В Ботаническом саду ЮФУ на черноземе обыкновенном был заложен мелкоделяночный опыт по изучению влияния различных видов удобрений на морфологические показатели бархатцев Tagetes patula L. сорта «Лимонная капля», часто применяемого в ландшафтном дизайне для сезонного украшения веранд, балконов, открытых террас [2]. Учитывая перспективность применения бархатцев в озеленении, были проведены опыты по их выращиванию в Ботаническом саду Южного федерального университета (ЮФУ) в условиях Ростовской области на черноземе обыкновенном.
Цель настоящих исследований – выявить воздействие различных видов удобрений на биологическую активность чернозема обыкновенного и на морфологические показатели бархатцев. В этой связи в задачи исследования входило изучить влияние органического микробиологического удобрения в сравнении с минеральным на микроартропод и микробиологическую активность чернозема обыкновенного и на рост и развитие бархатцев.
Материалы и методы исследований
Исследования проводились на территории Ботанического сада ЮФУ, с мая по сентябрь 2012–2013 гг. под растением бархатцы Tagetes patula L., сорт «Лимонная капля», – на черноземе обыкновенном. Изучали 2 вида удобрений – микробиологическое удобрение (концентрат микроорганизмов) «Белогор» производства ООО «Научно-технологический центр биологических технологий в сельском хозяйстве» (г. Шебекино Белгородской области) и «Покон», жидкое минеральное удобрение с микроэлементами производства Голландия. Концентрат микроорганизмов «Белогор» серии КМ-104 содержит комплекс молочнокислых, пропионовокислых бактерий, дрожжи, а также культуры микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas, а также бактериальные продукты метаболизма, макро- и микроэлементы, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов и полезные для развития растений. Его состав включает элементы: общий азот – 1,4 %, общий фосфор – 0,9 %, общий калий – 1,5 %, Zn – 55 мг/кг, Mn – 31 мг/кг, Mg – 9,6 мг/кг, Fe – 5,7 мг/кг, Cu – 7,1 мг/кг, Se – 1,0 мг/кг, B – 6,0 мг/кг, Mo – 2,7 мг/кг. Состав «Покона»: N = 7 % (2,9 % – нитратный; 1,8 % – аммиачная форма; 2,3 % – в форме мочевины), P2O5 водорастворимый – 3 %, K2O водорастворимый – 7 %, B – 0,02 %, Cu – 0,004 %, Fe – 0,04 %, Mn – 0,02 %, Mo – 0,002 %, Zn – 0,004 %.
Изучение эффективности удобрений проводили по следующей схеме, включающей варианты: 1 – контроль, 2 – концентрат микроорганизмов «Белогор», 3 – жидкое минеральное удобрение «Покон» с микроэлементами. Повторность вариантов – 3-кратная. Удобрения вносили 2 раза в мае. Полив проводили поверх растений раствором удобрений (100 мл/10л воды) из расчета 400 л/га (эта концентрация рекомендована производителями удобрений). Растения контрольного участка поливали таким же количеством воды.
Почвенные образцы отбирали по вариантам опыта через 1 месяц и через 3 месяца после внесения удобрений.
Для учета численности микроартропод почвенные пробы отбирали (в количестве 30) в каждом варианте металлической рамкой объемом 125 см³ до внесения удобрений и через 1 и 3 месяца после обработки препаратами. Экстракция микроартропод проводилась по методике Балога без электрического обогрева в течение 7 дней [4]. Разбивка на группы и подсчет проводились под бинокуляром МБС-1. Через 3 месяца отбирались пробы почвы для микробиологических исследований.
Микробиологические показатели были получены путем посева почвенных образцов на ряд питательных сред для определения изменений функциональной структуры микробных сообществ на фоне внесения удобрений. Численность бактерий, использующих органический азот, определяли на среде МПА, бактерий, использующих минеральный азот – на крахмало-аммиачном агаре, бактерий, растущих за счет почвенной органики (педотрофы) – на почвенном агаре, олигонитрофилов – на среде Эшби [5]. Отдельно проводился учет актиномицетов на почвенном и крахмало-аммиачном агарах, а также учитывались целлюлозоразрушающие микроорганизмы на среде Гетчинсона с добавлением нистатина при учете бактерий и актиномицетов и стрептомицина при учете грибов.
Сравнительный анализ численности различных групп почвенных микроартропод и почвенных микроорганизмов проводили методом оценки существенной разности выборных средних по t-критерию [7].
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенный анализ полученных данных показал, что общая численность микроартропод в вариантах, где производилось внесение концентрата микроорганизмов «Белогор», превышала контрольный в 1,1–1,6 раза. Наибольшую численность среди микроартропод на контрольном участке представляли клещи – 71 %, а ногохвостки – 21 %. Среди клещей гамазовые составляли 39,3 %, панцирные – 56,5 %, клещи акароидно-тромбидиформного комплекса – 4,2 % соответственно (табл. 1).
Таблица 1
Изменение численности микроартропод (тыс. экз./м2) под воздействием удобрений под тагетисом (Ботанический сад ЮФУ, средние данные 2012–2013 гг.)
|
Группы микроартропод |
Контроль |
Удобрения |
|||
|
Покон |
Р |
КМ |
Р |
||
|
Панцирные клещи |
17,4 ± 0,5 |
20,4 ± 0,3 |
< 0,01 |
30,8 ± 0,2 |
< 0,05 |
|
Гамазовые клещи |
12,1 ± 0,3 |
14,6 ± 0,4 |
< 0,01 |
22,4 ± 0,4 |
< 0,01 |
|
Акароидно-тромбидиформный комплекс клещей |
1,3 ± 0,6 |
0,9 ± 0,2 |
< 0,01 |
1,1 ± 0,3 |
> 0,05 |
|
Ногохвостки |
9,2 ± 0,5 |
7,9 ± 0,3 |
< 0,01 |
10,8 ± 0,2 |
< 0,05 |
|
Прочие беспозвоночные |
3,4 ± 0,8 |
2,8 ± 0,2 |
< 0,01 |
3,4 ± 0,2 |
> 0,05 |
|
Всего микроартропод |
43,4 ± 0,7 |
46,6 ± 1,4 |
< 0,01 |
68,5 ± 0,9 |
< 0,01 |
Специфика структуры населения микроартропод связана как с развитием корневых систем растений, так и с тем, что в состав биоудобрения входит комплекс биологически активных соединений, стимулирующих развитие большинства физиологических групп микроорганизмов [8].
Микробиологические исследования показали, что не все исследуемые физиологические группы микроорганизмов положительно реагировали на внесение исследуемых удобрений. Так, бактерии, использующие органический азот (на среде МПА) не демонстрировали достоверных изменений численности при внесении обоих удобрений (табл. 2). Внесение минерального удобрения «Покон» приводило к существенному стимулированию автохтонной почвенной микрофлоры: наблюдалось статистически достоверное увеличение численности педотрофных бактерий (почвенный агар) в 2,8 раза и олигонитрофилов (среда Эшби) в 2,9 раз. Столь значительный прирост олигонитрофильной группировки можно объяснить внесением среди прочих микроэлементов железа и молибдена, играющих ключевую роль в процессе фиксации атмосферного азота. Кроме того, значительно увеличивалось число актиномицетов на почвенном агаре (в 3,4 раза). Рост численности бактерий приводил, по-видимому, к последующему увеличению численности микроартропод, питающихся микробной биомассой, с последующим увеличением числа хищных гамазовых клещей, представляющих следующее звено пищевой цепи. Наибольшее влияние внесение «Покона» оказало на численность микроорганизмов, входящих в состав целлюлозолитического комплекса: численность целлюлозоразрушающих грибов выросла более, чем в 5 раз, актиномицетов – в 2,74 раза, бактерий – в 1,58 раз. Столь значительное увеличение численности целлюлозолитического звена микробиоценоза объясняется тем, что при усвоении целлюлозы как источника углерода лимитирующими элементами для микроорганизмов становятся азот и фосфор, которые и вносятся в данном комплексном удобрении. Активизация всего комплекса целлюлозолитиков имеет важное значение для агротехники, поскольку ускоряет разложение растительных остатков и формирование гумуса.
Таблица 2
Изменение численности микроорганизмов в черноземе обыкновенном под воздействием удобрений под тагетисом (Ботанический сад ЮФУ, 2013 г.)
|
Показатель |
Контроль |
Покон |
Белогор |
|
Численность, млн. КОЕ/г сухой воздушно-сухой почвы |
|||
|
Бактерии на МПА (поверхностно) |
9,47 ± 2,30 |
7,63 ± 2,05 |
9,64 ± 1,34 |
|
Бактерии на МПА (глубинно) |
13,79 ± 1,81 |
10,36 ± 1,45* |
14,67 ± 1,92 |
|
Почвенный агар |
6,89 ± 1,48 |
19,38 ± 3,98* |
10,66 ± 4,00 |
|
Среда Эшби |
7,94 ± 1,83 |
23,12 ± 1,77* |
4,43 ± 0,39* |
|
КАА |
10,11 ± 2,70 |
14,45 ± 2,26 |
22,63 ± 2,98* |
|
Актиномицеты (КАА) |
2,88 ± 0,38 |
2,90 ± 0,68 |
3,39 ± 0,53 |
|
Актиномицеты (ПА) |
0,99 ± 0,25 |
3,35 ± 1,17* |
0,30 ± 0,27* |
|
Целлюлозоразрушающие микроорганизмы, численность, тыс. КОЕ/г сухой воздушно-сухой почвы |
|||
|
Бактерии |
6,45 ± 1,36 |
32,47 ± 4,40* |
12,79 ± 4,73* |
|
Актиномицеты |
66,03 ± 38,12 |
148,83 ± 64,70* |
93,48 ± 23,68 |
|
Грибы |
6,82 ± 1,24 |
10,82 ± 2,20* |
16,73 ± 4,40* |
|
Коэффициенты структуры микробного сообщества |
|||
|
Минерализации |
1,07 |
1,90 |
2,35 |
|
Педотрофности |
0,73 |
2,54 |
1,11 |
Примечание. * – изменения достоверны по сравнению с контролем при p < 0,05.
Влияние комплексного удобрения «Белогор» на почвенную микрофлору оказалось менее явно выраженным. Наблюдалось увеличение численности бактерий, использующих минеральные формы азота в 2,24 раза, целлюлозолитических грибов и бактерий в 2 и 2,5 раз соответственно. При этом часть физиологических групп, а именно олигонитрофилы и актиномицеты на почвенном агаре, достоверно снижали свою численность. Хотя масштабы изменений численности бактерий в составе микробиоценоза оказались меньше, чем в случае с минеральным удобрением, внесение данного биологического стимулятора роста вызвало даже большее увеличение численности микроартропод. По-видимому, в данном случае имеет место опосредованное действие: стимулирующая активность культур, входящих в состав «Белогора» привела к лучшему развитию растений, усилению корневой экскреции и приросту ризосферной микрофлоры, создающей базу для питания микроартропод.
Кроме того, следует отметить, что внесение «Белогора» не приводило к резкому изменению структуры комплекса целлюлозолитических микроорганизмов, т.к. в нем одновременно увеличивалась доля бактерий и грибов. В противоположность этому минеральное удобрение «Покон» более чем вдвое увеличило долю грибов при некотором снижении численности бактерий, существенно изменяя существующее в почве соотношение микроорганизмов. Оба исследованных удобрения увеличивали коэффициенты минерализации и педотрофности, вследствие чего они принимали значения, более характерные для залежных почв, что косвенно указывает на интенсификацию процессов трансформации органического вещества в почве при внесении данных удобрений.
Внесение удобрений под культуру тагетиса положительно повлияло на развитие растений (табл. 3).
Таблица 3
Морфологические показатели растений после внесения удобрений под Tagetes patula L. (Ботанический сад ЮФУ, средние данные 2012–2013 гг.)
|
Вариант |
Высота |
Ø соцветий |
Генеративные органы |
Стебли |
Кустистость |
||
|
Цветки |
Бутоны |
Всего |
|||||
|
Июль |
|||||||
|
Контроль |
15,7 |
2,15 |
4,6 |
3,8 |
8,4 |
2,8 |
– |
|
Белогор |
19,0 |
2,45 |
4,8 |
9,5 |
14,3 |
3,2 |
– |
|
Покон |
18,4 |
2,75 |
6,1 |
6,2 |
12,3 |
2,9 |
– |
|
Сентябрь |
|||||||
|
Контроль |
16,55 |
2,16 |
5,0 |
3,0 |
8,0 |
4,7 |
1,0 |
|
Белогор |
19,8 |
2,57 |
8,7 |
6,6 |
15,3 |
9,3 |
2,4 |
|
Покон |
19,2 |
2,21 |
8,7 |
11,3 |
20,0 |
12,9 |
2,0 |
Наиболее эффективное действие на изменение основных морфологических показателей растений оказал концентрат микроорганизмов «Белогор», что объясняется усилением минерализации гумуса. В то же время удобрение «Покон» оказало лучшее влияние на развитие генеративных органов растений, особенно через три месяца после применения. Количество элементов питания в почве увеличивается, соответственно улучшается корневое питание растений и повышается урожайность сельскохозяйственных культур [9].
Выводы
Внесение микробиологического и минерального удобрений положительно повлияло на развитие различных групп микроартропод, микробиологическую активность почвы по сравнению с контролем и в результате на морфологические показатели растений, что позволяет говорить о перспективах использования данных удобрений [3; 8; 9; 10; 11].
Минеральное удобрение «Покон» оказало наиболее интенсивное воздействие на все изучаемые показатели, что позволяет рекомендовать данное удобрение для применения под исследуемой культурой.
Рецензенты:
Безуглова О.С., д.б.н., профессор кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов Минобрнауки России, ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону;
Миноранский В.А., д.с.-х.н., профессор кафедры зоологии Минобрнауки России, ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.
Работа поступила в редакцию 30.04.2014.