Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ РИСОВЫХ ПОЛЕЙ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ РИСОВЫХ ПОЛЕЙ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ нменн К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи Александр 'Григорьевич Л АДАТ КО

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ РИСОВЫХ ПОЛЕЙ

(Специальность 03.00.07.— микробиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата 'биологических наук

МОСКВА — 1981

/

Диссертационная работа выполнена на кафедрах микробиологии и прикладной атомной физшвд и радиохимии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева', а также в группе ^микробиологи« отдела агрохимии Всесоюзного н а у ч,н о • иссл едо>в ател ыского института риса.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В. Т. Емцев.

Официальные отпошенты: доктор биологических наук, профессор Д. Г. Звягинцев, доктор биологических наук, профессор А. Д. Фокин.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский институт сельского хозяйства центральных районов нечерноземной зоны .ВДОХНИЛ. во

Защита состоится ^^^_1981 г. в

часов на заседании Опециализироваигного совета К^ 120.95.06. в Московской сельскохозяйственной академій и имени К. А. Ти- . мирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 47, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можио ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

ЛИі'-тіефераї* разослан «.

г.

секретарь Сі;.;,- совета,

.'*чзіг," наук

В. Г. Марьенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рис — одна из ведущих культур орошаемого земледелия, которая может -давать ежегодно высокие урожаи зерна. Однако стабильное получение высоких урожаев риса возможно только три усл овии максимальной реализации комплекса агробиологических лриемоз, н от разлей-ных на -систематическое повышение плодородия почвы. Ведущую роль в решении этой большой проблемы должны сыграть именно биологические способы регулирования плодородия почвы путем направленного усиления микробиологической деятельности. В у ело аи я х затопляемых почв рисовых полей преобладающее распространение имеют а«аэробные микроорганизмы, многогранная деятельность которых находится в большой зависимости от наличия в почве легкодоступных форм органического вещества. Важным приемом, слособству-кшшм адстшлгзацни биологических процессов в затопленной почве и повышению ее плодородия является систематическое внесение свежего органического вещества и, в частности, рисовой соломы. Целесообразность использования рисовой соломы в качестве органического удобрения обосновывается не только необходимостью ежегодного пополнения запасов почвы активной формой органического вещества, но также является эффективным способом утилизации всевозрастающего ее избытка, не—используемого на сельскохозяйственные нужды в специализированных рисовых хозяйствах.

Цель исследований. Определить пути регулирования деятельности анаэробных микроорганизмов с целью- повышения биологической активности и плодородия затопляемых почв рисовых полей при внесении рисовой соломы в качестве свежего органического удобрения под рис.

Основные задачи исследования:

1, Изучить влияние рисовой соломы и условий почвенной среды на численность анаэробных азотфиксирующнх бактерий.

2. Изучить микробиологические и физико-химические процессы, происходящие при разложении рисовой соломы в затопленной иочяве.

3. Исследовать процесс гумификации рисовой соломы при ВНеССНИИ сс и почву.

4, Изучить влияние внесения рисовой соломы в почву в качестве органического удобрения на урожайность риса.

Научная новизна работы. В-нервые доказано, что активизирующее влияние измельченной рисовой соломы на деятельность анаэробные микроорганизмов затопленной почвы осуществляется путем образования своеобразных искусственных микрофон 'Вокруг ее частпц в процессе разложения. Установлено селективное участие разных видов анааробньгх бактерий рода Clostridium в разложении разных вегетативных органов растений риса. Методом радиоактивных индикаторов впервые изучено распределение углерода разлагающейся соломы в системе почва — вода — воздух в условиях затопленной почвы. Впервые изучен годовой цикл гумификации рисовой соломы, меченной углеродом-14; предложена деграданнонпо-синтетнче-ская модель направленности процесса гумификации при возделывании риса. Оценена возможность ежегодного внесения измельченной рисовой соломы в качестве органического удо-брения.под рнс. ,

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема осеннего использования измельченной рисовой соломы в качестве свежего органического удобрения .под pire, способствующая повышению его урожая н снижению производственных затрат. Изданы рекомендации для широкого использования этого приема в лронзводетве.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научной конференции Московской сельскохозяйственной академии им. К. Л. Тимирязева (М,, 1978), на Первой Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (M., 1979), на двух конференциях молодых ученых Всесоюзного научно-исследовательского института риса (Краснодар, 1979, 1980), на Координационном совете по се-лскщш и технологии возделывания риса в СССР {'Краснодар, 1980).

Публикации. Основное содержанке диссертации опубликовано л семи работал.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Материалы диссертации изложены на 200 страницах „машинописного текста, -в 42 таблицах, 46 рисунках, 31 приложении. Список использованной литературы содержит 299 наименований работ, в том числе 139 на иностранных языках.

¡Выражаю искреннюю благодарность и признательность за консультации при выполнении, отдельных разделов диссерта-

о

lum доктору -химич-еск-и.х наук, профессору В. В. Рачннекому и кандидату биологических наук, старшему научному сотруднику Е, Р. Давидову.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение микробиологических процессов -и особенностей трансформации органических веществ в затопленных лочаах рисовых полей проводилось п серии лабораторных, вегетационных, полевых и производственных ОПЫТОВ.

Лабораторные опыты с соблюдением заданных стандартных условий проведения в контролируемом режиме температуры н 'Влажности выполнялись на кафедрах микро-биологии и -прикладной атоммой .физики и радиохимии ТСХЛ, а также группе микробиологии отдела агрохимии ВНИИ риса.

Вегетационные, полевые и .производственные опиты .проводились в почвонно-клилгатнческпх условиях Краснодарского края на вегетационной площадке и экспериментальной -базе ВНИИ риса л .рнсосовхозе «Красноармейский» (Красноармейского района, на почвах, длительно используемых под культуру затопляемого риса: лугово-чернгаемо видной легко-н т я ж ел о су г л и н и сто й, лугово-болотной глнннстой хлори дно-сульфатного типа засоления, слабо- и среднезасол епной. Предшественник—рис по pircy три года.

'Почву для проведения лабораторных и вегетационных опытов отбирали весной, после осенней вспашки, с горизонта 0— 20 см. 1Перед закладкой опытов -почву измельчали и тщательно очищали от пожнивных и корневых остатков.

'В качестве свежего органического удобрения использовали измельченную риеооую солому сорта Краснодарский 421, а для модельный исследований также и отдельные вегетапгв-ные органы растения риса (листья и стебли).

Схемами опытов .предусматривались следующие -варианты: без внесения соломы; внесение соломы разной степени измельчения; внесение разных доз соломы; внесение отдельных вегетативных органов растения риса (листья и стебли); -внесение разных форм азотного удобрения совместно с соломой.

Повторность лабораторных опытов — пятикратная, вегетационных — шестикратная, полевых — четырехкратная.

Микробиологические исследования проводили согласно общепринятым требованиям {Ашмарпн, Воробьев, 1062; Егоров, 1976). Общую численность анаэробов, включая анаэробных (Clostridium) и факультативно-анаэробных (Bacillus polimy-ха) азотфшеаторов, определяли методом .предельных разведений на среде Федорова с сахарозой, ломтиком картофеля и щепоткой мела. Разные виды анаэробных бактерий рода Clostridium определяли с помощью дифференциальных сред

(Емцев, 1965), Общую биологическую активность почвы — по методу Е. Н. Мншустинп н Л, Н. Петровой (1966), Активность катал азы — по метолу Джонсона п Тем л л с (Хазиев, 1970).

Газохромагографмческие исследования проводили на газожидкостном .хроматографе «Хром-4». Анаэробную азотфикса-шно определяли ацетиленовым, методом (Hardy a. oth„ 1968).

Радиоизотопные исследования ^проводили на жидкоетно-ецннтилляцшнпюм бета-спектрометре «Марк-2», с системой обработки информации PDS. Для закладки Опытов использовали спеииалыю выращенную тотально меченую "(1,С) рисовую солому с удельной активностью ,4С 4,67» 10е расп/мпи на 1 г -сухой '.массы. Средний образец ко-мпоста для анализа на содержание !<С отбирали «о схеме II. Ннхана '(Nyhan, 1975), Определение абсолютной активности по 14С в .тпер-ды.х о&разцах на «Марк-2» проводили 'после предварительного их сжигатш на «Океплате» (■«Интертехинк», Фрзнция), пае образовавшиеся нСОа эффективно поглощался в специальном а&сор&ере .многокомпонентным сшинтиллятором. Определение абсолютной активности ino ИС л жидких образцах 'проводили с помощью енннтнллятора PCS фирмы «Амершам-Сёрл» (США).

Физико-химические исследования проводили согласно общепринятым методам:

Анализ растительного 'материала—определение углерода и водорода но Прегелю в модификации Коршуновой с соавт.; азота — по Дюма (Коршун, Гельман, 1967); определение общего количества гемшелдюлоз, клетчатки—по Кюпшнеру и Хаферу, лигнина—trio троп йен А. И, Ермакова (1972),

Анализ почвы — определение полной влаг о емкости, механического состава — по Качинскому, емкости поглощения — по Алешину (Каурнчев, 1973); определение общего азота—по Кьельдалю— Иодльбауеру, органического углерода — по Тюрину, фракционного состава гумуса—иго схеме И. В. Тюрина в модификации В. >В. Плотниковой и Т. А. Пономаревой (Агрохимические методы-исследования почв, 1975); анализ водной вытяжки, определение подвижного фосфора и- обменного калия гв 3%-ной уксуснокислой вытяжке — по иропп,си Е. -В. Аринушкиной ('1970); определение обменного аммония —л о методу В. Н, Кудеярова (1965); определение реакции почвенного растоора (pH) и окисли тел ьно-восста нови тельного по* тенциала (Eh, мВ) —- на универсальном рН-метре (Тип; ОР-204/1, Венгрия).

■Все необходимые исследования проводились в слое ЛОЧЕЬ1 на глубину заделки намельченной рисовой соломы.

Результаты исследования 'подвергались -статистической обработке.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

1. Влияние рисовой соломы и условий почвенной среды на численность анаэробных азотфикснрующих бактерий

Известно, что основными агентами, трансформирующими-различные органические и минеральные вещества л затопляемых почвах рисовых полей, являются анаэробные микроорганизмы и, в частности, бактерии рода Clostridium. Поскольку ннтенснотый обмен веществ, осуществляемый лтикроорганиз-мал®и, из которых слагается 'весь чючвенный режим, невозможен -.без интенсивного обмена анергии ш -системе mo're a —¿микроорганизмы, то важным мероприятием, -обеспечивающим высоки» уровень микробиологической активности, является систематическое пополнение энергетических ресурсов почвы путем внесения растительных остатков и, в частности, измельченной рисовой 'СОЛОМЫ,

Исследования, проведенные в незаселенной лугово-черно-земовидной почве, показали, что степень нзмельченнн соломы оказывает не только активизирующее, но и- регулирующее влияние на деятельность анаэробных микроорганизмов. Так, п-р'И ©несении фракции измельченной соломы 0,25—0,5 .м>м максимальное количество анаэробов -составляет 19,9-10®, для фракции 0,5—'1,0 мд|—22,0-106, для фракции 1,0—2,0 мм — 27,3* 10®,'для фракции 2,0—3,0 мм—1*8,0 • 10®, для фракции З.о—5,0 чем—9,6-10® клеток на 1 г сухой >почвы.

Меняя различные соотношения размеров между степенью измельчения рн-совой соломы и агрегатным составом почвы было установлено, что активизирующее влияние соломы на деятельность анаэробных 'микроорганизмов в затопленной -почве осуществляется путем образования своеобразных искусственных микрозон п процессе ее разложения. Оптимальное функционирование искусственных микрозон возможно только яри одинаковом соотношении размеров фракций измельченной соломы и почвы. С увеличением дозы внесения соломы резко возрастает и динамика численности анаэробных микроорганизмов (рис. 1-А). Причем CI. pasteurianum более отзывчив на внесение возрастающих доз соломы, чем CI. acetobutylicum. Внесение азотных (удобрении из расчета 1% -азота от '.массы соломы при ее заделке и почву дополнительно усиливает -деятельность анаэробных .микроорганизмов (рис. 1-А). На 'Внесение аммиачной формы азота (.сульфат аммония) (более отзывчив CI. ^pasteurianum, а на ©несение а.\шднои формы азота (мочевина) — CI. acetobutylicum. В разложении разных вегетативных органов растения риса разные виды анаэробных бактерий рода Clostridium проявляют неодинаковую актив-

ность, Так, CI. pasteunanum лучше разлагает листья, а С1. acetobutylicum — стебли.

Дина^мика ■численности анаэробных i.mu i кр о орг а н шм о в при сменном режиме увлажнения почвы (стредаар inе л ыное ко Mino-сти-рованне при 60% •влажности с последующим затоплением слоем (воды) представляет осцилло>гра ф н ческий характер изменения, при котором сохраняется влияние возрастающих доз соломы и разных форм азотного удобрения на усиление деятельности а«аэробных микроор гниз.мов, а также [доминирующее развитие CI. pastcurianiim mo отношению к CI. acetobutylicum.

С удлинением срока предварительного комиостировання почвы при 60% влажности активная деятельность анаэробных микроорганизмов © условиях (последующего затопления снижается.

Исследования, проведенные в засоленной лугово-болотной почве хлоридно-сульфатного типа засоления, показали, что с увеличением дозы вносимой соломы сохраняется ее активизирующее влияние на деятельность анаэробных -Ммикроорганизмов, особенно при внесении соломы совместно с азотными удобрениями (сульфат аммония, мочевин а).

С увеличением степени -засоления оочвы (от 0,5 до 0,8%) деятельность анаэробных (микроорганизмов лодаздяется (рис. 1—Б, В).

В условиях хлоридио-сульфатного типа -засоления сохраняется доминирующее развитие CI. pasteurianum по отношению к С), acetobutylicum. Причем отзывчивость разных видов бактерий рода Clostridium на внесение рисовой соломы снижается при увеличении степени хлоридно-сульфатного засоления почвы, особенно у CI. acetobutylicum.

(По результатам исследования определены индексы активности анаэробных микроорганизмов, для комплексной оценки их деятельности в зависимости от стеленн засоления почвы при '»несении разных доз соломы и разных фор>м азотных удобрений.

Таошм образом, (проведенные исследования (показали, что внесение измельченной рисовой соломы в затопленную (почву существенно усиливает развитие анаэробных азотфнкснрую-щпх .микроорганизмов. Предельные колебания численности анаэробов «в изучаемых условиях изменяются от —26 до + 380%.

2. Анаэробные процессы при разложении рисовой соломы в затопленной почве

Микроорганизмы почвы являются не только са-мой реактивной частью ее биоценоза, но и одним из основных агентов,

влияющих на направленность и интенсивность развития многих шочзенных .процессов.

Окислительно-восстановнтельнын потенциал является важнейшим ¡показателем, определяющим 'интенсивность -развития анаэробов н анаэробных процессов 'В затопленной лоч-не. Важное место -в формировании окислительно-восстановительного погенпиала в затопленной почве отводится системе: свежсс органическое вещество ^ минерализованное органическое вещество. Определяющее влияние свежего органического вещества на изменение окислительно-восстановительного потенциала заключается -в том, что в условиях затопления .почвы разложение его .микроорганизмами осуществляется .как за счет кислорода, растворенного в почвенном растворе и окисленных элементов с переменной валентностью, так к по тішу брожения, за счет внутримолекулярного перемещения кислорода, приводящего к окислению одной части «молекулы за счет другой с накоплением в сред с различных редуцирующих 'ВЄШ.ЄСГВ.

Изучение изменения окислительно-восстановительного потенциала затопленной :почвы три заделке разных количеств измельченной ірисозой соломы показало, что с увеличением дозы ее «несения восстановленность почвенной среды усиливается '(рис. 2).

Используя разные вегетативные органы растения риса <лнстьн и стебли) и рисовую солому, было установлено, что с расширением отношения С : N в-растительном материале возрастает его влияние на снижение Eh (рис. 3).

■Внесение азотных удобрений совместно с растительными остатками (вд расчета'1% азота от-массы растительного материала) дополнительно усиливает развитие восстановительных (процессов в затопленной зіочве.

■Изменение режима влажности шочвы (смена 60% увлажнения на затопление слоем .воды), а также длительное 'постоянное затопление почвы ведет к ослаблению напряженности восстановительных і процессов.

На основании изучения изменения Eh -и дянамики численности анаэробных (микроорганизмов в процессе разложения рисовой соломы в -затопленной .почве -можно считать, -что: чем больше «остаточная деформация» (разница .между показаниями Eh в начале л в конце ее разложения), тем менее устойчива экосистема к данному антропогенному воздействию и тем сильнее 'влияние изучаемого фактора (соломы); чем быстрее изучаемая экосистема возвращается к исходному динамическому равновесию, тем она более пластична, и, наоборот, чем медленнее, тем менее пластична.

Анаэробная азотфиксация при внесении рисовой соломы в почву существенно усиливается особенно на тервых стадиях

(

ее разложения и составляет 2—5 мг Кг/кг почвы-21 часа (рис. 4), Внесение разных форм азотных удобрений совместно с рисовой соломой (]% азота от массы заделываемой соломы) снижает уровень анаэробной азотфиксации, Наименьшее -количество фиксированного азота в шервые 7—10 дней оатопле-ния отмечено три .внесении рисовой соломы совместно с сульфат-аммонием, а начиная -с 12 но 40-й день затопления — при внесенні! рисовой соломы совместно с мочевиной.

Динамика анаэробной азотфиксации имеет скачкообразный характер и .согласуется с динамикой численности анаэробных микроорганизмов.

Рассчитан индекс активности анаэробной азотфиксации при внесении .рисовой соломы з зависимости от степени хло-рндно-сульфатного типа засоления пючвы, «согласно которому внесение соломы без азотных удобрений повышает устойчивость азот фиксирующего комплекса (почва — микроорганизмы) їв .повышенному засолению, особенно -при дозе ее внесения 2% от массы почвы.

Изучение биологической активности почвы по активности каталазы и ¿накоплению свободных аминокислот та льняной ткани «in vivo» при возделывании риса .подтвердило высокую эффективность рисовой соломы, как фактора, активизирующего деятельность почвенных микроорганизмов. Причем рисовую солому как фактор -для повышения ¡катала знон активности можно рассматривать только .при дозе ее внесения в пределах 1% от массы почвы, ©несение ¡разных форм азотных удобрений совместно с соломой оказывает неоднозначное влияние на изменение активности каталазы: мочевина (повышает, а сульфат аммония понижает.

Л\аксимальное развитие «аталазно» активности происходит вслед за снижением численности анаэробов после периода их максимального развития.

Определение количества накопленных свободных аминокислот на льняной ткани .при 'возделывании риса показало, что общая биологическая активность почвы достигает максимума в фазу цветения риса. 'Внесение разных доз соломы (4 и 8 т/га) как без минеральных удобрений, так и при ©несении с NüooPaoKgio существенно изменяет уровень биологической активности почвы в зависимости от ее плодородия (рис. 5-А, Б, В, Г).

'Важным мероприятием, обеспечивающим высокую эффективность соломы как свежего органического удобрения, является правильно выбранная форма азота и способ ее внесения совместно с соломой в зависимости от механического состава почвы (рис. 6-А, Б).

Изучение мобилизации минеральных элементов при внесении измельченной рисовой соломы в 'почву показало, что 8

"Hiwtroo < т/зной -D—о

ІПК01ГЦЗ ¡Ц * BUIiGli -7—V tiki.-« HWUÜOÜJ cop 'UtlhOli - —

HÜLÜ1]

^СЛНПІЯКШіС «iruHllHOÍÜU üjü]141rnj,llü

-отиогои-г.иадгшшоино jCüHMJtmu ші ПИОІҐОО ЕОЇҐ ХМНЄШІ НИЛЭЭОНЦ OHHBUirfl * tï * un J

'í(»imytl!!|f| WillCli + HKüifGa * BiibiiU -

!нші№ш eioüi! "

T tino tf ся t виші

ÍHWOlfOÚ V bUliOU -

^ / милі -

ÍCMfL

'-OD B«n;oynj citiiau -

i¡nmij£iülr¿ * гшхо с и it нщііґоз

" IWHOOOllti »du к tí 111 iû ti

joiiiroirüatiüöutroJi) и

ЦП! IHOITÍJOlíCO pulía tJUlilOUHg

-oacuAr 'm ^üiiHoticatiL-öH

jloiftniiowoutJiidiih-wio.iAt' ц«н -iiai'utdBi; vi ж.-і.шам'іік.кіяиьч

ЇІШриЬ І'ІШ ИЮаННОІГ -íiHh ii-jl.go uniií.>iliii|f {Mil,}

Ідмзгиои/П? пну CS ' <7? % at L f

О? $ Oi Li

<fí

ЦПУ à fi ЮН Щ P"t? OÍQiiWl Ç

I -

І H

Є ^

Ȉ

Рис.¡34 Влияние расгитслынк ОСТАТКОВ е , разним отношением С:Н на дшт-., чиху окислительно-ВОССТШЮПИ-тсльного потенциала затопленно!1

, . ЛСЧМ!

---почва, без внесения рас-

тйтельни* остатков;

й—Д- почва Ч листья рясТСИИР риса;

-'почва 4 стебли растопи^ риса;

5- почва * рисовал солома.

-—^¿Хн.*»—.....у;..-. .■ .-и-';

г.-

■"и -і;:-^;,: .іЬ *--- ■

, • \ > . > » ' г * ї'

\ З • ' ' \ ї. 4 ' ■'/•"' 41' * *' 1 1 4

* ,, Ги / і * * * Л*:* /

,' -.фЩ 1

. ' ь І:-;- , :

-г.і^.І

38

¡ехедб)Х/ццнс*Ц&^е&гъ V \£■ •8<хак/ ( ^ кщ&ие £ ^у

■ '.'/■ Г;','.; . . . ."' ;.. ' . ■ ; . ■■ ' ' Рис.5. Днпауико биологической активности почпн при 'V; -Рис^С- Влияние формы азотного удобрения и способа* н внесении палних поя солош! ' ' ' ОГО С(10ССНИЯ СОВЧесТМО С СОЛОМОЙ на ДИН&МИ~

[Г

внесении разных доз солочч А,0 - лугоЕЭ-чернозечоРИдная почва (легко-и тя^едосуглинистая1; В,1 - лугсг- — почва (слабо- и средпоэасоленние

ОГО СІІОССНИЯ СОВЧЄСТІІО С СОЛ ОН О Р На ДИИйМИг ку бИОЛОГКЧОСКО" ВКТИИНйСТИ ПОЧИН 'Л'

; В,Г - лугопо-болотнпя р :' ■' А,Б - лугово-черюэемо видная почва (логко-></

пеэасояомю1; -7 '.; и тяжелосуГлинистая!! , , , ; .. V*

внесения соломи; . -[Х'У^- — —внесение 6 т/га солоии без"

само 4 т/га соло*»; .*" ь_; а30Т,,мк УД^бронип; . ^¡^

без уяоб-рОНИР

МРК

- без

>- тшеепие

- внесение 8 т/га солом». ^ .'.!.*.*■';*-' ■ "

• і.;

—Л - внесение А30ТНІІХ удобрений б ¡лч ,л

,почву при заделке СОЛОНЫ} —о-.-обряоогкп соловії растворен *■•'; ' "^і азотного удобрения перед йа-'л';

:ДеЛН0С'В ПОЧВУ,. і.

й о €-• i;

n

'4

ij'.nwrm

j\y if- ;

Лугоио-чернмомпийцнйя mmna Луги! п-бплутиля is очна

I'ltC,?, ПІІЛШІС уГЛ(ї[чіДП-! » П йМСТ'і'Л« ПУЧР'І - l'^IUi '-■РОЗДУ* ИГ>І1 р;ш 'КУПИН ЧСИГЖ!>'! í 'О рисово? соломи в яаг'шлуїш >И nnme ( • ст иі--.')Д.>і,)'; нкгіщпїєти'

Í - гг)Ч!'їі * IÍ сгитпчи; ¡1 - іпчна t .""Í солоч»; - почмя солочм ягня сулИчг зччошія; 'У - почни t í"t rnn.vm > тГ iiw и.ит; -

'і ''піл; І І - t' M^V ЯГ

ІчІІ'И , -,

с увеличением дозы ее «несения (1 и 8 т/га) повышается содержание обменного аммония, подвижного фосфора и обменного калия.

-Иммобилизация азота при 'внесении соломы без азотныл удобрении отмечена только в фазу -зсходоз риса.

Усиление подвижности фосфора и калнн есть результат кислотного воздействия 'продуктов разлагающей соломы на минеральную часть мочш.

'Изменение подвижности обменного аммония, -подвижного фосфора н обменного калия согласуется с динамикой их потребления тестирующими растениями риса.

Таким образом, 'проведенные исследования показали, что рисовой -соломе, используемой о качестве органического удобрения, 'принадлежит ведущая роль не только л усилении начального развития анаэробных микроорганизмов, но и последующей стабилизации анаэробных .почвенных ¡процессов -на более высоком уровне, чем «в почве лишенной ее содержания,

3. Исследование процесса гумификации рисовой соломы

-Процессам 'разложения растительных остатков уделяется большое вннма-н-ие, -поскольку от направленности и интенсивности их 'Протекания в конечном итоге зависит эффективность их применен и я в качестве .свежего органического удобрения.

Изучение изменения компонентного и элементного состава рисовой соломы в процессе ее разложения показало, что разные компоненты обладают -неодинаковой устойчивостью к воздействию различных ферментативных систем. Значительному разложению .подвержены гемнцеллюлозы. За СО дней коми ости ровання рисовой соломы -под слоем воды вне почвы выщепленке ге.ми-целлюлоз из ее состава составляет около 50%, Относительное содержание -клетчатки и лигнина в процессе разложения рисовой соломы увеличивается. Делрадацня компонентов 'растительной ткани происходит в результате уменьшения содержания в их составе углерода и водорода.

Изучение распределения меченого (НС) углерода разлагающейся рисовой сюломы в системе почва — вода — воздух показало, что наиболее интенсивно распад углеродных соединений 'происходит в первые ояпгь дней затопления, с 'максимальным накоплением 14С — соломы в ¡почвенном растворе. Увеличение дозы -вносимой соломы и удлинение срока ее разложения в затопленной почве .повышает оелнчнну газообразных .потерь углеродных соединений с одновременным уменьшением содержания иС в почвенном растворе. Внесение азотных удобрений -при заделке рисовой соломы в лочву (из расчета 1% азота от массы соломы) усиливает процессы ее разложения, способствуя сокращению газообразных потерь угле-

рода соломы и большему накоплению его в почленном растворе-

По -результатам исследования сделан балансозый расчет распределения ИС — рисовой соломы в -систем« шочва—вода— воздух (рис. 7-Л, Б).

Изучение включения меченого (НС) углерода рисовой соломы в групповой и фракционный состав гумуса показало, что углерод-14 соломы включается во все фракции гумпнопых н фульвокнслог (табл. 1). Причем наибольшее кол «честно НС— соломы включается во вторую фракцию гуминових кислот, которая 'Связана .в основном с кальцием, особенно при внесении соломы совместно с азотным удобрением.

■В течение вегетационного 'периода риса, когда почва затоплена слоем -воды, аккумуляция углерода соломы в гумино-вых кислотах затруднена вследствие общей дисперсии почвы и (высокой подвижности органического вещества.

В течение года направленность процесса гумификации меняется: весной перед лосевом -риса МС — соломы -в тумнновых кислотах содержится больше, чем осенью после уборки урожая риса.

-На основании результатов исследования сделан вывод, что в затопленной ¡почве наряду с синтетическими процессами образования гумусовых соединений -имеют место и деградацнон-но-синтетическне процессы, осуществляемые за счет перераспределения углерода новообразованных веществ с периферия-ческой част» высо ко ко н д еисир о в ан н ы х соединений (гумино-вые кислоты) в область рыхлоупакованных соединений (фудь-вокислоты).

Засоление почвы оказывает неблагоприятное влияние на уровень аккумуля-ццн углерода соломы в новообразованных гумусовых кислотах.

Таким образом, обобщая проведенные исследования, можно заключить, что заделанная я почву измельченная рисовая солома -подвергается активному воздействию процессов разложения и гумификации, способствуя увеличению содержания гумуса при «возделывании -затопляемого риса.

4. Влияние внесения измельченной рисовой соломы в почву в качестве органического удобрения на урюжайностъ риса

Осенняя заделка измельченной рисовой соломы п почву в качестве органического удобрения является новым 'Приемом в практике возделывания риса л не 'противопоставляется внесению других -видов органических удобрений, а только дополняет их. В ароцессе разложения соломы в почве усиливается деятельность -микроорганизмов, повышается общая биологи-

Содержание углерода-1-1 рисовой соломы во фракциях гумусовых кислот, % к "Со&щ

Вариант* Время определения Сф*. Негидр о-лнзуемий остаток

' і 2 3 сумма (а I 2 3 сумма С|"|С + Сф-к-

Лугово-черноземовндная незаселенная почва

1 Весна 3,02 4,13 2,22 9,37 1,21 3.14 4,50 2,81 11.66 21,03 0,804

Осень 2,82 3,51 2,13 8,46 1,54 4,10 0,92 3,0 ( 15,60 24,06 0,512

2 Весна 3.25 5,01 2,СО 10,52 0,$7 4,23 7,02 3,03 15,15 25,67 0,694

Осень 3,01 4,12 2,И 9,27 1,02 5,80 8,14 3,61 18,57 27,84 0,409

Лугов »болотная слабозасоленная почва

1 Весна і,23 2,23 1,31 4,£0 1,35 3,51 4,20 2,81 11,87 10,67 0,401

Осень 1,01 1,73 1,20 3,07 1,00 3,87 7,93 3,22 16,62 20,59 0,239

2 Весна 1,41 2,53 1,58 5,52 1,15 4,76 5.81 3,25 15,00 20,52 0,308

Осені. 1,22 2,12 1,40 4,74 1,10 5,24 8,75 3,04 18,73 23,47 0,253

Л у го во-болот на я среднезаселенная почва

Весна 1,27 1,04 1.17 4,38 1,43 3,02 4,53 2,74 12,32 16,70 0,356 ШО

Осень 0,75 1.33 1,12 3,20 1,53 4,25 7,10 3,18 16,12 19,32 0,199 80,68

2 Весна 1,01 2,10 1,42 5,19 1,05 4,12 5,21 3,00 13,44 18,03 0,386 81,37

Осень 1,20 1,83 1 22 4,25 1,33 4,91 8,20 3,42 17,86 22,11 0.238 77,89

* 1 — почва+8 т/га соломи; 2 — почва+8 т/га солом и 4-1% азота сульфат аммония.

** Весна —перед посевом риса; осень —после уборки урожая рига.

ческая активность и подвижность минеральных элементов, создаются благоприятные условия для .продуктивного развития -растений риса.

Вегетационным» опытами установлено, что в зависимости от уров-ня естественного плодородия отзывчивость растений риса на удобрительное действие соломы 'неодинаковая. Так, на лугово-черноземовидной. легйосуглинистой почве, имеющей наименьшее содержание гумуса — 1,86%, наибольшая масса зерна с одного растения 01,69 г) получена при внесении соломы в почву из расчета 4 т/га; на лугово-черноземовидиой тя-желосуглтшсгой и л угово-болотной глинистой почвах, содержащих гумуса соответственно 3,03 и 3,99%, наибольшая масса зерна с одного растения (получена ¿при дозе внесения соломы 8 т/га. .Внесение .полной дозы ¡минеральных удобрений (■Мго^РсчгКео) усиливает удобрительное действие соломы, спо-собсгвуя повышению урожайности риса. 'Внесение дополнительного азотного удобрения из расчета -1 % азота от массы соломы способствует дополнительному повышению урожайности риса. Исследованиями установлено, чгго наибольшая прибавка урожая для лугово-черноземовидной легк»суглинистой почвы (45,5%) получена при обработке соломы (6 т/га) раствором мочевины перед ее заделкой в почву, а для лугово-черноземовидной тяжелосуглнннстой (39,6%) — при внесении сульфат аммония в почву .при заделке соломы (6 т/га).

Полевые и производственные опыты подтвердили высокую эффективность рисовой соломы, заделываемой с осени в 0—16 см слой почвы в качестве органического удобрения шод .рис. В зависимости от климатических условий года и применяемого почвообрабатывающего орудия для заделки измельченной

Таблица 2

Влияние ежегодного внесения измельченной рисовой солоны в слой почвы до 16 см на урожайность риса

Варианты Голы

1973 1974 1975 среднее

1 о I 2 1 1 2 1 2

Без внесения соломы (конт- *

роль) ........ 44,6 — 30,3 — 43,У — 39.6 —

Внесение соломы (6 т/га)

без минеральных удобре-

ний ......... 52,8 8,2 31.6 4,3 51,У 8.0 46,4 6.«

Солома +Міз:Рво..... 66.6 22,0 62,7 32,4 54,0 10.1 61,1 21,5

НСРо:, Ц/га....... 3.97 4,90 4,95

Су, %......... 91,8 96,4 63,0

Сг, %......... 8,2 и,С 36,4

1 —средняя урожайность варианта, ц/га; 2 — прибавка урожая к контролю, ц/га,

соломы (в т/га) »прибавка урожая в среднем составляет не менее 5 ц/га,

■При ежегодной заделке соломы в почву се слияние на ло-вышение урожайности риса сохраняется на уровне не ниже 60%, при корреляционной связи (г) .между -изучаемыми вариантами — 0,70—0,89 (табл. 2).

Выводы

'В -работе изучали влияние внесения рисовой соломы .в затопляемую -почву на анаэробные микроорганизмы и .процессы, -происходящие ;лрн ее разложении и урожайность риса. На основании in о л у ч ен н ьгх данных сделаны следующие выводы.

1. Показано, что в незаселенной лугово-черноземооидной н засоленной лугово-болотной .почвах широко риспространешд анаэробные бактерии рода Clostridium. Дом-инирующее развитие имеет CI. pasteurianum, что объясняется его высокой приспособленностью к существованию .в ■экстремальных условиях почвенной среды. CL acetobutyHcum обнаружен в меньших количествах,.особенно в л у г ого-б о л о тн о ft почве хлорид-но-сульфатного тина засоления.

2. Установлено, что измельченная рисовая солома .при ее пнесешш iß затопленную почву усиливает развитие анаэробных .микроорганизмов, благодаря формированию своеобразных искусственных микрозон, образуемых вокруг частиц соломы.

— Длительность функционирования искусственных микро-зон зависит от степени измельчения ¡поступающего в почву ■растительного материала. Уменьшение или увеличение размера части-ц вносимого растител-ьного материала но отношению « шределениому агрегатному составу почвы вызывает соответственно ускорение или замедление темпов развития анаэробных микроорганизмов в результате формирования различных по объему искусственных микрозон.

— Оптимальные условия, обеспечивающие интенсивное развитие микроорганизмов, создаются при одинаковом соотпо-шенлн размеров частиц соломы и почйы.

3. Fl an большее количество анаэробных бактерий выявлено на первых этапах разложения рисовой соломы, когда почвенный раствор обогащается водорастворимыми углеродсодер-жашими соедннеиишш. По степени обогащения почвенного раствора водорастворимыми углерод содержащими соединениями остатки растений риса располагаются в следующей последовательности: стебли растений риса — рисовая солома — листья растений риса. Причем CI. pasteurianum лучше разлагает листья растений риса, a CI. acetobutylicum — стебли растений риса.

4. В отроцессе разложения рисовой соломы в условиях, затопления се компонентный состав изменяется неравномерно. Man большему разложению .микроорганизмами -подвержены гемииеллюлозы, а относительное содержание клетчатки и лигнина в результате разложения возрастает. Причем деградация компонентов растительной тканн соломы происходит, главным образом, за счет уменьшения -содержания ib их составе углерода и водорода.

5. Увеличение дозы вносимой iß 1П0чву рисовой соломы усиливает развитие анаэробных бактерий. Так, при внесении соломы в количестве 1 и 2% от массы почвы—общая численность анаэробов в среднем за 90 дней затопления ловышаеггся соответственно .в 0,6 и 7,9 раза, Cl. pasteurianum — в 5,1 и 15,6 раза и Cl. acetobutylicum— в 4,7 и 7,1 раза.

6. Установлено, что внесенне азотных-удобрений из расчета 1% азота от массы заделываемой рисовой соломы способствует дополнительному усилению развития анаэробных микроорганизмов рода Clostridium.

— В условиях незасоленной лугово-черноземовидной почвы. Cl. pasteurianum лучше развивается при внесении аммиачной формы азота (сульфат аммония), а Cl. acetobutylicum — при внесении амидной формы азота (мочевина).

— В условиях хлорндно-сульфатного типа засоления лу-гово-болотной почвы Cl. pasteurianum и Cl. acetobutylicum лучше всего развиваются три внесении аммиачной формы азота (¡сульфат аммония).

7. Показано, что рисовая солома при внесении в затопленную .почву, усиливая, развитие анаэробных бактерий, способствует снижению ее окислительно-восстановительного потенциала. Увеличение дозы соломы, а также ©несение азотных удобрений в количестве 1% от массы соломы обусловливает усиление восстановленное™ почвенной среды. Причем чем шире отношение С : N в .применяемом растительном материале, тем больше значимость амидной формы азота в начальном ускорении развития восстановительных процессов.

8. Динамика анаэробной азотфиксацни яри разложении рисовой соломы в затопленной (почве носит скачкообразный характер,-связанный с ¡поэтапным разложением со отдельных компонентов и высвобождением в 'почву соединений, служащих 'источником энергии для азотфиксирукшшх анаэробов. Наибольший уровень азот-фиксации отмечен на первых этапах разложения соломы. С увеличением ее дозы анаэробная фиксация азота существенно усиливается. 'Внесение азотных удобрений снижает размеры фиксированного анаэробами азота.

9. Выявлено, что с увеличением дозы -вносимой рисовой м

соломы повышается общая биологическая активность почий, достигая .максимума п фазу цветения риса.

— Определена селективность ■действия ,разных форм азотных удобрений и способ их внесения совместно с соломой на .повышение биологической активности почаы.

'10, В результате разложения рисовой соломы в .почве усиливается мобилизация обменного аммония, подвижного фосфора и обменного калия. Увеличение их содержания обусловлено кислотным характером воздействия .продуктов разлагающейся .соломы на -минеральную часть почвы.

■Н. впервые ¡показано распределение меченого (|4С) углерода рисовой .соломы в процессе ее разложения в системе почва — вода — воздух.

— Установлено, что с увеличением дозы вносимой рисовой соломы, а танже удлинением срока ее разложения возрастает величина газообразных потерь углерода.

— Сокращению газообразных потерь углерода разлагающейся соломы в условиях затопления и большей его аккумуляции в органических соединениях почвенного раствора способствует внесение азотного удобрения'(из расчета 1% азота от массы соломы).

12. ¡Впервые изучен годовой цикл гумификации рисовой соломы, меченной углеродом-14, при возделывании риса.

— Показано, чгго в процессе разложения рисовой соломы се углеродные соединения включаются во все фракции гу.мн-новых и фульвокислог.

— Направленность процесса гумификации рисовой соломы в течение года меняется: -в осенне-зимний период преобладают синтетические .процессы, приводящие к 'накоплению углерода рисовой соломы преимущественно с) гу ми новых кислотах; в летний 'Период, когда почва залита слоем воды, преобладают деградацнонно-синтетпчес-кне щроцесш приводящие к .накоплению углерода преимуществен по в фульво кислотах,

— 'Внесение азотного удобрения из расчета >1% азота от массы соломы .способствует усилению процессов ее гумификации.

43. Установлено, что осенняя заделка измельченной рисовой соломы в поверхностный ('ДО 10 см) слой почвы способствует 'стабильному повышению урожайности риса (в среднем 5 ц/га). Разработаны рекомендации но применению рисовой соломы в качестве органического удобрения под рис. Оценена возможность ежегодного «несения измельченной ¡рисовой СОЛОМЫ 1В почву .при возделывании риса.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

На основании ¡проведенных исследований рекомендуем:

1. Рисовую солому, предназначенную для использования

в качестве органического удобрения, измельчать при втором обмолоте валк-ов комбайнами, оборудованными специальными измельчителями-разбрасывателями соломы (ПУН-5 ПУН-б, 54-136, 65-136).

2. Заделывать измельченную солому в почву необходимо осенью, сразу «осле уборки урожая риса, .в .поверхностный (до 16 см) слой почвы. Для заделывает соломы 'можно применять различные почвообрабатывающие орудия (диски, лущильники, плуги), но наилучший эффект получается при использовании почвенных \фрез, 'которые обеспечивают высокое качество смешивания соломы с ¡почвой.

3. 'При заделке измельченной соломы -в почну необходимо вносить азотное удобрение (сульфат аммония или мочеавду) из расчета 1% азота от .массы.©носимой соломы.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Рекомендации но .применению рисовой соломы в качестве органического удобрения. 'Краснодар, 1975, 11 с. (Соавторы: Долгих Ю. Р., Эк,сузян А. А., Дубинин В. М„ Вагнас К. Ф., Волосов Н. !М., Филиппов А. И., Баронов А. М.).

2. 'Биологическая активность лочв и урожай риса при использовании соломы в 'Качестве удобрения. Известия ТСХ-А,

1978, вып. 2, с. 133—1-39. (Соавторы: Сидоренко О. Д., Долгих 10. Р.).

3. Солома—ценное удобрение -под рис. Блокнот агитатора, 1978, ноябрь, № 27, с. 28—29. (Соавтор Долгих Ю. Р.).

4. Рисовая солома — ценное удобрение. (Рекомендации — ■плакат «За 1 млн. т кубанского риса»). Краснодар, 1978, 1 с. (Соавторы: Долгих Ю. Р., Сидоренко О. Д.).

5. Азотфнкснрующая активность затопленных почв при внесении соломы. Доклады ТСХА, 1979, № 253, с. 71—74. {Соавтор Сидоренко О. Д.).

6. Применение 14С в изучении разложения рисовой соломы на затопляемых почвах. Первая Всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии. Тезисы докладов. 'М„

1979, с. 261.

7. Изучение разложения меченной 14С рисовой соломы в затопляемых .почвах. Известия ТСХА, 1979, вып. 5, с. 73—78. (Соавтор Шкарнн'Б. И.).

Л 100281 26/1—81 г. Объем 1 п. л.

Заказ 100.

Тираж 100

Типография Московской с.-к. академии им. К. Л, Тимирязева 127550, .Москва И-550, Тимирязевская ул., 41