Free-living Nitrogen-fixing Microorganisms under Dynamic Environmental Conditions

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.136.59
Issue: № 10 (136), 2023
Suggested:
01.09.2023
Accepted:
05.10.2023
Published:
17.10.2023
420
5
XML
PDF

Abstract

The dynamics of changes in the number of one of the sensitive in ecological and important in agronomic terms group of microorganisms – azotobacter in agro black soils of the south-eastern part of the CCD in the conditions of changing climate and growth of anthropogenic loads is examined. As a result of monitoring observations of free-living nitrogen-fixing microorganisms, it was established that in scientifically based farming systems and agro-technologies of crop cultivation under dynamic conditions of environmental change the population depression of the group of free-living nitrogen-fixing microorganisms does not occur. There is even a slight increase in the number of azotobacter in the agricultural black soils due to the increase of farming culture and growing adaptive capacity in subsequent generations to the conditions of changing climate and intensification of farming.

1. Введение

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

,
,
,
. В последние годы в регионах Европейской части России отмечаются изменения в климатических и погодных условиях, что оказывает влияние на плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур. На территории ЦЧЗ прослеживается усиление континентальности и потепление климата. Как показывает анализ данных метеонаблюдений, если за период 1950-2005 годы в ЦЧР интенсивность нарастания среднегодовой температуры составляла 0,11 0С/10 лет, то за 1975-2005 гг. нарастание температуры шло в два раза интенсивней – 0,24 0С/10 лет
.

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

,
. При этом он является исключительно чутким индикаторов, реагирующим на динамику изменения почвенного плодородия и экологию почвенной среды
,
,
,
. В связи с этим, в современных условиях, мониторинг динамики микробиома почвы является актуальным и имеет большое теоретическое и практическое значение.

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.

2. Материалы и методы исследования

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.

3. Результаты исследования и обсуждение

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

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

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.

4. Заключение

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.

Article metrics

Views:420
Downloads:5
Views
Total:
Views:420