Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологическая оценка деградации мелиорированных почв Среднеамурской низменности

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Микробиологическая оценка деградации мелиорированных почв Среднеамурской низменности"

«ЧГ с о

со с, о.

На правах рукописи

\

КИРИЕНКО ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕГРАДАЦИИ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

03.00.16 - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск 1998 г.

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской Академии Наук г. Хабаровск-

Научный руководитель: доктор биологических наук

Кондратьева J1.M.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Сапожников А.П. кандидат биологических наук Максимова Э.А.

Ведущая организация: Дальневосточный государственный университет

Защита состоится «olS~» ЦАРИЛ- 1998 г. в__часов на заседании дне

сертационного Совета Д 063.32.06 при Иркутском государственном университет по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, Байкальский музей им. про(| Кожова М.М. (ауд. 219).

Почтовый адрес: 664003, г. Иркутск, ул. Ленина, 3, а/я 24 НИИ Биологш при ИГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского го сударственного университета.

Автореферат разослан «о^и . (Л О Л^- 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Е.С. Купчинская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Мелиорация земель является сильнейшим антропогенным фактором, вызывающим изменения в биосфере. В связи с этим возникают проблемы не только хозяйственного, агрономического, но и социально-экологического характера. Возрастание объемов мелиоративных работ требует оценки уровня антропогенной нагрузки на почвы с целью сохранения и повышения их производительности, рационального использования и охраны (Ивлев и др., 1995).

Природно-климатические условия Дальнего Востока, в которых формируются почвы, своеобразны и не имеют аналогов. Большая их часть переувлажнена и нуждается в мелиоративных мероприятиях.

Почвы Хабаровского края характеризуются высокой эрозионной уязвимостью в связи с разрушающим действием муссонно-континентального климата, пульсационного и крайне неустойчивого гидротермического режима. Разрушение почв в условиях Дальнего Востока происходит в несколько раз быстрее, чем в других регионах России и Европейских странах (Зархина и др., 1983).

Микробные комплексы тесно связаны с направленностью почвообразую-щих процессов, играют важнейшую роль в формировании почвенного плодородия и являются надежными индикаторами состояния почвенного покрова.

Осушительная мелиорация переувлажненных почв, с одной стороны, интенсифицирует микробиологические процессы, приводит к активной минерализации органического вещества, определяющего плодородие. С другой стороны, активизация жизнедеятельности микроорганизмов способствует усилению процессов деструкции органического вещества и деградации плодородного почвенного слоя.

Сработка органогенного слоя маломощных торфяных почв в условиях Дальнего Востока происходит за 2-3 десятилетия (Климин, 1988; Матрошилов и др.. 1989). Особую актуальность в условиях сельскохозяйственного освоения почв приобретает проблема сохранения органического вещества в мелиорированных почвах на длительный срок.

Важнейшей задачей современной мелиорации является разработка способов воздействия на активность микробоценозов, обеспечивающих высокий уровень плодородия почв в процессе длительной эксплуатации.

Основная цель исследования:

Показать особенности формирования и функционирования микробных

сообществ в лугово-глеевых и торфяных почвах Приамурья под влиянием осушительной мелиорации и сельскохозяйственного использования.

Задачи исследования:

1. Дать микробиологическую оценку изменения состояния лугово-глеевой почвы после проведения мелиоративных мероприятий (осушение, вспашка ).

2. Определить оптимальный гидротермический режим для поддержания функциональной активности микроорганизмов лугово-глеевой почвы.

3. Рассмотреть сукцессию микробоценозов в осушенных торфяных почвах разной степени и давности освоения.

4. Показать роль органических удобрений (корокомпостов) в предотвращении деградации и повышении плодородия мелиорируемых почв.

Научная новизна:

Впервые в Приамурье на примере лугово-глеевых почв установлено влияние осушительной мелиорации на функциональную активность микробных сообществ, обеспечивающих высокий уровень почвенного плодородия.

Выявлены особенности сукцессии микробоценозов в мелиорированных торфяных почвах, находящихся на разной стадии трансформации почвенного покрова в результате сельскохозяйственного использования.

Показана эффективность использования корокомпостов, изготовленных из отходов Амурского ЦКК (коры и ила), в снижении скорости деградации лугово-глеевых почв.

Практическая значимость:

Разработан метод микробиологической индикации изменения состояния почвенного покрова при мелиорации лугово-глеевых и торфяных почв.

Результаты микробиологических исследований, проведенных на мелиоративных системах совхозов "Троицкий" и "Вознесенский" Амурского района Хабаровского края, могут быть рекомендованы в качестве биологических тестов для оценки эффективности мелиорации и для разработки комплекса агрохимических мероприятий, направленных на поддержание высокого плодородия осушенных почв в условиях Приамурья.

Разработанные рекомендации по предотвращению деградации и повышению плодородия осушенной лугово-глеевой почвы путем внесения корокомпоста в сочетании с известью переданы в совхоз "Троицкий".

Защищаемые положения:

1. Структура микробного комплекса отражает эффективность мелиоративных мероприятий. Осушение и интенсивное освоение лугово-глеевой и торфяной почв вызывает коренные изменения в структуре микробного комплекса, приводящие к доминированию микроорганизмов-деструкторов и минерализаторов.

2. Активизация деятельности микробного сообщества , усиление минерализации органического вещества в условиях промывного режима Приамурья приводит к быстрому разрушению органогенного горизонта, вымыванию легкодоступных питательных веществ в дренажные воды, понижению биологической активности почв в целом.

3. Предотвращение деградации и повышение плодородия мелиорируемых почв путем внесения корокомпостов обеспечивается инициацией почвенного микробного комплекса.

Апробация работы:

Основные положения диссертации были представлены на Совещании рабочей группы по мелиоративному почвоведению "Факторы и режимы влажности почв ДВ" ( Уссурийск, 1984 ); на Всесоюзных научно-технических конференциях "Почвы речных долин и дельт, их рациональное использование и охрана" ( Москва, МГУ, 1984 ) и "Биоценоз в природе и промышленных условиях" ( Пущино, 1985 ). На VII съезде Всесоюзного микробиологического общества "Достижения микробиологии - практике" ( Алма-Ата, 1985 ); на VII и VIII Всесоюзных съездах Российского общества почвоведов ( Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989 ); на Всесоюзном симпозиуме "Биодинамика почв" ( Таллинн, 1988 ) и на Всесоюзной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" ( Пущино, 1992); на Региональной научной конференции "Экологическое состояние и ресурсный потенциал естественного и антропогенно-измененного почвенного покрова" ( Владивосток, 1998 ).

Публикации:

По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Список литературы содержит 215 источников. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста и содержит 30 таблиц и 18 рисунков.

Объекты н методы.

Объектом исследований служили целинные и мелиорированные почвы Приамурья: лугово-глеевые и торфяные, наиболее распространенные и перспективные для с/х освоения. Общей чертой этих почв является их переувлажнение, связанное с муссонным характером выпадения атмосферных осадков и низкая фильтрационная способность. Лугово-глеевые почвы исследовались в 3-х вариантах: неосушенная; осушенная под естественным разнотравьем (целина) и осушенная пахотная, засеваемая ранее овсом (пашня).

Торфяные почвы, находящиеся в процессе антропогенной трансформации, анализировались на пяти участках различной давности и интенсивности освоения: торфяная неосушенная целинная (участок 1) и осушенные: дерново-перегнойно-торфяная под многолетними травами (уч-к 2); перегнойно-торфяно-глеевая новоосвоенная, пахотная (уч-к 3); перегнойно-торфяная старопахотная (уч-к 4); перегнойно-глеевая старопахотная (уч-к 5). Участки 3-5 заняты под пропашными культурами соответственно 3, 14, 14 лет.

Почвенные образцы для микробиологических и биохимических анализов отбирались разными способами в зависимости от поставленной задачи ( по почвенным горизонтам, смешанные из 5 точек опробования; путем рендомизацип; по годам: ежемесячно; ежедневно).

Состояние почв оценивали по следующим показателям: влажность, полная влагоемкость , pH водной и солевой вытяжки, гидролитическая кислотность, содержание общего азота, углерода, гумуса, подвижного фосфора и калия, минеральных форм азота, а также аммонифицирующая и нитрифицирующая способность почвы.

Агрохимические свойства почвы определяли общепринятыми методами, используя руководства A.B. Петербургского (1968) и Е.В. Аринушкиной (1970). Фракционный состав гумуса определяли по методике В.В. Пономаревой (1957).

Микробиологические исследования проводили общепринятыми в почвенной микробиологии методами с использованием агаризованных питательных сред ( Методы изучения почвенных микроорганизмов и их метаболитов, 1966; Практикум по микробиологии, 1976 ). При идентификации микроорганизмов использовали определители H.A. Красильникова (1949), М.А. Литвинова (1967), Краткий определитель Берги (Bergey's, 1980). Микробиологические пейзажи изу чали на стеклах обрастания методом Холодного в модификации A.B. Рыбалки-ной и Е.В. Кононенко(1957,1959) и в капиллярных педоскопах (Перфильев и Габе,

961), залитых агаризованной средой, содержащей гумусовые вещества. Педо-копы выдерживали в почве два месяца по рекомендациям О.М. Паринкиной 1968).

Прямое микроскопирование почвенных образцов проводили люминес-шнтным методом (Звягинцев, 1978).

Интенсивность разложения целлюлозы оценивали прямыми методами Мишустин, Петрова, 1963 ); нитрифицирующую и аммонифицирующую способ-юсть почв изучали методом компостирования ( Болотина, Абрамова, 1964; Пе-ербургский, 1968 ).

Суммарную протеазную активность определяли по методикам Ф.П. Ваву-ю (1971) и Е.Н.Мишустина с соавторами (1968), используя картографическую [ленку.

Активность ферментов уреазы, инвертазы, фосфатазы, дегидрогеназы, по-шфенолоксидазы и пероксидазы определяли, используя методические пособия В.Петербургского (1968) и Ф.Х.Хазиева (1976).

Влияние корокомпостов на биологическую активность мелиорированных ючв изучали в полевом опыте по методике Б.А. Доспехова (1979) и в лаборатор-юм эксперименте с различными органическими и минеральными добавками. Ис-юльзовали: 1) корокомпосты, приготовленные в лабораторных условиях из фомышленных отходов Амурского ЦКК. Соотношение составляющих композитов коры и активного ила - 1:1 и 1:3; 2) фирменный корокомпост японского фоизводства.

Химический анализ лизиметрических вод после внесения корокомпостов в ючву проводили по методам, изложенным в руководстве Ю.Ю. Лурье (1973)

Влияние влажности, температуры и эффект их суммарного воздействия на ючву оценивали методами многофакторного экспериментирования ( ПФЭ 3 ) ю В.Н. Максимову (1980) и факторного анализа (Окунь, 1974; Девис,1977). Кор->еляцию между микробиологическими и биохимическими показателями опре-[еляли методом главных компонент путем составления корреляционных матриц.

При математической обработке использовали пособие В.Ю Урбаха (1974) 1 Н.А. Плохинского (1976).

СТРУКТУРА МИКРОБНОГО КОМПЛЕКСА КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВ

Интенсивное вмешательство в естественные биогеоценозы вызывает необ-:одимость всестороннего изучения последействия хозяйственных мероприятий,

их влияния на структуру и физиологическую активность почвенных организмов. Примером таких мероприятии для переувлажненных почв является осушительная мелиорация.

Лугово-глеевая почва обладает сравнительно высоким потенциальным плодородием, но так как она большую часть вегетационного периода находится в состоянии увлажнения, а в дождливые годы затопления, процессы разложения органического вещества в ней заторможены, анаэробные условия не позволяют развиваться актиномицетам, грибам и аэробным бактериям. В связи с этим биологическая активность неосушенной почвы остается низкой. Осушение почвы приводит к резкой активизации микробного населения в первые годы освоения . Увеличивается общее количество микроорганизмов, актиномицетов, спорообра-зующих бактерий, повышается активность почвенных ферментов, особенно в верхних почвенных горизонтах.

Освоение лугово-глеевой почвы способствует усиленному расходованию органического вещества и, в конечном счете, к обеднению поверхностных горизонтов почвы питательными веществами, легкодоступными для растений. Снижается содержание гумуса, углерода и азота. Обеднение пахотной почвы сказывается на количественном составе основных физиологических групп микроорганизмов, ответственных за трансформацию соединений азота.

Установлено, что через 3-4 года после осушения и распашки почвы уменьшается численность аммонифицирующих и олигонитрофильных групп, причем наиболее четко эта закономерность проявляется на пашне. Одновременно увеличивается содержание актиномицетов и спорообразующих форм, что свидетельствует о глубоком процессе минерализации органического вещества почв (рис. 1,2). Наблюдается снижение активности ферментов уреазы, инвертазы, де-гидрогеназы, пероксидазы и полифенолоксидазы.

Освоение почвы вызывает не только количественные изменения в микро-боценозе. Наиболее динамичным и точным показателем биологического состояния почвы является микробный пейзаж. Изучение микробных пейзажей на стеклах обрастания показало, что состав микроорганизмов лугово-глеевой почвы резко изменяется при ее осушении и вспашке. На пашне микробоценозы были беднее и однообразнее. Микробные пейзажи пашни составляли, в основном, гифы актиномицетов и спорообразующие формы бактерий. На стеклах с неосушенного участка преобладали диатомовые водоросли, грибные гифы, кокковидные формы

бактерий, пустые раковины корненожек. Целинный участок осушенной почвы по видовому разнообразию биоты имел сходство с нсосушенной почвой.

14 12 И) 8 6 4

14 12 10 8 6 4

1981 г

Целина

к;

т!

Л 1' *|1

1982 г

ну

62,22

1983 г.

Пашня

ШлЕГЭ,

1984 г.

ИЛ

0Б ИВ

П.

1981 г

1982 г.

1983 г.

1984 г.

Рис. 1. Изменение численности микроорганизмов в осушенной лугово-глеевой почве п течение 4-х лет (млн. кл. в 1 г абс. сухой почвы): А, Б, -аммонифицирующие, олигонитрофильиые баетерии; В - актиномицеты.

Целина

Пашня

60 50 40 30 20 10 0

пр

I 153,47

1981 1982 1983 1984

Г~......т-*т-т-ч

1981 1982 1983 1984

ис. 2. Изменение числешюсти аюрообразуклцих бактерий в осушенно угово-глеевой почве в течение 4-х лег. (тыс. кл. в 1 г абс. сухой почвы).

И

И

ЕЭ Бактерии В Бациллы □ Актиномицеты ЕЗ Грибы

1

а

3

4

В

Рис.3. Изменение трофической структуры микробного комплекса лугово-глеевой почвы(млн.кл/г); А - неосушенная, Б - целина, В - пашня; 1 - КМЦ+пептон, 2 -КМЦ+1\Ш41-Ю3, 3 - глюкоза+пептон, 4 - глкжоза+МН^ш?.

Переувлажнение почвы является основным фактором, задерживающим микробиологическую деструкцию растительных остатков и способствующим накоплению слаборазложившихся органических веществ (ОВ) в верхнем почвенном горизонте. Осушительная мелиорация приводит к усилению минерализации ОВ, к изменению состава питательных компонентов в почве. По .мере углубления этого процесса при осушении почв происходит изменение структуры микробного комплекса по трофическим потребностям.

Установлено, что в неосушенной лугово-глеевой почве, содержащей большое количество остатков луговой растительности, доминируют целлюлолитиче-ские и аммонифицирующие микроорганизмы, способные утилизировать сложные органические соединения. Многие из них не могут размножаться на среде, содержащей низкомолекулярные соединения азота и углерода. Так, при замене сложных соединений этих элементов в питательной среде более простыми веществами наблюдается резкое уменьшение численности этих бактерий. Это означает, что в неосушенной почве с низкой скоростью минерализации отсутствуют условия для развития микроорганизмов, предпочитающих минеральные формы азота и простые углеводы (рис.3).

При осушении почвы в результате создания условий, благоприятных для повышения интенсивности деструкции растительных остатков, возрастает количество бактерий и актиномицетов, развивающихся за счет низкомолекулярных соединений азота и углерода.

Вспашка почвы приводит к еще большему разложению органических веществ, в результате чего уменьшается число микроорганизмов-деструкторов растительных остатков и увеличивается количество микроорганизмов, потребляющих простые азотные и углеродные соединения.

Таким образом, в почвенном ряду с различным гидрологическим режимом происходит перегруппировка микробиологического комплекса в соответствии с изменением условий углеродного и азотного питания, что является показателем эффективности осушительной мелиорации.

ВЛИЯНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ НА СТРУКТУРУ МИКРОБОЦЕНОЗОВ

Характер трансформации и уровень плодородия мелиорированных торфяных почв во многом зависят от интенсивности и направленности протекающих в них микробиологических процессов (Инишева, Васильева, 1985). Для лучшего понимания этих процессов необходимо изучение биологической активности микробного населения торфяных почв различной давности и интенсивности использования, сезонной динамики количественного и качественного состава основных физиологических групп микроорганизмов. Особенно актуальны эти задачи для Приамурья, поскольку микробиологические исследования такого характера практически не проводились.

Известно, что по мере осушения и освоения торфяной почвы численност! микроорганизмов закономерно возрастает. Снижение влажности почвы способствует развитию микробного комплекса. В ходе общей сукцессии микроорганизмов в мелиорированной почве низшие грибы, обладая высокой скоростью роста, более эффективно колонизируют субстрат (Звягинцев, 1987).

На примере целинной торфяной почвы установлено, что деятельность грибов подавлена высокой влажностью, а после осушительной мелиорации их численность и видовое разнообразие резко возрастают. Если в неосушенной почве 1 участка преобладают грибы из рода Penicilium, то на осушенных участках появляются представители родов Aspergillus и Cephalosporium . При использовании мелиорированных торфяных почв под пропашные культуры грибное население в ходе сукцессии сменяется другими доминирующими группами микроорганизмов (спорообразующими организмами, актиномицетами). В пахотной пере-гнойно-торфяной почве (уч.4) и почве, образовавшейся после сработки торфа (уч.5) доля грибов уменьшается по сравнению с участком 3, а численность акти-номицетов возрастает.

В течение летне-осеннего сезона численность грибов сильно варьирует (рис.4). Интенсивное их размножение наблюдается в июле и октябре. Первый пик увеличения численности объясняется оптимальным гидротермическим режимом для развития этой группы микроорганизмов, а второй, вероятно, связан с активизацией процессов гумификации в почве.

Целлюлозоразрушающие микроорганизмы в микробоценозе торфяных почв занимают одно из важных мест. Их деятельность обеспечивает разложение трудноминерализуемых растительных остатков. В целинной торфяной почве они представлены, в основном, грибным населением. Микроорганизмы этой группы весьма отзывчивы на окультуривание почвы. В пахотной перегнойно-глеевой почве особенно заметно преобладание целлюлозоразрушающих организмов по сравнению с остальными вариантами почв . В ходе сукцессии среди представителей, участвующих в разложении клетчатки, появляются пигментированные актиномицеты и слизистые бактерии рода Cytophaga. Наиболее интенсивное разложение клетчатки наблюдается в верхних горизонтах в летний период. С глубиной доминирующая роль грибов в разрушении целлюлозы резко уменьшается (в 5-10 раз). Это связано с ухудшением аэрации и уменьшением

N.тыс/г

150

100 -

50, .

■ а

□ б □ „

241

Ъ

185

216 I

Ж

щ

I

3 о

4

296

I

т-1 I

I

VIVII VIII IX X VI VII VIII IX X VI VII VIII IX X VI VII VIII IX X VI VIIVIII IX X мес.

1 I

Рис. 4. Сезонная динамика развития грибов в неосушенной целинной(1), осушенных: нераспаханной (2) и пахотных (3-5) почвах; а - горизонт Т1(1), Тд(2), АпаХ1(гряда) (3-5); б - гор.Т,(2), Апах2(3,4); в - гор.Т2(2), Т(3,4).

N. млн/г 150 -

50 _

VI VIIVIIIIX X

I

1 П

I I I-г

VI VIIVIII IX X

л

а

о

I

I I I"' I I-г

VI VIIVIIIIX X

щ

VI VII VIII IX X

р241

VI VII VIIIIX х мес.

г

I I

Рис. 5. Сезонная динамика развития олигонитрофильных организмов в целинной и мелиорированных почвах (условные обозначения см. рис. 4 ).

содержания свежих органических остатков ниже пахотного слоя. Пахотные торфяные почвы отличаются высокой аммонифицирующей активностью. Увеличение численности аммонификаторов сопровождается активным образованием в почве аммиака. Особенно богаты аммонифицирующими микроорганизмами перегной-но-торфяная (уч.4) и лерегнопно-глеевая (уч.5) почвы.

Мелиоративные мероприятия с использованием закрытого дренажа вызывают коренную перестройку структуры и функционирования микробоценозов. На целинных и освоенных участках (1-3) спорообразующие бактерии малочисленны, деятельность их подавлена анаэробными условиями. Активное развитие спо-рообразующих бактерий на длительно используемых под пропашные культуры участках (4, 5) подтверждает интенсивность микробиологических процессов минерализации органического вещества. Сезонные колебания численности этой группы микроорганизмов на всех участках имеют общие закономерности: увеличение количества спорообразующих к июлю-августу - в период максимального расходования органического вещества и накопления соединений, труднодоступных большинству микроорганизмов; спад - в сентябре и второй подъем численности к октябрю. На вспаханных почвах эти колебания приобретают более резкий характер. Доминирующие виды представлены Bacillus megaterium, Bacillus idosus, Bacillus cereus.

В пропашных почвах (уч-ки 4-5) в изобилии появляются спорообразующие бактерии, актиномицеты и микроорганизмы, усваивающие минеральный азот, что свидетельствует о более поздних этапах сукцессии.

На развитие актиномицетов неблагоприятно сказывается высокая кислот- . ность почвенного раствора и избыток влаги. На неосушенном участке в начале лета они не обнаружены. В августе, в наиболее засушливый период, актиномицеты наблюдались на всех участках. Высокое содержание актиномицетов в пахотной перегнойно-торфяной почве (участок 4) связано с понижением влажности по сравнению с целинной болотной почвой, а также с повышением величины pH до нейтральной (вследствие известкования), при которой актиномицеты находят все условия для активной деятельности. Необходимо отметить большое разнообразие видового состава актиномицетов на участке 4, хотя количественное их преимущество отмечено в почве участка 5. В последнем варианте обнаружены актиномицеты только бело-серой группы Actinomyces albus, Actinomyces griseüs, тогда как на участке 4 выявлены пигментированные формы с розовой, красно-малиновой, черной, серой, бурой окраской колоний. Развитие актиномицетов,

расширение их видового спектра является показателем обеспеченности почвы минеральным питанием, что справедливо и для бактерий, усваивающих минеральный азот, активно развивающихся на участках 4 и 5.

Олигонитрофильные микроорганизмы, в силу разнообразия своих физиологических функций, играют большую роль в метаболизме углерода и азота в почве, стабилизации С:>1, превращении гумусовых веществ (Клевенская, 1974). Азотобактер в изучаемых почвах не встречается, а в качестве азотфиксаторов выступают олигонитрофильные микроорганизмы, что определяет их особое значение в создании азотного фонда лугово-глеевых и торфяных почв.

В неосушенной торфяной почве независимо от большого запаса органического вещества олигонитрофильные микроорганизмы развиваются слабо из-за застоя воды и низкого окислительно-восстановительного потенциала. Осушение почв и применение пропашной технологии возделывания сельскохозяйственных культур создает благоприятные условия для развития олигонитрофилов. В перегнойно-торфяной и перегнойно-глеевой почвах (4 и 5 уч-ки) олигонитрофильные микроорганизмы обнаружены в значительном количестве (рис.5).

В связи с обеднением почвы участка 5 легко доступными органическими веществами, преимущество здесь получают олиготрофные организмы, что характеризует последнюю стадию сукцессионного процесса.

Интенсивное использование осушенных торфяных почв под пропашные культуры приводит к накоплению в пахотных горизонтах труднодоступных для микроорганизмов источников углерода. В составе микробоценоза начинают доминировать бациллярные формы и актиномицеты, способные разрушать трудно-гидролизуемые органические соединения, в том числе и наиболее устойчивые фракции гумуса. Пропашная технология возделывания культур с применением высоких доз извести и нитратных удобрений ускоряют деградацию почв в связи с интенсивным биологическим сгоранием торфа. В таких условиях наиболее эффективным способом сохранения почвенного плодородия является внесение органических удобрений, в частности, древесных компостов, изготовленных из отходов деревообрабатывающих производств.

МЕТОД ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ МЕЛИОРИРОВАННОЙ ЛУГОВО-ГЛЕЕВОЙ ПОЧВЫ

Осушение и вспашка лугово-глеевой почвы вызывают коренные изменения в микробном комплексе. Повышенная активность микроорганизмов

вызывает интенсивную минерализацию органического вещества и, в конечном счете, приводит к сильному истощению почвы. Одной из актуальных задач сель-ско-хозяйственного использования мелиорированных почв является сохранение их плодородия.

Ввиду того, что в Хабаровском крае широко развита лесо-деревоперерабатываюшая промышленность, на предприятиях скапливаются многочисленные отходы в виде коры. Наиболее целесообразно перерабатывать эту кору в компосты в сочетании с органическими и минеральными добавками.

Таблица 1

Изменение численности микроорганизмов при внесении в почву компостов (полевой опыт)

Время Среда для мик- Численность микроорганизмов в почве,

отбора роорганиз- млн/г сухой почвы

проб MOB Контроль Компост Компост Японский

(без удобр.) 1:1 1:3 компост

МПА 6.84 7.37 8.24 6.25

МПА-КГАдъю'г 28.88 24.56 35.75 31.50

июль Эшби 14.72 15.81 30.65 15.45

КАА (бакт.) 14.28 6.69 5.64 8.71

КАА (акт.) 2.95 2.58 16.18 2,21

Чапека,тыс/г 75.58 130.30 57.97 73.59

МПА 11.24 20.40 7.22 -> -> о J.JÖ

МПА+САдыс'г 10.27 16.01 20.17 18.60

август Эшби 10.64 16.58 8.11 9.90

КАА (бакт.) 7.91 9.56 3.95 5.05

КАА (акт.) 1.57 0.94 1.36 1.06

Чапека,тыс/г 110.46 183.04 55.22 79.71

МПА 9.71 9.69 14.96 23.90

МПА-СЛдыо'г 27.75 28.09 52.08 99.79

сен- Эшби 11.02 14.46 19.93 25.84

тябрь КАА (бакт.) 7.80 5.29 8.12 13.85

КАЛ (акт.) 2.25 2.73 2.29 1.52

Чапека,тыс/г 73.24 65.87 56.25 -

Впервые на примере лугово-глеевой почвы Приамурья испытывалось действие корокомпостов, приготовленных из отходов Амурского целлюлозно-картонного комбината. Готовые компосты оказывали положительное влияние

на биологическую активность почвы. Заметно активизировались микробиологические процессы на делянках с внесенным компостом: увеличилось количество аммонифицирующих, спорообразующих, олигонитрофильных бактерий и акти-номицетов (табл. 1).

Урожай трав на этих делянках заметно повысился по сравнению с контрольной почвой. Установлено, что наибольший эффект оказал компост, приготовленный из коры и ила в соотношении 1:1. При его использовании урожайность трав увеличилась на 63 % по отношению к контролю. Агрохимические анализы, проведенные после укоса трав, показывают, что внесение компоста благоприятно сказывается на почвенном плодородии: повышаются содержание гумуса, общего азота и фосфора (табл.2).

Таблица 2

Агрохимические показатели и продуктивность фитомассы кормовых

трав на пашне после внесения корокомпостов

Варианты Гумус, Азот, Р205, Урожай, Прибавка урожая

опыта % % % г/м2 ц/га %

Контроль (без удобрений) 4.05 0.46 0.19 316.3 _ —

Компост из

отходов АЦКК 4.55 0.72 0.22 515.5 19.9 63

(1:1)

Компост из

отходов АЦКК 4.76 0.93 0.20 393.3 7.7 24

(1:3)

Компост

Японского 4.59 0.74 0.20 459.7 14.3 45

производства

Однако параллельный анализ лизиметрических вод на опытном участке показал, что внесение корокомпостов в почву усиливает минерализацию органического вещества, а обилие дождей во второй половине лета в Приамурье способствует энергичному вымыванию растворимых соединений из органогенного горизонта. Так, в лизиметрических водах, собранных из осушенной целинной почвы в течение одного месяца, обнаружено 8.8 мг/л аммонийного и 11 мг/л нитратного азота , а также 0.69 мг/л фосфора, 3.5 мг/л калия и 53.1 мг/л органического углерода.

Для выяснения возможности предотвращения выноса питательных веществ из пахотного слоя почвы дренажными водами проводились опыты, основная задача которых состояла в определении способности различных видов удобрений и органических добавок к закреплению минеральных форм азота.

Почву смешивали с различными удобрениями, в том числе с древесным компостом, изготовленным из отходов Амурского ЦКК путем микробиологической ферментации.

Наибольший вынос аммонийного азота отмечался при внесении в почву мочевины и наименьший - в контрольной почве без добавок. В то же время нитратный азот больше всего вымывался при внесении корокомпоста. Одновременное внесение в почву извести и компоста резко снижало вынос нитратного азота, в результате чего доля вымываемого минерального азота была наименьшей из всех вариантов опыта. Определение содержания минеральных форм азота в почве после трехкратного промывания водой в течение месяца показало, что внесение корокомпоста в сочетании с известью является наиболее эффективным способом предотвращения выноса минеральных соединений азота промывными водами из почвенной толши. Эффективность этого способа оказывается в 2 раза выше, чем при внесении чистого компоста или коры в сочетании с мочевиной (рис.6).

Следовательно, активизация микробиологических процессов при осушении и распашке лугово-глеевой почвы и глубокие качественные изменения в микробоценозе на фоне сильного промывного режима в условиях своеобразного муссонного климата Приамурья требуют не только обогащения обедненной почвы органическим материалом, но и его закрепления в пахотном слое.

На Дальнем Востоке ежегодная потребность в органических удобрениях составляет 3 млн.т. В настоящее время эта потребность обеспечивается лишь на 30 % за счет торфокомпостов.

Преимущество компостов из древесных отходов заключается в лучшей агрегированное™, более высоком содержании питательных веществ по сравнению с торфокомпостами, наличии микроорганизмов-антагонистов фитопатоген-ных грибков. При изготовлении корокомпостов одновременно решается задача утилизации промышленных отходов целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности, которые являются наиболее агрессивными факторами,

влияющими на экологическое состояние природной среды и отличаются невысоким коэффициентом использования сырья.

40 35 30 25 20 15 10 5 0

л"

*'?>.**■

Л^л.

* £

-

лтн;

Е1

□ 2 □ 3 04 Е35

N0:

1.6

1.2 -

0.8 -

0.4 -

Рис.6. Влияние различных добавок на закрепление в почве подвижных форм азота (мг/100г): 1 - контроль; 2 - известь; 3 - корокомпост; 4 - известь + корокомпост; 5 - кора + мочевина.

0

Таким образом, все проведенные микробиологические и агрохимические исследования свидетельствуют о том, что древесный компост в сочетании с известью является наиболее эффективным способом предотвращения вымывания минеральных форм азота дренажными водами из пахотного слоя. Внесение коро-компостов в почву значительно повышает урожайность растений.

Выводы

1. Осушительная мелиорация, улучшая гидрологический режим тяжелых переувлажненных лугово-глеевых и торфяных почв Приамурья, положительно влияет на биологическую активность и микробиологические процессы.

2. Влажность и температура являются важнейшими факторами, определяющими функционирование микроорганизмов и активность биохимических

процессов. Эффективность мелиоративных мероприятий связана с понижением влажности почв и улучшением температурного режима. Влажность 55-70 % от полной влагоемкости и температура почвы 14 -30° С являются оптимальными для развития основных групп микроорганизмов и активизации почвенных ферментов.

3. Микробиологические пейзажи служат качественной характеристикой степени антропогенной трансформации почв. Пейзажи стекол обрастания неосу-шенной лугово-глеевой почвы более богатые и разнообразные по сравнению с пашней. Видовой состав микробоценозов осушенной целинной почвы близок к микробному пейзажу неосушенной почвы.

4. Мероприятия, связанные с усилением антропогенной нагрузки на мелиорированные почвы, коренным образом нарушают равновесное состояние микробоценоза и приводят к необратимому формированию качественно нового сообщества. В результате осушения и вспашки почв целлюлолитические и про-теолитические микроорганизмы, присутствовавшие в неосушенной почве, уступают место бактериям и актиномицетам, потребляющим низкомолекулярные соединения азота и углерода.

5. По мере усиления минерализационного процесса в лугово-глеевой и торфяных почвах под действием осушительной мелиорации происходит сработка торфяного горизонта, обеднение почвы основными органическими питательными веществами. Соответственно происходит снижение биологической активности почв, падает активность ферментов, преимущество получают олиготрофные микроорганизмы, что свидетельствует о последней стадии сукцессии микробного сообщества.

6.Для предотвращения выноса легкоподвижных питательных компонентов из верхних пахотных горизонтов необходимо внесение органического удобрения, закрепляющего минерализованные соединения в почве и поддерживающего почвенное плодородие на высоком уровне. Наиболее эффективным удобрением в условиях Хабаровского края являются корокомпосты, изготовленные из отходов деревоперерабатывающей промышленности.

7. Внесение корокомпостов в сочетании с известью в лугово-глеевую почву повышает биохимическую и микробиологическую активность, благоприятно сказывается на её плодородии, увеличивая содержание гумуса и азота, повышает урожайность растений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Тен Хак Мун, Кириенко O.A., Братах Г.Ф. Пространственное варьирование комплекса микробиологических и биохимических показателей в почве И Почвоведение,-1984. N1.-C.119-123.

2. Тен Хак Мун, Кириенко O.A. Изменение микробиологических процессов в почве поймы р. Амур под влиянием мелиорации // Почвы речных долин и дельт, их рациональное использование и охрана: Тез. докл. Всесоюзн. конф. МГУ, 1984,-С. 65.

3. Тен Хак Мун, Кириенко O.A. Влияние осушительной мелиорации на структуру и функционирование микробного комплекса лугово-глеевой почвы // Тез. докл. VII съезда РОП,- Ташкент, 1985. Ч.2.-С. 209.

4. Кириенко O.A. Изменение деятельности микрофлоры при освоении заболоченной лугово-глеевой почвы Приамурья // Достижение микробиологии -практике: Тез. докл. VII съезда ВМО. Алма-Ата: Наука, 1985.-С. 84.

5. Кириенко O.A. Изменение трофической структуры микробоценоза при осушении переувлажненной луговой почвы Приамурья // Биоценоз в природе и промышленных условиях: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Пущино, 1985.-С. 25

6. Кириенко O.A. Влияние древесного компоста на биодинамику и плодородие лугово-глеевой почвы после осушительной мелиорации // Биодинамика почв: Тез. докл. III Всесоюзн. Симпозиума - Таллинн, 1988.- С. 84.

7. Кириенко O.A. Изменение структуры микробного комплекса при осушении лугово-глеевой почвы Приамурья // Почвообразовательные процессы в Приамурье,- Владивосток, 1989,- С. 61-65.

8. Кириенко O.A. Влияние агротехнических мероприятий на микробиологические процессы в торфяно-глеевой почве // Тез. докл. VIH съезда РОП,- Новосибирск, 1989.- С.336

9. Тен Хак Мун, Кириенко O.A. Изменение микробиологических процессов при освоении торфяно-глеевой почвы Приамурья // Почвоведение.- 1992. N 6,- С. 78-82.

10. Кириенко O.A. Микробиологические особенности осушенной торфяно-глеевой почвы // Микроорганизмы в сельском хозяйстве : Тез. докл. IV Всесоюзн. конф,- Пущино, 1992,- С. 85.

П.Кириенко O.A. Сукцессии микробоценозов и их сезонная динамика// Трансформация мелиорированных торфяных почв в Приамурье,- Владивосток; Хабаровск: Дальнаука, 1995,- С. 80-86.

12. Кириенко O.A. Влияние осушительной мелиорации на микробиологические процессы в лугово-глеевой почве Приамурья // Исследование элементов природной среды .- Владивосток: Дальнаука, 1997.- С. 31-34.

Кириенко Ольга Александровна

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕГРАДАЦИИ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕАМУРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Автореферат

Лицензия ЛР№ 040118 от 15.10.91

Подписано к печати 22.04.98

Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5.

Тираж 100. Заказ 252

Офсетно - ротапринтный цех ИВЭП ДВО РАН 680063, г. Хабаровск, ул. Ким-Ю-Чена, 65 Издательство «Дальнаука» 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 7