В настоящее время существует значительная проблема снижения урожайности, основная причина которой – истощение сельскохозяйственных угодий. Одной из важных составляющих естественного плодородия почвы являются природные микроорганизмы, населяющие почву: различные микроскопические грибы, бактерии, беспозвоночные и пр. Уменьшение их количества обусловлено многими причинами, одна из которых – избыточное внесение минеральных удобрений, а также использование удобрений, токсичных для микроорганизмов даже в малых концентрациях.
Было выяснено, что некоторые соединения в малых дозах благотворно влияют на рост почвенных микроорганизмов. Например, в настоящее время появились данные о коллоидной форме красного селена, которая в исследованиях на животных проявляла меньшую токсичность и большую реакционную способность [3], в то время, как другие соединения селена: селениды, селениты и селенаты – являются в высокой степени токсичными.
Проведенные нами ранее лабораторные исследования на микромицете Trichoderma virens (ВКМ F-1117) и 2 штаммах Azotobacter chroococcum, выделенных из естественных условий в Нижегородской области, показали, что их удельная скорость роста, рассчитанная по уравнению Иерусалимского [1], не ингибировалась растворами коллоидного селена в концентрациях до 5 мг/л питательной среды, напротив, был обнаружен активирующий эффект при более низких концентрациях: 0,5; 3 и 4 мг/л для Azotobacter и 0,1 и 0,5 мг/л для Trichoderma [5]. На основании полученных результатов для дальнейшей работы с почвенными образцами была выбрана концентрация растворов 5 мг/л в пересчете на селен.
Цель. Исследование влияния некоторых форм селена на количество естественных почвенных микроорганизмов.
Материалы и методы исследования
На первом этапе работы на промытом и прокаленном песке выращивались растения пшеницы. в четырёх вариантах по три повторности каждый. Растения росли в течение трёх недель при регулярном поливе раствором Хогланда – Арнона, растения были разделены на следующие группы: в первом варианте был добавлен хитозан, во втором – коллоидный селен, в третьем – селенит натрия, четвёртый вариант – контрольный, без добавок. В конце вегетационного периода растений из горшков с песком были взяты средние пробы субстрата для посева на общее микробное число.
Собранные образцы субстрата высушивались, после чего готовилась серия разведений на стерильной водопроводной воде: 1:10, 1:100, 1:1000. Так как прокаленный песок изначально беден микроорганизмами, разведение 1:10000 было исключено из опыта. Раствор разведений 1:100 и 1:10000 объёмом 100 мкл разливался в стерильные чашки Петри с почвенным агаром в двух повторностях каждый, при этом жидкость равномерно распределялась по поверхности агара с помощью шпателя. В течение 72 часов чашки Петри находились в затемнённом месте при температуре 30 °С, после чего проводился обсчёт выросших колоний в каждой чашке. Среди всех результатов выбиралось разведение, посев которого даёт от 30 до 200 колоний в одной чашке. Для учёта результата количество колоний на обеих чашках суммировали, делили на два и умножали на степень разведения. Результат выражали числом колониеобразующих единиц (КОЕ в 1 г почвы) [2].
Следующим этапом стали полевые исследования. Был поставлен мелкоделяночный опыт по выращиванию пшеницы на почве с добавлением раствора хитозана, коллоидного селена и селенита натрия. 22 мая на делянках площадью 4 м2 была посеяна пшеница, обработанная растворами хитозана, коллоидного селена и селенита натрия с расходом 100 мл раствора на кг семян, а также заложен контрольный опыт (без добавок). Количество делянок для каждого варианта – 3. Начиная с 11-го дня после посева каждые 10 дней со всех четырёх участков брались средние пробы почвы для проведения дальнейшего исследования. Всего было сделано 11 замеров.
Собранная почва так же, как и в опыте с песчаными образцами, высушивалась до воздушно-сухого состояния, после чего готовилась серия разведений на стерильной водопроводной воде: 1:10, 1:100, 1:1000, 1:10000. Изначальная обсеменённость сельскохозяйственной почвы различными микроорганизмами достаточно велика, поэтому для посева и последующих измерений брался раствор трёх последних разведений: 1:100, 1:1000, 1:10000. Результаты выражали в КОЕ на 1 г почвы.
После созревания пшеницы были сняты средние пробы колосьев, измерена масса 1000 зерен и произведён расчёт урожайности в ц/га по формуле
У = К*З*А/10000,
где У – урожайность, К – количество колосьев на м2, З – среднее количество зёрен в колосе, А – абсолютная масса зерна (масса 1000 зёрен) [4].
Результаты исследования и их обсуждение
Проведённые исследования выявили коррелирующую зависимость результатов лабораторных и полевых опытов. Раствор хитозана при добавлении его в песчаную среду вызвал увеличение количества микроорганизмов на 39,6 % по сравнению с контролем. Данный рост показателей ОМЧ обусловлен высокой пищевой ценностью хитозана по отношению к некоторым микроорганизмам. Общее микробное число в образцах с добавлением коллоидного селена на 12,5 % ниже, чем в образцах с хитозаном, но выше, чем в контроле. В свою очередь, добавление селенита натрия привело к уменьшению количества микроорганизмов в пробе на 10,5 % по сравнению с контрольным образцом (рис. 1).
В ходе полевых исследований была обнаружена чёткая сезонная изменчивость количества микроорганизмов в почве в течение вегетационного периода зерновой культуры, выращиваемой на опытном участке. Своего максимума общая численность почвенных микроорганизмов, или общее микробное число (ОМЧ), во всех пробах достигла в июле-августе (с 41-го по 82-й день вегетации пшеницы).
Резкое уменьшение количества почвенных микроорганизмов, пришедшееся на 21-й день после посева, связано с засушливыми погодными условиями. Снижение показателей ОМЧ после 92-го дня вегетации пшеницы обусловлено естественными причинами – окончанием летнего периода, сопровождающимся понижением температуры, а также малым количеством осадков (рис. 2).
При учёте средних результатов количество почвенных микроорганизмов в пробах с добавлением селенита натрия на 42,9 % (± 4 %) ниже, чем в контрольных пробах. При этом ОМЧ в пробах с добавлением раствора хитозана на 14,8 % (± 1,0 %) выше, чем в контрольных образцах. Так как хитозан является компонентом-стабилизатором коллоидного селена и в свою очередь может действовать на количество микроорганизмов, то учёт результатов по коллоидному селену был произведён по отношению к пробам с добавлением хитозана. Показатели ОМЧ в пробах почвы с добавлением коллоидного селена являются самыми высокими, на 23,7 % (± 6,9 %) выше, чем аналогичные показатели в пробах почвы с добавлением хитозана; или на 42,5 % (± 12,0 %) выше, чем количество почвенных микроорганизмов в контрольных образцах (рис. 3).
Рис. 1. График изменения общего количества почвенных микроорганизмов при добавлении в среду (песок) раствора хитозана, коллоидного селена и селенита натрия
Рис. 2. График сезонного изменения общего количества почвенных микроорганизмов при обработке семян пшеницы растворами хитозана, коллоидного селена и селенита натрия
Рис. 3. График усреднённого сезонного процентного показателя количества почвенных микроорганизмов по сравнению с контролем (ось ОY)
По истечении срока вегетации пшеницы был снят урожай и по некоторым параметрам проведён анализ. Масса тысячи зёрен в разных вариантах составила: хитозан – 33,0 г, коллоидный селен – 34,37 г, селенит натрия – 32,97, контроль – 33, 70 г. По этим данным был произведён расчёт урожайности: хитозан – 39,5 ц/га, коллоидный селен 41,3 ц/га, селенит натрия – 29,6 ц/га, контроль – 33, 8 ц/га. Таким образом, предпосевная обработка пшеницы раствором хитозана привела к увеличению урожайности на 16,9 % по отношению к контролю; зёрна, обработанные раствором коллоидного селена, дали урожай на 4,6 % больше, чем зёрна, обработанные хитозаном, и на 22,3 % больше, чем контрольный образец. В свою очередь, обработка семян селенитом натрия привела к снижению урожайности на 12,5 %.
Заключение
Таким образом, при проведении полевого эксперимента были получены результаты, подтверждающие первоначальные лабораторные исследования. Выявлено активирующее влияние коллоидного селена на рост количества почвенных микроорганизмов, что положительно влияет на почвенную биоту и косвенно на общее состояние сельскохозяйственных угодий в целом. В свою очередь, использование селенита натрия на исследуемом участке вызвало уменьшение количества почвенных микроорганизмов почти на половину по сравнению с образцами контрольной делянки. Кроме того, использование раствора хитозана и в особенности коллоидного селена, стабилизированного хитозаном, в качестве удобрения приводило к увеличению урожайности пшеницы на 10–20 %.
Работа поддержана проектом № 5108ГУ1/2014 Фонда содействия инновациям УМНИК.
Библиографическая ссылка
Смирнова Д.Б., Ивахнова Д.А., Блинова Е.В., Апрятина К.В., Синицына Ю.В., Смирнова Л.А. ВЛИЯНИЕ СОЕДИНЕНИЙ СЕЛЕНА НА КОЛИЧЕСТВО ЕСТЕСТВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЧВАХ И НА УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 11-1. – С. 116-119;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35684 (дата обращения: 20.04.2024).