ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 3, с. 373-377
^ БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^
ПОЧВ
УДК 631.46
ОЦЕНКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ, ВЫВЕДЕННОЙ ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ*
© 2004 г. С. Н. Сазонов, Н. А. Манучарова, М. В. Горленко, А. В. Терехов, М. М. Умаров
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова 119992, Москва, Воробьевы горы Поступила в редакцию 07.04.2003 г.
Исследовано последействие минеральных удобрений в дерново-подзолистой почве на активность эмиссии парниковых микрогазов. Установлено, что интенсивность эмиссии (К20, С02, СН4) из почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования, максимальна в вариантах с полным комплексом минеральных удобрений. Методом мультисубстратного тестирования показано значимое увеличение функционального биоразнообразия и стабильности микробной системы в вариантах с внесением минеральных удобрений. Обратная картина наблюдалась в изучаемой почве без применения комплексов удобрений.
В настоящее время значительная часть пашни России выведена из сельскохозяйственного использования. В таких почвах протекают различные физические, химические и биологические процессы, объединенные общим термином "самовосстановление" [7]. Известны подходы геоботаников, зоологов и почвоведов к оценке самовосстановления почв [8, 10], однако микробиологическая сторона этой проблемы остается плохо изученной. Из имеющихся данных следует, что азот и углерод как важнейшие биофильные элементы наиболее быстро реагируют на изменение свойств почв, что позволяет оценить основные приходные (азотфиксация) и расходные (газообразные потери) статьи баланса азота и углерода в самовосстанавливающихся почвах [5].
Оксиды азота (в основном закись азота) образуются в почве при разнообразных микробиологических процессах (денитрификации, гетеротрофной и автотрофной нитрификации), а также при хемоденитрификации [9]. Азотфиксация в отсутствие азотных удобрений является основным процессом обогащения почв азотом. Эти два противоположно направленных процесса могут протекать одновременно и нередко метаболически связаны между собой, однако взаимосвязь между ними до настоящего времени остается мало изученной [11].
Расходные статьи баланса углерода прежде всего зависят от интенсивности процессов "дыхания" почвы и метаногенеза.
*
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ < 01-04-49284, < 01-04-48137 и гранта НШ-1518.2003.4.
Целью настоящей работы явилось изучение эмиссии закиси азота, диоксида углерода и метана, а также поступление молекулярного азота в процессе азотфиксации в дерново-подзолистой почве, выведенной из сельскохозяйственного использования.
В задачи исследования входило: 1) изучение сезонной динамики процессов азотфиксации и денитрификации в дерново-подзолистой почве; 2) оценка эмиссии метана и диоксида углерода из изучаемой почвы; 3) определение параметров функционального биоразнообразия комплексов почвенных микроорганизмов исследованных аг-роценозов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили на опытной станции Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института химизации (ВНИПТИХИМ) на лизиметрах (внутренний диаметр 0.5 м) с окультуренной дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой. Содержание гумуса в ней составило 1.8-2.0%, рН - 6.0-6.2, Р205 - 63-82 мг/кг на контрольном варианте и 410-450 мг/кг - на варианте с добавлением фос-форно-калийных удобрений, К20 - 62-72 и 107122 мг/кг соответственно. Удобрения по всем вариантам были внесены в 1999 г., после чего почва находилась в состоянии самовосстановления. Опыт проводился по следующей схеме:
1. Контроль - вариант без внесения минеральных удобрений.
2. Вариант с внесением (в предыдущие годы) минерального агрохимического фона, содержа-
374
САЗОНОВ и др.
щего соединения фосфора и калия в составе фосфоритной муки и хлористого калия из расчета 70 и 140 кг/га почвы соответственно.
3. Два варианта с внесением минерального азота в форме аммиачной селитры из расчета 90 и 210 кг/га почвы.
Для анализа образцы почв отбирали ежедекадно с помощью бура из пахотного горизонта (0-20 см). Поскольку непосредственно в поле отбор проб газов был невозможен, все определения проводили в лабораторных условиях.
Интенсивность потерь почвой газообразных соединений азота оценивали по скорости эмиссии закиси азота в присутствии ацетилена [6, 5]. Содержание закиси азота в газовой фазе измеряли на газовом хроматографе с детектором с электронным захватом (модель 3700/4). Все пробы анализировали в 3-кратной повторности.
Активность азотфиксации и метанообразова-ния определяли на хроматографе СНЯОМ-4-1 с пламенно-ионизационным детектором [6].
Образование диоксида углерода определяли на газовом хроматографе с детектором по теплопроводности [6]: 10 граммов изучаемой почвы помещали в герметично закрывающиеся флаконы и инкубировали в течение суток при температуре 28°С.
Запасы общего азота в исследуемых вариантах были определены по методу Къельдаля [4].
Оценку параметров функционального биоразнообразия комплексов почвенных микроорганизмов проводили методом мультисубстратного тестирования с помощью автоматизированной системы микробиологического мониторинга "Эколог" [1]. Использовали специальные тест-план -шеты типа "Эко-лог", в каждой из ячеек которых помещался соответствующий субстрат. В ячейки таких планшетов вносили суспензии исследуемых почв. При этом к суспензии предварительно добавляли индикатор, который в случае потребления данного субстрата микроорганизмами биохимически модифицируется и приобретает окраску, интенсивность которой пропорциональна активности микроорганизмов, связанной с потреблением данного субстрата в ячейке. Интенсивность окраски измеряли при помощи многоканального фотометра, входящего в состав системы "Эколог". Полученный массив данных использовали для оценки индексов функционального биоразнообразия и индексов стабильности микробных систем, полученных на основе анализа ранговых распределений [2].
Для выявления спектра азотфиксирующих и денитрифицирующих бактерий использовали методы посева на среду Эшби и накопительных культур [3].
Для выделения наиболее активных бактерий денитрификаторов из исследуемой почвы использовали метод посева на плотную питательную среду Эшби с добавлением нитратов следующего состава (г/л): К2НРО4 - 1.6; КН2РО4 - 1; М§БО4 - 0.3; КаС1 - 0.5; СаСО3 - 5; КШ3 - 3; сахароза - 10; дрожжевой экстракт - 0.2; агар - 20.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Оценка влияния последействия удобрений на азотфиксирующую активность почвы и на эмиссию закиси азота, диоксида углерода и метана. Определение величин эмиссии закиси азота из почвы показало, что газообразные потери хорошо коррелировали с внесенной ранее дозой минерального азота. В вариантах с наибольшей дозой азота эмиссия закиси азота была максимальной, причем такая закономерность прослеживалась в течение всего вегетационного периода. При этом потери закиси азота из почвы возрастали к середине вегетационного периода и достигали максимальных значений ко второй декаде июля (рисунок, I).
Изучение активности азотфиксации в вариантах последействия удобрений в дерново-подзолистой почве выявило четкую ее зависимость от количества внесенного ранее минерального азота (рисунок, II). В вариантах с высокой дозой азота (210 кг/га) активность азотфиксации была достоверно ниже, чем в вариантах без азота и с низкой дозой (90 кг/га), причем такая зависимость сохранялась в течение всего вегетационного периода. Наибольшей активности этот процесс достигал в конце июня, постепенно затухая к концу вегетационного периода. Важно отметить, что наибольшей активности процесс азотфиксации достигал в варианте без азота, с внесением только фосфор-но-калийных удобрений. Полученные данные можно объяснить остаточно высоким содержанием минеральных форм азота, которые накапливались в почве при многолетнем применении азотных удобрений и угнетающе действовали на нитрогеназную активностью. Укажем в этой связи, что в варианте с высокой дозой азота содержание общего азота в 100 г почвы составляло к моменту проведения наших измерений 90 мг, в то время как в контрольном варианте оно не превышало 14 мг.
Таким образом, эффекты от внесенных ранее удобрений отчетливо проявляются и в период самовосстановления почв. В частности, с возрастанием вносимой дозы минерального азота активность азотфиксации убывает, в то время как потери азота растут.
Исследование интенсивности потерь почвой СО2 показало, что наибольших значений этот
35
н
° 30
Д.
о
(N
¡z
I
!z
и
м
25
20
15
10
о ce F
л я F о к
27 мая 26 июня 10 июля 15 августа 2 сентября □ 1 □2 аз □ 4
Рис. 1. Динамика: I - эмиссии N2O; II - азотфиксации; III - образования диоксида углерода; IV - образования метана в дерново-подзолистой почвы при последействии удобрений 3-го года. Обозначения: 1 - вариант без внесения удобрений (БУ); 2 - P70K140; 3 - P70K140N90; 4 - P70K140N210; Д.и. - доверительный интервал.
процесс достигал в варианте с внесением полного комплекса минеральных удобрений (рисунок, III). При этом в варианте с внесением только фосфор-но-калийных удобрений эмиссия диоксида углерода была выше по сравнению с контролем - без внесения удобрений. Как отмечалось, аналогичная закономерность была выявлена и при исследовании эмиссии закиси азота из почвы (рисунок, I).
Эмиссия метана из дерново-подзолистой почвы наблюдалась в течение всего вегетационного
периода, причем процесс отмечался во всех вариантах опыта (рисунок, IV). Наиболее интенсивное образование метана отмечалось в варианте с внесением полного комплекса минеральных удобрений (№К), однако увеличение дозы азота (до 210 кг/га почвы) в составе удобрений способствовало затуханию активности этого процесса. Такая закономерность прослеживалась в течение всего вегетационного периода.
I
7
6
5
4
3
2
САЗОНОВ и др. III
Д. и.
~1-1-1-г
27 мая 26 июня 10 июля 15 августа 2 сентября
Рис. 1. Окончание.
Таким образом, эффект применения минеральных удобрений на активность эмиссии парниковых микрогазов (К20, С02, СН4) сохранялся по истечен
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.