Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ВЛИЯНИЕ АССОЦИАЦИИ АГРОНОМИЧЕСКИ ЦЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НА МИКРОФЛОРУ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПОЧВ

Смирнова И.Э. 1 Саданов А.К. 1 Нурмуханбетова А.М. 1 Султанова А.Ж. 1
1 КН МОН РК «Институт микробиологии и вирусологии»
В настоящее время во многих странах мира отмечается существенная деградация сельскохозяйственных почв, особенно, деградации подвержены пастбища. Одним из наиболее перспективных решений их восстановления является использование ЭМ-технологии, которая основывается на внесении в почву ассоциаций агрономически ценных или эффективных микроорганизмов (ЭМ-ассоциации). Целью данного исследования было изучение влияния ЭМ-ассоциаций на изменение состава микрофлоры и основные физиологические группы бактерий (азотфиксирующие, целлюлолитические и фосфатмобилизующие) деградированных почв пастбищ. Установлено, что внесение ЭМ-ассоциации приводит к существенному повышению общей численности микроорганизмов, изменению численности систематических групп микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, дрожжи и мицелиальные грибы), увеличению количественного и расширению качественного состава основных физиологических групп бактерий (азотфиксирующие, целлюлолитические и фосфатмобилизующие).
микроорганизмы
ассоциация агрономически ценных или эффективных микроорганизмов (ЭМ-ассоциация)
микрофлора
деградированные почвы
1. Абсеитов А.К. Центральная Азия: концепции, методология и новые подходы // Развитие сельскохозяйственных наук в Центральной Азии: тезисы докл. Междун. науч. конф. – Алматы, 2012. – С.21–25.
2. Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. – М.: МГУ, 1996. – 307 с.
3. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. – М.: МГУ, 1991. – 304 с.
4. Максаковский В.П. Географическая картина мира. Книга 2. Региональная характеристика мира. – 4–е изд. – М.: Дрофа, 2008. – 495 c.
5. Урбах В.Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях. – М.:Мир, 1975. – 295 с.
6. Condor A.F., Gonzalez P.P., Lokare C. Effective Microorganisms: Myth or reality. // Rev. Peru. Biol. – 2007. Vol. 14, № І2. – Р.315–319.
7. Jamal T., Hasruman H., Anwer A.R., Saad M.S., Shariffuddin H.A. Effect of EM and fertilization on soil physical properties under sweet potato cultivation // 14–th EM-Technology: paper pres. at the Int. Conf. (Saraburi, May 15–17, 2013). – Thailand, 2013. – P. 295–302.
8. Kotlyarova E.G., Cherniavskih V.I., Dumacheva E.V. Ecologically Safe Architecture of Agrolandscape is basis for sustainable development // Sust. Agricul. Res. – 2013. Vol. 2, № 2. – Р. 11–24.
9. Mayer J, Scheid S, Widmer F, Fließbach A, Oberholzer H-R. How effective are “Effective microorganisms (EM)”? Results from a field study in temperate climate // Appl. Soil. Eco. – 2010. Vol.46, №2. – Р. 230–239. doi:10.1016/j.apsoil.2010.08.007.

Анализ современного состояния мирового агропромышленного комплекса показывает, что во многих странах мира отмечается существенная деградация сельскохозяйственных земель. В результате этого процесса из мирового сельскохозяйственного оборота ежегодно выбывает в среднем 8–10 млн., а по максимальным оценкам – даже 15–20 млн. га продуктивных почв [4,9]. Особенно, деградации подвержены пастбищные земли, что связано с нерегулируемым выпасом скота и отсутствием контроля над состоянием пастбищ. Так, например, в Казахстане, большая часть пастбищ серьезно нарушена, исчезли ценные кормовые травы, почвы сильно истощены, потери гумуса в них составляют 25–30 %. Ветровой эрозии подвержены 60 % пастбищных земель, более 50 % почв в той или иной степени засолены, 26 % составляют пастбища, где изменения приобрели необратимый характер, то есть их самовосстановление невозможно или требует крупные вложения и длительный заповедный режим [1].

Одним из наиболее перспективных решений восстановления деградированных почв является использование ЭМ-технологии (технология эффективных или агрономически ценных микроорганизмов) [7]. При этом решающим фактором становится поддержание почвы в биологически активном состоянии и состоит во внесении в почву ассоциации агрономически ценных микроорганизмов или эффективных микроорганизмов (ЭМ).

Применение ЭМ-технологии для повышения плодородия истощенных и нарушенных почв основано на интродукции ассоциаций агрономически ценных микроорганизмов (ЭМ-ассоциаций) в виде суспензии клеток. В состав ЭМ-ассоциаций включают высокоэффективные микроорганизмы с полифункциональными свойствами. Обязательным условием является наличие основных групп бактерий: азотфиксирующих, целлюлолитических, фосфатмобилизующих и силикатных, выполняющих почво-восстановительную функцию. Применение ЭМ-ассоциаций улучшает почвенные процессы, способствует повышению и сохранению плодородия почв. Кроме того, микроорганизмы, входящие в состав ассоциаций, продуцируют фитогормоны, витамины, органические кислоты, антибиотики и другие биологически активные вещества, которые положительно влияют на почвенную биоту и растения фитоценозов [8,10]. Следует отметить что, несмотря на значительный интерес исследователей к вопросу о применении ЭМ-ассоциаций, в литературе мало сведений о влиянии интродукции ЭМ-ассоциаций на микрофлору деградированных почв.

Целью данного исследования было изучение влияния ЭМ-ассоциаций на изменение состава микрофлоры почв деградированных пастбищ и основных физиологических групп почвенных бактерий (азотфиксирующих, целлюлолитических и фосфатмобилизующих).

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служила созданная нами ЭМ-ассоциация, характеризующаяся высокой ростостимулирующей активностью по отношению к луговым травам пастбищ и повышающая ферментативную активность и интенсивность дыхания почв.

В опытах использовали почву, собранную на деградированных пастбищах Илийского района Алматинской области Казахстана. В вегетационные сосуды (250 мл) со 150 г почвы вносили определенное количество клеточной суспензии ЭМ-ассоциации с титром 108кл/мл. В качестве контроля использовали почву без внесения ассоциаций. Определяли общее количество микроорганизмов, численность различных систематических групп (бактерии, актиномицеты, дрожжевые организмы и мицелиальные грибы) и качественный и количественный состав основных физиологических групп бактерий (азотфиксирующих, целлюлолитических и фосфатмобилизующих).

Общее число микроорганизмов разных систематических групп (бактерии, актиномицеты, дрожжевые организмы и мицелиальные грибы) определяли по общепринятым методикам [3]. Для изучения качественного и количественного состава основных физиологических групп бактерий использовали стандартные методы [2]. Целлюлолитические микроорганизмы выделяли на среде Гетчинсона с 1 % Na-КМЦ (водорастворимая Na-карбоксиметилцеллюлоза), азотфиксирующие – на средах Эшби, №79 и среде Омелянского, фосфатмобилизующие – на среде Муромцева.

При статистической обработке результатов находили средние геометрические логарифмы при основании два [6] с помощью программного обеспечения «Microsoft Excel 97».

Результаты исследования и их обсуждение

Ранее нами была создана ЭМ-ассоциация, в состав которой входили целлюлолитические бактерии рода Bacillus, азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter и фосфатмобилизующие бактерии рода Bacillus. Силикатные бактерии не были включены в состав ассоциаций из-за их высокой численность в почвах деградированных пастбищ Алматинской области. ЭМ-ассоциация, характеризуется высокой ростостимулирующей активностью по отношению к луговым травам пастбищ и повышала ферментативную активность и интенсивность дыхания почв.

Модельные опыты по изучению влияния ЭМ-ассоциации на состав микрофлоры почвы проводили в лабораторных условиях в климатической камере (Constant Climate Chamber HPP-750, «Memmert», Germany). Полученные данные по влиянию внесения ЭМ-ассоциации на микрофлору деградированных почв представлены в таблице.

Из данных таблицы хорошо видно, что общее количество микроорганизмов (ОМЧ) в деградированных истощенных почвах было крайне низким и составляло 103КОЕ/г почвы. Численность бактерий составляла 103КОЕ/г почвы, актиномицетов – 102 КОЕ/г почвы, мицелиальных грибов – 2,1/103 КОЕ/г почвы. Дрожжевые организмы присутствовали в незначительном количестве и представлены единичными колониями. Эти показатели свидетельствуют о существенном обеднении почвенной микрофлоры и нарушении экологического равновесия в почвах деградированных пастбищ.

Внесение ЭМ-ассоциаций значительно активизировало микрофлору истощенных почв. Так, уже через десять суток после внесения ЭМ-ассоциаций установлено увеличение, как общего числа микроорганизмов, так и всех систематических групп микроорганизмов. Показано, что если в исходной почве численность микроорганизмов составляла 102–103 КОЕ/г почвы, то на 20 сутки после внесения ЭМ-ассоциации она возросла до 107 КОЕ/г почвы и оставалось на этом же уровне после 30 суток опыта. Содержание бактерий увеличилось на четыре порядка, численность актиномицетов – на два порядка. Количество дрожжевых организмов, которые были представлены в деградированных почвах единичными колониями, возросло до 104КОЕ/г почвы. В то же время, отмечено снижение численности мицелиальных грибов на порядок, что свидетельствует о нормализации почвенной микрофлоры.

Далее проведено изучение влияния ЭМ-ассоциации на качественный и количественный состав основных физиологических групп бактерий.

Свободноживущие азотфиксирующие бактерии присутствуют в большинстве типов почв, и их процент от общего количества микроорганизмов является индикатором ее плодородия. Результаты влияния ЭМ-ассоциации на количественный и качественный состав азотфиксирующих бактерий представлены на рис. 1.

Динамика изменения количественного состава микрофлоры деградированных почв после внесения ЭМ-ассоциации

Варианты

опыта

ОМЧ

Бактерии,

КОЕ/г

почвы

Актиноми-

цеты, КОЕ/г почвы

Дрожжи,

КОЕ/г

почвы

Грибы,

КОЕ/г почвы

1 сутки

Исходная

почва

(1,3±0,1)

×103

(2,4±0,2)

×103

(3,4±0,1)

×102

един.

колонии

(2,1±0,1)

×103

Почва+

ЭМ-ассоциация

(1,4±0,1)

×103

(2,0±0,2)

×103

(3,5±0,1)

×102

един.

колонии

(2,7±0,1)

×103

10 суток

Исходная

почва

(1,4±0,2)

×103

(2,0±0,1)

×103

(3,0±0,1)

×102

един.

колонии

(2,3±0,2)

×103

Почва+

ЭМ-ассоциация

(2,9±0,8)

×105

(4,8±0,2)

×105

(1,1±0,8)

×103

(1,7±0,2)

×102

(5,5±0,3)

×103

20 суток

Исходная почва

(1,2±0,1)

×103

(1,9±0,1)

×103

(3,2±0,1)

×102

един.

колонии

(1,8±0,1)

×103

Почва+

ЭМ-ассоциация

(8,7±0,1)

×107

(5,3±0,2)

×107

(5,1±0,2)

×104

(2,5±0,2)

×104

(6,1±0,2)

×102

30 суток

Исходная почва

(1,3±0,2)

×103

(2,4±0,2)

×103

(2,8±0,1)

×102

един.

колонии

(2,2±0,1)

×103

Почва+

ЭМ-ассоциация

(9,9±0,5)

×107

(6,8±0,3)

×107

(5,7±0,3)

×104

(2,3±0,1)

×104

(5,8±0,1)

×102

sm1.tiff

Рис. 1. Динамика изменения численности азотфиксирующих бактерий после внесения в почву ЭМ-ассоциации

На рис. 1 видно, что в исходной почве численность свободноживущих азотфиксирующих бактерий была низкой и составляла 102КОЕ/г почвы, что свидетельствует о недостатке питательных веществ и условий, необходимых для развития этой группы бактерий. При внесении ЭМ-ассоциаций происходило значительное увеличение численности азотфиксирующих бактерий. Так, после десяти суток внесения ассоциации количество бактерий составляло 105КОЕ/г почвы, после 20 суток – 106КОЕ/г почвы, и оно сохранялось на том же уровне после 30 суток опыта. Установлено существенное изменение качественного состава азотфиксирующих бактерий. Так, если в исходной почве доминирующим был род бактерий Azospirillum, то при внесении ЭМ-ассоциации выявлено повышение численности не только бактерий рода Azotobacter, входящих в состав ЭМ-ассоциации, но и бактерий-азотфиксаторов родов Azomonas, Pseudomonas, Ваcillus, Acetobacter, Alcaligenes, Agrobacterium. Возрастание численности свободноживущих азотфиксаторов, изменение их таксономического состава и выявление других родов бактерий свидетельствует об интенсификации процессов распада органического вещества почвы, в том числе, почвенного перегноя, что способствует нормализации процессов азотфиксации и улучшению азотного почвенного обмена.

Целлюлоза составляет основную массу растительных остатков в почве и, в этой связи, роль целлюлолитических микроорганизмов в почвенных процессах исключительно велика. Их содержание является важным показателем плодородия почв. На рис. 2 представлены результаты по влиянию ЭМ-ассоциации на состав целлюлолитических бактерий.

На рис. 2 видно, что в исходной почве численность представителей этой группы бактерий была низкой и составляла 103 КОЕ/г почвы. После внесения ЭМ-ассоциации численность этой группы бактерий значительно возросла. Так, через десять суток после внесения ассоциации она увеличилась на два порядка, через 20 суток – на три порядка, и оставалась на том же уровне после 30 суток опыта. Исследование качественного состава показало, что в исходной почве доминирующими были два рода целлюлолитических бактерий – Bacillus и Pseudomonas, после внесения ЭМ-ассоциаций родовой состав значительно расширился, были обнаружены бактерии рода Bacterium, Cellvibrio, Cellulomonas. Увеличение численности и родового разнообразия этой группы бактерий свидетельствует о значительной активации процессов разложения целлюлозосодержащих субстратов в почве. Кроме того, эти показатели указывают на усиление интенсивности процесса почвенной гумификации и восстановление биологической активности почвы.

Важным элементом почвы является фосфор, однако, несмотря на высокое общее содержание фосфора в почвах, он преимущественно находится в малоподвижных формах. Только микроорганизмы обладают способностью мобилизовать фосфаты и обогащать почвы этим элементом. Результаты влияния ЭМ-ассоциации на изменение качественного и количественного состава фосфатмобилизующих бактерий представлены на рис. 3.

sm2.tiff

Рис. 2. Динамика изменения количества целлюлолитических бактерий после внесения в почву ЭМ-ассоциации

sm3.tiff

Рис. 3. Динамика изменения численности целлюлолитических бактерий после внесения в почву ЭМ-ассоциации

На рис. 3 видно, что исходная почва характеризуется крайне низкой численностью фосфатмобилизующих бактерий, которое составляло 101 КОЕ/г почвы. При внесении ЭМ-ассоциаций происходит значительное увеличение численности фосфатмобилизующих бактерий. Так, после десяти суток внесения ассоциации количество фосфатмобилизующих бактерий составляет 103 КОЕ/г почвы, после 20 суток – 105 КОЕ/г почвы, и сохраняется на этом же уровне после 30 суток опыта. Изучение качественного состава фосфатмобилизующих бактерий показало, что, если в исходной почве преобладал род Васillus, то после внесения ЭМ-ассоциаций родовой состав фосфатмобилизаторов изменился в сторону его расширения и были обнаружены представители родов Pseudomonas Еnterbacter, Ваcterium и Аgrobacterium.

Заключение

Показано, что внесение ЭМ-ассоциации приводит к существенному повышению общей численности микроорганизмов, изменению количественного и расширению качественного состава основных физиологических групп почвенных бактерий. Повышение численности азотфиксаторов и расширение их таксономического состава свидетельствует об усилении процессов азотфиксации и улучшении азотного обмена в почвах. Увеличение численности и расширение таксономического состава целлюлолитических бактерий свидетельствует об ускорении процессов разложения целлюлозосодержащих веществ (отмершие корни, стебли, листовой опад и др.) в почве. При этом происходит улучшение структуры почвы, увеличение содержание питательных веществ, что приводит к активации развития полезной почвенной микрофлоры и повышению ее биологической активности. Повышение численности и изменение таксономического состава фосфатмобилизующих бактерий способствует обогащению почвы растворимыми соединениями фосфора, что играет важную роль в улучшении фосфорного питания микроорганизмов почвы и высших растений.

Можно сказать, что внесение ЭМ-ассоциаций повышает содержание микроорганизмов в почве, меняет их качественный состав; нормализует микрофлору и улучшает структуру почвы, что способствует восстановлению плодородия деградированных почв.


Библиографическая ссылка

Смирнова И.Э., Саданов А.К., Нурмуханбетова А.М., Султанова А.Ж. ВЛИЯНИЕ АССОЦИАЦИИ АГРОНОМИЧЕСКИ ЦЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ НА МИКРОФЛОРУ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПОЧВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 1-1. – С. 92-96;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11102 (дата обращения: 28.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074