Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ АЭРАЦИИ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВЕ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ АЭРАЦИИ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВЕ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи

Людмила Ивановна ПЕРЕДКОВА

ВЛИЯНИЕ АЭРАЦИИ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВЕ

(специальность № 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1976

КОНТРОЛЬНЫЙ листок

СРОКОВ ВОЗВРАТА КНИГА ДОЛЖНА БЫТЬ 1ЮЗВРАЩЕНА НЕ ПОЗЖЕ УКАЗАННОГО ЗДЕСЬ СРОКА

Кч.1нч. пред, е(Л1уч. _

Диссертационна! дения и м"икробиол< Трудового Красной им. К. А. Тимирязев Научны« р у ков о; сор В. Т. Емцев, ка Н. Н. Игнатьев.

Официальные с Д. Г. Звягинцев, ка Макаров.

Ведущее предп тельский институт Прянишникова. Защита диосерт;

пус 10).

акультета агрохимии й ША...Ш000 3- 4660~8,9. » 0^7X^^1976 г.

диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

>ве-,ена мии

[>ес-1еит

аук . Н.

>ва-. Н.

>ве--сов

(кор-

С Ш). л

Автореферат разослан 1976 г.

Просим Вас принять участие в работе Совета или прислать письменный отзыв по данному реферату, заверенный печатью, в двух экземплярах, по адресу: 125008, Москва А-8, ул. Тимирязевская, 47, корпус 8, Ученый совет ТСХА-

I У ченый секретарь Совета

евочкин

ВВЕДЕНИЕ

В проекте ЦК КПСС к XXV съезду партии отмечается, что главной задачей сельского хозяйства в десятой пятилетке является увеличение среднегодового объема производства зерна и других сельскохозяйственных культур. Одним из резервов для достижения этой цели является максимальное расширение посевных площадей за счет осушения избыточно увлажненных почв, которые занимают обширную территорию нашей страны.

Известно, что мелиорация почв временного н постоянного избыточного увлажнения заключается, прежде всего, в улучшении газового режима. Однако, согласно исследованиям В. Р. Вильямса (1949), С. П. Костычева (1949), С. П. Яркова с соавторами (1950), И. С. Кауричева с соавторами {I960), И. П. Гречииа (1965), В. Ф, Непомилуева с соавторами (1970) и других, изменение условий аэрации приводит к значительным изменениям в минеральной и органической частях почвы. Так, при смене анаэробных условий аэробными уменьшается подвижность элементов с переменной валентностью (Fe, AI, Mn), а вместе с этим изменяется и доступность растениям элементов питания. При увеличении концентрации кислорода в почвенном воздухе возрастает скорость разложения растительных остатков, изменяется характер гумуса, образующегося при этом (Кононова, 1951).

Известно, что большинство процессов, происходящих в почве (разложение и синтез органических веществ, переход окисных .соединений в закисные и др.), связано с деятельностью микроорганизмов, активность которых, в свою очередь, зависит от физико-химических свойств почвы, в том числе it аэрации.

В литературе имеются данные о влиянии газовой фазы почвы на численность и активность микроорганизмов (Ново-грудский, 1946; Костычев, 1949; Вильяме, 1949;' Работнова, 1957; Пошои и де Баржак; 1960; Erikson, 1953; Mitchell, Alexander, 1962 и др.). Однако этот вопрос остается еще недостаточно изученным. Л1еждутем разработка методов регулирования процессов накопления и превращения в почве пи-

тательных элементов при проведении мелиоративных мероприятий требует установления точной зависимости между уровнями аэрации, численностью микроорганизмов и направленностью биохимических процессов, связанных с их деятельностью.

Вопрос обеспеченности растений воздухом при разных уровнях увлажнении почвы также недостаточно отражен в литературе. Большая значимость и -слабая изученность указанных вопросов послужили основанием для установления связи между фиксированными уровнями аэрации (влажности) и характером жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов, а также ростом растений.

В задачу наших исследований входило:

1. Изучить жизнедеятельность аэробных и анаэробных микроорганизмов при различных условиях аэрации.

2. Показать возможность использования математического планирования эксперимента (на примере двухфакторных опытов) для установления связи в виде уравнений регрессии между численностью микроорганизмов в почве (дериово-нодзоли-сгой, черноземе типичном), уровнями аэрации и внесенным органическим веществом.

3. Выяснить влияние разных уровней аэрации на биохимические процессы, в частности, на характер превращения растительных остатков и трансформацию соединений азота в различных почвах.

4. Изучить влияние разных уровней аэрации на рост растений и интенсивность поглощения кислорода почвой н корнями.

Общая характеристика объектов и методика проведения исследований

Определенный уровень аэрации в нолевых условиях трудно создать и контролировать. Поэтому изучение влияния аэрации на микробиологические процессы в.почве мы проводили в лабораторных условиях.

В качестве объектов исследования служили пахотные горизонты следующих почв: 1) дерново-подзолистой средиесу-глинистой на двучленных отложениях (совхоз Дуб-кн, Московская область); 2) дерново-подзолистой легкосуглннистой на моренном суглинке (Опытная станция полеводства, ТСХА); 3) чернозема типичного тяжелосуглинистого на карбонатном лессовидном суглинке (учхоз им. М. И. Калинина, Тамбовская область).

В таблице 1 приведены некоторые характеристики исследованных почв.

Почвы, взятые для опыта, резко отличаются по своим морфологическим и химическим свойствам. Так, дерново-подзо-

-Таблица! Краткая характеристика исследованных почв

£ з рН ч к ^ г! в " $ о я 3 = £ ~ л

Почва чЬ к я йч а — с: & й - О я = а £ о ч^ Л —

и Б * вод».

£ г й % к сухому мэкв на 100 г

** Г^ «Ч м й й весу почвы

1 Дерпопо-подзолист а я

среднееу гл иNистая 0—25

(«Дубки») ... , . . 1,86 0,09 6,8 5,4 4.07 7,7

Чернозем типичны« тя- 0-30

желосу глинистый . . 8,16 0,50 7,2 е,о 1,98 44,7

Дерново-подзолистая

легкосу гдинистая 0—25

(ТСХА) . ..... 1,68 0,08 6,3 5.7 4.(6 7,1

Примечание: химические анализы чернозема типичного выполнены И. В. Кузьм и ной (1973).

листые почвы — малогумусны, рНц.о —слабокислый. Напротив, чернозем отличается высоким содержанием гумуса и имеет слабощелочную реакцию почвенного раствора.

Воздушно-сухую почву, нз которой были отобраны видимые органические остатки, просеивали через сито с диаметром отверстий 3 мм и помещали в стеклянные -стаканчики с известным объемом (40—50 мл).

Уровни аэрации (50, 40. 20, 10, 5 и 0%' от объема почиы) создавали путем различного уплотнения и увлажнения. Сроки компостирования — от 12 до 120 дней. Температура инкуба-цни—+20±2°.

В качестве дополнительных источников питания для микроорганизмов в почву вносили крахмал (0,5; 1% к сухому несу почвы), а также измельченную массу клевера и соломы озимой пшеницы (в отношении 1:20).

Учет общего количества сапрофитных микроорганизмов проводили на твердых питательных средах методом глубинного посева. Изучали следующие группы микроорганизмов: гнилостные бактерии на мясо-пептонком агаре (МПА) и иа глн-церо-мясо-пептонном агаре {ГМА); спорообразующие — на МПА +сусло-агар; бактерии, использующие минеральный азот, а также общее количество актпномицетов на крахмало-амми-ачном агаре (КАА); общее количество грибов — на среде Ча-пека-Докса с добавлением молочной кислоты; аэробные цел-люлозораэрушающие микроорганизмы — на агаре Ривьера; анаэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы — на среде Мюллера.

•з

Бактерии отдельных физиологических групп учитывали методом титра на соответствующих питательных средах: нитрифицирующие бактерии — в жидкой среде Виноградского; де-нитрификаторы— ня среде Гндьтая. Лзо тфикси р у ю щ и е аэробные микроорганизмы выявляли на среде Эшби методом поверхностного высева почвенной суспензии. Приготовление сред для учета вышеперечисленных груггп микроорганизмов проводили по Л. Г. Родиной (1965).

Общее количество маслянокнслых бактерий определялось на М<ПБ с 2% глюкозы, 1% СаСОз и 0,04% нейтральрота (Ем-цев, 1965). При определении видового состава маслянокнслых п ацетонобутнловых бактерий использовали оптимально днф-ференциальныесреди (Емцев, 1965; Емцев, Львов, 1968). Микроорганизмы, участвующие в превращении пектина, подсчитывали по методу Кайзера в модификации В. Т. Емцев а и О. Д. Сидоренко (1968). С1. ре^пг^епа учитывали но Н. Н. Мазо-хнной-Поршняковой н Л. П. Найденовой (1972)..

Повторность микробиологических анализов — 6-кратка я (исключение — опыт продолжительностью 120 дней, где повторность — 3-кратная).

Полученные данные обработаны статистически с использованием дисперсионного, регрессионного анализов, а также с применением таблиц Мак-Креди.

, Обшую микробиологическую активность (по поглощению кислорода и выделению углекислого газа) определяли на аппарате Вар бурга модифицированной конструкции,,, которая позволяет определять интенсивность дыхания в образцах почвы с ненарушенной структурой (Игнатьев, 1972).

Для оценки окислительно-восстановительных условий в почве определяли окислитель но-восстановительный потенциал. Измерения вели в пятикратной повторности на потенциометре рН-340 с использованием каломельного и.платинового проволочного электродов (Сердобольский, 1965).

Нитратный азот определяли спектрофотометр!!чески нрн л=220 нц; аммиачный азот — фото колориметрически с реактивом Несслера (Борисова, 1968)..Погвторность определения — трехкратная.

Биохимические аналнзы растительной массы проводили по схеме Кизеля (Кононова, 1951). Повторность определения двукратная,

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Влияние разных уровней аэрации на микробиологические процессы в дерново-подзолистой почве

С целью изучения влияния аэрации на микробиологические процессы были проведены две серии опытов.

; ту;

Ir

iw СЭ

ÎW 4M 3M

IOS e

«o

lV3 ; TïS

o

BS

<o m ta

г»

■■■ •

■"' I . ]

— 1 _ i ---- , Пим

! F ■ fc •• .'Jr:'. ' '•Л-. - r '

Í ■ i-

t

■■■■■■' ï giflwi'Siii^trâC.j

j fe-- ■■ '-.■:■ -

/ _ - - -------_ _ V if**

LA ¡äks

? ts - я- м .■,..»■;■■.; . ;. сод(С| .

Рис.X ДШННКЙ ' ЧИСЛЕННОСТИ КЛЕТОК КИХШ(ШЧЙШГШ)В . В йЕРКОВО-ООйШИСТО« ПОЧВЕ ПРИ ШМШ УШАХ бзтры

н РЙСТШШНЫГ Аомвкйх. .11 ;

' V, tefWf WWW! 9ЛЧ ^^ _

— wwutüm доидо 40% ; —-miwtoit» ¿0*; —■паяества» emmöl

— * —* — (KiwiTOtT* «MIUU it ; -А— гсгагчт urct» OV

В первой серки опытов (опыт с дер ново-подзолистой легкосуглинистой почвой с внесением и без внесения крахмала) было установлено, что разные уровни аэрацшг обусловливают неодинаковое развитие аэробных и анаэробных микроорганизмов. Так, в почве без внесения органического вещества наилучшее развитие.аэробных микроорганизмов имело место при пористости аэрации (ПА) 20 и 10%. При этом наблюдалось значительное потребление Оа и выделение СОг. ПЛ 5% является оптимальной для размножений анаэробных микроорганизмов. При полном затоплении почвы водой (ПЛ=0%) наблюдалась депрессия в развитии не только аэробных, но и анаэробных микроорганизмов, о чем свидетельствуют и низкие величины поглощенного кислорода и выделившегося С02. При внесении в почву крахмала получены более четкие результаты. , ,

Во второй серии модельных опытов продолжительностью 120 дней было выявлено, что различные уровни аэрации обусловливают неодинаковое развитие представителей отдельных физиологических групп микроорганизмов в дерново-подзолистой почве (опыт с внесением клевера и соломы озимой пшеницы). Так, оптимум развития аэробных гнилостных бактерий в почве без органической добавки н в почве с соломой озимой пшеницы наблюдался при ПЛ, равной 40, 20 и 10%, а в почве с клевером хорошее развитие отмечалось при ПА 40 и 20% (табл.2).

Микроскопические грибы (рис. 1) активно размножаются при внесении в почву растительных остатков только 'при ПА=40%. Снижение пористости аэрации ниже 20% приводит к резкому сокращению их количества.

Оптимальной аэрацией для развития актиномицетов и бактерий, учитываемых на КАА, в почве без растительных добавок является пористость аэрации 40%, а в почве с внесенными клевером н соломо|1 — ПА 40 и 20% (табл.3).

Нитрифицирующие бактерии активнее всего размножаются при ПА = 20%. Ухудшение воздушного режима (ПЛ меньше 20%) отрицательно сказывается на численности микроорганизмов этой группы.

Аэрация, обусловливая активность нитрифицирующих бактерий, влияет на содержание подвижных форм азота. Так, пористость аэрации 20%, оптимальная для размножения тарификаторов, являете« оптимальной и для накопления нитратов п дерново-подзол негой почве. При такой аэрации в иочпо без растительных остатков к концу опыта (120-й день) нитратов содержалось 67,23, в почте с клевером — 122,60, а в по чье с соломой— 24,52 мг/кг почвы, к - то время как при ПЛ = 5% п почве без растительных добавок нитратов содержалось 12,07, в почве с клевером—10,2, а с соломой—11,56 мг/кг почвы.

<л

Изменение численности клеток аэробных гнилостных бактерий в дерново-подзолистой почве при различных уровнях аэрации н растительных добавках (млн. на 1 г абсолютно сухой почвы)

Сроки наблюдения, дни 31,8 40 03,6 20 80,4 10 ш 5 100 0 31,8 40 63,6 20 80,4 | 10 90,2 5 100 0 31,8 40 63,6 20 80,4 10 90,2 5 100 0

почва почва+клевер почва -¡-солома

7 232 280 108 131 33 2732 2625 348 141 142 1755 1Е'35 1327 239 159

15 256 335 288 34 27 1725 1576 5 5 2 1099 1485 950 824 815

30 78 72 3 7 4 4077 1555 103 84 3 556 1097 1709 861 37

60 119 46 13 14 5 6201 1128 15 12 33 204 1000 ПОЗ 120 22

90 ПС 16 13 8 1 174 303 12 7 2 175 125 23 17 15

120 10 7 10 0,5 0,3 138 501 210 44 53 800 472 86 ИЗ 14

Примечание: числитель —влажность, % от полной влагоемкости; знаменатель — пористость аэрации, % от объема почвы.

^фмрокн =4'88; Строки ^фстрокн -4'73'

рфстолбцы -8.33; рфстолСцц =1>41' Гфстолбци *=5'56:

ПСР0,95 =70-56 ПСР0,95 =1251 НСРад =462

^т строки =3,87; ^т столбца =

Таблица 5

Изменение численности клеток С1. асе(оЬи1у11сиш в дерново-подлм истой почве при различных уровнях аэрации

и растительных остатках (млн, на 1 г абсолютно сухой почвы)

Сроки наблюдения, ДИН 31,8 40 63,6 20 80,4 10 90,2 5 100 0 31.8 40 63,0 20 80,4 10 90,2 5 100 0 31,8 40 63,6 20 80,4 10 90,2 5 100 0

почва почва+клевер почва+солома

7 15 30 60 90 120 0,06 2,0 0,07 0,3 0,03 0,03 0,03 8,0 0,03 0,03 0,07 0,07 0,08 7,0 0,3 0,08 0,07 0,8 0,07 34,0 3,0 0,8 0,3 3,0 0,20 9,0 0,9 0,03 0,09 0,2 0,02 0,3 0,3 0,07 0,03 0,3 0,06 3,0 79 79 2,0 33 0,8 33,0 813 3300 330000 33000 34,0 2,0 340 340 272000 34000 9,0 9,0 92 383 383 38250 0,3 0,07 0,03 0,03 0,3 0,02 2 8 26 32 77 323 3 330 330 3300 7920 330000 34 340 816 834 330000 340000 383 383 3800 383 199 3825

Примечание: числитель —влажность, % от полной влагоенкостн; знаменатель — пористость аэрации, % от объема почвы.

Та6,1 ива 4

'Я..' <

Динамика численности клеток С1. ра^еипапит в дерново-подзолистой почве при различных уровнях аэрации и растительных

остатках (млн. на 1 г абсолютно сухой почвы)

Сроки наблюдения, дни 31,3 63,6 80.4 90,2 5 100 31,8 40 63,6 20 80,4 90,2 5 100 0 31,8 40 63,6 20 80,4 10 90,2 5 100 0

40 20 10 0 10

почва почва-{-клевер почва+СО.ЮМЗ

7 0,02 0,003 0,7 0,8 0,9 0,006 0,03 2 3 4 0,3 0,3 17 18 383

15 0,6 38 81 3} 0,9 15 17 330 310 9 0,3 3 330 340 383

30 0,07 0,3 8 3 0,3 0,6 77 3300 340 8 0,7 26 1716 340 20

60 0,6 0,8 79 34 38 0,03 32 3300 383 9 0,03 77 7020 3100 381

00 0,03 4 3 I 0,4 0,3 8 3300 810 383 0,03 8 792 340 190

120 0,003 0,3 3 0,8 0,003 0,03 32 3300 31000 33250 0,07 32 3300 81 СО 383

Примечание: числитель — объема почв и.

влажность, % от полной влагоемкоети; знаменатель —

пористость аэрации,

Т-

» . «в '-'ev:ff

■ ^СодШлние'УвеуЕСТб, ■ e

V tf С g 8, m О fr - Ç С о \ .У-"» ; g ^g^^w^tt^ » • î ï t r;',:1

tí

'»1

4i

111 là]

m ' t~ ¿s

4» ui

^ 41

LU ВО

•

vu

S

CJ :

ч м

■ У 19

. e

'./•" tt

il

ii

Iw

Лотте m «мцм JO

(Ьйпосп «íflá £02

:f4f¡ ÎJ3

Ii > «i

ficPMTflíTb ;

Ä'ä

¿i-

Iii« -füifr

Ш

ífcptlCTOCIk ^ Шри ЗД :

. Пористость

i к i Ж

I, Рйс ^Лннлинкй " хи*11ШЕ скогЬ шлея

. . . МГГ*М*« wwttriw« • j f 1

О иц(СТ|1, ишшнл СШТО-№О0Ш

в Гскг^елте»* : ш

: О Ptarotia,; V Q'/Wmm гШ

Влияние разных уровней аэрации на различные виды ана-эробшлх бактерий было нендентичным. Оптимум развития С1. раБ1еипапит и С!. асе1оЬи1у1!сит (табл. 4 и 5) наблюдался при ПА 10 и 5%, анаэробных целлюлозоразлагающнх бак-тории— при 5%, а оптимум аэрации для денитрифицирующих бактерии —10 и 5% пористости аэрации.

Как и в предыдущей серии модельных опытов, при внесении п почву органических веществ (клевера н соломы) получены более четкие результаты.

О достоверности полученных данных можно судить по критериям Фишера (И) н наименьшей существенной разнице (НСРо.9:.), которые приводятся в таблицах.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что представители отдельных физиологических групп микроорганизмов требуют для своего оптимального развития определенного уровня аэрации.

II. Разложение растительных остатков в дерново-подзолисток почве при различных уровнях аэрации

Уровни аэрации, обусловливая активность микроорганизмов, оказывают большое влияние на скорость минерализации растительных остатков, внесенных в почву. Наиболее интенсивно разложение клевера и соломы 'происходило яри пористости аэрации (ПА) 40 и 20%. Как уже отмечалось выше, эти же уровни аэрации являются оптимальными для большинства изучаемых груит аэробных микроорганизмов.

Анаэробиоз (ПА=5 и 0%), подавляя жизнедеятельность аэробной микрофлоры, заметно снижает скорость разложения растительных остатков.

Как при хорошей аэрации, так и в условиях . анаэробиоза* п составе растительной массы происходят значительные изменения, Сначала уменьшается содержание веществ, извлекаемых спирто-бензолом, целлюлозы и гемнцеллюлоз, затем про-теннов и лигнина. Однако, если сравнить скорость разложения химических компонентов растительности в аэробных (ПА = 40 и 20%) и анаэробных (ПА = 5 и 0%) условиях, то можно заметить (рис. 3, 4), что недостаток 02 дспрессирует разложение г.еществ, входящих в состав клевера и соломы. Так, если при ПА=40%, веществ, извлекаемых смесью спирта и бензола, в клевере к концу опыта осталось 25,9%, а в соломе — 29,4%, то при ПА = 0% — 43,5% в клевере к 69,4% (к исходному количеству) в соломе. Следует отметить, что составные элементы клевера разлагаются быстрее, чем химические компоненты соломы озимой ишени'цы.

Относительное содержание лигнина, независимо от вида разлагающейся растительности, условий аэро- и анаэробиоза,

' Таблица 3

Влияние различных уровней аэрации и растительных остатков на динамику численности микроорганизмов, учитываемых на

КАА (млн. на 1 г абсолютно сухой почвы)

Сроки наблюдения, дни 31,8 63,6 80.4 00,2 100 31,8 40 63,6 Ш 10 90,2 5 100 0 31,8 40 63,6 20 80,4 90,2 100 0

40 20 10 5 0 20 10 5

почва почва+клевер почва+соломз1

' 1 149 224 210 50 17 1112 1703 250 120 20 819 1155 1379 404 27

15 177 78 154 42 21 497 154 11 * 6 6 296 232 133 85 30

30 204 63 75 22 5 456 235 178 35 0,9 284 200 67 45 17

60 170 20 18 18 4 2427 192 23 2 2 230 303 237 48 19

90 81 26 13 3 0,4 409 813 30 14 13 90 294 33 27 19

120 11 10 10 5 2 421 557 354 51 38 527 204 02 42 16

Примечание: числитель —влажность, % от полной влагоем кости; знаменатель — пористость аэрации, % к объему почвы.

строк» РФстрмн -4-63; ^строки

столбцы =4,17; ^Фстолвцн =1'01; I- фС70д6цы

ЧСРв,% =59 НСРЛК -519 НСРадз =248

^т строки =3,87; ^'тегодбца = 1

изменяется незначительно, что, по мнешно С. Л. Ваксмана (1937) н Е. 3. Теппер (1954), связано с устойчивостью его к разлагающему действию микроорганизмов.

Изменения, происходящие в биохимическом составе клевера и соломы, обусловливают смену групп аэробных и анаэробных микроорганизмов. Так, в анаэробных условиях (ПЛ = 5%) максимум размножения анаэробных целлюлозоразлагающнх микроорганизмов сменяется началом активного развития CI. pasteurianum(60—90-й день). Интересно отметить, чтораз-витие анаэробных Clostridium отражает динамику окислительно-восстановительного потенциала. По мере развития анаэробов редокс-нотеициал снижается.

Ш. Использование математического планирования эксперимента для установления связи между уровнями аэрации, численностью микроорганизмов и органической

добавкой

Для установления количественной связи между уровнями аэрации, численностью микроорганизмов и внесенным органическим веществом представлялось интересным использовать метод математического планирования эксперимента, который позволит изучать не только действие каждого фактора в отдельности, но .и их совокупности. С помощью уравнении регрессии, полученных на основании экспериментальных данных, можно выявить степень влияния каждого фактора яа выход процесса и делать расчеты изучаемой величины и пределах заданных уровнен каждого фактора.

Методика планирования 2-факторпого эксперимента приводится в V главе диссертации. План опыта в кодированных переменных (Максимов, Федоров, 1969) Приведен в таблице 6, а'в таблице 7 — в натуральных.

Таблица 6

Матрица планирования двух фактор но го опыта в кодированном виде

Вариаи ты

Выход процесса в натуральных единицах (средние значения)

Аргументы в кодированных единицах

Х0

X,

Хз

Х,Хг

%

+

+

+■ +

Знак единица для простоты, исключаем из обозначений. Хг, Хг — изучаемые факторы, Х^ц—их взаимодействие, Х0— столбец для вычисления свободного члена уравнения регрессии.

■ . Таблица ? .

Влияние уровней аэрации (5—10%) и внесения крахмала на численность микроорганизмов и их активность в дерново-подзолистой почве

Варианты Результаты (средние из шести ■ повторкостей) . ? ■■ Условия опыта

о2 мл/кг час микроскопические грибы, шс/1 г , почвы микроорганизмы на Х| ПЛ, % к объему ПОЧ-] вы Х2 крахмал, % к сухому,, весу почвы,:.

МПД | КАЛ

млн. на 1 г почвы

1 2 3 4 0,5 0,5 1.0 1,7 • ■'■ V 35 46 ' 50 129 155 г " -186;,' 65,1 132 , 162 а . 188 ° 159 190 5. . ! 10 !■- 5 1 10 0 0 , 0,5 0,5

(1) у,о,) =0,92+0,16X1^0,43X2+0,16X1X1 Ь,, «= 4,93 13,29 4,90 р.;. <=79,96 ; ;

. ' (2) У,[1)11ви) = 66,54 + 21,13Х1+26;46Х2+15,54X1X2 1Ф 15,05 V- 18,85 11,07

И* " =234,86. .у

(3) у(1чпа) = 134,42+24,83Х,—35,75Хг

— „ 3,95.....; 5;'б9 .

■.. Иф . —16,75. .:■":■'" • ,. '

Все члены уравнения вычислены на ЭВМ «Минск-22$ с использованием программы " регрессионного 'анализа «ПРА-3» (Дукарскнй и лр., 1971).; . :: . - \

Для оценки достоверности уравнения фактический критерий Фишера (Р4) сравнивали с теоретическим (Рт), а дли каждого члена уравнения'"вычисляли критерий Сгьюдента (1ф) и сравнивали его с теоретическим-^). Критерий tф при- -водится иод каждым" членом уравнения. Для всех-уравнений уровень значимости 0,95, Иг =3,10;4Г—2,90. Уравнения вычислены для кодированных^ переменных. Знак+при аргументах свидетел1>ствует о" положительном влиянии фактора на выход процесса; —отрицательное влияние. Тот фактор оказывает большее действие, который-имеет большую величину коэффициента при переменной. Такой анализ возможен Т1ри работе только с кодированными переменными^.

Анализ уравнений, полученных на основании данных таблицы 7, показывает, что^как внесенный крахмал в количестве 0,5% к сухому весу.почвы, так и аэрация в заданных пределах оказывают достоверное действие на изучаемые группы микроорганизмов и их активность (1т <1$).

В опыте с типичным черноземом (табл. 8) с помощью уравнений регрессии, полученных при высоком уровне значимости (0,95), доказано, что аэрация и крахмал оказывают действие иа численность микроорганизмов и их активность (по поглощенному Ог н выделившемуся ССЬ).

Таблица 8

Численность микроорганизмов и их активность в черноземе, типичном при различных уровнях аэрации (5—10%) и дозах крахмала (0—0,5%)

Варнаит опыта Результаты (средние из повторностеГО шесш Условия опита

о2 СО; грибы, тыс/1 г почвы микроорганизмы па ГМА, млн/1 г почвы Хь ПЛ, % к оби: м у почвы Хг крахмал, % к чуяому весу

мл/кг час

0.56 0,79 Г,4 33,1 Г> 0

<> 1.90 1,01 Ь8 30,4 10 0

3 3,62 3,22 201 179,9 5 0,5

4 4,71 4,31 . 493 131,2 10 0,5

(4) У (ад -2,72 + 0,63Х, + 1,44Х2 ^ - 10,31 23,59

V Иф =331,48

(5) У (со,> —2,33 + 0,33X1+ 1,43Ха+0,25Х]Ха

^ - 7,06 30,94 4,08 Рф =342,95

(6) У(1р1,Си) = 195,бЗ+75,90Х1 + 151,21Х2+70.21Х1Х2

1Ф ■ ™ 15,29 30,43 14,13

Р,,. -453,19

(7) У(1мА) = 93,67— 12,85Х] + 61,89Х2—11,50Х,Х2 и — — 6,0Г> 32,04 —5,95

РФ =368,05

Результаты, полученные в опыте с черноземом (при внесении крахмала), были использованы для вычисления уравнений регрессии, устанавливающих связь между количеством поглощенного кислорода и численностью изучаемых групп микроорганизмов. При высоком уровне значимости {0,90 и 0,95) доказано, что основными потребителями Ог являются гнилостные аммонификаторы, микроскопические грибы, актниомнцеты и целлюлозоразрушающие микроорганизмы.

Таким образом, на примере двухфакторных опытов (аэрация и крахмал) показано, что математическое планирование

эксперимента может быть использовано для установления количественной связи между- численностью - микроорганизмов, уровнями аэрации и внесенным органическим веществом. .

IV. Рост проростков растений:« поглощение , 02 почвой н корневой системой при разных уровнях аэрации

Влияние аэрации на растение/мы*; изучали в опытах с 15-дневнымп 'Проростками ..пшеницы Мироновская 808 (дерново-подзолистая почва). Выявлено, что ПА 20% (влажность 63,6% от полной влагоемкостп) .является оптимальной для роста проростков и поглощения Оа корнями. Поглощение Ог при этой аэрации в расчете на t растение составило 0,82 мл/кг час, а высота одного растения — 23,4 см,

Выводы

- 1. В условиях модельных опытов^ с дериово-лодзо л петой почвой изучено влияние различных уровней аэрации на микробиологические процессы.. Показано, что .„пористость аэрации (ПЛ) 20 и 10% является оптимальной для развития аэробных микроорганизмов. Анаэробные.;микроорганизмы активно размножаются при пористости аэрации 5%.'В условиях полного анаэробиоза (ПА равна 0%) сильно подавлена жизнедеятельность не только аэробных, но и анаэробных микроорганизмов.

2. Выявлено, что для каждой физиологической группы микроорганизмов характерен свой оптимум аэрации. Так, в опыте с дерново-подзолистой почвой максимальное развитие гнилостных бактерий наблюдалось при ПЛ 40 и 20%, микроскопических грибов'—при 40%, бактерий и актнномицетов, учитываемых на КАЛ —. при 40 и 20%, целл юл озор аз латающих микроорганизмов — нрй 20%, нитрифицирующих — ири 20%, CI. pasteurianum и :С1, acetobutyficum— при 10 и 5%, анаэробных целлюлозоразлагающих бактерий — при 5%:

3. Изучение интенсивности разложения растительных ■ остатков в условиях различной аэрации показало, что разложение клевера и соломы озимой пшеницы в дерново-подзолистой почве наиболее активно происходит при 40 н 20% пористости аэрации. Анаэробиоз (ПЛ = 5 и 0%), подавляя жизнедеятельность аэробной микрофлоры, снижает скорость минерализации растительных остатков. -- i

4. Установлено, что биохимический состав-растительности, внесенной в почву,-в'условнях ^высокой (Г1А=40 и 20%) н низкой (ПА = 5 и 0%) аэрации -значительно изменяется. В первую очередь уменьшается содержание веществ, извлекае-

. мых сиирто-бензолом,' затемцеллюлозы, гемйцеллюлоз и протеина. Однако при низкой аэрации; (ПЛ = 5 и 0%) скорость

м

разложения химических компонентов клевера и соломы озимой пшеницы значителЕ>но ниже, чем при ПЛ=40 и 20%. Относительное содержание лигнина, независимо от вида разлагающейся растительности и условий аэрации, меняется незначительно. Вещества, входящие в состав клевера, разлагаются быстрее, чем соломы (при всех уровнях аэрации).

Характер превращения микроорганизмами органических веществ растительных остатков отражается на динамике подвижных форм азота.

5. В условиях модельного опыта выявлено, что разные уровни аэрации оказывают неодинаковое влияние на рост растений и поглощение кислорода корневой системой. Оптимальная пористость аэрации для роста надземной массы проростков пшеницы и поглощения 0¿ корнями — 20%.

6. Использование уравнений регрессии позволило установить связь между количеством поглощенного кислорода и численностью изучаемых групп аэробных микроорганизмов. Из уравнений, полученных при высоком уровне значимости (р = 0,95 ■(! 0,90), следует, что основными потребителями Ог в почве (чернозем типичный) являются аэробные гнилостные микроорганизмы, микроскопические грибы, актнномнцеты, аэробные целлюлозо разлагающие микроорганизмы.

7. На примере факторных опытов показана возможность использования метода математического планирования эксперимента для установления связи в виде уравнений регрессии между численностью микроорганизмов, уровнями аэрации и внесенным органическим веществом.

Список опубликованных работ

1. Влияние уровнен аэрации на динамику размножения аэробных и анаэробных микроорганизмов в дерново-подзолистой почве. В кн. «Динамика микробиологических процессов в почве», ч. 1, Таллин, 1974 (в соавторстве).

2. Влияние пористости аэрации на поглощение кислорода и выделение углекислого газа дерново-подзолистой почвой. Доклады ТСХЛ, яып. 208, 1975 {и соавторстве).

3. Динамика численности микроорганизмов почвы в условиях аэро- и анаэробиоза. Известия ТСХЛ, вып. 1, 1976 (в соавторстве).

Результаты исследований доложены на научных конференциях ТСХЛ (декабрь, 1974 и 1975); на V съезде Всесоюзного микробиологического общества ЛИ СССР (г. Ереван, май— нюнь, 1975 г.); на VII Л\еждународном симпозиуме «Почвенная микробиология и сохранение биосферы» (сентябрь, 1975г., Венгрия).

Объем I п. л.

Заказ 335.

Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им. К: А, Тимирязева 125008, Москва Л-8, Тимирязевская ул., -11