ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 8, с. 967-975
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 636:461:576
МИКРОБНАЯ СУКЦЕССИЯ ПРИ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
© 2004 г. Л. Н. Щапова
Биолого-почвенный институт ДВО РАН, 690022, Владивосток, Проспект 100 лет Владивостоку, 159 Поступила в редакцию 21.04.2003 г.
Изучали микробиологическую трансформацию органического вещества с различным соотношением углерода к азоту в микроделяночном опыте, заложенном с некоторыми видами (торф, солома, навоз, сидерат), дозами и способами внесения органических удобрений. Методом микробной сукцессии установлено, что при ежегодном внесении свежего органического вещества сукцессионные изменения в микрофлоре не достигают завершения и трансформация органического вещества отличается скоростью в зависимости от соотношения С : N в нем. Ежегодное внесение 8-16 т/га торфа, навоза и соломы приводит к накоплению гумуса в почве. Сидерат минерализуется в течение вегетационного периода без образования гумуса. Разовое внесение органических удобрений в количестве 40-80 т/га способствует устойчивому развитию микробиологических процессов. Темпы накопления гумуса в этом случае менее выражены.
ВВЕДЕНИЕ
Плодородие почв формируется под воздействием сложного комплекса природных и антропогенных факторов, ведущая роль среди которых принадлежит биохимической деятельности микроорганизмов. Вопросы, связанные с разработкой научных основ повышения плодородия почв, не могут быть решены без углубленного знания микробиологических процессов трансформации органического вещества.
Одной из причин, вызывающих в условиях современного земледелия деградацию гумуса, является высокая интенсивность микробиологических процессов его разложения. Повышенная биологическая активность способствует ускоренной минерализации свежего органического вещества, что приводит к его дефициту в почве [1]. При недостатке в почве свежего органического вещества гетеротрофная часть почвенной биоты удовлетворяет потребность в углероде преимущественно за счет разложения гумуса [2, 12, 19]. Интенсивная система земледелия способствует созданию экологической обстановки в почвах, которая заметно влияет на микробиологические процессы, направленность которых определяет процессы гумусообразования. Как отмечает Кононова [9], скорость превращения органического вещества и формирование устойчивых к микробному разложению форм гумуса зависят от условий, в которых протекает этот процесс. Однако эти вопросы остаются малоизученными.
В связи с отчуждением основной массы растений с урожаем резко сокращается поступление в почву свежего органического вещества. В этих условиях повышение запаса гумуса и создание его
бездефицитного баланса может быть достигнуто внесением различных органических удобрений. Скорость процесса разложения свежего органического вещества зависит прежде всего от величины соотношения углерода к азоту (С : №). Максимальная скорость разложения свойственна свежим растительным остаткам с узким отношением углерода к азоту [16, 24]. Менее интенсивно идет разложение растительных остатков с широким отношением [8, 18, 26]. В процессе микробиологического разложения органических остатков в почве формируется значительное количество самых разнообразных продуктов, которые принимают участие в образовании гумусовых веществ. Микробиологический процесс гумификации в почве определяется, с одной стороны, отбором устойчивых к микробному разложению органических структур [18, 20], с другой -скоростью процесса, вызывающего степень или глубину гумификации [13, 15].
В условиях южной части Дальнего Востока ранее было выявлено, что интенсивное развитие микробиологических процессов минерализации органического вещества и их преобладание над процессами синтеза и консервации является причиной постепенной деградации почв сельскохозяйственного назначения [22, 23].
Внесение в почву свежего органического вещества вызывает сукцессию в структуре микробного сообщества, сопровождающуюся изменениями микробиологических превращений органического вещества в почве. Известно, что сукцессионные изменения происходят вполне закономерно и что ими можно управлять [6, 7]. В связи с этим, основная цель наших исследований состояла в изучении сук-цессионных изменений в микробной системе почв,
вызванных внесением разных форм и доз свежего органического вещества, что позволило бы установить период завершения трансформации органического вещества и необходимость нового его внесения для создания положительного баланса гумуса.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
На лугово-бурых отбеленных почвах опытной станции по рациональному использованию мелиорированных земель Приморской государственной сельскохозяйственной академии в 1991 г. заложены микроделяночные опыты по схемам:
Опыт I. Ежегодное внесение органических веществ. 1) контроль; 2) торф 8 т/га; 3) торф 16 т/га; 4) солома 5 т/га; 5) солома 8 т/га; 6) навоз 8 т/га; 7) навоз 16 т/га; 8) сидерат 5 т/га; 9) сидерат 10 т/га.
Опыт II. Разовое внесение определенной дозы органических веществ на длительный срок. 1) контроль; 2) торф 40 т/га; 3) торф 80 т/га; 4) солома 5 т/га; 5) солома 40 т/га; 6) навоз 40 т/га; 7) навоз 80 т/га; 8) сидерат 5 т/га; 9) сидерат 10 т/га.
Почва: лугово-бурая отбеленная. Содержание гумуса - 3.28%; рН водной вытяжки - 6.28%. Площадь одной делянки 1 м2.
Выделение разных групп микроорганизмов, участвующих в разложении органического вещества, проводили на общепринятых питательных средах. Количество микроорганизмов, участвующих в разложении свежего органического вещества, учитывали на мясо-пептонном агаре (МПА). Микроорганизмы, развивающиеся за счет минеральных источников азота, учитывали на крахма-ло-аммиачном агаре (КАА); сахаролитические грибы - на сусло-агаре и среде Чапека; актиномице-ты - на среде КАА; спорообразующие бактерии выделяли на среде, состоящей из равных объемов сусло-агара и мясо-пептонного агара; олигокарбо-филы - минерализаторы гумуса - на среде Теппер [17]; олигонитрофилы учитывали на среде Эшби; олиготрофы - на почвенном агаре.
Выявление ферментативной активности осуществляли методом тестирования [11]. В образцах определяли углерод и гумус по Тюрину, со спектрофо-тометрическим окончанием [14]. Групповой состав подвижного органического вещества изучался в пи-рофосфатной вытяжке по Дъяконовой [5].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Исследования показали, что внесение свежего органического вещества в первый год резко увеличивает численность всех эколого-трофических групп микроорганизмов (табл. 1). Повышенным содержанием микроорганизмов характеризовались варианты опыта с ежегодным внесением ор-
ганического вещества, где численность микроорганизмов была достаточно высокой как в вариантах с торфом и соломой, так и в вариантах с навозом и сидератом. Бактерии, развивающиеся за счет органических форм азота, увеличивают численность по всем вариантам опыта с ежегодным внесением органических удобрений. Максимальное содержание этих гетеротрофов было отмечено в вариантах с узким соотношением углерода к азоту (навоз, сидерат). Варианты с торфом и соломой (широкое отношение С : К) отличались менее выраженным увеличением численности гетеротрофов, развивающихся на богатых органическим азотом средах.
В опыте с разовым поступлением больших доз органических веществ не произошло столь резкого увеличения численности бактерий, утилизирующих органический азот (табл. 1). Интенсивное развитие бактерий, развивающихся за счет минеральных форм азота (среда КАА) при разложении свежего органического вещества, отмечается в вариантах с навозом и сидератом при ежегодном поступлении органических удобрений. Варианты опыта с большими дозами органических веществ содержали в 4-5 раз меньше этих микроорганизмов.
Процессы минерализации свежего органического вещества (по отношению к численности микроорганизмов на МПА и КАА) интенсивно развиваются в опыте с ежегодным внесением органической массы и наиболее выражены в вариантах с торфом и соломой (широкое отношение С : К). В опыте с внесением органических удобрений в больших дозах процессы минерализации в начале сезона выражены слабо. Они развиваются к концу вегетационного периода и достигают такой же интенсивности как и в опыте с ежегодным поступлением органического вещества.
Олигокарбофилы, растущие на нитритном агаре и принимающие участие в разложении органического вещества, увеличивают численность через месяц после поступления органической массы по всем вариантам опыта с ежегодным внесением органических удобрений. Повышенным содержанием олигокарбофилов отличались варианты с широким отношением углерода к азоту (торф, солома). В вариантах опыта с большими дозами органических удобрений численность микроорганизмов, развивающихся на нитритном агаре, едва превышала их содержание на контроле (табл. 1). Исключение составляют варианты с сидератом, где численность этих микроорганизмов была достаточно высокой.
Для изучения последовательной смены микробных группировок (микробная сукцессия) при трансформации органического вещества мы воспользовались схемой Гузева и Иванова [4], по которой микробная система почвы, обеспечивающая минерализацию органических субстратов,
Таблица 1. Численность эколого-трофических групп микроорганизмов в микроделяночном опыте, август 1991 г.
Вариант Бактерии на МПА Споровые бактерии Грибы Микроорганизмы на КАА Микроорганизмы на -КАА- Целлюло-зоразлага- ющие микроорганизмы
бактерии актиноми-цеты ПА НА
М-ПА
п х 106 п х 103 п х 106 п х 103
М ± т М ± т М ± т М ± т М ± т М ± т М ± т М ± т
Ежегодное внесение органического вещества
Контроль 15.4 0.7 1.3 0.1 29.0 5.2 38.7 6.4 2.0 0.03 64.6 7.9 13.8 1.6 4.4 22.3 6.0
Торф 8 т/га 19.9 0.9 1.9 0.07 29.3 6.3 110 14.8 0.7 0.06 55.0 3.5 21.1 0.5 5.5 32.0 5.3
Торф 16 т/га 21.5 2.1 2.3 0.04 33.3 1.2 110 14.2 1.7 0.03 32.8 3.5 14.7 1.2 5.1 50.0 0.9
Солома 5 т/га 23.2 3.0 4.2 0.2 35.7 1.7 115 27.0 5.0 0.2 36.8 2.0 20.8 0.9 4.4 36.0 1.1
Солома 8 т/га 22.0 2.4 4.2 0.1 39.0 0.0 105 13.6 5.7 0.4 56.9 2.9 31.3 1.9 5.2 28.7 1.4
Навоз 8 т/га 26.5 2.4 2.0 0.0
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.