Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ЖИДКОГО АМИАКА НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНСТЬ ПОЧВЫ ПАСТБИЩА И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ ЕЖИ СБОРНОЙ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЖИДКОГО АМИАКА НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНСТЬ ПОЧВЫ ПАСТБИЩА И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ ЕЖИ СБОРНОЙ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА Н ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ними К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи Ольга Витальевна КАЗАНЦЕВА

ВЛИЯНИЕ ЖИДКОГО АММИАКА НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПАСТБИЩА И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ ЕЖИ СБОРНОЙ

Специальность 03.00.07 — микробиология-

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

V

МОСКВА — 1980

г?" ■ г - . . .'.■' * ' :

Работа-выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте кормов им. В.'Р. Вильямса. ~ - ~

. Научные руководители:: кандидат сельскохозяйственных наук В.. Г. Игловиков, кандидат; биологических наук В, А, Пронин. "

Официальные -оппоненты:- доктор: биологических- наук Е. X. Ремпе, доктор• биологических наук, профессор М. М. Гу-

кова. .- '' • '•' • -

Ведущее учреждение — Всесоюзный' научно-исследова-: тельский институт сельскохозяйственной микробиологии, Ле- : иинград — г. Пушкин. ■

Защита состоится « И^ЛЛП^ . . . ..... 1980 г.

в.-«/Л 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. . . V ' Автореферат разослан «

. . 1980 г. ;

Ученый секретарь Специализированного* совета, _ ■ доцент * : •

. -':"■■ В. Г, Ма|/ъенко.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Перед сельским хозяйством нашей страны стоит задача по всемерному укреплению кормовой базы как непременного условия быстрого роста продуктивности общественного животноводства. В решении этой проблемы большая роль отводится дальнейшему повышению урожайности природных и сеяных сенокосов и пастбищ. Одним из крупных резервов увеличения производства кормов, повышения продуктивности кормовых угодий является применение азотных удобрений, в том числе жидкого аммиака — наиболее концентрированного н дешевого азотного удобрения, рациональное использование которого позволяет сделать более рентабельным ведение лугопастбнщного хозяйства.

Жидкий аммиак относится к соединениям, обладающим высокой биологической токсичностью (Эно, Блю, 1961; Ко-реньков, 1966, 1976; Зятчина, 1976; Рагг, 1968 н др.). Поэтому наряду с изучением его влияния на продуктивность различных сельскохозяйственных культур выявление особенностей воздействия аммиака на микробиологические процессы в поч- • ■ве является необходимым условием его общей оценки. В настоящее ;ке время сложилось такое положение, когда более изученными оказались агротехнические аспекты его использования и гораздо менее изученными— вопросы влияния его на почвенную микрофлору и биохимические процессы в почве.

Для центральных районов Нечерноземной зоны исследований по влиянию жидкого аммиака на биологическую активность почвы при возделывании сельскохозяйственных культур мало. Данных же по действию аммиака на микробиологические и биохимические процессы в почве сеяных злаковых пастбищ в условиях орошения, а также по влиянию этого удобрения на физиологические процессы в пастбищных растениях нет.

Цель н задачи исследований. Основная цель работы — выявить особенности воздействия аммиака на почвенную микрофлору и некоторые физиологические процессы в растениях ежи сборной и установить характер связи их показателей с продуктивностью орошаемого пастбища.

!;".'. г,-«. .''sviM.

,. ii. V—

В связи с этим изучались следующие вопросы:

— особенности изменения численности микроорганизмов п биохимические процессы в почве орошаемого злакового пастбища в зависимости от норм азота жидкого аммиака;

— роль жидкого аммиака в мобилизации азота и фосфора, закрепленных микроорганизмами пахотного слоя почвы;

— рост растений ежи сборной, изменение поглотительно- ' выделительной деятельности корневой системы в условиях внесения высоких норм аммиака.

Научная новизна. Впервые для орошаемых злаковых пастбищ, расположенных на дерново-подзолистых среднесуглнни-стых почвах, выявлены размеры отрицательного действия аммиака на почвенную микрофлору и установлены различия в составе биологически активных веществ в почве при внесении аммиака и аммиачной селитры.

Выявлены отдельные показатели биологической активности почвы, коррелирующие с продуктивностью пастбища и качеством получаемого корма.

Впервые для ежи сборной 1 года жизни установлены коэффициенты использования азота и фосфора из биомассы как живых, так и погибших под действием аммиака микроорганизмов.

Установлены размеры ингибнрующего действия аммиака на рост растений ежи сборной в зависимости от нормы аммиака, типа почвы, возраста растений и удаленности их от зоны внесения аммиака.

Выявлено, что одной из причин отрицательного действия аммиака иа растении при внесении его повышенных норм является нарушение поглотительно-выделительной функции корневой системы.

Практическая ценность работы. Результаты исследовании могут быть использованы при разработке и теоретическом обосновании сроков и норм внесения жидкого аммиака на орошаемых пастбищах с травостоем из ежи сборной в условиях центрального района Нечерноземной зоны РСФСР.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены:

1. На конференции молодых ученых ВНИИ кормов им. В. Р. Вильямса (1974 г.).

2. На областной научно-практической конференции молодых ученых Московской области (ТСХА, 1975 г.).

3. На Всесоюзном семинаре по актуальным вопросам технологии и организации кормопроизводства (г. Нарва-Иыэсуу Эстонской ССР, 1978 г.).

4. На IV Зональной конференции молодых ученых и специалистов сельского хозяйства (Тюмень, 1978 г.).

В 1977 г. работа выдвигалась на областной конкурс МК

\

ВЛКСМ, MQC НТО н мое ВОИР в области науки, техники и производства, где была отмечена почетной грамотой.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 6 глав, заключении, выводов и приложения. Материалы диссертации изложены на 159 страницах печатного текста, в 46 таблицах, 16 рисунках, 4 фотографиях. Список литературы включает 223 наименования, в т. ч. 57 зарубежных авторов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в течение 1973—1976 гг. путем постановки одного длительного нолевого, а также вегетационных н лабораторных опытов.

Полевой опыт бил заложен весной 1973 года на долголетнем культурном пастбище, травостой которого на 85% состоял из ежи сборной сорта ВИК-61. Почва участка дерново-подзолистая, среднесуглинистая, имела следующие агрохимические показатели: pH(loo — 5,9; Нг — 1,8 мг-экв, S — 10,6 мг-экв, на 100 г почвы; V — &5%; содержание легкогндро-лизуемого азота 4,61 мг, подвижного Р£03 15,2 мг, обменного калия 6,9 мг на 100 г почвы. Схема опыта:

1) контроль {фон PeoKiso);

2) PK+Naa (N1W) *;

3) PK + N6a (Niea);

4) PK+Naa <N210);

5) PK+N6a (Na»).

Размер делянок 100 м2, повторность 4-кратная. Аммиак вносили весной в один прием агрегатом Р-602 фирмы «Фенэ» на глубину 10 см, аммиачную селитру—дробно, равными частями весной и после стравливании.

Прн снижении влажности почвы ниже 70% наименьшей влагоемкостн проводили полив с помошыо ДДН-70. Поливная норма 350—380 м3/га. Число поливов за вегетационный период — о.

За день до очередного стравливания проводили учет продуктивности пастбища путем скашивания и взвешивания травы с 10 мг.

Количественный учет различных физиологических групп микроорганизмов в пахотном слое почвы проводили по методике, рекомендованной институтом микробиологии ЛИ СССР.

Перед посевом навеска почвы подвергалась растиранию с водой по методике, предложенной Звягинцевым (1973).

* N,a — аммиачная селитра, N с» — жидкий аммиак.

При идентификации микроорганизмов пользовались определителями Bergey (1974), Литвинова (1967), Кириленко (1977).

Математическую обработку данных микробиологических анализоз проводили разностным методом. Урожайные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа, а оненка направлении и степени связи между показателями биологической активности почвы и продуктивностью пастбища проводилась методом корреляционного анализа (Доспехов, 1979). Для корреляционного анализа использовали урожайные данные но циклам стравливания и суммарные данные учетов мнк-'рофлоры за время формирования каждого укоса.

Качественное » количественное определение в почве аминокислот осуществляли методом хроматографии на бумаге (Ханс, Маце к, 1962). Разделение экстрактов проводили в системе двух растворителей: н.-бутаиол-СНзСООН-вода — 300 : 60 : 140 и 4 : 1 : 5 (верхннй слои) с 3-кратпым пропусканием.

Качественный состав физиологически активных веществ индольной н фенольной природы, образующихся при внесении аммиака, определяли методом хроматографии на бумаге (Ке-фелн, Турецкая, 1966) с последующей оценкой элюатов по методу Гродзинского (1905). Для разделения активных веществ индолыюй природы использовали растворитель следующего состава: изопроианол — 25%-нын аммиак—вода^ 80 : 5 : 15, а для разделения фенольных ингибиторов — н. — бутанол-СНзСООН-вода = 3 : 2 : 95.

Аминокислотный состав корма определялся па аминокислотном анализаторе НД-1200Е.

Изучение мобилизации в почве азота и фосфора, закрепленных микроорганизмами, проводили в вегетационных оны-'тах с применением стабильного изотопа азота 1SN и радиоактивного фосфора 32Р. Использовали следующие культуры микроорганизмов: Azotobacter chroococcum шт. 53, Pénicillium purpurogenum шт. 23, Bacillus mycoides шт. 221, Pseudomonas fluorescens шт. BKM B-S94 и Candida humicota шт. BKM У-2023.

Обогащение бактериальной массы ,5N и згР проводили путем глубинного (на качалках) культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах с добавлением изотопа ,(Chu, Knowles, i960; Таране, 1970). Азот давался в виде (15NHt):S04l фосфор — КН2«Р04. Избыток ат.% ,SN в зависимости от вида микроорганизмов колебался в пределах 23,0—24,8; активность вносимой биомассы, меченной 3ÎP, составляла 3664—24628 нмп/мнн. О скорости мобилизации азота и фосфора микробной биомассы судили по поступлению этих элементов в растения ел.'и сборной 1-го года жнзнн. Удобрения 4

в этих опытах вносили в нормах 500 мг N im сосуд емкостью 6 кг.

Ростовис процессы ежи сборной изучали в вегстацноином опыте на разных почвах: дернозо-подзолистой суглинистой, д ер н о о о - под зол и сто й супесчаной н торфяной ннэинной. Аммиак вносили в нормах 500 и 1000 мг N па сосуд емкостью 6 кг почвы, повториость 6-кратиая. Суточный ход интенсивности процессов роста ежи сборной определяли ауксаногра-фнческнм методом (Sachs, 1882; Шевелуха, 1971).

Поглотительно-выделительную деятельность корневой системы ежи сборной изучали в камере искусственного климата. За сутки до отмьшкп в зону корневой системы растений вводили аммиак в следующих дозировках: 500, 1000, 1500, 2000 и 2500 мг азота на сосуд емкостью 6 кг. После отмывки корневой системы растения переносили в 1,5-лнтровые колбы с питательной смесью Кнопа.

Поглощение минеральных ионов определяли по изменению концентрации 3Ф в питательном растворе. Радиоактивный фосфор вносили в виде солн КНзРО« в количестве 40 jiCu на сосуд.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Влияние аммиака на численность микроорганизмов почвы

пастбища

Исследования, проведенные в течение 4-х лет на орошаемом злаковом пастбище, показали, что аммиак в норме 210 кг/га д. в. вызывает депрессию в развитии бактерий, грибов и актниомнцетов, которая носит временный характер и длится, как правило, не более 2-х недель (рис. 1).

Численность микроорганизмов при этом снижается в 5— ■7 раз по сравнению с контролем. По истечении этого срока наступает период интенсивного роста почвенной микрофлоры, максимум численности обычно приходится на 21—24-й день с момента внесения аммиака; превышения над контролем в этом случае составляют б—17 раз. Исключением являются плесневые грибы — после восстановления численности их популяции не наступает периода интенсивного роста, количество их п течение вегетационного периода варьирует незначительно.

Бактерии и актнномицеты оказались устойчивыми к небольшим концентрациям аммиака (Niso) — математически достоверного снижения их численности практически не было ни в од и:-: год.

Бактериальная микрофлора, развивающаяся на КЛА, была представлена и спороносными, и неспоропосиыми формами, причем последние являлись преобладающими. Преимущест-

венное развитие на КАЛ получили представители родов Pseudomonas и Bacillus,

Обращает на себя внимание различное действие аммиачной селитры п аммиака на жизнедеятельность плесневых гримов; селитра активизирует их рост, а аммиак, наоборот, но всех случаях вызывает угнетение, которое в основном происходит за счет представителей рода Penicillium. Отмечена также тенденция к снижению количества представителей родов Aspergillus и Mucor.

Внесение аммиака оказало положительное влияние па качественное разнообразие актнномицетов — в зоне его внесения во все годы увеличивалось количество пигментных форм по сравнению с другими вариантами.

Размеры угнетения микрофлоры различны в зависимости от гидротермическнх условий весеннего периода и таксономической группы мнкрорганпзмоп. Наиболее резко отрицательное влияние жидкого аммиака на почвенную микрофлору проявляется в годы с высокой влажностью и низкой температурой почвы. Более чувствительны к воздействию аммиака нитрифнкаторы, Clostridium pasteurianum, целлюлозоразла-гающне микроорганизмы и плесневые грибы из рода Penicillium, менее чувствительны — аммонифнкаторы, денитрифи-каторы и азотобактер (рис. 2).

Несмотря на снижение численности и активности иеллюло-зоразлагаюпшх микроорганизмов в весенний период, в дальнейшем разложение органического вещества в вариантах с аммиаком шло более интенсивно, чем при внесеннн эквивалентных норм аммиачной селитры. Так, в среднем . за три года в варианте с внесением N;«> аммиака в c.ioe почвы 0— Ю см льняная ткань за сезон разложилась на 86^, а в слое 10—20 см — на 72%; в варианте, удобренном такой же нормой селитры % разложения составил, соответственно, 65 и "56%.

Следует отметить, что при внесении N2« аммиака возрастает интенсивность процесса минерализации органического вещества в нижележащих слоях почвы.

Особенно это заметно во влажные годы. Так, в 1974 и 1976 гг. интенсивность распада тканн в слое Ю—20 см увеличилась в 1,4 раза по сравнению с Nz« аммиачной селитры.

Биохимические процессы в почве при внесении аммиака

По данным ряда исследователей (Mortland, 1958; Sohn, Peech, 1958; Bürge, Broadbent, 1961 и др.) аммиак в почве может вступать в химическое взаимодействие с карбоксильными, фенольными, альдегидными, кетоннымц и прочими группами,

образуя различные физиологически активные соединения. При определенных условиях концентрация этих веществ может достигнуть токсичных для растении и почвенных микроорганизмов пределов, что, в результате, сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур.

В связи с этим важно било выяснить, имеет ли место этот факт на долголетних культурных пастбищах со злаковым травостоем в условиях дерново-подзолистых почв.

Установлено, что по сравнению с аммиачной селитрой внесение аммиака увеличивает в первые дни содержание в почве ингибиторов роста фенольной природы (галловой и салициловой кислот, гликозидов флавоноидов) и снижает количество стимуляторов роста — производных ИУК.

Через месяц в вариантах с аммиаком заметно уменьшилось содержание фенолкарбоновых кислот, гликозидов флавоноидов н позросло содержание стимуляторов роста — амида и этилового эфира ИУК.

Определение суммарной токсичности почвы методом бно-тестов (Гродзннский, 1965) показало, что эти изменения не оказывали существенного влияния на рост сельскохозяйственных растении ни сразу после внесения аммиака, ни в более поздние сроки.

Таблица 1

Содержание свободных аминокислот в почве пастбища

(в мг на 1 дм* льняной ткани, июнь 1974 г.)

Xt Наименование Варианты опыта

(Ш. аминокислоты PK Naa N6a N6a

(фон) (NIM) (N.»)

1 Иистин ........ _ _ Следы 13,02

О Лизни......... — 1,02 1,20 2,58

3 П ютидни ....... — — Следы 4,80

4 Аргинин........ 2,00 1,99 2.37 2,16

5 Аспарагин ....... Следы Следы 2.43 2.18

6 Глютамнн ....... 2.14 2.69 3,70 4.87

7 Лспарагшювая кислота . . 1,78 1.91 2.60 3.42

8 Серии ......... 1.70 1,72 2,08 2 27

9 Глицин ........ 1.74 1,78 2,13 2,24

10 Глютамннооая кислота . . 1,84 1,90 2 27 2,51

11 Треонин ........ — 2,ОС 2.G8 2,49

12 н-аланин ......... 1,75 1,86 2.41 2,96

13 Р-аланнн....... 1,39 1,37 1.75 1.71

14 Пролин ........ 12,60 12,75 13,90 15,06

15 Тирозин ........ 4,77 4,96 5,74 5,67

1Г> Валии ......... — 4,04 4,84 4,61

17 Оенилзланин...... 4.76 5,01 5,72 5,82

■ 18 Лейцин + изолеГшин , , , — _ 9,75 16,35

Сумма аминокислот 36,53 45,06 j 65,57 94,72

Одним из показателей биологической активности почвы является накопление п ней свободных аминокислот. Оказалось, что внесение аммиака в среднем в 1,5—2,0 раза увеличивает суммарное содержание в почве аминокислот по сравнению с аммиачной селитрой и контролем. Аммиачная селитра слабо влияет на содержание в почве аминокислот. Установлено, .что аммиак увеличивает не только суммарное количество, но и качественный состав аминокислот в почве (табл. 1). Так, в контроле удалось идентифицировать 12 аминокислот, в варианте с аммиачной селитрой— 15, а с аммиаком — 19 аминокислот. Прп внесении аммиака в почве накапливаются цистнн, гнети дин, аспарагнн п лейцин с изолейинном. В варианте с аммиачной селитрой и в контроле установить присутствие вышеуказанных аминокислот не удалось.

Биологическая активность почвы, продуктивность и химический состав ежи сборной при внесении аммиака

По действию на урожай трав и качество пастбищного корма аммиак практически равноценен аммиачной селитре (табл. 2). Применение жидкого аммиака и аммиачной.селитры в норме Ыло в условиях орошения позволяет получить 11 — ,13 тыс. корм. ед. и 18—21 ц сырого протеина с каждого гектара пастбища. Полученный в опыте корм полностью отвечает нормам кормления сельскохозяйственных животных.

Установлено существование зависимостей между отдельными показателями биологической активности почвы: количеством микроорганизмов, активностью процесса разложения органического вещества, содержанием аминокислот, продуктивностью пастбища. Обнаружена и математически доказана тесная .прямая связь между продуктивностью пастбища н количеством иеллюлозоразлагающнх микроорганизмов (г — = 0,72), а также с актшшостыо процесса разложении клетчатки в почве (г=0,76). Средняя положительная связь установлена между количеством пастбищного корма и численностью бактерий, использующих минеральный азот (г^0,54). Разрушение клетчатки тесно коррелировало с накоплением свободных аминокислот в почве (г=0,80).

Внесение азотных удобрений активизирует жизнедеятельность важных групп почвенной микрофлоры, увеличивает содержание в почве свободных аминокислот, повышает урожай сена, способствует улучшению аминокислотного состава получаемого корма. Установлено, что коэффициенты корреляции между содержанием отдельных аминокислот в почве и корме составляют 0,69—0,99.

Важно отметить, что при внесении аммиака по сравнению с аммиачной селитрой в корме на 13—32% увеличивается со-

Таблица 2

Биологическая активность почвы и продуктивность орошаемого пастбища со злаковым травостоем при внесении аммиачной селитры и аммиака (средние за вегетационииД период)

Показатели биологической активности почв и РК (фон) N33 (Нда) Кба Каа (Ы :<о) N63 (Мяо)

1073 1974 1973 1974 1973 1971 1973 1974 1973 1971

Урожай суд ого естества, и/га* . СЭЛ 77,2 95.4 116,0 99,0 118,9 ___ 121,8 112,6 126,8

Сбор шрего протеина, ц/га , . . 10,4 8.7 17,5 16,2 18.4 10.0 — 18,3 21,4 18,2

Сбор кормозих еднгнш, шс,/га . 6,9 7,7 9,5 11,0 9,9 11.9 — 12,2 11,3 12,7

Количество бактерий на КАЛ, млн. 315

о 1 г почви........ се 79 97 251 132 315 — 311 107

Количество грибов, тис. а 1 г поч- 30

ви ........... 115 82 203 74 204 42 — 127 139

Количество актиношгаетов, мл», в 6,9

1 г почви...... , , . 3,8 0,3 4.1 10,8 7,4 N,5 — И,6 3,9

Количество целлю.тозораэлагаю-

щнх микроорганизмов, тис. в 1 г 106 73 29 71

почви.......... 22 29 30 59 55 —

% разложения льняного полоша 42,2 29,8 50,5 40,5 01.2 47,7 — 58,1 74,4 70,3

токсичность почви, УКЕ .... 9,50 9,95 9,30 9,90 8.21 9,76 — — 7,87 8.39

Суммарное содержание свободны*

аминокислот, мкг лейцина на 1 г 52,0

ткани .......... 15,0 18,9 21,3 25,8 70,1 41,5 — 39,1 1 П3.0

* НСРИ в 1073 г. — 8,3 ц/га; в 197-1 г. — 0,5 ц/га.

держание незаменимых аминокислот — лизина, метионина. треонина — основных, лимитирующих образование молока аминокислот.

Влияние аммиака иа мобилизацию азота к фосфора, закрепленных микроорганизмами

Как показали исследования, в зоне локализации аммиака в первые две недели наблюдается массовое отмирание различных микроорганизмов. В связи с этим перед нами возник вопрос, в какой степени сельскохозяйственные растения могут использовать элементы минерального питания этой микробной массы, погибшей под действием аммиака.

Для этой цели была проведена серия вегетационных опытов с использованием 32Р и 15N.

Исследования показали, что коэффициент использования фосфора из биомассы Azotobacter cnroococcum и Penicillium purpurogenum растениями ежи сборной 1-го года жизни на дерново-подзолистой среднесуглпнпетой почве находится в пределах 5—8%.

Применение l5N позволило установить, что на дерново-под-золнетон почве с низким общим содержанием азота ежа сборная в 1-й год жизни может усваивать до 83% азота сульфата аммония и до 58% азота микробного белка (с учетом его поступления в корнн и пожнивные остатки, табл. 3). Наиболее доступен растениям азот дрожжевых клеток Candida humi-cola (42—58%), менее — у Pseudomonas fluorescens и Bacillus myeoides (27—38%).

Таблица 3 Интенсивность мобилизации микробной биомассы (в % от внесенного)

Лзот, использованный

растениями сГ еэ а о а ~ S- 2. ° - &

Варианты опыта о U га я 5 о « 1 4 о О 2 «BS

«г § •т и * я 2 и II S « Я г

• отчуждаемая масса § с а о z

С»МН<)£04......... Вас. ту^нйеэ (живые клетки) , . Вас. тусоЫеэ (мертвые клетки) . Рз. ПиогеЕсепБ (живие клетки) Рк. Ииогевсспз (мертвые клетки) . Сапс1. Ьиткои (живые клетки) . Сапе!. ЬигП1со1а (мертвые клетки) . 39.5 18.6 12,1 13,2 10,4 21.0 24,9 22,0 8,5 8,8 13,6 9,0 10,6 18,1 61.5 27,1 20,9 26,8 29,4 31.6 43,0 21,9 10,6 8,3 11,6 7,8 10,1 14,8 83,4 37.7 29,2 38,4 27 2 41J 57.8 16,6 52,3 70.8 61,6 72,8 53,8 42,2

Интенсивность минерализации в почве микробной биомассы определяется не только видовыми особенностями микроорганизмов, химическим составов и* свойствами микробного белка, но и агротехническими условиями, в частности, формой вносимых азотных удобрений.

В результате временного угнетения микроорганизмов аммиаком в первые 5—7 дней более интенсивно процесс мобилизации элементов минерального питания происходит в вариантах с внесением аммиачной селитры, а в более поздние сроки — в вариантах с аммиаком.

Мобилизация азота и фосфора происходит как в случае отмирания и последующей минерализации микробной биомассы, так и в случае активной жизнедеятельности почвенной микрофлоры.

В другом опыте сравнивали скорость мобилизации элементов минерального питания растениями ежи сборной из свежих корневых остатков. В целом за вегетационный период внесение аммиака усиливало поступление 32Р в растения в 1,3 раза по сравнению с аммиачной селитрой и в 2,4 раза но сравнению с контролем.

Влияние аммиака на некоторые физиологические процессы s растениях ежи сборной

а) на рост растений

В литературе имеются сведения о том, что при внесении аммиака в почзе создается повышенная концентрация ионов аммония, что при определенных условиях может отрицательно влиять не только на микробиологические процессы в почве, но и на рост сельскохозяйственных растений (Vines, Wedding, 1960; Van Burg et. al„ 1965, 1967; Данилова, 1966, 1976 и др.).

Причем, в первую очередь страдают от повышенной концентрации аммиака в почве те растения, корневая система которых находится в зоне его сорбирования (Кореньков, 1966; Kampfe, Ansorge, 1972).

В связи с этим важно было выяснить реакцию растеннй ежи сборной в первые дни после внесения аммиака в зависимости от нормы его внесения, удаленности растеннй от зоны сорбирования, от типа почвы и от возраста растеннй.

Для этого в условиях вегетационного опыта непрерывно наблюдали за скоростью роста ежи сборной 1- и 2-го года жизни па различных почвах при нормах внесения аммиака 500 и 1000 мг N на сосуд емкостью 6 кг, что в полевых условиях соответствует 240 и 480 кг/га.

Установлено, что гибель растеннй 1-го года жизни имеет место лишь в зоне сорбирования аммиака и только на дерно-

во-подзолистой супесчаной почве с малой емкостью поглощения при норме 480 кг/га (рис. 3). Норма 240 кг/га в течение 7—10 дней вызывала снижение обводненности надземной массы, депрессия роста в этом варианте длилась 20—25 дней. И, несмотря на интенсивный рост растений, удаленных от зоны локализации аммиака, общин сбор сухого вещества при использовании этих норм в 1-й год жизни снижался на 15— 35%.

На дерново-подзолистой суглинистой и торфяной почвах рост растений в вариантах с внесением 480 кг/га угнетается в течение 7—9 дней. Общий сбор сухого вещества на торфяной почве возрос на 55—75%, а на дерново-подзолистой суглинистой в 2,8 раза по сравнению с контролем, что можно объяснить различными агрохимическими свойствами этих почв.

Во 2-й год жизни растения менее чувствительны к высоким нормам аммиака. Задержка роста на 2—3 дня в зоне сорбирования аммиака .имеет место только на дерново-подзолистой супесчаной почве.

б) на поглотительно-выделительную деятельность корневой

системы

В связи с тем, что поглотительно-выделительная деятельность корневой системы является важным показателем функционального состояния растений (Гунар и др., 1959; Колосов, 1962; Петров-Спиридонов, 1971), мы попытались, используя 32Р, выявить суточную ритмичность поглощения и выделения минеральных элементов растениями ежи сборной при воздействии на их корневую систему различными дозами аммиака. Особое внимание обращалось на определение оптимальной н пороговой концентраций, а также на изучение доз не только положительного, но и токсического действия.

Исследования показали, что растеиням ежи сборной присущ определенный ритм в поглощении и выделении ионов фосфора, причем каждому варианту характерна своя амплитуда колебаний в количестве поглощенных и выделенных ионов фосфора в разные часы суток (рис. 4).

Процесс поглощения ионов фосфора ежой сборной происходит в основном в дневное время, а процесс выделения — ночью. Внесение различных доз аммиака по-разному сказалось на ритмичности поглощения и выделения ионов фосфора растениями. Дозы Nsco. Nicco и Njsqo активизировали процесс поглощения и выделения по сравнению с контролем. Амплитуда колебаний и количество поглощенных и выделенных ионов значительно возросли, особенно при внесении N500. что в полевых условиях соответствует 240 кг/га. Растения этрго варианта усвоили фосфора за трое суток в 2 раза больше, чем в ва-

риантах Мюоа и N15:0 аммиака. Интенсивное поглощение попон фосфора в дневные часы сменялось активным выделением его в темноте. Из кривой, отражающей поглощение и выделение фосфора растениями варианта N1500 видно, что эта доза начинает изменять естественный ход и ритм процесса. Кривая приобретает пульсирующий характер, ритмичность поглощения н выделения ионов фосфора начинает исчезать. ~ Дальнейшее увеличение концентрации аммиака до N2030-полностью нарушало естественную ритмичность поглощения и выделения фосфора ежой сборной. Суточной периодичности в этих вариантах не отмечено, кривая поглощения-выделения с увеличением дозы все более приближалась к прямой, В этих вариантах шло усиленное поглощение ионов фосфора, выделение же его даже в темноте отсутствовало.

Растения в вариантах с внесением высоких доз аммиака {'Мгоеэ-гзео) к концу опыта стали гибнуть, но поступление в них фосфора при этом возросло. Это говорит о том, что для этих растений был характерен патологический процесс усвоения питательных элементов,

В опыте установлено, что доза аммиака (240 кг/га) является оптимальной для протекания физиологических процессов в растениях ежи сборной на дер ново-подзол истой суглинистой почве. Доза N1000 (-180 кг/га) была пороговой для растений ежи сборной: дальнейшее увеличение концентрации аммиака до N1300 приводило к нарушениям в естественном ритме физиологических процессов и даже к гибели растений (¡Ч'гн,) )> что сопровождалось пассивным засасыванием питательных веществ через корневую систему.

Впервые высказано предположение, что одной нз причин отрицательного действия аммиака на рост ежи сборной является нарушение поглотптельно-выделнтелыюй функции корневой системы растений.

Выводы

1. Установлено, что отрицательное действие аммиака в норме 240 кг/га д. в, на микрофлору дерново-подзолистой средне-суглнннстон ночвы орошаемого злакового пастбища проявляется в первые две недели после его внесения. Численность бактерий, грибов и актиномнцегов снижается нрн этом п 5—7 раз по .сравнению с контролем. По мере снижения концентрации а.м-. 'мнака количество этих микроорганизмов восстанавливается и через 21—24 дня возрастает от 6 до 17 раз.

2. Размеры угнетения различны в зависимости от гндро-термнческнх условий весеннего периода и таксономической группы микроорганизмов. Наиболее резко отрицательное влияние аммиака на почвенную микрофлору проявляется в годы с

высокой влажностью и низкой температурой почвы. Более чувствительны к воздействию аммиака тарификаторы, Clostridium pastcunanum, целлюлозоразлагающие микроорганизмы . и плесневые грибы из рода Pénicillium, менее чувствительны— аммоннфнкаторы, денитрификаторы и азотобактер.

3. Внесение азотных удобрений изменяет направленность некоторых биохимических процессов в почве пастбища. Впервые установлено, что по сравнению с аммиачной селитрой внесение аммиака увеличивает в первые дни содержание в почве ингибиторов роста фепольной природы (галловой и салициловой кислот, гликозидов флавоноидов) н еннжает количество стимуляторов роста — производных ИУК. Через месяц содержание в почве производных ИУК в вариантах с аммиаком заметно увеличивается. Выявленные различия в составе биологически активных веществ существенно не изменяют общую токсичность почвы пастбища.

4. В целом за вегетационный период аммиак значительно повышает биологическую активность почвы пастбища. Внесение аммиака по сравнению с эквивалентными нормами аммиачной селитры на 18% усиливало процесс разложения клетчатки н в 1,8 раза увеличивало накопление свободных аминокислот в почве, что явилось одной из причин повышения продуктивности пастбища. Применение азотных удобрений в норме 240 кг/га в условиях орошения позволило получить 11 — 13 тыс. корм. ед. и 18—21 ц сырого протеина с каждого гектара.

5. Выявлены важнейшие показатели биологической активности почвы, коррелирующие с продуктивностью пастбища и качеством получаемого корма: интенсивность разложения клетчатки (г = 0,76), численность целлюлозорэзлагаюишх микроорганизмов (г = 0,72) и содержание в почве свободных аминокислот (г=0,61). Обнаружена тесная связь между содержанием в почве свободных аминокислот и количеством бактерий, использующих минеральный азот (г = 0,78), между разложением клетчатки и содержанием в почое аминокислот (г = 0,80), между накоплением в почве свободных аминокислот к содержанием их в корме (г=0,69—0,99).

6. Поступление в растення ежи сборной азота и фосфора из биомассы различных микроорганизмов происходит как при жизни, так и при их отмирании под действием жидкого аммиака. Впервые для ежи сборной установлено, что коэффициент использования азота растениями 1-го года жизни на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве из биомассы составляет 27—58, а фосфора 5—8%. Из изучаемых микроорганизмов наиболее высоким коэффициентом использования азота отличался штамм Candida humicola (42—58%), меньшим — Pseudomonas fluorescens и Bacillus my со id es (27—38%).

7. Установлено, что ннгнбнрующсе действие аммиака на рост растений ежи сборной 1-го года жнзни в значительной степени проявляете« на дерново-подзолистой супесчаной почве. Внесение его в нормах 240 и 480 кг/га на 15—35% снижает урожай. На торфяной и дер ново-пол золи стой среднесуглиин-стой почвах эти нормы аммиака активизируют рост растении и повышают сбор сухого вешества но сравнению с контролем на 55—75% и в 2,8 раза соответственно.

Растения 2-го года жизни на всех изучаемых типах почвы более устойчивы к высоким нормам аммиака. Внесение его в норме 480 кг/га на дерново-подзолистой супесчаной почве позволяет увеличить сбор сухого веществана 42%.

8. Выявлено, что одной из причин отрицательного действия высоких норм аммиака па рост растений ежн сборной 1-го года жизни является нарушение физиологических процессов, непосредственно связанных с поглотительно-выделительной функцией корневой системы растений. Установлены интерпалы доз аммиака, в пределах которых корни ежн сборной функционируют нормально. Оптимальной дозой аммиака для протекания физиологических процессов в растениях ежи сборной на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве является 240 кг/га. Доза 480 кг/га является пороговой для растений; дальнейшее увеличение концентрации аммиака приводит к нарушениям нормального хода поглощения ионов фосфора и даже к гибели растений, что сопровождаегся.пасспвным засасыванием питательных веществ корнями.

Список статей, опубликованных по теме диссертации

1. Хазнна Н. Б., Казанцеза О. В. Влияние безводного аммиака на интенсивность поглощения из почвы Р32 растениями ежн сборной. Сб.: «Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства Московской области». М., 1975, 47—49.

2. Казанцева О. В. Влияние безводного аммиака на восстановление микробиологической активности почвы орошаемого пастбища. Сб.; «Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства Московской области», М., 1975, 53—55.

3. Игловнков В. Г., Проннн В. Л„ Казанцева О. В. Влияние безводного аммиака на биохимическую активность почвы орошаемого пастбища. Сб.: «Кормопроизводство», М., вып. 11, 1975, 12-16.

4. Казанцева О, В. Безводный аммиак и биологическая активность почвы. Ж. «Корма», № I, 1977, 41.

5. Проннн В. Л., Казанцева О, В, Биологическая активность почвы н продуктивность ежи сборной при внесении азот-

ных удобрений. Сб.: «Кормопроизводство», вып. 16, 1977, 76—80.

6. Казанцева О. В. Влияние безводного аммиака на ростовые процессы ежн сборной. Сб.: «Вклад молодых ученых и специалистов в развитие сельскохозяйственного производства в честь 60-летия рождения ВЛКСМ». Тюмень, 1978, 161—162.

7. Игловиков В^Г., Пронин В. А., Казанцева О. В., Хази-на Н, Б. Суточный ритм поглощения и выделения ионов фосфора корнями ежи сборной при внесении жидкого аммиака. Доклады ВАСХНИЛ, № 6, 1979, 14—16.

Л 53194 б/УIII—80 г. Объем 1 п. л. Заказ 1645. Тираж 100

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