21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
Влияние природных цеолитов на плодородие почв
 20.06.2015

В литературе имеются данные, характеризующие разнообразное действие природных цеолитов на многие показатели плодородия разных типов почв, функционирующих в различных природно-климатических условиях.
В настоящее время разработаны на основе природных цеолитов мелиоранты, повышающие и восстанавливающие плодородие почв. В этой теме по результатам собственных исследований и литературных источников особое внимание уделено роли природных цеолитов в биологических процессах почв и их пищевых режимах.
Подвижные органические соединения в почве. О.А. Ульяновой с соавторами изучено влияние удобрений, полученных из осиновой коры и цеолитов, на подвижные гумусовые вещества чернозема обыкновенного и урожайность растений. Разработано два способа получения органо-минеральных удобрений, включающих природные цеолиты, и оценено их действие и последействие на разные культуры. Определение химического состава полученных удобрений показало, что в процессе компостирования коры с NP-удобрениями и цеолитами на статистически значимые величины снизилась кислотность, увеличилось общее количество азота, в т. ч. легкогидролизуемого, фосфора и калия, сузилось отношение C:N, по сравнению с исходной осиновой корой, на основе которой они были созданы.
Внесенные в чернозем обыкновенный удобрения, разработанные как КМЦУ-10, так и КМУ+Ц-10, КМУ+Ц-30, вовлекаются в процесс гумификации, повышая в 1,2 раза содержание в почве углерода гумуса. Применение других композиций также увеличивало этот показатель, но на статистически незначимые величины.
В динамике в почве удобренных вариантов отмечено достоверное повышение содержания Cгум и накопление подвижных форм органического вещества (Спов). Прирост Спов в почве, удобренной КМУ, составляет 360, КМЦУ-10 - 353, КМУ+Ц-10 - 318, КМЦУ-20 - 300, КМУ+Ц-20 -318, КМЦУ-30 - 250, КМУ+Ц-30 - 233 мг/100 г, т. е. с увеличением доли цеолита в удобрении содержание подвижных гумусовых веществ в почве снижалось пропорционально количеству внесенного цеолита, что связано с сорбционной его способностью.
Среди подвижных форм органического вещества наиболее информативной в отношении плодородия почв является фракция, извлекаемая 0,1 н NaOH. Минимальное количество СNaOH выявлено в почве контроля (табл. 2.3). В почве, удобренной КМЦУ-10, КМЦУ-20, КМЦУ-30, КМУ, накопление СNaOH существенно выше, чем при применении КМУ+Ц-10, КМУ+Ц-20, КМУ+Ц-30. Внесение короминеральноцеолитовых и короминеральных удобрений с добавкой цеолита практически одинаково повышало содержание СH2O в почве. В динамике (2-й год исследования) количество CH2O в вариантах КМУ+Ц-10, КМУ+Ц-20, КМУ+Ц-30 в 1,4-1,6 раза больше контроля и вариантов, где применялись короминеральноцеолитовые удобрения. Отношение Сгк:Сфк достоверно увеличивается от 0,36 в контроле до 0,88-1,09 при внесении КМУ+Ц-20, КМУ+Ц-30, КМЦУ-10, КМУ.

Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Доля CNaOH в составе Сгум была равной 13-16 %, а водорастворимых соединений - 0,9-1,2 % в зависимости от вида удобрений (табл. 2.3). Однако со временем подвижность гумуса снижалась, что может быть связано с переходом этих фракций в стабильный гумус.
Выявлена прямая корреляционная зависимость между урожаем растений и содержанием углерода гумуса и его подвижных форм. Их количественные оценки можно рекомендовать для характеристики эффективного плодородия почв.
На черноземе оподзоленном в мелкоделяночных опытах изучали влияние соломы, навоза, осадка сточных вод, минеральных удобрений и цеолита на состояние легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) в звене зернопропашного севооборота. Самое высокое содержание ЛОВ в пахотном слое обеспечивал навоз. При запашке больших количеств соломы также отмечено значительное накопление ЛОВ, но меньшее, чем при внесении навоза. Цеолиты, внесенные в почву, создавали благоприятные условия для накопления ЛОВ, а их использование с осадками сточных вод способствовало уменьшению интенсивности минерализации ЛОВ. Таким образом, применение природных цеолитов совместно с органическими удобрениями или в их составе способствуют накоплению или стабилизации подвижных гумусовых соединений в почвах.
Азотное питание. Роль цеолита в предотвращении миграции нитратного азота по профилю почв, газообразных потерь азота общеизвестна. Цеолит также уменьшает нитрификацию аммонийного азота, освобождающегося при минерализации органических удобрений, вследствие чего большее его количество используется растениями, что предполагает возможность уменьшения доз азотных удобрений, вносимых в почву.
Наши исследования по потенциальной нитрификации аллювиальной луговой почвы (Западное Забайкалье) были проведены при оптимальных условиях применения минеральных удобрений, птичьего помета и морденитсодержащего туфа и разных их сочетаний. Микрополевые и лабораторные опыты выполнялись по единой схеме: 1) контроль б/у: 2) N90P60K90; 3) MT - (5 т/га); 4) ПКП - (5 т/га); 5) N90P60K90+MT (5 т/га); 6) N90P60K90+ПKП (5 т/га); 7) MT (5 т/га)+ПКП (5 т/га); 8) N90P60K90+MT (5 т/га)+ПКП (5 т/га).
В качестве минеральных удобрений использовались аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлористый калий. Органическое удобрение — куриный помет с подстилкой из опилок, в котором содержится N - 2,05 %, P2O5 - 1,8 %, K2O - 0,8 %. По химическому составу морденитовый туф из Myxop-Талинского месторождения относится к высококремнистым цеолитам. В породе оксиды калия и кальция преобладают над оксидами магния и натрия (табл. 2.4).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Такое же соотношение характерно и для обменных форм элементов, переходящих в 1 н уксусноаммонийную вытяжку (табл. 2.5). При сравнительно высоком содержании обменного калия подвижность данного элемента значительно ниже, чем у натрия. Высокую подвижность проявляют натрий и магний: в солевую вытяжку переходит 44 % и 33 % соответственно, тогда как для калия эта величина равна 24 %.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Исходное содержание нитратного азота в почве составляло 18 мг/100 г. По нашим данным, внесение разных удобрений значительно усиливало нитрификационную способность аллювиальных луговых почв (рис. 2.1).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Характер динамики накопления нитратов по удобренным и неудобренным вариантам опыта был однотипный: существенное увеличение содержания нитратов (в 3-5 раз) в первые 14 суток компостирования, затем спад интенсивности данного процесса к 30 суткам и вновь значительное повышение к концу компостирования. Вероятно, что в первые 2 срока активно используется доступный минеральный азот почвы, запасы которого истощаются к 30 суткам компостирования. К концу компостирования за счет усиления микробиологической деятельности в процесс нитрификации вовлекается азот более сложных органических соединений почвы. Нужно отметить, что в вариантах раздельного внесения MT и его смеси с минеральными удобрениями не наблюдается снижения интенсивности нитрификационного процесса к третьему сроку компостирования. Вероятно, что сорбционные свойства морденитового туфа обусловили постепенное усиление нитрификационной способности почвы во все сроки компостирования за счет пролонгирующего действия.
Динамика содержания аммонийного азота не выражена, что связано с его практически полным окислением до нитратов. Количество N-NH4 в течение всего периода компостирования не увеличилось по сравнению с его исходным содержанием — 4,7 мг/100 г (рис. 2.2).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

В опытах Т.Ф. Макеевой, М.В. Гудилиной получены доказательные результаты влияния природных цеолитов на предотвращение вымывания нитратного азота из корнеобитаемого слоя серой лесной почвы (табл. 2.6).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Вымывание нитратов из корнеобитаемой зоны и газообразные потери с улетучиванием NH3 - наиболее важные механизмы потерь азота при внесении высоких доз азотных удобрений на песчаных карбонатных почвах (pH более 7,5). В целях уменьшения потерь азота в лабораторном эксперименте определяли влияние добавок целлюлозы, клиноптилолита и их смеси на улетучивание NH3 и трансформацию N в карбонатной тонкопесчаной почве. Улетучивание аммиака из азотных удобрений (аммиачной селитры, аммофоса и мочевины), внесенных по 200 мг N/кг почвы, уменьшилось в 2,5; 2,1 и 0,9 раза соответственно при добавке целлюлозы по 15 г/кг и в 4,4; 2,9 и 3,0 раза соответственно при добавке клиноптилолита по 15 г/кг почвы, по сравнению с почвой без добавок. Внесение их смеси по 15 г/кг почвы каждого компонента было наиболее эффективным для уменьшения улетучивания. Применение целлюлозы увеличило микробную биомассу, что способствовало иммобилизации азота и снизило потери от улетучивания NH3. Авторы предполагают, что влияние клиноптилолита связано с более прочным поглощением NH4 на ионообменных участках, а положительное взаимодействие смеси — с микробной биомассой, что обусловлено улучшением питания микроорганизмов в почве, способствующего их росту. Добавка клиноптилолита и целлюлозы уменьшала потери азотных удобрений в песчаных почвах.
С.Н. Сазонов и Н.А. Манучарова изучали выделение N2O из окультуренной дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы при внесении аммиачной селитры в дозах азота 0, 90, 150 и 210 кг/га на фоне Р70К140, а также в варианте N150Р70К140+цеолит. Установлено, что газообразные потери азота были больше при внесении фоновых удобрений в сравнении с другими. Заметно возрастало выделение N2O при высоких дозах азотных удобрений. Наименьшие потери N2O в течение первого месяца отмечены были при внесении цеолита, однако в следующие месяцы эффект действия цеолита на потери N2O отсутствовал. Сделано предположение, что это связано со способностью цеолита замедлять микробиологическую трансформацию аммиачной селитры и тем самым продлевать ее действие как удобрения.
Фосфорное питание. В настоящее время актуальной проблемой в земледелии является всевозрастающий дефицит фосфора.
Фосфор содержится в почвах в виде малодоступных для растений минеральных (ортофосфаты Ca, Fe и Al) и органических (фитин, нуклеиновые кислоты, лецитин, гумус и др.) соединений. Его количество (в расчете на P2O5) колеблется в пределах 0,05-0,20 %. Если запасы азота практически безграничны, то рудные запасы фосфора весьма ограничены (1430 млн. т). Дефицит этого элемента для растений усугубляется также быстрой и прочной его фиксацией в почве при внесении удобрений, в связи с чем степень усвоения фосфора из туков не превышает 25 %.
Одним из путей решения данной проблемы стало использование почвенных микроорганизмов для повышения усвояемости растениями фосфора из почвы и удобрений. В минерализации органических фосфатов участвуют бактерии родов Pseudomonas, Bacillus; семейства Actinomycetaceal, и грибы рода Penicillium и др. Особенно большое количество органических фосфатов накапливается при внесении в почву фосфорных удобрений или при достаточном обеспечении почвы подвижными формами фосфора. Тогда происходит так называемая биологическая иммобилизация фосфора: усвояемый фосфор используется микроорганизмами и включается в органические соединения микробной клетки. Установлено, что 8-10 % фосфора, внесенного с удобрениями, подвергается иммобилизации.
Значительная часть фосфора входит в состав почвенных минералов и недоступна (или слабодоступна) для растений. Многие микроорганизмы способны переводить такие соединения в растворимые формы. К ним относятся бактерии рода Bacillus (В. megatherium), грибы родов Penicillium, Aspergillus и др. Некоторые микроорганизмы косвенно влияют на этот процесс, выделяя кислоты, которые превращают фосфаты в растворимые формы. В процессе жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий выделяется азотная кислота, а серобактерий - серная. Эти кислоты способствуют растворению нерастворимых фосфорных соединений в почве.
Фосфор удобрений оказывает различное воздействие на численность и активность отдельных групп микроорганизмов. Прежде всего следует отметить, что после внесения фосфорных удобрений в почве существенно увеличивается биологическая активность, более значительно на легких почвах, чем на тяжелых. Активизируется развитие бактерий, минерализующих азотсодержащие соединения. С возрастанием дозы фосфорных удобрений в почве снижается численность фосфатмобилизующих бактерий.
Под влиянием фосфорных удобрений повышается численность аммонифицирующих бактерий и актиномицетов, минерализующих органические вещества в почве. Аммонифицирующие бактерии участвуют в минерализации легкорастворимых, а актиномицеты - труднорастворимых органических соединений почвы, т. е. пополнение подвижного фосфора происходит за счет высвобождения его из органических соединений.
Фосфорные бактерии, как уже отмечалось, обладают широким спектром гидролитической активности, что предопределяет перспективы их использования в качестве агента, повышающего биологическую активность почвы. Они продуцируют ряд физиологически активных веществ - витамины, метаболиты, обладающие антагонистическим действием к фитопатогенной микрофлоре. Эффект применения фосфатмобилизующих микроорганизмов в большей степени зависит от их активности, чем от численности.
Преобладание минеральных форм фосфатов над органическими в почвах Забайкалья предопределяет развитие микроорганизмов, растворяющих трехкальциевый фосфат, причем фосфатмобилизующие бактерии каштановых почв обладают повышенной физиологической активностью, по сравнению с микроорганизмами других почвенно-климатических зон, расположенных севернее.
С учетом того, что на территории Западного Забайкалья находится несколько месторождений фосфоритов и Ошурковское месторождение апатитов с небольшим содержанием фосфора, а также имеются большие запасы природных цеолитов с высоким качеством, нами разработан способ биологической активации цеолита с использованием фосфатмобилизующих микроорганизмов. Поровое пространство природных цеолитов является носителем микроорганизмов. На основе биологически активного цеолита и фосфорита было создано фосфор-цеолитовое удобрение пролонгирующего действия.
Оценку действия полученных удобрений и влияния инокуляции фосфатмобилизующими микроорганизмами (ФМБ) почвы и компонентов минерального сырья, а также простого суперфосфата проводили в модельном эксперименте при оптимальных условиях температуры и влажности. Численность микроорганизмов, минерализующих органофосфаты, определяли на среде Менкиной; растворяющих минеральные фосфаты — на среде Федорова.
Согласно полученным данным (рис. 2.3), численность фосфатмобилизующих организмов в каштановой почве с очень низким содержанием гумуса (0,92 %) при инокуляции ФМБ повышалась в 4-133 раза в зависимости от срока компостирования и среды определения, по сравнению с контролем. Обработка почвы ФМБ с внесением цеолита, фосфоритной муки и их смеси способствовала увеличению численности бактерий даже в большей степени, чем суперфосфата. На наш взгляд, это связано с наличием в удобрениях из природного сырья макро- и микроэлементов как источника дополнительного питания для микроорганизмов. В процессе компостирования динамика содержания споровых форм Вас. megatherium на разных вариантах опыта имела в основном убывающий характер, т. е. активность микроорганизмов увеличивалась (табл. 2.7).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Фосфатазы имеют широкую специфичность и распространены в почве. Фосфатазная активность почв определяется их генетическими особенностями, физико-химическими свойствами и уровнем окультуренности. Большое значение имеет количество гумуса и органического фосфора. Интенсивность выделения фосфатаз корнями растений и микроорганизмами определяется их потребностью в фосфоре. На недостаток доступного фосфора эти организмы реагируют выделением внеклеточных ферментов, что индуцируется наличием органофосфатов. Проблема активности фосфатазы и минерализации почвенного органического фосфора очень сложная, о чем свидетельствуют весьма противоречивые данные об отношении фосфатазной активности почв к содержанию минерального фосфора. Эта противоречивость объясняется на основе регуляторной функции неорганического фосфора в биосинтезе фосфатаз микроорганизмами и корнями растений и активности почвенных ферментов, функционально не связанных с клеточным метаболизмом. Характер взаимосвязи между фосфатазной активностью и содержанием минерального фосфора в почве в первую очередь определяется количеством последнего. Избыток подвижного фосфора подавляет синтез ферментов.
Динамика фосфатазной активности в каштановой почве на контроле имела слабую тенденцию к увеличению и была низкой (рис. 2.4).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Инокуляция ФМБ повышала фосфатазную активность в разные периоды компостирования в 2,8-21,8 раза, по сравнению с контролем. Внесение цеолита, фосфоритной муки и их смеси увеличивало фосфатазную активность в меньшей степени, чем при инокуляции почвы ФМБ. Однако применение ФМБ на данных вариантах во вторую половину компостирования (45 и 60 дней) способствовало возрастанию фосфатазной активности, особенно на варианте с внесением цеолита (ФМБ) и фосфоритной муки, до 50-54 мг Р2О5 на 1 г почвы. Таким образом, полученные результаты показали, что инокуляция фосфатмобилизующими бактериями как самой малоплодородной каштановой почвы, так и удобрений из природного минерального сырья (цеолит, фосфоритная мука и их смесь), внесенных в нее, увеличивала численность микроорганизмов и повышала ее фосфатазную активность.
Влияние биологически активных удобрений на пищевой режим изучали на каштановой и серой лесной неоподозоленной почвах.
Почвы различались по генетическим особенностям, свойствам и содержанию гумуса. В каштановой почве количество гумуса было равно 0,95 %, реакция среды - 7,1 (рНводн.); в серой лесной почве соответственно 1,8 и 6,8. По обеспеченности подвижным фосфором, нитратным азотом и обменным калием каштановая почва характеризовалась низким и очень низким уровнем. В серой лесной почве количество подвижного фосфора и нитратного азота очень высокое, обменного калия - среднее.
Определение динамики содержания подвижного фосфора в почвах при инокуляции ФМБ выявило их эффективное и пролонгирующее действие (рис. 2.5). Однако большие количества подвижного фосфора в каштановой почве накапливались в основном к концу компостирования, тогда как в серой лесной почве — после 15 или 30 дней компостирования. Содержание подвижного фосфора в каштановой почве при компостировании с цеолитом, фосфоритом и их смесью возросло при использовании ФМБ до повышенного уровня.
Эффективность накопления нитратов в каштановой почве была самой высокой при применении природного цеолита и его биологически активной модификации (рис. 2.6). Следует также отметить, что инокуляция ФМБ почвы способствовала значительному увеличению содержания нитратов. На высокообеспеченных нитратным азотом серых лесных почвах внесение природного цеолита, фосфорита и их смеси нитратонакопление шло менее интенсивно, чем в каштановой почве. Использование фосфатмобилизующих микроорганизмов как самостоятельного активатора, так и в цеолите усилило этот процесс, особенно существенно после 30 суток компостирования.
В низко обеспеченной обменным калием каштановой почве применение цеолита, обогащенного фосфатмобилизующими микроорганизмами с высокой физиологической активностью, способствовало повышению содержания обменного калия (рис. 2.7). Это может быть обусловлено тем, что в морденитсодержащей породе (морденит и сопутствующие полевые калийные шпаты), содержащей выше 4 % K2O, под воздействием микроорганизмов идет освобождение его подвижных форм. Накопление обменного калия в каштановой почве отмечено также при совместном внесении биологически активного цеолита и фосфорита.
Эта закономерность выявлена и в средне обеспеченной обменным калием серой лесной почве, несмотря на менее интенсивное накопление обменного калия.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Таким образом, хотя метод компостирования выявляет потенциальные возможности, тем не менее бактериальное удобрение ФМБ, обладающее высокой биологической активностью и пролонгирующим действием, увеличивающее эффективность удобрений на основе природного цеолита и фосфорита, может быть рекомендовано к использованию для улучшения минерального питания, в качестве антагониста к патогенной микрофлоре и для повышения урожайности сельскохозяйственных культур с хорошим качеством продукции, как в богарном, так и в орошаемом земледелии, а также в тепличных хозяйствах. Технология получения бактериального удобрения с широким спектром активности проста и незатратна, что позволяет широко использовать его в сельском хозяйстве.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Разработаны новые методы и решения, направленные на повышение степени агрохимического использования фосфатов. Одно из направлений - управление кинетикой растворения фосфатов, в частности суперфосфата, с целью снижения этого показателя и коррекции поступления подвижного фосфора в почву с потребностью в нем растений по мере их роста, что достигается путем механохимического вхождения подвижного фосфора в структуру клиноптилолита. Другой задачей является повышение агрохимической активности апатита и фосфорита. Решением ее может быть химическое взаимодействие фосфорита с цеолитом. Процесс основан на ионообменных свойствах цеолитов, а именно их способности обменивать Ca2+ из фосфоритов. Выход кальция из фосфорита приводит к дефектам структуры и повышает количество подвижного фосфора, способного усваиваться растениями. В результате ионообменного взаимодействия указанных веществ извлечение фосфора из руды Буренханского месторождения (Монголия) в лимоннокислую среду при одноразовой экстракции достигает 55 %, а повышение числа экстракций приводит к полному переходу фосфора в жидкую среду. Степень аморфизации фосфорита составляет 25-30 %. Используется тонкодисперсный цеолит без специальной активации, лимитирует процесс лишь величина ионообменной емкости. Без введения цеолита извлечение фосфора не превышает 27 %.
Наши и эти данные свидетельствуют о перспективности продолжения исследований совместного применения природных цеолитов и фосфоритов для разработки удобрений, улучшающих не только фосфорное питание, но также и кремниевое, азотное и, в меньшей степени, калийное.
Калийное питание. В многочисленных опытах по использованию цеолитов в качестве удобрений установлено в различных типах почв улучшение их калийного режима. Однако в литературных источниках обнаружена всего одна работа по влиянию природного цеолита на фракционный состав форм калия в почве.
Автором получены уникальные данные по влиянию клиноптилолита на фракционный состав калийных соединений в почве. Характеристика природного цеолита показывает, что по катионному составу он многокомпонентен (табл. 2.8). Значительную долю от суммы всех обменных катионов составляют Ca2+ и Mg2+, с преобладанием кальция. В то же время в дерново-подзолистой почве сумма обменных Ca2+ и Mg2+ составляет всего лишь 9,8 мг-экв на 100 г почвы, что свидетельствует в целом о невысокой емкости катионного обмена (EKO) данных почв и указывает на возможность использования клиноптилолита Пегасского месторождения для повышения емкости поглощения и содержания обменных оснований.
Клиноптилолит служит мощным резервом пополнения доступных для питания растений соединений калия, т. к. в цеолите выявлено преимущественное содержание обменной (3,6 мг-экв на 100 г цеолита) и необменной (1,79 мг-экв на 100 г цеолита) форм калия, что указывает на высокие ионообменные свойства клиноптилолита в отношении данного элемента.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Под влиянием цеолита уменьшается гидролитическая кислотность и повышается сумма обменных катионов; в связи с этим почва из разряда ненасыщенных основаниями переходит в разряд насыщенных (табл. 2.9). Дерново-подзолистая почва отличается неустойчивым во времени режимом кислотности: среднее значение pH солевой вытяжки на контроле (1 срок) равно 5,0, т. е. почва является кислой и нуждается в известковании. Это подтверждается также показателем насыщенности ее основаниями (63 %). Внесение клиноптилолита способствовало снижению потенциальной кислотности почв, обнаруживая эффект нейтрализации, аналогичный известкованию, благодаря чему дерново-подзолистая почва перешла в категорию почв, слабо нуждающихся в мелиорации. Цеолиты проявляли эффективность не только в год внесения, но и в последующие годы, что способствовало улучшению свойств почвы.
Изучение влияния цеолита на калийное состояние дерново-подзолистой почвы в условиях модельного опыта (табл. 2.10) показало, что применение чистого цеолита на почве с низким содержанием обменной формы калия вызывает первоначально ухудшение калийного режима в связи с фиксацией цеолитом подвижного калия. Оценка влияния дисперсности цеолита на фиксацию калия дает возможность предположить, что с уменьшением размера фракций цеолита снижается необменное поглощение, что связано с возможным разрушением каналов в структуре цеолита при механическом воздействии в процессе дробления.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Критический уровень в оценке обеспеченности почвы элементами питания, в частности калием, определяет интенсивный показатель. Понижение значений калийного потенциала в год внесения цеолита свидетельствует о снижении энергии вытеснения и о выходе иона калия из обменных позиций в раствор. Одновременно изменяется состав почвенного поглощающего комплекса, связанный с закреплением Ca2+, т. е. происходит увеличение емкости катионного обмена почвы. Зависимость между активностью K+ и его содержанием выявила следующую закономерность: с увеличением концентрации калия в почвенном растворе повышалась К , тогда как значения калийного потенциала снижались.
Различные почвы при близких значениях калийного потенциала могут обладать неодинаковой способностью противостоять изменению калийного потенциала под влиянием растительности. Более полную характеристику калийного состояния почвы и обеспеченности растений калием дает величина потенциальной буферной способности почв относительно калия (ПБСК), т. е. способность поддерживать калий на определенном уровне, независимо от выноса калия растениями или внесения с удобрениями.
Определение значений ПБСК в условиях опыта показало устойчивое повышение буферной способности почв всех вариантов, по сравнению с контролем. Максимальное увеличение ПБСК отмечено при внесении цеолитизированных удобрений, что в 1,3 раза выше контроля. Причем это увеличение происходит постепенно, что связано с пролонгирующим действием цеолита. Таким образом, цеолиты могут служить в качестве мелиорантов кислых почв и удобрениями прологированного действия.
Биологическая активность. Увеличение содержания подвижных форм основных питательных элементов в почвах с низким эффективным плодородием может быть достигнуто как в результате внесения удобрений, так и за счет активизации биологической активности самой почвы под влиянием различных удобрительных компонентов и мелиорантов. Почвенные микроорганизмы являются обязательным компонентом любой агроэкосистемы, они обладают мощным ферментативным аппаратом, выполняют многообразные функции в круговороте веществ, обеспечивая ее продуктивность.
Применение минеральных удобрений, как правило, увеличивает численность бактерий, актиномицетов и грибов в почве. Вместе с тем существует немало работ, в которых не было отмечено возрастание общей численности микроорганизмов в почве, а иногда даже обнаруживалось ее уменьшение под действием минеральных удобрений.
Аллювиальные луговые почвы с маломощным гумусовым горизонтом и низким содержанием гумуса являются средой обитания преимущественно олиготрофного микробного ценоза с широким распространением олигонитрофильных микроорганизмов, преимущественно бактерий. При орошении этих почв активизируется деятельность многих групп микроорганизмов, особенно бактерий: увеличивается численность аммонификаторов, нитрификаторов и снижается количество денитрификаторов, заметно возрастает количество азотобактера. В результате усиления микробиологических процессов возрастает ферментативная активность почвы и особенно заметно увеличивается активность каталазы.
В научной литературе имеются данные о закреплении органического вещества почвой, обогащенной цеолитом, и повышении ее биологической активности. Интенсификации развития микрофлоры способствовало внесение в почву цеолитов в дозах 10-30 т/га, а микробиологическая активность сохранялась более длительное время даже в засушливый сезон.
Биогенность и агрономическую ценность цеолитового минерального сырья можно повысить путем предварительного смешивания его с органическими и минеральными удобрениями. Например, короцеолитовая смесь на дерново-подзолистых почвах Красноярского края увеличивала биологическую активность и плодородие почв. На супесчаных малогумусных аллювиальных дерновых почвах Бурятии внесение цеолита в смеси с осадками городских сточных вод и минеральными удобрениями повышало нитрификационную способность и целлюлозолитическую активность.
З.И. Никитина и Г.П. Голодяев, изучая состояние микробных сообществ в почвах Сибири, выявили разный диапазон естественных флуктуаций микроорганизмов на любое антропогенное воздействие. Наиболее чувствительными оказались микробные сообщества пойменных экосистем, что обусловлено нахождением микроорганизмов в стадии размножения, вследствие чего они весьма остро реагируют на возмущающие факторы. Это положение подтвердилось в нашем опыте, при изучении влияния морденитсодержащего туфа и его смеси с органическими и минеральными удобрениями на численность разных групп микроорганизмов и ферментативную активность аллювиальной луговой почвы. Схема опыта приведена на рисунке 2.1.
Аммонификаторы. На контроле численность аммонификаторов (среда МПА) даже в условиях оптимального сочетания влажности и температуры сильно изменялась - от 56 тыс./г почвы (1-й срок) до 560 тыс./г к 3-му сроку (рис. 2.8).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Влияние природных цеолитов на плодородие почв

В почве с внесением минеральных удобрений численность аммонификаторов резко возрастала к 30 суточному компостированию и еще более существенно - к концу опыта. При этом следует обратить внимание на то, что NPK в почве в течение первых 14 дней вызывает снижение количества микроорганизмов, их численность в этот срок даже несколько ниже, чем в почве без удобрений. Такое влияние минеральных удобрений на развитие почвенной биоты может быть связано со стрессовыми ситуациями при увеличении концентраций питательных элементов в почвенном растворе под воздействием NPK.
В варианте с применением морденитового туфа динамика численности аммонификаторов подобна варианту с внесением минеральных удобрений. Более высокие абсолютные показатели, по мере возрастания длительности опыта, могут быть обусловлены наличием в составе морденитового туфа микроэлементов, поступающих в почву в процессе их десорбции и активизирующих ее биологический потенциал. В этом варианте, как и в предыдущем, отмечаются низкие показатели численности микроорганизмов в первые 14 дней, что может быть связано с сорбцией питательных элементов почвы морденитовым туфом, как следствие, ограниченностью энергетических ресурсов для развития микроорганизмов, а также изменением pH среды.
Смесь полного минерального удобрения с морденитовым туфом заметно стимулирует развитие аммонификаторов в течение первых семи дней. В последующие два срока отмечается спад количества микробов. Морденитовый туф, являясь активным сорбентом питательных элементов, при увеличении срока взаимодействия смеси в почве до 30 суток, приводит к постепенному снижению количества микроорганизмов. А по мере десорбции элементов питания в почву и адаптации почвенной биоты к изменениям экологических условий, через 45 суток компостирования численность аммонификаторов резко возрастает, но не достигает уровня двух предыдущих выше рассмотренных вариантов.
Подстилочный куриный помет, как биологически активное удобрение, вызывает значительный рост численности аммонификаторов в течение первых семи суток компостирования. Ho в последующие сроки происходит его резкое снижение. После некоторого увеличения при 30-суточном компостировании стимулирующее влияние куриного помета на накопление аммонификаторов к концу опыта практически затухает. При внесении ПКП совместно с морденитовым туфом динамика численности микроорганизмов характеризуется резким увеличением количества аммонификаторов при 45-суточном компостировании, в отличие от варианта раздельного его внесения. В результате сорбционной активности MT количество аммонификаторов в первые 7 суток существенно ниже, чем в предыдущем варианте. Далее - оставаясь на одном уровне в течение 14 суток, по мере увеличения продолжительности опыта до 30 суток отмечается снижение численности аммонификаторов.
При количественном и качественном разнообразии удобрительных компонентов (NPK+ПКП; NPK+ПКП+МТ), внесенных в почву, их положительное влияние на развитие микроорганизмов проявляется лишь после 30-суточного компостирования. При этом морденитовый туф, как сорбент, обусловливает лишь некоторое снижение аммонификаторов. Таким образом, MT пролонгирует положительное влияние куриного помета на развитие аммонификаторов при более продолжительном сроке взаимодействия.
Актиномицеты. В аллювиальных луговых почвах Забайкалья под естественной растительностью доля актиномицетов в микробном комплексе высока (54 %), под агроценозами она меньше - 49 %. На численность актиномицетов в почве большое влияние оказывают осадки: во влажные вегетационные сезоны она может снижаться в 2-3 раза.
В контролируемых условиях лабораторного опыта численность актиномицетов в аллювиальной луговой почве существенно варьировала в зависимости от вида удобрений (рис. 2.8). Относительно меньший диапазон изменений отмечен на контроле и при применении морденитсодержащего туфа. Численность актиномицетов к концу компостирования возросла при внесении MT с минеральными удобрениями в 4,4 раза, по сравнению с вариантом с NPK, и в 8,6 раза, по сравнению с вариантом MT, с контролем — соответственно в 8 раз.
Использование MT в сочетании с куриным пометом также увеличивало численность актиномицетов в этот срок, хотя она была ниже в 1,6 раза по сравнению с вариантом ПКП, но в 3,2 раза выше контроля и в 3,4 раза - варианта MT.
Повышение численности актиномицетов в аллювиальной луговой почве к концу компостирования обусловлено, вероятно, адаптацией этой группы микроорганизмов к усвоению питательных веществ, которые с разной скоростью поступают в почву из морденитсодержащих туфов, куриного помета и их смеси.
Грибы. В наземных биогеоценозах основная масса грибов сосредоточена в почве, где их мицелий достигает общей длины 700-1000 мг в 1 г почвы. Особенно много грибов в лесной подстилке.
Грибы синтезируют и выделяют во внешнюю среду разнообразные гидролитические ферменты, расщепляющие любые органические субстраты, вплоть до лигнина. Благодаря этим способностям, они выполняют в аэробной зоне функцию разлагателей. За сутки грибы разлагают в 2-7 раз больше органического вещества, чем потребляют. Этим они отличаются от консументов.
Многие почвенные грибы образуют темноокрашенный мицелий за счет синтеза и аккумуляции в гифах меланиноподобных (черных) пигментов. После отмирания и лизиса мицелия эти вещества накапливаются в почве в составе почвенного гумуса. Мицелиальный рост грибов приводит к агрегации почвенных частиц, что свидетельствует об участии грибов в структурообразовании почв. Грибы в процессе метаболизма образуют и выделяют в среду многие органические кислоты, что способствует растворению труднодоступных фосфатов и оказывает влияние на питание растений фосфатом и другими элементами, которые извлекаются из минералов. Почвенные грибы способны осуществлять процесс гетеротрофной нитрификации, что имеет значение в кислых лесных почвах, где автотрофная нитрификация отсутствует.
Грибы-хищники уничтожают вредных нематод и амеб, что представляет перспективу для разработки биологических методов борьбы с вредителями корневых систем растений.
У большинства почвенных грибов мицелий живет недолго. По нашим данным (рис. 2.8), численность грибов (среда Чапека) в аллювиальной луговой почве сильно варьировала в зависимости от срока компостирования и вида удобрений. Например, на контроле она изменялась от 280 до 960 тыс./г почвы. Самые большие показатели накопления грибов отмечены при внесении в почву куриного помета и его смесей с минеральными удобрениями и цеолитом, а также цеолита с NPK. Однако совместное применение всех видов удобрений, используемых в опыте, не привело к повышению численности грибов.
Дрожжи. Грибы, вегетативная стадия которых представлена одиночными почкующимися или делящимися клетками, называют дрожжами.
В природе дрожжи в основном находятся в ассоциации с растениями. Они обильно развиваются на листовых пластинках, в нектаре цветков, в экссудатах деревьев, на поверхности ягод, плодов и фруктов. Вместе с этими субстратами они попадают в подстилку и почву. Заносят их в почву и насекомые, которые служат главными агентами распространения дрожжей в природных экосистемах. По сравнению с другими грибами, дрожжей в почве относительно немного. Из типичных обитателей почв (педобионтов) наиболее хорошо изучены дрожжи рода Lipomyces, все виды которого живут только в почвах и не встречаются в других местообитаниях. Эти дрожжи характеризуются многими особенностями, свидетельствующими о приспособленности липомицетов к жизни в почвенной среде. Они не способны к брожению и используют углеродные субстраты только путем прямого окисления. При этом большая часть потребляемого углерода переводится в запасные внутриклеточные липиды и в капсульные полисахариды. Липомицеты могут нормально существовать в средах со следовыми количествами азота, где соотношение C:N достигает 1000 и более. Они выделяют в среду гидролитические ферменты, особенно амилазы, расщепляющие различные связи в крахмале; могут разлагать другие сложные соединения гетероциклического строения.
Разные виды липомицетов различаются по структуре их аскоспор. Роль этих дрожжей в почве многогранна. Они участвуют в трансформации органических веществ, их внеклеточные полисахариды оказывают влияние на структурные свойства почвы, увеличивая водопрочность агрегатов, а также, возможно, они включаются в молекулы гумусовых веществ. Кислые гетер-полисахариды дрожжей выступают как комплексообразователи при извлечении элементов из минералов и могут использоваться бактериями в качестве углеродного субстрата. При этом создаются бактериально-дрожжевые азотфиксирующие ассоциации с более высоким уровнем активности, чем чистые культуры бактерий.
Морденитсодержащие туфы, внесенные в аллювиальную луговую почву как в чистом виде, так и с органо-минеральными компонентами, оказали, в отличие от грибов, положительное влияние на повышение численности дрожжей (рис. 2.8).
Ферментативная активность. Почвы содержат разное количество ферментов, участвующих на отдельных стадиях как гидролитического, так и окислительно-восстановительного превращения. Функция ферментов имеет огромное значение. Благодаря этим ферментам переходят в биологически доступное состояние питательные элементы, накопленные в органических остатках, низкомолекулярные органические соединения, образующиеся в результате гидролитической и окислительно-восстановительной деполимеризации органических остатков. В последующем эти низкомолекулярные соединения служат теми кирпичиками, из которых в результате реакций полимеризации и конденсации образуются гумусовые вещества.
Наряду с преобразованием органических материалов почвенные ферменты осуществляют разложение и превращение многих минеральных соединений, составляющих косную часть почвы. Этими процессами в биогеоценотический обмен вводятся новые порции веществ, доступных высшим растениям. Из таких ферментативных процессов можно отметить гидролиз минеральных полифосфатов с участием полифосфатаз, превращения минеральных соединений азота, железа, марганца, серы под действием различных ферментов.
Содержание ферментов определяли методами, приведенными в работе Ф.X. Хазиева: каталазу - по Канцельсону и Ершовой; дегидрогеназу - по Ленарду (Lenhard); уреазу - по Гофманну и Шмидту (Hoffmann, Schmidt), протеазу - по Гоффманну и Тейхеру (Hoffmann, Teycher).
Каталаза. По содержанию каталазы аллювиальная луговая почва оценена, согласно шкале Д.Г. Звягинцева, как среднеобогащенная, ближе к бедной (рис. 2.9).
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Внесение морденитсодержащего туфа, NPK и ПКП и их смесей в почву способствовало сохранению количества каталазы практически на одинаковом уровне с контролем.
Дегидрогеназа. Согласно полученным данным (рис. 2.10), содержание этого фермента в аллювиальной луговой почве низкое.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Внесение удобрений повышало количество дегидрогеназы в разной степени. Наиболее положительное влияние оказало применение природного цеолита совместно с минеральными и органическими удобрениями.
Протеаза. На накопление протеазы наибольшее воздействие оказали минеральные удобрения (рис. 2.11), другие виды удобрений лишь способствовали стабильности содержания этого фермента в период компостирования.
Уреаза. С уреазой связаны процессы гидролиза и превращения в доступную форму азота мочевины, которая может образоваться в почве как промежуточный продукт метаболизма органических соединений. Накопление уреазы в почвах с нейтральной и особенно щелочной реакцией среды может инициировать газообразные потери азота (в форме NH4) и азотистых оксидов - продуктов денитрификации. В почве уреаза связана с органо-минеральным комплексом и обладает высокой устойчивостью к ингибирующим факторам.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв

Согласно шкале Д.Г. Звягинцева, аллювиальная луговая почва по содержанию уреазы относится к низкообогащенной, а уреазная активность в ней крайне нестабильна (рис. 2.12) и, как правило, не выходит за пределы градации. Исключение составлял вариант с совместным внесением разных видов удобрений, когда к 30 суткам компостирования количество уреазы превысило градацию.
Целлюлозолитическая активность. Степень разрушения целлюлозы в почве в естественных условиях характеризует интенсивность минерализации органического вещества. Продукты ее распада являются главным источником энергии и питания для многих почвенных микроорганизмов. По нашим данным, биологическая активность аллювиальной луговой почвы, согласно градации Д.Г. Звягинцева, средняя - 41 % (рис. 2.13). Внесение в почву минеральных удобрений и морденитсодержащего туфа увеличило ее абсолютные значения, но показатели интенсивности разложения целлюлозы за вегетационный сезон оценены как средние, тогда как на других вариантах использование MT с NPK и куриным пометом повышало этот процесс до сильной степени. Однако при совместном внесении всех трех компонентов биологическая активность аллювиальной луговой почвы была на уровне контроля, что, возможно, обусловлено реакцией данной группы микроорганизмов на высокие концентрации удобрений.
Влияние природных цеолитов на плодородие почв