Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ И ПОСТОЯННАЯ ФИКСАЦИЯ АЗОТА АТМОСФЕРЫ СВОБОДНОЖИВУЩИМИ БАКТЕРИЯМИ В ПОЧВЕ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ПЕРИОДИЧЕСКАЯ И ПОСТОЯННАЯ ФИКСАЦИЯ АЗОТА АТМОСФЕРЫ СВОБОДНОЖИВУЩИМИ БАКТЕРИЯМИ В ПОЧВЕ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи Николай Петрович ПОКРОВСКИЙ

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ И ПОСТОЯННАЯ ФИКСАЦИЯ АЗОТА АТМОСФЕРЫ СВОБОДНОЖИВУЩИМИ БАКТЕРИЯМИ В ПОЧВЕ

(специальность 03.00.07 — микробиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1981

Работа выполнена на кафедре микробиологии Московской сельскохозяйственной академии им. К, А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, про. фессор В. Т. Емцев.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, старший научный сотрудник Н. П. Львов; кандидат биологи* ческих наук, старший научный сотрудник Т. А. Калининская.

Ведущее учреждение — Научно-исследовательский институт сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны.

Зашита диссертации состоится

в «/Л » ч на заседании Специализированного совета К-120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии _ им. К- А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49. Сектор защиты диссертаций ТСХЛ.

. С диссертацией можно озг:. V ься в ЦНБ ТСХА.

~ .'-ореферат разослан -" / \ . .

. ■■¡р.-'й секретарь *' ■;".-. Спецча."/ ;г'>ваниог<>, С'Ик■ кэндиаТт' V. • "'!0>Л .. ' г '6. Г. Марьенко

Актуальность проблемы. Из всех элементов пнтанпя растение особенно остро нуждается в азоте. Применение удобрений в значительной мере обеспечивает потребность растений о этом элементе. Однако азотный баланс почв часто бывает отрицательным. Имеющийся дефицит во многом покрывается биологическим путем, то есть за счет деятельности азотфикси-рующпх микроорганизмов (Мишустин, Черелков, 1976).Этопо* ложенпе неоднократно подчеркивалось академиком Д. Н. Прянишниковым, который отмечал, что даже в условиях возрастающего применения азотных удобрений проблема «биологического» азота не будет терять своего значення.

Использование новых методов в исследованиях по бнолй* гнческой фиксации азота атмосферы (стабильного изотопа азота и метода восстановления ацетилена в этилен) значив тельно увеличило возможности познания многих-сторон этого процесса н уточнило наши представления о масштабах усвоения азота атмосферы микроорганизмами в различных почвах. Однако некоторые важные вопросы в проблеме биологической фиксации молекулярного азота, имеющие большое теоретическое и практическое значение, требуют своего решения, В частности, недостаточно полно изучен характер процесса фиксации азота свободноживущими бактериями в почве и его обусловленность от природных и антропогенных факторов.

Цель н задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение закономерностей функционирования процесса фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в почве в условиях различного воздействия внешних факторов на рост и развитие растений.

Для выполнения работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать особенности процесса фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в почве под однолетними и многолетними культурами и в почве без растений.

2. Определить характер воздействия температуры и влажности на процесс фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в почве.

3. Изучить влияние минеральных н органических удобрений н известкования на активность фиксации азота атмосферы свободноживущнми бактериями в почве.

4. Изучить интенсивность микробиологических процессов и активность азотфикеацни в зависимости от внесения растительных остатков (соломы).

Научная новизна результатов. Исследованиями впервые установлено, что процесс фиксации азота атмосферы свободно-живущими бактериями в почве имеет две разновидности: 1— фиксация периодическая, характеризующаяся волнами (периодами), уровень которых может достигать существенных величии, 2 — фиксация постоянная, во много раз слабее, чем первая.

Выявлено, что удаление надземной массы растений приводит к резкому падению численности бактерий и активности азотфикеацни в рнзосферной почве.

Практическая ценность работы. Полученные результаты могут служить основой для выработки приемов регулирования процесса фиксации азота атмосферы свободноживущнми бактериями с целью повышения плодородия почв.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научной конференции молодых ученых ТСХА в 1978 году и на заседании кафедр микробиологии и почвоведения ТСХА..

Публикация результатов исследования. Основные результаты диссертации опубликованы в 4 работах. Три из них написаны в соавторстве.

Объем работы. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, включая 13 рисунков, 1 фотографию и 23 таблицы. Список использованной литературы содержит 343 наименования, в том числе 176 зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Определение активности фиксации азота атмосферы сво-бодноживущимн бактериями в почве под различными сельскохозяйственными культурами, а также изучение влияния климатических и антропогенных факторов на этот процесс проводилось в течение 1976—1978 гг. в полевом многолетнем опыте Опытной станции полеводства ТСХА и на базе стационарного полевого опыта кафедры луговодства ТСХА.

Многолетний опыт заложен в 1972 году на дерново-подзолистой легкосуглиннстой почве. Азотфикснрующую активность, и численность микроорганизмов определяли в образцах почвы, отобранных с полей пара (бессменного и в севообороте), озимой ржи (бессменной и в севообороте), ячменя с подсевом клевера (в севообороте) и льна (бессменного) по вариантам: 1 — без удобрений, 2— РК, 3 — ^К, 4 — навоз+ ЫРК, 5— наво^

Почвенные пробы отбирали как с известкованной, так и иеиз-весткованной части полей. Дозы удобрений следующие: N— 100, Р205 — 150, KjO — 120 кг/га, навоз — 30 т/га.

Стационарный полевой опыт кафедры луговодства ТСХА заложен в 1967 г. на дерновой слоистой легкосуглинистой почве незатоиляемой поймы р. Дубна на территории совхоза «Константиновский» Загорского района Московской области. Активность азотфиксации определяли в образцах почвы, отобранных с целинного участка луга и с опытных делянок сенокосного участка из-под растений костра безостого, тимофеевки луговой и ежи сборной, выращиваемых на фоне РК и NPK. Азот вносили в виде подкормки рано весной и после I и II укосов тремя равными дозами по 60 кг на 1 га. Кроме того, на участке опытного пастбища 10-летнего пользования отбирали образцы почвы с контрольного варианта (без азота) и с вариантов, удобренных азотом в дозе 180, 240, 540 кг/га.

Влияние соломы на интенсивность микробиологических процессов и активность фиксации азота атмосферы свободно-живущими бактериями в почве изучали в условиях полевого, микрополевого и вегетационных опытов.

Микрополевой опыт проводится кафедрой агрохимии ТСХЛ с 1973 года (Смирнов с сотр., 1976) на дерново-средиеподзо-листой среднесуглннистой почве по схеме; 1 — РК, 2—РК+ +солома, 3—NPK, 4 — NPK+солома, Азот вносили в дозе 90 кг/га, фосфор и калий — по 60 кг/га. Измельченную солому заделывали в почву осенью из расчета 5 т/га.

Полевой опыт кафедры земледелия ТСХА заложен в 1969 году на экспериментальной базе ТСХА «Михайловское^ на дерново-подзолистой среднесуглннистой почве. Определение активности азотфиксации в почве проводили в 1976 году в вариантах: 1 —без удобрений, 2 — NPK, 3 — NPK+солома. Солома в количестве 4 т/га заделывалась на глубину 0—25 см или 0—8 см.

Вегетационные опыты проводили в 1973, 1975 и 1976 годах с дерново-слабоподзолистой среднесуглннистой почвой, взятой с участка Лесной опытной станции ТСХА.

Вегетационный опыт № 1 был заложен по следующей схеме: 1 —РК, 2—РК+солома, 3 — NPK, 4 — NPK+солома. Солому пшеницы в количестве 0,5% от веса почвы в одном случае вносили в слой 0—20 см, а в другом — 0—6 см. Минеральные удобрения (N и Р по 100 мг, а К— 120 мг/1 кг почвы) вносили на фоне известкования.

Вегетационный опыт № 2 проводился по аналогичной схеме, но только были взяты две дозы соломы: 0,5 и 2% от веса почвы.

В почвенных образцах учитывали численность различных групп микроорганизмов. Микробиологический анализ прово-

дплся по методике, рекомендованной отделом почвенных микроорганизмов Института микробиологии АН СССР.

Азотфнксирующую актнкность в почве определяли ацетиленовым методом (Hardy et, al., 1968). Согласно имеющимся представлениям, ацетиленовый метод позволяет определить «актуальную» (полевую) и «потенциальную» активность азот-фиксации в почве (Умаров, 1976). Актуальная азотфиксация определялась в образцах почвы с ненарушенным строением (почвенные колонки 2Х(> см), отобранных из верхнего горизонта почвы. Образцы помещали в банки на 100 см3, герметично закрывали и вводили ацетилен в количестве 10% от объема сосуда. Через 1 и 2 часа инкубации в темноте из банок отбирали 0,5 мл газовой пробы п на газовом хроматографе «Хром-4» определяли количество образовавшегося этилена. Контролем служил воздух в сосудах с почвой, в которые не'вводили ацетилен. Количество этилена определяли по стандартным пикам калибровочной шкалы. Прн расчете количества фиксированного в почве азота атмосферы соотношение между восстановленным этиленом и аммиаком брали равным У.

Определение потенциальной активности азотфиксанни проводили в пеинциллиновых флаконах. К 5 г почвы прибавляли раствор глюкозы так, чтобы ее концентрация составляла 1% от веса образца и стерильной водой доводили влажность почвы до 100% от ее полной влагоемкости. Затем сосуды ставили в термостат на 28е и после 24 часов инкубации закрывали герметично и вводили 10% ацетилена. Через 1 час в газовой пробе определяли количество образовавшегося этилена. -

Изучение процесса фиксации азота атмосферы свободно-живущими бактериями в системе почва — растение проводили в условиях вегетационного и модельного опытов.

Вегетационный опыт ставили в стеклянных сосудах на 1 кг. Перед закладкой опыта почву (дерново-подзолистая средне-суглинистая) известковали. В каждый сосуд высевали по 20 семян растений овса. В контрольные сосуды семена не высевались. Через 30 дней после появления всходов несколько раз в течение дня (в 6, 9," 12, 15, 18 и 22 часа) проводили определение ацетиленвосстана'вливающей активности. Для этого на стеклянные сосуды надевали полиэтиленовый колпак с устройством для отбора проб газа. С помощью резинового кольца герметизировали щель между стенками сосуда и колпака п вводили внутрь полученного замкнутого пространства 10%-ного ацетилена. Через 1 час инкубации с ацетиленом отбирали 0,5 мл газовой пробы, в которой определяли концентрацию вновь образованного этнлена.

Модельный опыт был заложен в стеклянных стаканах на 300 г почвы по такой же схеме и с тон же культурой растений,

как и вегетационный. Сосуды с растениями (по 5 в каждом) к контрольные сосуды с почвой без растений инкубировали в световой камере при следующем режиме: освещение— 10 часов, затемнение— 14 часов. Через 20 дней после всходов растений определяли ннтрогеназную активность почвы в сосудах с растениями и без растений. Анализ проводили п темноте и на свету. Для этого стаканы с растениями ставили в крышку от чащки Петри и накрывали бутылками из прозрачного стекла со срезанным донышком. Затем пластилином заделывали щель между чашкой Петри и бутылкой, закрывали горлышко бутылок резиновыми пробками с устройством для отбора проб газа и вводили 10,% ацетилена. Дальнейшее выполнение анализа велось так же, как и в вегетационном опыте.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Закономерность процесса фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в почве под сельскохозяйственными культурами и в почве без растений

Определение активности фиксации азота атмосферы свободножнвущими бактериями в дериово-подзолнстой почве многолетнего полевого опыта показало, что в течение вегетационного периода интенсивность данного процесса в неудобренной почве бессменного пара оставалась практически на одном уровне, который не превышал 5. мкг азота на I кг почвы за сутки (рис. 1).

Внесение в многолетний пар навоза (30 т/га) повысило общий уровень фиксации молекулярного азота в почве, однако не изменило характер процесса азотфпксаппи по сравнению с неудобренной почвой. В период наблюдений его интенсивность, за исключением весенних месянев, почти не менялась. Резкое возрастание активности азотфиксаиин весной (до 20 мкг азота на I кг почвы за сутки) было связано с утилизацией органического вещества навоза азотфиксируюшими бактериями.

Данные микробиологического анализа показали, что динамика развития в дерноио-нодзолнетой почве многолетнего пара азотфикенрующих бактерий рода Clostridium аналогична сезонной динамике активности азотфиксаиин. Причем в неудобренной почве пара численность анаэробных азотфиксато-ров была на порядок ниже, чем п почве унавоженного пара, и не превышала 3 тыс. клеток на I г почвы.

Важнейшим фактором, определяющим интенсивность и характер процесса фиксации азота атмосферы свободножнвущими бактериями и почве, оказалась культура сельскохозяйственных растений. Так из рисунка 2 видно, что активность

азотфнксашш п почве под растениями озимой ржи и льна была в 5—10 раз выше, чем в почве многолетнего пара (рис. 1).

Активность фиксации азота атмосферы в почве под растениями не осгтаналась постоянной, а изменялась в зависимости or фаз их развития. Так. если в начале весеннего отрастания озимой ржи интенсивность азотфнксашш не презышала 10 мкг на 1 кг почвы за сутки, то к началу колошения она постепенно возросла до 45 мкг азота па 1 кг почвы за сутки. В период созревания урожая и после его уборки активность азотфнксашш в ризосферной почве пновь падала. Такой ритм процесса азотфнксацни в почве под растениями, очевидно, был обусловлен характером поступления в почву корневых выделений. Максимум а зо тф 1 ! к с 11 р у ю ша: ft активности совпадал с периодом наиболее быстрого роста растении, л который, как известно, интенсивность корневой эксудацпи резко возрастает (Федоров, Пантош, 1953; Самиевнч, Борисов, 1972). "

Исследованиям» также установлено, что удаление надземной части растений резко изменяет активность и характер процесса фиксации азота атмосферы свободножннутимн бактериями в почве. Так к моменту достижения многолетними злаковыми травами фазы колошения азотфикенрующая активность в ризосфере достигала значительного уровня (рис. 3). Однако сразу же после скашивания растений она уменьшалась почти в 10 раз: с 285 до 23 мкг азота на 1 кг почвы за сутки. Одновременно к ризосферной почве примерно л а порядок снизилась численность анаэробных азотфиксирующих бактерий и олнгонптрофплов. По мере отрастания трав активность азогфиксаннн в почве также росла, но к моменту следующего укоса она не достигала прежнего высокого уровня.

Тесная связь процесса фиксации азота атмосферы свобод-ножнвущимн бактериями в почве с жизнедеятельностью растений была выяплена н при изучении суточного ритма азотфнк-енруюшой активности в системе почва — растение. При учете ннутрисуточной активности азотфнксаннн в ризосфере овса было найдено, что п течение дня процесс фиксации азота атмосферы был подвержен кратковременным пу\гп.саинопным колебаниям (табл. 1). В утренние часы интенсивность азот-фиксации в почве под растениями была незначительной и не превышала 1 мкг азота на 1 кг почвы за час. Однако к 12 часам дня она возросла почти в 5 раз. Затем азотфикенрующая активность в почве постепенно падала и к вечеру достигала первоначального низкого уровня. В то же время в почве без растений активность азотфнксацни в течение дня не претерпевала существенных изменений.

Дневные колебания активности азотфнксацни в почве под растениями были обусловлены в первую очередь ритмом фоб

к к

ь >»

о N а

я у

о

и

ч й

20. " ю '

70 -

1976 год

-- - 4

3

5 1 С

НСР0.С5

т

Ч £ х

I I

1У

-1-1-Г--—г-

УГ УП У'Ш. IX месяц 1976 год

к

£ о Ч Я

9

о с

С. *

0.05

Рис. X. Сезонная динамика ектквностк несик5котичгскоР..

взот$иксеции (1-без'удр$ре*ка,:-?-кевоз % т/га), . ' температуры (, 3) и влажности ( О в деркозо-; подзолистой почве многолетнего пере.

азотфиксвцки, температуры ( 3 ) и влегксстк (4) 5 дерново-подзолистой почве под огимэй'рсасьи (и i ) к льном С 2 ). Конокультуре растений с 1912 годе без удойреькй к без извести.

до скеиивения

ЕСО

X £

а

ё и

а ^

р. 3

200 -

100 -

0.

после скевшвения

-г

7

-I—

II

"Б"

.15

—г—

17

. <о .

10* дни

, -к

(А. ■■■ О

н ■■ ж

■О и

а; ■ м «

Рио.З. Вляяние скашивания растений на активность несикбиотической азот^ик-

сьцви С—■—) и численность микроорганизмов (---СС. ръ^сиг/опигг*,

— * — олигонитро^илк ) в ризосфере тимофеевки луговой.:

Таблица I

Изменение активности фиксации азота атмосферы свободном» вущими бактериями в почве под овсом в течение дня (мкг М/1 кг почсн/чзс). Вегетационный опыт

Время суток. ч тг

Варианты опыта 6 9 12 15 18 21 у им

Почол без растений . , 0, 0,2 0.3 0,9 0.2 0,2 0,1

По'1ва+растения . , . 0,9 1,1 -1,2 3,9 1,8 1,0 0.8

тосннтетической активности последних, которая изменялась н течение дня в зависимости ог интенсивности солнечной инсоляции. Это подтверждают результаты определения азотфнк-сирующей активности в почве при искусственном освещении. В темноте нитрогеназная активность системы почва — растение практически отсутствовала. Однако сразу после включения источника света она быстро возрастала. Повторное выключение света вновь приводило к значительному падению активности азотфшесашги.

Анализ полученных результатов показывает, что процесс фиксации азота атмосферы свободиоживущими бактериями в почве имеет две разновидности: 1 — фиксация периодическая, характеризующаяся волнами (периодами), уровень которых может достигать существенных величин, и 2 — фиксация постоянная, которая во много раз слабее, чем первая.

Периодичность процесса азотфиксашш определяется растением и обусловлена в первую очередь суточным ритмом фотосинтеза и выделением корнями продуктов экзоосмоса. Максимум аз от фиксирующей активности в почве приходится на середину дня, когда наиболее сильна со-тнечная инсоляция. В утренние и вечерние часы активность азотфиксашш в ризосфере растений находится на низком уровне. Постоянство процесса азотфиксании поддерживается за счет использования азотфнкенрующнми бактериями в качестве источника энергии растительных остатков и продуктов распада гумусовых соединении. Вследствие этого активность постоянной азотфиксашш практически не меняется в течение длительного периода времени. Органические удобрения интенсифицируют азотонякони-тельнуго деятельность бактерий, ¡¡о не изменяют постоянного характера процесса азотфиксашш. Постоянство процесса азот-фнксяинн в чистом виде наблюдается в парующей почве и в пахотних почвах в весенне-осепнне периоды до посева и после уборки сельскохозяйственных культур,

Влияние внешних факторов на процесс фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в почве

Зависимость фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями от температуры и влажности почвы. Нами установлено, что н дерново-подзолистых почвах активность алог-фнксаиии тесно связана с температурой почвы (коэффициент корреляции — 0,43—0,74), в то время как связь данного процесса с влажностью почвы несущественна {коэффициент корреляции 0,08—0,34).

Модельные опыты показали, что оптимальные условия для процесса фиксации азота атмосферы свободноживущими бактериями в дерцово-подзолнстой почве создаются при температуре от 20 до 30" н глажности не ниже чем 60% °т ее полной влагосмкостн (табл. 2). При оптимальной для процесса азот-

.Таблпца 2

Влиянк« температуры и влажности почвы на активность аготфиксации -в*дерново-подзолистой почве (икг N/1 кг почпы/сугкн). Модельный опыт

Влажность почвы в % от ПВ Температура потны. 'С

0 5 10 20 30 40

20 40 «0 во 100 0,0 » > » » 0,0 » 4,0 9,0 15.0 0,0 3,4 57,3 211,3 304,0 1,8 16,0 408,8 1581,7 3082,2 0,0 361.1 1239,8 3216.6 0,0 > 5,6 86,5 92,3

фиксации влажности почвы (выше 00% от ПВ) решающую роль приобретает температура. Низкая положительная (менее 201) и высокая температура (более 30е) угнетают фиксацию азота атмосферы в почве, причем высокая температура оказывает более сильное ингнбпрующее действие. При оптимальных температурах ( + 20; +30° С) главным фактором становится влажность почвы и ее снижение ниже 60% от полной плагоемкости вызывает сильную депрессию процесса фиксации азота в почве.

Действие удобрений и известкования на активность фиксации азота свободноживущими бактериями в почве

Результаты определения активности азотфиксации в дерново-подзолистой почве различных полей многолетнего опыта ТСХЛ показали, что внесение минеральных удобрений (МюоРиоКцо) в парующую почву вызвало полное подавление данного процесса в течение двух месяцев. Удобрения,, внесенные под растения, наоборот, существенно стимулировали фик-8

сацию азота атмосферы в почве, В ризосфере растений, удобренных NPK, средний уровень активности азотфиксацин оказался в 1,5—2 раза выше, чем в ризосфере неудобренных растений, Угнетение азотфнксирующей активности в почве под растениями при внесении минерального азота наблюдалось только в первые 20 дней.

Известкование дер ново-подзол истой почвы усиливает азот-фнксируюшую деятельность свободножнвущих бактерий. Так активность азотфиксашш в почве под растениями в вариантах с известкованием была в 2—3 раза выше, чем п неиэвест-ковапной почве. Причем при известковании сильнее проявилось положительное влияние минеральных удобрений на процесс азотфиксацин в ризосфере растений.

Стимулирующее действие навоза (30 т/га) на фиксацию азота атмосферы свободпожнвуншми бактериями в почпе особенно сильно проявилось при »несении его под растения. Активность азотфиксацин в ризосфере растений, удобренных навозом, возрастала в 2—4 раза но сравнению с неудобренной почвой.

Резюмируя результаты проведенных исследований, следует отмстить, что главным фактором, определяющим характер н активность фиксации азота атмосферы свободноживущнмн бактериями в почве, являются высшие растения. Минеральные и органические удобрения, а также известкование дерно-во-подзолнетьгх почв, улучшая условия развития растений, способствуют усилению фиксации молекулкрного азота в почве.

Интенсивность микробиологических процессов и активность фиксации молекулярного азота свобод ноживущим и

бактериями в почве в зависимости от внесения соломы

Интенсивность микробиологических процессов в почве при внесении соломы, В михрополевом и вегетационном опытах установлено, что внесение в дерново-подзолистую почву микроорганизмов, численность которых возрастает в 5—10 раз по сравнению с неудобренной почвой. Особенно сильно увеличивается численность анаэробных азотфикснрующих бактерий рода Clostridium (в 10 и 100 раз). Причем ежегодное удобрение почвы соломой оказывает гораздо более сильное стимулирующее действие на микрофлору почвы, чем одноразовое ее внесение.

Проведенные исследования показали, что на первых этапах разложения соломы в почве интененвно размножаются сапрофитные микроорганизмы (учет на КАА), аммонифнка-торы (учет на МПА) и микроскопические грибы, использующие легкоусвояемые органические вещества. Анаэробные бак-

терпи рода Clostridium также потребляют эти соединения, на что указывает заметное возрастание их численности в почве. Однако в этот период они испытывают сильную конкуренцию нз-за источников питания со стороны бурно размножающейся аэробной микрофлоры, что несколько сдерживает темп их развития, Приблизительно через месяц после внесения соломы в почву численность аэробных микроорганизмов начинает спадать, В это же рремя активизируют свою деятельность целлю-лозоразрушающие микроорганизмы, а численность азотфнксц-рующих Clostridium достигает максимального значения.

Интенсивность азотфиксацин в почве при внесении соломы

Определение активности азотфиксацин в условиях микрополевого опыта показало, что внесение соломы в дерново-подзолистую почву в 3—10 раз повысило общий уровень фиксации азота свободноживущими бактериями по сравнению с контрольным вариантом (рис. 3), Причем максимальный эффект при осеннем внесении соломы в почву наблюдался весной.

Таблица 3

Влияние длительного внесения соломы к д ер ко во-n о дюл нету ю почву »а активность азотфиксацин (мкг Л/1 кг почвы/сутки). МикропОлевой опыт

- Дата анализа

Варианты опыта . 5.Х. 20. IV 22 V 22.Х I И.Х

19Гб 1977 J 977 J 977 1977

PK........ 2,0 11.5 6,0 3.6 0,5

РК+солома (5 лет) . . 9,9 . 342.0 44.0 п,о 4,0

NPK........ 3.6 25,7 1,0 5.6 0,5

NPK+солона (5 лет) 10.6 "454,0 23.3 11,0 1.5

NPK+солома (1 год) . fi,2 (02.5 4,5 0,5

При ежегодной заделке соломы в дерново-подзолистую почву стимулирующее действие ее на активность фиксации азота атмосферы возрастает в 3—4 раза по сравнению с одноразовым внесением.

Азотные удобрения в дозе 90 кг азота на 1 га, внесенные в почву перед посевом семян растений ячменя, угнетали процесс азотфиксацин. При совместном внесении соломы и мине--рального азота в почву отрицательное действие последнего на процесс фиксации азота атмосферы ослабевало и азотфиксацин шла на более высоком уровне, чем в почве контрольного варианта. Ослабление ингнбнрующего действия минерального азота на процесс азотфиксацин в почве при внесении его вместе с соломой связало с быстрым поглощением этого элемента бурно размножающейся аэробной сапрофитной микрофлорой,

Положительное влияние на процесс фиксации азота атмосферы свобод»оживущнмн бактериями п дерново-подзолистой почве солома оказывала п на второй год после внесения, однако интенсивность азотфиксашш в этом случае была почти в 5 раз ниже, чем при непосредственном действии соломы.

Исследования, проведенные в полевом н вегетационных опытах, показали, что максимальный эффект в интенсификации ¡процесса азотфнксацин от внесения в дерново-подзолистую почву соломы наблюдается при заделке ее в иерхиий слой почвы 0—6 см.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что проиесс фиксации азота атмосферы свободноживушнми бактериями и почве имеет дне разновидности: фиксация периодическая, характеризующаяся волнами (периодами, уровень которых может достигать существенных величин) и фиксация постоянная — во много раз слабее, чем первая.

— Периодичность процесса азотфиксашш определяется растениями п обусловлена суточным ритмом фотосинтеза н корневого экзоосмоса.

— Постоянство процесса азотфиксашш в почве поддерживается за счет использования азотфиксируюшнми бактериями в качестве источника энергии растительных остатков н продуктов распада гумусовых соединен и П. Вследствие этого активность постоянной азотфнксацин практически не меняется в течение длительного периода времени.

2. Установлено, что интенсивность процесса фиксации азота атмосферы свободноживушнми бактериями в 2—3 раза выше в почве под многолетними сельскохозяйственными культурами, чем под однолетними.

3. Активность фиксации азота атмосферы свободножнву-щнми бактериями в почве под сельскохозяйственными культурами меняется в зависимости от фаз развития растений. Максимум азотфнксирующей активности совпадает с периодом наиболее интенсивного роста растений.

4. В ризосфере растений активность фиксации азота атмосферы свободноживушнми бактериями значительно изменяется в течение суток. В середине дня, когда интенсивность освещения растений наибольшая, азогфиксаиня достигает максимального уровня. В утренние и вечерние часы она снижается в 4—5 раз,

5. Выявлено, что скашивание многолетних злаковых трав изменяет характер сезонной динамики процесса азотфиксашш в лочве. После удаления вегетативно» массы растений в наИ

чале фазы колошения активность фиксации азота атмосферы в ризосфере растений, а также численность азотфнкснрующих бактерий снижается в десятки раз. По мере отрастания растений азотфнксаиия усиливается, однако к моменту следующего укоса она не достигает первоначального уровня.

6. Корреляционный анализ показал, что в дерново-подзолистой почве активность фиксации азота атмосферы свобод-ноживушимн бактериями тесно связана с температурой почвы, в то время как связь данного процесса с влажностью почвы несущественна,

— Оптимальные условия для процесса азотфиксации в дерново-подзолистой почве создаются при температуре +20 + 30° С и влажности,.превышающей 60% от ее полной влаго-ем кости.

7. Установлено, что агрохимические и агромелиоративные мероприятия, улучшая'условия развития растений, способствуют усилению фиксации азота атмосферы свободноживущи-мн бактериями в эточве.

— Внесение минеральных удобрений ('МюоРК) в 1,5—2 раза повышает активность азотфиксации в ризосфере сельскохозяйственных растений по сравнению с неудобренными растениями. Высокие дозы минерального азота {240—540 кг/га) угнетают процесс азотфиксации в почве под растениями.

— Применение навоза усиливает интенсивность фиксации азота атмосферы свобод ножи вущимн бактериями в почве, причем максимальный эффект от его внесения наблюдается весной.

— Известкование дерново-подзолистых почв усиливает положительное влияние минеральных и органических удобрений на активность азотфиксации в ризосфере растений и снижает отрицательное действие минерального азота на этот процесс.

8. Наблюдения показали, что внесение соломы в дерново-подзолистую почву улучшает условия жизнедеятельности анаэробных азотфнкснрующих бактерий рода С^оэШсНшп и активизирует процесс неснмбиотнческой азотфиксации,

— Положительное влияние соломы на численность и активность азотфиксируюшнх бактерий возрастает при ежегодной заделке ее в почву по сравнению с одноразовым внесением.

< — Максимальный эффект в интенсификации процесса азотфиксации в дерново-подзолистой почве от внесения соломы наблюдается при заделке ее в верхний слой почвы (0—6 см), причем чем выше доза вносимой соломы, тем выше уровень накопления азота атмосферы в почве.

Список статей, опубликованных по теме диссертации

1. Емцев В. Т., Покровский Н. П., Хрушкова Т. Л. Несим-биотическая фиксация молекулярного азота атмосферы в дерново-подзолистой почве и факторы, определяющие ее интенсивность.—Известия ТСХЛ, 1978, № 1, 118—123.

2. Покровский И. П. Влияние соломы на микроорганизмы и несим биотическую азотфнксацию в д е р н о во - подзол и сто й почве.—Доклады ТСХА, 1979, в. 243, 128—131.

3. Ннцэ Л. К., Брук М. X., Покровский Н. П„ Дзысюк С. Л. Влияние удобрении на несимбнотнческую фиксацию атмосферного азота в почве.— В сб.: Микроорганизмы н продуктивность сельского хозяйства. Рига, 1980, т. 5, 44.

4. Емцев В. Т., Ницэ Л. К., Покровский Н. П., Брук М. X. Развитие микрофлоры и урожайность сельскохозяйственных растений при внесении соломы в почву.— Известия ТСХА, 1980, № 2, 90—104.

Л 78094 17/Х1—81 г. Объем 1 п. л. Заказ 2589. Тираж 100

Типография Московской с,-я. академии мм, К. А. Тимирязева 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 44