Вплив агроекологічних чинників на вміст мікробної біомаси у ґрунті

Размещено на http://www.allbest.ru/

Миронівський інститут пшениці ім. В.М. Ремесла НААН

Інститут агроекології і природокористування НААН

Вплив агроекологічних чинників на вміст мікробної біомаси у ґрунті

д.с.-г.н. Демидов О.А.

к.с.-г.н, с.н.с, Дем'янюк О.С.

Анотація

Ключові слова: агроекологічні чинники, мікробна біомаса, природна екосистема, агроекосистема, система удобрення.

Аннотация

Ключевые слова: агроэкологические факторы, микробная биомасса, природная экосистема, агроекоситема, система удобрения.

Annotation

Keywords: agroecological factors, microbial biomass, natural ecosystem, agroecosystem, fertilizer system.

Постановка проблеми. Однією з важливих екологічних проблем в Україні є розвиток і швидкі темпи поширення деградаційних процесів ґрунту, які впливають на стійкість і продуктивність агропромислового комплексу країни загалом. Надмірне антропогенне та техногенне навантаження призводить до таких негативних наслідків як втрата родючості ґрунту, зменшення частки гумусу, втрата корисних властивостей ґрунтів - фізичних, хімічних та біологічних тощо.

Аналіз основних досліджень і публікацій. Ґрунт як середовище проживання і продукт життєдіяльності мікроорганізмів представляє собою складну систему, що включає фізіологічно і таксономічно різноманітні види, які забезпечують біологічний кругообіг речовин, процеси формування ґрунтів та їх стійкість до природних і антропогенних чинників.

Однією з екологічних характеристик ґрунту, яка може бути використана для оцінювання стану ґрунту, поряд з чисельністю мікроорганізмів основних еколого-трофічних груп, є кількісний уміст біомаси мікроорганізмів [8, 9, 13]. Високі рівні обох показників свідчать про наявність і достатню кількість мінерального та/або органічного поживного субстрату в ґрунтовому середовищі, а також про сприятливі екологічні умови для його трансформації, а отже для розвитку відповідних компонентів мікробіоценозу. Вміст мікробної маси у ґрунті визначає інтенсивність кругообігу речовин в екосистемі, спрямованість ґрунтоутворювального процесу і є складовою частиною органічної речовини ґрунту, її найбільш рухомою і біологічно активною фракцією [2, 10, 11, 14].

Мікробна біомаса представляє собою важливий компонент органічної речовини ґрунту [7], кількісно і якісно варіює залежно від низки чинників, у т.ч. типу ґрунту, ступеня його окультурення, інтенсивності експлуатації, застосованих агротехнологій, кліматичних чинників [1, 11, 12].

А інформація про запаси мікробного карбону різних типів ґрунту є важливою для екологічних досліджень, у т.ч. і прогнозних сценаріїв з урахуванням змін параметрів кліматичної системи [12].

Постановка завдання. Враховуючи те, що мікробна біомаса є індикатором екологічного стану ґрунту, основна мета наукової роботи полягала у вивченні особливостей динаміки вмісту мікробної біомаси у чорноземі глибокому за умов впливу основних агрокліматичних чинників, а саме температури повітря, кількості опадів та систем удобрення (мінеральна, органічна та органо-мінеральна). Адже упродовж року, місяця та доби відбуваються постійні коливання температурного режиму та рівня вологості, що призводить до зміни вмісту біомаси ґрунтових організмів.

Виклад основного матеріалу дослідження. Дослідження проводились упродовж 2001-2010 рр. на базі Миронівського інституту пшениці ім. В.М. Ремесла НААН, що знаходиться у південно-східній частині Київської обл. і характеризується помірно континентальним, м'яким кліматом з достатньою кількістю опадів. Середня температура січня становить -6°, липня +19,5°. Тривалість вегетаційного періоду складає від 198 до 204 днів. Річна кількість опадів коливається у межах 500-600 мм опадів, і випадає упродовж літнього сезону. мікробний продуктивність ґрунт екосистема

Досліджували зразки ґрунту природної екосистеми (переліг) і агроекосистеми за вирощування пшениці озимої за різних систем удобрення (мінеральна, органічна, органо-мінеральна). Ґрунт - чорнозем глибокий, гумус - 3,4--4,0%, рухомий фосфор (за Труогом) -- 128--189 мг, обмінного калію (за Масловою) -- 95--127 мг/кг ґрунту, рНсол -- 6,0. Площа дослідних ділянок 25 м². Повторення -- триразове. Розміщення -- рендомізоване. Для характеристики гідротермічного режиму досліджуваного періоду використано дані обласної метеостанції. Польові та лабораторні дослідження були проведені з урахуванням загальноприйнятих методів [3-6].

На прикладі ґрунту природної екосистеми, як еталонної системи, наочно простежується вплив екологічних чинників (температура повітря і опади) на вміст мікробної біомаси. Роками, з наближеними до середньобагаторічних значень за кількістю опадів і температурним режимом повітря є 2003 і 2008 рр. (ГТК=1,3), які і були обрані для порівняння впливу погодних умов на вміст мікробної біомаси. В ці роки вміст мікробної біомаси становив 694-710 мкг С/г ґрунту (рис. 1).

Рисунок 1. Динаміка вмісту мікробної біомаси у ґрунті перелогу чорнозему глибокого залежно від погодних умов

Як свідчать отримані дані, динамічні зміни вмісту мікробної біомаси у ґрунті перелогу пов'язані в першу чергу зі змінами таких екологічних чинників як температура і вологість. Максимуми і мінімуми її вмісту співпадають зі значеннями гідротермічного режиму, тобто ГТК. Вплив вологи проявляється також через зміни активності в рослинному організмі і забезпеченості мікроорганізмів субстратом і біогенними елементами [12].

За недостатньої кількості опадів і підвищених температур та значеннями ГТК на рівні 0,5-0,7 (2002, 2006, 2007, 2010 рр.) вміст мікробної біомаси був нарівні 250-362 мкг С/г ґрунту, що майже у 1,9--2,8 рази менше ніж у роки з сприятливими погодними умовами.

Варто відмітити, що негативну дію високих температур на ґрунтові мікроорганізми і їх активність, нівелювала наявність достатньої кількості вологи у ґрунті. Наприклад, на противагу рокам із посухою і дефіцитом вологи, активному накопиченню мікробної біомаси сприяло випадіння достатньої кількості опадів. Це підтверджується високим умістом загальної мікробної біомаси у 2001 р. - 700 мкг С/г ґрунту, і у 2004 р. - 704 мкг С/г ґрунту. При чому підвищені температури мають більший негативний вплив на мікробну продуктивність як у природній екосистемі, так і в агроекосистемі при застосуванні різних систем удобрення.

Упродовж 2001-2010 рр. динаміка вмісту мікробної біомаси в агроекосистемі відповідала значенням гідротермічного режиму (рис. 2). За сприятливих гідротермічних умов накопичення мікробної біомаси досягало максимуму: у ґрунті контрольного варіанту - 390-402 мкг С/г ґрунту, при мінеральній системі удобрення - 448-469, органічній - 610-625 і органо-мінеральній - 620 мкг С/г ґрунту. Сильна посуха (ГТК=0,5, 2006, 2007 рр.) знижувала вміст мікробної біомаси майже в 1,5-2 рази, при чому на варіантах з органічними і органо- мінеральними добривами ця різниця була меншою, що може бути пояснено наявністю для мікроорганізмів субстрату і поживних елементів.

Рисунок 2. Динаміка вмісту мікробної біомаси у чорноземі глибокому залежно від агроекологічних чинників (погоднихумов і систем удобрення): І - контроль, II - мінеральна система удобрення, ІІІ - органічна система удобрення, ІУ - органомінеральна система удобрення

При співставленні значень температури і вмісту біомаси має місце тісна залежність. Якщо порівняти вміст біомаси мікроорганізмів у роки (2001 і 2010 рр.) з високими температурами (24,1 ^оС) і різною кількістю опадів (відповідно 70 і 55 мм) в агроекосистемі, то отримаємо наступну картину. Однозначним є знижений майже у 2,1-2,7 рази вмісту мікробної біомаси у 2010 р. на всіх варіантах досліду. Однак за достатньої кількості опадів у 2001 р. ця різниця становила лише 1,1--1,3 рази, а на варіанті з органо-мінеральної системою удобрення взагалі не спостерігалась. Що ще раз підтверджує висновок про нівелювання дії високих температур на мікробну продуктивність ґрунтової мікрофлори за достатньої кількості вологи.

Таким чином, установлено, що між умістом мікробної біомаси у ґрунті і погодними умовами існує тісний кореляційний зв'язок, що підтверджують розрахунки коефіцієнту кореляції (табл. 1). При чому підвищення температури має більший негативний вплив на мікробну продуктивність як у природній екосистемі, так і в агроекосистемі за різних систем удобрення. Наявність вологи позитивно впливає на розвиток мікроорганізмів, що підтверджується розрахунками кое - фіцієнту парної кореляції (г=+0,79 +0,66).

Таблиця 1. Зв'язок між умістом мікробної біомаси у ґрунті і погодними умовами

Висновки

Наведені експериментальні дані свідчать, що у ґрунті природної екосистеми вміст мікробної біомаси вищий, ніж у ґрунті агроекосистеми. Це пояснюється тим, що цілинні ґрунти відображають вплив лише природних чинників і відсутні антропогенні навантаження, які призводять до порушень складених взаємозв'язків мікробного угруповання, а також характеризуються мікробними ценозами із стійкою, просторово таксономічно і функціонально збалансованою структурою. Унесення різних видів добрив справляє потужний вплив на мікробну продуктивність у ґрунті агроекосистем. Застосування органомінеральних добрив сприяє підвищенню вмісту мікробної біомаси у середньому в 1,1-1,3 рази.

Встановлено достовірний зв'язок між умістом мікробної біомаси і погодними умовами. Проведений детальний аналіз експериментальних даних дозволяє пов'язати зміни накопичення мікробної біомаси з дією трофічних і агрокліматичних чинників. Динамічні зміни вмісту мікробної біомаси пов'язані зі змінами таких екологічних чинників як температура і вологість. Максимуми і мінімуми її вмісту співпадають зі значеннями гідротермічного режиму. Дефіцит вологи має негативний вплив на мікробну продуктивність. Нівелювання дії високих температур на мікробну продуктивність ґрунтової мікрофлори відбувається за достатньої кількості вологи.

Список використаної літератури

1. Благодатский С.А. Микробная биомасса и кинетика роста микроорганизмов в черноземах при различном сельскохозяйственном использовании / С.А. Благодатский, И.Н. Богомолова, Е.В. Благодатская // Микробиология. - 2008. - Т 77 (1). - С. 113-120.

2. Головченко А.В. Структура и запасы микробной биомассы в олиготрофных торфяниках южной Тайги Западной Сибири / А.В. Головченко, Н.Г. Добровольская, Л.И. Инишева // Почвоведение. - 2002. - № 12. - С. 1468-1473.

3. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Колос, 1985. - 351 с.

4. ДСТУ ІБО 14240: 2003 Якість ґрунту. Визначення ґрунтової мікробної біомаси.

5. Експериментальна ґрунтова мікробіологія: монографія / В.В. Волкогон, О.В. Надкернична, Л.М. Токмакова та ін.: за ред. В.В. Волкогона. - К.: Аграрна наука, 2010. - 464 с.

6. Звягинцев Д.Г Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д.Г Звягинцев. - М.: МГУ, 1991. - 304 с.

7. Звягинцев Д.Г Биология почв / Д.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, ГМ. Зенова. - М.: МГУ, 2005. - 445 с.

8. Іутинська ГО. Ґрунтова мікробіологія / ГО. Іутинська. - К.: Арістей, 2006. - 284 с.

9. Никитина З.И. Микробиологический мониторинг надземных екосистем / З.И. Никитина. - Новосибирск: Наука, 1991. - 222 с.

10. Помазкина Л.В. Сезонная и многолетняя динамика содержания углерода микробной биомассы в пахотных почвах лесостепи Прибайкалья / Л.В. Помазкина, Е.В. Лубнина // Почвоведение. - 2002. - № 2. - С. 186-192.

11. Фрунзе Н.И. Биомасса почвенных микроорганизмов в пахотных черноземах Молдовы / Н.И. Фрунзе // Сельскохозяйственная биология. - 2013. - № 3. -С. 92-99.

12. Чимитдоржиева Э.О. Динамика углерода микробной биомассы целинных степных и сухостепных почв Забайкалья / Э.О. Чимитдоржиева, ГД. Чимитдоржиева // Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова. - 2012. - № 3. - С. 16-20.

13. Jiang X. Long-term tillage effects on the distribution patterns of microbial biomass and activities within soil aggregates / X. Jiang, A.L. Wright, J. Wang, Z. Li // Catena. - 2011. - No 87. - P. 276-280.

14. Xu X. A global analysis of soil microbial biomass carbon, nitrogen and phosphorus in terrestrial ecosystems / X. Xu, P.E. Thornton, W.M. Post // Global Ecology&Biogeography. - 2013. - Vol. 22, Issue 6. - P. 737-749.

Размещено на Allbest.ru