Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение структуры микробного комплекса почвы при использовании продуктов переработки стоков свинооткормочных предприятий в качестве удобрения

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Изменение структуры микробного комплекса почвы при использовании продуктов переработки стоков свинооткормочных предприятий в качестве удобрения"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

УДК 631.459:628.4 На правах рукописи

АХТЕМОВА Гульнара Асановна

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ МИКРОБНОГО КОМПЛЕКСА ПОЧВЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ СТОКОВ СВИНООТКОРМОЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ в КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ.

Специальность: 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени . кандидата биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1998 г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии.

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Ю.В.Круглов доктор биологических наук, И.А.Архипченко

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Г.А. Воробейков кандидат биологических наук, И.И.Черняева

Ведущее учреждение: Санкт-Петербургский Государственный Технологический Институт (Технический Университет)

Защита диссертации состоится октября 1998 г. в <0 час. ^С'мин на заседании диссертационного совета К 020.26.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте

сельскохозяйственной микробиологии.

Адрес: 189620, Санкт-Петербург, Пушкин, ш.Подбельского,3 Ученый Совет

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института. Автореферат разослан . 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.б.н. А.Н.Зарецкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований.

При бесподстилочном содержании скота на животноводческих комплексах накапливаются неиспользуемые в народном хозяйстве отходы, которые загрязняют окружающую среду. Переработке на очистных сооружениях подвергается, как правило, жидкая фракция навоза. В нашей стране более 90% животноводческих комплексов имеют аэробные биологические системы очистки сточных вод, на которых скапливается значительное количество ила и осадков. В результате наблюдается вторичное загрязнение окружающей среды и создаются антисанитарные условия.

Один из путей решения вопроса - переработка активного ила и осадка сточных вод очистных сооружений в полноценное биологически активное органическое удобрение.

В ряде работ показано, что использование сточных вод животноводческих предприятий в качестве удобрений в определенных условиях повышает биологическую активность почвы и урожай сельскохозяйственных культур (Савченко, 1986; Eiland, 1981; Jarnagin S., 1992).

Однако, в научной литературе крайне мало данных, касающихся технологий и эффективности применения активного ила и осадка -продуктов аэробной переработки сточных вод крупных свинооткормочных комплексов.

Не исследовано их влияние на биологические и агрохимические свойства почвы.

Изучение этих вопросов позволит с одной стороны дать обоснование и разработать эффективные и экологически безопасные способы утилизации стоков, повысить продуктивность сельскохозяйственных угодий и плодородие почвы; с другой стороны -существенно улучшить санитарно-гигиеническую обстановку в районах крупных животноводческих комплексов, снизить экологический ущерб и повысить рентабельность этих предприятий.

Цель работы.

Изучить влияние активного ила и осадков сточных вод очистных сооружений свинооткормочных комплексов на микрофлору почвы и оценить эффективность их применения в качестве удобрения.

Основные задачи исследований.

1. Оценить влияние активного ила и осадка сточных вод на санитарно-гигиеническое состояние почвы.

2. Изучить их воздействие на динамику микрофлоры и биологическую активность почвы.

3. Исследовать изменение структуры бактериального комплекса почвы под влиянием удобрений на основе отходов свинооткормочных комплексов.

4. Оценить эффективность биологически активного удобрения на урожай сельскохозяйственных культур.

Научная новизна.

Впервые детально исследовано влияние смеси активного ила и осадка сточных вод свинооткормочных комплексов на биологическую активность и структуру микробного комплекса почвы.

Установлено, что под их воздействием возрастает видовое разнообразие бактерий в почве и ризосфере растений, улучшаются агрохимические свойства почв, что обеспечивает более благоприятные условия произрастания сельскохозяйственных культур.

Обнаружено, что активный ил содержит биологически активные вещества, стимулирующие рост растений.

Показано, что наиболее приемлемой в санитарно-гигиеническом, экологическом и производственном плане является сухая форма смеси, которая предлагается нами в качестве удобрения под маркой «Бамил».

Установлена высокая эффективность удобрений на основе активного ила и осадка сточных вод, обеспечивающая увеличение урожая сельскохозяйственных культур и повышение качества продукции.

Практическая значимость.

Дано почвенно-микробиологическое обоснование применения активного ила и осадка сточных вод свинооткормочных комплексов в качестве эффективных, экологически чистых и биологически активных удобрений, что подтверждено актами производственных испытаний. Использование активного ила и осадка сточных вод в качестве удобрений позволяет существенно снизить экологический ущерб в районах крупных животноводческих комплексов.

Апробация работы.

Основные результаты исследований докладывались на Всесоюзной конференции «Микробиологические методы защиты окружающей среды» (Пущино, 1988); на Международном совещании «Структура и функция микробных сообществ почвы под антропогенной нагрузкой» (ЧСФР, 1990); на Всероссийской конференции «Микробиология почв и земледелие» (Санкт-Петербург, 1998).

По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов, заключения, 3-х приложений. Содержит страниц машинописного текста, включая 20 рисунков и 21 таблицу. Список литературы включает 226 источников, из которых 91 иностранных.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии в период 1987-1989гг в лабораториях микробиологического мониторинга и биодиагностики почв и микробной экотехнологии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектом наших исследований были продукты аэробной переработки сточных вод - избыточный активный ил и осадок сточных вод из биологических очистных сооружений свиноводческого комплекса «Восточный» Ленинградской области.

Исходную (рабочую) смесь получали путем смешения избыточного активного ила и осадка сточных вод в соотношении 1:1.

Полученная таким образом смесь содержала (в % на сухое вещество) Ыобщ. - 5; Рг О5 - 4; К2О - 1,2, влажность которой составляла 94%, рН -7,0, то есть по своим параметрам соответствовала полноценному органическому удобрению.

В работе были использованы три его формы: жидкая, анаэробно-сброженная и высушенная.

Сброженную смесь получали при анаэробном метановом сбраживании исходной смеси по общепринятой схеме, в экспериментальном метантенке НИИПТиМЭСХ.

Сухое удобрение получали путем центрифугирования исходной смеси с дальнейшим высушиванием осадка при температуре 60° С. Такая форма смеси содержала ¿Чобщ. -5; Р2О5 -1,8; Кг О - 0,8%; С общ. -38% на сухое вещество.

В лабораторных, вегетационных и полевых опытах изучали влияние смеси активного ила и осадка сточных вод на санитарное состояние почвы, структуру микробного комплекса, биологическую активность, урожай и качество сельскохозяйственных культур.

Вегетационные и полевые опыты проводили по общепринятой методике (Доспехов,1973).

В вегетационных опытах использовали дерново-подзолистую супесчаную среднеокультуренную и дерново-подзолистую супесчаную слабогумусированную почвы.

Минеральные удобрения вносили из расчета 0,1 г действующего вещества на 1 кг почвы, следуя рекомендациям Санкт-Петербургского аграрного университета (Метод, указ., 1975.)

Смесь ила с осадком вносилась из расчета 0,1 г N06111. удобрения на 1 кг почвы. Все варианты выравнивали по фосфору и калию в соответствии с вариантом N Р К.

Схема опыта включала парующую почву и посевы овса. В зависимости от условий и продолжительности опытов учитывали величины зеленой массы или урожай зерна овса.

Мелкоделяночный полевой опыт был поставлен на базе СЗ НПО «Белогорка» на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве.

Минеральные удобрения вносили из расчета М100Р80К,,0 , что соответствовало оптимальной дозе удобрения под картофель для данного типа почвы. Были использованы аммиачная селитра, суперфосфат и хлористый калий.

Смесь ила с осадком вносилась из расчета 1Ч0бш. -100кг на га, что соответствовало 40 т/га жидкой смеси ила и осадка ( 1 доза ). Все варианты, выравнивали по Р и К в соответствии с вариантом N Р К и соответствующей дозой.

В первый год высаживали картофель сорта "Тихвинский", последействие удобрений учитывали по урожаю яровой пшеницы, сорта "Ленинградка".

Площадь делянки составляла 12 м2. Повторность опыта 4-х кратная.

В целях уточнения полученных результатов по урожаю, в 1988 году был заложен еще один полевой опыт с повторением аналогичной схемы на дерново-подзолистой легко-суглинистой почве опытного поля Санкт-Петербургского аграрного университета. Дополнительно был введен вариант - "Навоз, 40 т/га".

Площадь каждой делянки составила 25 м2, повторность опыта 4-х кратная. Культура - картофель, сорта "Невский".

Санитарно-гигиеническую оценку почвенных образцов осуществляли на СЭС Пушкинского района г. Санкт-Петербурга.

Изучение почвенной микрофлоры проводили путем определения численности разных систематических групп микроорганизмов, используя для этого метод последовательных разведений.

. Общее количество аммонифицирующих бактерий учитывали на мясо-пептонном агаре ( МПА ), количество актиномицетов и бактерий, использующих минеральные формы азота - на крахмало-аммиачном агаре ( КАА ), количество микроскопических грибов -на пептонно-декстрозном агаре Мартина с добавлением стрептомицина, целлюлозоразлагающие бактерии учитывали на агаризованной среде Гетчинсона с использованием дисков из фильтровальной бумаги, количество споровых бактерий - на агаризованной среде МПА + сусло (1:1 ) высевом пастеризованной почвенной суспензии из соответствующего разведения (Метод, рек. ВНИИСХМ, 1987; Сэги,1983).

Учет видового разнообразия почвенных микроорганизмов проводили в почвенных образцах вегетационного опыта 1988 года как в опыте без растений, так и под растениями.

• Качественный состав почвенных и ризосферных микроорганизмов учитывали, проводя поверхностный посев на среду 19 (Возняковская, Широков, 1958 ).

Описание видового разнообразия проводили по морфолого-культуральным признакам бактериальных колоний. Выделение

доминантных форм в вариантах опыта осуществляли на основе использования критериев "частота встречаемости" и "обилие вида". Причем, доминирующими в данном микробоценозе считали виды, количество которых составляет не менее 10% от общего числа учтенных микроорганизмов.

Идентификацию бактерий, доминирующих в почвенной и ризосферной микрофлоре, осуществляли традиционными методами (Метод.указания... ВНИИСХМ, 1985; Берги, 1980; Герхардт, 1984; Скворцова, 1984; Bergey, 1974).

Экологическая оценка состояния бактериальных сообществ в почве дана на основе использования индексов доминирования, разнообразия Симпсона, индекса разнообразия Шеннона. Кроме того, выведены сравнения, основанные на формах кривых доминирования-разнообразия (Одум, 1975,1986 ).

Вместе с тем, для изучения микроорганизмов присутствующих в почве в физиологически активном состоянии и для выяснения их пространственного распределения был использован метод стекол обрастания Холодного-Росси (Сэги, 1983 ).

Агрохимические анализы почвенных образцов и определение качества урожая проводили традиционными методами (Аринушкина, 1970; Практикум по агрохимии, 1987).

Биологическую активность определяли по показателю выделения СОг почвой на газовом хроматографе "Хром-4" ( Метод, реком. ВНИИСХМ, 1981).

Уреазную активность почвы определяли методом Галстяна (Галстян, 1974).

Нитрификационную способность почвы и содержание нитратов определяли согласно Методическим рекомендациям ВНИИСХМ (1981 ).

Для оценки достоверных данных весь материал подвергался математической обработке с определением наименьшей существенной разности для 95%-го уровня значимости (Доспехов, 1979).

Статистическая обработка полученных результатов и весь иллюстративный материал был выполнен на персональном компьютере IBM PC Pentium с использованием пакета программ Microsoft Office для Windows 95 (М.Левин, 1997). Расчеты индексов доминирования-разнообразия произвели по оригинальной программе, разработанной во ВНИИСХМ Воробьевым Н.И.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В процессе биологической очистки навозсодержащих стоков свинокомплексов, кроме очищенной воды, образуются такие продукты, как избыточный активный ил и осадок сточных вод.

Ежегодно их на типовом животноводческом комплексе из 108 тыс. голов скота получают до 600 м3. В результате на свинокомплексах накапливаются илы и осадки, которые одновременно являются богатым источником органических соединений и источником загрязнения.

Результаты наших исследований показали, что внесение в почву осадка сточных вод и жидкой смеси ила с осадком в больших дозах, ухудшает санитарное состояние почвы. Здесь отмечается повышение титра кишечной палочки и наличие яиц гельминтов. Титр кишечной палочки также повышен по сравнению с контролем в варианте с внесением сброженной смеси. Внесение в почву одинарной дозы высушенной смеси не изменяло титр кишечной палочки. В этих вариантах отмечено отсутствие яиц гельминтов. Вместе с тем, во всех вариантах не фиксировалась условно патогенная микрофлора.

При использовании органического удобрения,

приготовленного на основе активного ила и осадка сточных вод очистных сооружений свинооткормочных предприятий, происходит обогащение почвы энергетическим материалом, легкодоступными формами азота, фосфора и калия, а также микроэлементами.

Специфический состав органического вещества, представленный главным образом белковой массой микроорганизмов, имеющий узкое соотношение С :-N, обусловливает интенсивное развитие сапрофитных бактерий.

В модельном опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве оценивались удобрительные свойства трех форм смеси ила и осадка:-жидкой, анаэробно-сброженной и сухой .При внесении их в почву, можно отметить увеличение численности бактерий, использующих азот минеральных и органических соединений. Так, общее количество бактерий, учитываемых на мясо-пептонном агаре (МПА), возрастает почти в 5 раз при внесении жидкой, в 3,5 раза при внесении сброженной и в 10 раз при внесении высушенной смеси ила и осадка. Эта разница сохраняется на протяжении всего вегетационного периода.

Все формы ила положительно влияют на содержание споровых бактерий в почве, развитие которых характеризует более глубоко идущие минерализационные процессы(Мишустин, 1970). Количество спорообразующих форм в 1,5-2 раза выше в почве, удобренной илом и осадком, чем в почве без удобрений.

В условиях полевого опыта на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве наибольшая численность сапрофитных бактерий отмечается в середине вегетации картофеля (Рис. 1).

В вариантах, удобренных смесью ила с осадком как без, так и с добавлением минеральных удобрений, численность бактерий во время цветения картофеля увеличивается в 3-5 раз по сравнению с контролем, тогда как количество микроскопических грибов

уменьшается в 1,5-2 раза. Расширяется отношение бактерий к микромицетам, что подтверждают данные вегетационных опытов.

Бактерии на МПА

Актиномицеты

Варианты

Варианты

Рис. 1. Влияние смеси ила и осадка на численность микроорганизмов в почве под картофелем. 1 - контроль; 2 - М100Р80Кш; 3 - жидкая смесь, N¡00; 4 - жидкая смесь + РК, одна доза; 5 - жидкая смесь + РК, две дозы.

Внесение в почву органического вещества в виде смеси ила и осадка, обусловливает повышение численности актиномицетов в 1,52 раза по сравнению с контрольным вариантом, как в условиях полевого так и вегетационного опытов. Наибольшее влияние на численность актиномицетов в почве оказывает внесение высушенной формы ила с осадком.

Внесение в почву смеси ила и осадка существенно влияет на численность микроорганизмов и структуру бактериального комплекса на протяжении всего вегетационного периода, заметно изменяя ее качественный состав.

В почве, удобренной различными формами смеси ила и осадка, наряду с увеличением общей численности бактерий, возрастает их разнообразие. Одновременно расширяется как количество доминирующих форм бактерий, так и редких видов.

На рисунке 2 кривые доминирования-разнообразия, в почве модельного опыта во всех вариантах, удобренных смесью активного ила и осадка, на 1-2 порядка выше, чем в контрольном варианте. Здесь наблюдается большее разнообразие морфотипов бактерий, которые, распределяясь по модели «разломанного стержня», сосуществуют в благоприятных условиях.

Для контроля это распределение имеет вид прямой, круто уходящей вниз, что характерно для сообществ, развивающихся в неблагоприятных условиях конкуренции за источники питания и энергию.

1 2 3 4 5 6 7 В 9 10 11 12 13 14 15 16 Последовательность видов

Рис. 2. Ранжированные кривые доминирования-разнообразия бактериальных сообществ в парующей почве. 1 - почва без удобрений (контроль); 2 - ЫРК, 3 - внесение жидкого, 4 - сброженного, 5 - сухого ила с осадком.

На рисунке 3, структура бактериального комплекса почвы представлена в радиальной системе координат, где каждый радиус соответствует определенному морфотипу бактерий, а его длина логарифму их численности в 1 г почвы.

Таким образом, бактериальное сообщество на рисунке 3 формально представляет некую площадь, конфигурация которой характеризует распределение и значимость отдельных видов бактерий входящих в него.

В контрольной ( без удобрений) почве сообщество гетеротрофных бактерий крайне сужено. В нем доминирует 1 вид, который по значимости превосходит все остальные виды.

При внесении минеральных удобрений происходит изменение конфигурации «таксономического пространства» за счет элиминирования одних и появления новых форм бактерий. Однако в комплексе доминирующее положение занимает тот же морфотип, что и в контроле.

Под влиянием смеси активного ила и осадка «таксономическое пространство» бактериального комплекса резко возрастает как за счет появления новых видов, так и за счет

увеличения их численности. Происходит смена доминирующих форм и расширение их числа.

Контроль

2К А йо-Л4

19•* • . . 1б

18 .^

17\ '•;>*... /;<>Г 7«

16\ у / УЭ

• ' ''>10 1*13- 12^1

Смесь жидкого

21/ 20/.

19' .' 18- -

17 -, '

1е'<;

15-

22 23 * 2.3

1*13—12^1

сухого ила с осадком

1

Рис. 3. Структура бактериального комплекса почвы по

морфолого-культуральным признакам. По периметру: 1,2,3,... 23 - морфологические типы (виды) бактериальных колоний на среде 19. По радиусу: логарифм численности бактерий на 1 г почвы 4 +п). Результаты анализа биоразнообразия бактериального комплекса почвы в производственных условиях в целом подтверждают данные, полученные в вегетационных опытах. Как видно из рисунка 4, при однократном внесении в почву ила и осадка (40г на га) общая численность бактерий и биоразнообразие бактериального комплекса опытного поля возрастает по сравнению с контролем.

Совершенно иную картину представляет собой ранжированная кривая доминирования-разнообразия, построенная для участка поля при многократном внесении сточных вод (поле,

залитое илами и осадками). Здесь кривая распределения видов представляет собой прямую линию, резко обрывающуюся вниз.

Последовательность видсш

Рис. 4. Ранжированные кривые доминирования-

разнообразия бактериальных сообществ. 1 - почвы без удобрений (контроль); 2 - при однократном внесении ила и осадка в дозе 40 т на га, 3 - многократное внесение ила и осадка ( скользящие поля запахивания совхоза «Спутник» Ленинградской области).

В данном сообществе описано всего 5 морфотипов бактерий, один из которых занимает приоритетное доминирующее положение. Последнее объясняется высокой влажностью почвы, залитой продуктами переработки сточных вод и высокой концентрацией органического вещества, что обуславливает микроаэрофильные условия жизнедеятельности микроорганизмов.

В рассматриваемых нами бактериальных сообществах общий показатель разнообразия Шеннона в парующей почве модельного опыта увеличивается почти в два раза при внесении удобрительной смеси. (Рис.5). В динамике этот показатель возрастает.

В ризосферных сообществах общий показатель разнообразия Шеннона выше почти вдвое по сравнению с парующей почвой.

1 2 3 4 5

Месяцы

Рис. 5. Влияние ила и осадка на индекс разнообразия Шеннона (Н) А - в ризосфере овса, Б - в почве без растений. 1 - контроль, 2 - NPK, 3 - внесение жидкой, 4 - сброженной и 5 - сухой смеси ила с осадком.

Причем, влияние корневых выделений растений объясняет более сглаженный характер кривой в динамике. Другими словами, ризосферные сообщества бактерий характеризуются более высоким уровнем разнообразия системы и наличием большего числа часто встречающихся и редких видов.

При изучении разнообразия ризосферных и почвенных микроорганизмов, по морфолого-культуральным признакам было описано 42-е разновидности бактериальных колоний, 14 из которых постоянно встречались в различных вариантах опыта и по количественным характеристикам были отмечены как доминирующие и идентифицированы до вида.

Выделенные нами культуры, представлены 6 родами бактерий, такими как Pseudomonas, Arthrobacter, Acetobacter, Nocardia, Flavobacterium, Bacillus, из которых почти половина относится к роду Pseudomonas - (Pseudomonas pictorum, Ps.rathonis, Ps.eisenbergii, Ps.ambigua, Ps. mephitica, Ps.salopia);a также Arthrobacter pascens, Arthr.viscosus; Acetobacter liquefaciens; Bacillus stearothermophillus, Bac.polymyxa; Flavobacterium devorans; Nocardia lutea, Noc.salmonicolor.

Как видно на таблице 1, в почве без удобрений (контроль) доминируют два вида бактерий,которые идентифицированны как Arthrobacter pascens (N 1) и Acetobacter liquefaciens (N 7).

При внесении в почву минеральных удобрений доминирует один вид - Acetobacter liquefaciens (N 7).

В почве, удобренной жидкой смесью ила и осадка 4 вида занимают доминирующее положение - это Arthrobacter pascens (N 1), Pseudomonas salopia (N 15), Ps.eisenbergii (N 17), Bacillus polymyxa (N 18).

Таблица 1.

Структура бактериального комплекса почвы при внесении различных форм смеси ила и осадка._

№ Вид Варианты опыта

Конт] золь NPK Смесь ила с осадком

а б а б Жидк а б Сброж. а б Сухая а б

01 Arthrobacter pascens Д + + д д + д + д +

02 Arthrobacter viscosus + + - + - + д + д д

07 Acetobacter liquefacien д + д - - д д д л д

10 Flavobacterium devorans - д + + + д + + + +

11 Pseudomonas pictorum - + + + + - + + - +

12 Pseudomonas rathonis - + + + - + + - + +

15 Pseudomonas salopia - - - + д - + - - -

17 Pseudomonas eisenbergii - д - д д д - д д д

18 Bacillus polymyxa - + - + д д + - - -

21 Bacillus stearothermophillus - + - + - + д + - +

27 Pseudomonas ambigua - + - - - + - - - д

34 Nocardia lutea - - - д - д - д - д

36 Nocardia salmonicolor - - - - - - - д - -

41 Pseudomonas mephitica - - - - + - - - - д

Примечание: + - присутствие штамма в вариантах опыта,

Д - доминирование штамма в вариантах опыта,

а - модельный опыт (парующая почва), б - в ризосфере

овса.

В почве, удобренной сброженным илом и осадком, также доминируют 4 вида бактерий - Arthrobacter pascens (N 1) и Bacillus polymyxa (N 18), Acetobacter liquefaciens (N 7), Bac.stearothermophillus (N21).

В варианте с использованием сухого ила с осадком, среди доминирующих видов наряду с Arthrobacter pascens (1), Acetobacter liquefaciens (7) и Pseudomonas eisenbergii (N 17), появляется -Arthrobacter viscosus (N 2).

В целом, из таблицы 1 видно, что под влиянием смеси ила и осадка происходит изменение структуры бактериального комплекса почвы, возрастает его разнообразие, происходит смена доминирующих видов.

Доминирование таких родов бактерий как Pseudomonas и Bacillus говорит о том, что почва богата легкодоступными органическими веществами (Мишустин, 1970).

Структура бактериального сообщества в ризосфере растений, при внесении в почву активного ила и осадка, менее подвержена каким-либо резким изменениям.

Так, почти все морфотипы встречаемые в неудобренной почве, обнаруживаются и в вариантах опыта с удобрениями.

Однако, если в контроле доминируют только два вида бактерий, таких как Acetobacter liquefaciens (7) и Pseudomonas eisenbergii (17),то в почве, удобренной активным илом и осадком, к ним прибавляется еще и Flavobacterium devorans (10) и два вида из рода Nocardia, такие как - Nocardia lutea (N 34) и Noc.salmonicolor (N36).

В почве, удобренной сухой смесью ила и осадка несколько шире представлен род Pseudomonas. В этом варианте из 24 описанных морфотипов 6 идентифицированны как доминирующие. К таким доминирующим видам как - Arthrobacter viscosus (2), Acetobacter liquefaciens (7), Pseudomonas eisenbergii (17), Nocardia lutea (34), добавляются два новых вида псевдомонад. Это Pseudomonas ambigua (N27) и Ps.mephitica (N 41).

Таким образом, внесение в почву активного ила и осадка, весьма существенно влияет на структуру бактериального сообщества. Наблюдается четкая смена доминирующих видов бактерий.

Для оценки биологической активности мы использовали интегральные показатели такие как «дыхание почвы», разложение целлюлозы, уреазную активность и нитрификационную способность.

Исследования, проведенные в вегетационном опыте, показали, что как жидкая, так и высушенная смеси активного ила с осадком существенно повышают интенсивность дыхания дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, занятой культурой овса.

Выделение СО2 возрастает в 1,5-3 раза в зависимости от формы органического удобрения. Наибольшее влияние на интенсивность дыхания оказывает высушенная форма биологически активного удобрения.

В полевом опыте наблюдается аналогичная картина (Рис.6), жидкая смесь активного ила с осадком усиливает дыхание почвы почти в 3 раза. Двойная доза такого удобрения оказывает такое же влияние на этот процесс, как и одинарная, что говорит о насыщенности почвы органическим веществом.

Как в вегетационном, так и в полевом опыте минеральные удобрения в принятой дозе не оказывают существенного воздействия на дыхание почвы.

Рис. 6. Продуцирование СО2 в почве под картофелем в динамике по вариантам опыта. Условные обозначения: 1 - контроль; 2 - ИРК;

3 - внесение жидкой смеси ила с осадком в одинарной дозе;

4 - внесение смеси в двойной дозе.

Анализ динамики уреазной активности в вегетационном и полевом опытах показал, что при внесении смеси активного ила с осадком активность уреазы в дерново-подзолистой почве существенно возрастает. Причем с увеличением дозы жидкой смеси соответственно возрастает и активность фермента.

В почве удобренной активным илом с осадком нитрификационная способность возрастает в 6-8 раз по сравнению с контролем. Наибольшие значения нитрификационной активности наблюдаются при внесении двойной дозы удобрения, где в июне месяце разница с контрольным вариантом возрастает более чем в 12 раз. Положительный эффект удерживается в течении двух месяцев (май-июнь).

Аналогичная картина складывается по содержанию нитратов в почве.

Таким образом, внесение в почву органического удобрения, приготовленного на основе активного ила и осадка сточных вод, стимулирует биологическую активность почвы. Наряду с усилением микробиологических процессов активизируется интенсивность выделения почвой углекислоты. Возрастает численность аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Заметно усиливается уреазная активность почвы, увеличивается нитрификационная способность. Повышение биологической активности почвы оказывает положительное влияние на плодородие и тем самым на питательный режим почвы, способствуя более интенсивному росту и развитию растений.

Предпосевное внесение ила и осадка в почву под овес в вегетационном опыте, в зависимости от его формы, дает прибавку урожая в среднем 157 %, по сравнению с контролем. Внесение минеральных удобрений по эффективности примерно равно внесению илов и осадков.

В полевом опыте, проведенном в НПО "Белогорка" на дерново-подзолистой легкосуглинистой среднеокультуренной почве, изучалось действие и последействие активного ила и осадка сточных вод на урожай картофеля и пшеницы (Табл. 2).

В первый год урожай картофеля в вариантах, где вносили илы и осадки, в среднем возрастал в 1 - 2 раза , в последействии прибавка урожая пшеницы составила в среднем 48 %.

Эффективность эквивалентной дозы минеральных удобрений была значительно ниже.

Наряду с повышением урожая биологически активное удобрение обеспечивает и улучшение качества сельскохозяйственной продукции. Нитратный азот в клубнях картофеля не накапливался, содержание его (7,0 - 7,9 мг/кг продукции) было примерно одинаково с содержанием нитратов в клубнях картофеля с неудобренного варианта. Тогда как в варианте с использованием минеральных удобрений содержание нитратного азота повышалось до 52,3 мг/кг продукции.

Таблица 2.

Влияние удобрений на урожай и качество картофеля и пшеницы /Полевой опыт 1987 - 1988 гг./

N Варианты опыта Картофель, 1987 г. Пшеница, 1988 г. /последействие/

Урожай ц/га N-N03 мг/кг Содер жание крахмала % Урожай ц/га Белок, %

1. Контроль 103,6 6,90 14.1 16,7 14,10

2. Nio6P8oK.no 166,5 52,3 15,9 18,7 14,16

3. Смесь ила с осадком 40 м3/га 173,9 7,0 17,9 23,4 14,38

4. Смесь ила с осадком 40 м3/га + РКХ 247,9 7,5 19,1 23,3 15,02

5. Смесь ила с осадком 80 м%а +2Р Кхх 262,7 7,9 19,9 27,8 15,78

НСРо,95 7,1 2,4 1,2 3,25 0,15

Примечание :х- эквивалентно NiooP8oK.no;

хх - эквивалентно №<юР160К220.

Содержание крахмала в картофеле на почве, удобренной активным илом и осадком, увеличилось на 3,8-5,8%. В зерне пшеницы, собранной на второй год содержание белка возрастало с 14,1% (в контроле) до 14,38 - 15,78 % в удобренных вариантах.

Таким образом, высокое содержание К, Р, К в активном иле, его влияние на формирование микробного ценоза, обусловившее преимущественное развитие бактерий и актиномицетов, а также активизацию биохимических процессов трансформации органического вещества, создают более благоприятные экологические условия для развития растений и получения высококачественной продукции.

Полученные данные позволяют рекомендовать активный ил в качестве эффективного удобрения под сельскохозяйственные культуры и прежде всего под картофель.

По-видимому, одной из наиболее перспективных форм является высушенный ил, 1 тонна которого содержит 50 кг азота, 18 кг фосфора и 8 кг калия, а также микроэлементы и биологически активные вещества. Он удобен для транспортировки и внесения в почву. Предварительные расчеты показывают, что энергетические затраты на получение высушенного активного ила, транспортировку и внесение в поле практически не превышают таковых на производство, транспортировку и внесение минеральных удобрений с эквивалентным содержанием ЫРК.

Вместе с тем дополнительное внесение РК позволяет сбалансировать содержание ЫРК в почве и существенно повысить продуктивность растений и эффективность биологического удобрения.

Поэтому производство нового удобрения в виде высушенного ила с осадком в значительной степени возместит затраты на очистку стоков, так как применение его повысит урожай растений и качество сельскохозяйственной продукции. Вместе с тем, будут решены вопросы по охране окружающей среды.

ВЫВОДЫ

1. Внесение в почву жидких органических фракций из очистных сооружений свинооткормочных комплексов оказывает неблагоприятное воздействие на санитарно-гигиеническое состояние почвы и является источником ее загрязнения.

2. Биологическое удобрение, полученное на основе активного ила и осадка сточных вод очистных сооружений свинооткормочных предприятий, по всем параметрам соответствует полноценному органическому удобрению. Жидкая смесь ила с осадком содержит (в % на сухое вещество) - N06111 - 5,0; Р2О5 - 4,0; КгО - 1,2; сброженная в анаэробных условиях - N061« - 4,5; Р2О5 - 3,2; К2О - 1,5, высушенное удобрение - 1Ч0бщ - 5,0; Р2О5 - 3,2; КгО - 0,8%, Собш - 38%. Все три формы биологического удобрения содержат ряд микроэлементов, таких как -Со, Си, Хп, Мп, Ре. В них отсутствуют особо токсичные тяжелые металлы, такие как С<1, №, РЬ, Щ, Сг.

3. Избыточный активный ил, образующийся на биологических очистных сооружениях свиноводческих комплексов, оказывает стимулирующее воздействие на тест-растение. Активный ил можно рекомендовать в качестве стимулятора роста растений.

4. Внесение в почву биологически активных органических удобрений, приготовленных на основе активного ила и осадка сточных вод очистных сооружений свиноводческих комплексов, существенно влияет на биологическую активность почвы. Увеличивается общее количество бактерий, грибов, актиномицетов. Возрастает численность аэробных целлюлозоразлагающих

микроорганизмов. Заметно усиливается дыхание и уреазная активность почвы, увеличивается нитрификационная способность.

5. В парующей почве, удобренной биологически активным удобрением, приготовленном на основе активного ила и осадка сточных вод, происходит значительное изменение структуры бактериального сообщества. Возрастает индекс видового богатства, соответственно снижается индекс доминирования Симпсона. Увеличивается индекс разнообразия Шеннона. В неудобренной дерново-подзолистой супесчанной почве доминируют два вида бактерий - Arthrobacter pascens и Acetobacter liquefaciens, в удобренных вариантах - наряду с этим видом, отмечено значительное развитие Pseudomonas salopia, Pseudomonas eisenbergii, Bacillus polymyxa, Bac.stearothermophillus. В удобренной почве под покровом растений кроме вышеописанных видов бактерий среди доминирующих встречались Flavobacterium devorans, Nocardia lutea, Noc.salmonicolor, Ps.ambigua, Ps.mephitica. Наиболее благоприятные изменения в структуре бактериального комплекса происходят при внесении высушенной формы биологического удобрения.

6. В ризосфере растений воздействие удобрений на бактериальный ценоз имеет менее выраженный характер. Индексы доминирования -разнообразия здесь близки между собой, ранжированные кривые более сглаженные, хотя общая тенденция расширения разнообразия при внесении биологически активного удобрения остается такой же.

7. Ранжированные кривые доминирования - разнообразия отражают реакцию микробного сообщества на внешние воздействия и могут быть использованы для индикации экологического состояния почвы.

8. Внесение в почву органической биомассы активного ила и осадка и особенно его высушенной формы, оказывает положительное влияние на питательный режим почвы. В результате чего существенно возрастает урожай сельскохозяйственных культур и качество продукции. Эффективность биологического удобрения заметно превышает эффективность минеральных удобрений.

9. На основе полученных результатов дано почвенно-микробиологическое обоснование по использованию активного ила и осадка свинооткормочных предприятий в качестве эффективного органического удобрения. Наиболее перспективной, соответствующей санитарно-гигиеническим нормам является высушенная форма удобрения, получившая впоследствии торговую марку "Бамил", 1 т которого содержит 50 кг азота, 18 кг фосфора и 8 кг калия, а также микроэлементы и биологически активные вещества. Он удобен для транспортировки и внесения в почву. Производство и реализация высушенного удобрения в значительной степени возмещает затраты на очистку стоков. Вместе с тем применение их в сельском хозяйстве решает вопросы охраны окружающей среды.