Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В России из 50 млн га избыточно кислых почв сильно- и среднекислые занимают 25 млн га. Кислотность этих почв – генетическое свойство, связанное с климатом, условиями почвообразования на бескарбонатных почвообразующих породах [1]. Без оптимизации реакции среды в почве нельзя создать высокопродуктивное земледелие, решать продовольственную и экологическую проблемы.

Подкисление почв вызывает существенное изменение их свойств. Снижение значений водородного показателя – одна из главных причин низкого плодородия почв Верхневолжья и недостаточной эффективности удобрений.

Важным мероприятием, позволяющим коренным образом улучшить свойства кислых почв, является известкование. Внесенная в почву известь преобразует ППК, снижает кислотность почвенного раствора [1].

Оптимальное для развития растений значение рН составляет для большинства сельскохозяйственных культур от 5,5 до 7,5. Оптимальные значения рН для большинства агрономически ценных групп микроорганизмов также колеблются в пределах от 6 до 7.

Еще Е.Н. Мишустин [2] отмечал, что известкование резко изменяет соотношение отдельных групп микроорганизмов почвы и активизирует деятельность ряда их видов, имеющих важное значение для улучшения почвенного плодородия. Помимо повышения общей биогенности, отмечается значительное увеличение числа бактерий и актиномицетов. Интенсивно начинают развиваться и нитрификаторы. Кальций, внесенный с известью, коагулирует почвенные коллоиды, улучшает структуру почвы и повышает ее водопрочность, в почве изменяются направленность и интенсивность биологических процессов [3].

До недавнего времени не практиковалось известкование почв, обладающих повышенной буферностью, к которым относятся серые лесные и черноземные почвы. В литературе встречается много противоречивых данных об эффективности их известкования и недостаточно сведений о влиянии мелиорации на состав, численность и активность почвенной микрофлоры [4–6].

В лаборатории микробиологии Владимирского НИИСХ проводятся многолетние исследования по влиянию агрогенной нагрузки (систем удобрений и приемов основной обработки) на биологические свойства серой лесной почвы в Опольной зоне Владимирской области [7–9]. Однако комплексного изучения влияния известковых материалов на биологическую активность серых лесных почв не проводилось.

Цель исследований: оценить влияние различных доз извести на удобренном и неудобренном фоне на показатели биогенности серой лесной почвы агроландшафтов.

Материалы и методы исследования

Для определения влияния известкования на биологические показатели серой лесной почвы в 2016 г. на производственном поле Владимирского НИИСХ (г. Суздаль) был заложен микрополевой опыт. Тип местности плакорный, соответствующий равнинным достаточно дренированным пространствам. Площадь делянки 4 м2, трехкратная повторность. Почва серая лесная слабооподзоленная среднесуглинистая. Агрохимическая характеристика почвы представлена в табл. 1.

Известь вносили в количестве: 0,5; 1; 1,5 дозы, рассчитанной по гидролитической кислотности (7,6 т/га СаСО3 – 1 г.к., Нг.) на естественном и минеральном (N60Р60К60) фоне. Схема микрополевого опыта представлена в табл. 2. В качестве минеральных удобрений были использованы: суперфосфат двойной гранулированный, аммиачная селитра и хлорид калия. Известь и фосфорно-калийные удобрения в 2016 г. заделывали под осеннюю зяблевую обработку почвы. В 2016 г. на производственном поле возделывалась яровая пшеница, а в 2017 г. – овес.

Почвенные образцы отбирали из слоя 0–20 см каждые 30 дней в период с мая по сентябрь. Из трех точек составлялся средний образец для анализов. Количественный учет микроорганизмов проводили в свежих почвенных образцах. Численность жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп определяли стандартными методами путем посева соответствующих разведений на элективные питательные среды [10]. В почве учитывалась: численность аммонифицирующих бактерий на мясо-пептонном агаре (МПА) – популяция гетеротрофных бактерий, участвующих в переработке азота белков и белковых соединений; бактерии, утилизирующие минеральные формы азота на крахмало-аммиачном агаре (КАА); количество диазотрофной группировки на среде Эшби; обсемененность азотобактером по методу Виноградского; численность микромицетов на среде Чапека; количество актиномицетов на среде Красильникова.

Результаты исследования и их обсуждение

Функциональный подход к учету деятельности микрофлоры почвы складывается из индивидуального изучения количества и биологической активности каждой микробной группы, что имеет большое значение в комплексной оценке агроэкосистем. Установлено, что стимулирующее влияние на рост численности микроорганизмов оказала полуторная доза извести по фону минеральных удобрений. На этом варианте отмечена максимальная численность микрофлоры – 25 млн КОЕ/1г почвы (табл. 2). Она обусловлена активизацией процессов размножения протеолитических, амилолитических и азотфиксирующих групп микроорганизмов. Относительно контроля средняя численность аммонификаторов возросла в 2 раза, бактерий, использующих минеральный азот ,в 1,7 раза, азотфиксаторов в 1,5 раза.

Отрицательная зависимость выявлена по численности микромицетов, которая снизилась в 2 раза относительно контроля на вариантах использования извести в дозе 1 г.к. и 1,5 г.к. по фону минеральных удобрений. Использование извести в дозе 0,5 и 1 г.к. на естественном фоне не повлияло на количество бактериального пула, уменьшая при этом количество мицелиальных микроорганизмов.

Снижение численности микромицетов и актиномицетов на вариантах использования извести может ингибировать интенсивность минерализации трудногидролизуемых соединений органического углерода из органических остатков.

Проведен анализ родовой структуры почвенных микрогрибов. На вариантах использования извести в структуре микоценоза увеличилась в 4–5 раз доля микрогрибов рода Trichoderma и составила 35–42 %, при этом снизилось количество представителей рода Penicillium и Fuzarium. Преобладание грибов рода Trichoderma является позитивным фактором, так как они обладают антагонистической активностью к фитопатогенным формам грибов, играют важную экологическую роль в деструкции органических остатков и в круговороте углерода и азота, что может определять высокий гомеостатический уровень этих вариантов.

Четкой закономерности в численности актиномицетов по вариантам опыта выявить не удалось, однако количество актиномицетов контрольного варианта превышает их количество на фонах использования извести.

Хотя актиномицеты обладают слабой толерантностью к почвенной кислотности, применение извести привело к снижению их пула в серой лесной почве относительно контроля. Имеющиеся в литературе сведения о распространении актиномицетов на фонах использования известковых мелиорантов носят противоречивый характер [4, 6].

Плотность заселения азотобактером (Azotobacter chroococcum) серой лесной почвы микрополевого опыта соответствовала высокой и очень высокой степени. Самый низкий процент обсемененности почвы несимбиотическим азотфиксатором определен на контрольном варианте – 59 %, что соответствует высокой степени обогащенности этим микроорганизмом. Использование извести в дозе 0,5 г.к. незначительно повысило плотность распространения азотфиксатора относительно контроля. Штаммы азотобактера более активно развивались на вариантах с дозой извести 1,0 г.к. и 1,5 г.к. Плотность заселения бактерией на этих вариантах была статистически выше (НСР05 = 13,7), на уровне 80–90 %, и не зависела от фона использования минеральных удобрений. Этому способствовало дополнительное поступление в почву кальция и снижение кислотности почвенного раствора.

Увеличение численности протеолитических, амиллолитических и диазотрофных микроорганизмов является подтверждением и объяснением высокой мобилизационной способности почв при известковании. Доза извести, рассчитанная по 1,5 г.к. на фоне минеральных удобрений N60Р60К60, оказала самое стимулирующее влияние на численность почвенных микроорганизмов вышеперечисленных эколого-трофических групп.

Микробное сообщество почвы одновременно поддерживает два противоположных процесса: минерализацию органического вещества с высвобождением доступных форм элементов питания и накопление гумуса, который составляет основу неспецифического органического вещества почвы. Для того, чтобы сохранять и увеличивать плодородие почвы, необходимо знать направленность микробиологических процессов, протекающих в агроэкосистемах. Весьма информативными показателями для этих процессов являются коэффициенты минерализации (КmN) и коэффициент трансформации азота органических соединений.Они свидетельствуют о протекающих в почве процессах распада и выноса элементов питания в целом, так как фактически отражают направление энергетических потоков, обусловленных противоположными функциями почвенной микрофлоры.

Использование различных доз извести стабилизировало процессы иммобилизации почвенного азота, о чем свидетельствуют коэффициенты минерализации (Кm = КАА/МПА) на уровне 0,61–0,80. В то же время на контрольном варианте отмечена высокая сезонная вариабельность этого показателя – от 0,58 до 2,0.

О глубине и интенсивности микробиологических превращений азотсодержащих соединений в почве судили по коэффициенту трансформации органического вещества Пм = (МПА + КАА)х (МПА/КАА). Самые высокие значения коэффициента Пм были получены на вариантах применения полуторной дозы извести – 21,7 и 24,7 соответственно (рисунок). Это является свидетельством того, что на этих фонах растительные остатки интенсивно трансформируются в органическое вещество почвы, а также характеризует структуру почвенного микробоценоза, которая определяет активность микробиологических и биохимических процессов, как наиболее оптимальную для поддержания устойчивого равновесия в данных экосистемах. В 2 раза ниже активность этого процесса наблюдается на контрольном варианте – 11,9.

Заключение

Анализируя общее количество микроорганизмов, установлено, что стимулирующее влияние на рост численности микроорганизмов оказала полуторная доза извести по фону минеральных удобрений. На этом варианте отмечена максимальная численность микрофлоры – 25 млн КОЕ/1г почвы. Она обусловлена активизацией процессов размножения протеолитических, амилолитических и азотфиксирующих групп микроорганизмов. Относительно контроля средняя численность аммонификаторов возросла в 2 раза, бактерий, использующих минеральный азот, в 1,7 раза, азотфиксаторов в 1,5раза.

Плотность заселения серой лесной почвы азотобактером (Azotobacter chroococcum) на уровне 80–90 % отмечена при использовании извести в дозе 1,0 г.к. и 1,5 г.к. на естественном и удобренном фоне.

Вместе с тем отрицательная зависимость выявлена по численности микромицетов, которая снизилась в 2 раза на вариантах использования извести в дозе 1 г.к. и 1,5 г.к. по фону минеральных удобрений относительно контроля. Использование извести в дозе 0,5 и 1 г.к. на естественном фоне не повлияло на количество бактериального пула, уменьшая при этом количество мицелиальных микроорганизмов. Снижение численности микромицетов и актиномицетов на вариантах использования извести может ингибировать интенсивность минерализации трудногидролизуемых соединений органического углерода из органических остатков.

Увеличение численности протеолитических, амилолитических и диазотрофных микроорганизмов является подтверждением и объяснением высокой мобилизационной способности почв при известковании. Доза извести, рассчитанная по 1,5 г.к. на фоне минеральных удобрений N60Р60К60, оказала самое стимулирующее влияние на численность почвенных микроорганизмов вышеперечисленных эколого-трофических групп.