Free-living Nitrogen-fixing Microorganisms under Dynamic Environmental Conditions

В последние годы в условиях меняющегося климата и роста антропогенной нагрузки на агрогенные почвы: значительное увеличение применения химических препаратов в агроценозах; упрощение севооборотов; масштабное освоение новых систем почвообработки и др., возрастают угрозы негативного развития процессов в агроэкосистемах и, почвенной среде в особенности

Если за период с 1950 года по 2000 год среднегодовое количество осадков составляло 488,5 мм, то за период с 2000 по 2022 годы среднегодовая сумма осадков составляет 530 мм. Также существенно увеличилась химико-техногенная нагрузка в агроценозах. Применение только одних пестицидов в ЦФО возросло с 0,768 кг/га пашни в 2017 году до 0,865 кг/га в 2020 году, а обрабатываемые ими площади увеличились с 11430,0 тыс./га в 1990 году до 26816 тыс./га в 2021 году.

Микробиом почвы является важнейшим компонентом,формирующим почвенное плодородие, при его непосредственном участии осуществляются природные азотфиксация, фосфатмобилизация, ростстимуляция, биопротекция и гумусообразование

Важной и очень актуальной характеристикой почвенного плодородия и экологически сбалансированного протекания биологических процессов в почве является плотность нахождения азотфиксирующих бактерий в ней. Особо значимы среди них бактерии из вида Azotobacter chroococсum. Плотность присутствия в почве этих микроорганизмов является одним из показателей уровня их плодородия и экологического благосостояния

Цель эксперимента заключалась в мониторинге и анализе интенсивности жизнедеятельности свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов из вида Azotobacter chroococсum в условиях меняющегося климата и роста антропогенных нагрузок на агрочерноземы.

Экспериментальные данные получены в условиях агрочерноземов юго-востока Центрального Черноземья, представленных черноземом обыкновенным среднегумусным, среднемощным, тяжелосуглинистым, с благоприятными физико-химическими и агрохимическими показателями 30-сантиметрового слоя: гумус – 6,48%, рНKCl – 6,99, азот гидролизуемый (по Тюрину и Кононовой) – 61,2 мг/кг, общий фосфор (по Гинзбург и Щегловой) – 0,35%, общий калий (по Ожигову) – 1,85%, сумма поглощенных оснований (ГОСТ 27821-88) – 66,4 мг/кг почвы.

Наблюдения за динамикой изменения микробного пула агрочерноземов проводили в процессе выполнения плана научно-исследовательских работ. Для микробиологических анализов два раза за летний сезон из пахотного слоя почвы 0-20 см отбирали почвенные образцы в агроценозе зернопропашного севооборота. Микробиологические исследования выполняли в свежих почвенных пробах. Учет численности азотобактера Azotobacterchroococum проводили на почвенных пластинахпо методике Е.З. Теппер

Корреляционно-регрессионный анализ экспериментальных данных исследований проводили с использованием современных компьютерных программ.

Годы проведения исследований по агрометеорологическим условиям были контрастными и отражали весь климатический спектр погоды юго-востока ЦЧР, что дает основание для достаточно объективной оценки полученных результатов.

С целью изучения влияния меняющихся условий внешней среды и антропогенных нагрузок был проведен анализ результатов длительного наблюдения – за тридцатисемилетний период за динамикой развития одной из наиболее важных в экологическом плане группы микроорганизмов рода Azotobacterc hroococсum.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что интенсивность развития свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов вида Azotobacter chroococсum в агрочерноземах имеет достаточно существенные различия по периодам исследований (рис. 1). При средневегетационной плотности заселения почвы азотобактером от 297,8 КОЕ в 50 г почвы в период 1991-1994 годы до 458,0 КОЕ в 50 г почвы в период наблюдений 2020-2022 годы, что в первую очередь обусловлено воздействием внешней среды и, особенно погодно-климатическими условиями периодов наблюдений.

Рисунок 1 - Развитие азотобактера в агрочерноземах в слое 0-20 см в динамических условиях внешней среды

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.59.1

Мониторинговые многолетние исследования и статистический корреляционно-регрессионый анализ полученных результатов свидетельствует, что за тридцатисемилетний период наблюдений за развитием свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов – азотобактера, в агрочерноземах юго-востока ЦЧР, в условиях меняющегося климата и роста антропогенных нагрузок, плотность присутствия азотобактера в агрочерноземах при соблюдении научно-обоснованных системы земледелия и агротехнологий, выращиваемых сельскохозяйственных культур имеет общую тенденцию сохранения и даже некоторого увеличения его численности, о чем свидетельствует, выявленная трендовая закономерность и уравнение регрессии, имеющее вид у = 42,4 х + 278,7 (рис. 1).

Согласно выявленной трендовой закономерности его численность в пахотных почвах региона имеет тенденцию к росту и в среднем за промежуточные интервалы наблюдений его количество увеличивается на 42,4 КОЕ это порядка 10% к плотности его присутствия в современных агрочерноземах, что является подтверждением правильно разработанных научно-обоснованных систем земледелия.

Наименьшая плотность заселения агрочерноземов азотобактером отмечалось в самый влажный период срока наблюдений 1992-1994 с ГТК = 1,17. Наиболее благоприятные условия для развития азотобактера в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР складываются в вегетационные периоды с ГТК близким к 1,0 (2014-2016 гг. – 0,96 и 2020-2022 гг. – 0,94) при плотности азотобактера в агрочерноземе 424 и 458 КОЕ в 50 г почвы.

В результате статистической обработки данных выявлено, что в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР развитие азотобактера в агрочерноземе имеет обратную отрицательную корреляционную связь средней силы с гидротермическими условиями вегетационного периода, выраженными через ГТК (Селянинова) – r=0,58, то есть с усилением засушливости климата при научно-обоснованном совершенствовании систем земледелия и агротехнологий его численность может возрастать, что говорит о гомеостатической устойчивости почвенной среды агрочерноземов даже в динамических условиях внешней среды.

Мониторинг длительных наблюдений за одной из важнейшей группой микроорганизмов, чувствительно реагирующей на изменение экологических условий – Азотобактером, показал, что в динамических условиях изменяющейся окружающей среды в научно-обоснованных системах земледелия, не происходит депрессии его популяции. Наоборот отмечается даже рост численности азотобактера в агрочерноземах, по-видимому, обусловленный повышением культуры земледелия и нарастающей адаптационной способностью микроорганизма в последующих поколениях к условиям изменяющегося климата и интенсификации земледелия.