Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Регулирование сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов для получения органических удобрений, оптимизирующих почвенно-микробиологические процессы

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Регулирование сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов для получения органических удобрений, оптимизирующих почвенно-микробиологические процессы"

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

На правах рукописи

СЕЛИЦКАЯ Ольга Валентиновна

РЕГУЛИРОВАНИЕ СУКЦЕССИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В МИКРОБНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ компостов ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ, ОПТИМИЗИРУЮЩИХ ПОЧВЕННО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена на кафедрах микробиологии и почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А, Тимирязева.

Научные руководители — доктор биологических наук, профессор В. Т. Емцев; доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Савнч.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Е. X. Ремпе, доктор биологических наук Л. В. Васильева.

Ведущее учреждение — ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН. у»

Защита состоится « » . . . . 1995 г. в

<<АЧ> часов на заседании диссертационного совета К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « . С/ЖЗ/иь^. . .1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

Л. В. Мосина

Актуальность проблемы. В настоящее время не вызывает сом-" нения тот факт, что микроорганизмы играют важную роль как для поддержания и регулирования почвенного плодородия, так и при получении высококачественного органического удобрения путем компостирования различных отходов. Управление почвенными процессами в значительной степени подразумевает воздействие на микробиологические процессы (Круглов, 1987; Паников, Емцев, 1989). Необходимость направленно влиять на почвенную биоту и протекание микробиологических процессов привела к возникновению, ноппгп иаггио.чо.™ - Иописгкк - tV.Z ¿иалилог'ии. йпвпвиа ?ерыш был Ы«?Д*я &шчсм дж. 1.1

(Lynch, 1983), который определил почвенную биотехнологию как "изучение и управление почвенными микроорганизмами и их метаболитами с целью оптимизации продуктивности сельскохозяйствен-, ных культур".

Органические удобрения являются мопщым фактором воздействия на почву, представляя не только источник элементов питания для растений, но также регулируют ее биологическую активность почвы, улучкмст энергетический и тепловой баланс, положительно влияют на физические свойства почвы (Фокин, 1986; Ми-неев и др.,1993; Tester, 1990; Wallace, 1994). Различные органические удобрения оказывают специфическое воздействие на отдельные почвенные процессы, поэтому изменяя состав удобрений можно направленно влиять на активность биоты в почве. Форма органического удобрения и доза его внесения в почву определяется как свойствам? почв,так и целью его применения. Высококачественные органические удобрения заданного состава, обладающее определенными свойствами, можно получить при компостировании различных отходов. Процесс получения ксьятсстоб длителен и сроки их созревания определяются в большой степени активностью микроорганизмов, а.поэтому особую актуальность приобретает регулирование микробиологических процессов для ускорения компостирования различного сырья и получения высококачественных органических удобрений.

Цель и задачи исследований. В связи с вышеизложенным, целью работы явилось исследование возможности направленного воздействия на харастер течения сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов различного состава и отработка биотехнологических методов управления микробиологическими процессами для получения органических удобрений, обладающих

- г -

свойствами, необходимыми для оптимизации почвенно-микробиологических процессов.

В задачи исследований входило: 1) изучить возможность использования промышленных комплексных микробных препаратов бактогумин и биотрон для инокуляции компостов; 2) изучить влияние различных доз биопрепаратов "бактогумин" и "биотрон" на развитие отдельных групп микроорганизмов, участвующих в трансформации органических веществ, и скорость созревания компостов; 3) исследовать возможность применения регуляторов роста микроорганизмов КСК (концентрат сланцевых кислот), БМК (высокомолекулярные сланцевые кислоты) и "формозы" (смесь синтетических углеводов) для активизации микроорганизмов-деструкторов, участвующих в процессе компостирования; 4) изучить влияние различных доз препаратов КСК и ВМК на микрофлору компостов и скорость трансформации органического сырья; 5) изучить влияние условий компостирования соломы (плотность укладки материала, отношение С:Я) на микробиологические процессы в компостах 'и качество компоста; 6) дать оценку влияния компостов, приготовленных с.регуляторами роста микроорганизмов и в различных условиях аэрации, на некоторые почвенно-микробиологические процессы.

Научная новизна и практическая ценность. Научная новизна работы заключается в том, что впервые изучено влияние микробных биопрепаратов "бактогумин" и "биотрон", а также регуляторов роста микроорганизмов КСК, ВМК и "формоза" на течение сук-цессионных изменений в микробных популяциях компостов и скорость созревания компостов. Установлена возможность регулирования численности микрофлоры компостов с помощью регуляторов КСК и ВМК, полученных из горючих сланцев, а также с помощью смеси синтетических углеводов "формоза". Показано, что путем направленного регулирования деятельности отдельных сообществ микроорганизмов в процессе компостирования растительных остатков и отходов животноводства можно получить удобрения, обладающие определенной комплексообразующей и структурообразующей способностью. Полученные данные показывают, что за счет применения биопрепаратов "бактогумин" и "биотрон" можно сократить , сроки компостирования на 3-4 недели. Применение регуляторов роста КСК, В!.® и формозы позволяет ускорить созревание компостов в среднем в 2 раза.

Апробация работы. Данные основных результатов работы апробированы на научных конференциях молодых ученых и специа-

листов ТСХА (Москва, 1988, 1989 гг.), конференции "Микробиологические методы защиты окружающей среды" (Пущино, 1988), IY Республиканской конференции молодых ученых и специалистов "Интенсификация агропромышленного производства на современном этапе" (Баку, 1988), на Зональном семинаре "Проблемы экологии в сельском хозяйстве" (Пенза, 1990).

Публикации по результатам работы.. По материалам диссертации опубликованы 4 печатные работы. у

ьтрукгура' iMttwi^agSi; J&CriprSSKS К"»«""».»** • "пинии МАШИНОПИСНОГО текста и состоит из введения, созора ли1-ера-гуры, описания материалов и методов, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована рисунками, Зб таблицами. Список использованной литературы включает ¿ЯГработ, в том числzlZY зарубежных авторов.

Работа выполнена на кафедрах микробиологии и почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К А. Тимирязева

Объекты и методы исследования.

Объектами исследования служили: компосты, приготовленные из навоза КРС, соломы и (или) торфа; солома; микрофлора ком-постов; биопрепараты; регуляторы роста микроорганизмов.

Препарат "бактогумин" на торфяном носителе получен во ВНИИ с/х микробиологии (г. Санкт-Петербург), и представляет собой отселекционированную ассоциацию микроорганизмов (Герш и др., 1983).. Препарат "биотрон" получен фирмой "Petric Laboratories Inc." (США). Препарат биотрон содержит азотфиксируюцие, целлюлозоразрушающие микроорганизмы, представителей автохтонной микрофлоры, а тага® ферменты, повыжисщие шстивность препарата

Регуляторы роста микроорганизмов ВМК (высокомолекулярные сланцевые кислоты) и КСК (концентрат сланцевых кислот) получены путем водно-щелочной деструкции керогепа горючих сланцев, а регулятор роста микроорганизмов "Формоза"(смесь синтетических углеводов) - методом альдольной конденсации формальдегида в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (Сухаревич и др. .1985; Павловец и др. ,1986; Сухаревич, Медведева, 1986). .

Компосты готовили, смешивая компоненты в следующих соотношения (по массе): торфо-навозные 1:0,5; соломисто-навозные 1:10 и торфо-соломисто-навозные 1:1:10, закладывали в сосуды

емкостью 4,5 л (плотность укладки - 1 г/см3) и помещали в термостат при 25'С. Влажность компоетов поддерживали на уровне 70 % полной влагоешости.

Солому компостировали при 30* С в открытых сосудах (влажность 60-70% полной влагоемкости), а также в открытых и герметично закрытых емкостях (влажность 400% полной влагоемкости). . Изменение соотношения С: N достигали внесением раствора NH*N03. Плотность укладки 0,2 г/см*.

Бактериальные закваски вносили в исходном виде,(препарат "бактогумин") или в виде водной суспензии (препарат "биотрон"). "Бактогумин" добавляли к компостируемому сырью из' расчета 50 и 10 г/кг (5 и 1% по массе). Препарат "биотрон" вносили из расчета 0,01 г/кг (0,001%) компостируемого сырья.

Регуляторы роста КСК и ВМК растворяли в воде при нагревании и затем расчетное количество вносили в полужидкий навоз, который смешивали с торфом'и (или) соломой. Препарат "формоза" растворяли в воде и увлажняли солому этим раствором. Регуляторы роста вносили в количестве (по массе) КСК - 0,1; . 0,2 и 0,3%; ВМК - 0,05; 0,01; 0,1 и 0,2%; "формозу" - 0.1%.

Микробиологические анализы проводили в динамике по общепринятой методике (Теппер и др., 1987). Идентификацию микроорганизмов автохтонной группы проводили по методике Е. 3. Теппер (Теппер, 1976). .Изучали • мезофильные группы микроорганизмов (термоетатирование при 28°С).

Уровень активности ферментов целлюлоэолитического комп-. лекса определяли по общей С* активности (Mandéis,Veber, 1969), ферментов протеолитического комплекса - по активности нейтральной протеазы (ГОСТ 20264.-2-74). Время ферментативного гидролиза субстрата увеличили до 20 часов. Нитрогеназную активность определяли ацетиленовым методом (Hardy et al,1968).

Агрохимический контроль компоетов осуществляли по Методическим указаниям по анализу органических удобрений (1989).

В водной вытяжке из соломистых компоетов (компост: во-да-1:20) определяли содержание углерода по методу Тюрина в модификации Никитина (Орлов, Гришина, 1981), дополнительную комплексообразующую способность водорастворимого органического вещества по изменению активности меди в растворе (Савич и ДР. ,1988).

Оценку действия компоетов на почву осуществляли в серии модельных экспериментов. Были использованы образцы Апах. дерново- подзолистой среднесуглинистой, лугово-черноземной тяжело-

суглинистой и бурой полупустынной легкосуглинистой почв. Ком-посты вносили в почву в количестве 2- 3 % от массы сухой почвы и образцы инкубировали при комнатной температуре в условиях оптимальной влажности от 2 до 7 недель. По данным гранулометрического и микроагрегатного анализа рассчитывали: фактор дисперсности по Качинскому, фактор структурности по Фагелеру, степень агрегатности по Бейверу и Роадесу, а также фактор структурности по Вадюниной (Вадюнина, Корчагина, 1986). В поч-nouhuv пярфвппяу пппо77йляди . клнпйнтпшши катионов на атом-НП-АЛСПрСШИПННпМ ОПАКФрЛЛУУГОМйТПн.

Все определения проведены в 3 повторностях. Результаты обрабатывали с помощью традиционных методов (Доспехов,1985) и с использованием программ "Harvard Grafios" и "Lotus 1-2-3" на персональном компьютере.

1. Сукцессионные изменения в микробных популяциях бакте-зованных компостов.

Одним иэ возможных путей регулирования микробиологической

активности при компостировании органического сырья и ускорения процесса трансформации является инокуляция компоста культурами микроорганизмов.

На скорость созревания компостов значительное влияние оказывает целлюлозоразлагающие микроорганизмы. Внесение "бак-тогумина" в количестве 1 и 5% и "биотрона" 0,001% по массе как в торфо-навозные, так и в соломисто-навозные компосты не повышало сколько-либо начальную численность аэробных целлюлозоразлагающих- микроорганизмов. -Однако, в дальнейшем» . численность микроорганизмов этой группы в торфо-навозных и соломисто-навозных компостах с "бактогумином" была несколько выше в варианте с 1% препарата. В соломисто-навозных компостах с "биотроном" численность целлюлозоразлагающих'аэробов уже к 15 суткам возрастала в 900 раз, тогда как в контроле в те же сроки произошло увеличение численности этих микроорганизмов только в 10 раз. Кроме того, пик развития в опыте наблюдался раньше на 15 дней, чем в контроле. Количество целлюлозоразлагающих микроорганизмов оставалось достаточно высоким и на 30 сутки ib 4 раза выше, чем в контроле). Динамика развития целлюлозоразлагающих аэробных микроорганизмов в торфо-навозных компостах с "биотроном" и без инокуляции отличалась незначительно.

•Препарат "бактогумин" содержит микроорганизмы автохтонной группы, поэтому внесение его в торфо-навозное сырье в дозе 5Z

по массе привело к некоторому обогащению его микроорганизмами этой группы. Более низкая доза бактогумина (1%) практически не повысила начальную численность микроорганизмов, растущих на нитритном агаре. Однако, в дальнейшем численность автохтонной микрофлоры в варианте с более высокой дозой биопрепарата (50 г/кг) была ниже, чем в варианте с с более низкой дозой и кант-, роле. Следует отметить, что различные представители автохтонной группы появляются в торфо-навоэных компостах в следующей последовательности: Art-hrobacter (1 сутки), Nocardia (1-15 сутки), Micromonospora и Bactoderma (30-45 сутки) (рис.1). Препарат "бактогумин" несколько повышал, но в меньшей степени, чем в торфо-навозных, численность микроорганизмов, растущих на нитритном агаре, и в соломисто-навозных компостах. В варианте с 1% "бактогумина" на 30 сутки наблюдалось бурное развитие микроорганизмов pp. Nocardia и Bactoderma. В соломисто-навоз-ных компостах, в отличие от торфо-навозных, представители- р. Nocardia выявлялись позднее - только на 30 сутки. Внесение препарата "биотрон" в торфо-навозное сырье значительно, (примерно в 100 раз) повышало численность микроорганизмов, растущих на нитритном агаре, причем это увеличение шло за счет Mycobacterium и Arthrobacter. В соломисто-навозном компосте такого обогащения за счет внесения "биотрона" не произошло.

Динамика роста аммонификаторов, микроорганизмов, использующих минеральные формы азота и актиномицетов, а также их численность в торфо-навозных компостах с инокудяЦйей "бактогу-мином" были аналогичны контрольному варианту без внесения микроорганизмов. В соломисто-навозных компостах происходило значительное снижение численности' микроорганизмов большинства учитываемых групп. Ш в варианте с 1% бактогумина' снижение численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, и аммонификаторов, происходило постепенно, и на 15 сутки число микробов в этом варианте еще было достаточно высоким и превышало их количество в других вариантах в эти же сроки. В исходных образцах соломисто-навозных компоетов актиномицеты выявлены не были. К 15 суткам актиномицеты появились лишь в варианте с 1% "бактогумина" и их численность была в этом варианте наивысшей. В контроле и другом опытном варианте актиномицеты появились лишь на 30 сутки. ;

«Внесение "биотрона" в торфо-навозное сырье значительно повышало содержание в нем микроорганизмов всех учитываемых групп в начале опыта в среднем на порядок. Только актиномицеты

К4о9 ка/г абс.сух.в-ва

■ >

)

fl:' 1

llüL.

2.

t / 15 30

Х(09 кл/г абс.сух.»_»а

^утки

iio3 кл/r абе.еух.в-ва

I

Щ

iTäint"' -

В

I 0u»bät к BÜL H „Li Ii .

.юэкя/г абс.сух.»-»

4.

гутки

.Ш L ih,

0

1

сутки

EJ общая чисд.на НА СИ муоомсигшт ЕИЗ .vtnroD&owr 2Z2 hoowoi» ££3 мюготопобюи CD eftotocerm» Рис.2. Динамика численности микроорганизмов автохтонной группы а кстостах

с биопрепаратом бактогумин.

Ьто^н-навоз (без инокуляции); 2. торф+навоэ+бактогумин I%;

3. сслома+навоз (без инокутдии);

4. солома+навоэ+бактогумш 16.

не были выявлены на 1 сутки наблюдения как в контрольном, так и и в опытном варианте. Однако, к 15 суткам в опытном варианте численность бактерий, .учитываемых на МПА, микроорганизмов, использующих минеральные формы азота и Clostridium pasteurianum заметно снижалась. Внесение препарата "биотрон" в соломис-то-навозное сырье повышало исходное содержание только анаэроб-• ных азотфикеаторов Clostridium pasteurianum и незначительно микроорганизмов, учитываемых на МПА. В дальнейшем имело место снижение численности микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота и CI. pasteurianum как в опыте, так и в контроле. •'

Активность протеаз и целлюлаз в торфо-навозных компостах с 5Z "бактогумина" в разные сроки наблюдений была выше чем в контроле. В варианте с 1% "бактогумина" ферментативная активность не превышала контроль. В соломисто-навозных компостах активность нейтральной протеазы в контроле и опыте отличалась незначительно, а активность целлюлаз была выше в варианте с 5X "бактогумина". Влияние "биотрона" на активность протеаз, и целлюлаз как в соломисто-навозных, так и в торфо-навозных компостах не было выявлено.

Снижение массы соломисто-навозного компоста наиболее интенсивно происходило в варианте с 5% "бактогумина", в котором активность целлюлаз была самой высокой. В торфо-навозных компостах с "бактогумином" наиболее интенсивно снижение массы компостируемого материала наблюдалось в варианте с 1 % биопрепарата, где было отмечено наиболее интенсивное развитие аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов, а активность целлюлаз, напротив, была наименьшей. Следует отметить, что исходный уровень микроорганизмов в торфо-навозном сырье на порядок ниже, чем в соломисто-навозном, следовательно.внесение и меньшего количества биопрепарата /ЦХ) положительно сказывается на скорости деструкции компостируемого материала В соломисто-на-возном компосте с "биотроном" снижение массы шло довольно интенсивно на протяжении всего периода наблюдений за счет развития аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов и активности ' целлюлаз. В торфо-навозных компостах с "биотроном", в отличие от соломисто-навозных, интенсивное снижение массы наблюдалось только в первой половине опыта, когда численность аэробных целлюлозоразлагаюшлх микроорганизмов, и активность целлюлаз превышали контроль.

Наибольшие потери N-NHJ наблюдались в компостах в вариан-

тах с 5% "бактогумина" и 0^Р01% "биотрона". К 30 суткам в соло-мисто-навозном компосте с 5% "бактогумина" содержание аммонийного азота снизилось в 8 раз, в варианте с "биотроном" - в 6 раз, тогда как в контроле - в 4 раза. В торфо-навозных ком-постах с 5Х "бактогумина" количество аммонийного азота на 45 сутки уменьшилось в 14 раз (в контроле - в 3 раза).

2. Характер микробиологических процессов при компостиро-• кянйи От цоймопоШ!,»

- концентрата оаоицоыя киоют ¡.У"К),

лярных сланцевых кислот (ВМК) и смеси синтетических

углеводов ("формоза").

Ускорить процесс трансформации органического сырья можно не только путем инокуляции его культурами микроорганизмов-деструкторов, но и за счет активизации собственной микрофлоры компостов. Существует целый ряд химических соединений, так называемых регуляторов роста, которые воздействуют на микробную клетку, активизируя или ингибируя ее деятельность (Ши-гаева и др. ,1986; Наумова и др. ,1986; Павловец и др. , 1983).

Заметное влияние оказал препарат КСК на рост и развитие целлюлозоразлагающих микроорганизмов торфо-навозных компостов (рис.2). Дозы КСК (0,2 и 0,3 %) стимулировали рост этих микроорганизмов. Добавление КСК в количестве 0,2% от массы компоста увеличивало численность целлюлозоразлагающих аэробов уже на 15 сутки инкубации в 2,5 раза по сравнению с контролем. Максимальная численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов была зарегестрирована в варианте с 0,37. КСК.- Низкая доза препарата (0,1%) несколько закздляяа раэзичие целлюлозолитических аэробов, и их максимальная численность была зарегестрирована на 15 суток позднее, чем в контроле и других вариантах опыта Следует отметить, что если в контроле целлюлозоразлагающие микроорганизмы были представлены преимуществённо бактериями, то в вариантах с КСК, по мере возрастания дозы препарата, бактериальная флора все более вытеснялась микромицетами.

В- результате, проведенных исследований показано, что все испытанные дозы регулятора роста КСК" в различной степени угнетали рост бактерий, использующих органические формы азота (рис.3)'. Аналогичные результаты получены и для бактерий, использующих минеральный азот. Причем угнетающее действие на бактериальную микрофлору увеличивалось прямо пропорционально возрастанию дозы препарата. Нибольший ингибирующий эффект на

200

160

100

46 сутки

Рис.2. Влияние КСК на численность целлюлозоразлагающих шкро-организмов в торфо-навовных компостах. I.-контроль, 2.-0,1% КСК, 3.^5,2% КСК, 4.-0,3% КСК.

х!0®кл./г абс.сух.в-ва

сутки

— 1 -+~2 -*-3 -®-4

Рис.3. Влияние КСК на численность бактерий, использующих ор-ганичесхие формы азота, в торфо-навозных компостах. I.-контроль, 2.-0,1% КСК, 3.-0,2% КСК, 4-0,3% КСК.

бактериальную микрофлору торфо-навозного компоста оказывали те дозы КСК (0,2 и 0,3%), которые в наибольшей.степени актививи-'ровали развитие целлюлоз о разлагающих аэробов.

Во всех вариантах торфо-навозных компостов с КСК численность микроорганизмов, учитываемых на нитритном агаре (в том числе и автохтонной группы) была ниже, чем в контроле. Однако, ограничение развития микроорганизмов автохтонной группы способствует накоплению гумуса в компосте (Теппер, 1976).

iiüciielücrf- oMn.- ни aCcji ИйиЫТстНЫХ KOHiiCn'x üülüri/iA. юплю гиап.

и КСК, стимулировал рост целлшозораэлагахщих мик{<оо|/!-анмш^ торфо-навозных компостов (рис.4). Однако, наибольшая численность микроорганизмов'этой группы была отмечена в варианте с 0,01% ВМК. Численность цедлюлозолитических аэробов в этом варианте уже на 15 сутки была выше, чем в других вариантах, включая контроль, а на 30 сутки превышала контроль в 3 раза Стимулирующее воздействие 0,1% дозы ВМК на целлюлозоразлагаю-вдх микроорганизмов было выражено слабее. Однако, доза 0,2% снова оказывала стимулирующий эффект на аэробную целлюлозораз-лагающую микрофлору практически в той же степени, что и 0,01%,

В тоже время, препарат ВМК в концентрациях 0,01-0,2% замедлял развитие бактерий, использующих органические формы аго-та, и бактерий, использующих минеральные формы азота (рис.5). Интересно, что если для КСК более высокие дозы оказывали большее негативное воздействие, то в компостах с ВМК эта зависимость была обратной. Наибольший ингибируюший эффект на бактерий, учитываемых на МПА и КАА, оказала 0,01% доза ВМК, в варианте с которой была отмечена самая' высокая численность целлю-лозоразлагаюких мтсроорганизмоп. ■ Доза ВМК 0,01% ингкбировала также развитие Clostridium pasteurianum, однако, в варианте с 0,2% ВМК к . 45 суткам компостирования численность С1. pasteurianum превышала контроль в 10 раз.

Аналогичное тормозящее действие оказывал ВМК в концентрации 0,01% и на развитие актиномицетов в торфо-навозных ком-постах, тогда как более высокие дозы этого препарата не оказывали на актиномицетов заметного влияния.

Во всех вариантах торфо-навозных компостов с ВМК численность микроорганизмов автохтонной группы была ниже, чем в контроле. Однако, ингибирование микроорганизмов, учитываемых на нитритном агаре, было выражено слабее, чем аммонификаторов и бактерий, использующих минеральный азот.

В торфо-соломисто-навозных компостах ингибирующее дейс-

160

100

Рис

46 сутки

.4. Динамика численности целлвлозоразлагаюших микроорганизмов в торфо-навозных компостах с ВМК. I.-контроль 2.- 0,01% ВМК, 3.- 0,1% ВМК, 4.-0,256 ВМК.

х-[08кл./г абс.сух.в-ва

Рис.5. Динамика численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в торфо-навозныэ компостах с ВМК. I•—контроль, 2.-6,01% БЫК, 3.-0,1% ВПК, 3.0,2% ВМК.

твие препарата ВМК на бактериальную микрофлору, в отличие от торфо-навоэных компостов, было выражено в меньшей .степени. До-'зы ВМК 0,005% и 0,01% не оказали заметного влияния на бактерий, учитываемых на МПА. Содержание в компосте 0,1 и 0,2% ВМК замедляло развитие микроорганизмов, - использующих органические формы азота. В торфз-соломисто-навозных компоетах все испотан-ные дозы Biß в различной степени подавляли развитие микроорганизмов, использующих минеральные формы азота Численность ак-

тяжении всего времени наблюдений была несколько нидс, чы» а контроле.

Обратная зависимость между дозой ВМК и степенью ингибиро-вания развития микроорганизмов была характерна и для микроми-цетов. Особенно сильное ингибирухщее действие на развитие грибов оказал препарат ВМК в концентрации 0,005%.

Стимулирующее действие препарата ВМК на целлюлозоразлага-ющие микроорганизмы, выявленное при компостировании торфа с навозом, имело место и для торфо-соломисто-навозных компостов. Наибольший эффект был получен от применения ВМК в количестве 0,01%. Численность целлюлозораэлагающих микроорганизмов нарастала в этом вариантне наиболее стремительно и уже за первые 15 суток увеличилась примерно в 850 раз (в контроле - в 300 раз). Более высокое содержание ВМК (0,1 и 0,2%) оказывало стимулирующий эффект в меньшей степени и с увеличением дозы препарата он несколько снижался.

Показано, что в целом, все испытанные дозы препарата КСК снижают протеолитическую активность торфа-навозных компостов, причем более высокие дозы препарата оказывали более выражеший ингибирующий эффект. Внесение КСК повышало целлюлазную активность компостов к 45 суткам, особенно в дозах 0,2 и 0,3 7. .

Препарат ВМК в дозе 0,01% ' значительно снижал активность "нейтральной протеазы в торфо-навозных компоетах на протяжении всего периода наблюдений. Более высокая'доза ВМК (0,1%) уменьшала протеолитическую активность в меньшей степени, а внесение 0,2% ВМК даже усиливало активность нейтрацьной протеазы на 15 сутки (примерно в 10 раз по сравнению с контролем). Самая высокая целлюлаэная активность была отмечена в вариантах с 0,2% . и 0,01% БМК, в которых была зафиксирована самая высокая, чис-. ленность целлюлозораалагающей микрофлоры.

В торфо-соломисто-навозных компоетах, как и в торфо-навозных, в вариантах с 0,1 и 0,01% БМК имело место снижение

протеолитической активности на протяжение всего опыта, но в варианте с 0,005% ВМК на 30 сутки инкубации наблюдалась некоторое повышение активности нейтральной протеазы. Как и в тор-фо-навозных, в торфо-соломисто-навозных компостах наибольший стимулирующий эффект на активность целлюлаз оказала доза 0,2% ВМК. Доза 0,1% ВМК оказывала действие в меньшей степени. Более низкие концентрации ВМК не оказывали стимулирующего эффекта на целлюлазную активность торфо-соломисто-навозных компостов, а 0,005%-ная - несколько тормозила активность целлюлаз. Препарат ВМК в дозах 0,01-0,2% значительно интенсифицировал нитрогеназ- . ную активность компостов: актуальная азотфиксация в этих вари- { антах превосходила контроль в 10 раз. 1

Масса торфо-навозного компоста с КСК во время его созре- | вания уменьшалась примерно одинаково как в контроле, так и вариантах с регулятором роста КСК Что касается ВМК, то по мере возрастания его дозы увеличивалась интенсивность потери массы компоста.

Исследование сукцессионных изменений в соломистых ком-постах под действием неспецифического регулятора микробиологических процессов "формоза" показало, что добавление "формозы" в компост из соломы в количестве 0,1% активизирует большинство учитываемых групп микроорганизмов в начальный период (5 сутки) (рис.6,7,8). В дальнейшем численность микроскопических грибов и целлююзоразлагающих микроорганизмов в варианте с "формозой" была ниже, чем в контроле без добавок. Лишь численность бактерий, растущих на МПА, на протяжении всего периода наблюдений была выше чем в контроле.

Добавление "формозы" совместно с МЩ^ведет к изменению характера сукцессионных процессов в соломистых компостах. Так в компостах с добавлением минерального азота активизация микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, под _ действием "формозы" было более выраженным. В первые пять суток компостирования численность этих микроорганизмов в варианте с "формозой" и увеличилась в 100 раз, в то время как при добавлении одного минерального.азота - только в 20 раз.

На развитие аммонификаторов внесение "формозы" в сочетании с ЫН»,Н0з, в отличие от варианта без минерального азота, не оказало заметного влияния.

Применение "формозы" в количестве 0,1% на фоне МН^Ы03за-медляет развитие микроскопических грибов, на 17 сутки численность микромицетов была ниже чем в контроле в 20 раз.

600

300

200

100

Рис.6. Динамика численности бактерий, использующих органические формы азота, в соломистых компоста* с "формозой* Л.-контроль (Си/»47), 2.-"формоза" (С:«/ »47), 3.- контроль (С:?/»23), 4.-"форотза"( С:|/ -23).

х!0 кл./г абс.сух.1-ва

120

60 сутки

Рис.7. Динамика численности микроорганизмов, использущих минеральные формы азота, в соломютых кошостах с , "йормоэой". 1. -контроль (С://=47), 2. -"формоза" (С://-47), 3.- контроль (С:Л/=23), 4.-"формоза" (С:// -23).

-1 -4-2 -*- 3 -Ö-4

Рис.8. Динамика численности микромицетов в соломистых ком- постах с "формозой". I.-контроль (С:// «47). 2.-"формоэа" (C:f/=*47), 3. -контроль (С:(/ -23), 4. -"формоэа" (С:А/-23).

Развитие актиномицетов на начальном этапе также тормозилось добавлением "формозы" совместно с NH4NO3B соломистый компост, однако, в более поздние сроки наблюдений была отмечена определенная стимуляция этих микрооорганизмов (на 56 сутки их численность в опыте в 16 раз превосходила контроль).

Развитие целлюлозоразлагаюшлх микроорганизмов также как микроскопических грибов и актиномицетов несколько тормозилось 0,1% дозой "формозы" в компостах с Nfy N0^ на 5 сутки инкубации. Однако, в дальнейшем их численность в этом варианте нарастает более стремительно, чем в варианте с добавлением только минерального азота и на 34 сутки достигает 3,47х10^кл/г (тогда как в контроле на порядок ниже).

Содержание 0,1Х "формозы" в соломистом компосте приведет к повышению численности микроорганизмов, растущих- на нитритном агаре. Это увеличение численности в вариантах с "формозой" как с добавлением NfyNOj, так и без него происходит, в первую очередь, за счет нарастания количества Mycobacterium. Развитие Arthrobacter стимулируется "формозой" в дозе 0,1% лишь в том случае, когда NH^NO^не вносили.

--------- ----- ________ - 17 - - ■-- ---- _ . - - -

Таким образом, внесение КСК, ВМК и "формозы" (как отдельно, так и с NH,N03) в компосты различного состава позволяет направленно влиять на микробное сообщество компоста, создает условия, приводящие к доминированию одних групп микроорганизмов и ингибированию других.

3. Исследование воздействия компостов, приготовленных с использованием приемов биотехнологии, на некоторые

. ~ iiwwOfiilU niUVMWWftWMWt ittvWiMiv иухцумхам

lj ilc^O TO/liM^t* ¿J^Z-Onul (1> iivniwu^liv jji'^ii XMtfSj t« w i -W » *

других.современных методов исследования известно, что микроорганизмы могут играть основополагающую роль в создании и стабилизации почвенной структуры (Lynch, 1987). В качестве острук-туривающих почву агентов выступают экзополисахариды бактерий, живые гифы грибов, особенно имеющие меланины в клеточной стенке (Звягинцев, Мирчинк, 1986; Burus, Davies, 1986; Lynch, 1987; Chapman, Lynch, 1985). В связи с этим встает вопрос о возможности управления почвенными микробным сообществом с целью стабилизации агрегатов (Lynch, Bragg, 1985).

Нами была предпринята попытка в модельном опыте оценить действие компостов, приготовленных с препаратами ВМК и КСК, на оструктуренность дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы (табл.1). Сопоставляя данные гранулометрического и микроагре-

Таблица 1.

Изменение степени агрегированности при внесении в почву различных компостов.

Варианты ' К Ко Ка Р

без компоста . 14,58 . 85, 42 - 47, 72 18, 54

компост без добавок 12,66 87, 34 61, 26 18, 34

компост с 0,1% КСК 3,85 90, 15 56, 67 16, ,21

компост с 0,3% КСК 10,76 89, 24 57, 62 17, 77

компост с 0,01% ВМК 9,77 90, 23 57, 92 14, , 51

компост с 0,1% ВМК 9,12 90, 88 66, 39 17, ,35

К - фактор дисперсности; Кс - фактор структурности; Ка- степень агрегатности; Р - гранулометрический показатель структурности.

гатного анализов, можно сказать, что внесение торфо-навозных

компостов способствует увеличению водопрочности микроагрегатов почвы на 9-19%. Причем компосты, приготовленные с регуляторами роста микроорганизмов, обладают максимальным агрегирующим действием. Результаты модельного опыта свидетельствуют, что наиболее эффективен компост, содержащий 0,1% ВМК (фактор дисперсности в этом варианте составляет 9,12 по сравнению с 12,66 в варианте с компостом, приготовленным традиционно; степень агрегатности превышает контроль примерно на 5%). Следует отметить, что компосты,оказавшие наибольшее оструктурива-ющее действие на почву (0,1% ВМК, 0,1% КСК), имели по сравнению с другими более высокое удельное содержание клеток микроорганизмов. Таким образом, органические удобрения, содержащие . регуляторы роста микроорганизмов, не только обогащают ее органическим веществом, полезной микрофлорой и микробными метаболитами, но' и активизируют почвенные слизеобразуюпще микроорганизмы, что ведет к образованию дополнительных стабилизирующих метаболитов.

Органические удобрения увеличивают подвижность поливалентных катионов в почвах в связи с образованием комплексов этих катионов с органическими лигандами. Однако, не любое органическое вещество в одинаковой степени способно к образованию таких комплексов. В модельном опыте по компостированию соломы в различных условиях (отношение С: N и плотность укладки) было установлено (табл.2), что наивысшей комплексообразующей способностью обладают водорастворимые органические соединения, образовавшиеся в соломистых компостах с плотной укладкой. Уплотнение компостируемого материала препятствует быстрой минерализации, что способствует образованию, аккумуляции и закреп-

Таблица 2.

Изменение дополнительной комплексообразующей способности водорастворимых органических веществ соломистых компостов,-в г Си на 100 г углерода

Варианты опыта | Время компостирования, сутки

1 5 | 17 | 34

укладка плотная (С: N-47) 9,09 • 10,76 9,04

укладка рыхлая (С: N=47) 7,55 5,22 7,41

укладка плотная (С: N-23) 9,85 8,84 9,24

укладка, рыхлая (С: N=23) 8,52 7,80 7,60

лению сложных по строению органических соединений с повышенной комплексообразующей способностью.

В следующей серии опытов нами была предпринята попытка оценить действие соломы, компостированной в открытых и герметично закрытых сосудах при влажности 400Х на подвижность поливалентных катионов в почвах различных типов. Показано, что соломистые компосты, полученные в различных условиях аэрации, изменяют подвижность катионов в почвенном растворе. Наибольшее количество переходит в раствор из почв, компостированных с ор-

ГПНИЧНСКИМИ УЦЩИМНИМиИ ЧПШ'МТМН ПИМИЫМИ И П'Г»СПЬГГЫ* Г'МГ^ПЧХ

как О ДОиаЬЛеНИ^м, так. И О^а ДоОанленкп мИнеральшЛ'и ааста.

ВЫВОДЫ.

В работе изучали способы направленного воздействия на характер течения сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов различного состава путем инокуляции компостов, внесения регуляторов роста микроорганизмов и изменения условий компостирования-для получения органических удобрений, обладающих свойствами, необходимыми для оптимизации почвенно-микробиологических процессов. На основании результатов проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Сравнительное изучение влияния микробных препаратов на процесс компостирования показало, что биопрепараты "бактогу-мин" и "биотрон" ускоряют биодеградационные процессы в ком-постах, что приводит к сокращению сроков компостирования. Усиление биодеградации компостированного материала обусловлено сменой различных групп микроорганизмов, при которой наблюдается преимущественное развитие целлюлозоразлагаюших микроорганизмов, бактерий, ксподьзужзяс' мкасрадыме Форш аг,ота, а также ряда представителен автохтонной микрофлоры, усилением пол люлазнсй и протеазной активности.

2. Дозы биопрепаратов, вносимых в компостируемое сырье, должны быть дифференцированы в зависимости от вида сырья и исходной обогащенности его микроорганизмам?. Оптимальные дозн "бактогумина" для ускоренного созревания торфо-навозных компостов лелат в интервале 0,5-1%, для "биотрона" - 0,0005%.; для соломнето-навозных компостов дозы "бактогумина" находятся в пределах 4,5-5% и "биотрона" 0,0017».

3. Исследование воздействия регуляторов роста микроорганизмов, полученных из горючих сланцев, на сукцессионные изменения в микробных популяциях компостов показало, что регулятор

роста КСК (концентрат сланцевых кислот) в дозах 0,2 и 0,3% стимулировал развитие аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов, причем в этом случае наблюдалась смена бактерий грибами. В тоже время КСК в концентрациях 0,1-0,3% ингибировал развитие большинства представителей бактериальной микрофлоры тор-фо-навозных компостов, и этот эффект увеличивался с повышением дозы препарата.

4. Установлено, что препарат ВМК (высокомолекулярные сланцевые кислоты) в дозах 0,01-0,2% оказывает стимулирующее действие на целлюлозолитические микроорганизмы. Доза 0,2% ВМК активизировала не только целлюлозоралагаюшую микрофлору, но и анаэробных азотфиксаторов. В тоже время дозы 0,01-0,2X ВМК оказывают заметное ингибйрующее воздействие на основные группы бактериальной микрофлоры компоста, причем степень тормозящего воздействия ВМК на бактерий уменьшается по мере увеличения концентрации препарата в компосте.

5. Установлено, что все испытанные дозы (0,01-0,3%) препарата КСК снижают протеолитическую активность компостов, в то время как целлюлазная активность имела тенденцию к повышению.

Препарат ВМК в дозах 0,01-0,2% повышал целлюлазную активность компостов. Концентрации ВМК в пределах 0,01-0,1% снижали активность ферментов протеолитического комплекса Все испытанные дозы (0,01-0,2%) ВМК значительно повышали нитрогеназную активность компостов - она превосходила контроль в 7-14 раз.

6. Показано, что условия (плотность укладки компостируемого материала, соотношение С: И) и внесение регулятора роста микроорганизмов "формоза" изменяют характер микробиологических процессов при компостировании соломы.

7. Внесение "формозы" в количестве 0,1% по массе в компостируемую солому (как отдельно, так и с ) позволяет направленно влиять на микробное сообщество компоста, создает условия, приводящие к доминированию одних групп микроорганизмов и ингибированию других. Внесение "формозы" без активизировало в той или иной степени все учитываемые группы микроорганизмов. Применение "формозы" совместно с N03 стимулирует бактерий, использующих минеральные формы азота, целлюлозоразлагающих микроорганизмоз, актиномицетов и некоторых представителей автохтонной группы, но в тоже время не влияет на численность бактерий, учитываемых -на МПА, и подавляет развитие микроскопических грибов соломистых компостов.

8. Установлено, что внесение в почву компостов, приготов--

лсчгпт'х сгррппратпми ВМК и - КС К-- а ктивипи рует • • р а звитие.

большинства почвенных микроорганизмов и благоприятствует созданию прочной микросгруктуры ПОЧПЫ.

Компосты из соломы, приготовленные путем плотной укладки материала, обладают большей комплексообразующей способностью по отношению к поливалентным кзтионам почвы.

9. Применение бноте.хнологпчеекпм методов регулирования течения сукнесснонных изменений в микробных популя-11ИЯХ кояиччио i/оомиЧйОГС ZZZ7ZZZ ПССПСЛПОТ П?ТУ'!МТЬ «ргя-НИЧС1.1.!!>: .„О^рСйНЯ С ЗЗрЗПСС С?.ЛЯ!ГТ*1.Т*.!!Т СЧПKCTRЯ Ч К. Не'">-ходимымп для оптимизации почвенно-микробиологнческих процессов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Емцсв В. Т., К у б а р е в а О. Г., Деревягии В. Л., Брук М. X., С ели цк а я О. В. Микробиологические слособы ускорения созревания компостов на основе жидкого навоза // Микробиологические методы защиты окружающей среды (Тезисы докладов 5—7 апреля 1988 г.).— Пущнно, 1988. — С. 84.

2. С е л и а к а я О. В., К у б а р е в а О. Г. Изменение микробиологической активности почвы под влиянием компостов, приготовленных с биостимуляторами микроорганизмов // Тезисы докладов IV республиканской к*.<л 'шрсиция молодых ученых и специалистов «Интенсификация агропромышленного производства па современно:.: этапе». — Баку. 1988. —Ч. 1.— С. -19.

3. Селпцкан О. I). Влияние различных условии компостирования на численность и состав микроорганизмов, участвующих в разложении соломы // Труды i.кучней срс-пцчи молодых ученых 6—9 июня 1939 г. Московская с.-х. академия им. К. А. Тимиоя^сза. — М., 1989. — С. 71G — 72G. Рукопись депонирована ио Ш ГЛИТЭЙАгропром М> 52G ВС-89ДЕП 15 ноября 1989 г.

4. С с. л и ц к а я О. В., Емцев В. Т., К у б а р е в а О. Г., Брук

М. X. Ускоренны,! способ компостирования nart.va;/Тсчигы докладов к зональному ci-v.ii.¡apv 5--G марта H;9'i i <Hpo¡'.:c ,;ы '-жологни г. с.\.».— Пенза, 1990. — С. 55.

Тираж ICO."'

Объем 1'Д п. л.

Заказ 152.

Типография Московской с.-х. академии им. 1ч. Л. Тимирязева 127550 Москва И-550, Тимирязевская ул., д. 44