И.С. Белюченко, О.А. Мельник
Сельскохозяйственная экология
Учебное пособие. – Краснодар: Изд-во КГАУ, 2010. — 297 с.

4. Агроландшафт как экосистема

4.1. Биоразнообразие агроландшафта

4.1.3. Влияние возделывания растений на динамику микроорганизмов почвы

Одним из факторов повышения плодородия почвы является рациональное использование возможностей микроорганизмов и учет характера взаимодействия их с возделываемыми растениями. Микроорганизмы на своем трофическом уровне принимают активное участие в аккумуляции энергии и трансформации биогенных элементов, тем самым, обеспечивая жизнедеятельность других звеньев агроценоза и его функционирование как экосистемы в целом (Звягинцев, 1987). При интенсификации сельского хозяйства необходимо обоснование с микробиологических позиций наиболее выгодной смены культур в севооборотах, целесообразность введения новых растений с целью уменьшения негативных проявлений монокультуры и получения более разнообразной продукции растениеводства.

Коротко остановимся на влиянии трехлетнего возделывания интродуцированных злаков по монокультуре хлопчатника на численность и состав бактерий, грибов и актиномицетов в почве.

Возделывание интродуцированных злаков привело к увеличению численности бактерий в почве (табл.10). Наиболее существенная разница между почвой междурядий хлопчатника и почвой междурядий травы Колумба и голубого проса (в 1,5–3 раза) установлена в образцах, отобранных на третий год их вегетации. В июле численность бактерий в почве и ризосфере злаков по сравнению с почвой и ризосферой хлопчатника была близкой. Напротив, наблюдалось снижение численности бактерий под злаками. Следует отметить, что максимальная численность бактерий как в почве, так и ризосфере растений была установлена в осенних образцах по сравнению с майскими и июльскими. Вероятно, это связано с поступлением растительных остатков в этот период в почву и отмиранием части корневой системы. Было установлено, что количество бактерий в почве под хлопчатником в зависимости от срока анализа меняется от 15 до 131 млн. клеток/г воздушно-сухой почвы (подсчет проводили посевом почвенной суспензии на мясопептонный агар).

Таблица 10. Динамика численности бактерий в почве и ризосфере

В почве и ризосфере травы Колумба данным методом выявили 54–412 и 75–414, а в почве под голубым просом и в его ризосфере 24–190 и 26–154 млн. клеток/г почвы соответственно. Обнаружено, что повышение численности бактерий в ризосфере растений не наблюдается во все сроки проведения анализа.

Изучение видового состава бактерий почвы междурядий хлопчатника и злаков показало, что наиболее обильно представлены виды бактерий родов Arthrobacter (Aglobiformis), Rhodococcus (R. buteus и др.), Bacillus (B.myco и др.), Xantomonas, Pseudomonas (Р. fluorescens), Megaterium. Возделывание голубого проса и травы Колумба ведет к увеличению в почве, и особенно в прикорневой зоне, количества бактерий Васillus, Rhodococcus и некоторому снижению обилия Arthrobacter globiformis. В целом же видовое разнообразие бактериального компонента в почве возрастает в результате возделывания злаков по монокультуре хлопчатника.

Анализ численности актиномицетов в почве и ризосфере тропических злаков и хлопчатника показал, что 3-летнее возделывание травы Колумба и голубого проса не привело к достоверному увеличению количества актиномицетов в почве (табл.11), численность которых в почве в различные периоды года под хлопчатником, травой Колумба и голубым просом менялся мало. Было установлено, что в ризосфере всех трех растений в мае и июле количество актиномицетов было значительно выше (в 2–10 раз), чем в почве. Вместе с тем, в образцах, отобранных осенью, численность актиномицетов в почве была больше, чем в ризосфере растений.

Таблица 11. Динамика численности актиномицето

в в почве и ризосфере

Выращивание злаков по монокультуре хлопчатника ведет к росту биологической активности почвы, одним из показателей которой является общая численность микроорганизмов (бактерий, грибов и актиномицетов). Наиболее четко это проявилось при анализе численности грибов и бактерий. Объяснение этому – более развитая корневая система у интродуцированных злаков и большее количество подземных растительных остатков в сравнении с хлопчатником. Наблюдаемое увеличение численности микроорганизмов почвы в образцах, отобранных осенью, связано с накоплением в почве в этот период различных растительных остатков.

Анализ пространственной и временной частоты встречаемости микроскопических грибов в почве под злаками и хлопчатником показал, что типичными видами являются Aspergillus niger, A. flavus, A. terreus, A. ochraceus, A. ustus, A. fumigatum, Cladosporium cladosporioides, Penicillium, Chrysogenum, P. funiculosum, P. nigricans, P. lilacium, Trichoderma koningi, Mucor spp. Возделывание травы Колумба ведет к достоверному снижению встречаемости в почве Aspergillus flavus и Penicillium funiculosum. Известно, что эти микромицеты способны активно продуцировать фитотоксичные вещества, и снижение их количества в почве можно считать положительным явлением в "оздоровлении" почвы после монокультуры хлопчатника. Вместе с тем, в почве междурядий травы Колумба, и особенно в его ризосфере, резко возрастает встречаемость Fusarium solani v. coeruleum, F. gibbosum, увеличивается количество грибов Alternaria tenius, Phialiphora melenii, практически не изменяется представленность грибов Cladosporium cladosporioides, Aspergillus niger, A. wentii, A. ustus, А. осhгасеus, A. terreus, Penicillium canescens, P. chrysogenum, Trichoderma koningi и других и снижается встречаемость ряда пенициллумов. Среди грибов, количество которых растет под травой Колумба, многие известны как потенциальные патогены растений.

При анализе почвы междурядий проса обнаружено достоверное возрастание встречаемости грибов Penicillium lilacinum, P. nigricans, Aspergillus terreus, Cladosporium cladosporioides и уменьшение Aspergillum ustus, Penicillium funiculosum, P. corylophillum (все 3 организма – токсикообразователи), Trichoderma koningi. Как и в случае с травой Колумба, установлено, хотя и не такое значимое, повышение количества грибов рода Fusarium в почве и прикорневой зоне проса голубого (табл. 12). Была проведена предварительная проверка ряда штаммов грибов, выделенных из почвы и прикорневой зоны травы Колумба и голубого проса. Активных продуцентов фитотоксинов среди 14 исследованных штаммов грибов не обнаружено.

Изучение видового состава микроорганизмов позволило установить, что даже непродолжительное возделывание интродуцированных злаков существенно влияет на структуру и состав комплекса почвенных микроорганизмов. Обнаружено некоторое увеличение видового разнообразия микроорганизмов, что, исходя из общебиологических концепций, сказывается на повышении устойчивости микробной системы почвы к различным антропогенным воздействиям. Существенным фактом является повышение количества грибов рода Fusarium в почве и прикорневой зоне злаков, особенно травы Колумба, что может привести к отбору патогенных форм этих грибов в почве. В связи с этим, изучение целесообразности длительного возделывания злаков на одном месте требует дальнейших исследований. В то же время введение в севооборот трав и их выращивание на одном месте несколько лет оказывает существенное позитивное воздействие на почвенную микробиоту.

Важным показателем плодородия почв агроценозов является азотфиксирующая активность их микроскопических грибов в прикорневой зоне хлопчатника, травы Колумба и голубого проса (табл. 13).

Таблица 12. Влияние 2-летнего выращивания злаков на комплекс микроскопических грибов почвы

Таблица 13. Азотфиксирующая активность в прикорневой зоне (ризосфере) злаков (мкг N₂/кг ч)

Обнаружено, что азотфиксирующая активность существенно (в 1,5–2 раза) выше в прикорневой зоне травы Колумба и голубого проса в летний период. К концу вегетативного сезона (в сентябре) нитрогеназная активность в прикорневой зоне злаков и хлопчатника практически не различалась. Распространение бактерий в почве корневой зоны растений определяли по доле фиксирующих атмосферный азот бактерий от общего числа бактерий, выделенных из различных экониш на безазотистую среду Эшби (табл. 14).

Таблица 14. Распространение азотфиксирующих бактерий в почве и прикорневой зоне злаков и хлопчатника

Обнаружено, что способность к азотфиксации у бактерий, выделенных из почвы междурядий хлопчатника и злаков, присуща 20-23% от общего числа выявленных на питательней среде, а в корневой зоне хлопчатника и злаков – 58-66%. Полученные данные согласуются с имеющимися в литературе сведениями о характере распространения азотфиксирующих бактерий в почве и ризосфере растений (Умаров, 1986). Существенных различий в представленности азотфиксирующих бактерий под злаками не наблюдается, в корневой зоне их даже несколько меньше. Однако в корневой зоне злаков в отличие от хлопчатника большой процент (12%) свободноживущих ассоциативных азотфиксаторов с высокой нитрогенозной активностью (> 5 мкг N₂/ час-мл среды).

Представленные данные свидетельствуют о том, что выращивание злаков (травы Колумба и голубого проса) создает благоприятные условия для жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов и активности этого процесса в целом, а это, в свою очередь, может существенно повысить плодородие почвы и качество сельскохозяйственной продукции.