Агрохимия, 2020, № 4, стр. 30-37

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация сельскохозяйственного производства оказывает большое влияние на химический состав, физическую структуру, содержание и качественный состав гумуса практически всех типов почв. Этим обусловлены значительные изменения в функционировании почвы как природной биологической системы. Исключительно чуткими индикаторами на изменения, происходящие в почве, являются микроорганизмы [1, 2].

В комплексе мер по повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранению и улучшению плодородия почв важное место занимает разработка эффективных систем удобрения. Во многих длительных опытах, проводимых в различных природных условиях, отмечено положительное действие органических органо-минеральных систем удобрения. Наибольшая урожайность культур севооборота отмечена при использовании органической и органо-минеральной систем удобрения в высоких дозах, но положительный баланс гумуса при этом обеспечивала только органо-минеральная система. Плодородие почвы, созданное в процессе длительного применения органо-минеральной системы удобрения, обладает более высоким последействием, чем сформированное с использованием только минеральной системы [1–5].

Важнейшим показателем, характеризующим плодородие почв, интенсивность проходящих в них процессов, является биологическая активность, и любые агротехнические мероприятия, направленные на повышение урожая культур и воспроизводство почвенного плодородия должны иметь почвенно-микробиологическое обоснование [1, 2, 6–9].

Почвы региона Куба-Хачмазской зоны Азербайджана недостаточно изучены в отношении особенностей микробиологических процессов, происходящих под влиянием различных агрохимических воздействий. В современных экономических условиях для устойчивого развития сельскохозяйственного производства необходимо эффективное использование пахотных земель, сохранение плодородия почв, сбалансированное использование почвенно-климатических ресурсов и биологических факторов интенсификации растениеводства [3, 10–12].

Одним из основных приемов сохранения и повышения плодородия почв является внесение в них органических удобрений. Особенно большую роль они выполняют в поддержании определенного количества гумуса в составе почв [1, 4, 6, 7, 13].

Агрохимические и агротехнические воздействия отражаются на свойствах почвы и ее микробном населении, изменяют состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, определяют направленность минерализации и синтеза органических соединений. Экспериментальные данные некоторых авторов [7, 8, 14, 15] показали, что связь между содержанием гумуса в почве и ее биологическими свойствами настолько тесная, что есть основания говорить о функциональной зависимости между ними. В агроценозах идет постоянное отторжение органического вещества и элементов питания урожаем биомассы. Для того чтобы не произошла деградация почвы, подбор мероприятий, компенсирующий потери, сохраняющий равновесие между процессом минерализации и синтеза органического вещества [1, 4, 6, 7, 14].

Микробные сообщества в хорошо развитой плодородной почве, находясь в состоянии устойчивого равновесия, обладают способностью сохранять свои внутренние взаимосвязи, а также формируют устойчивое микробное сообщество. Микробиологические характеристики необходимы и очень показательны при оценке плодородия почв.

В этой связи в настоящее время существует мнение, что при использовании почв необходимо иметь, наряду с агрохимической, и микробиологическую характеристику почв [2, 9, 15, 16]. Цель работы – изучение влияния систем удобрения на численность микроорганизмов в аллювиальной лугово-лесной и лугово-коричневой почвах под агроценозами.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в Куба-Хачмазской зоне Азербайджана по общепринятым методам под различными агроценозами: в яблоневом саду и под овощными культурами (томатами) на орошаемой лугово-коричневой и аллювиальной лугово-лесной почвах. Агротехнические мероприятия соответствовали общепринятым агроправилам для региона [3, 11].

Перед закладкой опыта проводили агрохимическое обследование пахотного слоя почвы опытных участков. Показатели плодородия почвы определяли следующими методами: содержание гумуса – по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), нитратный азот – ионометрическим методом, аммонийный – колориметрическим методом с реактивом Несслера. Подвижные формы элементов питания определяли в вытяжке Мачигина: фосфора – колориметрическим методом, обменного калия – методом пламенной фотометрии (ГОСТ 26207-91). Величину рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ определяли потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85) [3, 11, 12, 17].

Пахотный слой аллювиальной лугово-лесной почвы перед закладкой опыта был слабощелочным (рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ 7.8), с низким содержанием (по Мачигину) подвижных форм Р₂О₅ и средним K₂O – 16.8 и 238 мг/кг почвы соответственно. Содержание гумуса в пахотном слое было равно 3.25%, N‑NН₄ – 17.5, N-NО₃ – 9.62 мг/кг почвы.

В то же время в орошаемой лугово-коричневой почве в 1-метровом слое почвы эти показатели были следующими: гумус – 0.64–3.12%; поглощенные N-NH₄ – 7.35–2.01, N-NO₃ – 0.86–12.2 мг/кг; подвижный фосфор – 8.92–35.8, обменный калий – 72.1–264 мг/кг, что характеризовало эти почвы как слабо обеспеченные, а по степени кислотности – практически слабощелочные (рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ 7.5–7.8) [3, 11].

Численность микроорганизмов в почве определяли методом прямого учета люминесцентной микроскопией. Учет микроорганизмов проводили методом Хансена в модификации Мирчик. Определение общей микробной биомассы в почве проводили экстракционно-фумигационным методом [18–21].

Для определения численности микроорганизмов в почве применяли метод их учета на твердых питательных средах. Почву отбирали в 10-ти местах с каждой делянки.

После тщательного перемешивания, удаления корней и других посторонних включений отбирали средний образец массой 10 г и переносили в колбу с 90 мл стерильной водопроводной воды. Взвесь взбалтывали 15 мин. Готовили разведения 1:100 для посева грибов на среду, 1:1000 – актиномицетов на крахмал, аммиачный агар (КАА) и 1:10 000 – на мясо-пептонный агар (МПА). Высевали по 0.05 мл соответствующего разведения в 2 параллельные чашки. Учет бактерий проводили через 2-е сут, актиномицетов и грибов – через 7 сут. На КАА учитывали, кроме актиномицетов, и другие группы бактерий, усваивающих минеральный азот. Представлены средние данные за период исследования (весна, лето и осень) [6, 18–23].

В опыте изучали эффективность применения минеральных и органических удобрений в эквивалентных по азоту дозах. Агрометеорологические условия в годы проведения исследования были благоприятными для роста и развития растений.

Эффективность применения органических удобрений изучали на орошаемой аллювиальной лугово-лесной и орошаемой лугово-коричневой почвах Куба-Хачмазской зоны.

В качестве минеральных удобрений применяли: N_аа (NH₄NO₃, 34% N), Р_с (Са(Н₂РО₄)₂, 18% Р₂О₅), сульфат калия (K₂SО₄, 46% K₂О). Органическим удобрением служил навоз КРС с влажностью 65%, содержащий в среднем 0.5% азота, 0.25% P₂O₅ и 0.55% K₂О.

Общая площадь опытного участка на орошаемой лугово-коричневой почве составила 9600 м², площадь питания одного дерева – 8 × 4 м (32 м²). Повторность опыта трехкратная. В каждом варианте площадь опытной делянки 1600 м², общее количество деревьев (вместе с повторным вариантом) – 48 шт., из них 9 шт. – учетные (площадь – 288 м²).

Полевые опыты на аллювиальной лугово-лесной почве под овощными культурами (томатами) были заложены в трехкратной повторности. Площадь делянки – 30 м², площадь одной учетной делянки – 100 м², площадь питания одного растения – 2.1 м² (70 × 30 см), в каждом варианте один ряд – защитный. Выращивали томат сорта Севимли.

В полевом опыте на лугово-лесной почве было 8 вариантов. Вся годовая доза органических удобрений (100%) внесена под вспашку осенью. Минеральные удобрения внесены в 3 срока в период вегетации томата: 1 – при посадке рассады в поле, 2 – в начале бутонизации, 3 – в начале плодоношения. В плодовых садах под яблони минеральные удобрения были внесены: 1 – в период набухания почек побегов, 2 – после цветения, 3 – при завязывании плодов.

В полевом исследовании на лугово-коричневой почве под яблоневым садом, согласно схеме опыта, были использованы следующие минеральные и органические удобрения, варианты: 1 – контроль без удобрений, 2 – навоз КРС 40 т/га – органическая система удобрения, 3 – N60P60K120 + + навоз КРС 20 т/га – органо-минеральная система, 4 – N90P120K140 + навоз КРС 10 т/га – органо-минеральная система, 5 – N120P160K180 – минеральная система удобрения.

На аллювиальной лугово-лесной почве под овощными культурами использована следующая схема, варианты: 1 – контроль без удобрения, 2 –органическая система удобрения – навоз 40 т/га, 3 – органо-минеральная система удобрений N60P90K120 + навоз 20 т/га, 4 – органо-минеральная система удобрения N90P100K140 + навоз 10 т/га, 5 – минеральная система удобрения N120P160K180_. Все эксперименты были проведены в трехкратной повторности. Статистическую обработку полученных данных осуществляли по [24].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Среди биологических индикаторов, характеризующих различные аспекты состояния почвенной биоты, ведущее место занимают почвенные микроорганизмы вследствие своей высокой лабильности, исключительно четкой способности реагировать на изменения, происходящие в почве.

В настоящее время механизмы функционирования микробных сообществ в почвах выяснены еще недостаточно и требуют детализации количественно-качественных характеристик биогенности почв. Известно, что именно они обеспечивают стабильную устойчивость и продуктивность биогеоценозов.

В структуре микробной биомассы доминируют грибы, причем в орошаемых почвах (лугово-коричневых и аллювиально лугово-лесных) преобладает биомасса спор и мицелия грибов.

Внесение органических (навоза) и минеральных (азотных, фосфорных и калийных) удобрений повышает общее содержание микробной биомассы.

Почвенные микроорганизмы способны разрушать все природные органические соединения, а также ряд неприродных органических соединений. Особенности почв разных типов и различия в их плодородии во многом определяются спецификой почвенных микроорганизмов и микробиологических процессов в почве.

Климат Куба-Хачмазской зоны отличается достаточной аридностью: среднегодовое количество осадков – 350 мм, среднегодовая температура воздуха составляет 13.8°С, сумма активных температур воздуха >10°С равна 4000°С. Сельскохозяйственное использование аллювиальной лугово-лесной и орошаемой лугово-коричневой почв Куба-Хачмазской зоны Азербайджана, наряду с основными агрохимическими и водно-физическими показателями плодородия почв, изменяет их общую биологическую активность, которая в основном обусловлена деятельностью почвенной микрофлоры [3].

Перед закладкой опыта в орошаемой лугово-коричневой почве под агроценозами (яблоневый сад) и в аллювиально лугово-лесной почве под овощными культурами (томат) изучено изменение количества и видового состава грибов по профилю почв (табл. 1). В слое 0–20 см лугово-коричневой почвы установлено 34 вида в общей численности грибов, количество которых составило 4.6 × 10⁴ КОЕ/г подавляющих видов, в основном Actinomucor elegans, Altenaria brevicolla и Aspergillums flavus.

В слое 20–40 см почвы состав и численность грибов значительно уменьшились. Например, в слое 0–20 см численность грибов снизилась до 1.1 × 10² КОЕ/г почвы и осталось всего 10 видов. В слое 40–60 см почвы всего осталось всего 84 КОЕ/г и 2 вида грибов (Mucor circineloides и M. hicmalis).

Также было изучено изменение количества и видового состава грибов по профилю почв в аллювиально лугово-лесной почве (агроценоз, овощные культуры (томат). По сравнению с орошаемой лугово-коричневой почвой в этих почвах видовой состав грибов сократился до 22 видов в верхнем слое 0–20 см почвы, их количество составило 3.1 × 10⁴ КОЕ/г почвы.

В слое 20–40 см почвы число и видовой состав грибов значительно сократился, что составило 22 вида и 07 × 10² КОЕ/г почвы, в слое 10–60 см почвы был обнаружен только один вид (Mucor circineloides) в количестве 84 КОЕ/г почвы. Таким образом, установлено видовое и количественное сокращение численности грибов с глубиной профиля. Выявлено благоприятное развитие грибов в верхних слоях почв, которые обеспечивали микроорганизмы теплом и воздухом.

Также было проведено исследование по изучению влияния различных систем удобрения на численность, количественный состав микрофлоры в орошаемой лугово-коричневых почвах (табл. 2).

Исследование показало, что общая численность микроорганизмов варьировала в вариантах опыта от 11300 тыс. до 37200 тыс./г почвы. Бóльшая численность микроорганизмов выявлена при применении органической системы удобрения, где был применен навоз КРС в дозе 40 т/га (37 200 тыс./г почвы).

Высокие численность актиномицетов, общее количество грибов и бактерий также отмечено в этом варианте, что составило соответственно 22 800, 108 и 6880 тыс./г почвы. Определено долевое содержание актиномицетов от общего числа микроорганизмов, которое составило 61.3%. Это была самая высокая численность актиномицетов, которую наблюдали в общем составе микроорганизмов в исследованной почве.

Органо-минеральная система удобрения (N60P90K120 + навоз 20 т/га) также положительно влияла на общее число микроорганизмов, грибов, бактерий и актиномицетов. В этом варианте общая численность микроорганизмов составляла 22 400 тыс./г почвы, общая численность грибов – 91 тыс., общая численность бактерий – 5940 тыс./г почвы. Численность актиномицетов была равна в этом варианте 9600 тыс./г почвы или 42.8% от общего числа микроорганизмов.

Уменьшение доли органических удобрений в составе органо-минеральных систем удобрения привело к снижению общего числа микроорганизмов, в том числе актиномицетов, грибов и бактерий.

При применении только минеральной системы удобрения в дозе N120P160K180 в отличие от органической и органо-минеральной систем удобрения отмечена самая низкая численность микроорганизмов в исследованных почвах, в том числе грибов, актиномицетов и бактерий по сравнению с контрольным (без удобрения) вариантом. Разница с контролем общей численности микроорганизмов составила 4490 тыс./г почвы, тогда как в варианте с применением органической системы удобрений (навоз 40 т/га) разница была гораздо больше. Например, в этом варианте общая численность микроорганизмов повысилась на 25 800 тыс./г почвы. Разница с контрольным вариантом численности актиномицетов, общей численности грибов и бактерий составила соответственно 21 200, 72 и 2020 тыс./г почвы соответственно.

Изучено также влияние различных систем удобрения на численность микроорганизмов в аллювиальной лугово-лесной почве под агроценозами (табл. 2). Показано, что различные системы удобрения по-разному влияли на общую численность бактерий, грибов и актиномицетов.

В фоновом варианте при применении минеральной системы удобрения Р90K120 общая численность микроорганизмов составляла 11 200 тыс./г почвы, при добавлении к фону азотных удобрений в дозах N75, N90 и N120 повысилась численность микроорганизмов соответственно до 13 700, 15 300 и 18 000 тыс./г почвы, при замене эквивалентного количества азотных удобрений на органические увеличилось общее число микроорганизмов. Например, в вариантах фон + N75 и фон + + навоз 15 т/га при замене навоза эквивалентным количеством азота (N75) общее число микроорганизмов при использовании навоза 15 т/га составило 14 400 тыс./г почвы и повысилось при применении минеральных удобрений (вариант фон + + N75) на 619 тыс./г почвы.

Повышение доз азотных и органических удобрений в варианте фон + N45 + навоз 9 т/га положительно влияло на общее число микроорганизмов, численность актиномицетов и общее число грибов и бактерий. В варианте фон + N90 (без органического удобрения) общее число микроорганизмов составляло 15300 тыс./г почвы. При замене части минерального азотного удобрения эквивалентным количеством органического (фон + + N45 + навоз 9 т/га) заметно повысилось общее число микроорганизмов, численность актиномицетов, общее число грибов и бактерий. Увеличение составило соответственно 16 600 тыс., 71 900 тыс., 83 тыс. и 5310 тыс./г почвы. Общее число микроорганизмов повысилось на 1360 тыс., актиномицетов – на 1550 тыс., общее число грибов – на 12 тыс. общее число бактерий – на 237 тыс./г почвы.

Увеличение доз азотных (минеральных) и органических (навоз) удобрений при их совместном внесении положительно влияло на численность микроорганизмов, в том числе актиномицетов, грибов и бактерий.

При применении органических систем удобрения (навоз КРС) в дозе 24 т/га была выявлена высокая численность микроорганизмов в исследованных почвах. Например, в этом варианте общее число микроорганизмов составляло 26 300 тыс., число актиномицетов – 14 400 тыс. или 54.7% от общего количества микроорганизмов. Общее число грибов составляло 92 тыс., общее число бактерий – 6000 тыс./г почвы. Внесение в почву удобрений не только улучшало питание растений, но и изменяло условия существования в ней почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах питания. При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после внесения органического удобрения значительно возрастали. Усиливался распад гумуса, вследствие чего увеличивалась мобилизация азота, фосфора и других элементов. Внесение минеральных удобрений в основном способствовало развитию в почве автотрофной микрофлоры.

Изменяя реакцию почвы в благоприятную (при внесении навоза) сторону, было нейтрализовано вредное влияние физиологически кислых минеральных удобрений, примененных в органо-минеральной системе удобрения. Микрофлора почвы и растения реагировали на изменение почвенного фона примерно одинаково.

Таким образом, действие органической и органо-минеральной систем удобрения оказывало положительное влияние на структуру микробного сообщества. Улучшился качественный состав бациллярного населения. Наибольшее разнообразие спороносной микрофлоры, актиномицетов отмечено при внесении органической системы удобрения в дозе навоз 24 т/га.

Внесение органических удобрений поддерживало энергетические потребности гетеротрофной части микробиоценоза, в связи с чем микробная система находились в активном состоянии. Благоприятные изменения в составе микрофлоры почвы наблюдали при совместном внесении органических и минеральных удобрений. Интенсивный рост микроорганизмов, развивавшихся за счет минеральных форм азота, был обусловлен уменьшением содержания подвижных и водорастворимых форм органического вещества.

В исследованных почвах под овощными агроценозами и под яблоневым садом наиболее благоприятный микробиологической состав среды в зависимости от быстрого развития и роста численности складывался при использовании органической и органо-минеральной систем удобрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, установлено изменение количествa и видового состава грибов по профилю почв и охарактеризована микробная флора в орошаемой лугово-коричневой и аллювиально лугово-лесной почвах под агроценозами. В орошаемой лугово-коричневой почве в зависимости от глубины выявлено 34, в аллювиально лугово-лесной почве – 22 вида грибов с численностью соответственно 4.6 × 10⁴ и 3.1 × 10⁴ КОЕ/г в слое 0–20 см почвы. Только 2 вида грибов (Musor circineloidos и M. heimalis) с численностью 84 КОЕ/г почвы были отмечены в слое 40–60 см исследованных почв. В орошаемых лугово-коричневых и лугово-лесных почвах установлено видовое и количественное сокращение численности грибов по глубине почвенного профиля.

Эксперимент на орошаемой лугово-коричневой почве под яблоневым садом показал положительное действие органической и органо-минеральной систем удобрения. Выявлена эффективность органической системы удобрения в орошаемой лугово-коричневой почве по общей численности микроорганизмов. Наилучшие показатели численности микроорганизмов установлены при применении органической и органо-минеральной систем удобрения. Вариант с внесением навоза 40 т/га превосходил по численности микроорганизмов контрольный вариант без удобрений, а также варианты с применением минеральной и органо-минеральной систем удобрения. В этом варианте общее число микроорганизмов, число актиномицетов, общее число грибов и бактерий повысилось по сравнению с контролем соответственно на 25 800 тыс., 21 200 тыс., 72 тыс. и 2020 тыс./г почвы: в сравнении с минеральной системой удобрения – на 21 300 тыс., 19 400 тыс., 56 тыс. и 1610 тыс., в сравнении с органо-минеральной системой удобрения (N60P90K120 + навоз 20 т/га) соответственно на 14 700, 13 200, и 17 и 941 тыс./г почвы.

Варианты органо-минеральных систем удобрения превосходили по численности микроорганизмов контроль и варианты применения минеральных систем удобрения. При минеральной системе удобрения N120P160K180 общее число микроорганизмов, число актиномицетов, общее число грибов и бактерий повышалось по сравнению с контролем на 4490, 1800, 16 и 412 тыс./г почвы соответственно. При применении органо-минеральной системы удобрения (N60P90K120 + +  навоз 20 т/га) эти показатели повысились по сравнению с контролем на 11100, 7980, 55 и 1080 тыс./г почвы, по сравнению с минеральной системой удобрения (N120P160K180) –на 6600, 6180, 39 и 670 тыс./г почвы соответственно.

Совместное применение минеральных и органических удобрений также улучшало состояние и численность микробного населения в алювиально лугово-лесных почвах под культурой томата. Органо-минеральная система удобрения положительно влияла на общее число микроорганизмов, грибов и бактерий, а также число актиномицетов, которое составляло в варианте Р90K120(фон) + N60 + навоз 12 т/га соответственно 19800, 89, 5750 и 49.3 тыс./г почвы. Установлено, что в этом варианте общее число грибов, общее число микроорганизмов, число актиномицетов было больше на 57, 10 600, 10 700 тыс./г почвы по сравнению с неудобренным вариантом. Численность бактерий повысилась по сравнению с контролем на 1750 тыс./г почвы.

Использование систем удобрения (органических, минеральных и органо-минеральных) на аллювиальной лугово-лесной почве под овощными культурами также изменило общую численность микроорганизмов, число актиномицетов, общее число грибов и бактерий, а также их видовой состав. По сравнению с контролем без удобрения при применении различных систем минерального и органического и органо-минерального удобрения общее число микроорганизмов повысилось (тыс./г почвы) и варьировало от 11 200 до 26 300 тыс., число актиномицетов – от 2160 до 14 400 тыс., общее число грибов – от 46 до 92 тыс., общее число бактерий – от 4540 до 6000 тыс./г почвы При применении органической системы удобрения в дозе навоз 24 т/га отмечены максимальные общее число микроорганизмов, доля актиномицетов, общее число грибов и бактерий в исследованной почве. При применении органической системы удобрения (навоз 24 т/га) эти показатели превосходили все варианты опыта, и было выявлено положительное влияние на общее число микроорганизмов, грибов и бактерий соответственно на 17 000, 60 и 2000 тыс./г почвы. Численность актиномицетов повысилась на 13 200 тыс./г почвы по сравнению с контролем.

Доля актиномицетов от общего числа микроорганизмов повысилась при применении органической и органо-минеральной систем удобрения в орошаемой лугово-коричневой и аллювиальной лугово-лесной и почвах. При органической системе удобрения (навоз 24 т/га) в лугово-лесной почве под овощными культурами установлено увеличение численности актиномицетов по сравнению с контролем на 41.9% от общего числа микроорганизмов, а в орошаемой лугово-коричневой почве под яблоневым садом при применении навоза 40 т/га – соответственно на 47%. Таким образом, применение различных систем удобрения приводило к количественным и структурным изменениям пула микроорганизмов в агроландшафтах Куба-Хачмазской зоны. Совместное использование минеральных и органических удобрений оказало стимулирующее действие на развитие бактериального и грибного комплекса орошаемой лугово-коричневой и аллювиальной лугово-лесной почвы, повысив общую биогенность почв по сравнению с неудобренным вариантом. Дополнительное поступление органического вещества при использовании навоза оптимизировало микробиологическое состояние пахотного горизонта почв.