Исследования проводили в почве различных агроценозов Краснодарского края. За основу способов изучения почвенной альгофлоры были взяты принципы фитоценологических исследований и почвенно-микробиологических анализов.

Исследование почвенных водорослей начинали с наблюдений на выбранных для отбора образцов участках, отмечая отсутствие или наличие водорослевых колоний.

Влияние факторов агротехники на почвенную альгофору под посевами озимой пшеницы изучали на опытном поле Кубанского ГАУ на делянках стационарного многофакторного опыта, в котором варьировали следующие факторы: уровень плодородия почвы (фактор А, 4 уровня), система удобрений (фактор В, 4 уровня), способ защиты растений (фактор С, 4 уровня [14]).

Уровень плодородия почвы (фактор А) создавался в начале закладки опыта в 1991 году, а затем в начале каждой ротации 12-ти польного севооборота, путем последовательного внесения возрастающих доз органических удобрений (полуперепревшего навоза КРС) и фосфора на основе существующих нормативных показателей по плодородию. Уровни плодородия имели следующие условные обозначения: А₀ - исходное естественное плодородие, А₁ - среднее плодородие - 200 кг/га Р₂О₅ и 200 т/га навоза, А₂ - повышенное плодородие - 400 кг/га Р₂О₅ и 400 кг/га навоза, А₃ - высокое плодородие - 600 кг/га Р₂О₅ и 600 т/га навоза. Вторым фактором, изучаемым в опыте является система удобрений. Его условное обозначение: В₀ - без удобрения, В₁ - N₄₅Р₃₀К₂₀, В₂ - N₉₀Р₆₀К₄₀, В₃ - N₁₈₀Р₁₂₀К_80. Система защиты растений (фактор С) от сорняков, вредителей и болезней имеет 4 варианта: С₀ - без средств защиты растений, С₁ - биологическая система защиты растений от вредителей и болезней, С₂ - система защиты только от сорняков (применение гербицидов), С₃ - интегрированная система защиты от сорняков, вредителей и болезней с помощью пестицидов. В вариантах без применения гербицидов (С₀ и С₁) проводилась ручная прополка посевов. Обработка почвы проводилась по технологии, рекомендуемой в зоне для культуры после соответствующего предшественника.

Исследования альгофлоры почвы включали два этапа: выделение водорослей, имеющихся в почве и последующего их подсчёта. В ходе экспериментов были использованы методические подходы, описанные в работах Голлербаха, Штины, 1969 [3]; Алексахиной, Штины, 1984 [1]; Кабирова, Шиловой, 1990 [4].

Отбор почвенных образцов для исследований альгофлоры проводили с соблюдением следующих правил: выверенный отбор средней пробы, стерильность; требования этикетирования и хранения образцов; сопутствующие анализы почвы и растительного покрова [3].

Максимальная численность водорослей отмечалась в слое почвы 0-2 см, меньшее количество наблюдается на глубине 0-10 см. Пробы отбирали стерильным инструментом - ножом, лопатой, совком. В полевых условиях стерилизация инструмента проводилась обработкой спиртом или денатуратом с последующим его поджиганием. Как упаковочный материал для почвенных образцов применяли пакеты из оберточной, прочной бумаги. Отбор образцов проводился в различные фазы вегетации культур. Так, на озимой пшенице образцы почвы отбирали в фазы кущения, выхода в трубку, начало колошения-цветение, молочной спелости, восковой спелости и через 1-3 дня после уборки урожая.

Метод почвенных культур. Изучаемая почва в ненарушенном состоянии помещалась в стерильные чашки Петри и в увлажненном со-стоянии выдерживалась на свету. Для смачивания применялся пита-тельный раствор Кнопа, приготовленный по Клейн [11, 13]. Питательный раствор готовился из следующих солей: MgSO₄Ч 7H₂O - 0,25 г, KH₂PO₄ - 0,25 г, KCl - 0,12 г, Ca (NO₃) ₂Ч4H₂O - 1,0 г, FeCl₃ (1 %) - 1 капля. Соли растворялись отдельно и добавлялись к воде в указанном порядке. Почвенные культуры выдерживались на свету при температуре 25 ^оС.

Метод обрастания стекол. На поверхность почвы в чашки Петри (в трехкратной повторности) раскладывали покровные стекла (до 5 шт. в каждую чашку) предварительно простерилизованные через пламя спиртовки. Почву увлажняли до 65 % от полевой влагоемкости. Стекла слегка прижимали к почве пинцетом. Между стеклом и почвой должны оставаться небольшие свободные пространства, где на 4-5 день инкубации на свету начинается обильное развитие водорослей. Для выявления полного видового состава водорослей чашки Петри со стеклами необходимо инкубировать от 3 до 6 недель. Покровное стекло снимали с поверхности почвы, очищали от крупных частиц почвы и помещали на предметное стекло в каплю воды. При микроскопировании в оптическом микроскопе при 600-кратном увеличении оценивали наличие циано-бактерий, диатомовых, зеленых и желтозеленых водорослей и их видовой состав, который определялся согласно определителям [2, 7, 16, 17]. Визуально определяли степень покрытия колониями водорослей чашечной культуры, которую оценивали в процентах от общей площади чашки Петри. Обилие просчитывали по 15-балльной шкале [4]. Под микроскопом, на стекле обрастания, где развивались почвенные водоросли, просматри-вали по пять полос (трансект), по четырем краям стекла и одна через центр. Наличие 1-3 особей на трансекте соответствует 1 баллу, 4-10 - 2 баллам, более 10 - 3 баллам. После просмотра 5 трансект для каждого вида рассчитывалось суммарное количество баллов обилия на стекле обрастания. Минимальное обилие соответствует 1 баллу (если на 5 про-смотренных трансектах обнаружены 1-3 особи данного вида), максимальное обилие соответствует 15 баллам (3 балла 5 трансект). Далее рассчитывался средний балл обилия для исследуемого образца изучаемой территории. Статистическую обработку результатов исследований проводили с помощью пакета программ Microsoft Excel.

Результаты исследований и обсуждение

Видовой состав цианобактерий и почвенных водорослей под посевами с. - х. культур, 1997-2017 гг.

По числу видов в альгоценозе преобладали представители отделов Cyanophyta - 54 %, Chlorophyta - 36 %. В отделах Xanthophyta, Bacilla-riophyta количество видов было незначительным.

Изучение альгоценозов на участках стационарного многофакторного опыта показало, что значительное влияние на видовой состав и численность почвенных водорослей оказывают минеральные и органические удобрения, а также гербициды, использование которых приводит к снижению численности водорослей (табл.1). Исследования, проведённые на озимой пшенице в этом же полевом многофакторном опыте, выявили негативное влияние гербицидов на фотосинтетический аппарат растений озимой пшеницы сортов Нота [15, 20], Фортуна [21], Юка [22].

Таблица 1 - Влияние агротехнических факторов на степень покрытия колониями водорослей чашечной культуры (озимая пшеница, учхоз "Кубань", 2015-2017 гг.)

* Первая цифра обозначает уровень плодородия, вторая уровень вносимых минеральных удобрений, третья - систему защиты растений.

Поэтому можно полагать, что основной причиной, обуславливающей слабую устойчивость водорослей к воздействию гербицидов, является высокая чувствительность их пигментного аппарата к веществам-загряз-нителям, под действием которых он быстро разрушаются. Однако при использовании в полевом стационарном опыте системы агротехнических мероприятий в течение достаточно продолжительного периода в почве складывается относительно постоянный состав доминирующих видов.

С другой стороны проведенные наблюдения показывают, что внесение минеральных удобрений и повышение плодородия почвы за счет внесения дополнительной органики положительно влияют на численность почвенной альгофлоры. В этих вариантах опыта также снижалось вредное действие гербицидов (табл.1).

Степень покрытия водорослями чашечной культуры в вариантах последействия органики и применения минеральных удобрений была 2,2?2,7 раза выше по сравнению с вариантом, где применялись гербициды на естественном фоне плодородия (табл.1).

Эксперименты показали, что гербициды оказывают отрицательное влияние не только на общую численность почвенных водорослей, но и на их видовой состав (табл.2).

По сравнению с контрольным вариантом суммарное количество видов в варианте с применением гербицида (вариант 002) снизилось в 1,6 раза, а обилие водорослей, оцениваемое в баллах, уменьшилось в 3 раза.

В вариантах применения гербицидов на фоне последействия внесенной органики и в варианте внесения минеральных удобрений обилие водорослей практически не отличалось от контрольного варианта (табл.2).

Таблица 2 - Влияние интенсивности агротехнических факторов на почвенную альгофлору

Во всех вариантах применения гербицидов отсутствовал вид Klebsormidium flaccidum (Kьtzing) , а численность видов Chlorella vulgaris Beyer. и Botrydiopsis arhiza Borzi. была существенно ниже, чем в почве контрольного варианта. Этот факт указывает на возможность использования этих видов в качестве биоиндикаторов степени загрязнения почвы вредными веществами.

Использованная схема планирования многофакторного эксперимента позволила не только определить направление влияния изученных агротехнических факторов, но и рассчитать характер и степень их взаимодействия.

По данным таблицы 1 были построены уравнения регрессии, описывающие зависимость суммарной численности водорослей от агротехнических факторов и их взаимодействия. Приведённые в таблице 3 коэффициенты регрессии показывают, что качественная картина влияния агротехнических факторов на численность почвенных водорослей во все годы исследований была сходной.

Таблица 3 - Коэффициенты регрессии уравнений, связывающих суммарное содержание почвенных водорослей и уровни агротехнических факторов

При улучшении условий питания рост почвенных водорослей усиливается, причём система минерального питания (фактор В) оказывает большее влияние, чем повышение уровня плодородия почвы (фактор А) (табл.3). Отрицательное взаимодействие этих положительно влияющих на рост водорослей факторов означает, что при повышении уровня плодородия почвы дополнительное внесение минеральных удобрений в меньшей степени способствовало повышению численности водорослей, чем те же дозы при более низких уровнях плодородия

Рассчитанные коэффициенты регрессии подтверждают, что использование в системе защиты растений гербицидов вызывает существенное снижение численности водорослей, а внесение органики и минеральных удобрений ослабляют негативное действие гербицидов. При этом внесение минеральных удобрений в большей степени снижает отрицательное влияние гербицидов, чем повышение уровня плодородия почвы за счёт внесения органики - отрицательное взаимодействие факторов защиты растений и уровня минерального питания (ВС) в два раза больше, чем взаимодействие фактора защиты растений и уровня плодородия (АС) (табл.2).

Можно предположить, что уменьшение ингибирующего действия гербицидов при внесении удобрений вызвано улучшением питательного режима почвы. Дополнительным фактором, способствующим снижению негативного действия гербицидов в случае внесения органических удобрений, является их высокая сорбционная способность.

Полученные результаты согласуются с мнением, что высокое содержание в почве водорослей отражает её плодородие. Хотя данные проведенного исследования не позволяют с уверенностью говорить о наличии причинно-следственной связи между продуктивностью агроценоза и количеством водорослей в почве, можно сделать предположение, что позитивное влияние почвенной альгофлоры на сельскохозяйственные культуры осуществляется несколькими путями. Известно, что водоросли разных таксономических групп способны синтезировать практически все известные фитогормоны, причём в концентрациях, сравнимых с их содержанием в высших растениях. При этом спектр биологического действия гормонов водорослей соответствует функциям гормонов у высших растений [19].

Показано также, что водоросли способны выделять вещества, способствующие росту озимой пшеницы, и которые по своей природе предположительно являются гормонами [6]. Эти факты свидетельствуют о возможности стимулирования роста сельскохозяйственных культур и повышения их продуктивности.

Другим путём повышения продуктивности агроценозов за счёт сообществ почвенных водорослей может быть накопление ими массы органических веществ в почве, что в течение достаточного периода может повысить показатели плодородия почвы.

Однако в наших экспериментах мы не выявили достаточно высокой корреляции продуктивности озимой пшеницы с суммарным числом водорослей - коэффициент корреляции между этими параметрами был положительным и находился в пределах 0,3-0,45. Это объясняется существенно разной реакцией на внесение гербицидов ценозом озимой пшеницы и альгоценозом. Если гербициды оказывали положительное влияние на нарастание биомассы хозяйственно полезной части посева и на формирование его зерновой части, - за счёт удаления из посева сорных растений, - конкурентов за элементы питания, - то число почвенных водорослей существенно уменьшалось.

Таким образом, реакция почвенного альгоценоза на агротехнические факторы по ряду параметров существенно отличается от реакции на эти факторы возделываемой сельскохозяйственной культуры. Учитывая важность этого компонента агроценоза в формировании и сохранении плодородия почв необходимо при разработке приёмов повышения продуктивности агроценозов учитывать особенности реакции почвенной альгофлоры на комплекс агротехнических факторов.

Работа поддержана грантом № 16-44-230270 р_а Российского фонда фундаментальных исследований и администрации Краснодарского края

Литература

1. Алексахина Т.И. Почвенные водоросли лесных биогеоценозов [Текст] / Т.И. Алексахина, Э.А. Штина. - Л.: Наука, 1984. - 149 с.

2. Андреева, В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcаles, Chlorocarsinales) [Текст]: монография / В.М. Андрее - ва. - СПб.: Наука, 1998. - 351 с.

3. Голлербах М.М. Почвенные водоросли: монография [Текст] / М.М. Голлербах, Э.А. Штина. - Л.: Наука, 1969. - 228 с.

4. Кабиров Р.Р. Почвенные водоросли свалок и полигонов твердых бытовых и промышленных отходов в условиях крупного промышленного города [Текст] / Р.Р. Кабиров, И.И. Шилова // Экология. - 1990. - №5. - С.10-18.

5. Кабиров Р.Р. Показатели продуктивности почвенных водорослей в наземных экосистемах. [Текст] / Р.Р. Кабиров, Л.А. Гайсина // Почвоведение. - 2009. - № 12. - С.1475-1480.

6. Мельников А.С. Ростстимулирующий эффект культуральной жидкости почвенных микроводорослей на растения мягкой пшеницы [Текст] / А.С. Мельников, Д.Р. Масленникова, М.В. Безрукова // Вестник Башкирского университета. - 2014. - Т. 19. - №4. - С.1193-1195.

7. Дедусенко-Щеголева, Н.Т. Определитель пресноводных водорослей СССР [Текст] / Н. Т Дедусенко-Щеголева, М.М. Голлербах,. - М. - Л.: АН СССР. - 1962. - вып.5. - 273 с.

8. Доценко К.А. Альгоиндикация загрязнения почвы агроценоза озимой пшеницы [Текст] // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2015. - № 2 (53). - С.104-106.

9. Доценко К.А. Влияние технологий возделывания на почвенную альгофлору агроценоза озимой пшеницы [Текст] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Сборник ст. по материалам 71-й науч. - практ. конференции преподавателей по итогам НИР за 2015 год. - 2016. - С.80-81.

10. Доценко К.А. Влияние систем защиты растений и агротехнических приемов на почвенную альгофлору в зернотравянопропашном севообороте: автореф: дис. … канд. биол. наук: 12.00.01/Доценко Клавдия Александровна. - 2000. - 26 с.

11. Доценко К.А. Влияние технологий возделывания на почвенную альгофлору агроценоза озимой пшеницы [Текст] / К.А. Доценко, Ю.П. Федулов // Труды Кубанс-кого государственного аграрного университета. - 2015. - № 2 (53). - С.107-109.

12. Доценко К.А. Почвенные водоросли в агроценозах: монография. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - 109 с.

13. Клейн Р.М. Методы исследования растений [Текст] / Клейн Р.М., Клейн Д.Т. - М.: Колос. ? 1974.

14. Малюга Н.Г. Программа и методика проведения опыта / Н.Г. Малюга, А.М. Кравцов, А.В. Загорулько // Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснод. края. - Краснодар, 2008. - С.5-8.

15. Подушин Ю.В. Влияние агротехнических факторов на содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы сорта Нота [Текст] / Подушин Ю.В., Федулов Ю.П. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. ? 2009. ? № 16. ? С.83?88.

16. Определитель пресноводных водорослей СССР. Диатомовые водоросли [Текст] / М.М. Голлербах, Е.К. Косинская, В.И. Полянский. - М.: Советская наука. - 1953. - вып.2. - 652 с.

17. Определитель пресноводных водорослей СССР. Синезеленые водоросли [Текст] / М.М. Забелина. [и др.] - М.: Советская наука. - 1951. - вып.4. - 620 с.

18. Панкратова Е.М. Участие азотфиксирующих водорослей в накоплении азота в почве [Текст] // Изв. АН СССР. Сер. биол. - 1979. - № 2. - С.188-197.

19. Тараховская Е.Р. Фитогормоны водорослей [Текст] / Е.Р. Тараховская, Ю.И. Маслов, М.Ф. Шишова // Физиология растений. - 2007. - Т.54. - № 2. - С.186-193.

20. Федулов Ю.П. Содержание и соотношение хлорофиллов в листьях озимой пшеницы в зависимости от агротехнических приёмов её выращивания / Ю.П. Федулов, Ю.В. Подушин // Научный журнал КубГАУ, 2009. ? № 51 (7). Электронный ресурс. Режим доступа: http://ej. kubagro.ru/2009/07/pdf/16. pdf

21. Федулов Ю.П. Влияние факторов агротехники на содержание и соотношение пигментов в листьях озимой пшеницы в разные периоды вегетации / Ю.П. Федулов, Ю.В. Подушин, В.Р. Урумян // Научный журнал КУБГАУ, 2009. ? №52 (8). Электронный ресурс. Режим доступа: http://ej. kubagro.ru/2009/08/pdf/09. pdf.

22. Федулов Ю.П. Влияние факторов агротехники на содержание пигментов и ни-тратредуктазную активность листьев озимой пшеницы, возделываемой по пред-шественнику люцерна / Федулов Ю.П., Урумян В.Р., Подушин Ю.В., Загоруль - ко А.В. // В сборнике: Энтузиасты аграрной науки Сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию кафедры агрономической химии Кубанского государственного аграрного университета и памяти академика Василия Григорьевича Минеева. 2017. С.76?85.

23. Штина Э.А. Экология почвенных водорослей: монография / Э.А. Штина, М.М. Голлербах. - М.: Наука, 1976. - 143 с.

Размещено на Allbest.ru