации ячменя (АР).

Нормы кальцийсодержащих соединений во всех опытах рассчитывались нами по методу допогпощения (А. М. Гринченко, 1976).

Анализ физико-химических и агрохимических свойств почв выполнялся по общепринятым методикам (JI. Н. Александрова, О. А. Найденова^ 1986; Е. В. Аринушкина, 1970; И. С. Кауричев, 1980 и др.). Влияние кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на жизнеспособность микроорганизмов, изучалось с использованием методик В. Д. Мухи, вошедшей в список унифицированных методов анализа свойств почв на Украине (1982), Е. З.Теппер, В. К.' Шилышковой, Г. И. Переверзевой, 1972; Ф. Хазиева, 1976 и др.. Результаты опытов обрабатывались методами математической статистики с использованием программы «STATGRAPHICS»

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Для получения сопоставляемых данных при проведении микробиологических анализов нами был использован принцип инкубирования и сопоставления, позволяющий создать оптимальные условия для развития микроорганизмов и получить стабильные характеристики динамических процессов (метод В. Д. Мухи).

, .Наше внимание, главным образом, было направлено на исследование количественных и качественных изменений микробного населения и ферментативной активности чернозема типичного, серой лесной супесчаной и суглинистой почв и выявление, на этой основе, наиболее рациональных приемов окультуривания исследуемых почв и повышение их плодородия.

В черноземе типичном под действием дефеката, гипса и особенно их смеси развитие микроорганизмов, участвующих в превращениях органических (на МПА) и минеральных (на КАА) соединений азота происходило более интенсивно, чем на контроле (табл. 1).

Внесение кальцийсодержащих соединений не одинаково влияет на содержание органического вещества: дефекат усиливает разложение и трансформацию органического вещества, а гипс, способствуя усилении микробиологической активности в целом, активизирует процессы гумусообразо-

вания,-Совместное использование гипса и дефеката, резко увеличивая общую микробиологшескую активность, снижает минерализацию оргатпе-ского вещества в почве, усигпгоая его трансформацию и процессы гумусооб-разования.

1. Влияние приемок окультуривания на численность почвенных микроорганизмов

Общее коли- Общее коли-

Варианты опыта чество микроорганизмов на МПА чество микроорганизмов на КАА МПА+КАА МПА: КАА

млн./г. а. с. почвы

Чернозем типичный (1995 -1997 ¿г.)

Контроль 14.36 24.76 39.12 0.6

Дефекат 4т/га 18.83 25.44 44.27. 0.7

Гипс 4т/га 25.27 . 28.39 53.66 0.9

Гипс 2т/га+ дефекат2т/га 29.78 27.83 57.61 7 >г . 1.1

НСРов 0.59 0.55

Серая лесная супесчаная почва (1996 г,) .....................

Контроль 0.49 0.83 1.32 0.6

Дефекат 5т/га 1.26 2.21 3.47 0.6

Навоз 20т, га ^ торф 20 т/га Навоз 20т/га + 3.98 5.24 9.22 0.8 -

торф 20 т/га • 4.64 5.16 9.в0 0.9

дефекат 5т га

; НСРю 0.65 0.07

Внесешь дефеката, торфа, навоза и их совместное применение оказало большое положительное влияние на численность микроорганизмов серой лесной супесчаной почвы. Анализируя полученные данные необходимо отметить, что на вариантах опыта с внесением дефеката, торфа, навоза и их совместного применения наблюдается усиление процессов синтеза гумуса органического вещества,- которое четко демонстрируется соотношением микроорганизмов нд;МПЛ к микроорганизмам на КАА. Предельные результаты были достгаэ{у.ты нами, на варианте опыта с совместным применением дефеката, торфа и навоза (отношение МПА:КАА расширяется, а общая численность микроорганизмов возрастает).

В таблице 2 представлены данные свидетельствующие о направленности н интенсивности микробиологических процессов в исследуемых почвах мо-

дельного опыта. Численность микроорганизмов на МПА и КАА в инактиви-рованных образцах характеризует способность почвы сохранять основные группы почвенных микроорганизмов, а в инкубированных образцах - возможную максимально высокую микробиологическую активность исследуемых почв.

2. Направленность н интенсивность микробиологических процессов в почве (модельный опыт)

Варианты МПА+КАА МПА". КАА

опыта И | А | АР И | А | АР

Чернозем, типичный

Контроль 17.14 33.97 43.29 1.0 0.9 0.8

Дефекат 18.75 42.01 63.52 1.0 1.0 0.9

Гипс 18.20 70.20 75.12 1.0 1.2 1.1

Дефекат+гипс 18.79 74.62 74.29 1.1 1.2 1.3

Навоз 19.58 119.49 118.45 1.0 0.9 1.0

Навоз-)-дефекат 21.67 122.11 127.85 0.9 1.0 0.9

Навоз+гипс 20.16 124.17 128.00 1.0 1.0 1.2

Навоз+гипс+ дефекат 19.70 126.38 131.83 1.1 1.2 1.2

Серая лесная суглинистая почва

Контроль 12.94 25.84 31.01 1.0 0.7 0.6

Дефекат 14.25 36.01 37.34 1.0 0.7 0.7

Навоз 15.26 52.96 52.84 0.9 0.7 0.7

Навоз+дефекат 16.02 45.17 52.84 1.1 0.9 0.8

В качестве показателя интенсивности микробиологических процессов почв служит суммарное количество микроорганизмов усваивающих органический азот (на МПА) и минеральный (на КАА). Предельной интенсивностью отмечались максимально активные образцы после вегетации ячменя. По вариантам опытов наибольшим стимулирующим действием на развитие полезной почвенной микрофлоры оказала смесь органического вещества и калыдайсодержащих соединений. Это наиболее энергетически емкий прием, в котором четко сказывается эффект синергизма факторов окультуривания.

Направленность микробиологических процессов в почве, характеризуется соотношением микроорганизмов на МПА к количеству микроорганизмов на КАА. В опыте оно заметно возрастало в образцах после компостирования, особенно на вариантах совместного внесения навоза, дефеката и гипса. Это говорит о том, что на данном варианте происходит интенсивное гуму-сонакопление и относительно слабо в почве вдет минерализация органического вещества.

Среди факторов, определяющих почвенное плодородие, важное место занимает и актггоность почвенных ферментов, которые будучи катализаторами обмена веществ, объективно отражают в почве характер биохимических процессов. Для характеристики напряженности биохимических процессов в почве и экологической оценки агроэкосистемы. по ферментативным реакциям необходимо использовать комплекс наиболее: распространенных ферментов, связанных с метаболизмом основных питательных веществ и трансформацией органоминерального комплекса. Поэтому свои усилия мы сосредоточили на изучегаш трех основных окислительно-восстановительных ферментов - каталазы, полифенолоксидазы и пероксидазы. ; -

Кальцийсодержагцие соединения оказали большое положгаельное. влияние на каталазную активность (рис. 1). - г ,

Рис. 1. Влияние кальцийсодержащих соединений на динамику активности каталазы в пахотном слое чернозема типичного

Анализируя полученные данные необходимо отметить, что активность по годам возрастает. Что касается сезонной динамики, то максимум каталазы приходится на второй, летний, срок отбора.- Повышение активности летом, а также осенью, в первую очередь объясняется тем, что почва пронизана на большую глубину корнями люцерны, которые не только выделяют огромное количество ферментов в окружающую среду (В. Ф. Купревич, 1949), но и сами являются субстратом для деятельности окислительно-вос-

1997 год 1996 год 1995 год

восстановительных ферментов. Также корни люцерны способствуют накоплению в почве «биологического» азота и органического вещества, находящегося в тесной взаимосвязи с активностью каталазы. Гипс, в отличии от дефеката, активизировал фермент в более высокой степени, но наибольшее стимулирующее действие на повышение каталазной активности оказала смесь гипса и дефеката.

Многие авторы считают критерием оценки биологической активности почвы ее каталическую способность (В. Ф. Купревич, 1958; Ф. X. Хазиев 1979; Т. А. Щербакова, 1983). Если оценивать варианты опыта по данному показателю, то можно сделать заключение, что на активность каталазы (табл. 3) оказывают влияние не только вносимые нами вещества, но и состояние образца. Так, наименьшей активностью характеризуются инакгивированные образцы. Эти образцы сухие, а между влажностью и ферментативной активностью существует прямая зависимость. Такая зависимость в первую очередь связана с тем, что влажность оказывает влияние на микробиологическую активность и на деятельность корневой системы.

3. Влияние кальцийсодержащих соединений и навоза на катал аз ную н целлюлозоразлагающую : активность почв (модельный опыт)

Катал азная активность, Целлюлозо-

Варианты опыта мл Ог на 1г а. с. почвы за 1 мнн. разлатающая

И А АР активность, %

Чернозем типичный

Контроль 2.8 5.6 11.0 35

Дефекат 3.6 6.0 14.0 45

Гипс 3.2 7.1 15.8 49

Дефекат+гипс 4.0 7.9 16.6 53

Навоз 4.5 9.7 18.2 79

Навоз+дефекат 5.7 10.0 18.9 80

Навоз+гипс 5.4 11.4 20.1 82

Навоз+дефекат+ гнпс 6.3 12.3 20.6 85

НСР05 0.23 0.27 0.48 2.54

Серая лесная суглинистая почва

Контроль 1.2 4.2 4.4 14

Дефекат 1.6 5.8 6Л 38

Навоз 4.2 6.4 7.2 43

Навоз+дефекат 5.2 7.0 7.6 49

НСРЮ 0.37 0.59 0.35 2.71

Поскольку жизнедеятельность микроорганизмов практически прекращается при влажности почвы ниже 10 % (К. А. Козлов, 1966), по-видимому, при низкой влажности проявляется действие лишь ранее накопленных в почве экзоферментов. Кроме того при снижении влажности происходит изменение коллоидно-химического свойства почвы и происходит частичная необратимая инактивация ферментов (Ф. X. Хазиев, 1969). При повышении влажности (инкубированные образцы), кроме уже накопленных ферментов, появляются новые, выделяемые в данный момент микроорганизмами. Увеличение активности каталазы в образцах после двухнедельной вегетации ячменя обусловлено и корнями растений в процессе метаболизма. В сухих образцах вносимые нами калыдайсодержащие соединения существенного влияния не оказали. Однако, в максимально активных образцах и после вегетации ячменя, мы видим четкую закономерность: наибольшую активность каталазы вызывает смесь гипса, дефеката и органического вещества.

Для оценки действительной (актуальной) микробиологической активности почвы нами в модельном опыте, за время инкубирования и вегетации ячменя (4 недели) была определена целлюлозоразлагающая активность. При биологическом разложении клетчатки целлюлозоразлагакицими микроорганизмами расщепляются подвижные формы азота. Как правило, чем выше в почве содержание подвижного азота и других элементов питания, тем активнее в ней происходят процессы окисления клетчатки. Наши исследования показали, что крайне низкой активностью характеризуются контрольные варианты. Пик целлюлозоразлагающнх микроорганизмов приходится на варианта «гипс+дефекат+навоз» в чернозёме и «навоз+дефекат» в серой лесной суглинистой почве.

Исследования по изучению активности полифенолоксвдазы и пероксида-зы в черноземе типичном показали, что активность этих ферментов по годам не стабильна. Видимо это объясняется тем, что они как и все белковые соединения очень лабильны и чрезвычайно отзывчивы на изменения абиотических факторов - влажности, температуры и т.д.. Особый интерес представляет соотношение полифенолоксидазы к пероксидазе (табл. 4). По вариантам опыта с внесением кальцийсодержащих соединений прослеживается увеличение коэффициента гумусонакоплеяия, особенно при совместном внесении дефеката и гипса, что говорит об увеличении процесса синтеза органического вещества и относительном снижении интенсивности минерализации.

Методом корреляционно-регрессионного анализа нами установлена тесная корреляционная связь между содержанием гумуса и каталической (11=0.75), полифенолоксидазной (Д=0.95) активностью.

4. Влияние кальцийсодержащих соединений на коэффициент гумусонакоплення но Чундеровой в чернозёме типичном

Глубина IV " А пол -пер.

Варианты отбора Первый год Второй год Третий год

опыта образцов. последейст- последейст- последейст-

см вия (1995 г.) вия (1996 г.) вия (1997 г.)

Контроль "" 0-20 0.7 0.6 0.6

20-40 0.6 0.6 0.5

Дефекат-- > 0-20 0.8 0.7 0.6

20-40 0.6 0.6 0.6

Гипс . , „'. 0 20 0.9 0.9 1.0

20-40 0.8 0.9 0.9 1

Дефекат+гипс 0 20 0.9 1.0 1.1 1

20-40 0.9 0.9 1.0

Анализируя результаты исследований по .живности полифенолоксидачы и перокеидазы модельного опыта (табл. 5) необходимо отметить, что коэффициент гумусонакоплення на фоне навоза более стабильный, так как поступающее органическое вещество закрепляется кальщшсодержащими соединениями, что приводит к усилению процессов гумификации в окультуренных почвах при общей высокой интенсивности биохимических процессов.

5. Слияние кальцийсодержащих соединении ни коэффициент гумусонакоплення по Чундеровой (модельный опыт)

Варианты Кг-А пох* А пер.

Опыта и____ А......... АР

Чернозем типичный

Контроль 1.3 0.9 0.9

Дефекат 1.1 1.6 1.0

Гипс 1.2 1.3 12 Ч

Дефекат+гипс 1.3 1 1.3 1.2 I

Навоз 0.9 0.8 п 0.9

Навоз+дефекат 0.8 0.9 0.9

Навоз+пшс 1.1 1.1 1.1

Навоз+дефекат+гипс 1.2 1.3 1.2

Серая лесная суглинистая почва

Контроль . 0.9 0.6 0.5

Дефекат 1.0 0.6 ' 0.6 1

Навоз 0.8 0.7 0.7

Навоз+дефекат 0.9 0.9 0.8

Таким образом, основываясь на полученных нами экспериментальных данных можно заключить, что положительная трансформация биогенности исследуемых почв, достигнутая нами путем внесения кальцийсодержащих соединений, и особенно в смеси с органическими удобрениями существенно улучшает экологическую обстановку в корнеобитаемом слое.

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАПЩХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЁМА ТИПИЧНОГО И СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ

Исследуемые нами почвы, до закладки полевых опытов характеризовались следующими показателями: чернозем типичный - слабо кислой реакцией среды (рНКС1 - 5.5, Нг - 4.0 мг-эквЛОО г. почвы), низким содержанием кальция и магния (21.76 - 2.86 мг-экв./100 г. почвы соответственно), средней обеспеченностью гумусом (около 5 %); в серой лесной супесчаной почве -реакция почвенного раствора среднекислая (рНка - 4.6, Нг- 4.2 мг-экв. /100 г. почвы), очень низкое содержание гумуса (0.59 %), кальция и магния (2.3 -0.50 МГ-ЭКВ./100 г. почвы соответственно). Данные показатели указывают на целесообразность применения изучаемых нами приемов окультуривания для рационального использования почв Центрального Черноземья, как природного ресурса и главного средства производства в сельском хозяйстве.

Кальцийсодержащие соединения и органические удобрения оказали большое положительное влияние на физико-химические свойства исследуемых почв. Под действием данных приемов окультуривания, в коллоидном комплексе уменьшается содержание обменно-поглощенных катионов водорода, замещаясь на катионы кальция. Насыщение чернозема типичного (до 86 %) и серой лесной супесчаной почвы (до 65 %) кальцием увеличивает их экологическую устойчивость к неблагоприятным воздействиям различного характера.

Для изучения воздействия кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на питательный режим исследуемых почв нами была определена динамика подвижных форм питательных веществ. В ризосфере культурных растений значительно увеличивается количество щелочногидроли-зуемого азота, подвижного фосфора и калия. Наибольшее увеличение азота, фосфора и калия отмечалось на вариантах опыта совместного внесения кальцийсодержащих соединений и органических, удобрений.

Активизация микробиологических, биохимических процессов, улучшение агрогенетических показателей изучаемых почв, достигнутое нами путем внесения дефеката, пшеа, их смеси на черноземе типичном, а также приме-

нение навоза, торфа и смеси дефеката с органическим веществом на серой лесной супесчаной почве, не могло не отразиться на урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. Анализ урожайных данных семян люцерны и гречихи свидетельствует о высокой эффективности кальцнйсо-держащих соединений и органических удобрений (рис. 2. 3). Наиболее результативными вариантами оказались приемы окультуривания с использованием совместного применения кальцшЧсодержагцнх соединений и органических удобрений.

Кроме этого, нами установлена тесная корреляционная зависимость между интенсивностью микробиологических процессов и урожайностью семян люцерны (11=0.98), гречихи (Я=0.96). В первом случае изменение микробиологической''активности позволяет учесть 96 % варьирования урожайности, вЪ'втором случае - 93 %.

Е •э-

£ о о

о

а.

>

1994 год О Контроль

1995 год ОДефекат

1996 год □ Гипс

Ж

1997 год^ О Дефекат+гипс

Рис. 2. Влияние кальцийсодержасцих соединений на урожайность семян люцерны на черноземе типичном

га £

12 10 8 б 4 2 0

Контроль

Навоз+торф

■-Я5'

Дефекат

Навоз+торф+де фекат

Рис. 3. Влияние приемов окультуривания на урожайность гречихи на серой лесной супесчаной почве

1

0

Таким образом, изучаемые нами приемы окультуривания обуславливают не только увеличение урожайности возделываемых культур, но и существенно повышают эффективное плодородие и экологическую устойчивость черноземов и серых лесных почв Центрального Черноземья.

ГЛАВА V. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАПЩХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

Одно из основных требований эколого-экономической эффективности внесения кальцийсодержащих соединений и органических удобрений - учет средств, необходимых не только для получения наибольшей урожайности сельскохозяйственных культур и подчинения экономики критериям прибыльности, но и экологической обоснованности.

Значительное негативное влияние на почву оказывают минеральные удобрения. На 40-60 % пашни преобладают кислые почвы, что приводит к снижению полезных почвенных организмов. До минимума уменьшается количество безпозвоночных, приостанавливается биологическая активность азотфиксирующих микроорганизмов, практически исчезает из плодородного слоя индикатор плодородия - бактерии рода азотобактер. И наоборот, интенсивно развиваются грибы, среди которых встречается много паразитов и возбудителей различных болезней культурных растений.

На наш взгляд, одним из важнейших принципов рационального влияния на плодородие почв является альтернативный подход экологического характера с использованием кальцийсодержащих соединений (дефеката, сыромо-лотого гипса и их смеси) и органических удобрений (навоза, торфа и т.д.). Их цель состоит в совершенствовании применяемых приемов окультуривания, способствующих воспроизводству плодородия и улучшению экологического состояния почв Центрального Черноземья.

Экономическая эффективность применения кальцийсодержащих соединений и органических удобрений оценивалась для люцерны и гречихи, выращиваемых на семена (цена реализации 1ц семян люцерны - 2000 рублей, семян гречихи - 400 рублей). В нашем случае, действие и последействие кальцийсодержащих соединений и органических удобрений наблюдается в течении нескольких лет, поэтому, экономическую эффективность применяемых нами приемов следует оценивать по дополнительной прибыли и их рентабельности за весь период исследований.

Применение кальцийсодержащих соединений на черноземе типичном экономически выгодно при высокой рентабельности производства семян люцерны (рис. 4). Наиболее выгодным является вариант с совместным вне-

сением дефеката и сыромолотого гипса, относительно контрольного варианта, уровень рентабельности здесь выше на 136 %.

Контроль Д«ф*ют Гипс Д*ф«хг+гипс

г:1,::::!чистый доход 1 . а Производственные затраты

♦ Рентабельность

Рве. 4. Влияние кальцийсодержащих соединений на экономическую эффективность производства семян люцерны, 1994-1997 гг.

Потребность сельского хозяйства в высокопродуктивных, экологически устойчивых, с богатым потенциальным плодородием почвах постоянно растет. И требует наиболее эффективного использования не только чернозёмов, доминирующих в Центральном Черноземье, но и серых лесных почв, легкого гранулометрического состава, которые отличаются благоприятным термическим режимом и позволяют тем самым получать два и более урожаев высококачественной, экологически чистой сельскохозяйственной продукции за вегетационный период.

Экономическая эффективность применяемых нами приемов окультуривания серой лесной супесчаной почвы представлена на рисунке 5. Применение дефеката, навоза, торфа и особенно их совместного внесения также оказалось' выгодным. На вариантах опыта совместного внесения дефеката и органических веществ уровень рентабельности, относительно контрольных вариантов увеличился на 47 %.

120 100

80*-+ 60 I

;-40| Ч- 20 |

о.

0

Кмлроль

Д*ф*етт

Навм+торф Н1—«1то|)ф1д>ф

Чистый доход ♦ Уровень рентабельности

13 Производственные затраты

Рис. 5. Влияние дефеката н органических удобрений на экономическую эффективность производства зерна гречихи, 1996 г.

Таким образом, применений кальцийсодержащих соединений, как раздельно, так и совместно с органическими удобрениями является экономически эффективным и экологически целесообразным. Расходы на приобретение, транспортировку и внесение удобрений окупаются уже в первый год внесения, а экологический эффект проявляется с момента использования кальцийсодержащих соединений и органических веществ.

ВЫВОДЫ

На основании проведенных исследований (1995-1997 гг,) по изучению экологического значения кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в окультуривании почв Центрального Черноземья можно сделать следующие выводы:

1. Биологическая активность чернозема типичного и серой лесной почвы позволяет оценить их экологическое состояние, что подтверждается тесной взаимосвязью между уровнем эффективного плодородия и активностью микроорганизмов на МПА и КАЛ (коэффициент корреляции: 11=0.96-0.98), а также между содержанием гумуса и каталической активностью (11=0.75-0.45), полифенолоксвдазной активностью (11=0.95).

2. Кальцнйсодержащие соединения, особенно в смеси с органическими удобрениями, повышают биогенность исследуемых почв, улучшая экологическую обстановку в корнеобитаемом слое.

3. Целлюлозоразлагающая активность имеет определенное экологическое значение и является объективным показателем актуальной биологической активности почв. Под действием приемов окультуривания численность целлюлозоразлагаюгцие микроорганизмов возрастает от 35 до 85 % в черноземе типичном и от 14 до 49 % - в серой лесной суглинистой почве.

4. Активность каталазы исследуемых почв существенно изменяется в зависимости от применяемых кальцийсодержащих соединений и органических удобрений. Гипс, в отличии от дефеката активизировал фермент в более высокой степени, но наибольшее стимулирующее действие на повышение каталазной активности оказала смесь кальцийсодержащих соединений, особенно на фоне органических удобрений.

5. Соотношение активности полифенолоксвдазы к пероксидазе находится в прямой зависимости от процессов синтеза гумуса и его минерализации. Поэтому, при определении направленности почвообразовательных процессов и оценке экологического состояния чернозема типичного и серой лесной почвы следует определять активность ферментов полифенолокси-дазы и пероксидазы. Наиболее высокий коэффициент гумусонакопле-

г ния (более 1) отмечается на вариантах опыта с использованием сыромо-

. . 'Лотого гипса, особенно в смеси с дефекатом и навозом.

6. ' Применение кальцийсодержащих соединений на фоне навоза резко уве-

личивает интенсивность микробиологических процессов чернозема типичного и серой лесной почвы. Возрастает общее количество микроорганизмов на МПА и КАА, уменьшается число микроскопических грибов, что свидетельствует о создании более благоприятных условий для дернового (гумусо-аккумулягивного) процесса.

7. Резкое усиление микробиологической и ферментативной активности под воздействием кальцийсодержащих соединений и органического вещества значительно мобилизует основные элемента питания растений, существенно улучшая питательный режим.

8. Использование кальцийсодержащих соединений, как раздельно, так и в смеси с органическими удобрениями обуславливает снижение гидролитической кислотности, увеличение насыщенности ППК кальцием от 75 "до 86 % (в черноземе типичном) и от 34 до 65 % (в серой лесной супесча-

;" ной почве), что способствует созданию физиологическт. уравновешенного почвенного раствора и улучшению экологического состояния исследуемых почв."

9. Кальцлйсодержащие соединения и органические удобрения оказали существенное влияние на эффективное плодородие исследуемьхх почв. По

вариантам опытов значительно увеличивается урожайность семян люцерны (на 28 %) и гречихи (40 %). Наибольшие прибавки урожайности отмечаются на вариантах опытов с совместным внесением кальцийсо-держащих соединений и органических удобрений.

10. Использование кальцийсодержащих соединений, как раздельно, так и совместно с органическими удобрениями является экологически целесообразным и экономически эффективным приемом, обеспечивающим значительный доход при высоком уровне рентабельности - 63-107 % (для гречихи) и 456-569 % (для люцерны).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для определения экологических условий пахотного слоя черноземов и серых лесных почв Лесостепи необходимо осуществлять постоянный контроль за их биогенностью, которую следует устанавливать по отношению активности ферментов полифенолоксидазы (А пол.) и пероксида-зы (А пер.); при этом А пол.: А пер. должно быть более 1.

2. С целью улучшения экологического состояния и повышения плодородия черноземов и серых лесных почв, следует применять органические удобрения совместно с кальцийсодержащими соединениями:

для черноземов - навоз - 60 т/га+ гипс - 2 т/га+ дефекат - 2 т/га; для серых лесных почв - навоз - 60 т/га+ дефекат - 6 т/га.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Влияние кальцийсодержащих соединений, различных способов основной обработки почвы и орошения на плодородие чернозема типичного в условиях Лесостепи ЦЧЗ // Тр. Курской гос. с.-х. академии. - Курск, 1996. -Т. 9. - С. 73-82. (в соавт.)

2. Воздействие кальцийсодержащих соединений и органического вещества на микробиологическую активность чернозема типичного в условиях Лесостепи ЦЧЗ //Тр. Курской гос. с.-х. академии. - Курск, 1998 (в печати).

3. Окультуривание почв легкого гранулометрического состава в условиях Лесостепи // Тр. Курской гос. с.-х. академии. - Курск, 1998 (в печати).

Формат 60 х 84 1/16. Бумага дня копировальных аппаратов. Печать на копировальном аппарате Курской ГСХА. Усл. печ. л. 1,0. Тирах 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Трутаева, Нина Николаевна, Курск

л

На правах рукописи

Трутаева Нина Николаевна

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В ОКУЛЬТУРИВАНИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ

11. 00. 11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, академик МАИ, РАЕН и ААО РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Муха В. Д.

Курск-1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................... 4

ГЛАВА I. ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

(краткий обзор литературы)........................................................................ В

1.1. Микробиологическая активность и плодородие

почв......................................................................................................... 8

1.2. Биологическая активность как диагностический показатель плодородия и экологического

состояния почв....................................................................................... 24

1.3. Использование сыромолотого гипса и дефеката

при окультуривании почв..................................................................... 27

1.4. Влияние кальцийсодержащих соединений на

биологические процессы почвы............................................................ 38

ГЛАВА II. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................................................. 41

2.1. Физико-географическая характеристика районов исследования................................................................................. 41

2.2. Методика проведения исследований.................................................... 47

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И

ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ........................................... 54

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ СЫРОМОЛОТОГО ГИПСА И ДЕФЕКАТА НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЁМА ТИПИЧНОГО И СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВ.......................................... 80

4.1 Влияние кальцийсодержащий соединений на

агрогенетические свойства почв........................................................... 80

4.2 Влияние кальцийсодержащих соединений и органического вещества на урожайность культур................................... 88

ГЛАВА V. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ И ОРГАНИЧЕСКИХ

УДОБРЕНИЙ................................................................................................ 91

ВЫВОДЫ.................................................................................................... 95

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ................................................... 97

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 98

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................125

«На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной, по своим конечным результатам, чем живые организмы, взятые в целом.»

(В. И. Вернадский, 1940)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Диссертационная работа посвящена проблеме исследования экологического значения кальцийсодержащих соединений и органического вещества в окультуривании почв в условиях Лесостепи.

Современное земледелие характеризуется интенсивным антропогенным воздействием на окружающую природную среду и особенно на почву как средство производства и компонент биосферы. Результат такого обычно несбалансированного воздействия проявляется в ослаблении микробиологической и ферментативной активности, потере гумуса и обменно-поглощенного кальция, ухудшении агрохимических и агрофизических свойств почв, снижения уровня почвенного плодородия.

Одной из важнейших проблем сельского хозяйства является повышение плодородия почв и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. Для получения высоких и устойчивых урожаев необходимо проведение ряда мероприятий среди которых огромная роль принадлежит улучшению питательного режима путем рационального использования почв, мобилизации их потенциального богатства.

Следует отметить, что несмотря на полувековую историю изучения культурной эволюции почв, ряд важнейших вопросов по изменению почвенных характеристик в процессе культурного почвообразования остается не-

достаточно исследованным и приобретает особую актуальность при решении практических задач по рациональному и экологически правильному использованию почвы, как природного ресурса.

Поэтому, для улучшения экологического состояния почв необходимо выявить возможность эффективного использования местных ресурсов таких, как навоз, торф, дефекат, гипс.

Цель и задачи исследований. Основная цель наших исследований состояла в выявлении воздействия кальцийсодержащих соединений и органического вещества на микробиологическую и ферментативную активность почв, в изучении количественных изменений микробного населения, а также агрогенетических характеристик и экологического состояния почв в условиях Лесостепи. Определение на этой основе приемов повышения почвенного плодородия и рационального использования почвы, как природного ресурса и главного средства производства в сельском хозяйстве.

Исходя из поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить изменения микробиологической и ферментативной активности почв (чернозёма типичного, серой лесной суглинистой и супесчаной) под воздействием кальцийсодержащих соединений (гипса, дефеката, их смеси) и органических удобрений (навоза, торфа);

2. Выявить влияние кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на агрофизические, физико-химические и агрохимические показатели исследуемых почв;

3. Установить воздействие кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на урожайность возделываемых культур;

4. Определить эколого-экономическую эффективность исследуемых приемов окультуривания почв.

Защищаемое положение. На защиту выносится концепция экологического воздействия кальцийсодержащих соединений и органических удобрений на микробиологическую и ферментативную активность чернозема типичного и серой лесной суглинистой и супесчаной почвы, которая базируется на следующих положениях:

1. В процессе сельскохозяйственного использования в исследуемых почвах существенно изменяется численность микрофлоры, ферментативная активность, интенсивность процессов минерализации и превращения органического вещества, подвижность питательных элементов;

2. Использование кальцийсодержащих соединений усиливает микробиологическую и ферментативную активность, мобилизует элементы питания и тем самым оптимизирует питательный режим, способствует образованию и закреплению в почве гумуса, положительно влияет на реакцию почвенного раствора и улучшает экологические условия вообще;

3. Наиболее экологически и экономически целесообразным (благоприятным) является совместное внесение сульфатов и карбонатов кальция, а также их смеси с органическими веществами.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Средне-Русской возвышенности изучено совместное воздействие кальцийсодержащих соеди-ненийша микробиологическую^ ферментативную активность почв. Выявлено, что применение дефеката, гипса, их смеси, особенно совместно с навозом и торфом является одним из наиболее рациональных приемов окультуривания и повышения плодородия почв, положительно влияющим на полезную почвенную микрофлору, агрогенетические характеристики и экологическое состояние исследуемых почв в целом.

Практическая значимость исследований. Применение кальцийсодер-жащих соединений и особенно с органическими веществами позволяет существенно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, активизировать полезную почвенную микрофлору и биохимические процессы, рационально использовать местные природные ресурсы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях Курской ГСХА в 1995-1998 гг., на научной производственной конференции работников АПК Курской области.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация, изложена на 144 страницах, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций производству, включает 10 таблиц, 14 рисунков, 20 приложений и список литературы из 250 российских и 49 зарубежных наименований.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю - заслуженному деятелю науки РФ, доктору с.-х. наук, профессору Мухе Владимиру Дмитриевичу.

Мы благодарны аспиранту кафедры почвоведения и агрохимии Чигаре-ву А. Г. за любезно предоставленную нам возможность работы на его полевом стационаре и использовать некоторые его экспериментальные материалы.

Большую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии, межфакультетской аналитической лаборатории, коллективу зональной опытно мелиоративной станции за оказанную помощь и дружескую поддержку.

ГЛАВА I ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ (краткий обзор литературы)

1.1. Микробиологическая активность и плодородие почв. Плодородие почв формируется под воздействием сложного комплекса природных и антропогенных факторов, ведущая роль принадлежит биохимической деятельности микроорганизмов. В почве обитают бесчисленные растительные и животные организмы, имеющие различные размеры и обладающие весьма разнообразной активностью. Все эти организмы принимают участие не только в образовании и эволюции почвы, но также обуславливают её плодородие.

Без огромного сложного мира живущих в почве существ нет и не может быть самой почвы, а без почвенного покрова не могла бы развиваться биосфера Земли как единственная целостная планетарная оболочка.

Благодаря микробному населению в почве создаются более благоприятные условия для питания, роста и развития высших растений.

Микроорганизмы оказывают положительное влияние на многие свойства почвы: разложение органических материалов и растительных остатков (синтез гумуса, минерализация органических И, Р и Б; повышение доступности для растений Р, Мп, Бе, Ъп и Си (симбиотические микоризные ассоциации, продуцирование органических хелатирующих агентов, окислительно-восстановительные реакции, растворение фосфатов); биологическая азотфик-сация (свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли; симбиоз с бобовыми растениями), усиление роста растений, защита против корневых патогенов и псевдопатогенов, повышение эффективности использования питательных веществ); биологическая защита от болезней растений, почвенных нематод и вредителей и сорных растений, биодеградация синтетических пестицидов и загрязнителей; усиления засухоустойчивости растений; улучшения

агрегатного состава почв и поддержания благоприятных физических свойств почвы.

Микроорганизмы в естественных условиях, главным образом, адгезиро-ваны на твердофазном субстрате, но встречаются и в водных пленках, капиллярах, почвенном растворе.

Микробное разнообразие разных типов почв определяется многими экологическими факторами: содержанием органического вещества, влажностью, кислотностью среды, концентрацией солей (Д. Г. Звягинцев, 1987).

Развитие микробиологии началось с момента открытия бактерий А. Ле-венгуком, в 1675 году. Кроме бактерий А. Левенгук при помощи отшлифованных им линз обнаружил дрожжи и простейшие. Независимо от него в 1677 году англичанин Р. Гук при помощи микроскопа также обнаружил бактерии. Первым трудом, посвященным систематике микроорганизмов, является книга Эренберга «Инфузории, как совершенные организмы», вышедшая в 1838 году. В ней открыты к тому времени микробы были разбиты на 22 семейства. В конце XVIII века усиленно занимался микроорганизмами русский учёный М. М. Тереховский, который, работая в Страсбургском университете, защитил диссертацию на тему: «De chao infusorio L». Он изучал размножение микроорганизмов, влияние на них различных внешних условий и т.д.. Диссертация М. М. Тереховского в настоящее время может рассматривается как одно из наиболее ранних экспериментальных исследований в области микробиологии.

Однако, несмотря на довольно давнее знакомство с микроорганизмами, долгое время не подозревали, что эти низшие существа ничтожно малых размеров могут играть какую либо существенную роль в жизни человека и процессах, происходящих в природе.

Последователи А. Левенгука интересовались лишь внешним видом микроорганизмов, строением их клеток, размножением, но не свойственными микробам функциями, т.е. их жизнедеятельностью.

Этот период длился до половины XIX века, до тех пор, пока работы великого французского учёного Л. Пастера (1822-1895) не показали, что микробы являются возбудителями разнообразных болезней, процессов брожения и других превращений органических и минеральных веществ в природе.

Открытие Л. Пастера привлекли к себе внимание учёных всего мира и способствовали развитию исследований по микробиологии практически во всех странах земного шара. Современник Л. Пастера талантливый немецкий врач Р. Кох (1843-1910) впервые ввёл и широко применил в своих работах принцип изолирования микробов на искусственных средах и получение чистых культур (Н. А. Блукет, В. Т. Емцев, 1969).

Начиная с 1884 года Е. Уоллни и М. Вертело расширили знания относительно роли бактерий в почве и пришли к выводу, что бактерии участвуют в образовании питательных веществ, используемых растениями и следовательно необходимы для развития последних (Ж. Пошон и Г. Де Баржак, 1960).

Что касается русской школы микробиологов, то ее характерной чертой всегда была экологическая направленность, изучение функций микроорганизмов в природе, в естественной среде обитания.

Большой вклад в изучение сельскохозяйственной микробиологии внесли ещё в дореволюционное время многие учёные: П. А. Костычев (1845-1895), В. В. Докучаев (1846-1903), К. А. Тимирязев (1843-1920).

В. В. Докучаев (1883)-первый, кто связал процессы почвообразования с деятельностью почвенных микроорганизмов.

Крупнейший почвовед П.А. Костычев (1889, 1892), развивая учение о почве, придавал большое значение биологическим факторам. В вопросе о происхождении чернозема Костычев наиболее существенную роль придавал

растениям и микробам. Чернозем, пишет он, является вопросом географии и физиологии высших растений и вопросом физиологии низших растений, производящих разложение органических веществ. От интенсивности и полноты разложения растительных остатков - корней и надземных частей, зависит накопление гумуса почв. В этих процессах Костычев основную роль отдает микроскопическим существам - бактериям и грибам. Его опыты показали, что в разных случаях гниение растительных остатков начинается неодинаково. Иногда на гниющем материале поселяются прежде всего бактерии, иногда же появляются раньше грибы. Костычев впервые установил факт образования перегноя почвенными грибами. Ему также следует приписать открытие закономерностей отношения углерода к азоту (С:ТЯ) в почве и значение этого соотношения в развитии растений и микробов. Он вскрыл сущность обогащения азотом почвенного гумуса. В процесс разложения растительных остатков, содержащих, как известно, не более 1,5 - 2 % азота, получается перегной с 4-5 % азота. Это преобразование органического вещества, как следует из данных Костычева, протекает при посредстве микробных организмов.

Большое значение придавал биологическому фактору В. И. Вернадский (1865-1945). Он впервые отнес почву в разряд биокостных систем, в основе функционирования которых лежат биохимические механизмы.

Все физико-химические свойства почвы требуют больших поправок, если не будет учтено находящееся в ней живое вещество. Вернадский, таким образом, четко сформулировал зависимость основного свойства почвы от населяющих ее организмов.

Большой вклад в изучение почвенной микробиологии внёс С. Н. Вино-градский. Его первые работы были связаны с проблемами азота. Тогда считалось, что растения для питания используют только нитраты. Но ответить на вопрос откуда нитраты появляются в почве, никто не мог. С. Н. Виноград-

скому удалось разрешить эту проблему, выделив в 1890 году нитрифицирующие бактерии, а в 1893 году Clostridium pasteurianum - анаэробную спо-рообразующую бактерию, связывающую газообразный азот. Несколько позднее М. Бейеринк (М. W. Beijerinck, 1901) открыл Azotobacter chroococ-cum - аэробную неспороносную бактерию, обладающую этой же функцией. Примерно в это же время была разрешена проблема питания бобовых растений благодаря работам Г. Гельригеля (Н. Hellriegel, 1886), Г. Гельригеля, Вильфарта (Н. Hellriegel, Н. Wilfarth, 1888). Чистая культура клубеньковых бактерий (Rhizobium) была выведена Бейеринком (М. Beijerinck, 1888). Им было доказано, что клубеньковые бактерии вызывают образование клубеньков, в которых осуществляется усвоение молекулярного азота. Несколько позднее чистая культура была выделена А. Пражмовским (A. Prazmowski, 1890). Уже в 1890 г. успехи микробиологии были очень значительны и позволяли утверждать, �