Биохимическая концепция гумусообразования сводится к признанию внеклеточного синтеза гумусовых веществ из первичных структурных единиц с участием микробных ферментов и химических реакций. Первоисточниками гумусовых веществ выступают растительные субстраты. Исходные структурные единицы гумуса образуются в результате микробного разложения составных химических веществ растительных остатков – целлюлозы, лигнина, флавоноидов, таннинов (полифенолов), а также азотсодержащих соединений (белков и их дериватов) с последующим внеклеточным ресинтезом новых продуктов при участии микроорганизмов и микробных ферментов. Далее в процессе формирования гумуса происходит усложнение, конденсация структурных единиц также с включением в реакции ферментов – полифенолоксидаз, главным образом, грибного происхождения. Реакции конденсации осуществляются различными путями, но при всем их разнообразии имеется общая закономерность – повышение устойчивости азота по отношению к кислотному гидролизу. И, наконец, на заключительном этапе наблюдается явление поликонденсации (полимеризации) образующихся конденсатов без участия микроорганизмов. Это процесс чисто химический, механизм его остается невыясненным. Гумус стабилизируется в результате взаимодействия с глинистыми минералами почвы и приобретает устойчивость к микробному разложению (Звягинцев и др., 2005).
Среди продуктов внутриклеточного микробного синтеза имеются соединения, сходные с гуминовыми кислотами – пигменты меланопротеиды, особенно меланопротеиды грибов, содержащие азот в гетероциклах. Эти вещества попадают в почву после отмирания и лизиса грибного мицелия и в силу своей устойчивости к микробной деградации могут накапливаться. Темные пигменты меланинового типа образуют не только грибы, но и многие прокариоты разных таксономических групп. Они найдены у стрептомицетов, целлюлозных бактерий, у Azotobacter chroococcum, у споровых аэробных и анаэробных бацилл (Звягинцев и др., 2005).
Одни авторы признают идентичность темных пигментов микроорганизмов с гумусовыми веществами, другие же полагают, что меланины, поступающие в почву после отмирания клеток, могут служить лишь основой для образования гумусовых веществ (Звягинцев и др., 2005).
Процесс разложения органики в почве существенно зависит от процентного содержания в растительном опаде углеводов (U) и лигнина (L), а также от соотношения C/N. Примером может служить эмпирическое уравнение для индекса дыхания почвы:
CO2 = (U)1/2/((C/N)L).
Отношение C/N для почвенных бактерий варьирует обычно в диапазоне от 3:1 до 8:1. Для биомассы почвенных грибов максимальное значение отношения C/N выше и достигает 16. В этом отношении грибы более конкурентоспособны при разложении соединений с низким содержанием азота (например, лигнина). К тому же мицелиальная организация позволяет осуществлять перенос соединений азота по гифе, как по трубе (транслокация лимитирующего ресурса). Не исключено, что мицелий грибов поставляет азот в подстилку (здесь значение C/N очень высокое: 40-100) из нижележащего почвенного горизонта (Кожевин, 2013).
Для более строгой оценки степени доступности воды для микроорганизмов информативным является определение потенциала влаги как количества термодинамической работы, которая должна быть затрачена организмом на извлечение воды. Чаще всего диапазоны потенциалов воды для почвенных микроорганизмов представлены в барах. Среди других термодинамических показателей используют также показатель активности воды – отношение показателей давления водяного пара в исследуемой системе и чистой воды (Кожевин, 2013).
Развитие микроорганизмов в почвах обычно проходит не в большом объёме жидкости, а в капиллярах, заполненных водным раствором, или в тонких плёнках. Толщина плёнок и капилляров имеет большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов. Даже толстые капилляры часто заполнены воздухом и только на поверхности их стенок находится плёночная вода. В тонких плёнках микроорганизмы практически не развиваются. По некоторым данным, органическое вещество в капиллярах с диаметром менее 1 мкм недоступно для микроорганизмов. Хорошее развитие микроорганизмов наблюдается в водных плёнках толщиной 10 мкм и более.
Нижний предел водного потенциала для микроорганизмов существенно ниже, чем для растений, и составляет –150 бар и менее для некоторых почвенных грибов, включая Penicillium spp. и Aspergillus spp. В таких условиях активная биота может быть представлена системой, построенной в основном на грибах и их хищниках (некоторых почвенных клещах) (Кожевин, 2013).
При повышении потенциала почвенной влаги примерно до –50 бар и выше биоразнообразие возрастает. В частности, заметную роль в минерализации органического вещества в почве начинают играть актиномицеты – мицелиальные бактерии, которые являются продуцентами основных антибиотиков. Характерный запах почвы определяется некоторыми летучими продуктами жизнедеятельности актиномицетов (геосмин, 2-метилизоборнеол), причём в ряде случаев показана значимость этих соединений в координации процессов в микробном сообществе (например, инициация прорастания спор микоризных грибов).
Рост большинства бактерий обеспечивается при более высоких значениях потенциала почвенной влаги: от –40 до 0 бар, а миграция бактерий возможна в диапазоне –(0,1-0,5) бар и выше. Самая высокая скорость разложения органического вещества микроорганизмами как условия снабжения растений основными минеральными ресурсами обеспечивается примерно при
–0,1 бар (Кожевин, 2013).
1.4.4. Почва – гетерохронная среда обитания микроорганизмов
Выдающийся русский микробиолог (1949) описал на основе микроскопических наблюдений последовательную смену микробных популяций в ходе разложения внесённых в почву органических веществ. На первом этапе разложения легкодоступной органики доминировали быстрорастущие популяции с банальной морфологией и относительно крупными размерами клеток. Данная микрофлора напоминала формы, учитываемые на богатых питательных средах in vitro, и была названа зимогенной (zume – закваска). Представители второго этапа разложения труднодоступной почвенной органики характеризовались своеобразием морфологии и были названы автохтонной микрофлорой (khthonos – почва). По существу, учёный описал то, что на языке современной науки называется сукцессией сообщества с последовательным развитием r - и K-стратегов (Кожевин, 2013).
1.4.5. Микробно-растительные взаимодействия
1.4.5.1. Микробно-растительные взаимодействия в ризосфере и ризоплане
Микроорганизмы в жизни растений выполняют функцию средообразования и общего питания (Семёнов, 2013).
В настоящее время под ризосферой понимают пространство вокруг корня от 0 до 2-8 мм в диаметре, в котором имеет место более обильное развитие микроорганизмов из-за стимулирования их роста корневыми экссудатами, а в более широком смысле – корневыми депозитами. Корневые экссудаты представляют собой низкомолекулярные органические вещества, продукты фотосинтеза и метаболизма растения. К ним относятся сахара, органические и аминокислоты, спирты, гормоны, витамины и др. Эти вещества «утекают» из зоны вблизи кончика корня, точнее зоны «растяжения» корня в процессе его роста и развития. В сравнительных экспериментах с выращиванием стерильных растений в стерильной и нестерильной почве показано, что в ризосфере микробно-растительные взаимодействия выражаются в стимуляции экссудирования растений (Семёнов, 2013).
Бактерии играют ключевую роль в обеспечении экосистем азотом. Активными и наиболее изученными азотфиксаторами являются симбиотические азотфиксирующие бактерии, особенно представители родов Rhizobium,
Bradyrhizobium и Azospirillum. Помимо таких, можно сказать облигатных, компонентов в настоящее время выявлено много бактерий, которые не являются активными азотфиксаторами, но обладают этой способностью. Недавно был изолирован диазотроф Acetobacter diazotrophicus, свободноживущий подобно представителям родов Azotobacter, Azomonas и др. и способный вступать в обоюдно выгодные, мутуалистические отношения с растениями
(Семёнов, 2013).
Существенную роль микроорганизмы, а именно грибы, играют и в обеспечении растений фосфором. Грибами обрастают корни растений с образованием микоризы. В других случаях, например, поглощая из почвы микроэлемент цинк, микроорганизмы могут способствовать заболеванию растений. Ризосферные микроорганизмы могут оказывать и прямое защитное действие одних растений относительно других. Микроорганизмы из ризосферы пшеницы, например, ингибируют рост растений салата (Семёнов, 2013).
Существуют бактерии – стимуляторы роста растений (plant growth-promoting bacteria – PGPB). Это, например, некоторые штаммы бактерий рода Pseudomonas, которые защищают растения от заморозков, предотвращая кристаллообразование на надземных частях растения при кратковременном резком понижении температуры. Представители родов Bacillus,
Agrobacterium и Pseudomonas являются «поставщиками» биоконтролирующих агентов (Семёнов, 2013).
Микроорганизмы используют растения в качестве источника питания как пассивно, так и активно, паразитируя на них и часто приводя к гибели, т. е. растения также частично являются средой обитания для микроорганизмов. Растения, несомненно, оказывают какое-то селектирующее влияние на окружающее его и находящееся на нём микробное сообщество. Так, например, С4-растения, к которым, в частности, принадлежат злаковые, с большей эффективностью колонизируются такими азотфиксирующими бактериями, как Azospirillum sp. и Enterobacter sp (Семёнов, 2013).
Следует отметить, что семена растений, попадающие в почву, уже заселены микроорганизмами. Потенциально семя растения может нести на (в) себе бактериальные клетки, их эндоспоры или цисты, конидиоспоры и/или обрывки гиф актиномицетов, обрывки мицелия грибов и/или их конидиоспоры, цисты простейших, а также, возможно, яйца нематод и вирусы. На поверхности и в покровах, а в некоторых случаях и в тканях разных семян можно обнаружить бактерии, принадлежащие к родам Agrobacterium, Arthrobacter,
Bacillus, Burkholderia, Clavibacter, Clostridium, Curtobacterium, Erwinia,
Pseudomonas, Rhizobacter, Rhizomonas, Streptomyces, Xanthomonas и др., грибы родов: Acremonium, Alternaria, Aureobasidium, Aspergillus, Botrytis,
Cephalosporidium, Claviceps, Drechslera, Fusarium, Gibberella,
Helminthosporium, Humicola, Penicillium, Perenospora, Phoma, Phytophthora, Plasmopara, Puccinia, Pythium, Rhizoctonia, Septoria, Trichothecium, Ustilago, Verticillium и др. Среди перечисленных родов бактерий и грибов много истинных фитопатогенов (Семёнов, 2013).
При исследовании семян озимой пшеницы было обнаружено 16 видов грибов, относящихся к 11 родам. Среди них 11 родов представляли собой поверхностную инфекцию и четыре вида – внутреннюю (Горьковенко и др., 1997).
Поверхностная инфекция Alternaria sp., A. Alternate (Fr.) Keissler;
Acremonium sp. (Syn.: Cephalosporium Corda); Aspergillus sp., Cladosporium sp.; Mucor mucedo Fres; Penicillium sp.; Rhizopus nigricans Ehr.; Trichothecium roseum Link; Trichoderma viridi Pers, Verticillium lateritium Berkeley.
Внутренняя инфекция A. Alternate (Fr.) Keeissler; Fusarium graminearum Schwabe; Dreshslera sorokiniana (Sacc) Subram; Cladosporium herbarum (Pers) Link.
Среди сапрофитных грибов доминировали Verticillium lateritium, Trichoderma viridi (Горьковенко и др., 1997).
Основное действие на микробное сообщество поверхности семян оказывает «выброс» органических веществ из набухающего и прорастающего семени. Например, при прорастании семян пшеницы обнаруживаются углеводы (главным образом глюкоза и фруктоза, а в целом – до 10 компонентов), органические кислоты (в большинстве своём – сукцинат, фумарат и малат) и до 16 аминокислот, среди которых доминируют аспарагиновая и глутаминовая (Семёнов, 2013).
1.4.5.2. Состав почвенной и ризосферной микофлоры по фазам развития озимой пшеницы
Согласно исследованиям, в различные фазы вегетации растений озимой пшеницы количество микромицетов в их ризосфере и окружающей почве заметно варьирует. Численность микромицетов в ризосферной зоне в период кущения и цветения растений пшеницы выше, чем в окружающей почве, что вызвано, очевидно, выделением корневой системой пшеницы большого количества метаболитов, используемых микроскопическими грибами для своего развития. С заметным снижением физиологической активности у пшеницы в фазе восковой спелости численность пропагул микромицетов в ризосфере резко сокращается (Пономарева, 2005).
Из образцов почвы и ризосферы было выделено 924 штамма микромицетов, принадлежащих к 106 видам 3-х классов: Zygomycetes (13), Ascomycetes (3) и Deuteromycetes (90) (Пономарева, 2005).
Обитающие в почве и ризосферной зоне микроскопические грибы по способу использования органического вещества делятся на сапротрофов и группу грибов с выраженными в той или иной степени фитотрофными свойствами. Между этими группами микромицетов постоянно возникают явления конкуренции или активного антагонизма. Чаще всего явление антагонизма со стороны сапротрофной микофлоры становится подавляющим фактором, который позволяет снять плотность почвенных популяций грибов и тем самым повысить супрессивность почвы (Пикушова и др., 2002).
К сапротрофной эколого-трофической группе, повышающей супрессивность почвенно-ризосферной зоны, отнесены микромицеты родов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Mucor, Absidia, Rhizopus, Mortierella. Группу патогенных видов, которые в период вегетации озимой пшеницы способны вызывать различные заболевания, составили микромицеты родов Fusarium,
Alternaria, Cladosporium, Drechslera, Helminthosporium, Nigrospora,
Phialophora, Stachybotrys, Acremonium, Verticillium и др. (Пономарева, 2005).
Соотношение патогенной и супрессивной микофлоры в почве и ризосфере озимой пшеницы значительно изменяется в различные фазы развития растений.
Фаза кущения озимой пшеницы характеризуется наибольшей численностью грибов-супрессоров в ризосферной зоне озимой пшеницы, на долю которых приходится 57% от общего количества выделенных пропагул микромицетов, по сравнению с почвой (54%), что, вероятно, связано со значительным поступлением питательных веществ с корневыми выделениями для микромицетов, развивающихся в ризосфере (Пономарева, 2005).
В фазе цветения растений доля патогенной микофлоры в ризосфере повышается, а в почве сохраняется относительно стабильное состояние за счёт незначительно увеличившейся в этой зоне доли супрессивной микофлоры. В период восковой спелости семян наблюдается достаточно низкий процент патогенной группы микромицетов как в почве, так и в ризосфере пшеницы; супрессивная микофлора в этой фазе развития озимой пшеницы достигает максимальной численности. Столь высокая доля микромицетов супрессивной группы (в почве – 74%, в ризосфере – 63%) обеспечила сдерживание роста численности популяции патогенов (Пономарева, 2005).
1.4.5.3. Микробно-растительные взаимодействия в филлосфере и филлоплане
Пространство, окружающее надпочвенную поверхность растения, включая ткани этого растения, называют филлосферой, а поверхность растения – филлопланой (Семёнов, 2013). Эпифитные микроорганизмы – обитатели надземных поверхностей растений. Они питаются органическими выделениями растений и предохраняют растение от болезнетворных микроорганизмов. Эпифиты обычно окрашены в красный, жёлтый или чёрный цвета и содержат каротиноидные или меланоидные пигменты, которые предохраняют их от губительного действия солнечной радиации (Звягинцев и др., 2005).
Количество микроорганизмов, обнаруживаемых на поверхности листьев, иногда может достигать 108 клеток на грамм свежих листьев, или 106 на 1 см2, что вполне сопоставимо с численностью микроорганизмов в грамме почвы. Численность и разнообразие микроорганизмов зависит от вида растения, внешних условий. Это сапрофитные и фитопатогенные представители родов Pseudomonas (P. syringae, P. fluorescens и др.), Erwinia (E. carotovora, E. amylovora), Xanthomonas (X. campestris), Agrobacterium (A. tumefaciens), родов Beijerinckia, Enterobacter, Klebsiella, Methylobacterium и многих других (Семёнов, 2013).
В экспериментах с использованием генетически модифицированных бактерий, способных конститутивно синтезировать зелёный флуоресцирующий белок, было установлено, что одни бактерии (Pantoea agglomerans) преимущественно диссипативно локализуются на поверхностях эпидермальных клеток, тогда как другие (Pseudomonas syringae) группируются преимущественно вокруг устьиц (Семёнов, 2013).
1.4.5.4. Микромицеты филлопланы растений пшеницы
С поверхности листьев выделено 27 видов микромицетов, принадлежащих к 9 родам: Aspergillus, Alternaria, Chaetomium, Cladosporium, Fusarium, Penicillium, Rhizopus, Stemphylium, Trichoderma (Пономарева, 2005).
Виды Alternaria alternate и A. triticina (Pras.) обнаружены на неповреждённых листьях здоровых растений озимой пшеницы в фазе кущения, в качестве эпифитов. В фазы цветения и восковой спелости семян микромицеты рода Alternaria проявляют себя в качестве вторичного паразита – их можно наблюдать визуально на стеблях, листьях и колосьях растений, которые к этому времени уже ослаблены из-за потери ими тургора (Пономарева, 2005).
Микромицеты рода Fusarium обнаружены в филлоплане озимой пшеницы во все фазы её развития. Пенициллы также представлены во все фазы вегетации растений, но встречаемость их в фазе кущения выше. Аспергиллы представлены видами Aspergillus niger, A. flavus Link и A. wentii Wehmer
(Пономарева, 2005).
После завершения цветения в филлоплане были обнаружены микромицеты, являющиеся возбудителями следующих листовых заболеваний: мучнистая роса, септориоз, бурая и жёлтая ржавчины.
Таким образом, микроскопические грибы выделяются определённой избирательностью к органам детерминанта: одни предпочитают зону филлопланы, другие – ризосферы, третьи – приурочены только к зерну, а четвёртые, изначально обитающие в почве, обнаружены в ризосфере, в филлоплане, на поверхности и внутри зерна. В посевах озимой пшеницы степной зоны края, узкой приуроченностью к определённой зоне растений отличаются:
Aspergillus parasiticus Speare, обнаруженный только в ризосфере пшеницы в фазы её кущения и цветения; A. оchraceus Wilhelm, выделенный из почвы только в период восковой спелости семян; возбудители листовых болезней – Erysiphe graminis, Puccinia striiformis, P. recondite и P. septoria spp., приуроченные к филлоплане. Как в почве, так и в ризосфере и филлоплане озимой пшеницы обнаружены – Cladosporium cladosporioides (Fres.) de Vries,
Trichoderma koningii. Наиболее широким ареалом отличаются Alternaria
alternate, Fusarium graminearum, F. oxysporum которые помимо почвенно-ризосферной зоны и филлопланы также приурочены к зерну, встречаясь как в качестве наружной, так и в качестве внутренней инфекции (Пономарева, 2005).
1.4.5.5. Специфические взаимовыгодные формы микробно-растительных взаимодействий
Растения и ризосферные бактерии (ризобактерии) «обмениваются» химическими веществами, которые позволяют им вступать в мутуалистические взаимоотношения. Это образуемые ризобактериями стимуляторы роста растений – гормоны роста, в частности ауксин (индолил-3-уксусная кислота, ИУК). Активными продуцентами ИУК являются бактерии Aeromonas veronii, Edwardsiella tarda, Listonella anguillarum, Pantoea ananas, Vibrio fluvialis,
Vibrio furnissii, в том числе, типичные почвенные бактерии, представители родов Arthrobacter, Agrobacterium, Pseudomonas и некоторые другие. Кроме ауксина, некоторые ризобактерии продуцируют N-ацилированный лактон гомосерина (АЛГ), который служит аутоиндуктором активности бактериальной популяции и взаимодействия бактерий с окружающей средой и растением-хозяином. Широко известен продуцент АЛГ – Agrobacterium tumefaciens. Помимо низкомолекулярных веществ важную роль играют некоторые высокомолекулярные, в частности лектины. Это углеводсодержащие белки неиммуноглобулиновой природы, обладающие свойством обратимо и избирательно связывать углеводы и углеводные детерминанты биополимеров без изменения их ковалентной структуры (Семёнов, 2013).
Разные виды бактерий рода Azospirillum синтезируют лектины, участвующие в адгезии соответствующих штаммов к корням пшеницы и, в конечном счёте, в формировании азотфиксирующей ассоциации. Помимо адгезии, эти вещества выполняют и другие функции. Лектины Azospirillum brasilense избирательно влияют на прорастание семян, подавляя прорастание семян пшеницы при концентрации 0,5 мг/мл раствора и, наоборот, стимулируя при концентрации 10 мкг/мл. Лектины, синтезируемые растениями, могут выполнять для них защитную роль: в частности, лектины пшеницы способны подавлять рост некоторых грибов. Лектин связывается с апикальной частью гифы и ингибирует синтез хитина (Семёнов, 2013).
Некоторые бактерии выделяют вещества антибиотической природы. Pseudomonas fluorescens продуцирует 2,4-фтороглюцинол, который подавляет рост гриба Gaeumannomyces graminis, вызывающего болезнь «увядания» растений пшеницы (Семёнов, 2013).
Грибы, как и бактерии, вступают с растениями в симбиотические отношения – образуют микоризу. Различают много вариантов микориз. Рассмотрим эндотрофную везикулярно-арбускулярную (ВАМ), характерную для большинства сельскохозяйственных культур, в том числе злаков и бобовых. Её формируют представители зигомицетов, чаще всего виды родов Endogone, Pythium.
ВАМ характеризуется тем, что гифы проникают вглубь корня, образуют дихотомически ветвящиеся структуры (арбускулы), формируют также шаровидные структуры (везикулы). Гифы идут во все стороны от корня, на их концах возникают покоящиеся споры (Звягинцев и др., 2005).
Согласно исследованиям микориза озимой пшеницы образуется при недостатке для растений элементов минерального питания, в частности фосфора, и способствует лучшему их усвоению из почвы (Ширинкина, 1981). По-видимому, постоянное внесение фосфорно-калийных удобрений способствует тому, что растения озимой пшеницы в условиях степной зоны Краснодарского края не испытывают недостатка в элементах минерального питания, подтверждением чему является отсутствие микоризной инфекции в корнях растений пшеницы. Исключением стал конец фазы кущения: на свежих корнях растений наблюдалось вхождение в единичные корневые волоски тонких, без перегородок, слабо ветвящихся гиф. Дальнейшего утолщения и ветвления гиф, способствующих образованию арбускулов не было отмечено, что, вероятно, обусловлено быстрым лизисом мицелия эндофита в корнях растений (Пономарева, 2005).
1.5. Влияние NaCl на микроорганизмы почвы
Солевой режим играет большую роль в обмене веществ микроорганизмов. Помимо участия в метаболизме микробной клетки, соли поддерживают определённое осмотическое давление, от которого зависит нормальная жизнедеятельность организма. Известно, что осмотическое давление в клетках актиномицетов довольно высокое, что позволяет им выживать в почве при недостатке влаги и высокой засоленности (Современная микробиология…, 2005). О высокой галотолерантности актиномицетов может свидетельствовать их высокая численность в солончаках (Звягинцев, Зенова, 2001).
В актиномицетном комплексе засоленных почв обнаружены представители родов Streptomyces и Micromonospora. Представители последнего проявляли меньшую, чем стрептомицеты, приспособленность к высокой концентрации соли (Зенова и др., 2011).
Культуры, выделенные из засоленных почв и по фенотипическим и генетическим признакам, идентифицированные как Streptomyces noboritoensis штамм 1, S. pluricolorescens штамм 2 и S. prunicolor штамм 3, оказались галоалкалофильными. Оптимальная радиальная скорость роста колоний этих культур отмечена при 5%-ной концентрации NaCl и значении pH 8.0 (Зенова и др., 2011).
В лабораторных опытах изучали влияние различных концентраций NaCl от 3% до 50% на рост и размножение местных активных штаммов фосформобилизующих бактерий, выделенных из ризосферы различных сельскохозяйственных растений. Результаты показали, что 2 культуры фосформинерализующих бактерий, выделенных из ризосферы хлопчатника, хорошо росли при концентрации NaCl 30% в мясо-пептонной среде, а концентрация соли 40-50% немного подавляли рост культур. Изучение влияния высоких концентраций NaCl на рост и развитие местных активных штаммов фосформобилизующих бактерий, выделенных из ризосферы озимой пшеницы, показало, что все 5 культур выдерживали высокие концентрации хлорида натрия в мясо-пептонной среде от 30% до 50% NaCl, что указывает на возможность использования этих культур даже на солончаковых почвах. Таким образом, на основании проведённых экспериментов сделаны выводы, что впервые в Узбекистане из ризосферы различных сельскохозяйственных культур (хлопчатник, озимая пшеница и сахарная свёкла) выделены штаммы бактерий, способные выживать, размножаться и активно функционировать в экстремальных условиях существования – засоленности и зафосфаченности почв (Юсупов и др., 2006).
1.6. Препарат «Байкал ЭМ1», его влияние на систему растение-почва
В настоящее время всё интенсивнее изучается роль непатогенных микроорганизмов в сохранении плодородия почвы, повышении урожайности различных сельскохозяйственных культур, получении экологически безопасной продукции и, в конечном счёте, в нормализации и улучшении жизнеобеспечения людей (Блинов и др., 2008).
Перспективным в этом отношении является использование эффективных микроорганизмов, составляющих основу ЭМ-технологии, внедрённой во многих странах мира как технологии биологического земледелия. Эта инновация встречает определённое противодействие и скепсис, хотя многочисленные отечественные и зарубежные исследования практически однозначно свидетельствуют о позитивной роли ЭМ-технологии в различных областях сельского хозяйства (Блинов и др., 2008).
Для выяснения роли эффективных микроорганизмов в фундаментальных процессах азотфиксации были исследованы образцы каштановой и чернозёмной почвы. Установлено, что под влиянием ряда разбавлений препарата «Байкал ЭМ1» (1:100, 1:1000) в каштановой почве существенно повышается содержание нитратного азота, особенно к 8-12 неделям опыта. В опытных образцах почвы возрастает содержание подвижного фосфора, а также магния, ионов хлора, сульфатов, сухого остатка, незначительно – обменного кальция. Остальные исследованные показатели изменяются менее определённо, кроме уровня аммиачного азота, который либо снижался, либо даже не определялся (Блинов и др., 2008).
Полученные данные свидетельствуют о том, что эффективные микроорганизмы способны целенаправленно вмешиваться в кругооборот азота, а именно во второй этап азотфиксации – нитрификацию аммиака. Усиленная трансформация аммиака в нитриты и нитраты под влиянием препарата «Байкал ЭМ1» отражает возрастание плодородия почвы. Аналогичные данные получены и при исследовании чернозёмной почвы (Блинов и др., 2008).
Опыты по изучению влияния препарата «Байкал ЭМ1» на микробное сообщество почвы проводились в зерносвекловичном севообороте с 2001 по 2003 год. Эффективность биопрепарата изучалась на двух фонах минерального питания: с удобрением и без него. Препарат вносили под предпосевную культивацию (Безлер, Крафт, 2004).
Трансформация органических остатков, поступающих в почву, под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов протекает по двум основным направлениям: минерализация до конечных продуктов с освобождением минеральных элементов, CO2 и воды и разложение с прохождением стадии гумификации, обеспечивающее синтез биологически устойчивых органических соединений гумусовой природы (Туев, 1989).
Численность бактерий, использующих минеральные формы азота, указывает на активность минерализационных процессов в почве. При использовании микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» она увеличилась почти в 2 раза на фоне без удобрений в июле, а с удобрениями – в сентябре (Безлер, Крафт, 2004).
Аммонифицирующая микрофлора почвы – самая многочисленная и разнообразная по своему составу физиологическая группа почвенных микроорганизмов. В аммонификации азотсодержащих органических соединений могут участвовать аэробные и анаэробные бактерии, плесневые грибы и актиномицеты. «Байкал ЭМ1» снизил численность этой группировки на неудобренном фоне на протяжении всего вегетационного периода, а на удобренном повысил только в сентябре (Безлер, Крафт, 2004).
Отношение численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к общему количеству аммонификаторов, называется коэффициентом минерализации и отражает относительную величину этого параметра.
С учётом снижения численности аммонификаторов при внесении в почву «Байкал ЭМ1», коэффициент минерализации увеличился на фоне без удобрений в июле на 1,82, а в сентябре – на 0,75 (Безлер, Крафт, 2004).
Зимогенная микрофлора разлагает органические соединения и поставляет структурные фрагменты для синтеза гумуса (Безлер и др., 2003). Автохтонная – активно участвует в деструкции гумуса, разрушая не только периферическую, но и центральную, стабильную её часть. На неудобренном фоне «Байкал ЭМ1» снизил её численность на 0,63-3,52 млн. шт. на протяжении всего периода вегетации, а на удобренном фоне только в июле (Безлер, Крафт, 2004).
Низкие значения численности автохтонной микрофлоры по сравнению с зимогенной говорят о положительном направлении процесса гумусообразования в почве. Это подтверждается расчётной величиной коэффициента гумификации (Безлер, Крафт, 2004).
Второе место после азота по значению в питании растений занимает фосфор. Питание растений фосфором, как правило, происходит за счёт солей ортофосфорной кислоты. Последняя образуется при трансформации фосфобактериями органического фосфора. «Байкал ЭМ1» увеличил численность фосфобактерий на неудобренном фоне в мае на 0,83 млн. шт., а в июле – на 0,74 млн. шт., что особенно благоприятно в начальные периоды вегетации, так как достаточная обеспеченность фосфатным питанием необходима для нормального темпа прохождения растением фаз развития (Безлер, Крафт, 2004).
Большое значение в почвообразовании играют микроорганизмы, разлагающие полимерные соединения. К ним относятся микромицеты, актиномицеты и целлюлозоразрушающая микрофлора.
Численность микромицетов зависит от наличия в почве соответствующего субстрата и от создания условий, способствующих их развитию. Повышенное распространение почвенных грибов было обусловлено тем, что сахарная свёкла выделяет в почву сахарозу – основной субстрат для их развития. Однако внесение в почву микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» понизило численность микромицетов почти на 20%, что снижает вероятность распространения фитопатогенных грибов (Безлер, Крафт, 2004).
Большое значение в почвообразовательном процессе имеет развитие и численность микроорганизмов, разрушающих клетчатку, так как продукты её полураспада используются при синтезе гумуса. «Байкал ЭМ1» стимулировал развитие целлюлозоразрушающей группировки в мае и сентябре на обоих фонах удобренности. Её численность увеличилась в среднем на 0,29 млн. шт. (Безлер, Крафт, 2004).
Препарат «Байкал ЭМ1» может оказывать стимулирующее воздействие на развитие семян. Под его влиянием возрастает энергия прорастания и всхожесть семян озимой пшеницы и озимой ржи на 6-12%, масса проростков – на 36-57%, содержание сухого вещества в проростках – на 31-34%; отмечается более интенсивное развитие корневой системы растений – длина корней увеличивается в 1,2-3,0 раза. По совокупности изученных показателей был сделан вывод, что наиболее оптимальной степенью разведения препарата по влиянию на ростовые характеристики изучаемых культур является концентрация 1:2000 (Крымова, 2010).
Опытами установлено также, что «Байкал ЭМ1» оказывает положительное влияние на полевую всхожесть и прорастание яровой пшеницы. Всходы на участках, засеянных семенами, обработанными этим препаратом, появились на 3-5 дней раньше, чем на участках, где были высеяны необработанные семена, и имели более интенсивную окраску (Зыбалов, 2006).
Применение препарата в разные сроки играет определённую роль в формировании элементов структуры урожая. При возделывании в опыте яровой мягкой пшеницы количество зёрен в колосе на контрольном варианте было равно 23 шт. с массой 0,9 г. При обработке семян и подкормке в фазу кущения – 29 шт. Масса зерна с одного растения увеличилась на 0,3 г (Агапкин, 2005).
Урожайность изменялась следующим образом: контроль – 2,9 т/га, обработка семян – 3,0 т/га. При двукратном использовании «Байкал ЭМ1» (семена + обработка в фазу кущения) – 3,2 т/га. На содержание белка и показатель стекловидности препарат не повлиял, но способствовал повышению показателя клейковины с 29 до 35%. Максимальное её значение (35%) отмечено при дополнительной обработке препаратом в фазу кущения (Агапкин, 2005).
Установлено, что при внесении препарата «Байкал ЭМ1» в тепличный грунт в нём повышается содержание подвижных форм азота, фосфора и калия, возрастает биологическая активность. Всё это оказывает положительное влияние на рост и развитие растений томата, улучшается качество плодов и снижается содержание в них нитратов (Юрина и др., 2005).
Удобрения «Сила ЭМ1» и «Сила ЭМ2», производящиеся путём ферментации свиного навоза и других наполнителей микроорганизмами препарата «Байкал ЭМ1», снижали патогенность почвы, что повлияло на поражаемость Fusarium и Phitium молодых растений (Юрина и др., 2005).
Обработка препаратом «Байкал ЭМ1» увеличивала число цветков и завязей томатов. При этом наиболее отчётливо выраженные позитивные результаты получены при предпосевной обработке семян препаратом в разбавлении 1:1000. Здесь число завязей увеличилось на 43% (Блинов и др., 2008).
Удобрение «Байкал ЭМ1» стимулирует синтез протеинов и нуклеиновых кислот в листьях амаранта, что говорит о высокой физиологической активности эффективных микроорганизмов (Донмез, Аллахвердиев, 2007).
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Материалы исследования
2.1.1. Работа выполнена на кафедре биологии и биотехнологии МГГУ им. .
Объектом исследования являлась мягкая озимая пшеница сорта «Московская 39».
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
