Микрофлора почвы находится в стабильном состоянии, ее численность меняется в зависимости от попадания и распределения в почве источников органического вещества, от агротехнических приемов и от возделываемых сельскохозяйственных культур. Для характеристики плодородия почвы рекомендуются показатели биологической активности: количество, состав и биомасса микроорганизмов.
Как известно, растение является основным фактором, определяющим развитие микроорганизмов в почве. В период вегетации растения оказывают влияние на микрофлору почвы своими корневыми выделениями, после окончания вегетационного периода – через отмершие корни и пожнивные остатки [3].
Проблема «биологического» азота – важнейшая в области биологических исследований, не случайно в экономически развитых странах приоритетной является не химизация, а биологизация земледелия, важнейшим элементом которой считается использование микробиологических процессов азотфиксации. Основные причины этого – как экологические, так и экономические. Энергозатраты на производство, транспортировку, хранение и внесение удобрений растут быстрее, чем рост урожаев, соотношение составляет 5:1. Экологическая сторона проблемы заключается в том, что коэффициент использования азотных удобрений низок и в окружающую среду поступает большое количество легкорастворимых азотнокислых и аммонийных солей. «Биологический» азот, напротив, полностью безвреден для человека и окружающей его среды, он полностью используется растениями, а энергетические затраты на активизацию азотфиксаторов относительно невелики [5].
Фиксация молекулярного азота из атмосферы – одно из самых мощных средств пополнения азотного фонда почвы и питания растений, превосходящее по своему объему и значению индустрию азотных удобрений. В современном земледелии неуклонно возрастает значение «биологического» азота [4].
Цель исследования. В мировой практике наблюдается тенденция снижения доз применяемых минеральных удобрений и возрастает роль их использования с агротехническими приемами (по экономическим и экологическим соображениям направленными на поддержание естественного плодородия почв мероприятиями по повышению биоразнообразия полезной почвенной микрофлоры). Без принятия срочных мер по сохранению и повышению плодородия почв, оно уже в ближайшем будущем может быть необратимо утрачено на обширных земледельческих территориях. Наиболее эффективное и экологически безопасное применение минеральных удобрений возможно только при удовлетворении потребности растений в широком спектре других компонентов, обеспечивающих развитие растений без ущерба для плодородия почв. Одним из них является инокуляция («заражение») комплексом полезных почвенных микроорганизмов [2].
В этой связи целью данной работы явилось изучение и влияние применения активных штаммов клубеньковых и целлюлолитических бактерий люцерны на почвенные микроорганизмы в условиях Кызылординской области.
Материалы и методы исследования
Мелко-деляночные эксперименты проводили на опытном участке Университета «Болашак» (г. Кызылорда). Были составлены варианты, в которых использовали штаммы клубеньковых бактерий люцерны и их сочетания с целлюлозолитическими бактериями. Для предпосевной обработки семян в мелко-деляночных опытах использовали штаммы клубеньковых бактерий люцерны: Sinorhizobium meliloti ИМВ Л5, Sinorhizobium meliloti 24, Sinorhizobium meliloti Л5-1 и минеральное удобрение нитроаммофос. В контрольном варианте использовали семена люцерны без обработки клубеньковыми бактериями. Для посева бобовых культур в мелко-деляночных опытах использовали сорт люцерны – «Семиреченская местная».
Изучение количественного состава микробиоценозов почвенных образцов проводили методом титрования [1]. Определение численности целлюлозолитических бактерий и аммонифицирующих микроорганизмов проводили с использованием таблицы Мак-Креди.
Результаты исследования и их обсуждение
Одним из показателей состояния почвы является ее микрофлора. Микробиологическое исследование дает возможность увидеть состояние происходящих процессов в почве. Изучен микробиологический состав почвы опытных мелко-деляночных участков Университета «Болашак» под люцерной в весенний и осенний вегетационные периоды. Результаты исследований представлены в табл. 1.
Таблица 1
Численность физиологических групп микроорганизмов почв мелко-деляночных участков под люцерной
|
Варианты опыта |
Количество микроорганизмов, КОЕ/г почвы |
|||||
|
ОМЧ |
Спорообразующие |
Актиномицеты |
Мицелиальные грибы |
Олиго-трофные |
||
|
№ 1Л (контроль) |
Весна |
1,1 ± 0,4∙106 |
0,3 ± 0,2∙106 |
0,1 ± 0,1∙105 |
1,6 ± 1,4∙104 |
1,6 ± 1,4∙105 |
|
Осень |
3,7 ± 0,7∙106 |
0,5 ± 0,2∙106 |
2,9 ± 0,6∙106 |
0,6 ± 0,9∙105 |
1,9 ± 0,5∙106 |
|
|
№ 2Л (Фитобацирин + нитроаммофос) |
Весна |
4,7 ± 0,8∙105 |
3,6 ± 2,2∙105 |
0,6 ± 0,3∙105 |
0,1 ± 0,1∙105 |
1,3 ± 1,3∙105 |
|
Осень |
2,3 ± 0,5∙106 |
0,5 ± 0,2∙106 |
2,2 ± 0,5∙106 |
0,3 ± 0,6∙105 |
9,3 ± 0,3∙106 |
|
|
№ 3Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ-Л5) |
Весна |
2,8 ± 0,8∙105 |
1,4 ± 0,4∙106 |
0,3 ± 0,6∙104 |
0,6 ± 0,9∙104 |
9,3 ± 3,5∙105 |
|
Осень |
5,8 ± 0,9∙106 |
1,0 ± 0,4∙106 |
1,6 ± 0,5∙106 |
0,3 ± 0,6∙105 |
1,9 ± 0,5∙106 |
|
|
№ 4Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л5-1) |
Весна |
1,8 ± 0,5∙106 |
1,0 ± 0,3∙106 |
4,6 ± 2,4∙104 |
1,3 ± 1,3∙104 |
0,3 ± 0,2∙106 |
|
Осень |
1,9 ± 0,7∙106 |
0,7 ± 0,3∙106 |
8,3 ± 0,4∙106 |
0,6 ± 0,9∙105 |
1,2 ± 0,4∙106 |
|
|
№ 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24) |
Весна |
2,9 ± 0,6∙106 |
2,2 ± 0,5∙106 |
0,2 ± 0,2∙105 |
0,3 ± 0,6∙104 |
2,6 ± 1,8∙105 |
|
Осень |
2,1 ± 0,5∙106 |
2,3 ± 0,5∙106 |
8,6 ± 0,3∙106 |
0,6 ± 0,9∙105 |
0,5 ± 0,2∙106 |
|
Из табл. 1 видно, что наибольшее количество актиномицетов в почве выявлено при использовании варианта № 4Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л5-1). Актиномицеты представляют собой группу микроорганизмов, участвующих на конечных этапах разложения органических веществ. Численность микроорганизмов увеличилась на два порядка. Олиготрофные микроорганизмы одинаково богато представлены во всех анализируемых образцах и участвуют на разных этапах переработки органических соединений. Количественный состав олиготрофных микроорганизмов при использовании варианта № 2Л (Фитобацирин + нитроаммофос) составил 9,3 ± 0,3∙106 КОЕ/г почвы. Численность микроорганизмов после обработки клубеньковыми и целлюлозолитическими бактериями увеличилась в среднем в 2 раза.
Среди функциональных групп микроорганизмов особое значение имеют микроорганизмы, участвующие в превращениях соединений азота – основного элемента, необходимого для развития растений: аммонификаторы, азотфиксаторы и соединения углерода – целлюлозолитические микроорганизмы. Результаты по численности функциональных групп микроорганизмов в почвах под люцерной представлены в табл. 2.
Таблица 2
Численность функциональных групп микроорганизмов почв мелко-деляночных участков под люцерной
|
Варианты опыта |
Количество микроорганизмов, КОЕ/г почвы |
|||
|
Азотфиксаторы |
Целлюлозолитические бактерии |
Аммонификаторы |
||
|
№ 1Л (контроль) |
Весна |
0,3 ± 0,2∙106 |
7,5∙102 |
3,0∙103 |
|
Осень |
0,3 ± 0,2∙106 |
4,0∙103 |
3,0∙104 |
|
|
№ 2Л (Фитобацирин + нитроаммофос) |
Весна |
0,1 ± 0,1∙106 |
1,5∙103 |
1,6∙103 |
|
Осень |
0,1 ± 0,1∙106 |
2,0∙104 |
3,5∙103 |
|
|
№ 3Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л5) |
Весна |
0,3 ± 0,2∙106 |
3,5∙102 |
1,5∙103 |
|
Осень |
0,3 ± 0,2∙106 |
1,65∙104 |
4,0∙103 |
|
|
№ 4Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л5-1) |
Весна |
0,5 ± 0,6∙106 |
4,0∙102 |
4,0∙102 |
|
Осень |
0,5 ± 0,6∙106 |
2,0∙104 |
1,5∙104 |
|
|
№ 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24) |
Весна |
0,4 ± 0,2∙106 |
3,0∙102 |
1,5∙103 |
|
Осень |
0,4 ± 0,2∙106 |
3,0∙104 |
1,1∙105 |
|
Аммонификаторы – микроорганизмы, вызывающие процессы разложения белка и других органических соединений азота с образованием аммиака. Численность аммонифицирующих микроорганизмов в почвах под люцерной колеблется от 102 до 105 клеток/г почвы. Наиболее важную роль в обогащении почвы азотом и повышении ее плодородия играют азотфиксирующие микроорганизмы. Установлено, что наибольшее количество азотфиксирующих микроорганизмов отмечено при использовании варианта № 4Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л 5-1) – 0,5 ± 0,6∙106 КОЕ/г почвы, аммонификаторов при использовании варианта № 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24, 1,1∙105 клеток/г почвы). Численность целлюлозолитических микрорганизмов изменяется в пределах от 103 (контроль) до 104 (опытные варианты). Наибольшее количество наблюдалось при использовании варианта № 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24) – 3,0∙104 – в осенний вегетационный период.
Выводы
Таким образом, инокуляция семян люцерны в Кызылординской области оказала положительное влияние на микробиологический состав почвы и на их урожайность. Установлены изменения в количественном составе функциональных групп микробиоценозов после инокуляции семян люцерны клубеньковыми бактериями. Особенно значительно возрастает численность аммонификаторов при использовании варианта № 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24, 1,1∙105 клеток/г почвы) и целлюлозолитических микроорганизмов № 5Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti 24) – 3,0∙104 – в осенний вегетационный период. Наибольшее количество азотфиксирующих микроорганизмов отмечено при использовании варианта № 4Л (Фитобацирин + Sinorhizobium meliloti ИМВ Л 5-1) – 0,5 ± 0,6∙106 КОЕ/г почвы. Результаты могут найти применение для улучшения плодородия почв для сельскохозяйственных угодий.
Рецензенты:
Нургызарынов А.М., д.с.-х.н., профессор кафедры «Химия и экология», Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда;
Ибадуллаева С.Ж., д.б.н., профессор кафедры «Биология и география», Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда.
Работа поступила в редакцию 05.08.2014.