ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНО-МЕЛИОРАТИВНЫХ УДОБРИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Науанова А. П.¹, Айдаркулова Р.С.², Баимбетова Э.М.³, Кабылбекова Г.К.⁴, Мараткызы Н.⁵, Ахмет У.⁶

¹ORCID: 0000-0002-5250-1961, доктор биологических наук, профессор

²ORCID: 0000-0003-1602-3672, Кандидат биологических наук,

³ORCID: 0000-0002-1552-0258, Доктор PhD,

^1,2,3Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина, в г. Астане

⁴ORCID: 0000-0002-2759-0130, Магистр биологии,

⁴Карагандинский государственный технический университет, в г. Караганде

⁵orcid:0000-0003-0526-0154 Магистрант

⁶orcid: 0000-0003-3057-3275 Магистрант

^5,6Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина, в г. Астане

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНО-МЕЛИОРАТИВНЫХ УДОБРИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ  ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Аннотация

В статье приводятся результаты проведения НИР создания комплексных мелиоративно-удобрительных смесей (КМУС). Микробиологическим способом из растительных остатков были выделены бактерии- Bacillus mesеnteriсus, Bacillus megatherium, Sporosarcina ureae, Sporolactobacillus inutinus, и грибы Curvularia maculans и Curvularia interseminata. В лабораторных условиях созданы 3 вида КМУС, состоящие из почвы, растительных отходов, микробиальной культуры. При создании КМУС учитывали ферментативную, азотфиксирующую активности, ростостимулирующие и деструктивные свойства выделенных штаммов микроорганизмов. Отмечено повышение урожайности пшеницы на 13,4 - 29,5% при внесении в почву различных видов биоудобрений.

Ключевые слова: биоудобрение, плодородие почвы, биологическая активность почвы.

Nauanova A.P.¹, Aidarkulova R.S.², Baimbetova E.M.³, Kabylbekova G.K.⁴, Maratkyzy H.⁵, Ahmet U.⁶

¹ORCID: 0000-0002-5250-1961, Doctor of Biological Sciences, Professor,

²ORCID: 0000-0003-1602-3672, PhD in Biology,

³ORCID: 0000-0002-1552-0258, Doctor PhD,

^1,2,3Kazakh Agrotechnical University. S.Seifullin, in the city of Astana,

⁴ORCID: 0000-0002-2759-0130, Master of Biology,

⁴Karaganda State Technical University, in Karaganda,

⁵ORCID: 0000-0003-0526-0154, Master's degree, ⁶ORCID: 0000-0003-3057-3275, Master's degree,

^5,6Kazakh Agrotechnical University. S.Seifullin, in the city of Astana

INFUENCE OF COMPLEX-MELIORATIVE FERTILIZER MIXTURES ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY AND CHEMICAL COMPOSITION OF SOIL IN NORTH KAZAKHSTAN

Abstract

 The article presents the results of the research on the development of complex meliorative-fertilizer mixtures (CMFM). Microbiological methods were used to isolate Bacillus mesenteric, Bacillus megatherium, Sporosarcina ureae, Sporolactobacillus inutinus, Curvularia maculans and Curvularia interseminata fungi from the plant remains. 3 types of CMFM were created in the laboratory, consisting of soil, plant waste and microbial culture. Enzymatic, nitrogen-fixing activity, growth-stimulating and destructive properties of isolated strains of microorganisms were taken into account when creating CMFM. An increase in the yield of wheat by 13.4-29.5% was noted when introducing various types of bio-fertilizers into the soil.

Keywords: fertilizer, soil fertility, soil biological activity.

 

Казахстан – агроиндустриальная страна, в которой сельское хозяйство является сферой жизнедеятельности основной части населения. В сельской местности сегодня проживает сорок три процента населения, и от степени развития сельскохозяйственного производства во многом зависит жизненный уровень не только тех, кто работает здесь, но и тех, кто в той или иной мере связан с этой сферой. С уровнем развития сельхозпроизводства тесно связано благосостояние большинства казахстанцев [1, С. 77].

В условиях интенсивного развития экономических отношений и обеспечения Продовольственной безопасности страны важную роль играет рациональное и эффективное использование земельных ресурсов, в частности земель сельскохозяйственного значения [2, С. 21].

Однако, в последние десятилетия антропогенный процесс оказывает все более существенное негативное влияние на экологические функции почв и их биосферные связи [3, С. 9].

По словам А.С.Сапарова и др. [4, С.91] в настоящее время в Республике Казахстан около 75% территории подвержено повышенному риску опустынивания, а 14% пастбищ достигли  крайней степени деградации, и наблюдается снижение почвенного плодородия. Сегодня потери гумуса составляют одну треть от исходного его содержания. Поэтому одной из главных задач является сохранение, повышение и восстановление плодородие почв.

Целью данного исследования является разработка технологии создания комплексных мелиоративно-удобрительных смесей, применяемых для повышения плодородия почв.

Разрабатываемые комплексные мелиоративно-удобрительные смеси (КМУС) отвечают требованиям современных биоэкологических систем сельского и лесного хозяйства и позволяют увеличить разнообразие возделываемых растений, сократить применение агрохимикатов, в т.ч. и минеральных удобрений; применять новые технологии возделывания растений.

Для создания комплексно-мелиоративной удобрительной смеси (КМУС) микробиологическим способом на начальном этапе работы из различных отходов сельского хозяйства методом серийных разведений были выделены несколько групп микроорганизмов. Для выделения видов актиномицетов, грибов и бактерий исследуемый материал высевали на селективных средах Гаузе, КАА, Чапека-Докса и МПА. Общую микробную обсеменённость рассчитывали по количеству выросших колоний, количество КОЕ в 1 мл определяли по формуле: М = а х 10ⁿ / V, где а — количество выросших колоний; 10ⁿ — разведение; V — посевная доза (0,1 мл).

На основании деструктивных и ростостимулирующих свойств новых штаммов проведен отбор активных штаммов, которые были использованы для создания КМУС. Для получения биомассы культуры бактерий, актиномицетов и грибов выращивались на качалках, обеспечивающих встряхивание колб со скоростью 200 об/мин в стерильных колбах Эрленмейера на жидкой питательной среде Чапека-Докса, МПА. После окончания культивирования культуральную жидкость отделяли от мицелия грибов путем фильтрования. Измельченную стерильную солому из расчета 4,5 т/га (5 г на 1 кг почвы) равномерно перемешивали со стерильной почвой. Для улучшения разложения органических и минеральных остатков, в компостирующию смесь были добавлены суспензионные культуры нижеупомянутых штаммов и азотфиксирующие микроорганизмы - Azotobacter chroococcum штамм № 5, взятых из коллекции лаборатории.

Для создания КМУС были отобраны следующие штаммы:

КМУС 1 (почва, солома, консорциум микроорганизмов Curvularia maculans шт. 103 + Curvularia maculans шт. 136+ Azotobacter chroococcum шт.  5);

КМУС 2 (почва, солома, консорциум микроорганизмов Sporosarcina ureae  шт. 90+ Curvularia interseminata шт.109+ Azotobacter chroococcum шт. 5);

КМУС 3 (почва, солома, консорциум микроорганизмов Sporolactobacilus inutinus шт. 113+ Sporolactobacilus inutinus шт.116 + Azotobacter chroococcum шт.5);

В созреваемой массе постоянно осуществлялась искусственная аэрация.

После созревания КМУС были проведены следующие анализы: определены легкогидролизируемый азот, подвижный фосфор, содержание гумуса в почве и интенсивность разложения целлюлозы.

Напряженность и направленность микробиологических процессов трансформации органических остатков в почве можно оценить по показателям численности представителей различных физиологических групп сапрофитной почвенной микрофлоры [5, С.50].

По данным таблицы 1, в вариантах - контроль, КМУС №1, КМУС № 2, КМУС № 3 - количество бактерий на МПА выше, чем на КАА, что говорит о снижении потребления минеральных форм азота и усилении потребления органических форм, вследствие осуществления начальных этапов распада азотсодержащих органических остатков.

К двухмесячному созреванию КМУС-а количество бактерий на МПА и КАА увеличилось в несколько десятков раз, чем было после 30 дней созревания.

Таблица 1 – Численность микроорганизмов КМУС на различных питательных средах

Вариант	МПА	КАА	ЧД		Эшби
	бактерии, млн/г	бактерии, млн/г	бактерии, млн/г	гриб, тыс/г	азотобактер, %
30 дней
Контроль	164,0	36,0	0,58	-	100
КМУС №1	59,3	8,7	0,42	33,3	100
КМУС №2	10,7	3,3	0,22	140,0	98
КМУС №3	125,3	18,7	4,98	53,3	100
60 дней
Контроль	204	264	2,1	60	100
КМУС №1	282,7	224	1,8	153,3	100
КМУС №2	258,7	178,7	0,22	46,7	98
КМУС №3	216,0	200,0	1,59	53,3	100

На среде Чапека – Докса наблюдается рост как бактерий, так и грибов.  Аэробный азотфиксирующий азотобактер увеличивается также в опытах с соломой, при внесении органических удобрений увеличивается и процесс азотфиксации.

Таким образом, по полученным данным можно судить об активизации процесса минерализации растительных остатков, за счет стимулирования роста численности микроорганизмов. Так как, продуктивность агроценозов во многом определяется составом и численностью микроорганизмов, направленностью и интенсивностью микробиологических процессов [6, С. 110].

После 30 дней созревания КМУС были проведены следующие анализы: определены легкогидролизируемый азот, подвижный фосфор, содержание гумуса в почве (таблица 2).

 Во время компостирования микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности перерабатывают отходы на биологически активные вещества и гумус [7, С. 6]. Содержание гумуса на вариантах с использованием разных видов КМУС снижается на 0,15-2,37% по сравнению с контролем.   На варианте КМУС №2 содержание гумуса незначительно отличается от содержания гумуса в контроле (0,15%), что связано с тем, что в состав этой смеси входит комплекс бактерий усваивающих минеральные формы азота. Наименьшее содержание гумуса наблюдается на варианте КМУС №3 (8,83%), в составе которого находятся целлюлозоразрущающие грибы, что подтверждает мнение других исследователей о том, что микромицеты интенсивно размножаются и потребляют органические азотсодержащие соединения всей поверхностью мицелия. Содержание гумуса на варианте КМУС №1 понизилось на 1,46% по сравнению с контролем, что объясняется тем, что в состав этого биоудобрения входят как штаммы бактерии, так и микромицета.

Обладая высокой биологической активностью, микроорганизмы постоянно разлагают большое количество органических и минеральных веществ почвы [8, С. 65]. Распад гумуса под влиянием микроорганизмов (как и минерализация других, содержащих фосфор органических веществ) высвобождает минеральные соли фосфорной кислоты в доступном растениям виде. На вариантах с использованием КМУС происходит увеличение подвижного фосфора и легкогидролизируемого азота по сравнению с контролем, т.к. микроорганизмы, входящие в состав биоудобрений, способствуют разложению растительных остатков и приводят к увеличению содержания азота и фосфора.   Содержание подвижного фосфора увеличивается на варианте с применением КМУС №2 (22,3 мг/кг почвы), что объясняется тем, что бактерии входящие в состав КМУСа при разложении органических соединений выделяют органические и минеральные кислоты в окружающую среду, которые разрушают труднодоступные соединения фосфора и переводят их в легкоусвояемую форму как для собственного потребления, так и для растений.

Таблица 2 – Агрохимические показатели почв в зависимости от применения различных образцов КМУС

Вариант	Агрохимические показатели почв
	Гумус, %	N-NO3, мг/кг	P2O5, мг/кг
Контроль (почва, солома)	11,2	9,8	20,2
КМУС №1	9,74	10,9	20,4
КМУС №2	11,05	10,6	22,3
КМУС №3	8,83	11,1	20,6

Интенсивность процесса компостирования зависит от соотношения азота и углерода в компостируемых материалах [9, С. 112]. Гетеротрофные микроорганизмы составляют растениям конкуренцию в использовании минерального азота. Однако иммобилизованный в органическую форму минеральный азот частично вновь освобождается и становится доступным для растений.

Повышение содержания легкогидролизируемого азота на варианте КМУС №3 (11,1мг/кг почвы) по сравнению с контролем (9,8мг/кг почвы), связано с тем, что грибы, входящие в состав КМУС-а более интенсивно, чем бактерии участвуют в процессах разложения и минерализации органических веществ почвы.

Целлюлозолитическая способность почвы – это один из показателей общей активности ее микроорганизмов и плодородия [10, С. 101].

Для определения целлюлозолитической активности КМУС в лабораторных условиях был заложен опыт с использованием льняных полотен методом аппликации. Льняное полотно помещали в стерильную почву, зараженную микробной массой, составляющей основу лабораторных образцов КМУС, при влажности 60%. Целлюлазную активность КМУС определяли через 2 месяца после закладки опыта.

Степень разложения полотна микроорганизмами из биоудобрений варианта 1 находилась в пределах 45%, а на варианте с использованием КМУС 2 – 44%. Результаты исследований  на этих вариантах показывают, что целлюлазная активность микроорганизмов из этих двух консорциумов находятся на одинаковом уровне, т.к. в состав этих биоудобрений входят микромицеты. На варианте с применением КМУС 3 степень разложения клетчатки составила 62% так как, основу этой смеси составляют аэробные гидролитические бактерии, обладающие высокой целлюлазной активностью.

Таким образом, исследуемые нами микроорганизмы обладают средней целлюлозолитической активностью, и для повышения биологической активности почвы рекомендуется использовать КМУС 3, созданный на основе бактерий.

Список литературы / References

1. Искаков А.Ж. Сельское хозяйство Республики Казахстан: вчера и сегодня /А.Ж. Искаков // Вестник КазНУ. Серия экономическая. −2010. − № 6 (82). −C 77-82.
2. Аханов Ж.У. Аналитическая записка о тенденции развития почвенной науки /Ж.У. Аханов // Почвоведение и агрохимия. −2008. −№1. −С. 6-13.
3. Елешев Р.Е. Состояние и перспективы развития агрохимических и агроэкологических исследований в Республики Казахстан / Р.Е. Елешев // Почвоведение и агрохимия. −2008. −№1. −С. 21-26.
4. Сапаров А.С. Современные проблемы почвенно-агрохимической науки Казахстана и пути их решения / А.С. Сапаров и др. // Известия Национальной Академии наук Республики Казахстан. Серия аграрных наук. −2016. −№1. −С. 91-101.
5. Русакова И.В. Влияние биопрепарата Баркон на процесс гумификации соломы /И.В. Русакова и др. // Агрохимия. – 2011. − №1. − с.48-50.
6. Коношина С.Н. Влияние различных агрофитоценозов на распространение фитотоксичных микроорганизмов в почве/ С.Н. Коношина// European science review. −2014 − №5-6. −С.110-112.
7. 7. Гагиев Г. Простые технологии получения компоста и биогумуса. Руководство к действию / Г. Гагиев и др. Алматы, 2014. −32 с.
8. Аширбеков М.Ж. Влияние хлопковых севооборотов на микробиологические и биохимические свойства староорошаемых сероземно-луговых почв южного Казахстана / М.Ж. Аширбеков //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. −2015. −№ 7 (129). −C.64-69.
9. Смольникова В.В Особенности компоста, полученного с использованием молочной сыворотки / В.В. Смольникова// Сельскохозяйственная экология. Юг России: экология, развитие. −2010. −№3. −С. 112-116.
10. Фомина Н.В. Анализ изменения целлюлозоразрушающей способности антропогенно загрязненой почвы / Н.В. Фомина // Вестник КрасГАУ. −2014. −№7. −С. 101-107.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Iskakov A.Zh. Selskoe khoziaistvo Respubliki Kazakhstan: vchera i segodnia [Agriculture of the Republic of Kazakhstan: Yesterday and Today] / A.Zh. Iskakov // Bulletin of KazNU. Economic series. - 2010. - No. 6 (82). - P. 77-82.
2. Akhanov Zh.U. Analiticheskaya zapiska o tendentsii razvitiya pochvennoi nauki [Analytical Note on the Trends in Soil Science Development] / Zh.U. Akhanov // Soil Science and Agrochemistry. - 2008. - No.1. - P. 6-13.
3. Eleshev R.E. Sostoyanie i perspektivy razvitiya agrokhimicheskikh i agroekologicheskikh issledovanii v Respublikie Kazakhstan [Status and Prospects of Agrochemical and Agro-ecological Research Development in the Republic of Kazakhstan] / R.E. Eleshev // Soil Science and Agrochemistry. - 2008. - No.1. - P. 21-26.
4. Saparov A.S. Sovremennye problemy pochvenno-agrokhimicheskoi nauki Kazakhstana i puti ikh resheniya [Modern Problems of Soil-agrochemical Science of Kazakhstan and Ways of their Solution] / A.S. Saparov et al. // Bulletin of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Agricultural Sciences Series. - 2016. - No.1. - P. 91-101.
5. Rusakova I.V. Vliyanie biopreparata Barkon na process gumifikatsii solomy [Influence of Barkon Biopreparation on the Process of Straw Humification] / I.V. Rusakova et al. // Agrochemistry. - 2011. - No.1. - p.48-50.
6. Konoshina S. N. Vliyanie razlichnykh agrofitotsenozov na rasprostranenie fitotoksichnykh mikroorganizmov v pochve [Influence of Different Agrophytocenoses on the Distribution of Phytotoxic Microorganisms in Soil] / S.N. Konoshina // European Science Review. - 2014 - No.5-6. - P.110-112.
7. 7. Gagiev G. Prostye tehnologii polucheniya komposta i biogumusa. Rukovodstvo k deistviyu [Simple Technologies for Obtaining Compost and Bio-humus. Guide to Action] / G. Gagiev et al., 2014. - 32 p.
8. Ashirbekov M.Zh. Vliyanie khlopkovykh sevooborotov na mikrobiologicheskie i biokhimicheskie svoistva starooroshaemykh serozemno-lugovykh pochv yuzhnogo Kazahstana [Influence of Cotton Crop Rotations on Microbiological and Biochemical Properties of Old Irrigated Gray Earth Meadow Soils of Southern Kazakhstan] / M.Zh. Ashirbekov // Bulletin of the Altai State Agrarian University. - 2015. - No. 7 (129). - P.64-69.
9. Smolnikova V.V. Osobennosti komposta, poluchennogo s ispolzovaniem molochnoi syvorotki [Features of Compost Obtained with the Use of Milk Serum] / V.V. Smolnikova // Agricultural Ecology. South of Russia: Ecology, Development. - 2010. - No.3. - P. 112-116.
10. Fomina N.V. Analiz izmeneniya tselliulozorazrushaiushchei sposobnosti antropogenno zagriaznenoi pochvy [Analysis of Change in Cellulose-destroying Ability of Anthropogenically Contaminated Soil] / N.V. Fomina // Bulletin of KrasSAU. -2014. - No. 7. - P. 101-107.