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-МИКРОБИОЛ'ОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1995

• I , ^ х 4 V-

■ \ _ оЗ^ро ^ ^ - Л

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. Савич.

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

Ведущее учреждение—ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН

« '' •> часов на заседании диссертационного совета К 120 35 06 з Московской сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева по адрес\ 127550, Москва, у л Тимирязевская, 49 Ученый совет ТСХА

С диссертацией можно о \ акомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан ¡> ^¿¿¿^иКС*-) 1995 г

Ученый секретарь

Защита состоится « Я»

1995 г в

диссертационного совета — кандидат биологических наук

- i - ;

Актуальность проблемы. В настоящее время не вызьшает сомнения 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 возникнове-. нию нового направления в сельском хозяйстве - почвенной биотехнологии. Впервые этот термин был введен Линчем Дж. М. " ■ (Lynch, 1983),n который определил почвенную биотехнологию как' "изучение и управление почвенными микроорганизмами и их метаболитами с целью оптимизации продуктивности сельскохозяйственных культур".

Органические удобрения являются мощным фактором воздействия на почву, представляя не только источник элементов питания для растений, но также регулируют ее биологическую активность почвы, улучшают энергетический и тепловой баланс, положительно влияют на физические свойства почвы (Оокин, 1986; Ми-неев и др., 1993; Tester, 1990; Wallace, 1994). Различные органические удобрения оказывают специфическое воздействие на отдельные" почвенные процессы, поэтому изменяя состав удобрений южно направленно влиять'на активность биоты в почве.. Форма органического одобрения и доза »его внесения в почву определяется как свойствами почв,так и целью его применения. Высококачественные органические удобрения заданного состава, обладающие определенными свойствами, можно получить при компостировании различных отходов. Процесс получения компостов 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 характер течения сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов различного состава и отработка би-. отехнологическмх методов ■ управления микробиологическими про-

цессами для. пс|лучениц органичер^Я™ удобрений, обладающих НАУК . 'Л ОТЕКА

v'Qcit. ст-Ги'..:о..сх> а слдомии

Инс. ^АгЗщ

- г -

свойствами, необходимыми для оптимизации почвенно-микробиологических процессов.

В задачи исследований входило 1) изучить возможность использования промышленных комплексных микробных препаратов бак-тогумин 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), ВМК (высокомолекулярные сланцевые кислоты) и "формозы" (смесь синтетических углеводов) для активизации микроорганизмов-деструкторов, участвующих в процессе кошостирования; 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: Л)г на микробиологические процессы в компостах и качество компоста; 6) дать оценку влияния компостов, приготовленных с регуляторами роста микроорганизмов и в различных условиях аэрация, 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 подучить удобрения, обладающие определенной комплексообразующзй и структурообразующей способностью. Полученные данные показывают, что за счет применения биопрепаратов "бактогумин" и "биотрон" можно сократить сроки кошостирования на 3-4 недели. Применение регуляторов роста КСК, ВМК и формозы позволяет ускорить созревание компостов в среднем в Z раза.

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

листов ТСХА (Москва, 1988, 1989 гг. ), конференции "Микробиоло-. гическме методы защиты окружающей среды" (Пушино, 1988), IY Республиканской конференции молодых ученых и специалистов "Ин-. тенсификация агропромышленного производства на современном этапе" (Баку, 1988), на Зональном семинаре "фоблемы экологии в сельском хозяйстве" ( Пенза, 1990)

Публикации по результатам работы. Пэ материалам диссерта- » ции опубликованы 4 печатные работы. jnv .

Структура диссертации. Диссертация содержит.^Тстраниц машинописного текста . и состоит из'введения, . обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована /3 рисунками. 36 таблицами. Список использованной литературы включает .¿КГработ» в том числе/2 ^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 "Pétrie Labora-toriez Inc. " (США). Препарат биотрон содержит азотфиксирующие, целлюлозбразрушающие микроорганизмы, представителей автохточ-ной Микрофлоры, а также ферменты, повышающие активность препа^ para.-- - : ".v.*; ••■•,.-''■;,':•'-■■'.'' ' 7- : . Регуляторы роста мифоорганизмов ВМК ( высокомолекулярные сланцевые кислоты) и ИСК (концентрат сланцевых кислот) получены путем водно-щелочной деструкции керогена горючих сланцев, а регулятор роста микроорганизмов "формоэа"(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 соот- . ношения (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 помешали в термостат при 25*С. Влажность компоетов поддерживали на уровне 70 X полной влагоемкости.

Солому компостировали при 30 * С в открытых сосудах ( влажность 60-70% полной влагоемкости), а тага® в открытых и герметично закрытых емкостях (влажность 400% полной влагоемкости). Изменение соотношения С. N достигали внесением раствора NH* N0^. Плотность укладки 0,2 г/см1.

Бактериальные закваски вносили в исходном виде (препарат "Сактогумин") или в виде водной суспензии (препарат "Сиот-рон"). "Бакгогуыин" добавляли к компостируемому сырью из расчета 50 и 10 г/кг (5 и IX по массе). Препарат "биотрон" вносили из расчета 0,01 г/кг (0,001%) компостируемого сырья.

Регуляторы роста ИСК и БМК 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) ИСК - 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 (термостатирование при 28*С).

Уровень активности ферментов целлюлозолитического комплекса определяли по общей Ct активности (MandeIs,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 кок-постов 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 комплексообразуюшую способность водорастворимого органического вещества по изменению активности меди в растворе (Савич и др. ,1988).

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

суглинистой и бурой полупустьшной 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 агрегатностипо Бейверу и' Роадесу, а также фактор структурности по Вадюниной (Вадшина; Корчагина, 1986). В почвенных растворах определяли концентрации • катионов . на атомно-адсорбционном спектрофотометре.

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

: 1. СукЦессионные изменения в микробных популяциях багае-. : зованных компостов. ' ■

Одним из возможных путей регулирования микробиологической активности при компостировании органического сырья и ускорения процесса трансформации является инокуляция компоста культурами микроорганизмов.

'. На окорость созревания компостов значительное влияние оказывают целлюлозоразлагающие микроорганизмы. Внесение "бак-тогумина" в количестве 1 и 5% и "биотрона" OpOlZ 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 тирфо-навозных и соломисто-на-возных компостах с "бактогумином" была несколько выше в варианте с' IX 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 (в 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 5%

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 контроле. Следует отметить, что различные представители автохтонной группы появляются в торфо-навозных компостах в следующей последовательности. Arthrobacter (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-навоа-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 компоста такого обогащения за счет внесения "биотрона" не произошло.

Динамика роста аммонификаторов. микроорганизмов,'использующих минеральные формы азота и агсгиномицетов, а также их численность в торфо-навозных компостах с инокуляцией "бактогу-мином" были аналогичны контрольному варианту без внесения микроорганизмов. В соломисто-навозных компостах происходило значительное снижение численности микроорганизмов большинства учитываемых групп. Но в варианте с IX 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 компостов 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

кд/г »6t.tyx.i-ga

у/о з к л/г абе.сух.в ва

• ц/г абе.сух.в-ва

■сутки

• о

: Ч '

1 1 1 1 ■

...... : С шю

1 и .во лв кю1жж/т абе.оух.в-ва

. 12 ю

в 4

' г '4.0

/тки

8

¡Я

I 1 1

1

■чСП

I

-о

I

« сутки - ' '. - и 30 * сутки

_ общая числ.на НА Ш муоомолпит пи агщгов«о»г ИЗ ноо»го!» ЕЗ мюгогооповрог« О в«о»авгт» Рис.2. Динамика численности микроорганивмов автохтонной группы а компостах с биопрепаратом бактогумин.

1.торф+наво» (бе» инокуляции); 3. солома+навоа (бев инокуляции);

2. торф+навов+бактогумин 1%\ 4. солома+навов+бактогумин 1%. . .

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 ША, микроорганизмов, использующих минеральные формы азота и Clostridium pasteurianum заметно снижалась. Внесение препарата "биотрон" в соломис-то-навозное сырье повышало исходное содержание только анаэробных азотфиксаторов Clostridium pasteurianum и незначительно микроорганизмов, учитываемых на ИЛА. В дальнейшем имело место снижение численности микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота и CI. pasteur»anum как в опыте, так и в контроле.

Активность протеаз и целлюлаз в торфо-навозных компостах с 5% "бактогумина" в разные сроки наблюдений была выше чем в контроле. В варианае с IX "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 5Х "бактогумина". Влияние "биотрона" на активность протеаз и целлюлаз как в соломисто-навозных, так и в торфо-навовных 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 X биопрепарата, где было отмечено наиболее интенсивное развитие аэроб-'кых целлюлозоразлагаюших 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 (IX) 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 целлюлозоразлагаюших микроорганизмов и активности целлюлаз. В торфо-навовных компостах с "биотроном", в отличие от соломисто-навозных, интенсивное снижение массы наблюдалось только в первой половине опыта, когда численность азробных целлюлозоразлагаюших микроорганизмов и активность целлюлаз превышали контроль.

Наибольшие потери N-NH^ наблюдались в компостах в вариан-

тах с 52 "бактогумина" и (}(Ю1Х "биотрона". К 30 суткам в соло-мисто-навозном компосте с 5% "бактогумина" содержание аммонийного азота" снизилось в 8 рае, в варианте с "биотроном" - в 6 раз, тогда как в контроле - в 4 раза. В торфо-навозных ком-постах с 52 "бактогумина" количество аммонийного азота на 45 сутки уменьшилось в 14 раз (в контроле - в 3 раза).

2. Характер микробиологических процессов при компостировании с применением регуляторов роста микроорганизмов - концентрата сланцевых кислот (КСК), высокомолекулярных сланцевых кислот (ВМК) и смеси синтетических углеводов (^формоза").

Ускорить процесс трансформации органического сырья можно не только путем инокуляции ; его культурами, микроорганизмов* деструкторов, но и ва 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 целлюлоэоразлатающих микроорганизмов торфо-навозных компостов (рис.2). Доэы КСК (0,2 и 0,3 X) стимулировали рост этих микроорганизмов. Добавление НСК в количестве 0,2% от массы компоста увеличивало численность целлюлоаоразлагаххцих аэробов уже на 15 сутки инкубации в 2,5 раза по сравнению . с контролем. Максимальная численность целлкшоворазлагающих микроорганизмов была зарегестрирована в варианте с 0,32 КСК- Нивкая доза препарата (0,12). несколько замедляла развитие целлюлоэолитических 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 преимущественно 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 пряш пропорционально возрастанию дозы препарата.". Нибольший ингибирующий эффект, на.

хЮ кл./г абс.сух.в-ва

200

160

100

*б сутки

— 1 —»— 2 —3 -е-*

Рис.2. Влияние КСК на численность целлюлозоразлаганцих шкро-органиэмов в торфо-навоакых компоста*. I.-контроль, 2.-0,1% КСК, 3.-0,2$ КСК, 4.-0,3% КОТ.

хЮ8кл./г абс.сух.в-ва

46 сутки

-1 —4—2 —*— 3 -в-4

Рис.3. Влияние КСК на численность бактерий, использующих органические формы азота, в торфо-наиозньпс компостах. I.-контроль, 2.-0,1% КСК, 3.-5,2% КСК, 4-0,3% КСК.

бактериальную микрофлору торфо-навозного компоста оказывали те дозы ИСК (0,2 и 0,3%), которые в наибольшей степени активизировали развитие целлюдозоразлатающих 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)

Препарат БМК во всех испытанных концентрациях, также как и КСК, стимулировал рост целлюлозоразлагающих микроорганизвов торфо-навозных компостов (рис.4). Однако, наибольшая численность микроорганизмов этой группы была отмечена в варианте с 0,01% ВМК. Численность целлюлозолитических аэробов в этом варианте уже на 15 сутки была выше, чем в других вариантах, включая контроль, а на 30 сутки превышала контроль в 3 рааа. Стимулирующее воздействие 0,1% дозы ВМК на целлюлозоразлагающих микроорганизмов было выражено слабее. Однако, доза 0,2% снова оказывала стимулирующий эффект на аэробную целлюлозорач-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 азота, 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 КМ, оказала 0,01% доза ВМК, в варианте с которой была отмечена самая высокая численность целлю-лозоразлатающих микроорганизмов. Лоза ВМК 0,01% ингибировала также развитие С1озЪг1с1шт раз1еипапит, однако, в варианте с 0,2% ВМК к 45 суткам компостирования численность С1. разЪеипапит 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-

/

твие препарата ВМК на бактериальную микрофлору, в отличие от торфо-навоэных компостов, было выражено в меньшей степени. Дс-'зы ВМК 0,0051 и 0,012 не оказали заметного влияния на бактерия, учитываемых на МПА. Содержание в компосте 0,1 и 0.22 ВМК замедляло развитие микроорганизмов, использующих органические формы азота. В торфо-соломисто-навозных компостах все испытанные дозы ВМК в различной степени подавляли развитие микроорганизмов, использующих минеральные формы азота. Численность ак-тиномицетов в-торфо-соломисто-навозных компостах с ВМК на протяжении всего времени наблюдений была несколько ниже, чем в .контроле.

Обратная зависимость между дозой ВМК и степенью ингибиро-вания развития микроорганизмов была характерна и для микроми-цетов. Особенно сильное ингибируюшэе действие на развитие грибов оказал препарат ВМК в концентрации 0,0052.

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 0,012. Численность целлюлозоразлагающих 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 0,22) 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 торфо-навозных компостов, причем более высокие дозы препарата оказывали более выраженный ингибирующий эффект. Внесение КСК повышало целлюлазную активность компостов к 45 суткам, особенно в дозах 0,2 и 0,3 2 .

Препарат ВМК в дозе 0,012 значительно снижал активность нейтральной протеазы в торфо-навозных компостах на протяжении всего периода наблюдений. Более высокая доза ВМК (0,12) уменьшала протеолитическую активность в меньшей степени, а внесение 0,22 БМК даже усиливало активность нейтральной протеазы на 15 сутки (примерно в 10 раз по сравнению с контролем), самая высокая целлюлазная активность была отмечена в вариантах с 0,22 и 0,012 ВМК, в которых была зафиксирована самая высокая численность целлюлозоразлатающей микрофлоры.

В торфо-соломисто-навозных компостах, как и в торфо-на-возных, в вариантах с 0,1 и 0,012 ВМК 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 деза 0.2Х ВМК. Доза О, IX ВМК оказывала действие в меньшей степени. Более низкие концентрации ВМК не оказывали стимулирующего эффекта на целлюлазную активность торфо-соломисто-навозных компостов, а 0,005Х-ная - несколько тормозила активность целлюлаз. Препарат ВМК в дозах 0,01-0,2% значительно интенсифицировал нитрогеназ-ную активность компостов: актуальная азотфиксация в этих вариантах превосходила контроль в 10 раз. '

Масса торфо-навозного компоста с КСК во время его созревания 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 целлюлозоразлагавдих 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 МН»ДО5 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 ЫЬЦМОз, в отличие от варианта без минерального азота, не оказало заметного влияния. '

. Применение "формозы" в количестве О,"IX на фоне МН^ЫОззамедляет развитие микроскопических грибов, на 17 сутки-численность микромицетов была ниже чем в контроле в 20 раз.

х!0®кл./г абс.сух.в-ва

600

600

Рис.6. Динамика численности бактерий, использующих органические формы азота, в соломистых компостах с "формозой*.!.-контроль (С:»/»47), 2.-"формоза" (С:и -•47), 3.- контроль (С:^-23), 4.-яформоза"(С:// -23).

120

у

х!0 кл./г абс.сух.в-ва

бе сутки

— 1 —1— 2 -*-3 -&-А

Рис.7. Динамика численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в соломистых компостах с "Формозой". I. -контроль (С:л/=47), 2. -"формоза" (С://-47), 3.- контроль (С:л/=23), 4.-"формоза" (С:л/-23 У.

с

хЮ кл./г абс.сух.1~ва

180 г 160 -140120 " 100 -' 80 -во -

. ' 40 -20 -

V б, ... 17 , 34 сут^р

--1 ' -+~2 ~3 4 . > . .

Рис.8. Динамика численности микромицетов в соломистых ком-постах с "формовой". I.-контроль (С:Л/ »47), 2.' "формоза" (C:f/=47), 3. -контроль.(С:ti -23), 4. -"формоэа" (С: ^=23). , - .*

Развитие актиномицетов на начальном этапе также тормозилось добавлением "формозы" совместно с NH^NOjB 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 целлюлозоразлагающих ' микроорганизмов также как микроскопических грибов и актиномицетов несколько тормозилось 0,1% дозой "формозы" в компостах с NH^NO^ 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). . ~ 1 .„ ' ,

Содержание 0,1% "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^NOj не вносили.

- 17 -

Таким образом, внесение КСК, ВМК и "формозы" (как отдельно, так и с NH,NOj) 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 почвенно-микробиологические процессы В настоящее время с помощью сканирующей микроскопии и других современных методов исследования известно, что микроорганизмы могут играть основополагающую роль в создании и стабилизации почвенной структуры (Lynch, 1987). В качестве острук-туриваюших 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 i.

Изменение степени агрегированности при внесении в почву различных компостов.

Варианты К Кс Ка Р

без компоста 14, 58 85,42 47,72 18,64

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

компост с 0,12 КСК 3, 85 90,15 56,67 16,21

компост с О.ЗХ КСК ю, 76 89,24 57,62 17,77

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

компост с 0,12 ВМК 9, 12 90,88 66,39 17,36

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 вэтом 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,ок&завшие 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 орга-• ническим веществом, полезной микрофлорой и микробными метаболитами, но' и активизируют почвенные слизеобразующие микроорганизмы, что ведет к обраеованию 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

I 5 | 17 , | 34

укладка плотная (С:Ы«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 комплексообраэующей способностью.

В следующей серии опытов нами была предпринята попытка оценить действие соломы, компостированной в открытых и герметично закрытых сосудах при влажности 400% 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 органическими удобрениями, приготовленными в открытых сосудах как с добавлением, так и без добавления минерального азота.

ВЫВОДЫ.

В работе изучали способы направленного воздействия на характер течения сукцессионных изменений в микробных популяциях компостов различного состава путем инокуляцли 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 грепаратов на процесс компостирования показало, что биогрепараты "Сачтогу-мин" и "биотрон" ускоряют биоде1 радационные процессы в компостах, что приводит к сокращению сроков компостирования Усиление биодеградации компостированного материала обусловлено сменой различных групп микроорганизмов, при которой наблюдается преимущественное развитие целлюлозоразлагающих микроорганизмов, бактерий, использующих минеральные формы азота, а также ряда представителей автохтонной микрофлоры, усилением цел-лкшазной и протеазной активности.

2. Дозы биопрепаратов, вносимых в компостируемое сырье, должны быть дифференцированы в зависимости от вида сырья и исходной обогащенности его микроорганизмами Оптимальные дозы "бактогумина" для ускоренного созревания торфо-навозных компостов лежат в интервале 0,5-11, для "биотрона" - 0,0005%; для соломисто-навозных компостов дозы "бактогумина" находятся в пределах 4,5-51 и "биотрона" 0,001%

3 Исследование воздействия регуляторов роста микроорганизмов, полученных из горючих сланцев, на сукцессионнье изменения в микробных популяциях компостов показало, что регулчтор

- 20 - ' ' ■ ? роста КСК (концентрат сланцевых кислот) в дозах 0,2 и 0,3% стимулировал развитие аэробных целлюлозоразлагающих микроорга--низмов, 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 0,01-0,2% 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 протеолиткческую 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: Ю и внесение регулятора ростам 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 ЫН^N0} ) позволяет направленно влиять на микробное сообщество компоста4, создает-условия, приводящие к доминированию одних групп микроорганизмов и ингибированию других. Внесение "формозы"Сез ЫН^ИОз активизировало в той или иной степени все учитываемые группы микроорганизмов. Применение "формозы" совместно с ЩЖ^стимули- ■ рует 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--

..сшых с препаратами ВиК и КСК, активизирует развитие большинства почвенных микроорганизмов и благоприятствует созданию прочной микроструктуры почвы

Компосты из соломы, приготовленные путем плотной укладки материала, обладают большей комплексообразуюшей способностью по отношеншо к поливалентным катионам почвы

9 Применение бнотехнологических методов регулирования течения сукцессионных изменении в микробных популяциях компостов различного состава позволяет получить органически чдобреиия с заранее заданными свойствами, необ-ходим1»"'и для оптимизации почвенно-микробиологичееких процессов

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1 Ечцев В Т Кубарева О Г, Деревягин В А, Брук М Х.Сетицкая О В Микробиологические способы ускорения созре вания компостов на основе жидкого навоза // Микробиологические методы защиты окружающей среды (Тезисы докладов 5—7 апретя 1988 г) — Пушино 1988 —С 84

2 Селицкая О В, Кубарева О Г Изменение микробиологи ческой активности почвы под влиянием компостов приготовленных с био стимуляторами микроорганизмов // Тезисы докладов IV республиканской конференции молодых ученых и специалистов «Интенсификация агропро-мыипсшого производства на современном этапе» —Баку 1988 —Ч 1 — С. 49

3 Селицкая О В Влияние различных условий компостирования на численность и листав микроорганизмов участвующих в разложении соломы II Тру ды 1а>чной конференции молодых ученых Ь—9 июня 1989 г Московская с х академия им К А Тимирязева —М, 1989 —С 716— 72Ь Ручогись депонирована во ВНИИТЭИ \гропром .V» 52Ь ВС 89ДЕП 15 ноября 1989 г

4 ( с л и ц к а я О В Емцсв В Т Кубарева О Г Брук М Ч Ускоренный способ компостирования каво и//Тезисы докладов к ■лша-ыочу семинару 5 -Ь марта 1990 г «Пробчсчы экологии в си — Пенза 1940 — С 5*1

Объем I1/« п

Тираж 100

Зака! 152

Типография Московской с х академии им К А Тимирязева 127550 Поеква И 550 Тимиря ¡евская VI д 44