Введение к работе
Актуальность- С течением времени в науке накапливаются новые факти, подтверждающие огромную роль идей выдающихся русских ученых В..В.Докучаева, П.А.Костичева, В.И.Вернадского о том, что почвообразование - это биологический процесс, а плодородие почвы неразрывно связано с жизнедеятельностью населяющих ее организмов. Интенсивное землепользование предполагает значительное усиление антропогенной нагрузки на почву ( применение высоких доз удобрений , ядохимихатов, различных способов обработки почвы и других агротехнических и агрохимических мероприятий ), что вызывает заметное воздействие на микробоценоэ. Наряду с индустриальной системой земледелия развивается биологическое направление. , 1976, Oelhap, 1978, Lynch, 1984\.
Реализация "индустриального" и "биологического" направлений по отдельности может дать отрицательные последствия для народного хозяйства и для биосферы в'целом . очевидно, научная постановка проблемы взаимодействия биосферы с антропогенной нагрузкой должна быть основана на двух положениях: необходимости дальнейшего использования "треугольника" технического прогресса в сельском хозяйстве - механизация - химизация - орошение - и необходимости' на базе научных исследований принятия адекватных практических мер, предотвращающих нежелательные изменения в биоценозах ЧФедоров, 1954; Красильников, 1970; Аристовская, 1980; Берестецкий, 1982)
Исходя из основных представлений и идей С.Н.Виноградского в
области почвенной микробиологии и современных представлений о специфике почвы как средств обитания, представляется важным оценить воздействие природных и аптрологенных факторов на микроорганизмы и вызываемые ими процессы. Микроорганизмы являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия. Поэтому технические (техногенные^- мероприятия современного земледелия должны, очевидно, осуаесталяться с учетом реакции или адаптивных возможностей микроорганизмов почвы к антропогенной нагрузке, » - -Пель и задачи рабрты, Указанные теоретические посылки предопределили цель настоящей работы в следуювих взаимосвязанных направлениях: исследование закономерностей изменения комплекса почвенных микроорганизмов (дерново-подзолистой, выщелоченной черноземной и буролесной) в условиях интенсивного земледелия и обоснование приемов регулирования биохимических процессов, направленных на поддержание плодородия почий.
В соответствии с целью исследований были поставленії следующие задачи:
- установить эффективность приемов, действующих на энергию размножения микроорганизмов и активность микробиологических процессов; особое внимание уделено влиянию агротехники воэделыва-
йия сельскохозяйственных культур;
-разработать биотехнологические основы использования соломы И сидератов в качестве удобрений:
оценить при трансформации ксенобиотиков потенциальные возможности почвенных микроорганизмов и их использование в качестве биологических пестицидов;
изучить особенности сопряжения несимбиотической и ассоциативной Фиксации азота атмосферы бактериями в почве и ризоценозах с фотосинтезом растени'й как системы прокариоты-эукариоты.
Научная нопи.-чна. Сообщества микроорганизмов почвы возникли в результате эволюционного процесса адаптации к условиям, характеризующим географические ландшафты. Зональный характер развития микроорганизмов в разных типах почвы, обусловлен гидротермическими и физико-химическими свойствами почвы. Действие антропогенных Факторов, таких как обработка почвы, применение удобрений и ксенобиотиков, чередование культур в севообороте, приводит к сукцессии микроорганизмов на уровне^ида; Особу» роль при этом играет растительный покров, определяющий пульсационкый характер развития микроорганизмов, чья плотность и таксономическая структура, в свою очередь, сказываются на ' биологическом потенциале почвы. Впервые установлено , что минеральные удобрения и ксенобиотики, в частности, в повышенных дозах, сужают видовой спектр микроорга- . низмов, оказывающих отрицательное влияние на процессы трансформации природных и синтетических срединений.
Способность почвенных микроорганизмов синтезировать биологически активные соединения (Вц, инозит) усиливается в севообороте, особенно после бобовых растений. Структура и динамика развития почвенных микроорганизмов в выщелоченном черноземе (в Бэрэгане, Румыния) адекватно изменяется под действием агротехнических приемов. При этом наиболее существенно на почвенный микробоценоз вли-
яет возделываемая культура, затем удобрение и орошение. Впервые на выщелоченном черноземе выявлена прямая корреляционная зависимость урожая яровой пшеницы от численности микроорганизмов , участвующих в трансформации соединения азота.
Обнаружено, что в зависимости от наличия в. экологической нише энергетического материала процесс фиксации азота атмосферы фбодноживущими диазотрофами имеет две разновидности; 1 - фиксацию периодическую (волнообразную), характеризующуюся чередованием высокой и низкой степенью интенсивности (например, суточная азот-фиксация в ризоценозе растений) и,как результат, волнообразный характер суточного процесса Фотосинтеза растительного покрова) к 2 - фиксации постоянную, много слабее (в 100 раз), чем первая.
Установлена взаимосвязь численности свободноживущих диазот-
рофов, их нитрогеназной активности с интенсивностью фотосинтеза
растений , несмотря на пространственное разобщение этих Єиосистеи.
Прослежена динамика аэотфиксирукщей активности анаэробных
диазотрофов в течение онтогенеза. В начальной стадии спорообразо
вания выявлен наивысший пик азотфиксации. **
Математически описана и количественно охарактеризована с. ис
пользованием множественного корреляционного анализа зависимость
мезду интенсивностью фотосинтеза,, численностью анаэробных азот-
Фиксаторов, содержанием АТФ и нитрогеназной активностью в корне
вой зоне растений различных генотипов.
Дана сравнительная оценка нитрогеназной активности в корневой зоне различных сортов риса, пшеницы, овса, ячменя, кукурузы и проса, среди которых обнаружены сорта с высокой актуальной н потенциальной нитрогеназной активностью. В условиях гнотобиотичес-ких культур изучена нитрогеназная активность в прикорневой зоне растений разных сортов при инокуляции свободнохивущими диазотрофами; впервые выявлена корреляция между степенью колонизации корней растений бактериями и уровнем нитрогеназной активности. Показано, что характер микрозонального распределения свободноживущих и ассоциативных диазотрофов в ризоценозе зависит от сорта растений, контролирующего уровень фиксации азота атмосферы, а одним из основных природных и антропогенных факторов,определяющих размеры Фиксации азота и способствующих повышению биологического потенциала почвы, я-вляется таксономический состав растительного покрова. Практическая чцячимгх-ть. Установлен зональный характер раз-
-5~
вития почвенных микроорганизмов (на примере почв Румынии} и дана микробиологическая характеристика основных типов почвы при разном уровне антропогенной нагрузки. Полученные результаты использованы для прогноза поведения некоторых компонентов микробиотЫ в агроце-нозах на выщелоченных черноземах, подзолистых и буро-лесных почвах.
і На основе изучения микробиологических процессов а почве при использовании соломы в качестве удобрения разработана биотехнология ее .применения, исключающая эффект депрессии растений.
- При сравнительном изучении микробоценоэов и микробиологичес
ких процессов.в почве под монокультурой и 5-польком зернопропащ-
ном севообороте ( на вызделочанном черноземе Башкирии) научно
обоснован подбор н чередование культур с учетом биологических
свойств почв и особенностей возделывания сельскохозяйственных,
растений. .
Впервые показана возможность использования АТФ в качестве интегрального показателя антропогенной нагрузки . продуктивности^ Фиксации азота атмосферы, биологического потенциала микробоценоза .. почвы.'
Установлена причина низкой аэотфиксирующей способности почвы вследствие явного недостатка доступных источников энергии ' для свободноживущих и ассоциативных дизотрофов, что позволило объяснить' тесную зависимость Функционирования нитрогеназного комплекса от фотосинтетической деятельности растения. Результаты исследований создают научную основу разработки агрофиэиолого-мнкробиологи-ческих мероприятий, направленны.* на * повышение .аэотфиксирующей способности системы - "почва-растение-бактерии.диазотрофьг"і т.е. .." на бояее полное использование .природных ресурсов -обогащение почвы &'зЗтон атмосферы.
/ '. v :,' "-. =: ''. .' ''''.'-'
^заиша^мые положения, ;....
І.'Чакторм Формирования тексоиомической структуры комплекса почтенных микроорганизмов и'их биохимической активности.
-
Перспективность использования "микробных пестицидов". ; '
-
Приемы регулирования размножения почвенных диазотрофов; их і аэотфиксирующая активность в адаптивном земледелии.
-
AT* - интегральный показатель биологической активности почвы.'
Апробация работы^ Результати исследований докладывались на Symp. on soil biology, Cluj-Romanid , 1986,1968 Conf. Hat. da raicrobiolog. sen. si aplicota, Bucurestl, 1968,1970;Symp. Nat. de agrochimie, Buoure3ti, 1969,1970; 3-й Congr. de Fedologie, Bucu-resti 1964; Seaiunea. cnuala de referate a Acaderaiei de stunts-ag-; ricole si silvice - Bucurestl. 1961-70 с. г. (ежегодно),
на всесоюзном симпозиуме "Микроорганизмы как компонент биогеоценоза", Алма-Ата, 1982; Trans.of the on biological proo. a. soil fertility, Oniv.London, 1983;5-th Intern.Symp. on nitrogen fixation, Noordargkerhout the Netherlands.1983, на Всесоюзном симпозиуме "Биодинамика почв", Таллин, 1988; на VI съезде Всесоюзного микробиологического общества, Рига, 1980; 1 Всесоюзной научной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов", Днепропетровск, 1991; на VII съезде Всесоюзного микробиологического общества, Алма-Ата,1985;9-th Intern. Synp.on soil biology and conservation of the biosphere, Budapest, 1987; 10 Intern.Symp. on soil biology, Keszthely - Hungaria, 1989; на VIII Всесоюзном съезде почвоведов, Новосибирск, 1989; Seminarium naukowe, Warsaawa 1989; на 2-й Всесоюзной научной конференции СОЙСАФ, Калуга, 1991. &
Публикации. По теме диссертации опубликовано более _хщпечатных работ, из которых 63 основных приведены в автореферате
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 2 частей, глав, выводов и'практических рекомендаций (всего 333 страниц, из них 23Ьтраниц текста, 72 таблиц, 30 рисунков), списка литературы (4В5 источников, в т.ч.Іій иностранных).