Влияние минеральных удобрений на почвенные микроорганизмы

Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но изменяет и условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах. При благоприятных климатических условиях численность микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают.

Стимуляциониый эффект минеральных удобрений на почвенную микрофлору, а в еще большей степени навоза весьма наглядно демонстрирует опыт, проведенный на дерново-подзолистой почве Сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева (Е. Н. Мишустии, Е.3. Теппер). Более 50 лет назад по инициативе Д. Н. Прянишникова был заложен стационарный длительный опыт по изучению влияния разных удобрений на почву. Для микробиологического исследования брались образцы со следующих делянок.

Бессменный пар:

1) неудобрявшаяся почва;

2) почва, ежегодно получавшая минеральное удобрение;

3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.

Бессменная рожь:

1) неудобрявшаяся почва;

2) почва, ежегодно получавшая NРК;

3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.

Семипольный севооборот с клевером:

1) неудобрявшаяся почва (пар);

2) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом (пар).

В среднем почвы, удобрявшиеся минеральными удобрениями, за год получали на 1 га 32 кг азота, 32 кг фосфора (Р2 05 ) и 45 кг калия (К2 0). Навоз вносили в количестве 20 т на 1 га ежегодно.

Таблица 1

Внесенные удобрения

pH

Общее число микроорганизмов, тыс на 1 га

Число актиномицетов, тыс на 1 г

Актиномицеты, %

Общее число грибов, (тыс на 1 га)

водный

солевой

Бессменный пар неудобренный NPK

Навоз

Бессменная рожь

Неудобренная

NPK

Навоз

7 – Польный севооборот

Неудобренный пар

Навоз, пар

4,5  3,8

4,3  3,6

5,5  4,5

5,0 4,0

4,7 3,8

5,9 5,3

4,6 3,9

6,0 5,9

594

1246

2297

6559

5889

13448

1680

4467

117

61

250

3344

2389

7013

430

2316

19,6

4,9

10,9

51,0

40,7

52,1

25,5

51,9

15,0

23,6

30,0

29,0

57,2

28,1

4,0

72,0

Как следует из данных табл.1, почвы, длительное время бывшие под паром, сильно обеднились микроорганизмами, так как в них не поступали свежие растительные остатки. Выше всего численность микроорганизмов была в почве, находившейся под бессменной рожью, куда поступали в значительных количествах растительные остатки.

Внесение минеральных удобрений в почву, находившуюся все время в состоянии пара, заметно увеличило общую биогенность. Существенного влияния на численность микронаселения почвы под бессменной рожью применение минеральных удобрений не оказало.

В большинстве случаев минеральные удобрения несколько снизили относительную численность актиномицетов и увеличили содержание грибов. Это явилось результатом некоторого подкисления почвы, которое отрицательно влияет на первую группу почвенного микронаселения и усиливает размножение второй. Навоз во всех случаях резко стимулировал размножение микроорганизмов, так как с навозом в почву вносится богатый комплекс минеральных и органических веществ»

Различия, имевшиеся в системе удобрений, резко сказались на свойствах почвы и ее урожайности. Почва, находившаяся 50 лет в парующем состоянии, потеряла около половины запаса перегноя. Внесение минеральных удобрений существенно уменьшило эту потерю. Удобрения стимулировали образование микробами перегноя.

Средний урожай за период опыта приводится в табл. 2, составленной на основании данных В. Е. Егорова.

Таблица 2

Влияние разных удобрений, внесенных в дерново-подзолистую почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)

Удобрение

Рожь

Овес

Картофель

бессменная

В севообороте

бессменный

В севообороте

В севообороте

Контроль

NPK

Навоз

6,7

10,6

13,7

13,4

20,5

-

7,1

10,1

11,1

13,2

17,8

-

75,6

148,9

172,9

В севообороте урожаи были значительно выше, чем при бессменных культурах. Во всех случаях, однако, удобрения существенно повышали урожай. Более эффективным было полное органическое удобрение, т. е. навоз.

Минеральные удобрения обычно обладают «Физиологической» кислотностью. При использовании их растениями накапливаются кислоты, подкисляющие почву. Перегноя и илистые фракции почвы могут нейтрализовать кислые вещества. В таких случаях говорят о «буферных» свойствах почвы. В разобранном нами примере почва обладала хорошо выраженными буферными свойствами и длительное применение удобрений не привело к существенному снижению величины рН. В результате деятельность микроорганизмов не была угнетена. Не отмечалось и вредного последействия удобрений на растения.

В легких песчаных почвах буферность слабо выражена. Длительное применение на них минеральных удобрений может привести к сильному подкислению, в результате которого в раствор переходят токсические соединения алюминия. Вследствие этого биологические процессы в почве подавляются, а урожайность падает.

Подобное неблагоприятное действие минеральных удобрений наблюдалось на легких супесчаных почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (Е. Н. Мишустин и В. Н. Прокошев). Для опыта был взят трехпольный севооборот со следующим чередованием культур: картофель, брюква, яровая пшеница. В почву ежегодно вносили N и Р2 05 по 90 кг/га, а К2 0 — 120 кг/га. Навоз давали два раза в три года по 20 т/га. Известь вносили из расчета на полную гидролитическую кислотность — 4,8 т/га. Перед микробиологическим исследованием почвы прошли четыре ротации. В табл. 3 даются материалы, характеризующие состояние отдельных групп микроорганизмов в исследованных почвах.

Таблица 3

Влияние разных удобрений на микрофлору подзолистой песчаной почвы Соликамской сельскохозяйственной станции

Удобрения

pH (водный)

Общее число микроорганизмов, тыс.г

Численность актиномицетов, тыс г

Численность грибов тыс. г

Состав целлюлозных микроорганизмов,% обрастаний комочков почвы

Cytophaga

миксобактерии

Dematium

Другие плесени

Контроль

NPK

Известь

Навоз

Известь и навоз

5,5

4,4

6,1

5,9

6,1

538

324

640

1136

1397

180

150

260

610

850

8

14

10

16

17

0

0

0

3

83

0

20

50

40

14

73

0

20

0

0

27

75

18

7

0

Из данных таблицы следует вывод, что применение NРК в течение ряда лет существенно снизило численность микроорганизмов в почве. Не пострадали лишь грибы. Это произошло вследствие значительного подкисления почвы. Внесение извести, навоза и их смесей стабилизовало почвенную кислотность и благоприятно сказалось на микронаселении почвы. Заметно изменился состав целлюлозных микроорганизмов в связи с удобрением почвы. На более кислых почвах преобладали грибы. Все типы удобрений способствовали размножению миксобактерий. Внесение навоза усилило размножение Суtорhаgа.

Интересны данные, иллюстрирующие величины урожая сельскохозяйственных культур на различно удобрявшихся почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (табл. 4).

Таблица 4

Влияние удобрений, внесенных в песчаную почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)

Удобрения

Урожай яровой пшеницы при севооборотах

Урожай картофеля при севооборотах

1-м 2-м 3-м 1-м 2-м 3-м
Контроль

NPK

Известь

Навоз

Известь+навоз

3,8

7,2

-

6,1

-

2,7

1,4

5,4

12,0

14,9

2,3

0,4

4,5

10,9

13,8

82,7

174,8

-

136,1

-

75,7

114,7

75,7

169,9

178,4

58,9

31,1

62,8

145,4

156,6

Цифры таблицы показывают, что минеральные удобрения постепенно снижали урожай, причем пшеница начала страдать раньше, чем картофель. Навоз оказал положительное влияние. В общем микробное население реагировало на изменение почвенного фона примерно так же, как и растительность.

При сопоставлении данных таблиц 1 и 3 можно установить, что удобрявшиеся минеральными соединениями дерново-подзолистые почвы Сельскохозяйственной академии им. Тимирязева и подзолистые песчаные почвы Соликамской сельскохозяйственной станции имели одинаковое значение рН в водной вытяжке (4,3—4,4). Однако на песчаной почве отмечался явно выраженный токсикоз, отсутствовавший на дерново-подзолистой почве. Это объясняется более легким переходом в раствор токсических солей алюминия в слабо буферной песчаной почве, имеющей иногда даже не столь катастрофическое снижение рН. В результате Применение удобрений все же вызывает нежелательные последствия. Так, например, подкисление почвы может усилить деятельность некоторых фитопаразитов. По наблюдениям Л. С. Жалнина, вследствие длительного применения удобрений на темно-серой лесной почве усилилось поражение конопли фузариозом (возбудитель Fusarium oxysporum). Так, на контрольной делянке солевое рН почвы равнялось 5,5. В этом случае болело около 5% высеянных растений. При удобрении почвы средней дозой минеральных туков (N60 Р45 К45 ) рН снизилось до 5,2; заболело 14% растений. При повышении дозы удобрений (N200 Р100 К240 ) показатель рН упал до 4,4 — болезнь поразила 42% растений.

На нейтральных буферных почвах минеральные удобрения даже при длительном их применении положительно действуют на почвенную микрофлору и растения. В табл. 5 приводятся результаты опыта, в котором черноземные почвы Воронежской области удобрялись разными минеральными туками. Азот вносили из расчета 20 кг/га, Р2 05 —60 кг/га, К2 О — 30 кг/га. Развитие почвенного микронаселения усилилось. Однако высокие дозы удобрений, используемые длительное время, тоже могут снизить рН и подавить рост микрофлоры и раcтений. Поэтому при интенсивной химизации следует учитывать физиологическую кислотность удобрений. Вокруг кусочков минеральных или органических удобрений в почве создаются радиальные микрозоны, содержащие различную концентрацию питательных веществ и имеющие различное значение рН.

Таблица 5

Влияние минеральных удобрений на численность микрофлоры черноземной почвы (в тыс/г)

Влияние минеральных удобрений на численность микрофлоры черноземной почвы

В каждой из подобных зон развивается своеобразная группировка микроорганизмов, характер которого определяется составом удобрений, их растворимостью и т. д. Таким образом, было бы ошибочно думать, что удобренные почвы во всех точках имеют однотипную микрофлору. Микрозональность, впрочем, свойственна и неудобренной почве, о чем упоминалось ранее.

Усиление размножения микроорганизмов в удобренных почвах сказывается на активизации процессов, протекающих в почве. Так, заметно усиливается выделение почвой С02 («дыхание» почвы), что является следствием более энергичного разрушения органических соединений и перегноя. Понятно, почему в удобренных почвах растения наряду с внесенными элементами используют большие количества питательных веществ из почвенных запасов. Особенно наглядно это проявляется в отношении азотных соединений почвы. Опыты с минеральными азотными удобрениями, меченными N15, показали, что размер мобилизации азота почвы под их влиянием зависит от типа почвы, а также дозировок и форм использованных соединений.

Усилившаяся деятельность микроорганизмов в удобренных почвах одновременно приводит к биологическому закреплению части внесенных минеральных элементов. Некоторая часть минеральных азотсодержащих веществ, например соединения аммония, может закрепляться в почве и в силу физико-химических и химических процессов. В условиях вегетационного опыта в почве связывается до 10—30% дисперсно внесенных азотных удобрений, а в полевых условиях — до 30—40% (А. М. Смирнов). После отмирания микроорганизмов азот их плазмы частично минерализуется, но частично переходит в форму перегнойных соединений. До 10% закрепленного в почве азота может быть использовано растениями в следующем году. Примерно в таком же темпе освобождается остальной азот.

Особенности микробиологической активности в разных почвах влияют на превращение азотных удобрений. На них существенно влияет техника внесения минеральных туков. Гранулирование, например, уменьшает контакт удобрений с почвой, а следовательно, и микроорганизмами. Это существенно повышает коэффициент использования удобрений. Все сказанное в значительной мере относится и к фосфорным удобрениям. Поэтому делается понятным значение учета микробиологической деятельности почвы при разработке вопросов рационального использования удобрений. Биологическое закрепление калия в почве происходит в относительно небольших количествах.

Если азотные удобрения наряду с другими минеральными соединениями активизируют деятельность сапрофитной микрофлоры, то фосфорные, а также калийные соединения усиливают активность свободноживущих и симбиотических азотофиксаторов.