Биологические науки/6.Микробиология
К.с.-х.н. Смирнова Е.Б.,
к.с.-х.н. Занина М.А, к.х.н. Решетникова В.Н., к.б.н. Семёнова Н.Ю.
Микробиологические процессы в чернозёме обыкновенном при
возделывании сельскохозяйственных культур
В
настоящее время требуется пересмотр теоретических подходов при построении
севооборотов, позволяющих насыщать их более выгодными для хозяйства культурами.
Но это, в свою очередь, приводит к частому возврату на одно и то же поле одной
культуры, что естественно вызывает нежелательные явления в экотопе в целом и в
микробоценозе в частности. А ведь известно, что микрофлоре принадлежит ведущая
роль в минерализации растительных остатков, их гумификации и минерализации
собственно гумусовых веществ, то есть формировании основного фактора плодородия
гумуса. Поэтому нами были проведены микробиологические исследования под
ячменем, озимой пшеницей и подсолнечником, возделываемыми в севообороте и
бессменно. Опыты проводились в OОО «Победа» Балашовского района Саратовской
области в 2005–2010 гг. Почвы представлены черноземом обыкновенным,
среднегумусным, среднесмытым, суглинистого гранулометрического состава.
Известно, что
все полевые культуры по чувствительности к бессменному возделыванию делят на
три группы: сильно - , средне - и
слабореагирующие [1]. Нами были взяты культуры из двух первых групп:
подсолнечник – как сильно реагирующая культура; ячмень и озимая пшеница –
среднереагирующие на бессменные посевы.
В
результате исследований мы выяснили, что под бессменным ячменем происходит
увеличение зимогенной группировки микроорганизмов и уменьшение доли автохтонной
микрофлоры. При этом в зимогенной группировке возрастает роль микроорганизмов,
ассимилирующих органические формы азота, обладающих набором протеолитических
ферментов, способных вызывать мацерацию корневых систем, а также актиномицетов,
свидетельствующих о накоплении трудноразлагаемых соединений в бессменных
посевах. Известно, что растительные остатки зерновых культур слабо разлагаются
вследствие широкого отношения С : N в них, более 20:1, тем
более ежегодное поступление в течение многих лет растительных остатков,
однородных в химическом отношении, влечет за собой накопление трудноразлагаемых
соединений. Следует отметить, что в севообороте численность грибов была в 2
раза выше, чем в монокультуре, и характеризовалась большим разнообразием:
выявлены грибы из родов Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma, Penicillium. В монокультуре грибы
представлены только родом Penicillium, среди которых много
фитотоксичных и патогенных форм.
Исследования почвы под посевами озимой пшеницы, также относящейся к среднереагирующим культурам, убедительно показали, что к каждой культуре следует подходить с учетом ее биологических особенностей. Формирование микробного ценоза в посевах озимой пшеницы происходит иначе, чем под ячменем, что объясняется конечно специфическими корневыми выделениями, химическим составом растительных остатков и особенностями роста и развития этой культуры в системе севооборота. В отличие от ячменя, в бессменных посевах озимой пшеницы происходило уменьшение доли зимогенной группировки микроорганизмов до 65,7 % и увеличение доли автохтонной – до 34, 3 %. В зимогенной группировке, как и под ячменем, отмечался рост актиномицетов. Микрофлора характеризовалась однообразием. В основном выделялись грибы из рода Penicillium. Снижалась доля целлюлозоразлагающих микроорганизмов, численность азотобактера уменьшалась в 4 раза. Развитие нитрификаторов происходило на уровне контроля, то есть севооборота.
Микробиологические исследования, выполненые под посевами подсолнечника, сильно реагирующего на бессменный посев, свидетельствует, что микробный ценоз в почве претерпевал заметные изменения по сравнению с другими изучавшимися культурами. В бессменном посеве подсолнечника в 2,6 раза увеличивалась часть микробного ценоза, участвующая в минерализации гумусовых соединений, в 1,8 раза – в иммобилизации минерального азота; снижалась доля гетеротрофной микофлоры, растущая на мясо–пептонном агаре и использующая органические формы азота. Увеличивалась глубина минерализации свежих растительных остатков. Численность нитрификаторов снижалась в 2,5 раза, в силу, как уже указывалось выше, иммобилизации минерального азота группой микроорганизмов, усиливающих именно эти формы, так как численность в 1,8 раза выше в бессменных посевах, чем в севообороте. Это подтвердилось и динамикой развития микроорганизмов в севообороте и бессменной культуре. Численность азотобактера в бессменных посевах была на 20,5 % выше, чем в севообороте в среднем за вегетацию. Однако, наблюдения свидетельствуют что преимущество было сформировано за счет июньского срока определения, когда в севообороте минерального азота было больше, чем в бессменной культуре, что, возможно, и ограничивало в то время развития азотобактера. Анализ динамики под бессменными посевами показал, что она адекватна динамике грибов в севообороте: высокая численность в начале, затем спад и подъем к концу вегетации. Однако, уровень микофлоры в бессменном посеве, начиная с августа в 1,2 - 2,0 раза выше, чем в севообороте. Причем совершенно исключены грибы из рода Trichoderma, многие из которых обладают фунгистатическими свойствами по отношению к патогенам. Таким образом, проведенные исследования подтвердили важное значение севооборотов для микробиологических процессов в почве.
Роль севооборотов в указанных процессах проявляется не только в качестве поступающих в почву органических остатков, но и в формирующихся при этом микробных ассоциациях, определяющих специфику трансформации органических субстратов. Влияние севооборотов, особенно включающих бобовые культуры, на микробиологические процессы гумусообразования заключается еще в том, что они позволяют существенно ограничить применение азотных удобрений. Как известно, снижение в почвах уровня содержания подвижного минерального азота несколько замедляет разложение свежего органического вещества и усиливает их гумификацию.
Вскрытые особенности озимой пшеницы и ячменя в формировании биоценозов почвы позволили разработать теорию оптимизации насыщения севооборотов зерновыми колосовыми культурами до 67 – 70 % в зависимости от ротации чередования культур. Показано, что при чередовании культур по принципу 2:1 (т.е. на две подряд идущие зерновые колосовые культуры приходится одна бобовая, пропашная или черный пар) достигается стабильно высокая продуктивность культур севооборота при сохранении потенциального и рационального использования эффективного плодородия черноземов.
Составом чередующихся культур в севооборотах определяется не только биологическое состояние почвы, но и потери гумуса. В зерновом севообороте с концентрацией колосовых культур до 67 – 70 % дефицит гумуса не превышает 5 ц/га, тогда как в зернопропашном, где колосовые составляют 50 % - до 20 ц/га. Для достижения бездефицитного баланса гумуса в зернопропашных севооборотах требуется в 4 раза больше навоза, чем в зерновых.
В связи с изложенным необходимо отметить важность оптимизации структуры чередования культур в севооборотах (особенно таких групп как бобовые, зерновые колосовые, пропашные), которая позволяет с минимальными затратами минерального азота получать высокие урожаи возделываемых культур.
Литература:
1.
Теппер,
Е. З. Практикум по микробиологии/ Е. З. Теппер, В. К. Шильникова, Г. И.
Переверзева. – М. : Дрофа, 2004. - С.
149 – 205.