О биологической активности торфов Состав и активность микроорганизмов в торфах

Содержание различных групп микроорганизмов в торфе анализировалось по методике, рекомендованной НИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН. Для учета общей численности аммонифицирующих бактерий применяли мясо-пептонный агар (МПА); спорообразующих бактерий - мясо-сусловый агар (МСА); бактерии, усваивающие минеральный азот, учитывали на крахмало-аммиачном агаре (КАА); нитрифицирующие - на голодном агаре (ГА) с добавлением аммиачных соединений, на кремнекислых пластинках, изготовленных по методу С.Н.

Общее количество микроорганизмов подсчитывалось методом прямого счета по Виноградскому в модификации Шульгиной (Симакова, 1931). О деятельности микроорганизмов судили по интенсивности выделения углекислоты и активности процессов аммонификации и нитрификации. При этом углекислота определялась по Бойсен - Иенсену, аммиак - путем отгонки вытяжки торфа в 0,05н НС1 с последующим титрованием, нитраты - в водной вытяжке по Грандваль-Ляжу с последующим колориметрирова- нием на ФЭК-56.

Первые исследования микрофлоры таганского торфяника были проведены в 1963-1967 гг. Начались они с выявления в торфе азотобактера и изучения его активности (Блинков, Желнова, 1965). В дальнейшем образцы торфа анализировались на содержание общего количества микроорганизмов (Аристархова, 1968). Более глубокое изучение микрофлоры последовало в 1973-1975 гг. (Дырин, 1975; Дырин, Блинков, 1976).

В таблице 14 приведены обобщенные данные по количеству различных групп микроорганизмов в торфе, которые свидетельствуют об отсутствии в исследуемом торфянике только нитрификаторов.

Численность микроорганизмов в торфе сравнительно невелика. Наиболее многочисленными группами являются аммонификаторы (на МПА); микроорганизмы, усваивающие минеральный азот (на КАА) и маслянокислые бактерии. Микрофлора, произрастающая на МПА, в верхних слоях торфяников (0-70 см) имеет некоторое количественное преимущество над микрофлорой, растущей на КАА. Соотношение МПА/КАА выражается значением 1:0,8 в слое 0-40 см и 1:0,9 - в слое 40-70 см. Такое соотношение свидетельствует о слабой активности минерализационных процессов в торфе.

Таблица 14 Содержание различных микроорганизмов в торфяной залежи, тыс/г с.т.,

(Дырин, 1978)

Среди аммонификаторов в торфе неспороносные формы преобладают над спорообразующими, что соответствует начальной стадии разложения растительных остатков, Об этом же свидетельствует большое количество в торфе масляно-кислых бактерий.

Еще меньше в исследуемых торфах содержится денитрифицирующих бактерий, плесневых грибов и особенно целлюлозоразрушающих микроорганизмов (5 тыс. на 1г торфа, а процент обрастания комочков торфа на агаризованной среде Гетчинсона равен 10%). Низкая целлюлозоразрушающая активность торфа подтверждена опытами с льняной тканью (Дырин, 1978). Следует отметить, что Н.Н. Наплекова (1974) для низинных торфяников Новосибирской области установила довольно высокое содержание микроорганизмов, разрушающих клетчатку. Процент обрастания комочков торфа составил 49-86%.

Основная масса микробного населения сосредоточена в верхних слоях торфяника (0-70 см), имеющих более благоприятный температурный и водно-воздушный режим, чем нижележащие горизонты. Очевидно, и разложение растительных остатков происходит преимущественно в верхних горизонтах торфяника.

С глубиной численность всех микроорганизмов снижается и особенно резко таких групп, как актиномицеты и грибы. Основными причинами такого колебания численности микроорганизмов в торфяной залежи являются влажность и температура почвы, что отмечается и другими авторами (Зименко, 1977).

В таблице 15 представлены результаты наблюдений, проведенные с образцами таганского торфа, отобранными на разной глубине (0-160 см) в течение вегетационного периода с целью выявления взаимосвязи между

Таблица 15 Динамика различных групп микроорганизмов в торфянике, тыс/1г. с.т.

(Дырин,,Блинков, 1976)

активностью микроорганизмов разных физиологических групп и накоплением минеральных форм азота.

Установлено, что подвижный азот в торфянике накапливается, главным образом, в форме аммонийных соединений и с глубиной содержание его возрастает. Указанное распределение объясняется тем, что торфяная залежь, не имеющая достаточного запаса минерального азота, в верхних слоях в летний период обедняется в связи с потреблением растениями.

Более высокое содержание аммонийных соединений в глубоких слоях торфяной залежи можно объяснить физическими свойствами торфа: он хорошо удерживает, накапливая в себе эту форму минерального азота. Нитратный азот в виде следов был обнаружен в верхнем горизонте (0-40 см) лишь в мае, когда растения еще не вегетировали и не использовали питательные вещества из почвы.

Накопление минерального азота в форме аммонийных соединений, высокая численность аммонифицирующих бактерий свидетельствуют о благоприятных условиях гидротермического и пищевого режимов в торфянике, активному развитию процесса аммонификации. Нитрификация же сдерживается малой численностью нитрифицирующих бактерий.

В настоящее время общеизвестно, что физиологические группы микроорганизмов могут служить показателем протекающих в почве биохимических процессов. Представляет интерес выявление групп микроорганизмов или соотношение между ними, развитие которых коррелировало бы с процессом разрушения органических соединений.

Е.Н. Мишустин (1975) и Т.Г. Зименко (1977) считают, что один из показателей, отражающих интенсивность минерализации органического вещества в торфяной залежи, может быть найден при параллельном учете бактерий, усваивающих органический и минеральный азот. В торфянике с интенсивным процессом минерализации микроорганизмы, растущие на КАА (т.е. усваивающие минеральный азот), обычно превышают по численности микрофлору, живущую за счет органического азота. Т.Г. Зименко, изучая торфяники Белоруссии, к таковым относит торфяники низинного типа. В них соотношение между бактериями, усваивающими органический и минеральный азот, равно 1:1,2 и 1:1,3.

Сравнивая данные количественного учета бактерий-аммонификаторов и усваивающих минеральный азот в течение вегетативного периода, можно проследить эту зависимость в торфяной залежи исследуемого торфяника.

Учитывая, что бактерии, растущие на КАА, в глубоких слоях торфяной залежи немногочисленны и, к тому же, требовательны к водновоздушному режиму почвы, нельзя утверждать, что соотношение микроорганизмов, использующих органические и минеральные источники азота,

служит достоверным показателем активности процессов минерализации исследуемого торфяного месторождения.

Численность микроорганизмов в верхних слоях торфяника в течение вегетационного периода изменялась. Так, количество микроорганизмов использующих органические и минеральные формы азота (в том числе и актиномицеты) с весны возрастает по мере повышения температуры торфа и достигает максимума в июле, когда верхний слой торфа нагревается до 17 0С. Низшие грибы наиболее интенсивно развиваются в сентябре, что объясняется, вероятно, понижением к этому времени активности бактериальной флоры. Максимальную численность грибов осенью наблюдала Т.Г. Зименко (1977) в низинных торфяниках Белоруссии.

С общей численностью микробов согласуется количество продуцируемой торфяной залежью углекислоты (рис. 29).

Установлено, что в течение вегетационного периода “почвенное дыхание”

относительно интенсивно происходило в поверхностных горизонтах (0-40; 40-70 см), где микрофлора более многочисленна. По мнению Э.А. Головко (1976), кроме микроорганизмов, продуцентами углекислоты в верхних слоях торфя-

Влияние компостирования на биологическую активность торфа

Как отмечалось выше, низинный торф богат азотом - ценным для питания растений элементом.

Чаще всего компост состоит из двух главных компонентов, неодинаковых по устойчивости к разложению микроорганизмами. Один из них, например, торф играет роль поглотителя влаги и аммиака и без компостирования слабо разлагается; другой - содержит достаточное количество легко распадающихся азотистых органических соединений, богат микрофлорой (навоз, птичий помет и др.).

Торф и навоз при изготовлении торфяного компоста берутся в разных соотношениях, чаще всего в пропорции 1:3 или 1:4, т.е. торфа берется в 3-4 раза больше, чем навоза. Для компостирования торф и навоз смешивают. В хозяйствах компост можно готовить в любое время, но наиболее удобно его закладывать в июне, а вносить на поле осенью или весной.

Торф можно компостировать с остатками сельскохозяйственных растений. Такие компосты получили название торфорастительные. Особенно эффективные торфяные удобрения получаются при компостировании торфа с зеленой массой однолетнего люпина. Для этих целей используется горький люпин, как и на зеленое удобрение. Органическое вещество люпина легко используется микроорганизмами. Бактерии, развиваясь за счет утилизации органического вещества растений, в дальнейшем разлагают и органические вещества торфа, переводя их в минеральные формы.

Разложение органических веществ есть результат жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Поэтому главная задача при компостировании сводится к созданию оптимальных условий для деятельности микрофлоры.

Изучением микрофлоры при компостировании торфа с навозом и минеральными удобрениями занимались Т.Л. Степанова (1940), А.А. Перцева (1950), А.А. Езубчик (1955), Н.А. Кузнецова (1958), Н.М. Лазарев (1949), С.И. Мительберг (1960) и др.

При компостировании торфа с различными компонентами каждый из них оказывает положительное влияние на микрофлору. Биологическую активность торфа можно повысить путем бактеризации компоста азотобактером и другими активными культурами микроорганизмов (Березова и Ремпе, 1958).

Изучением биохимических процессов в компостах занимались Б.А. Кабанов (1934), А.Н. Перцева, В.Г. Голиков, (1958), А.А Немчинов (1953), К.И. Чекалов (1955), С.И. Мительберг (1958), С.С. Абызов (1962) и др. Большинство исследователей отмечают значительное накопление минерального азота при компостировании торфа.

Для изучения биологической активности компостируемого торфа исследуемого месторождения было поставлено 8 модельных опытов, в которых исследовались 46 компостов разного состава. Органическими добавками к торфу служили, главным образом, навоз (конский) и зеленая масса многолетнего люпина. В Сибири изготовлением, а равно и изучением тор- фолюпиновых компостов ранее никто не занимался. Объяснить это можно

тем обстоятельством, что многолетний люпин для Сибири культура новая и в хозяйствах не выращивается.

Исследования показали, что многолетний люпин является перспективной культурой на сидеральное удобрение и для изготовления торфорастительных компостов (Романова, Аристархова, 1969). Было установлено , что эта культура хорошо растет на серых лесных почвах Томской области. Под снежным покровом она прекрасно переносит суровые сибирские зимы, весной рано трогается в рост, быстро развивается, наращивая 300-500 ц с га зеленой массы, к середине июня дает зрелые семена. При таком урожае зеленой массы гектарный посев люпина даст возможность хозяйствам приготовить от 120 до 200 тонн торфолюпинового компоста.

Однако высокий урожай люпина можно получить при соблюдении определенных условий, учитывая, что при прорастании семян он требователен к влаге, отзывчив на фосфорные и калийные удобрения и нуждается в обработке семян нитрагином. Объясняется это тем, что многолетний люпин относится к семейству бобовых. Бобовые растения живут в симбиозе с клубеньковыми бактериями, усваивающими молекулярный азот воздуха. Клубеньковые бактерии проникают в корни бобовых растений из почвы. Повсеместно распространенные бобовые растения (горох, бобы, фасоль, вика) находят в почве специфические для них клубеньковые бактерии. Люпин относится к представителям семейства, которые имеют ограниченную область произрастания.

Так как в Сибири люпин является культурой новой, в почве он не находит нужных ему клубеньковых бактерий. В таких случаях необходимо искусственное заражение почвы специфическими бактериями, осуществляемое путем предпосевной обработки семян бактериальным препаратом нитрагином, представляющим собою простерилизованную почву, зараженную активной расой соответствующей разновидности клубеньковых бактерий (в нашем случае- клубеньковых бактерий люпина).

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, зеленая масса многолетнего люпина богата по содержанию белковым азотом. Она могла бы использоваться на корм скоту, но содержит значительное количество ядовитых веществ - алкалоидов. Поэтому в Европейской части РФ люпин возделывают как сидерат, т.е. в качестве зеленого удобрения.

При компостировании зеленая масса люпина, богатая белковыми веществами (2,8-3,4%) и предварительно измельченная, легко перегнивает, обогащая компост растворимыми формами азота. Минеральными добавками при компостировании торфа в условиях модельного опыта чаще служили суперфосфат, хлористый калий, зола березовых дров, вивианит. При этом из расчета на 1 кг компоста вносили: золы - 2г, хлористого калия - 0,4 г, суперфосфата и вивианита - по 1 г.

В качестве бактериальной добавки использовалась культура азотобактера. Азотобактер предварительно выделялся из торфа, выращивался на агаризованной среде в пробирках, откуда он смывался в компостируемую смесь из расчета одна пробирка на 1 кг компоста. Компостируемые смеси распределялись в глиняные сосуды по 1 кг в расчете на сухую массу при 68 кратной повторности на вариант. Сосуды с компостами находились в лаборатории при температуре 20°+2° С, влажность компостов поддерживалась на уровне 70 %.

О биологической активности компостируемого торфа судили по численности микроорганизмов и по активности процессов аммонификации и нитрификации. В зависимости от задач исследования, компостирование длилось от 1 до 5 месяцев (табл. 16).

Таблица 16 Влияние компостирования торфа на количество подвижных форм азота,

мг/100г компоста

При длительном компостировании (5 мес.) микробиологические и биохимические анализы проводились один раз в месяц. При краткосрочном компостировании - 1 раз в 10 дней. Под влиянием золы и вивианита через 3 месяца общее количество микроорганизмов увеличивается в два раза. В первую очередь благотворное влияние на этот процесс оказывает зола. Она нейтрализует кислотность торфа и содержит кроме фосфора и калия другие ценные элементы питания, в том числе микроэлементы. На фоне золы и вивианита резко усиливается деятельность микрофлоры под влиянием навоза и люпина (рис. 30).

Хлористый калий и суперфосфат в компостах угнетают микрофлору, что, по-видимому, объясняется вредным действием Cl - иона. Угнетающее действие хлор-иона отмечено и другими авторами (Никонов и др., 1962; Ченцов, 1960 и др.). Добавление к компостируемому торфу навоза или люпина повышает количество микробов в 4 раза даже на фоне указанных удобрений.

Благотворное влияние на микрофлору компостов оказывает внесение культуры азотобактера. Наши наблюдения по азотобактеру расходятся с выводами Б.В.Ченцова (1960), который утверждает, что внесенный при компостировании азотобактер погибает, причем особенно быстро в присутствии хлористого калия.

Рис. 30 Общее количество микроорганизмов в компостах разного состава

Компостирование влияет на активность отдельных физиологических групп микроорганизмов. Так, во всех компостах появляются нитрификато- ры. Наибольшее их количество отмечено в торфонавозных и торфолюпи- новых компостах через 2,5 месяца компостирования. В 3-6 раз возрастает численность аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов и в 40-70 раз численность актиномицетов. Через 4-5 месяцев компостирования активность микрофлоры уменьшается (Боровкова, 1967; Аристархова, 1968).

Наряду с увеличением активности микрофлоры существенно усиливается и накопление подвижных соединений азота (табл. 16). При этом в компостах с золой и вивианитом подвижный азот накапливается в форме аммонийных и нитратных соединений азота, а в компостах с хлористым калием и суперфосфатом - только в форме аммонийного азота, процесс нитрификации подавляется. Угнетение деятельности нитрификаторов вызывается, несомненно, хлор-ионом, отрицательное влияние которого было подмечено рядом исследователей (Фатчихина и др., 1960; Никонов и др. 1962, и др).

К концу компостирования наибольшее количество минерального азота накапливается в торфонавозных и в торфолюпиновых компостах с хлористым калием (соответственно 535-849 и 577-786 мг) и наименьшее в вариантах с золой и вивианитом (487 и 612 мг). Отрицательным моментом при компостировании является потеря азота, поэтому важно найти способы компостирования, минимизирующие эти потери.

Значительные потери общего азота в торфолюпиновых компостах наблюдала также М.Д. Рыдалевская и Т.А. Николаева (1959). Объясняется данный факт тем, что внесение люпина, как легко разлагающегося материала, богатого азотом, вызывает быструю вспышку микробиологических

процессов и связанную с этим минерализацию, а, следовательно, и перевод азотистых веществ в легкорастворимые соединения, в конечном счете, в нитраты, которые подвергаются денитрификации.

Внесение золы и вивианита так же приводит к значительной потере азота. Добавление их в торфонавозный компост увеличило потери общего азота в 1,6 раза. Хлористый калий и суперфосфат снижают потери азота в торфонавозном компосте в 2 раза, в торфолюпиновом - в 2,8 раза. Описанное выше компостирование применяется обычно в производственных целях. В лабораторных условиях компостирование торфа проводилось и с другими добавками: вместо навоза и зеленой массы люпина вносили пептон (1%) или углекислый аммоний (0,12%), а вместо золы - поташ (0,9%). При этом по активности процессов аммонификации и нитрификации, а также по микрофлоре, обусловливающих эти процессы, были установлены те же закономерности, что в опытах с навозом, люпином и золой. Отличие заключалось в том, что пептон, углекислый аммоний и поташ стимулируют все микробиологические процессы значительно сильнее, чем навоз, люпин и зола (Дырин, 1978).