Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА КОМПОСТА ИЗ РИСОВОЙ СОЛОМЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ ГУМУСА И МИКРОФЛОРУ, УЧАСТВУЮЩУЮ В ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЯХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА КОМПОСТА ИЗ РИСОВОЙ СОЛОМЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ ГУМУСА И МИКРОФЛОРУ, УЧАСТВУЮЩУЮ В ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЯХ"

Министерство сельского хозяйств л ссср

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

9 ¿ЦиЛ

****** * #а правах рукописи

МОХАМЕД А БД ЕЛ Ь-ГАВ АД МОХАМЕД АЗ АЗ И

ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА КОМПОСТА ИЗ РИСОВОЙ СОЛОМЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ ГУМУСА И МИКРОФЛОРУ, УЧАСТВУЮЩУЮ В ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЯХ

(Специальность 03.00.07 — Микробиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 198»

Диссертационная работа выполнена «а кафедре микробиологии Московской ордена Леннна и ордена Трудового Красного Знамени- сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Е. 3. Теплер.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Д. Г. Звягинцев; кандидат биологических наук, доцент А. И. Карпухин.

Ведущее предприятие—Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения (ВИУА).

Защита состоится » . ОКр-^.к,..... 1980 г.

11 { в «/р. » часов на заседании Специализированного Совета

К-120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии

им, К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 47, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан Л » . . . 1980 г.

Ученый секретарь Специализированного со*

кандидат биологических

Актуальность проблемы. На современном этапе развития земледелия повышение содержания гумуса в почве является одной из центральных проблем почвоведения, агрохимии и сельскохозяйственного производства.

Как показали многочисленные опыты, в-том числе и опыты с меченым азотом (15N2) {Турчин, 1964; Смирнов, 1968), почвенный азот составляет значительную часть в урожае при применении различных форм азотных удобрений в севооборот те. Это соответственно приводит к уменьшению содержания гумуса почвы, плодородие которой сильно деградирует. Эффективность же минеральных удобрений, особенно высоких доз, в свою очередь, на малоплодородных* почвах в значительной степени снижается (Ильин, 1972).

Совместное внесение органических и минеральных удобрений обеспечивает одновременно высокую эффективность минеральных удобрений и сохранение, а в отдельных случаях, и повышение баланса гумуса в почве (Мамченков, 1939, 1966, 1972; Анзорге, 1966; Ильин, 1972; Пан никое, 1972).

В сельскохозяйственной практике основным источником гумуса служит навоз (Мамченков, 1966, 1972; Novak, 1971а, 1972). Однако при широком'Применении минерального азота, навоз уже не может удовлетворить все возрастающие потребности в органических удобрениях (Schmalfus, 1958; Кольбе, Штумпе, 1972). По этой причине в настоящее время пожнивные остатки и солома злаковых культур приобретают все большее значение как источники образования гумуса в почве.

Возможность использования соломы в качестве органического удобрения возникла в связи с повышением урожаев зерновых культур и высвобождением значительных резервов ее при переходе на бесподстилочное содержание скота. В этом аспекте ^собое значение приобретает использование рисовой соломы, т. к. она'непригодна для кормовых целей. При этом в районах рисосеяния часто ее сжигают в поле, что весьма нецелесообразно (Мишустин с соавт., 1965; Мишустнн, 1972, 1977; Долгих с соавт., 1977; В остров с соавт., 1977).

Большинство полевых и лабораторных опытов по использованию соломы в качестве удобрения показали положитель-

Цшр, млш биЗл:;оте!» 1

Моск. орд, Даша шьш. »ад. ни. К, А, Тшршза

* клеена

ное влияние ее на содержание гумуса и баланс азота в почве (Федоров, 1940, 1945; Мамченков, 1966; Коль бе, Штумпе, 1972; Теппер, Иванова, Ганжара, 1975; Авров, Мороз, 1979). Однако условия разложения (добавление азота, тип почвы и другие факторы) оказывают определенное влияние на интенсивность гумификации соломы, на микрофлору, на выход гумуса и качественный состав его (Springer, Lehner, 1952; Szolnoki, Vago, 1953; Теппер, Иванова, Ганжара, 1975; Мишу-стин, Сидоренко, 1977).

Цель и задачи исследований. В связи с тем, что в рисовни-ках значительная:часть времени почва находится в условиях затопления, целью нашей работы было изучить влияние водного режима на интенсивность разложения рисовой соломы, накопление гумуса, его качественный состав и микрофлору, участвующую в синтезе и минерализации гумусовых веществ.

Важность решения этих вопросов обусловлена еще и тем, что в одних случаях (в условиях Краснодарского края) в почву рнсовников вносят свежую солому (Долгих с соавт., 1977; Востров с соавт., 1977), в других — в условиях Египта (в дельте реки Нила) рисовую солому предварительно компостируют в течение 149 дней при 60—70% от полной влагоемкости (Taha et al, 1971).

Научная новизна исследований. Установлено, что гумификация соломы интенсивнее протекает-при 60% от ПВ (в аэробных условиях), чем при полной влагоемкости (100%-ная влажность в анаэробных условиях). В условиях 60% ПВ накапливается значительно больше (в 2—3 раза) гумусовых веществ, чем при полной влагоемкости.

В отличие от овсяной соломы (Теплер, Иванова, Ганжара, 1975) при одинаковых условиях влажности, в новообразованных гумусовых веществах в разлагающейся соломе риса преобладает «С» фульвокислот и меньше единицы.

• шире в гумусовых веществах, образовавшихся в условиях 60%-ной влажности, что указывает на более высокое качество'их, чем в гумусовых веществах, образовавшихся в условиях затопления. Впервые выявлена сукцессия различных физиологических групп микроорганизмов, участвующих в разложении отдельных химических компонентов рисовой соломы в разных условиях влажности, и показано, чем она обусловлена. При разложении рисовой соломы впервые установлены группы микроорганизмов, причастные к синтезу гумуса и к минерализации его. Впервые установлены оптимальные дозы фосфора и кальция для приготовления. компостов из рисовой соломы -в условиях Египта.

Практическая ценность работы. Результаты исследований

позволяют выбрать лучший режим влажности для компостирования рисовой соломы, обеспечивающий больший выход и качество гумусовых веществ. Знание особенностей физиологических групп микробов, участвующих в синтезе и минерализации гумуса позволит регулировать эти процессы и более рационально использовать запасы гумуса в почве. Даны рекомендации производству доз фосфора и кальция, которые необходимо добавлять к соломе для большей эффективности КОМ'ПОСТОВ.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научной конференции молодых ученых ТСХА (секция агрохимии и почвоведения).

Публикации. Основное содержанке диссертации опубликовано в трех статьях, 4-я статья находится в печати.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, в котором приводится обоснование темы и выводов. Материалы диссертации изложены на 115 страницах печатного текста, 16 таблиц и 9 рисунков. Список литературы включает 146 наименований отечественных и зарубежных работ.

Глава I. ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ

(Обзор литературы).. В ней кратко излагаются теории образования гумуса, участие в этом процессе метаболитов, грибов, актиномииетов, бактерий и продуктов ресинтеза микроорганизмов,.а также даются представления о микроорганизмах, зимогенной и автохтонной группы, минерализующих гумусовые вещества.

Глава II. СОЛОМА КАК ИСТОЧНИК ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

В этой главе приводятся данные по влиянию соломы на содержание гумуса в почве, микрофлора, участвующая в синтезе и минерализации гумуса при разложении соломы. Негативные стороны применения соломы.в практике сельского хозяйства и пути преодоления ИХ.

Г л а Ъ а III. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ; ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объекта исследования была использована рисовая солома с опытных лолей Всесоюзного научно-исследовательского института риса ВЛСХНИЛ (Краснодарский-край). Солома содержала: углерода — 48,2%; азота — 0,5%; отношение С : N=96,4 : 1; зольность — 16%.

, Для решения вопроса о влиянии водного режима нагуми-

фикацшо соломы и микрофлору, участвующую в этих процессах, были поставлены 2 опыта. В первом опыте солому компостировал» в аэробных* условиях при 60% от ПВ ее. Во втором — в анаэробных условиях при затоплении ее. Первый опыт был заложен в чашках Петри на гелевых пластинах. Последние, отмытые от следов хлора, пропитывали 3 мл минеральной среды следующего состава (в г на 200 мл дистиллированной воды): КгНРО«— 1,0, МаС1 — 0,5; МрБО* — 0,5. РеЗО* — 0,01, МпЭО« —0,01. Азот был добавлен в виде КМОэ из расчета 20 мг азота на чашку, а в качестве единственного источника углерода поместили навеску измельченной соломы из расчета 1 г абсолютно сухой массы на чашку. Затем солому увлажняли до 60% ПВ, инфицировали 1 мл суспензии черноземной почвы из-под риса.

Второй опыт был заложен в сосудах емкостью 200 мл. В каждый сосуд поместили измельченной соломы, из расчета 15 г абс. сухой массы, добавили соответствующее количество минеральной смеси и почвенной суспензии 15 мл. Азот был добавлен в виде (ММ^БО* из расчета 20 мг азота на 1 г массы. Солому залили водой до полной влагоемкости ее. Чашку и сосуд в многократной повторностн* поместили в термостат при 4° — 26—28°С, Периодически в течение года брали по 5 чашек первого опыта и по одному сосуду второго опыта для проведения микробиологических и биохимических анализов.

Микроб иолопгч ее кий анализ проводился по общепринятой методике — на плотных средах (посев поверхностный). При этом учитывали следующие группы микроорганизмов: сапрофитные— на МЛА, в том числе в состоянии спор—на МПА с сусло-агаром; сапрофитные, использующие минеральный азот, в том числе актиномииеты на КАЛ; грибы на сусло-агара (СЛ) и методом прямого счета под микроскопом; целлюлозо-ра эру тающие — на среде Гетчинсона, в модификации Пушкинской; микроорганизмы автохтонной: группы, минерализующие гумусовые вещества по Е. 3. Теппер (1963) на нитрит-ном агаре (НА), представители рода С1озШс1!итп на сред^ Ви-ноградского в модификации В. Т. Емцева (1965) методом предельных разведений.

Биохимический анализ исходной и разлагающейся соломы проводился с некоторыми изменениями * по методу Н. 'А. Лу-кашнк н В. А. Ташилнна (1965).

Определение количества и группового состава новообразо-

* Вместо экстракции эфиром, экстрагировали спи р то-бензолом (1:1); перед определением сырой клетчатки, для удаления гумусовых веществ, образцы обр а бати вал к пирофосфаточ натрия (Александрова, 1972). Для определенна лигнина в сыро Л к.тегчагке последнюю обрабатывали 72% серной кислоти.

ванных гумусовых веществ проводили по методу Тюрина (Пономарева, Плотникова, 1975).

Для изучения компостирования рисовой соломы в условиях Египта 30 г измельченной (до 3—5 см) массы ее помещали в сосуд и увлажняли до 60% от полной влагоемкостн. Затем в компосты добавляли разные дозы азота, фосфора и кальция. Затем их выдерживали 14 дней при колебании температуры от 30 до 60°С, имитирующих колебание температуры в естественных условиях.

Глава IV. ВЛИЯНИЕ ФОСФОРАМ КАЛЬЦИЯ s НА МИКРОФЛОРУ И ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ РИСОВОЙ

СОЛОМЫ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ КОМПОСТИРОВАНИЯ ,

Изучалось влнянне разных доз фосфора и кальция на микрофлору и на разложение компостируемой соломы, которая вносится в почву дельты реки Нила, Дозы вносимых удобрений (от веса соломы) ; фосфора (Р) —0,25, 0,5, 0,75 н 1,0% в виде KîHPO^ и кальция — 2,5 к 5,0% в виде CaCOj, К компосту был добавлен азот 0,7%. Результаты исследований показали, что численность различных групп микроорганизмов и скорость разложения соломы (по падению содержания углерода и относительного увеличения золы) была оптимальной при внесении фосфора 0,5%. Присутствие кальция несколько подавляет численность разных трупп микроорганизмов и процесс разложения соломы. Однако при подкислснии компоста требуется внести СаСОэ —2,5%,

Глава V, РАЗЛОЖЕНИЕ РИСОВОИ СОЛОМЫ И ОБРАЗОВАНИЕ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ ВЛАЖНОСТИ

1. Изменение общей массы к химического состава рисовой соломы в процессе ее разложения'

Данные, приведенные в таблицах 1—3 и рис, 1, свидетельствуют о скорости разложения соломы и дннамикп отдельных химических компонентов ее и об интенсивности разложения соломы во времени в разных условиях влажности. Так, в конце опита (через I год) при влажности 60% от полной влагоемкостн потеря сухой массы составила 80,2%, а в условиях полной влагоемкостн — только 48,2%. При этом интенсивность разложения соломы во времени в первом опыте была очень высокая к неравномерная — по месяцам. В первый месяц разложилось 30,4%, во второй — 26,5%, ав последующие месяцы она колебалась от 4,7 до 0,9% or общей .массы соломы.

Т а б л н Ц а . 1

Динамика разложения соломы при разных условиях влажности>

Сроки разложения, в днях 60% пв 100% ПВ

Сухой остаток потеря массы, в % от исходной Сухой остаток потеря массы, %

в г в % к исходному в f в % к исходному

15 0,882 88,2 11,8

30 . . 0.696 69,6 30,4 0,918 91.8 8,2

60* 0,431 43.1 56,9 0 865 ' 86,5 13,5

■ -90 0,387 38,7 61,3 0.818 81,8 18,2 .

120 0,315 31,5 68.5 0,763 76,3 23.7

150 0.293 29,3 70,7 0,717 • 71,7 23,3

2)0 0.255 25,5 74.5 0,667 66,7 33,3

270 0,226 22,6 77.4 0.612 61,2 38,8

360 0,108 19,8 80,2 0,518 51,8 48,2

Исходное ко-

личество, г 1,0 100 — 1,0 100 —

Во втором опыте при полной влагоемкости интенсивность разложения была значительно ниже и более равномерной во времени, чем в первом опыте. За первый месяц разложилось только 8% от общей <массы, а в последующие сроки (по месяцам) до конца опыта она колеблется от 2,6 до 5,3%.

Анализируя данные по разложению отдельных химических компонентов соломы в разных условиях влажности {табл. 2, рис. I), следует отметить, что наиболее быстро, особенно при 60% влажности, разлагаются вещества, экстрагируемые спир-то-бензолом (смесь жира, воска и смолы). За первый месяц в условиях 60% влажности, разложилось' 75,65% их, а в последующие месяцы до конца опыта разложилось 22,91%. При этом интенсивность разложения-постепенно падает- В конце опыта осталось неразложенной лишь 2,44 веществ этой фракции. На втором месте по интенсивности разложения находятся углеводы, полученные по методу определения сырой клетчатки. За первые два месяца разложилось 62,5% от общей массы их, остальные 22,5% клетчатка (видимо лигнизирован-ная) разлагалась медленно (от 3,0 до 1,6% в месяц), а в конце опыта осталось 8% неразложенных углеводов. Очень медленно разлагался лигннн. За первый месяц потери его составили 9,8%. В последующие три месяца интенсивность его разложения была на более низком уровне (от 5,0 до 3% в месяц).

В конце опыта (7—9 мес,) интенсивность разложения лигнина колебалась от 14,8 до 9,4%. К концу опыта 31,2% лигнина осталось неразложенным. Баланс азога, рассчитанный по содержанию сырого протеина, оказался в конце компостирования положительным (0,6 мг азота на 1 г соломы).

fuci Изменение іимичешю состаєл рнсовои сояомы в процессе ес рдзяошння ь taîhw* icilosvlstt sßawttociu от ctpbcaahiiuwfoïoftnlctw)

А - вО °Ат HS5-m namù бшземюш/

Щ іещестйа vs&netoetM атию-беишзи; S yШво&гг 1ПЭ мтг; Ш w»Оютяя

Изменение химического состава рисовой соломы в процессе ее. разложения в разных.условиях влажности (в г н в % от ислодного)

Вещества, экстрагируемые спиртобензолом Сырая клетчатка

Сроки разложения в днях углеводы лигыш Сырой протеин

При 60% влажности от ПВ

Исходная масса 11,62 ,15.0 11.2 3,13

100 100 100 100

15 3.6 27.5 " 10.8 Я.5

31,2 78,6 96,0 271,6

30 2,8 21,3 "10.1 8.6 '

2-1,4 60,7 90.2 275.7

60 2.2 13,1 9.5 10.6

19,1 37,2 84.8 338.7

120 1.14 8.7 11.6

9,3 77,7 370.6

210 0.49 7,1 6.2 12.7

«3 20,4 55,5 405.8

270 0.37 4.5 4,12- 18.5

3,17 12,8 36.8* 591,1

360 0.23 2.8 3.5 19.4

2,44 а.о 31,2 619,8

При полной влагоемкости

30 10,2 30.6 11.0 8.7

. «7,9 87,5 98.4 277,9

60 9.2 27.5 10.8 8,5

792 78,4 96.0 271.6

90 8.5 25,6 10.5 9,7

72,9 73,1 93,8 309,9

' 120 7.9 , 23.6 8.0 10.6

49,1 55,8 59.2 348,2

270 4.0 17.3 5.5 11.6

34,4 49,5 49,0 370,6

360 2.7 14.6 4.6 14.8

23,5 41,7 41,2 472,8 і

В условиях полно» влагоемкостн (табл. 2) разложение всех изученных химических компонентов соломы происходило на более низком уровне, чем в первом опыте. За первый месяц разложилось только 20,8% веществ экстрагируемых спиртобензолом, затем интенсивность разложения их падает (от 7,3 до 2,6%). К концу опыта 23,5% этих веществ не разложилось. Аналогичная закономерность отмечается и при разложении углеводов. К концу опыта осталось 41,7% углеводов. Лигнин на протяжении всего опыта также разлагался медленно. На 4-й месяц компостирования разложилось 11,3% лигнина от исходного, а в остальные сроки интенсивность разложения его колебалась от 6,2 до 3,0%. К концу опыта остаток лигнина составил 41,2%. Баланс азота оказался отрицательным и составил— 0,1 мг на 1 г соломы.

2; Образование гумусовых веществ в процессе разложения1 соломы в разных условиях влажности

При изучении синтеза гумусовых веществ в условиях 60%-ной влажности (опыт на гелевых пластинках) содержание их определялось как в компостированной массе, так и в геле, т. к. часть их диффундировала в гель. Из геля они извлекались 0,1 л NaOH. Из компостируемой массы соломы гумусовые вещества извлекались 1М раствором пирофосфата. Затем в вытяжках определялся общий «С» гумуса, «С» гуминовых и фульвокислот. Из таблицы 3 и рис. 2 видно, что в условиях 60%-ной влажности за один и тот же промежуток времени накопилось больше (в 2 и 3 раза) гумусовых веществ, чем в условиях полной влагоемкостн. В первом опыте максимальное количество их отмечается через 150 дней, а во втором — через 90 дней. При всех условиях влажности в кочпостах прсобла-

Сг К

дает «С» фульвокислот н щ™ меньше единицы. Однако в гумусовых веществах, образовавшихся при 60% ПВ, это отношение шире, чем в компостах, в условиях полной влагоемкостн. В гумусовых веществах, диффундировавших в гель, преобладает «С» гуминовых кислот и у^С- шире единниы, что указывает на более высокое их качество и о возможно более интенсивной конденсации гумуса в геле.

После максимального накопления гумуса в обоих опытах (через 150 и 90 дней) наблюдается постепенное снижение его до конца опыта.

Сопостэвляя динамику накопления гумуса (табл. 3) и динамику разложения обшей массы соломы и отдельных химических компонентов ее (табл. 1—2, рис. 1), можно видеть, что наиболее активный процесс накопления гумуса происходит в 8'

Динамика общего и группового состава сС> гумусовых веществ, образовавшихся при разложении рисовой соломы, в разных условиях влажности

Сроки разложения в днях

Обший С гуминовыя веществ

С гумино-вых кислот

С фульво-кислот

Сг.К. Сф.К.

% С гуми-новых кислот от общего с

Во всем компосте (в разложившейся соломе и в геле при 60% от ПВ)

15 2,87 0.0 2,87 0 0

30 4,60 1.21 3,39 0.36 26,3

60 8.43 1.50 . 6,93 0,22 17.8

90 9.12 2.24 6,88 0.32 24,6

120 10,72 2.74 7,53 0.36 24,6

150 11,49 ■ 4,04 7,45 0.54 35.2

210 9.08 3,36 5,72 0,59 37,0

270 Ъ,32 ■ 2,1» 3,14 0,70 40,5

ЗЙЬ 3,94 1,34 2,60 0,50 34.0

В гумусе, диффундировавшем в гель

15 _ ,

30 1,37 0,64 0,73 0,87 46,7

60 1,61 0,85 0,76 1,12 52,8

90 1,64 1,08 0.56 1,93 65,8

120 2,00 1,18 0.82 1,44 59,0

150 2.65 1,95 0,70 2,78 73,6

210 2,52 1,62 0.90 1,80 64.3

270 1,83 1,08 0,75 1.44 59.0

360 1,04 0,46 . 0,58 0,79 44,3

В условиях полной елагоемкостн

30 1,91 0,44 1,47 0,21 25,7

60 2,01 0.57 1,44 0.39 28,4

90 3.35 0,62 2,73 0,23 18,5

120 2,15 • 0,59 1,56 0,38 27,4

210 1.91 0,59 иг 0,45 30.9

270 1,79 0,46 1,33 0.35 25.7

360 1,83 0.65 1.19 0,55 35,5

первые 2—4 месяца разложения соломы в период активного разложения углеводов и веществ, экстрагируемых спирто-беи-золом. Эти данные подтверждают выводы М. М. Кононовой и И. В. Александровой {1949) и М. М. Кононовой (1963, 1972) о роли углеводов растительной массы в образовании гумусовых веществ. В последующие сроки — до конца опыта — в период активного разложения лигнина интенсивность накопления гумуса уже не улавливается, т. к. процесс разложения гумуса, по-видимому, идет более быстро, чем его синтез.

Глава VI. ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ РИСОВОИ СОЛОМЫ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ ВЛАЖНОСТИ

В табл. Ф и на рлс. 2а—г приведены данные динамики численности различных физиологических групп микроорга-низмов.при разложении соломы в условиях 60% от ее ПВ. Сапрофитные микроорганизмы, использующие органический азот (учет,на МПА) достигают максимальной численности в первые три месяца и исчисляются млрд. клеток на г массы. После '120 дней численность их постепенно падает до кониа* опыта. Численность бацилл в состоянии спор (учет на МПЛ + СЛ) исчисляется сотням» и десятками тысяч и составляет невысокий процент or численности на МПА. Численность микроорганизмов, использующих минеральный азот (учет на КАЛ), значительно меньше, чем на МПЛ,-а максимальная численность их отмеча-ется от 60 до 150 дней компостирования. В этот же период возрастает абсолютное'!! относительное содержание актииомииетов (от 16 до 36%). Численность грибов исчисляется миллионами и сотнями, тысяч. Максимальная численность отмечается от 60 до 120 дней разложения. Наибольшая численность микроорганизмов выявлена на бедной среде (на нитрнтном'.згаре /НА/) и, начиная от 90 до 210 дней, микроорганизмы автохтонной группы, минерализующие гумусовые вещества, исчисляются десятками миллиардов. Однако, начиная от 120 дней до конца опыта, отмечается резкое повышение процентного содержания этой группы (от 72 до 93,8%).

Бактерии, окисляющие клетчатку, в основном исчислялись сотнями тысяч и только через 90 дней разложения (й период наиболее активного разложения клетчатки) они составили 1350 тысяч.

Изучение динамики ч!гсленности различных физиологических груггп микроорганизмов при разложении соломы в условиях ее полной влагоемкости показало (табл. 5), что все те группы, за исключением грибов и бактерий, окисляющих клетчатку (в этих условиях не изучались), развивались и в этом опыте, но численность их была значительно ниже, чем в условиях 60% от ПВ. Максимальная численность их, как правило, была выявлена через 90 днеГп разложения соломы, а в последующие сроки до конца опыта (360 дней) численность их уменьшалась.

Интересно, что спороносные бактерии (в недеятельном состоянии), учитываемые на МПЛ + СА от 120 дней до конца опыта,'составили 79—85%. Максимальная численность и относительное содержание актиномицетов наблюдалось ог 90 до 10

m к ----Ш:

.ВЛАЖНОСТИ НА 11 А6С. СУХОЙ МАССЫ

» rwv еО'А отлв; •—• Км от ПЬ

А -чисяенасстгі оїівниімоб НПЛ мпн.) iß • с&ж&итяыг ttutpeop80*i/3>*x sjf - СПОЮЮСные

b -численность mo«poop2ohuîmo6 но ka а /о нян) t2 ■ оьщоя численность 3,4 - окттомицеюы

а і общая численності) гнаоі ( в ewcj

-г цвярюлозо^інлитоара. микроореомімоВ ¡6 тыс.) Г'бБЩСЯ ЧОСЯбНЮСГПь на НА І і мл») А •Оьщоя чиспетоеть иЬтпсхмомой мик/чзр-уюра/ но я* (â £• Ощии „ С " гипсовых бещестб (6y*J

Динамика численности различных групп микроорганизмов при разложении соломы при 60% ПВ (на 1 г абсолютно сухой массы)

Группа микроорганизмов Сроки разложения, дни

15 30 | 60 90 120 150 210 270 J 360

Сапрофитное на МПЛ, в 'млн. , . 3180 6510 8720 5520 2320 1232 1000 446 259

в том числе спороносные ira МПЛ+СЛ, в млн...... 150 754 1300 325 192 &8 139 30 10

% от численности на МПЛ , , , 4.7 11,5 15,0 6.0 8,3 7,2 8,7 8,3 3.8

Сапрофитные на КМ, в млн. . . 240 780 2706 3G00 2180 1880 1106 1900 1340

в том числе актиномидеты, в млн, ........... 35 25 №6 506 792 305 173 166 28

в % от численности на КАЛ . 15 3 25 16 36 16 16 8 2

Грибы на СА и методом прямого счета под микроскопом, в тис. . 860 3G00 1066 5600 3260 8GG .830 317 418

Окисляющие клетчатку, на среде Гетчинсона, в тис...... 13 183 __ 1350 643 253 300 132 150

на нитрнтном агаре (НА), млн. 4212 2106 8586 12717 17577 ■ 19683 15390 2316 45G8

из них автохтонной группы, млн. 0 211 1988 • 5134 12760 16170 12055 2074 4285

в % от численности на ПА , . 0 10,0 23,1 40,3 72,6 82,1 78,3 89,9 93,8

: ' ' Таблица 5

Динамика численности различных трупп микроорганизмов при разложении соломы в условиях полной влагоемкости (на I Г абс. сухой массы)

Сроки разложения, дни

Группа микроорганизмов 30 60 90 120 150 210 270 360

Сапрофитные ira Л1ПЛ, в млн, , . 2580 3494 2880 1820 1466 1440 1250 980

Ич них сапрофитные на MIIA+CA, млн............ 1420 1640 1720 1440 1234 1140 1066 790-

в % от общего числа на МПА 55 ' 47 49 79 84 84 85 80

Сапрофитные на КЛЛ, в млн. , . 379 914 1434 1094 686 780 650 434

Из них актнномицети, в млн. , . г . 36 170 540 340 140 172 134 91

в % от общего числа на КАЛ 10 18 37 31 20 22 21 22

Род Closiridium, в тыс...... 117 . 450 6000 1700 2200 1300 1050 750

из них CL pasteurianum, в тыс. 110 200 1500 600 700 700 400 300

и Cl. acetobulylicum, в тыс. . . 7 250 4500 1100 1500 600 ' 650 450

Общая численность на НА, в млн. 1328 2Г08 3726 1895 1420 820 785 . 567

из них автохтонной группы (Nocardia и Athrobacter) в млн. 240 1348 2367 1664 1256 680 644 456

в %........... 18 49 63' 89 . 88 83 82 80

120 дней разложения. В этот период они исчислялись сотнями миллионов и составили 37—31% от числа на КАЛ; Представители рода Clostridium исчислялись миллионами и сотнями тысяч, причем максимальная их численность отмечается к 90 дням, преобладают Clostridium acetobutylicum.

Микроорганизмы, учитываемые на'ннтритном агаре, в том числе и автохтонной группы исчисляются миллионами и сотнями тысяч. Максимальная численность их колеблется в интервале от 90 до 150 дней комтюстировзния, а затем абсолютная численность их снижается, а процент автохтонной группы, от 90 дней до конца опыта постепенно увеличивается (от 63 до 80-89%).

Изучение качественного состава микроорганизмов показало, что в условиях 60%-ной влажности от ПВ отмечается сукцессия у всех физиологических сапрофитных групп. На МПЛ в первые сроки разложения—до 2-х месяцев, преобладают бактерии рода Pseudomonas с 90 до 150 дней превалирует род Bacillus, а от 150 до конца опыта представители рода Mycobacterium. На среде Гетчинсона с клетчаткой до 90 дней преобладают представители Streptomyces (Syn. Actinomyces) и сем. Micromonosporaceae и грибы рода Chaetomium и Trichu-rus. От 90 до 120 дней преобладают плодовые тела миксобак-терий рода polyangium, а через 360 дней на клетчатке выявился гриб Fumago, который составил 73% от всей микрофлоры.

Из грибов, учитываемых на СЛ и методом прямого счета, в первый период разложения (до 30 дней) преобладали представители родов: Mucor, Rhizopus, Aspergillus и pénicillium. Начиная от 60 дней до конца опыта (360 дней) на разлагающейся соломе развивался этшфитный гриб Fuma^o. Хламндо-споры этого гриба составили от 49 до 70%, В отдельные сроки (от 90 до 150 дней) и позже отмечался значительный процент грибов родов: Aspergillus, Pénicillium, Trjchurus, Nigrospo-rium. и пиреномицеты (сем, Sphaeriaceae и Chaetomiaceae). В группе микроорганизмов, учитываемых на нитритном агаре, до 90 дней преобладали (от 48 до 92%) представители рода Mycobacterium, от 90 до 210 дней значительный процент (1&— 24%) составили представители рода Nocardia, от 150 до 210 дней представители рода Arthrobacter, от 120 дней до конца опыта наивысший процент составили отдельные представите,!и семейства Micromonsporaceae (от 45 до 67%),

Такая сукцессия различных физиологических групп была обусловлена характером разложения отдельных химических компонентов рисовой соломы и продуктами их жизнедеятельности, в том числе метабол1гтами, обладающими антибиотическими свойствами. Последнее было установлено при изучении

нами взаимоотношений* представителей сем, Micromonospo-raoeae с отдельными: видами Nocardia, Arthrobacter и грибов. Fumago и pénicillium.

Качественный , состав- микроорганизмов при разложении соломы в условиях полной влагоем!Кости был значительно беднее, чем при 60% от ПВ. Так, микроорганизмы, учитываемые на. МП А до 60 дней компостирования состояли из представителей рода Pseudomonas и Bacillus, а в связи с тем, что к 90 дням произошло сильное подкисление компостов (при брожении углеводов и экстрагируемых веществ от 120 дней до конца опыта преобладали (от 74 до 85%) спороносные бактерии в состоянии спор. Из представителей рода Clostridium преобладали. .Cl. acetobutylîcum, а примерно 1/3 составили Cl. past€urianum.

■ Микроорганизмы автохтонной группы были представлены (от 90 дней до конца опыта) представителем родов Nocardia и Arthrobacter, которые в этот период составили от 63 до 89% от всей микрофлоры, учитываемой на НА.

Актнномнцеты составили наибольший процент в период от 90 до 120 дней (37—31%), а в остальные сроки их содержание колебалось (от 10 до 22%) от всей микрофлоры на КАЛ.

Глава VII. МИКРООРГАНИЗМЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И МИНЕРАЛИЗАЦИИ

; гумусовых веществ ,

При сопоставлении' динамики численности различных групп микроорганизмов (табл. 4, 5, рис. 2а—г) с динамикой разложения отдельных химических компонентов соломы (табл. 1—2 и рис, 1) выявляется прямая корреляция между интенсивностью разложения вешеств, экстрагируемых спиртобензолом, и углеводов (гемицеллюлоз и целлюлозы) и ростом численности микроорганизмов, учитываемых на богатых средах (МПА, КАА, CA и среде Гетчинсона с клетчаткой). Это указывает на причастность перечисленных групп микроорганизмов к разложению соответствующих химических компонентов соломы,

Эпифитная микрофлора, представленная главным образом родом Pseudomonas и Mycobacterium, участвует в окислении растворимых углеводов, жиров, аминокислот и белковых вешеств. Бацклярные формы, грибы (родов Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Pénicillium), которые наряду с разложением растворимых углеводов белков, могут участвовать в разложении межклеточных веществ. Вслед за мацерацией ткани обнажаются целлюлозные волокна и клеточные стенки, состоящие из

клетчатки. Клетчатку атакуют микроскопические грибы родов: Fumatfo, Trichurus, Stachybotrys и пиреномицеты (сем. Sphac-riaceae и Chactomiaceae, род Streptomyces) и представители " семейства Micromonosporaceae и миксобактерпи рода poly-angium. Максимальный рост клеточной массы указанных выше микроорганизмов сопровождается максимальным накоплением гумусовых веществ (табл. 3, рис. 2). Таким образом, наши данные показывают, что источниками гумусовых веществ являются легкоразлагающиеся компоненты соломы в основном углеводы (гемицеллюлозы и целлюлоза) и вещества, экстрагируемые спирто-бензолом. В период максимального накопления гумусовых вешсств основная масса лигнина остается еще малоразложившейся. Этот вывод находит свое подтверждение и в работах других исследователей (Кононова, Александрова, 1949; Кононова, 1963; Теппер, 1949, 1957; Теппер, Ивановз, 1978; Новогрудский, 1959; Küster, 1950, 1979; Випоградский, 1952; Мишустин с соавг., 1956; Flaig, Haider, 1968; Кауричев с со-звт., 1972). Однако углеводы и другие легкоразлагающиеся компоненты соломы являются не прямыми, а косвенными источниками гумуса. Микроорганизмы синтезируют метаболиты, продукты ресинтеза, которые могут стать непосредственными источниками гумуса (Теппер, 1952, Теппер, Сандрак, I960; Александрова, 1962; Новогрудский, 1959; Küster, 1963). Так, образующиеся белковые соединения и аминокислоты в результате деятельности сапрофитных бактерий (выявляемые на МПА) могут включаться в комплекс гумусовых всщсств л стать одним из его азотсодержащих компонентов (Кононова, 1951, 1963, 1972; Bremner, 1955).

Образующиеся уроновые кислоты в процессе окисления клетчатки (Лойцянская, 1937, Виноградский, 1952), в продуктах ресинтеза бактерий (Теппер, 1957) могут стать источниками образования фульвокислот.

Источниками образования темно-бурых продуктов, входящих в состав гуминовых кислот, могут служить метаболиты, содержащие фенолы, хиноны, меланины и другие соединения, синтезируемые грибами, актиношшетами и некоторыми бактериями (Новогрудский, 1959; Lad, 1964; Plotho,. 1950; 1952-Мишустин с соавт,, 1956; Küster, 1958, 1979; Кононова, 1963; Теппер, Сандрак, 1960; Александрова, 1962, 968; Лях и Рубан, 1972). . .

В условиях 60%"Ной влажности от ПВ наибольшая численность микроорганизмов, в том числе и автохтонной группы, выявляется на ннтритном агаре в период от 120 до 210 дней разложения и исчисляется десятками миллиардов, затем численность их падает. Однако относительное содержанке микроорганизмов, минерализующих гумусовые вещества, продолжа-

*

et увеличиваться. В конце опыта они достигают 89,9 и 93,8% (табл. 4). В период роста микроорганизмов автохтонной группы (Nocardia, Arthrobacter и сем. Micromonosporceae) отмечается и разложение новообразованных гумусовых веществ, * что указывает на причастность этой группы к минерализации последних. В условиях полной влагоемкости этот процесс выражен слабее, чем при 60%-ной влажности от ПВ< Максимальная численность их отмечается от 90 до 150 дней, затем происходит резкое уменьшение их численности и мгнее интенсивное разложение гумуса, что, видимо, связано с подкисле* нием среды в компосте. Из микроорганизмов автохтонной группы превалировали представители Arthrobacter и Nocardia (типа N. anaerobicum).

Особенно убедительные данные об участии представителей рода Nocardia и семейства Micromonosporaceae получены нами в опыте при компостировании соломы в чашках Петри на ге-левых пластинах при 60% влажности от ПВ. Дело в том, что на 30-е сутки компостирования соломы нами было обнаружено, что часть образовавшихся гумусовых веществ диффундирует в гель. Поэтому, после того кзк разлагающаяся солома снималась с чашки для анализа, гелевые пластины просматривались визуально, затем из них извлекались гумусовые вещества, которые подвергались анализу по Тюрину на общий «С» и групповой состав его. К 150 дням гумусовые вещества достигали в геле максимального количества (табл. 3), затем, (после 150 дней) количество их заметно уменьшалось. Визуальный просмотр гелевых пластин с гумусом позволил установить, что в геле с гумусом развиваются темновато-бурые колонии и по мере роста этих колоний происходит просветление геля и гумус под их воздействием разлтается. .Микробиологический анализ колоний в геле с гумусом позволил их отнести к роду Nocardia (N. citrea, N. rubra и N. flava).

Выводы

1. Установлено, что разложение рисовой соломы более интенсивно происходит при 60%-ной влажности ее от ПВ, чем при полной влагоемкости. В первом случае за 60 дней компостирования разложилось больше половины (56,9%) всей массы соломы, а в условиях полной влагоемкости за это же время только 13,5%. К этому времени при влажности 60% разложилось больше 60% углеводов и 80% веществ экстрагируемых спирт о-бе Н 30 л о м.

2. В процессе разложения соломы в условиях 60%-ной влажности к. концу опыта отмечается положительный баланс азота (+0,6 мг на I г соломы.) В условиях полной влагаем-

костн положительного баланса азота не наблюдается (бз-ланс азота составляет 0,1 мг на I г соломы).

3. Показано, что в условиях 60%-но» влажности от ПВ образуется значительно больше (в 2—3 раза) углерода гумусовых веществ, чем в условиях полной влагоем кости. При

. , Сг.К:

всех условиях влажности преобладают фульвокислоты и -^фх

меньше единицы. Однако в первом случае (60% ПВ) это отношение шире, чем в условиях полной вл а roe м кости, а в гу-.

мусе, диффундировавшем в гель; больше единицы, т.* е.

в аэробных условиях качество гумуса выше, чем качество гумуса, образовавшегося в условиях ПВ..

4. Сопоставление динамики изменения химического состава соломы и динамики накопления гумусовых веществ показывает, что период максимального накопления гумуса коррелируете максимальным разложением углеводов и веществ, экстрагируемых спирто-беизолом, что свидетельствует о том, что образование гумуса в данный период связано с разложением указанных химических компонентов соломы.

5. Изучение развития различных групп микроорганизмов в условиях различной влажности показало, что оптимальный рост микроорганизмов, учитываемых на богатых средах (МПА, КАЛ, СЛ.и на среде Гетчинсоиа с клетчаткой) коррелирует с оптимальной скоростью разложения углеводов (геми-целлюлоз и целлюлозы) н веществ экстрагируемых слирто-бензолом, а также с Наибольшим накоплением гумусовых веществ. Это свидетельствует о причастности этих гругш микроорганизмов к разложению отмеченных компонентов соломы и синтеза гумусовых веществ.

6. Выявлено, что оптимальная ч!гсленность и процентное содержание микроорганизмов автохтонной группы коррелирует с динамикой разложения гумуса, что свидетельствует о причастности этих микроорганизмов к минерализации гумусовых веществ. Последнее подтверждается и ростом колоний этих мнкрорганизмов на гелевых пластинах с гумусом, сопровождающееся его минерализацией.

7. В условиях Египта при предварительном компостиро-ванни;рисовой солочы в условиях 60—70%-ной влажности ог ее ПВ рекомендуется вносить в компост, кроме минерального азота — 0,7% ог сухого вещества (Тага с соавт., 1966), фосфор (в виде КаНР4) 0,5% и не рекомендуется внесение кальция (СаСОз), т. к. он не ускоряет процесс разложения соломы и не оказывает влияния на биологическую фиксацию азота. При снижении рН компоста рекомендуется использовать СаСОз не более 2,5%.

2 17

ПРЕДЛОЖЕНИЕ К ВНЕДРЕНИЮ

При компостировании рисовой соломы в условиях Египта рекомендуется вносить,:кроме азота (0,7%). и фосфор в виде КаНР04 — в дозе 0,5% от веса сухой массы соломы. В отдельных случаях (при снижении pH) рекомендуется использовать кальция (СаСОь) не более 2,5%.

Для большего накопления гумуса и улучшения его качества компостирование рисовой соломы рекомендуется проводить при 60%-ной влажности от ее ПВ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бактериологическое и химическое исследование компо-стов рисовой соломы. V. Влияние фосфора. Zbl. Bakieríol. parasitenk. míektionskrankh und Hyg. Band 126, Heft 7. S. 678—686 (1971). M. N. Zayed; S. M. Taha und M. Л. Azazy.

2. Бактериологическое и химическое исследование компо-стов рисовой соломы. VI, Влияние кальция. ZbL Bakteriol. Parasitenk. infektionskrankn. und Hyg, Band 126, Heft 7, S. 687—693 (1971). S. M. Taha; M. N. Zayed und M. A. Azazy.

3. Смена ■микрофлорьгпри аэробном разложении рисовой соломы. Доклады ТСХА, вып. 258, с. 97—103: (1980). М, А. Азази.

Объем I1/« п. л.

Заказ 1383.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. зкадемииим. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44