Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МИКРОФЛОРЫ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЕМЕ В УСЛОВИЯХ МОНОКУЛЬТУРЫ И СЕВООБОРОТА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МИКРОФЛОРЫ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЕМЕ В УСЛОВИЯХ МОНОКУЛЬТУРЫ И СЕВООБОРОТА"

//-2&ИШ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

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

На правах рукописи БОЙКО Таисия Филипповна

УДК 631.427.22.582.1 : 633.11

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МИКРОФЛОРЫ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЕМЕ В УСЛОВИЯХ МОНОКУЛЬТУРЫ И СЕВООБОРОТА

(Специальность — 03.00.07. — микробиология) >

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1988

Работа выполнена в лаборатории микробиологии Института биологии Башкирского филиала АН СССР и на кафедре микробиологии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — лауреат Государственной премии СССР, доктор биологических наук; профессор В. Т. Ем-цев. /

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Д. И. Никитин; кандидат биологических наук А. К. Миненко.

Ведущее учреждение — Всесоюзный научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии.

Защита диссертации состоится « /Г» .#¿¿^^988 г.

в « а т час. на заседании Специализированного -совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. ' "

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, ул. Тимирязевская, д. 47, сектор защиты диссертации ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

Специализированного совета — . М. Саблина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях специализации и концентрации сельскохозяйственного производства наряду с внедрением севооборота интенсивного типа часто экономически более выгодно ряд культур выращивать бессменно или в значительной степени насыщать ими севооборот. Однако отечественный и зарубежный опыт (Нарциссов, 1976; Воробьев, 1979; Берестецкий и др. 1980; Возняковская и др., 1986; АгПге, 1975; Шегйига, \Vatanabe, 1978 и др.) показал, что большинство сельскохозяйственных растений при бессменном выращивании значительно снижает урожай и, вследствие нарушения функционирования отдельных элементов почвенного ценоза, получает широкое распространение явление почвоутомления, в результате чего по данным ФАО ежегодно теряется около 25% мирового урожая. В связи с этим важное значение имеет изучение факторов, снижающих урожай растений при бессменном выращивании, и разработка мероприятий, предотвращающих почвоутомление, среди которых микробиологическим исследованиям принадлежит особая роль.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы явилось изучение закономерностей развития микрофлоры и микробиологических процессов в выщелоченном черноземе в условиях монокультуры и севооборота. В соответствии с целью исследований были .поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние выращиваемых сельскохозяйственных -культур в севообороте и бессменно на состав, активность и

сезонную динамику почвенных микроорганизмов.

2. Сравнить влияние естественной и культурной растительности на численность и сезонную динамику микрофлоры почвы.

3. Выяснить роль органических и минеральных удобрений и химической мелиорации при бессменном выращивании сельскохозяйственных растений и в севообороте.

4. Изучить нитрогеназную активность выщелоченного чернозема и анаэробных диазотрофов под монокультурой яровой пшеницы и )

5. Изучить эффективность процесса азотфиксацин в выщелоченном черноземе под влиянием антропогенных факторов.

Научная новизна. Впервые в условиях Башкирской АССР проведена оценка микробиологических факторов снижения продуктивности растений при их бессменном выращивании. Показаны специфические изменения внутри сообщества почвенной микрофлоры под монокультурой яровой пшеницы. Впервые для изученных почв выявлена прямая корреляционная зависимость урожая яровой пшеницы от численности микроорганизмов, принимающих участие в трансформации соединений азота — аммонификаторов, денитрификаторов, бактерий, ассимилирующих органический и минеральный азот. Доказано, что азотфиксирующий генофонд выщелоченного чернозема достаточно богат, а интенсивность процесса азотфиксацин почвенных диазотрофов лимитирована, главным образом, недостатком легкодоступного энергетического субстрата. Впервые в пределах одного биотопа изолировано 66 штаммов микроорганизмов рода Clostridium и определена их нитрогеназная активность.

Практическая значимость. Сравнительное изучение микро-боценоза и микробиологических процессов в почве под монокультурой и в севообороте дало возможность научного обоснования подбора и чередования культур с учетом биологических свойств почв и особенностей возделывания сельскохозяйственных растений.

Результаты наших исследований явились теоретической основой для практических рекомендаций по прогнозу воспроизводства гумусовых запасов в изученной системе земледелия на выщелоченном черноземе, что в определенной степени позволяет воздействовать на процессы гумусообразова-ния.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на конференциях молодых ученых и специалистов Башкирского филиала АН СССР (Уфа, 1983, 1985), юбилейном заседании Башкирского отделения ВОП АН СССР, посвященного 100-летию книги В. В. Докучаева «Русский чернозем» (Уфа, 1983), республиканской научно-технической конференции «Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в сельскохозяйственном производстве» (Уфа, 1985), VII съезде Всесоюзного микробиологического общества (Алма-Ата, 1985), конференции «Пути повышения эффективности факторов интенсификации сельскохозяйственного производства» (Вильнюс, 1986), республиканской конференции (Роль молодых ученых и специалистов ускорении научно-технического прогресса в сельскохозяйственном производстве» (Уфа, 1986).

о

Публикация. По материалам диссертации опубликована 8 работ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 245 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 4 глав- экспериментальной части, основных выводов, списка использованной литературы, включившего 301 работу отечественных и 53 зарубежных авторов и приложения. В тексте помещено 49 таблиц, 14 рисунков, 2 фотографии.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Объектами исследований явились микроорганизмы и микробиологические процессы выщелоченных тяжелосуглинистых черноземов учебного хозяйства Башкирского сельскохозяйственного института. На опытном участке введен специализированный пятипольный севооборот со следующим чередованием культур: горох—озимая рожь—кукуруза—яровая пшеница—картофель. Опыт заложен в 1958 году. Первая ротация севооборота прошла в 1963 г. вторая — в 1968 г., третья — в 1973 г., четвертая — в 1978 г., пятая — 1983 году. Севооборот развернут в пространстве, площадь полей севооборота 0,35 га, размер делянок — 0,09 га. Участки бессменных культур: яровая пшеница, горох, кукуруза, картофель, бессменный пар, залежь. Размеры делянок в бессменных посевах 130—400 м2. Схема опыта: 1 — контроль, 2 — аМз5Р45К4:Н-навоз 40 т/га (1 раз за ротацию); 3 —'М6оРзоК7о+ + навоз 40 т/га (1 раз за ротацию); 4 — Ы6оР8оК7о1+навоз 40 т/га (1 раз за ротацию) + известь (по 0,5 ГК). На фоне севооборота и бессменных посевов изучалась эффективность известкования, а также минеральных и органических удобрений под планируемый урожай. Высевались следующие сорта сельскохозяйственных культур: яровая пшеница «Московская 35», горох «Чишминский 242», кукуруза «Краснодарская 303», озимая рожь «Чулпан», картофель «Лорх». Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур — обычная для данной зоны — северной лесостепи Предуралья Башкирской АССР. Основные удобрения вносились под зябь в виде двойного суперфосфата, 40% калийной соли и аммиачной селитры.

Почвенные образцы отбирались в течение вегетационного периода по фазам развития растений под монокультурами и под культурами в севообороте. Из пяти индивидуальных проб, взятых почвенным буром на глубине О—20 см и 30— 40 см в междурядьях растений равномерно по всей площадке, используя «принцип конверта», составляли смешанный и помещали его в стерильный пакет. Анализ проводили сразу же после отбора проб во влажных образцах.

Для определения численности микроорганизмов и их группового состава в почве применяли методы посева почвенной суспензии на стандартные твердые и жидкие питательные среды. Для выделения и количественного учета анаэробных азотфиксаторов p. Clostridium были использованы сред ы, предложенные В. Т. Емцевым (1962). Сгюрообразую-щие" микроорганизмы учитывались на среде, предложенной Е. Н. Мншустнным (1956). Для выявления доминирующих видов использовали показатели частоты встречаемости и обилия (плотности) видов (Tresner et. al., 1954). Идентификацию до вида проводили по определителям Н. Л. Красиль-никова (1949) и Берги (Bergey, 1957, 1974). Несимбиотиче-скую потенциальную и актуальную азотфиксацию в .почве определяли ацетиленовым методом (Stewart et. al., 1968; Умаров, 1984). Фиксацию азота чистыми культурами рода Clostridium изучали на модифицированной среде Виноград-ского.

Фунгистатический потенциал почвы определяли по степени прорастания спор Aspergillus niger в мембранных камерах (Берестецкий и др., 1973). Определение аммиачного азота, нитритов и нитратов в почве проводили по общепринятым методам (Аринушкина, 1970)'. Общий азот в высушенных образцах определяли методом Кьельдаля. Количество растительных остатков, необходимое для расчета и .обоснования отдельных статей баланса элементов питания растений и гумуса, рассчитывали по формулам регрессии, предложенным А. М. Лыковым (Лыков, 1979).

Результаты экспериментов были подвергнуты статистическому анализу в рамках одно-, двух-, и трехфакторного дисперсионного и корреляционного анализов (Плохинский, 1970). Оценка нелинейности осуществлялась с использованием критерия нелинейности. Сравнение частотных средних величин оценивали но критерию Стьюдента. Все вычисления проводились на ЭВМ «Наири-К» но программе. Г. С. Розенберга (Розенберг, 1976).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Изменение почвенной биодинамики под длительными монокультурами и в севообороте

Исследование биогенности выщелоченного чернозема под многолетней залежью и условиях монокультуры и чистого пара показало, что изученные эколого-трофические группы микроорганизмов неодинаково реагируют на окультуривание почвы. В залежной почве численность бактерий, использующих органический азот, сильно варьирует в течение вегетационного периода, бактерий, использующих минеральный

азот и бацилл .— уменьшается с весны ,к середине лета и возрастает к осени. Среди групп микроорганизмов доминируют аммонифицирующие микроорганизмы, причем численность их во много раз превышает все другие группы бактерий. Лучшее развитие грибов и актиномицетов происходит в сентябре. Наибольшая численность анаэробных азотфикса-торов отмечена в мае, минимальная — в июле.

В почве бессменного пара численность изученных групп микроорганизмов сравнительно низка, что связано с отсутствием поступления в почву свежего органического вещества. Численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, во все сроки исследования была выше численности микрофлоры, разлагающей органический азот, что свидетельствует о преобладании процессов минерализации органики в парующей почве. Численность спорообразующих микроорганизмов закономерно возрастает от весны к осени. Грибы и анаэробные азотфиксаторы составляют небольшой процент по сравнению с другими группами микроорганизмов. Доминирующими, как и в залежной почве, остаются аммонифицирующие бактерии. В почве парового поля выявлено высокое количество актиномицетов, участвующих в' минерализации труднодоступных органических соединении почвы.

В поддержании почвенного плодородия большую роль играют микробиологические процессы иммобилизации азота. Наши исследования показали, что численность микрофлоры, иммобилизующей азот, микроорганизмов, усваивающих минеральный азот в окультуренной пахотной почве выше, чем в целинной. Под монокультурой яровой пшеницы (табл. 1) в варианте без удобрений отмечена высокая численность гетеротрофных микроорганизмов. Изменения в микробном ценозе почвы в условиях севооборота в значительной мере зависели от биологических особенностей культур предшественников. Так, при использовании гороха в качестве предшественника яровой пшеницы уменьшается численность цел-люлозоразлагающнх микроорганизмов и анаэробных азот-фиксаторов. Положительным следует считать значительное уменьшение количества денитрифицирующих бактерий, с деятельностью которых связаны газообразные потери азота.' При выращивании • яровой пшеницы после кукурузы без удобрений отмечена наибольшая численность олигонитрофи-лов и целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

Бессменное возделывание кукурузы приводит к угнетению жизнедеятельности основных групп микроорганизмов, в то же время возрастает численность микроскопических грибов. При возделывании кукурузы по озимой ржи без удобрений отмечено снижение биогенности почвы-, уменьшается численность бактерий, использующих минеральный азот, де-

Таблица 1

Состав микрофлоры в выщелоченном черноземе в условиях монокультуры и севооборота

Численность микроорганизмов (тыс. в 1 г почвы)

Условия возделывания бактерии на МПА спорооб-разующ. микроорганизмы грибы олиго-нитро-филы бактерии на КАА актино-мицеты целлю-лозораз-лагающ. микро-орг. аммони-фикато-ры денитри-фикато-ры анаэробные азотфик-саторы

Монокультура яровой пшеницы ..... 1067, 79,8 5Л 614,3 2113,5 138,8 2,Ъ 9319,5 1162,3 3,8

Яровая пшеница по гороху ...... 607,5 49,3 5,4 165,5 1007,5 145,8 0,53 2369,5 73,5 1,1

Яровая пшеница по кукурузе ..... 410,3 111,3 5,3 3484,5 3470,1 91,9 7,9 10527,7 5938,3 1,2

Монокультура кукурузы 467,3 70,5 8,8 873,1 2481,5 91,6 2,7 4719,4 952,3 8,2

Кукуруза по озимой Ржи ....... 733,а 45,0 3,1 23,8 781,0 88,0 0,9 1057,8 193,8 3,8

Кукуруза по яровой пшенице..... 855,9 114,3 0,4 1931,3 1767,5 72,1 1,2 21370,9 1637,6 0,7

Монокультура гороха 407,3 620,9 ,6,7 £00,8 3175,0 114,3 4,1 2867,9 501.5 4,8

Горох по яровой пшенице ...... щ 352,0 53,8 6,5 160,8 779,0 103,8 0,4 686,5 286,5 4,6

Горох по картофелю . 298,5 95,8 1,6 1302,3 4050,1 3-1,9 13,7 20611,9 3435,0 1,3

нитрификаторов и грибов. Возделывание кукурузы в севообороте без удобрений по яровой пшенице вызывает увеличение численности бактерий, потребляющих органический азот, спорообразующих микроорганизмов, олигонитрофилов, аммонификаторов и денитрификаторов.

Монокультура гороха не ухудшает условий развития основных групп микроорганизмов. В варианте без удобрений отмечено максимальное количество спорообразующих микроорганизмов, значительно развитие получают актиномицеты и целлюлозоразлагающие микроорганизмы. Возделывание гороха без удобрений по яровой пшенице несколько снижает численность бацилл, бактерий, усваивающих минеральные формы азота, аммонификаторов и целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

В варианте без удобрений картофель, как предшественник гороха, по сравнению с яровой пшеницей оказал благоприятное воздействие на спорообразующие и целлюлозоразлагающие микроорганизмы, олигонитрофилы, бактерии, ассимилирующие минеральный азот, аммонификаторы и денитри-фикаторы.

Двухфакторный дисперсионный анализ экспериментальных данных показал, что в структуре микробного ценоза способ возделывания культуры (фактор Л), изменяющийся в пределах от 8 до 39, имеет преимущество перед возделываемой культурой (фактор С), изменяющимся от 0, т. е. полного отсутствия воздействия до 16, совместное влияние этих факторов варьирует в пределах — 0—37. На численность олигонитрофнльных микроорганизмов, бактерий, потребляющих минеральный азот, и аммонификаторов оказывает влияние, в основном, способ возделывания культур. На денитрификаторы и бактерии, потребляющие органический азот действуют оба фактора, причем, фактор Л преобладает над фактором С. В варьировании численности олигонитрофилов, бактерий, ассимилирующих минеральный азот, и аммонификаторов отмечается влияние фактора способа возделывания культур. При выращивании сельскохозяйственных культур (яровой пшеницы, гороха и кукурузы) в севообороте и бессменно наблюдаются значительные изменения в динамике численности микроорганизмов, принимающих участие в регулировании азотного режима почв в течение вегетации (рис. 1). Анализ динамики численности аммонификаторов в почве под культурами, возделываемыми в севообороте, показал, что их распределение подчиняется определенной закономерности: снижается в начале вегетации, достигает максимума в июле и вновь уменьшается до исходного уровня в период уборки. Наибольшая их численность отмечена под

яровой пшеницей в фазу колошения. Под монокультурой

?

яровой пшеницы по сравнению с севооборотом в динамике численности аммонифицирующих бактерий наблюдается асинхронность (несовпадение пиков), не характерная для других культур. Под горохом и кукурузой колебания численности аммонификаторов, несмотря на однотипный ход кривых, в монокультуре проходят на более высоком уровне по сравнению с севооборотом. Интересная особеннсть выявлена в распределении бактерий, усваивающих минеральные формы азота. В севообороте под всеми культурами данная группа микроорганизмов достигает максимального развития летом и снижается к осени, а в почве под монокультурами — наоборот, что связано с количеством подвижных соединений азота. Численность олигонитрофилов, способных развиваться за счет низких концентраций питательных веществ, под монокультурой яровой пшеницы и гороха выше, чем под теми же культурами в севообороте во все сроки исследования, причем наиболее интенсивное их размножение наблюдается при бессменном выращивании гороха в фазу молочной спелости.

Динамика распределения грибов в почвах под монокультурами яровой пшеницы и кукурузы описывается однотипными кривыми, причем возрастание их численности происходит в течение всего периода вегетации и достигает максимального уровня в конце сезона. В севообороте закономерность обратная: количество грибов резко снижается от мая к сентябрю под горохом и кукурузой и только под яровой пшеницей возрастает к концу вегетации, не достигая однако исходного уровня что, по-видимому, связано с различиями в биохимическом составе пожнивных остатков растений. При выращивании яровой пшеницы в севообороте и бессменно различия в динамике численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов не обнаружены. В почве под горохом и кукурузой в севообороте наиболее характерным для этой группы микрооганизмов является высокий уровень численности в начале вегетационного периода, в то время как в почве под монокультурами наблюдается постепенное возрастание их количества летом и незначительное снижение осенью. Длительное возделывание яровой пшеницы, гороха и кукурузы в монокультуре приводит к формированию определенных микробных ассоциаций и оказывает одностороннее влияние на активность биологических процессов в почве: под зерновыми культурами активизированы процессы минерализации органического вещества растительных остатков, а под пропашными — труднодоступных соединений типа гумусовых веществ, что приводит к деструкции почвенного органического вещества. Анализ полученных материалов указывает на ясно выраженную специфичность влияния возделываемых 8

растений на сообщества почвенных микроорганизмов, ответственных за процессы, определяющие факторы плодородия почвы, что необходимо учитывать при введении научно-обоснованных севооборотов.

2. Влияние удобрений и химической мелиорации на микрофлору и микробиологические процессы в выщелоченном черноземе

Минеральные удобрения (N60PS0K70) в сочетании с органическими (6,6 т навоза на 1 га) приводят к возрастанию численности бактерий, ассимилирующих органические и минеральные формы азота, аммонификаторов и денитрификато-ров во все сроки исследования в парующей почве (рис. 2). Максимальная численность аммонификаторов отмечается на фоне известкования выщелоченного чернозема при внесении минеральных и органических удобрений, численность олиго-нитрофилов и анаэробных азотфиксаторов снижается.

Внесение удобрений и известкование уменьшило численность бактерий, ассимилирующих органический азот, под монокультурой яровой пшеницы и увеличило под монокультурой гороха и кукурузы. Определенная закономерность выявлена для бактерий, потребляющих. минеральный азот: их численность резко возросла под монокультурой гороха при внесении удобрений и снизилась на фоне известкования. Содержание бацилл повысилось под монокультурой яровой пшеницы и гороха и понизилось под кукурузой при внесении удобрений. Известкование выщелоченного чернозема не оказывало стимулирующего влияния на спорообразующие микроорганизмы и грибы при бессменном возделывании сельскохозяйственных культур. Возделывание культур в севообороте на разных агрофонах выявило положительное действие удобрений и известкования на бактерии, использующие минеральный азот, бациллы и грибы и отрицательное — на численность бактерий, ассимилирующих органический азот.

В вариантах опыта с применением удобрений изменялся качественный состав микроорганизмов под всеми изученными культурами. Возросла доля спорообразующих бактерий, среди которых преобладали Вас. megaterium, Вас. idosus, Вас. mesentericus под яровой пшеницей. Увеличение доли бацилл в звене биодеструкторов свидетельствует о более интенсивном и глубоком вовлечении органических веществ в процессы минерализации. На средах, богатых питательными веществами, развиваются плесневые, быстрорастущие почвенные грибы, представленные родами Pénicillium, Aspergillus, Trichoderma. Это пигментированные (розовые, зеленые, желтые) колонии грибов с воздушным мицелием. Доля участия растений, способа их возделывания и применяемых

систем удобрения в варьировании численности основных физиологических групп микроорганизмов, установленная-дисперсионным анализом экспериментальных данных, изменяется от 0 (полное отсутствие воздействия) до 100% (пол-

Таблиц а 2

Результаты трехфакторного дисперсионного анализа состояния микробного ценоза] выщелоченного чернозема

Микроорганизмы Факторы в %

А В С АВ ВС АС ЛВС

Бактерии на МПА . . - 37! 0 Ш 0 2(\ 7 19

Спорообразуюшие бакте- 1б' .. 18

рии . . ...... . 5 * - 5 а 19 7

Грибы 14 1а 8 7* й* 11 1в

Олигонитрофилы . . 39 0 0 17 9 0 0

Бактерии на КАА ■ . . 29 0 0 : 0 30 0 17

Актиномицеты 8 12 14 0 35 0 0

Целлюлозоразлагающие . 13 .8 ,15 И 16 .10 12

Аммонификаторы . , ' 10 0 0 0 25 37 Л)

Денитрификаторы 24 0 16 0 11 14 30

Азотфиксаторы . ... * .13 лз 13 Ю 117 18 13

ная функциональная связь). Из таблицы 2 видно, что на численность олигонитрофильных микроорганизмов, бактерий, потребляющих минеральный азот, и аммонификаторов влияет только способ возделывания культур. На бактерии, потребляющие органический азот, и денитрификаторы действуют два фактора — способ возделывания культур (А) и их биологические свойства (С),:причем, фактор А преобладает над фактором С. Спорообразующие-.бактерии, грибы, актиноми-цеты, целлюлозоразлагающие микроорганизмы и азотфикса-торы, кроме факторов А и С, подвержены воздействию фактора системы удобрений (В). Для азотфиксаторов действие этих трех факторов равнозначно. Трехфакторный дисперсионный анализ дает возможность оценить не только влияние каждого фактора в отдельности, но и их совместное действие. Особенности возделываемой культуры и применяемая система удобрений (ВС) — наиболее мощный фактор воздействия на все изученные группы микроорганизмов и в процентном выражении изменяется от 39% для бактерий на КАА до 9% для олигонитрофилов. Достоверное влияние способа возделывания культуры и фактора удобрений (АВ) получено для микроскопических грибов, олигонитрофилов, целлюлозоразлагающих микроорганизмов и анаэробных азотфиксаторов. В варьировании численности олигонитрофи-

Ю .

лов, бактерий, потребляющих минеральный азот, и актино-мицетов совместное влияние фактора способа возделывания культур и их особенностей (АС) не выражено.

Принимая во внимание закономерности развития почвенных микроорганизмов и процессов трасформации органических соединений почвы, выявленные под монокультурами, следует располагать сельскохозяйственные культуры в схемах севооборотов в таком порядке, когда за культурой, снижающей численность олиготрофных микроорганизмов, имеющих иммобилизационную способность в отношении почвенных процессов, следуют культуры, повышающие численность этих групп микроорганизмов и усиливающие мобилизационную способность почвенного микробоценоза. При этом ежегодная динамика численности почвенной микрофлоры, приобретая пульсирующий характер, способствует повышению биологической активности и эффективного плодородия почв.

- 3. Азотфиксирующая активность выщелоченного чернозема под монокультурой и в севообороте на различных агрофонах

При изучении регулирующего воздействия чередования культур и удобрений на почвенную микрофлору важным является исследование активности процессов, осуществляемых микроорганизмами. Одним из наиболее значительных с агрономической точки зрения, является процесс фиксации азота атмосферы.

Нами была определена актуальная и потенциальная азотфиксирующая активность иод яровой пшеницей в монокультуре и севообороте при разных уровнях и системах удобрений. Показаны достаточно существенные различия в актуальной (полевой) фиксации азота атмосферы в разных вариантах опыта. Так, наибольшая азотфиксирующая активность (25,3; 28,6 кг N2 на/га за вегетационный период) обнаружена в почве под яровой пшеницей в севообороте по фону удобрений. Несимбиотическая фиксация азота в течение вегетационного периода изменялась в зависимости от фазы развития яровой пшеницы, погодных условий и поступления .в почву растительных остатокв. Азотфиксирующая активность в почве под яровой пшеницей, посеянной после кукурузы (вегетационный период 1983 г.), выше, чем после картофеля (вегетационный период 1982 г.), что, по-видимому, связано с пожнивными остатками растений, являющихся энергетическим материалом.

Из почв различных вариантов было изолировано 66 штаммов микроорганизмов рода Clostridium и проведено определение их азотфиксирующей активности.

Результаты исследования показали, что азотфиксирую-

1И:

щая активность различных видов Clostridium, изолированных из почв разных вариантов опыта, существенно различается. Так, достаточно высокой ннтрогеназной активностью (185— 220 и 268—375 нмоль С2Н4 на 100 мл за час) обладают соответственно CI. acetobutylicum (штаммы 39,37) и С1. thyrobutyricum (штаммы 29,28), выделенные из-под яровой пшеницы в севообороте в варианте с применением органических и минеральных удобрений, и С!., pasteurianum (штаммы 9,10) (98—158 нмоль С2Н4), изолированный с тех же полей севооборота,, но без удобрений. Самой низкой ннтрогеназной активностью обладали культуры CI. pasteurianum (штаммы 17,15) и CI. acetobutylicum (штаммы 12,13), выделенные из парующей почвы без удобрений. Следовательно, интенсивность, связывания молекулярного азота атмосферы диазотрофами рода Clostridium определяется не только поч-венно-клнматическими условиями, но и специфическими факторами антропогенного порядка. Причем, штаммы Clostridium, выделенные из почв полей севооборота на фоне органических и минеральных удобрений и известкования, характеризуются более высокой азотфиксирующей активностью, чем штаммы, выделенные из почв i парующих полей и полей длительной монокультуры. .

Таким образом, в пределах одного и того же биотопа наблюдается существенная разница в ннтрогеназной активности различных штаммов Clostridium, определяемая уровнем агрофона и наличием растительного; покрова.

Результаты, полученные при изучении активности азот-фиксации в почве, показывают, что азотфиксирующий генофонд .выщелоченного чернозема достаточно богат, а интенсивность процесса азотфиксации .почвенных диазотрофов лимитирована, главным - образом, недостатком легкодоступного энергетического субстрдта, который в конечном счете, может наложить отпечаток на активность диазотрофов.

4. Оценка степени плодородия выщелоченного чернозема в условиях монокультуры и севооборота под действием удобрений и химической мелиорации

Критерием плодородия и окультуренности почв является урожай сельскохозяйственных культур. Из полученных нами данных видно, что за три года средний урожай гороха в севообороте по сравнению с бессменным возделыванием был выше на фоне без удобрений на 10,0 ц/га, с системой удобрений — на 14,8 ц/га, с известкованием — на 17,5 ц/га, кукурузы — соответственно на 109,3, 262,5, 312,0, яровой пшеницы — на 7,8, 22,0, 23,3. Отрицательное влияние бессменных посевов в большей мере сказывалось на урожае зерновых культур, особенно яровой пшеницы и гороха и, в мень-

шей степени, на урожае пропашных — кукурузы. Результаты проведенного корреляционного анализа свидетельствуют о прямой корреляционной зависимости урожая яровой пшеницы от численности микроорганизмов, принимающих участие в трансформации соединений азота — аммонифнкаторов, деннтрификаторов, бактерий, ассимилирующих органический и минеральный азот. Коэффициент корреляции соответственно составлял: ri = 0,63; Гг=0,68; г3 = 0,77; Г4=0,78 при (Р = 0,95). Изучение баланса азота и гумуса для 5-ти поль-ного севооборота показало, что применение одинарной дозы удобрений и 20 т/га навоза не компенсировало потребление азота растениями. Для создания нулевого баланса азота и гумуса необходимо дополнительно на поля севооборота внести 36 кг/га азота и 1,19 т/га влажного навоза, что позволит получить планируемый урожай сельскохозяйственных культур.

Выводы

1. Смена естественного фитоценоза (залежь многолетняя) культурным (черный пар), обработка почв и применение удобрений оказывают регулирующее влияние на численность аммонифицирующих, денитрифицирующих микроорганизмов и анаэробных азотфнксаторов без заметного изменения их качественного состава.

2. В варианте опыта с монокультурой яровой пшеницы отмечены изменения в видовой структуре комплекса почвенных микроорганизмов. По мере увеличения срока бессменного возделывания' из бациллярных форм микроорганизмов сохраняется лишь Вас. inycoides (hit. 7—27), уменьшается численность Вас. subtilus (шт. 17,24) и исчезают Вас. cereus и Вас. brevis. Быстрорастущие почвенные грибы представлены p. Pénicillium, Aspergillus, Trichoderma.

3. Применение органических и минеральных удобрений уменьшает отрицательное влияние длительного бессменного возделывания культур на почвенную микрофлору. Под монокультурой яровой пшеницы на удобренном фоне изменяется качественный состав микроорганизмов, возрастает доля сиорообразующих бактерий, среди которых преобладают Вас. megaterium, Вас. idosus, Вас. mesentericus.

4. При возделывании яровой пшеницы в севообороте по сравнению с монокультурой происходит перестройка основных эколого-трофических групп микроорганизмов с преобладанием олигонитрофилов, участвующих в трансформации труднодоступных органических веществ, и азотфиксирующнх бактерий, обогащающих почву азотом.

5. Методом дисперсионного анализа оценены качественные и количественные . изменения состояния микробоценоза

ia

выщелоченного чернозема, выявлены характерные закономерности и связи между биотическими и абиотическими факторами, определяющими состояние • микробного комплекса в условиях монокультуры и севооборота. Различия в численности и качественном составе микроорганизмов и их биологической активности в разных вариантах опыта зависят как от физиологических особенностей растений, так и технологии их возделывания.

6. Азотфиксирующий генофонд выщелоченного чернозема достаточно богат, а интенсивность процесса азотфиксации почвенных диазотрофов лимитирована, главным образом, недостатком легкодоступного энергетического субстрата.

7. Впервые в пределах одного и того же биотопа было изолировано 66 штаммов микроорганизмов p. Clostridium н . проведено определение, их азогфиксирующей активности. Штаммы p. Clostridium, выделенные из полей севооборота по удобренному агрофону,- характеризуются более высокой нитрогеназной активностью, чем штаммы, изолированные с парующих полей и с полей длительной монокультуры.

8. Самой высокой нитрогеназной активностью обладают шт. 39,37 CI. acetobutylicum и шт. 29,28 С1. thyröbutyricum, выделенные из почвы под яровой пшеницей в севообороте с применением органических (навоз) и минеральных (NPK)

.удобрений, и CI. pasteurianurn шт. 9,10, изолированный с тех же нолей севооборота, но без удобрений. Самой низкой нитрогеназной активностью обладают культуры Cl. pasteurianurn шт. 17,15 и Cl. acetobutylicum шт. 12,13, выделенные из парующей почвы без удобрений.

9. Рассчитан баланс питательных элементов и гумуса для 5-ти польного севооборота. Систематическое внесение навоза в сочетании с периодическим известкованием, стимулируя биологическую активность почв, может обеспечить бездефицитный баланс органического вещества в почве и создать условия для накопления гумуса,.обладающего агрономически ценными свойствами. Расчетные данные показали, что для создания нулевого баланса азота н гумуса необходимо дополнительно на поля севооборота внести 36 кг/га азота и 1,19 т/га влажного навоза, что позволит получить планируемый урожай сельскохозяйственных культур: яровой пшеницы — 30 ц, гороха — 30 ц, кукурузы — 500 ц зеленой массы.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бойко Т. Ф., Г а р и ф у л л и н Ф. III., Га л и мз я но в а Н. Ф. Влияние удобрений на биогенность выщелоченного чернозема/'/Роль черноземов Башкирии в решении Продовольственной программы. — Уфа, 1983. — С. 40—18. - -

2. Бойко Т. Ф., Г а л и м зя н о в а Н. Ф., Шакирова Р. С.

Микробные показатели черноземов Башкирского Предуралья в условиях интенсивного земледелия // Республиканская конференция. Тезисы стендовых сообщений. — Уфа, Ю86. •— С. Mi—13.

3. Б о й к о Т. Ф., Л н д р е с о н Р. К., А м и р о в М. Б. Микрофлора выщелоченного чернозема при бессменном выращивании сельскохозяйственных культур и в севообороте//Микроорганизмы, их роль в плодородии почвы и охране окружающей среды. — М., 1985. ■— С. 94—98.

4. Бойко Т. Ф., Г а л и м з я н о в а Н. Ф_ Особенности микробоце-ноза в условиях монокультуры//УН съезд ВМО. Тезисы стендовых сообщений. — Алма-Ата. — 1985. ч. VI. — С. 23.—34.

5. Бой ко Т. Ф. Микрофлора и микробиологические процессы в севообороте//Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. —. Уфа, 1985. — С. 88—89.

6. Г а л и м з я н о в а Н. Ф., Бойко Т. Ф., П р о п а д у щ а я Л. А., Андресон Р. К. Численность микроорганизмов в выщелоченном и типичном черноземах при их окультуривашш//Повышение плодородия почп в условиях интенсивной системы земледелия — Уфа. — 1986, — С. 96— 104.

7. Б о й к о Т. Ф., Пропадущая Л А., Галимзянова Н. Ф., Андресон Р. К. Изучение микробного ценоза выщелоченного чернозема при монокультуре и в севообороте // Экологические аспекты гомео-стаза в биогеоценозе. — Уфа. — 1986i — С. 150—159.

8. Бойко Т. Ф. Изменение микробоценоза в условиях монокультуры и севооборота под действием органических и минеральных удобрений в выщелоченном черноземе//Тезисы республиканской конференции. — Вильнюс, — 1986 —С. 60—61.

Л 58970 29/ХИ—87 г.

Объем I п. л.

Заказ 3547.

Тираж 100

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

Бесплатно