УДК 631.46:631.45:631.8

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПРИ АКТИВИЗАЦИИ ПОЧВЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ, РЕГУЛИРУЕМОЙ БИОУДОБРЕНИЯМИ

О.В. ОРЛОВА

В полевых и вегетационных опытах при внесении биоудобрений бамил и омуг выявили увеличение интенсивности дыхания почвы, доли активной от общей микробной биомассы, возрастание потоков N и C через микробную биомассу, уменьшение доли грибной биомассы от суммарной (грибная + бактериальная). По сравнению с влажными порошкообразными формами биоудобрений гранулированные оказывают положительный эффект на сохранение гумуса благодаря пролонгированному поступлению питательных веществ и более длительному периоду повышенной активности в микробоценозе. Биоудобрения при использовании в дозах 1-6 т/га увеличивали урожай кабачков, картофеля, лука, моркови, свеклы, злаковых трав, ячменя на 12-284 % относительно контроля.

Ключевые слова: биологическая активность и плодородие почвы, биоудобрения, гумус, микробная биомасса.

 

Для более плодородных почв обычно характерна высокая биологическая активность. Наблюдаемое в России снижение почвенного плодородия во многом связано с дефицитом органических удобрений, который может быть восполнен за счет широкого использования биоудобрений, получаемых на основе микробиологической переработки отходов животноводства. От традиционных органических удобрений (навоз, компосты) биоудобрения, сочетающие свойства минеральных и органических удобрений, отличаются большим содержанием питательных элементов, относительно низкими дозами внесения, отсутствием семян сорняков, возбудителей болезней, наличием биоконтрольных свойств (1).
Целью работы было изучение повышения плодородия почв при внесении биоудобрений как функции микробиологической активности.
Методика. Объектами исследования были биоудобрения омуг и бамил. Омуг получают при аэробной ферментации подстилочного помета (2). Влажность порошкообразной формы — 36,5-56,9 %, гранулированной — 10,0-15,2 %. Характеристика (в расчете на абсолютно сухое вещество — а.с.в.): зольность — 27,7-39,3 %, рН 7,8-8,2, содержание общего N, Р и К — соответственно 2,35-3,04; 2,0-2,7 и 2,5-3,9 %. Бамил— гранулированное биоудобрение, производится на основе микробной ассоциации, выращиваемой на стоках свинокомплексов (3), содержание (на а.с.в.) общего N, Р, С и К — соответственно 5,0; 1,8; 40,0 и 0,8 %.
Полевые эксперименты проводили на опытном поле Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. С.-Петербург—Пушкин) на легкой дерново-подзо-листой почве (содержание гумуса Сгум. — 2,19-2,96 %, Nобщий — 0,160-0,210 %, подвижный фосфор — 31,0-37,0 мг/100 г; обменный калий — 6,1-12,0 мг/100 г, рНKCl 6,34-6,52). Площадь делянок под морковью и ячменем (сорта соответственно Тушон и Балтика) — 1 м2, повторность 4-кратная; под картофелем (сорт Невский) — 0,25 га, повторность 3-кратная. Вегетационный опыт с райграсом (сорт Сакини) во вкопанных сосудах объемом 7,5 л закладывали на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (Сгум. — 1,84 %, Nобщий — 0,130 %, рНKCl 5,00) по схеме: 1-й вариант — РК; 2-й — РК+Nаа (азот аммиачной селитры); 3-й — РК + бамил; 4-й — РК + омуг; 5-й — РК + пудрет; повторность 4-кратная. Все удобрения вносили из расчета 100 мг азота на 1 кг почвы. В вегетационном опыте с люцерной хмелевиднойозимой(Medicago lupulina P2M5, популяция Павловская, семена предоставлены Л.М. Якоби) (4) использовали нейтрализованный торф, обогащенный минеральным удобрением PG-Mix (Nu3 B.V., Нидерланды) (соотношение N:P:K — 12:14:24) в количестве 1,2 кг/м3 (ТПС 399, торфопредприятие «Пельгорское-М»), с зольностью 6,61 %, содержанием минерального азота (N-NH4 + N-NO3) 159 мг/л; подвижного P и К — соответственно 71 и 225 мг/л. Схема опыта: 1-й вариант — контроль без удобрений; 2-й и 3-й — сплошное и локальное внесение омуга. Использовали сосуды объемом 600 мл, доза омуга — из расчета 200 мг N/дм3 торфа; повторность 9-кратная.
Анализы биоудобрений, торфа и почвы проводили соответствующими общепринятыми методами (5, 6). Лабильные гумусовые соединения (новообразованный гумус) выделяли из почв 0,1 н. пирофосфатом Na (рН 7,0) (7). Содержание углерода в вытяжках определяли на спектрофотометре Ultraspec (LKB, Швеция; λ = 340 нм) (8). Дыхание почвы измеряли на газовом хроматографе Цвет (Россия); детектор — катарометр, газ-носитель — гелий. Активную микробную биомассу в почве учитывали методом субстрат-индуцированного дыхания, определяя суммарную активную биомассу (9) и грибную биомассу (обработка стрептомицином и рифампицином, 16 мг антибиотика на 1 г почвы). Общую микробную биомассу (активная и пассивная) устанавливали регидратационным прямым (углерод) и инкубационным (азот) методами (10). Потоки С и N через микробную биомассу и время ее удвоения рассчитывали по С.А. Благодатскому (11).
Статистическую обработку данных выполняли с использованием методов дисперсионного и корреляционного анализа.
Результаты. Биоудобрения бамил и омуг, внесенные в почву из расчета 60-100 кг N/га (1-6 т/га), обеспечивали у различных культур (кабачки, картофель, кольраби, морковь, свекла, ячмень) прибавку урожая в полевых опытах на 12-284 % относительно контроля, при росте дозы биоудобрений урожай увеличивался. Наилучшие результаты для всех исследованных культур были получены с бамилом (прибавка урожая 70-284 %). Эффективность омуга зависела от культуры: для картофеля, кабачков, кольраби и злаковых трав прибавка составляла 30-155 %, для ячменя, свеклы — 3,7-17,5 %, морковь занимала промежуточное положение — прибавка 15,0-68,6 %.
Известно, что в пахотных почвах значительная часть микроорганизмов пассивна, то есть не участвует в почвенных процессах. Биоудобрения увеличивали долю активных организмов от общей массы почвенной микробиоты до 67-84 %, тогда как при внесении компостов она не превышала 25 %. В качестве типичного примера влияния биоудобрений на активность почвенной микрофлоры можно привести данные полевого опыта с внесением омуга под морковь (табл. 1): рост интенсивности микробиологических процессов отражался в сокращении времени удвоения биомассы микробоценоза и усилении потоков С и N через микробную биомассу (см. табл. 1). Дыхание и содержание активной микробной биомассы в удобренной почве увеличивалось на 15-24 %.

1. Показатели активности микроорганизмов и урожай моркови сорта Тушон под влиянием биоудобрения омуг (Х±х; полевой опыт, Ленинградская обл., 2007 год)

Вариант

Время удвоения биомассы микробоценоза, сут

Поток через микробную биомассу, мг/кг почвы

Урожайность моркови, кг/м2

С

N

Контроль (без удобрений)

30,0±0,41

405±18

55±5

2,24±0,9

Омуг в дозе 60 кг N/га

18,5±0,22

688±36

95±6

3,16±0,9

Омуг в дозе 100 кг N/га

16,3±0,19

726±27

107±11

3,28±0,9

П р и м е ч а н и е. Потоки С и N рассчитаны за период вегетации моркови (102 сут).

Известную, но не всегда обнаруживаемую прямую зависимость между биологической активностью и продуктивностью растений (12) подтвердили и наши опыты. Увеличение активности микроорганизмов прямо коррелировало с урожаем моркови, который возрастал на 41-46 % (коэффициент корреляции для потоков С и N через биомассу — 0,657-0,659, для активной биомассы — 0,794). Причем связь урожая с этими биологическими показателями оказалась выше, чем с содержанием в почве гумуса (r = 0,082), а также общего (r = 0,024) и минерального (r= 0,337-0,440) азота. Подобные зависимости наблюдали и в других полевых опытах (картофель, ячмень).


Рис. 1. Доля грибной биомассы в торфе при разных способах внесения омуга: а, б, в — соответственно контроль (без удобрений), сплошное и локальное внесение (вегетационный опыт с люцерной хмелевидной, 2009 год).

Помимо активности почвенных микроорганизмов, при внесении биоудобрений изменяется состав микробного сообщества почвы. Известно, что качество субстрата влияет на состав и результаты деятельности микробного сообщества. Например, состав микрофлоры ризосферы и наличие фитопатогенных грибов в значительной степени определяются качеством корневых выделений (13). Соответственно, органические соединения внесенных удобрений окажут эффект на численность микроорганизмов, их состав, активность и (через деятельность микробоценоза) на растения (урожай) и плодородие почвы. Для бамила и омуга характерен узкий диапазон соотношения С:N (от 7:1 до 10:1). Следовательно, органическое вещество биоудобрений более благоприятно для развития бактерий с соотношением С:N в биомассе 4:1-5:1, а не грибов с соотношением С:N 11:1-15:1 (14). Снижение доли грибной биомассы при внесении бамила и омуга с 41-43 до 15-18 % относительно вариантов с компостами (вермикомпост и компост из бытовых отходов) отмечали в вегетационном опыте с райграсом.
При внесении омуга в верховой нейтрализованный торф (вегетационный опыт с люцерной), который беден органическим веществом, доступным для бактерий, доля грибов была ниже, чем в контроле, на протяжении всего опыта (рис. 1). Важная роль количества внесенного органического вещества следует из того, что в варианте с локальным внесением омуга, где содержание органических веществ в субстрате ниже, доля активной грибной биомассы в микробоценозе уменьшалась не столь выраженно, как при сплошном внесении. В почве с разнокачественным органическим веществом, множеством экологических ниш и разнообразием микроорганизмов введение биоудобрений не обеспечивало преимущества бактерий над грибами в течение всего срока наблюдений, хотя оно и имело место в отдельные периоды.

2. Урожай райграса сорта Сакини и содержание гумуса в почве под влиянием био- и минеральных удобрений (Х±х; вегетационный опыт с вкопанными сосудами, Ленинградская обл., 2001-2002 годы)

Вариант

Урожай, г/сосуд

Содержание
лабильного гумуса
на 45-е сут, мг/кг

Изменение содержания гумуса

лабильного с 45-х по
86-е сут, мг/кг

общего за 1 год, % от исходного

Контроль

10,7±0,7

382±54

+40

-11,2*

N150РК

25,3±1,4

356±43

-117

-9,0*

Бамил

18,4±1,7

560±30

-337

-1,9

Омуг

16,8±0,7

518±53

-126

-7,0*

П р и м е ч а н и е. Исходное содержание гумуса (Сгум.) до закладки опыта равно 1,87±0,04 %.
* Убыль существенна при уровне различий 0,05 %.

Положительный эффект от внесения биоудобрений на потенциальное плодородие, в частности баланс гумуса, наблюдали не всегда. В полевых и вегетационных опытах было показано, что бамил способствует сохранению и даже накоплению гумуса в почве, тогда как омуг часто этого эффекта не имеет. Так, в вегетационном опыте с райграсом в варианте с бамилом количество гумуса в почве за год изменялось несущественно, с омугом — оно падало, хотя и меньше, чем в контроле (табл. 2). Внесение бамила и омуга усиливало процессы гумификации: количество лабильного новообразованного гумуса, экстрагируемого 0,1 н. Na-пирофосфатом, в начальный период было значительно выше, чем в контроле и при использовании минеральных удобрений. Лабильный гумус активно разлагается микроорганизмами и служит «буфером», защищающим основную часть гумуса. Наибольшая убыль лабильного гумуса происходила в варианте с бамилом, и здесь потери гумуса оказались наименьшими (см. табл. 2). При внесении биоудобрений происходит не только усиление образования лабильных гумусовых соединений, но и изменяется их доступность для микроорганизмов. При минеральной системе удобрений (NРК) количество лабильного гумуса и его доступность ниже, чем при применении бамила и омуга (соответственно 5,3; 10,8 и 7,8 %).
Бамил положительно влиял на баланс гумуса даже в опытах с пропашными культурами (картофель): Сгум. увеличивалось на 0,04 %, убыль в контроле и при внесении минеральных удобрений составляла -0,12 % от массы почвы. В варианте с бамилом в этом опыте произошла также наибольшая убыль количества лабильного гумуса (на 109 мг/кг против 4-43 мг/кг в контроле) (12). Влияние омуга на баланс гумуса зависело от возделываемой культуры. Под ячменем в отсутствие минеральных удобрений омуг увеличивал содержание гумуса при любой дозе. Под корнеплодами (свекла и морковь) бездефицитный баланс гумуса наблюдали только при дозе 4 т/га или при смешанной системе удобрений (рис. 2). Падение содержания гумуса при внесении омуга не связано с увеличением интенсивности микробиологических процессов в почве. Коэффициенты корреляции, рассчитанные в опыте с ячменем (баланс гумуса положительный), показали, что усиление микробиологической деятельности вело, напротив, к нарастанию синтеза гумуса: его содержание положительно зависело от количества С и N микробной биомассы  (r = 0,942 и r = 0,781), активности дыхания (r = 0,592).


Рис. 2. Влияние дозы омуга на содержание гумуса (Сгум.) в дерново-подзолистой почве под морковью сорта Тушон (а), свеклой сорта Бордо (б) и ячменем сорта Балтика (в) в зависимости от дозы биопрепарата: 1; 2 и 3; 4 — соответственно контроль; дозы препарата 4 и 6 т/га; вариант омуг (4 т/га) + 1/2N (половина дозы омуга по N) (полевые опыты, Ленинградская обл., 2003-2004 годы).

Причиной неодинакового вли-яния бамила и омуга на баланс гумуса, по нашему мнению, стала форма биоудобрений (у первого — сухие гранулы, у второго — влажный порошок). Действительно, гранулированный омуг увеличивал урожай культур в среднем на 18,6-34,4 % на фоне снижения потерь гумуса, содержание которого в почве в среднем по опытам с морковью, луком и кабачками возросло на 6,5-19,6 %, а дозы биоудобрения при этом снизились и стали такими же, как для бамила, — 1-3 т/га. При внесении двух форм омуга под морковь в варианте с гранулированным препаратом урожай, содержание гумуса и его лабильной фракции в почве были выше, период повышенной биологической активности — продолжительнее (табл. 3). Рост количества гумуса при применении гранулированного омуга мы связываем с пролонгированностью действия биоудобрения: из порошкообразной формы за 1 ч извлекается в 4-5 раз больше веществ, чем из гранулированной; продлевалось и время активизации микробоценоза (см. табл. 3). В результате в течение всего сезона происходит усиление микробиологической активности, улучшение условий питания растений, ведущее к прибавке урожая, и увеличивается синтез подвижных гумусовых соединений (см. табл. 3).
Механизм действия биоудобрения на потенциальное и актуальное почвенное плодородие связан не только с внесением элементов питания (как у минеральных удобрений), но и с деятельностью микроорганизмов (как почвенных, так и поступающих с удобрением). Традиционные органические удобрения (подстилочный навоз, компосты), вносимые в дозах 30-40 т/га, за счет большого количества свежего органического вещества прямо влияют на физические свойства почвы, повышают энергообеспеченность микробиоты и усиливают процессы минерализации, обеспечивающие восстановление гомеостаза почвенной экосистемы. Биоудобрения, дозы которых относительно невелики (1-6 т/га), значительного нарушения гомеостаза почвы не вызывают, хотя и повышают активность почвенной микрофлоры.

3. Урожай моркови сорта Тушон и содержание гумуса в почве под влиянием разных товарных форм биоудобрения омуг (Х±х; полевой опыт, Ленинградская обл., 2007 год)

Вариант

Урожай моркови, %

Содержание гумуса

Период усиления активности микробиоты относительно контроля, сут

общего, %

лабильного (среднее за сезон), мг/кг

Контроль

100

2,88±0,03

Нет данных

 

Омуг порошкообразный (W = 40 %)

120,5

2,61±0,02

748±59

1-14

Омуг гранулированный (W = 14 %)

142,9

2,83±0,04

848±71

7-40

П р и м е ч а н и е. W — влажность удобрения.

Итак, внесением биоудобрений можно регулировать активность и состав микробного сообщества почвы и этим оказывать воздействие на урожай и на плодородие почв. Биоудобрения обеспечивают накопление почвенного гумуса за счет роста поступления органического вещества растений (в том числе увеличения количества прижизненных выделений и отмерших остатков); пролонгированности перехода в почву и низких доз органического вещества биоудобрения, что способствует усилению синтеза лабильных гумусовых веществ, которые либо накапливаются (положительный баланс гумуса), либо служат буфером, защищающим основную часть гумуса от разложения (бездефицитный баланс); большей доступности для микроорганизмов новообразованных гумусовые соединения; стимулирования гумусообразующих микроорганизмов органическим веществом биоудобрений, которое находится на поздних стадиях разложения, что изменяет состав микробного сообщества почвы.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А р х и п ч е н к о  И.А.,  Б а р б о л и н а  И.И.,  Д е р и к с  П. Новая стратегия переработки отходов животноводства для получения биоудобрений. Докл. Россельхозакадемии, 1998, 6: 18-19.
2. О р л о в а  О.В.,  А р х и п ч е н к о  И.А. Влияние биоудобрения омуг на содержание питательных элементов в легких дерново-подзолистых почвах. В сб.: Основные итоги и приоритеты научного обеспечения ПАК Евро-Северо-Востока. Вып. 1. Киров, 2005: 259-264.
3. А р х и п ч е н к о  И.А. Производство и применение микробного гранулированного удобрения бамил. Докл. РАСХН, 1996, 2: 32-33.
4. Ю р к о в  А.П.,  Я к о б и  Л.М.,  С т е п а н о в а  Г.В. и др. Эффективность инокуляции форм люцерны хмелевидной грибом арбускулярной микоризы Glomusintraradians и внутрипопуляционная изменчивость растений по показателям продуктивности и микоризообразования. С.-х. биол., 2007, 5: 67-74.
5. Агрохимические методы исследования почв /Под ред. А.В. Соколова. М., 1975.
6. Справочник по анализу органических удобрений. М., 2000.
7. Л ы к о в  А.М.,  Ч е р н и к о в  В.А.,  Б о и н ч а н  Б.П. Оценка гумуса почв по характеристике его лабильной части. Изв. ТСХА, 1981, 5: 65-70.
8. П а н и к о в  Н.С.,  Г о р б е н к о  А.Ю.,  С в е т л о в  С.В. Способ определения суммарного содержания водорастворимых органических веществ в почве. А.с. ¹ 3949440/30-15. Бюл. изобр. 1987, ¹ 23.
9. W e s t  A.W.,  S p a r l i n g  G.P. Modification to the substrate-induced respiration method to permit measurement of microbial biomass in soils of different water contents. J. Microbiol. Meth., 1986, 5: 177-189.
10. Б л а г о д а т с к и й  С.А.,  Б л а г о д а т с к а я  Е.В.,  Г о р б е н к о  А.Ю. и др. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве. Почвоведение, 1987, 4: 64-72.
11. Б л а г о д а т с к и й  С.А. Микробиологическая иммобилизация азота в серой лесной почве в зависимости от агротехнических приемов. Автореф. канд. дис. М., 1987.
12. К у т у з о в а  Р.С.,  С и р о т а  Л.Б.,  О р л о в а  О.В. и др. Особенности почвенно-микробио-логических процессов при внесении бамила в дерново-подзолистую почву. Агрохимия, 2002, 5: 22-32.
13. К р а в ч е н к о  Л.В. Роль корневых экзометаболитов в интеграции микроорганизмов с растениями. Автореф. докт. дис. М., 2000.
14. S t e r n e r  R.W.,  E l s e r  J.J. Ecological stoichiometry: the biology of elements from molecules to the biosphere. Princeton, 2002.

 

REGULATION OF THE ACTIVITY OF SOIL MICROFLORA BY APPLICATING BIOFERTILIZERS AIMED TO IMPROVE THE SOIL FERTILITY

O.V. Orlova

Under application of biofertilizers, Bamil and Omug, in doses of 1-6 t/ha the yield of egg-plants, potatoes, onion, carrot, beetroot, grasses, barley is increased by 12-284 %. At introducing biofertilizers the soil respiration and active microbial biomass fraction of total biomass were increased, flows of carbon and nitrogen through the microbial biomass were improved; the proportion of fungi in the overall (fungi + bacteria) biomass was decreased. The use of granulated form of biofertilizers as compared to the moist powdery form effects positively the humus conservation because of prolonged release of nutrients and extended period of the excessive activity of soil microbocenosis.

Keywords: soil biological activity, biofertilizers, humus, microbial biomass, soil fertility.

ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии Россельхозакадемии,

196608 г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: falenki@hotmail.com

Поступила в редакцию
25 февраля 2011 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало