Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние биоудобрения бамил на почвенную микрофлору и урожай сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние биоудобрения бамил на почвенную микрофлору и урожай сельскохозяйственных культур"

рт Б ОД

г о и-

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

На правах рукописи

БАРБОЛИНА Ирина Ивановна

ВЛИЯНИЕ БИОУДОБРЕНИЯ БАМИЛ НА ПОЧВЕННУЮ МИКРОФЛОРУ И УРОЖАЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Специальность 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

С-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена в лаборатории микробной экотехнологии Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии.

Научный руководитель - доктор биологических наук И.А.Архипченко.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук Ю.М.Возняковская; кандидат биологических наук - Е.Ю.Дмитриева.

Ведущее учреждение - Институт микробиологии РАН.

Защита состоится "п " и№ЦЯ 1997 г. в

"/О" час. на заседании Специализированного совета К 020.26.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии по адресу: 189620, Санкт-Петербург -Пушкин-6, шоссе Подбельского, д. 3, ВНИИСХМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

А.Н.Зарецкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в сельском хозяйстве развиваются экологические подходы, направленные не только на повышение почвенного плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур, но и на получение высококачественной продукции и снижения загрязнения почвы токсичными веществами Массовое применение минеральных удобрений и пестицидов часто приводит к нежелательным и необратимым последствиям. Альтернативой химизации сельского хозяйства является применение органических удобрений' внедрение в практику нетрадиционных удобрений кз отходов различных производств.

Промышленное животноводство дает новые виды дешевого органического сырья, которые могут быть использованы для получения удобрений. Использование таких субстратов позволяет создать безотходные технологии, обеспечив возможность замкнутости экологических производств.

Известно, что на одном свинооткормочном комплексе, содержащем 108 тысяч голов з сутки образуется 3000 м3 навозных стоков После биологической очистки наряду с очищенной водой получают 600 м3 активного ила В настоящее время разработана технология использования биомассы микроорганизмов активного ила для получения удобрения, названного Бамил (Архипченко, 1992).

Вегетационные и полевые опыты, проведенные з лаборатории микробной экотехнологии ВНИИСХМ показали перспективность использования этого удобрения Однако, Бамил как новое, удобрение требует дальнейшего углубленного изучения. Особенно важна системная оценка его влияния как на растения, так и на другие компоненты биоценоза, в частности на почвенные микроорганизмы Большей интерес представляет изучение воздействия Бамила на фито-патогенкую микрофлору и устойчивость растений к заболеваниям Исследование состава микрофлоры Бамила, ее роли в почве поможет оценить свойства этого удобрения, установить механизмы протекающих процессов при его применении

Эти исследования позволят получить более детальную информацию о новом удобрении, изучить его воздействие на компоненты биоценоза почвы и направленно регулировать его активность с целью максимального извлечения полезных свойств удобрения, разработки рекомендаций и приемов его использования а агропромышленном комплексе для регуляции биологической активности почвы и получения высококачественной продукции

Цель работы: Выявить закономерности влияния нового нетрадиционного удобрения Бамил на активность микробиологических процессов в почве; изучить микробиологические особенности удобрения, исследовать механизмы,

обеспечивающие стимулирующее воздействие Бамила на рост и развитие растений, снижение их заболеваемости и повышение урожая

Основные задачи исследования: 1. Изучить динамику изменения микрофлоры и биологической активности почв под влиянием удобрения Бамил Выявить закономерности изменения микроорганизмов различных физиологических групп, биомассы и биологической активности почвы при внесении удобрения.

2 Изучить механизмы стимулирующего действия Бамила на растения Определить содержание физиологически активных веществ в удобрении

3 Исследовать микробиологический состав биоудобрения Бамил Оценить влияние температуры сушки на микрофлору удобрения. Выделить и идентифицировать доминирующие микроорганизмы, изучить их свойства

4. Исследовать роль Бамила в снижении заболеваемости сельскохозяйственных растений, оценить его влияние на почвенные фитопатогенные микроорганизмы

Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка нового нетрадиционного органического удобрения и выявлены особенности и механизмы его влияния на почвенную микрофлору, биологическую активность почвы и урожай сельскохозяйственных культур

Изучены биологически актизные соединения в составе биоудобрения Бамил, установлено действие летучих и растворимых соединений удобрения ка фитопатогенные микроорганизмы Впервые проведено изучение содержания триптофана в различных биоудобрениях и установлено повышенное количество его в составе удобрения Бамил, показана возможность усиления микробного биосинтеза ауксинов в почве за счет использования триптофана Бамила почвенными микроорганизмами

Проведена оценка доминирующей микрофлоры биоудобрения Выделены и идентифицированы доминирующие микроорганизмы, представленные бактериями рода Bacillus, составлена музейная коллекция основных штаммов - микроорганизмов Бамила

Практическая ценность. Практическая значимость работы подтверждена

4 актами о наработке опытных партий удобрения Бамил и производственных испытаниях удобрения Проведены испытания удобрения' Бамил в АОЗТ "Лето", совхозе "Ущаки" гС-Петербург, институте растениеводства г.Прага Полученные результаты были использованы для создания практических рекомендаций по применению нового нетрадиционного удобрения Бамил в открытом грунте и условиях теплиц (Рекомендации по использованию биоудобрения

Бамил , 1995). Разработаны рекомендации применения удобрения Бамия для рекультивации нарушенных почз Полученные данные использованы для разработки маркетинга удобрения и бизнес-плана строительства завода по производству Бамила (в рамках совместной программы "РЗО - Bamil", Россия - Нидерланды) Предложенные методические приемы по комплексной оценке биоудобрения Бамил нашли применение в практике исследований других нетрадиционных удобрений и компостов

Апробация работы: Материалы диссертации докладывались на международной конференции "Биоудобрения из отходов животноводства" (Санкт-Петербург, 1993), международной конференции "Биотехнология С-Петер-бург'94" (Санкт-Пегербург, 1994), на международном научно-практическом семинаре "Биоудобрения из отходов животнозодстза" (Санкт-Петербург, 1995), международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Повышение эффективности агропромышленного производства в условиях современных форм хозяйствования" (Воронеж, 1995), российско -голландском семинаре ''Биопереработка животноводческих отходов" в рамках программы "Окно в Нидерланды1' (Санкт-Петербург, 1996), были представлены на международной конференции и выставке "ECO-BALTIC" (г Любек, Германия, 1395)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы (JOB наименований, из них /до на иностранных языках), приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит50 таблиц и J? рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты и методы исследования.

Основным объектом исследований являлось органическое удобрение "Бамил", получаемое из продуктов аэробной переработки сточных вод свинокомплексов актизнсго ила и осадка сточных вод 3 работе использовали образцы, полученные в лабораторных услсзиях и на экспериментальной промышленной установке. Также использовали другие типы нетрадиционных органических удобрений' "Пудрет"- удобрение на основе птичьего помета, полученное на опытно-промышленной устгнозке, основанной на сушке псд действием ИX-лучей, "Экуд" - птичий помет после анаэробной ферментации, "Экогумус" -компост на основе низинного торфа.

Объектами исследований служили штаммы ассоциативных диазотрофов из коллекции типовых культур ВНИИСХМ, выделенных с корней риса. Agrobacterium radioo'oacler, Arthrobacter myscrens и штаммь: бактерий, выделенных нами из состава биоудобрения Бамил1 Bacillus iubtiiis к Arthrobacter sp

Численность микроорганизмов различных физиологических групп учитывалась стандартными методами посеьа на твердые питательные среды (Аристовскал и др , 1962)

Для изучения свойств и идентификации микроорганизмов использовали следующие руководства (Бабьева, Зенова, 1989, Добровольская и др , 1989, Краткий определитель бактерий Берге, 1980; Смирнов и др , 1982)

Осаждение и гидролиз белкоз из удобрения дли извлечения триптофана, связанного с белками осуществляли по методике, используемой для анализа растений (Методы белкового и аминокислотного анализа растений, 1962).

Для количественного анализа триптофана с удобрениях и индолил-3-уксусной кислоты в культуралькой жидкости микроорганизмов использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии Отработку методики и анализ соединений проводили на приборе JASCO LC-900 серии HPLC (Jasco Internationa! СО, LTD).

Биосинтез ауксинов микроорганизмами изучали в жидкой среде, содержащей стерильный экстракт удобрения Бахил в количестве, обеспечивающем концентрацию триптофана в среде 10 мкг/мп В качестве контроля в среду вносили таксе же количество синтетического L-триптофала.

Количественное определение витаминов группы 3 проводили с помощью дрожжевого метода (Одинцова, 1959) В качестве индикаторных дрожжевых культур использовали штаммы из коллекции музея типовых культур ВНИИСХМ Zygofahospora marxiana - для определения никотиновой кислоты, Saccharomyces eihpaoidaaа - для определения биотина, Deharyomyces disporus -для определения пиридоксина Интенсивность размножения клеток дрожжей учитывали путем определения сухого веса

Качественный анализ летучих соединений биоудобрения Бамил проводили методом газо-жидкосткой хроматографии на базе Государственного института прикладной химии (ГИПХ).

Вегетационные опыты проводились по методике, описанной 3,И, Жур-бицким (1968) в теплицах в сосудах емкостью 4-5 кг В опытах использовали смешанный образец пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной среднеокультуренной почвы и дерново-подзолистой слабоокультуренную почвы Ленинградской области. Удобрение Бамия вносили из расчета N¡on Рцю Kim (под ячмень), N¡50 Р^о КШц (под овес), Niso Ргм Кгс» (под салат), под капусту Ба-

мил вносили из расчета 1,5г и 4,5 г Бамила / под растение. Недостающее количество фосфора и калия в вариантах с удобрением вводили в виде двойного суперфосфата и хлористого калия Под салат Бамил также вносили в комбинации с минеральным» удобрениями. Контролем являлась почва без удобрения и вариант с эквивалентной дозой минерального удобрения Повтсрности опытов 4-6 к ратные Выращиваемые культуры капуста сорта "Ранняя1', ячмень сорта "Потра", овес, салат сорта ''Пекинская капуста", "Клавир", "Кучерявей одесский", райграсе многолетний 3 модельном опыте (без растений) удобрение Ба-мил и его стерильную форму вносили из расчета ло азоту 150 мг/ кг и 1500 мг/кг

Вегетационные и полевые опыты по применению биоудобрения Бамил для рекультивации лочз проводили на базе института растениеводства ¡'.Прага на антропогенно нарушенных после добычи бурого угля субстратах Удобрение вносили из расчета по азоту - 700 мг/ кг почзы , что связано с необходимостью применения позышенных е 5-10 раз норм удобрений для рекультивации антропогенных почв

Общая биологическая активность почвы определялась по интенсивности выделения почвой углекислого газа, которую определяли методом газовой хроматографии Для определения биомассы микроорганизмов в почве использовали регидрациокный метод (Благодатский и др, 1987) и метод субстрат-индуцированного дыхания (Ананьева и др , 1953) с учетом поправочного коэффициента (Ohionen, 1994), Величину метаболического коэффициента (qC02) расчитывали как отношение величины базальнсго дыхания к уровню субстрат-индуцированного (Благодатская и др.,¡995) Функциональное состояние почвенной микрофлоры оценивали методом, разработанным Т В Аристовской и М В.Чугуновой (1989)

Содержание общего азота определяли на приборе ' Къельтек анализатор" авто-1030 фирмы 'Tekator" Для оценки содержания общего фосфора и калия пробы сжигали по ускоренному методу (Гинзбург, Щеглова, 1963), а затем общий фосфор определяли на автоматическом анализаторе непрерывного действия; калий - на пламенном фотометре FAPHO-4.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили, используя общепринятые методы (Глотов и др , 1982) с использованием программы "Диана З1' (автор Н И Воробьев ВНИИСХМ) Для анализа'различий между вариантами модельного опыта был применен нумерический анализ (Классификация и кластер, 1980) Вычисление коэффициентов попарных различий между вариантами осуществляли с использованием программы Complete Lines Methods

б

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Технология производства нового биоудсбрения Бамии основана нг создании определенного режима культивирования микроорганизмов активного ила на стоках свинокомплексов, обеспечивающего повышенное содержание азота и фосфора в микробной биомассе Смесь биомассы активного ила и осадка подвергается центрифугирозанига, аысушизанию и грануляции, в результате чего получается удобрение с влажностью 10-12 % Удобрение Бамил состоит из органических компонентов осадка сточных вод, биомассы микроорганизмов ак-тивног ила и микробных метаболитов, поэтому, в процессе исследования мы рассматривали его как органический субстрат, источник физиологически ¡истинных соединений и комплекс микроорганизмов

1 Влияние биоудобрения Бамил на биологическую активность, численность микроорганизмов в почве и урожай сельскохозяйственных культур

Проведенные исследования показали, что биоудобрение Бамил как комплекс органических и минеральных соединений оказывает сильное воздействие на микробные ассоциации и микробиологические процессы в почве Применение этого удобрения во всех случаях резко стимулировало развитие микроорганизмов различных физиологических групп, численность их увеличивалась в 320 раз (табл.1) При этом наблюдалось существенное повышение запасов азота микробной биомассы в почве (в 2-3 раза), тем самым увеличивая уровень потенциально доступных для растений элементов питания Положительное влияние удобрения на размер микробной биомассы было устойчивым и сохранялось в течение вегетационн ого периода (рис 1) Под влиянием Бамила наблюдалось увеличение уровня почвенного базального дыхания, свидетельствующее о повышении содержания в почве доступного для микроорганизмов органического вещества (Ананьева и др , 1995). Причем, в отличие от минерального удобрения этот высокий урозень доступных для микроорганизмов соединений сохранялся в течение вегетации (табл.2) Биоудобрение Бамил оказывало активизирующее влияние на функциональные свойства почвенной микрофлоры, повышая ответную реакцию микроорганизмов на внесение мочевины и скорость индуцированного внесением глюкозы дыхания

В условиях модельного опыта была прозедена характеристика структуры микробного сообщества под влиянием удобрения Бамия и выявлены основные направления сукцессионных изменений почвенной микрофлоры (рис 2). Первую вспышку развития обнаруживают грибы я бактерии, использующие легко доступные органические и минеральные соединения удобрения, причем воздействие удобрения на бактерии гораздо более сильное, чем на грибы Для этого

этапа характерно значение метаболического коэффициента, характеризующего устойчивость почвенного ценоза, больше 1, что связано с высокой интенсивно-

Таблица 1

Влияние биоудобрения Бамил на численность микроорганизмов в почве

Вариант опыта Время вегетации, недели Количество микроорганизмов, КОЕ х 106

Аммониф^-ц/рук: Микроорганизмы. I ис^ользуюшиэ I м/нерапьные соединения азота | Грибы

Контроль 2 110 (8,3) 280 (16) 1.2 (0,2)

5 200 (18) 370 (23) 2.4 (0.1)

8 180 (9,3) 920 (20) 1.1 (0,1)

11 130 (7,0) 800 (24) ',2 (0,05)

|\РК 2 390 (26) 620 (39) 3.5 (0,20)

5 790 (45) 640 (40) 2,5 (0,13)

8 330 (60) Б60 (45) 2,7 (0,2)

11 1400 (90) Ю90 (60) 5,5 (С,25)

Бамил 2 1700 (100) 23С0 (90) 22 (0,3)

5 1400 ("00) 1700 (50) 9,2 (0.8)

8 360 (80) '900 (75) 1,7 (0,1)

1 1400 (95) 1 100 (40) 1.3 (0,1)

Примечание Значения в скобках - величина стандартной ошибка

Таблица 2.

Изменение уровня почвенного базального дыхания под влиянием удобрений

Урозень базаль ного дыхания Уыш,

Заоиант опо1тз мкг С02/г г с гочвы в час через

10 дней | 30 дней

Контроль 2,39 (0/2) 1,51 (0,03)

МРК 70% + бамил 30% 6,12 (0,26) 1.46 (0.03)

N2« 50% + Бамил 50% «5,20 (0,08) 1.26 (0,07)

КРК 30% + Бамил 70% 5,Э0 (0,20) 2,40 (0,09)

\РК 3.45 (0,15) 2,40 (0,07)

Е а V и л 4,33 (0,17) 3,92 (0,03)

Примечание Удобрения вносили из расчета N,50 Ргса ^гоо Значения з скобках - величина стандартной ощ/бки

стью микробиологических процессов в почве (Ананьева и др , 1993) Затем следует снижение численности грибов и второй пик повышения количества аммонифицирующих бактерий, а также актиномицетов и бактерий, использующих минеральные соединения азота, образующиеся в процессе минерализации удобрения Через 7-10 месяцеЕ происходила стабилизация численности всех групп микроорганизмов, величина метаболического коэффициента снижалась до 0,3 - 0,4

N МГ/ ЧГ ПОЧВЫ

1 - Контроль 2. - МРК 3 - Бамил

Время, недели

Рис 1 Динамика азота микробной биомассы в почве иод влиянием удобрений

!д N5

8рэмя. мес

Рис 2. Сукцессия микроорганизмов в почве под влиянием биоудобрения Бамил КЬ - численность бактерий (КОЕ/ г почвы; № - численность грибов (КОЕ/ г почвы), 1- аммонифицирующие бактерии, 2 - микроорганизмы, использующие минеральные соединения азота; 3- уробактерии, 4 - грибы

Проведенные исследования показали, что Бамил является эффективным удобрением, обеспечивающем повышение урожая сельскохозяйственных культур на 40 - 160 % по сравнению с контролем, сравнимое или превышающее действие минерального удобрения. Действие удобрения зависело от типа почвы и выращиваемой культуры, проявляя максимальный эффект на слабо или сред-неокультуренных почвах Так на дерново-подзолистой среднеокультуренной почве применение биоудобрения Бамил обеспечило увеличение урожая салата в б раз по сравнению с контролем и более чем в 1,5 раза по сравнению с минеральным удобрением (рис 3) При этом наблюдалось улучшение качества продукции При применении Бамила содержание нитратного азота в растениях было в 10 раз меньше, чем в варианте с минеральным удобрением

1- Контроль

2- КРК

3- КРК 70% + Бамил 30%

4- МРК 50% + Бамил 50%

5-КРК 30% + Бамил 70%

6- Бамил

12 3 4 5 6

Рис. 3. Влияние Бамила и минеральных удобрений на урожай салзта

В производственные испытаниях влияния биоудобрения Бамил на рост и урожай томатов, проводимых на базе НПО "Лето" отмечено ускорение созревания плодов томатов, что очень важно для получения ранней продукции.

3 производственных испытаниях устанозлена высокая эффективность биоудобрения Бамил для ускоренной биологической рекультивации антропогенно нарушенных почв северной Чехии Внесения с удобрением большого количества минеральных и органических соединений в такие субстраты как отвал после добычи бурого угля, зола после сжигания угля и деградированная кислотными дождями почва активизировало в них микробиологические процессы и вызывало интенсивный рост растений Наблюдалось значительное увеличение количества микроорганизмов и запасов углерода микробной биомассы в 3 - Ю раз по сразьению с контролем Эти результаты коррелировали с повышением урожая райграсса на рекультивируемых участках. Применение удобрения обес-

печивало повышение урожая растений в 3 - 8 раз.

2 Влияние биоудобрения Бамил на снижение заболеваемости сельскохозяйственных культур

Эффективность Бамила как комплекса органических соединений проявлялась в снижении заболеваемости сельскохозяйственных растений При внесении Бамила под капусту на фоне естественного заражения почвы возбудителем килы наблюдалось снижение и даже полное подавление заболевания. Отмечено повышение массы растений и увеличение урожая на 60 и 161 % в зависимости от дозы удобрения (табл 3).

Таблица 3.

Влияние Бамила на рост капусты и ее зараженность килой

Вариант i Ср ЗДНИЙ BSC, г Высота 1 Средний балл сгебля, см I зэоажзния

1 I ЛИСТвй стебли корни

1 Контроль 94,3 11,3 1 4,0 1 10,0 3,0

Бамил (1,5 г 150,6" 12,4 20,4* 12,1" 0,3

под растепие)

Бамил 3 (4.5 г 245,4* 18,5* 28,3* 16,1* 0

под растение)

НСР 0 05 5,66 1,33 1,22 0,84

Примечание * - достоверные разл/чия по сраэнению с контролем

3 Изучение микроорганизмов биоудобрения Бамил

В наших исследованиях было показано, что активный ил и осадок, используемые для получения удобрения Бамил, являются высококонцентрированными органическими субстратами, содержащими большое количество микроорганизмов При разработке технологии получения удобрения было установлено, что высушивание обеспечизает получение удобрения, отвечающего санитарным требованиям В удобрении обнаружены жизнеспособные микроорганизмы Доминирующие бактерии, выделенные из состава Бамила, были представлены бактериями рода Bacillus, В suhlt lis, В сегеих, В megaterium. в pwrnlus, В brevis (табл.4). Эти виды бацилл наиболее широко распространены во всех природных субстратах Очевидно, источником этих бактерий в удобрении является осадок сточных вод, так как, по литературным данным известно, что представители Bacillus являются типичными обитателями кишечного 'факта свиней,

а как показано ранее, в активном иле бациллы не являлись доминирующими и редко выделялись (Науменко, 1994) Титр микроорганизмов в Бамиле - 10" клеток/ г удобрения, что составляет менее 1% жизнеспособных клеток от состава исходной для получения удобрения смеси.

Таблица 4.

Бактерии рода Bacillus, зыделенные из удобрения Бамил

Образец Бамига Среда ¡Дсмич/ро- Номер | Таксономическая выделеч/я j заь/е, % цламмпз j принадлежность

1 МП А 36.3 ' 2,4 В subtihs 13.4 5 В cersus

КАА 32 8 6 В brevis 11,3 В 3 subtihs 10,8 9 В pu-V'Ius

2 -<6,1 10 3 subtihs МП А 23,5 11,12 Зсс-геи s S,5 13 В brevis

КАА 55,9 22, 23 В subtihs 5,3 24 В brevis

3 МП А 42.4 17,18,20 В suctihs 6,4 19 В pumiius

КАА 33.4 25 S megaterium 16.5 25 в subtihs

Для оценки роли микроорганизмов Бамила з псчзенных микробиологических процессах исследовали влияние внесения удобрения и его стерильной формы на изменение популяционной плотности различных групп микроорганизмов в почве Для обработки результатов и сразнения микробных ценозов почвы з различных вариантах опыта был использован нумерический кластерный анализ и составлена дендрограмма урозкей различий между вариантами При сравнении динамики изменения количества микроорганизмов под влиянием Бамила и его стерильной формы не обнаружено существенных различий При низком уровне различий (К=0,13) эти варианты объединились в один кластер То есть полученные результаты свидетельствуют, что микроорганизмы Бамила не оказывают значимого влияния на микробиологические процессы в биологически активных почвах

Изучение и анализ биологически активных соединений биоудобрения Ва-

мил

Комплексное органическое вещество удобрений может являться источником соединений индивидуальной природы, многие из которых являются физиологически активными веществами по отношению к растениям и почвенным микроорганизмам, однако имеется только небольшое количество работ, касающихся анализу соединений такого типа в удобрениях (Сазонова, Петрунина, 1984; \"/1езтаг1 е1 а1., 1994)

Спектры флуоресценции водных экстрактов удобрения Бамил (рис. 4) показали присутствие в его составе двух аминокислот - тирозина (макс 3 10 нм) и триптофана (макс 355 нм) и триптофанссдержащих белков (макс. 335 нм)

Рис 4. Спектры флуоресценции водного экстракта биоудобрения Бамил

1 - водный экстракт Бамила

2 - низкомолекулярная фракция

3 - высокомолекулярная фракция

о

320 360 400 440

Триптофан является важным компонентом аминокислотной фракции, так как служит метаболическим предшественником индолил-3-уксусной кислоты (ИУК) - ауксина, стимулирующего развитие корневой системы растений за счет

увеличения всасывающей поверхности корня, уровня минерального питания и устойчивости растений к заболеваниям. Показано, что содержание L-триптофана в различных типах почв колебалось в диапазоне 1,4 - 5,8 мкг/ кг почеы (Lebuhn, Hartmann, 1993) Малое количество L-триптофана во многих случаях делает необходимым внесение в почву его искусственных смесей для усиления микробного синтеза ауксинов (Arsliad ei al , ! 995; Sarwar et al., 1992),

С помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии впервые было прозедено определение содержания триптофана в нетрадиционных органических удобрениях (табл.5) Полученные результаты показывают значительное различие удобрений по содержанию триптофана: в Бамиле оно гораздо выше, чем в удобрениях на основе птичьего помета В компосте из низинного торфа свободный триптофан не обнаружен Наличие большого количества триптофана в удобрении из отходов сзинсводства связано со спецификой пищевых потребностей животных (Cen/antes et а! , ' 995; Schatte et а! , 1995) Содержание триптофана в связанном виде а составе белков и пептидов в Бамиле составляло 44 мкг/г удобрения.

Как показали проведенные исследования, почвенные бактерии могут использовать триптофан Бамила для биосинтеза И УК (табл 6) Максимальное количество продуцирует ризосферный штамм /. radiobacter Биосинтез ИУК штаммами Arthrcbacter sp и особенно B.subtihs, выделенными из Бамила проходил менее эффективно. Выход ИУК увеличивался при использовании триптофана удобрения по сравнению с синтетическим триптофаном, что связано с повышением удельной скорости роста и увеличением количества микроорганизмов при росте на среде с экстрактом Бамила Кроме того, возможно присутствие в удобрении соединений, содержащих аминогруппу, повышающих выход ИУК (Шарма, Чахал, 1986) Высокий уровень триптофана является очень важным свойством биоудобрения Бамил Активный биосинтез ауксинов почвенными микроорганизмами при внесении такого удобрения в почву может являться одним из механизмов стимулирующего влияния этого удобрения на рост и урожай растений

При внесении органических удобрений значительно стимулируется синтез витаминов группы В почвенными микроорганизмами (Возняковская, Азрова, 1968; Руденко, 1992) Кроме того, удобрения сами являются дополнительным источником веществ этой группы. В результате исследований было установлено высокое содержание некоторых витаминов группы В в биоудобрении Бамил (табл 7) Сравнение полученных результатов о литературными данными по содержанию витаминов группы 3 в почве (Мозжерин, 1980) показало, что внесение удобрения Бамил может обеспечить повышение содержания биотина в 5-10

Таблица 5

Содержание триптофана в различных типах бкоудобрений

Удобрение | Характеристика Содержание триптофана, мкг/ г

1 : 1 сэсбодного | связанного 1 суммаонсе

Бам.ил 1 Активный ил и осадок сточных вод свинокомплексов ! 1 240 44 284

Пудрет Птичий помет 72 7

Зкуд Птичий помет после анаэробной ферментации 3,0 0,0

Эко'умус Компост на оснозе низинного тороа нет

[ аблица6

Биосинтез И УК бактериями ка среде с добавлением Ь-триптофана или "Бамила"

1 1 Коли- естао /УК, — — % молекул

Штамм | и вариант | 1 1 мкг/ 100 МЛ; I | мкг/109 КОЕ I триптофана. идущих на биосинтез ИУК

( А тузогег.з I

1 27,1 0,21 (0,02) 3.2

2 68 0,44 (0,12) 7,9

А габюоааег

■ 35.3 С 59 (0,10) 4 1

2 88,5 0.73 (0,1В) 10,3

АгИ1гоЬ£С1ег ¡р

1 45 0,15 (0,06) 5.2

2 49,8 0,23 (0,09) 5,8

Б.эиЬЫ^

1 следы - -

2 следы - -

Примечание 1 - Синтетический триптофан 10 мкг/ мл, 2 - триптофан Бамила 1С мкг/ мл 1_1ифры э таблице - средине величины из трех повтсрг-остей Значения в скобках - величина стандартное отклонения

■ аблица 7.

Содержание витаминов группы 3 в биоудобрекии Бамил

Витамины Содержание

мкг/ г идобрения ! мкг/ кг почвы*

Биотин В? 1 1,9 (0,3) 5,7 - 9,5

Никотиновая кислота 35 114 (10) 342 - 570

Пиридоксин В6 2,0 (0,08) 6 -10

Примечание. * при внесении удобрения 3 - 5 г/ кг почвы

Значения в скобках - величина стандартного отклонения

раз, никотиновой кислоты - в 3-6 раз, пиридохсина - в 2-3 раза Витамины принимают непосредственное участие з наиболее згжных жизненных процессах, происходящих в растительном организме, оказызают влияние па формирование микробных ассоциаций, регулируя их качественный и количественный состав, воздействуют на рост и развитие симбиотических бактерий, регулируя взаимоотношения с растением (Озчаров, 1955, Azaizen et ai, 1996)

В составе биоудобрения Бамил обнаружены растворимые соединения, которые подавляли рост ряда фитопатогенных микроорганизмов Наиболее эффективными в этом отношении являлись соединения, экстрагируемые смесью ацетон+зода

Летучие соединения, обладающие высокой проникающей и реакционной способностью в почве, являются важным компонентом удобрения Бамил Проведенное качественное исследование показало наличие в бисудобрения низкомолекулярных органических кислот1 уксусной молочной, а также веществ, имеющие сильный запах' сернистый ангидрид, фекол, скатол и летучих жирных кислот Для изучения действия летучих соединений Бамил^а была создана замкнутая модельная система Нами обнаружено ингибирование мицелиального роста ряда фитопатогенных грибов летучими соединениями Бамила (табл 8) Наибольший ингибирующий эффект обнаружен по отношению к V.dahhae и А iolani Практически не наблюдалось подавление роста грибов рода Ртапит. Различия в ингибирующем эффекте соединений Бамила связаны с неодинаковой чувствительностью различных грибов к одним и тем же летучим и газообразным вещестзам

Считается, что летучие и растворимые соединения не являются ответственными за почвенный фунгистазис, так как не обладают фунгистатическим эффектом в концентрациях, обнаруженных з почвах (Liebman, Epstein, 1994).

Однако, по мнению Д Г.Звягинцева (1979) действие таких веществ проявляется прежде всего вследствие гетерогенности почвы в отдельных замкнутых микрозонах или в ризосфере растений при взаимодействии отдельных групп микроорганизмов или микроорганизмов с растениями

Таблица 8

Влияние летучих соединений Бамила на рост грибов

Тест объект Площадь колонии, мм2 НСР0С5

Контроль Бамил

Fusarium oxysporum 138,6 127,8 35,1

Fusarium solani 133,1 129,0 41,7

Aliernario consoriialc 18,6 3,0" 11.4

A'ternana solani 49,3 0,2* 25,4

Botrytis cinerea 138,4 47,3* 25,1

Verticitlium dahhae 26,5 0,2* 11,0

Penicilüum i'ahcum 18,0 11,3 7,9

Peniciliium luniculosum 36,7 11.7* 21,2

f/lucor plumbcus 31,0 20,7 16,7

Таким образом, в результате исследований проведено комплексное изучение нового нетрадиционного биоудобрения Бамил, выявлены особенности и некоторые механизмы его влияния на почвенную микрофлору и растения (рис 5). Следует отметить, что в большей или меньшей степени эти свойства будут характерны для многих органических удобрений. Важным моментом остается определение условий, при которых будет проявляться то или иное свойство удобрения

ьиоудобрение Бамил

У

поаьч-сение биологической активности

ПС^ЗЬ!

ГОЗЬ'ШбЫ/е урожая растен/й

Рис.5. Особенности биоудобрения Бамил

ВЫВОДЫ

1. Установлена активизация микробного ценоза почвы при внесении биоудобрения Бамил. Показано увеличение численности микроорганизмов различных физиологических групп в 2-10 раз, увеличение запасов микробной биомассы в 2-8 раз и повышение биологической активности почвы.

2 Исследованы закономерности сукцессионных изменений почвенной микрофлоры, инициированные внесением удобрения Описана динамика изменения микрофлоры, в которой можно выделить три этапа. 1 - повышение численности грибов и некоторых групп бактерий, 2 - снижение плотности грибов и вслед за этим увеличение, количества бактерий; 3 - стабилизация численности всех групп микроорганизмов

3 Установлено, что в биоудобрении Бамил доминируют аэробные спорообра-зующие бактерии рода Bacillus' И subtiln, В pumilvs, В cerem, B.brevis,

В megaterium Зыделено и идентифицировано 19 штаммов бактерий Показано, что бактерии удобрения не оказывают принципиального влияния на микробиологические процессы в биологически активных почвах

4. Впервые установлено, что осноеой стимулирующего действия биоудобрения Бамил язляется комплекс физиологически активных соединений, исходно присутствующих з его составе (витамины, аминокислоты, летучие соединения, вещества, обладающие антимикробной активностью) или образующихся при его трансформации почвенными микроорганизмами (ауксины, летучие соединения)

5 С помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии впервые определено содержание триптофана в ссстазе различных типов биоудобрений, максимальное количество которого (240 мкг/ г) обнаружено в удобрении Бамил Показана возможность использована триптофана Бамила для биосинтеза икдопил-3-уксусной кислоты почвенными микроорганизмами

6. Показано, что в биоудобрении Бамил присутствуют соединения, обладающие антимикробной активностью по отношению к почвенным фитопатогенным грибам и бактериям' Scleroíima sdemliorum, Fusanum oxaporum, F solani, F-Culmorum, Erwima carotovora, P sendo monas corrúgala Обнаружено подавление роста фитопатогенных грибоз летучими соединениями, присутствующими а удобрении или образующихся при его трансформации микрофлорой

7. В вегетационных опытах на различных сельскохозяйственных культурах показано, что внесение Бамила повышает урожай на 40 - 170 % и существенно улучшает качество продукции, снижая содержание в ней нитратов. Установлена эффективность удобрения для снижения заболеваемости сельскохозяйственных культур. В вегетационных опытах в зависимости от дозы удобрения выявлено снижение на 2,7 балла степени поражения капусты возбудителем килы, а также полное подавление заболевания

8. Разработаны приемы применения биоудобрения Бамил для рекультивация отвалов после добычи бурого угля Установлено, что внесение удобрения значительно увеличивает численность и биомассу микроорганизмов на антропогенно нарушенных субстратах, обеспечив?» повышение урожая растений в 3-8 раз

9 Полученные результаты нашли подтверждение в производственных испытаниях биоудобрения Бамил (1993 - ¡996 гг ) н закрытом грунте НПО "Лето" Установлено увеличение урожая перца на 0,21 кг/ м2, и отмечено ускорение созревания плодов томатов

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Barbohna I I. // Microbiological characteristics of granulated biofertihzer made from the products of aerobic treatment of waste waters from pig farms. Proc 1-st International confeience "Biofertihzers from animal farm wasters" June 21-23 1993 P. 55-56

2 Chuguncva M V , Yeshchenko I. D , Gusarova G.A , Barbohna I.I Impact of unconventional biofertihzers from animal breeding farm waste products or. biological pioperties of soli //Proc 1-st Intemat'cnal confeience "Biofertihzers from animal farm wasters" June 2 1-23 1993 P 57-58.

3. Arklupchenko I , Barbohna I Bamil - new biofertihzer and plants protective agent // Proc International conference "Biotechnology St.Petersburg", September 2123. St Petersburg, 1994. P 125-126

4 Барболина И К. Микробиологическая характеристика гранулированного биоудобрения из продуктов аэробной переработки сточных вод свинооткормочных комплексов Сборник трудов 1 Международного совещания "Биоудобрения из отходов животноводства" Июнь 1993 г Санкт-Петербург 1995 С.47-48

5. Чугунова М В , Ещенко ИД, Гусарова Г А , Барболина И И Влияние нетрадиционных биоудобрений из отходов животноводства на биологические свойства почвы // Сборник трудов 1 Международного совещания "Биоудобрения из отходов животноводства" Июнь ¡993 г Санкт-Петербург, 1995 С 62-64

6 Барболина И.И Механизм действия биоудобрения бамил // Рекомендации по использованию биоудобрения бамил и биокомпостов для повышения урожая сельскохозяйственных культур Санкт-Петербуог, 1995 С 6-9

7 Барболина И,И , Архипченкс И.А Микрофлора бамила - гранулированного удобрения, полученного из активного ила очистных сооружений свинокомплексов//Микробиология. 1995 Т 64 N 1 С 133-136.

8 Барболина И И Влияние удобрения бамил :-:а биологическую активность почвь; и урожай сельскохозяйственных культур // Тезисы докладов международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Повышение эффективности агропромышленного производства в условиях современных форм хозяйствования" Воронеж,1995

9 Барболина И И. Влияние бамила на фитопатогенные микроорганизмы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук 1996 "2 С 34-35.

10. Архипченко И.А. Барболина И И Особенности влияния микробных биоудобрений на урожай сельскохозяйственных культур и фитопатогенчую микрофлору//Сельскохозяйственные зестк 1997. №2-3 С3ч--3ё