Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности микробиологических процессов в почвах рисовых полей Каракалпакстана с различными экологическими условиями

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Особенности микробиологических процессов в почвах рисовых полей Каракалпакстана с различными экологическими условиями"



АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ МИКРОБИОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 631.461/631:633.18 (575.12)

ХАЛМУРАТОВА Роза Пиржановна

ОСОБЕННОСТИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОЧВАХ РИСОВЫХ ПОЛЕЙ КАРАКАЛПАКСТАНА С РАЗЛИЧНЫМИ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ.

(Специальность 03.00.07 - микробиология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических

наук

Ташкент 1997 г.

Работа выполнена в лаборатории экологии микроорганизмов Института биоэкологии Каракалпакского отделения АН РУз.

Научный руководитель:

доктор биологических наук КОНСТАНТИНОВА Л.Г.

Официальные оппоненты:

Академик Академии наук

Республики Узбекистан,

Д.М.Н., профессор АБДИРОВ Ч.А.

Доктор сельскохозяйственных

наук ДЖУМАНИЯЗОВ И.

Ведущая организация: Каракалпакское научно-производственное объединение "Рис".

Защита состоится "_"_1997 г. в_час. на заседании

Специализированного совета Д.015.02.01. по защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Институте микробиологии АН РУз по адресу (700128, г.Ташкент, ул.А.Кадыри, 7Б).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института микробиоэкологии АН РУз.

Автореферат разослан "_"_ 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета,

доктор биологических наук ХОДЖИБАЕВА С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Научная актуальность разработанной темы определяется недостаточной изученностью проблемы взаимодействия микробного населения с факторами окружающей среды в затопленных почвах рисовых полей. С позиции экологической микробиологии рассматривается взаимосвязь жизнедеятельности микроорганизмов с условиями их обитания. Микробиологические процессы в затопленных почвах протекают очень активно, формируя определенных условия для культивирования риса. Задачи правильной оценки деятельности микробиологических процессов как необходимого фактора в управлении биологическим режимом, влияющим на продуктивность рисовых полей, являются ценным вкладом в разработку фундаментальных научных проблем, имеющих также огромное прикладное значение.

Рис - культура с ценными питательными свойствами, отличается неприхотливостью, поэтому он распространен почти на всех континентах земного шара и служит продуктом питания более трети населения планеты. В Приаралье наибольшие площади посевов риса находятся в Республике Каракалпакстан Биоклиматический потенциал низовьев

Амударьи,являющихся крупнейшей базой рисоводства, относится к самой северной части мирового рисосеяния. Площади, занятые под рис составляют около 20 тыс.га. В республике ежегодно заготавливается около 400 тыс. тонн риса. Рисосеяние осуществляется на крупных рисовых картах с применением техники, удобрений и гербицидов. Отрасль высокорентабельна. Однако в производстве риса имеется ряд существенных недостатков: это отсутствие дифференцированного подхода к рисовым чекам, земли которых отличаются литографическим составом, различными почвенными условиями,в различных почвах формируется разный биологический режим, который также требует определенной коррекции в агротехнике.

Цель исследования: изучение взаимовлияния сообщества микроорганизмов и условий его обитания, как системы тесно взаимосвязанных биотических и абиотических явлений в специфических условиях разнотипных затопленных почв рисовых полей.

Задачи исследования:

- изучить специфичность биологических и микробиологических процессов в затопленных почвах, определить факторы, влияющие на их режим;

- проследить за динамикой микробиологических процессов в почвах рисовых полей, выявить специфичность физиологических групп по фазам вегетации риса с целью управления полезными и нейтрализации отрицательных микробиологических процессов;

- апробировать аппликационные методы для изучения биологических особенностей экосистемы рисовых полей как более информативные и менее трудоемкие методы микробиологических исследований;

- Разработать рекомендации для производства по управлению полезными и нейтрализации отрицательных микробиологических процессов с учетом специфики формирования биологического режима в затопленных почвах рисовых полей с различными физико-химическими условиями, обусловленными разным геоморфологическим положением.

Научная новизна работы. Впервые детально изучен биологический режим и микробиологические процессы затопленных почв рисовых массивов с учетом их приуроченности к формам рельефа. Анализ специфических особенностей почв различного геоморфологического положения позволил выявить механизмы формирования важнейших характеристик в воде и почве, определяющих течение аэробных и анаэробных микробиологических процессов.

Впервые показана чрезвычайно высокая активность микробиологических процессов в почвах рисовых полей, а также динамика различных физиологических групп по фазам вегетации риса.

Широкое применение новых аппликационных методов, помимо традиционных, для диагностики микробиологических процессов, позволило дать более информативную картину деятельности микрофлоры в затопленных почвах.

Аппликационные методы, использованные для характеристики окислительно-восстановительных условий, показали на существование гетерогенности пахотного горизонта рисовых полей с присутствием аэробных и анаэробных зон, т.е. на одинаковую активность и тех и других групп микроорганизмов.

Теоретическая значимость. В представленной работе использованы подходы экологической микробиологии: изучен механизм взаимодействия микробного населения со средой обитания, показаны взаимосвязи микробиологических процессов с неживыми компонентами разнотипных почв. Почва представлена как среда обитания для бактерий. Это - многокомпонентная система с наличием микрозон, с присущей ее гетерогенностью, а следовательно, наличием множества экологических ниш, т.е.наличия условий как для аэробной, так и для анаэробной микрофлоры.

Практическая ценность. Исследования показали, что в условиях Приаралья одним из сдерживающих факторов рисосеяния является все возрастающая нехватка водных ресурсов, несовершенство технологии и недоучет значимости диффиринцированного подхода природно-почвенных особенностей земель на рисовых массивах. Здесь особую роль могут сыграть биологические, микробиологические факторы.которые являются крупнейшим резервом рисоводства. Регулирование биологических (особенно микробиологических) процессов: оптимизация полезных, нейтрализация отрицательных, даст возможность влиять на плодородие почв, а следовательно, и на урожайность риса.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на экологических семинарах, на конференциях молодых ученых Каракалпакского отделения Академии наук Узбекистана, на конференции по проблемам Южного Приаралья (Бухара, 1994).

Содержание диссертации в завершенном виде докладывалось на заседаниях научных советов Института биоэкологии, на расширенном заседании кафедры охраны природы и экологии и на кафедре агрономии Каракалпакского госуниверситета, на научно-техническом совете Каракалпакского научно-производственного объединения "Рис", а также на ученом совете Института биоэкологии ККОАНРУз и объединенном заседании Лаборатории водной и геологической микробиологии и почвенной микробиологии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, 1 методическая разработка, 4 статьи, тезисы, в т.ч. сдана в печать одна монография (10 п.л., в соавторстве).

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста (включая иллюстрации и список литературы) и состоит из введения, литературного обзора, материала и

методов исследований, экспериментальной части, рекомендаций производству, выводов, списка цитированной литературы, включающий 145 источников отечественных и иностранных авторов.

Диссертация содержит 12 таблиц и 20 рисунков.

Объект исследований. Объектом исследований явились рисовые системы колхоза "Кердер", расположенные на различных геоморфологических элементах рельефа. Полевые и лабораторные методы исследования физических и химических свойств почв проводились согласно "Практикуму по почвоведению"(1973 г.), микробиологические анализы осуществлялись по руководствам: "Практикум по микробиологии" (под ред.Егорова Н.С., 1976), "Методы микробиологических исследований" (под ред. Звягинцева Д.Г., 1991).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Интенсивность микробиологических процессов в почвах рисовых полей.

1.1. Почвенные условия как фактор формирования биологического режима затопленных почв рисовых полей.

Биологические и биохимические процессы в почве неразрывно связаны с населяющими ее микроорганизмами. Учитывая тесное взаимовлияние сообщества микроорганизмов с условиями существования (абиотические факторы) нами детально изучены физико-химические свойства ключевых участков, расположенных на различных почвах. Результаты анализов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Некоторые физико-химические параметры ключевых участков.

глубина объемная НВ в % к порозность, гумус, % сухой

профиля (в масса сухой % остаток, в

см) почве %

Ключевой участок №1

0-20 1,27 19,8 49,8 1,30 0,720

20-40 1,38 19,4 48,4 1,20 0,260

40-60 1,41 19,2 49,4 0,90 0,128

60-80 1,35 18,5 49,1 0,85 0,160

80-100 1,33 21,8 46,7 0,78 0,154

Ключевой участок №2

0-20 1,34 21,3 47,0 1,40 0,650

20-40 1,32 21,5 45,7 1,35 0,610

40-60 1,30 21,7 45,7 1,32 0,570

60-80 1,41 19,8 48,6 1,10 0,510

80-100 1,36 0,3 48,4 0,90 . 0,450

Ключевой участок №3

0-20 1,20 23,8 45,0 1,81 1,550

20-40 1,25 23,5 45,4 1,76 1,500

40-60 1,31 23,0 48,2 1,75 1,570

60-80 1,40 22,5 50,9 1,17 0,800

80-100 1,43 21,3 52,4 1,01 0,790

Согласно таблице 1 ключевой участок 1 характеризуется почвами легкого механического состава, отличающимися хорошей роницаемостью, низкой влагоудерживающей способностью; верхние горизонты более засоленные и с большим содержанием гумуса.

Ключевой участок 2 отличается присутствием почв с более тяжелым удельным весом, большей влагоудерживающей способностью, здесь питательные элементы не выносятся так сильно как на первом участке. Ключевой участок 3 расположен на почвах тяжелого механического состава, они лучше удерживают влагу, питательные элементы, но и сильнее засолены.

Поскольку,основными специфические условиями при возделываний риса является формирование низкого окислительно-восстановительного потенциала в почвах,нами детально изучена динамика этого ведущего фактора. Интенсивность процессов окисления и восстановления почв на различных ключевых участках весьма различна: на первом аэробные условия сохраняются довольно долго, на третьем - анаэробиоз наступает быстрее, здесь чаще отмечены низкие и отрицательные значения ОВП. Второй участок занимает промежуточное положение.

1.2. Микробиологические процессы в почвах рисовых полей как результат взаимообусловленных биотических и антибиотических явлений.

Периодическое затопление и достаточное увлажнение почв создает своеообразную экологическую обстановку в почве. Характерной особенностью затопляемых почв (в отличие от обычных) является анаэробная окислительно-восстановительная обстановка и недостаток кислорода. Данная особенность находит отражение в развитии различных групп почвенной микрофлоры.

В почвах рисовых полей после их затопления в первое время бурно развиваются восстановительные процессы, это следствие жизнедеятельности сначала аэробных, а затем анаэробных микроорганизмов.

Однако, как нами показано выше, в различных почвах окислительно-восстановительные процессы идут с различной интенсивностью в зависимости от физико-химических и почвенных условий.

Известно, что в почвах рисовых полей лабильно и в очень тесной зависимости от почвенных условий идет формирование биологического режима в первые 30 дней после залитая чеков водой, поэтому нами детально проанализировано состояние микробиологического сообщества в двух крайних вариантах почв (1-ом и 3-ем участках).

Результаты представлены на рисунке.

Аммонификаторы - ведущая по численности группа, минерализующая органическое вещество, представлена, главным образом, аэробными формами. Затопление вызывает увеличение этой группы микроорганизмов на различных участках (первом и третьем). Несмотря на то, что при затоплении почвы происходит резкая смена аэробных условий на анаэробные активность этой группы остается высокой не только по участкам, но и по фазам вегетации риса.

Бактерии и актиномиценты, растущие на крахмало-аммиачном агаре относится к важнейшей экологической группе почвенной микробиологии и относится тоже к аэробным формам. Сразу после затопления на 1-ом участке, где аэробность Среды уменьшается равномерно по фазам вегетации риса, численность этой группы снижается, достигая минимума в фазу цветения, а затем несколько возрастает.

На 2-ом участке, где анаэробиоз наступает более резко, отмечается соответствующий спад активности данной группы микроорганизмов сразу после затопления, затем численность несколько стабилизируется , и даже возрастает.

Иной характер распределения имеют анаэробные микроорганизмы: на обоих участках сразу поле затопления возрастает деятельность денитрифицирующих микроорганизмов, которая долго поддерживается на высоком уровне активности. Сульфатредуцирующие организмы начинают развиваться по мере наступления анаэробиоза: на 1-ом участке появление их отмечено на 10-й день, а на 3-м они регистрировались даже до посева (но в минимальных количествах). На первом участке, где более стабильные аэробные условия, активность этой группы наступала постепенно, на третьем регистрировалась их резкая вспышка уже на 15-й день и численность десульфирирующих бактерий была очень высокой до конца вегетации.

1.3. Динамика микробиологических процессов по фазам вегетации риса. Почвы, на которых выращивается рис, в период вегетации этого растения, т.е. в течение 3-4 месяцев, находятся в затопленном состоянии. При затоплении происходит резкая смена аэробных условий на анаэробные, в результате меняется характер происходящих в ней биологических процессов.

Затопление рисовых полей слоем воды вызывает резкое изменение водного, воздушного и теплого режима почвы, а следовательно, условий жизнедеятельности микроорганизмов. Изменения, происходящие в почве после затопления поля, можно разделить на две последовательные фазы. В первую фазу, начинающуюся сразу после затопления поля, в порядке очередности происходит потребление 02 и восстановление ИОз, Мп3+ и Бе . Длительность этой фазы - 2-3 суток. Во вторую фазу происходит образование сульфидов, развивается водородное и метановое брожение.

В соответствии с этими фазами происходят количественные изменения микрофлоры и смена аэробных и анаэробных групп. В первую фазу в почве преобладают аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы.

Сразу после затопления в почвенном слое увеличивается численность не только анаэробных, но и аэробных микроорганизмов. В дальнейшем количество аэробов постепенно снижается, но они полностью не исчезают из почвы в течение всего вегетационного периода риса.

Анализ микрофлоры почв рисовых полей в динамике по фазам вегетации риса производился общепринятыми методами. Результаты анализов представлены в таблице 2.

Коэффициенты избирательности различных физиологических групп бактерий по фазам вегетации риса.

Таблица №2

УЧАСТОК№1 УЧАСТОК №3

МПА КАА Денитр ификат оры Сульфа тредукт оры МПА КАА Дени триф икато ры Суль фатре дукто ры

всходы всходы

Почва ризосфера корни 0,7 3,8 0,98 3,1 0,3 1,2 2,3 5,2 0,9

кущение кущение

Почва ризосфера корни 1,2 2,2 0,8 3,6 3,2 10,0 0,9 0,3 1,6 2,8 1,8 6,3 6,3 15,6 3,0 1,0

цветение цветение

Почва ризосфера корни 0,82 2,2 1,2 6,3 1,8 5,2 0,8 0,1 1,3 2,0 1,0 5,3 4,8 8,8 8,0 2,5

созревание созревание

Почва ризосфера корни 121 0,83 0,84 3,1 2,2 11,0 2,0 0,3 1,1 1,0 1,4 3,2 3,6 10,2 25 2,8

На 2-ом участке, где анаэробиоз наступает более резко, отмечается соответствующий спад активности данной группы микроорганизмов сразу после затопления, затем численность несколько стабилизируется , и даже возрастает.

Иной характер распределения имеют анаэробные микроорганизмы: на обоих участках сразу поле затопления возрастает деятельность денитрифицирующих микроорганизмов, которая долго поддерживается на высоком уровне активности. Сульфатредуцирующие организмы начинают развиваться по мере наступления анаэробиоза: на 1-ом участке появление их отмечено на 10-й день, а на 3-м они регистрировались даже до посева (но в минимальных количествах). На первом участке, где более стабильные аэробные условия, активность этой группы наступала постепенно, на третьем регистрировалась их резкая вспышка уже на 15-й день и численность десульфирирующих бактерий была очень высокой до конца вегетации.

1.3. Динамика микробиологических процессов по фазам вегетации риса. Почвы, на которых выращивается рис, в период вегетации этого растения, т.е. в течение 3-4 месяцев, находятся в затопленном состоянии. При затоплении происходит резкая смена аэробных условий на анаэробные, в результате меняется характер происходящих в ней биологических процессов.

Затопление рисовых полей слоем воды вызывает резкое изменение водного, воздушного и теплого режима почвы, а следовательно, условий жизнедеятельности микроорганизмов. Изменения, происходящие в почве после затопления поля, можно разделить на две последовательные фазы. В первую фазу, начинающуюся сразу после затопления поля, в порядке очередности происходит потребление Ог и восстановление N03, Мп3+ и Ре3+. Длительность этой фазы - 2-3 суток. Во вторую фазу происходит образование сульфидов, развивается водородное и метановое брожение.

В соответствии с этими фазами происходят количественные изменения микрофлоры и смена аэробных и анаэробных групп. В первую фазу в почве преобладают аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы.

Сразу после затопления в почвенном слое увеличивается численность не только анаэробных, но и аэробных микроорганизмов. В дальнейшем количество аэробов постепенно снижается, но они полностью не исчезают из почвы в течение всего вегетационного периода риса.

Анализ микрофлоры почв рисовых полей в динамике по фазам вегетации риса производился общепринятыми методами. Результаты анализов представлены в таблице 2.

Коэффициенты избирательности различных физиологических групп бактерий по фазам вегетации риса.

Таблица №2

УЧАСТОК №1 УЧАСТОК №3

МПА КАА Денитр ификат оры Сульфа тредукт оры МПА КАА Дени триф икато ры Суль фатре дукто ры

всходы всходы

Почва ризосфера корни 0,7 3,8 0,98 3,1 0,3 1,2 2,3 5,2 0,9

кущение кущение

Почва ризосфера корни 1,2 2,2 0,8 3,6 3,2 10,0 0,9 0,3 1,6 2,8 1,8 6,3 6,3 15,6 3,0 1,0

цветение цветение

Почва ризосфера корни 0,82 2,2 1,2 6,3 1,8 5,2 0,8 0,1 1,3 2,0 1,0 5,3 4,8 8,8 8,0 2,5

созревание созревание

Почва ризосфера корни 121 0,83 0,84 3,1 2,2 11,0 2,0 0,3 1,1 1,0 1,4 3,2 3,6 10,2 25 2,8

Рис. Динамика численности микроорганизмов в затопленных почвах по различным участкам.

-сульфатредукторы - денитриф икаторы

бактерии и актиномицеты на КАА

амониф икаторы

сульфатредукторы

денитрификаторы

бактерии и актиномицеты на КАА

амонификаторы

Из таблицы 2 видно, что численность микроорганизмов растущих на МПА в исследованных полях высокая, несмотря на различные физико-химические условия.

В первые дни после затопления отмечается некоторое увеличение количества бактерий, растущих на МПА. Затем оно несколько снижается, оставаясь на таком же уровне до конца вегетации риса. Если до посева риса и в первые дни после затопления наблюдался 100-процентный рост азотобактера на среде Эшби, то через 10 дней после затопления процент роста

снизился до 80, а через месяц в посевах его обнаружить не удалось. В конце вегетации риса рост азотобактеров на средах Эшби зарегистрирован в 90%.

Аналогичные результаты наблюдались и у актиномицентов на крахмало-аммиачном агаре. Сульфатредуцирующих бактерий было меньше всего сразу после затопления, т.к. в почве сохранились окисленные условия, но на 3-ем поле их активность наиболее высокая, причем численность этой группы возрастала сразу после затопления и оставалась высокой в течение всего вегетационного периода.

2.0. Отрицательные микробиологические процессы редукции сульфатов. Длительное затопление рисового поля активизирует почвенные анаэробные процессы, в результате в почве накапливаются восстановленные соединения. Одним из таких процессов является редукция сульфатов, при которой в почве накапливаются сероводород и его производные. Редукция сульфатов - микробиологический процесс.

Для его течения необходимы три важнейших условия: а) наличие достаточного количества органического вещества; б) присутствие значительного количества сульфатов; в) анаэробность среды.

Исследования проводились на 2 участках с различными экологическими условиями (брались крайние варианты: песчанные почвы и тяжелые глинистые).

Приводим физико-химические и биологические параметры процесса редукции сульфатов.

Таблица 3.

Физико-химические и микробиологические параметры процесса редукции сульфатов.

Горизонт, см. Сульфат- Гумус, % Сульфиды, Сульфатредуц

ионы, % мг/кг ирующие

бакт., в тыс./г.

почвы

Участок №1

0-5 5-10 10-20 20-30

0,48 0,38 0,26 0,1

1,6 1,3

1,1 и

73 178 82 48

30 151 82 180

Участок №3

0-5 5-10 10-20 20-30

0,67 0,55 0,38 0,26

1,8 1,7 1,6 1,5

380 820 52 32

130 1200 200 900

Редукция сульфатов наблюдалась на всех рисовых полях, но протекала с различной интенсивностью в зависимости от физико-химических условий, содержания гумуса, сульфатов. На исследуемых участках, содержавших повышенное количество гумуса накапливалось больше сульфидов. На участке 1, с легким механическим составом, более аэробными условиями среды, с содержанием гумуса 1,1-1,6% этот процесс был несколько подавлен, сульфиды в значительных количествах накапливались только в слое 5-10 см. Количество сульфатредуцирующих бактерий колеблется от 30 тыс. до 180 тыс. на 1 г. почвы.

На участке 3 с более тяжелыми почвами, где и содержание органического вещества, и содержание сульфатов выше, наблюдается активизация микробиологического процесса редукции сульфатов, этому во многом способствует быстрое наступление анаэробных условий.

Особый интерес представляют наблюдения за ходом процесса сульфатредукции по фазам вегетации риса.

На 1-ом участке процесс шел медленно и нарастал в течение всего вегетационного периода, на 3-ем было отмечено увеличение числа сульфаторедуцирцющих бактерий в период всходов, затем процесс нарастал, оставаясь активным до конца вегетации. Сульфатредуцирующие микроорганизмы обнаруживались как после уборки урожая, так и сохранились в допосевном периоде.

В почвах, бедных органическим веществом, сульфатредуцирующих бактерий на несколько порядков меньше, чем в более гумуссированных. При затоплении почвы количество сульфатредуцирующих бактерий резко увеличилось, особенно в верхнем горизонте, и оставалось высоким в течение всего периода вегетации риса.

Результаты исследований, полученные на участке 1, характеризуют наиболее типичную картину хода процессов сульфатредукции в почвах рисовых полей: отсутствие бактерий в предпосевной период, активное их

развитие в первые дни до периода всходов и постепенное нарастание до созревания.

Для участка 3, видимо, характерно такое сочетание условий, когда процесс сульфатредукции протекает по-иному, более активно. Об этом свидетельствуют микробиологические данные о допосевном состоянии. По мере просыхания почвы и усиления доступа воздуха количество сульфатредуцирующих бактерий уменьшается, но все равно остается высоким. Для таких участков необходима тщательная аэрация верхнего горизонта.

3. Распределение микроорганизмов в зоне корней растений риса.

Как известно, в зоне корней растений, как правило, численность микроорганизмов значительно выше, чем в окружающей почве, при этом развитие одних групп почвенных микроорганизмов стимулируется, а других -угнетается.

Избирательное воздействие корневой системы риса на различные физиологические группы микроорганизмов представлено в таблице.

На поверхности корня (ризоплане) и в ризосфере развивается больше микроорганизмов, чем в почве. Численность их определяется фазой вегетации риса. Ярко выраженный положительный ризосферный эффект характерен во все фазы вегетации для аммонифицирующих микроорганизмов, вырастающих на МПА. Максимальное развитие бактерий почти всех физиологических групп наблюдается в период всходов, когда в почве создается достаточно высокий окислительно-восстановительный потенциал, благоприятствующий развитию этих микроорганизмов. В последующие фазы развития риса количество микроорганизмов на корнях уменьшается, и по отношению к сульфатредуцирующим микроорганизмам наблюдается даже отрицательный ризосферный эффект. На корнях обнаруживается большое количество аммонифицирующих микроорганизмов. В дальнейшем происходит снижение плотности аммонифицирующих организмов на корнях, но высокое их число сохраняется до конца вегетации.

4. Оценка активности микрофлоры аппликационными методами.

Эти методы используются для определения биологической активности почв, причем отличаются простотой и дают возможность приблизиться к определению интенсивности протекания процессов в природных условиях. Методы могут с успехом применяться и при характеристике биологической активности почв различных типов и при изучении влияния на биологическую активность различных агротехнических и агрохимических мероприятий. Они в значительной степени отражают потенциальную способность микрофлоры утилизировать определенные вещества, которые оказываются в почве. В отличие от чашечных методов, аппликационные методы отражают процессы утилизации органических соединений, протекающие непосредственно в почве и более тонко отражают степень воздействия различных мероприятий.

Методы основаны на получении следов воздействия микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности на клетчатку ткани, на эмульсию непроявленных фотоматериалов, содержащую желатину, как источник азотных веществ. Разрушение желатинового слоя фотоматериалов, применяемых при определении протеолитической активности почвы, происходит в виде обособленных зон размером от долей миллиметра до нескольких миллиметров в диаметре. При высокой протеолитической активности такие микрозоны сливаются, образуя сплошные просветления (разрушения).

Накопление аминокислот на ткани (активность разложения целлюлозы) Показатели активности целлюлозоразрушающей микрофлоры имеют первостепенное значение, т.к. все растительные остатки, поступающие в почву, содержат клетчатку. Особый интерес представляет определение активности разложения клетчатки в наиболее активном для рисового поля почвенном горизонте 0-10 см. В качестве источника клетчатки нами использовано хлопчатобумажное полотно (бязь). Размер полос ткани 10x30 см, ткань прикреплялась (пришивалась) к пищевому полиэтилену, после 10-суточной экспозиции полосы ткани проявляются нингидрином. При этом происходит адсорбция аминокислот на клетчатке и их накопление на ткани.

Хлопчатобумажная ткань, подвергшаяся воздействию всей почвенной микрофлоры, несет на себе огромное количество клеток микроорганизмов и их метаболиты.

Колонии бактерий хорошо проявляются на белок нингидрином. Очень интересно, что хорошая растворимость аминокислот в воде не препятствует их накоплению на клетчатке в затопленной почве. Проявление тканей, экспонированных в почве, дает возможность сократить время определения того слоя, где разложение клетчатки протекает более активно. В наших исследованиях для этого было достаточно 10 суток, тогда как для обнаружения разложения клетчатки классическими методами потребовалось бы 20 суток /Селибер,1950/.

Активность микрофлоры в слое 0-5 см выше, чем 5-10сантиметровом слое, что в сочетании с максимальным распадом клетчатки на границе вода/почва может свидетельствовать о повышенной деятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов в зонах, более обеспеченных кислородом. Об этом свидетельствует также анализ трех затопленных почв с различными физико-химическими условиями. Следовательно, по крайне мере до глубины 10 см в почву поступает значительное количество кислорода, даже несмотря на кажущиеся анаэробные условия в некоторых почвах. В этом горизонте сосредоточено до 90% корней риса.

Таким образом, метод позволяет улавливать активность целлюлозоразлагающей микрофлоры в затопленной почве, различия активности по горизонтам пахотного слоя и в зависимости от физико-химических условий, складывающихся в почве.

Гетерогенность пахотного слоя и протеолитическая ативность микрофлоры по фазам вегетации риса. Разнородность пахотного горизонта, тяготение микрофлоры к верхнему горизонту почвы отчетливо выявляются на фотоматериалах, которые экспонировали 72 часа в почве (или холодильнике в жаркое время). "Автографы" микроорганизмов указывают на повышенную активность микрофлоры в слое 0-10 см. Слабый распад эмульсии наблюдается при углублении в почву.

Наиболее интенсивно микробиологические процессы протекали на 1-м участке, но в более узком горизонте. Зоны разрушения желатинового слоя большие, слитые в широкие просветленные поля

отмечались на 2-м участке, т.е. здесь наиболее активно разрушались азотистые вещества. На 3-м участке протеолитическая активность несколько снижена, "автографы" микроорганизмов - протеолитов, оставленных на фотопленке, апплицированной на почве, взятые с 3-го поля, ясно свидетельствуют о слабой активности этих микробов.

Гетерогенность пахотного слоя и протеолитическая активность микрофлоры изучались нами в течение периода вегетации риса. Протеолитическая активность микрофлоры различается по фазам вегетации риса. Иногда образуются сплошные зоны, свидетельствующие о большой протеолитической активности микрофлоры рисовых полей.

При анализе аммонификаторов чашечным методом выявлено их резкое возрастание сразу после затопления поля, затем высокая численность их поддерживается до конца вегетации. Аппликационные методы показали, что протеазная микрофлора была активной сразу после затопления, однако, почти весь период вегетации зоны разрушения желатинового слоя были несколько ниже, чем в начальный период. И только к периоду цветения протеазная активность почв возрастает.

Таким образом, аппликационный метод определения с помощью фотопленки протеолитической активности почв позволяет осуществить более тонкую диагностику аммонифицирующего процесса в почвах рисовых полей и уловить его динамику по фазам вегетации.

Активность микрофлоры по горизонтам затопленной почвы. Помещенные полосы непроявленной негативной фотобумаги со сроком 72 час в затопленной почве использовали при изучении биогенности почв при разных физико-химических условиях, возникающих в различных почвах. "Автографы" деятельности микрофлоры 3-х различных рисовых полей, отличающихся почвенными условиями, степенью аэрации имеют различную картину.

Примененный метод позволил установить, что даже такой легкоразлагаемый материал как белки, за 72 часа разрушаются в почве не сплошным фронтом, а в локальных очагах, где ассоциации микроорганизмов способны разрушить желатину за время экспозиции.

Максимальное разрушение эмульсии отмечается в верхней прослойке почвы, в слое наиболее обеспеченном кислородом. Следует отметить, что по всей толще изучаемого образца образуются "микрозоны" распада эмульсии, которые при более значительном снабжении кислородом (участок 1) часто сливаются в сплошные полосы

и их число больше, чем на менее аэрируемых полях. Очень часто видны отпечатки корешков риса, где они контактируют с эмульсией бумаги, она даже разрушается; там, где контакт менее плотный, хорошо видна окисленная зона.

Использование аппликационных методов для оценки окислительно-восстановительных условий. По данным ряда авторов, пахотный слой рисового поля неоднороден, а имеет гетерогенное строение, т.е. существуют и окислительные, и восстановленные условия.

Это состояние в почвах Каракалпакии изучалось нами с помощью аппликационных методов.

О наличии в затопленной почве аэробных и анаэробных зон судили по чагам активного восстановления серебра фотобумаги. На засвеченной фотобумаге всего 48 часов достаточно, чтобы в зонах, где возможет обмен электронами, проявилось серебро фотобумаги. Этим методом удалось достоверно показать, что восстановленная часть пахотного горизонта расчленяется на резко различающиеся крупные зоны, которые другими методами не обнаруживались; сразу за окисленным слоем начинает возрастать интенсивность восстановления серебра и,начиная с глубины 3 см до 5-6 см, наблюдается зона максимального восстановления.

"Автографы" восстановленных зон серебра на фотобумаге в затопленных почвах рисовых полей, различаются в зависимости от физико-химическими условий. Отчетливо видно разделение пахотного горизонта на две значительно отличающиеся зоны, в каждой наблюдается неоднородность по способности восстанавливать серебро. Но в каждом типе почв видны различия.

При анализе горизонта песчанных почв, отличающихся большой обогащенностью кислородом, повышенной активностью фильтрации зоны восстановления серебра велики и происходит смещение прослойки с наибольшей активностью до глубины 8 см.

Слоистые почвы, отличаются большей плотностью, чем предыдущие, имеют более низкую обеспеченность кислородом поливной воды.Тут быстрее наступают восстановленные условия в почве. Но в связи с тем, что почвы сложены легкими глинами, фильтрационная способность их остается высокой и зоны активного восстановления серебра распространяются также по горизонту почти до 7 см.

Тяжелые почвы в подпахотных горизонтах состоят из глины до 80% и выше,это, как указывалось выше, накладывает отпечаток на

формирование биологического режима в затопленных почвах. Здесь в поливной воде создается напряженный кислородный режим, а в почвах отмечены низкие редокс-потенциалы,преобладает анаэробная микрофлора.

Таким образом, аппликационные методы позволили четко установить микробиологическую гетерогенность пахотного горизонта затопленной почвы в пределах того слоя, который ранее считался восстановленным и вполне однородным. Наиболее активной является прослойка 3-8 см от поверхности почвы. Выявление повышенной активности микроорганизмов в верхнем горизонте затопленной почвы заставляет считать этот слой наиболее перспективным с точки зрения интенсификации микробиологических процессов для повышения урожайности.

ВЫВОДЫ:

1 .Микробиологический режим в затопленных почвах имеет свою специфическую зависимость от типа почв, который,как правило, в низовьях дельты Амударьи приурочен к определенным геоморфологическим элементам ландшафта.

2. Рисовое поле - сложная многофакторная экологическая система, где обнаруживаются взаимовлияние абиотических (состав поливной воды, тип почвы, удобрения, температура,освещенность) и биологических факторов. Все это формирует условия для течения микробиологических процессов.

3. В разных почвах формируются различные экологические

условия, определяющие течение тех или иных микробиологических

процессов: в аллювиально-луговых создаются резко окисленные условия и наиболее активны аэробные процессы, в лугово-болотных, наоборот, быстрее наступает явление анаэробиоза и превалируют восстановительные процессы с доминированием анаэробных микробиологических процессов.

4. Микробиологические процесса в затопленных почвах рисовых полей протекают активно, начиная сразу после затопления и до конца вегетации риса: особенно интенсивны процессы аммонификации, денитрификации; интенсивность сульфатредукции зависит от степени и скорости формирования анаэробиоза в почвах.

5. Применение аппликационных методов для диагностики микробиологических процессов позволило выявить более информативную картину деятельности микрофлоры затопленных почв,

а также показало наличие в восстановленном слое аэробных зон, что свидетельствует об активности как анаэробной, так и аэробной микрофлоры.

6. Обнаружение повышенной активности микроорганизмов в верхней трети пахотного горизонта затопленной почвы, позволяет считать этот слой наиболее перспективным с точки зрения интенсификации микробиологических процессов для повышения урожайности риса.

7. Познание почвенных особенностей, знание микробиологических процессов в разнотипных почвах дает возможность подходить более дифференцировано к применению той или иной технологии, а также регулируя микробиологические процессы можно влиять на урожайность культуры риса.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Халмуратова Р.П. "Рациональное использование минеральных удобрений на рисовых системах с учетом свойств различных почв". Вестник К отд. АНРУз, 1994, N3, с.44-47.

2. Дандыбаев Б., Халмуратова Р.П. "Почвенные особенности рисовых систем низовий р.Амударьи. "Вестник К отд. АНРУз, 1994, N3, с.38-44.

3. Халмуратова Р.П. "Важнейшие химико-биологические параметры экосистем рисовых полей Республики Каракалпакстан".Тез.докл. Конференции "Экологические проблемы Приамударьинского региона". Бухара, 1995, с. 15-17.

4. Дандыбаев Б., Халмуратова Р.П. "Технология возделывания риса и экология". Нукус, издательство "Билим", 1995, с. 10.

5. Дандыбаев Б., Халмуратова Р.П. "Пестициды и экология рисо вых систем". Нукус, издательство "Билим", 1995, с.Ю.

6. Халмуратова Р.П. "Оптимизация полезных микробиологических процессов в затопленных почвах рисовых полей Каракалпакстана". Нукус, издательство "Билим", 1997, с. 12.

7.Халмуратова Р.П. "Использование аппликационных методов для диагностики микробиологических процессов в почвах рисовых полей Каракалпакстана",1-й съезд микробиологов Узбекистана, с.1.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Выполненные исследования позволяют нам рекомендовать следующие подходы и мероприятия:

- прежде всего необходимо учитывать наличие различных почвенных условий, которые складываются на рисовых системах низовьев Амударьи при различном геморфологическом положении.В связи с этим, формирование биологического режима происходит по-разному;

- микробиологические процессы несколько отличаются в различных почвах: в легких песчанных почвах создаются резко окисленные условия, велика активность аэробной микрофлоры, что в общем благоприятно для растений риса, но в таких почвах происходит вымывание всех питательных элементов и ощущается дефицит влаги. Для этих групп почв хорошим мероприятием явилось бы внесение бентонитовых глин, увеличение дозы минеральных удобрений, уменьшение зяблевых вспашекпри севообороте;

- микробиологические процессы протекают активно и в болотно-луговых почвах, явление анаэробиоза в этих почвах выражено ярче, чем в предыдущих, пахотный и подпахотный слой состоят из суглинков; эти почвы отличаются хорошей проницаемостью, но отмечается вынос солей. Для этих почв целесообразно внесение органических веществ (типа измельченной рисовой соломы), которые бы составили с илистыми частицами органно-глинные соединения и предотвратили вынос илистых частиц.

- И,наконец, в лугово-болотных почвах наиболее активны анаэробные процессы: в почве накапливаются восстановленные соединения, особенно сероводород. Этот микробиологический процесс редукции сульфатов отрицательно влияет на формирование урожая риса, особенно в первые 30 дней. На таких тяжелых почвах внесение органических удобрений, особенно с сульфатом аммония, приводит к угнетению аэробной микрофлоры и усилению процессов сульфатредукции. Поэтому почвы с тяжелым механическим составом требуют особого режима затопления: необходимо 2-3 раза сбрасывать

воду до всходов. Многие ученые и практики рекомендуют зяблевую вспашку для усиления окислительных процессов,а также с целью "проветривания" восстановительных горизонтов почв - периодическое осушение и севооборот.

- Выявленная аппликационными методами прослойка в пределах пахотного слоя затопленных почв рисовых полей (не глубже 8 см) отличается активными мобилизационными и окислительно-восстановительными процессами. Значительное повышение урожая риса можно получить при внесении в это прослойку измельченной соломы. В современных условиях дефицита минеральных удобрений, использование сине-зеленных водорослей можно заметно повысить урожай риса.

Халиуратова Роза Пиржановна

Каракалпогистоннинг турли-туман экологик шароитида

шолизорлар тупрогида микробиологик жараенлар хусусиятлари.

Республикамиздаги физикавий-химиявий жихатидан фарк килувчи шолизорларидаги микроорганизилар фаолиятига бахо берилди.

Илмий тадкикотларнинг курсатишича,ландшафтда турли геоморфологик холатни эгаллайдиган тупроклар турли литологик тузилишга ва механик таркибга эга булади,унда биологик режимнинг шаклланиши хам турлича кечади.Шунга мувофик,микробиологик режим хам уз спецификлигига эга булади.Аллювиал-утлок тупрокларда аэроб микрофлоранинг оптимал ривожланиши учун зарур булган кескин нордон шароит пайдо булади, бирок унда барча озиклик элементларнинг ювилиб кетиши юз беради. Утлок-боткок тупрокда,аксинча,аноэроб шароит тез шаклланади,яъни улар гил, огир механик таркибли булиб, бу ерда манфий микробиологик сульфатлар редукцияси ривожланади.

Купгина экспериментал материалларнинг тасдиклашича, шолизор далалар тупрокларида тупрок кизий бошлаганиданок,микробиологик жараенлар жуда фаоллик билан утади ва бу вегетация охиригача давом этади. Турли группадаги микроорганизмлар учун мусбат ва манфий ризосфера эффекта белгиланган.

Кенг кулланилган аппликацион текшириш методлари экологик шароити буйича-кизиетган тупрок горизонтлари буйича, шоли вегетация фазалари буйича ва тупрок группалари буйича фарикланувчи микробиологик жараенларнинг еркин картинасини олишга имкон берди.Олдин бир жинсли деб хисобланган тупрокнинг кизиган хайдаладиган хаватининг микробиологик гетерогенлилиги аникланди.

Илмий текшириш натижалари асосида ландшафтнинг турли элементларида жойлашган шоли массивларининг тупрок шароити хисобининг зарурлиги ва салбий жараенларни нейтраллаш хамда фойдали микробиологик жараенларни бошкариш хакида ишлаб чикаришга курсатмалар берилди.Биологик режимнинг шаклланиши конуниятларини урганиш уларни бошкаришга имконият яратади.Бу билан хосилни анча ошириш мумкин.

HALMURATOVA ROSA PIRZHANOVNA

Peculiarities of microbiological processor on the soils of rice fields of Karakalpakstan with different ecological conditions.

This research work is devoted to the investigation of the activity of microorganisms in the flooding soit of rice fields of the Republic,distinguis bed by the physico-chemical conditions.

We try to prove that the soil with different geomorphological position in the landscape have different lithological structure and mechanical soil com position.

The formation of the biological regime occur by different ways.

According to it the microbiological regime has its specificfeatures. Sharply oxidizing conditions take place on the alluvial-meadow soils and they are optimal for the development of aerobinal away there Anaerobinal conditi ons are formed faster on the meadow-marsh soils, because they are mainly clay with hard mechanical composition and negative microbiological processes of the sulhate reduction develop heve.

On the analysis of large experimental material it has been proved, that microbiological processes come through very actively on the soils of rice fields and they begin after the flooding and continue till the end of rice vegetation. Some positive and negative rice-spherical effect for different gro ups of microorganisms have been distingnished. The widely-spread applique methods of investigation let us get a bright picture of microbiological processes on the horizons of the flooding soils, phases of rice vegetation, groups of soils, distinguishing by ecological conditions.

The microbiological heterogeneity of the arable horizon of the flooding soil has been determined within the layer which was conidered of the same kind and restored.

The are some recommendations abaut taking into account the soil conditions of the rice land area, situated on different elements of the laudscape, about the ways of control of useful microbilogical processes and neutralization of negative processes.

The knowledge of objective regularities of the biological regime will let control it and grow a good harvest.