УМНЫЕ» ПОЧВЫ

Несмотря на обилие представленного на современном рынке ассортимента торфо-минеральных грунтов, предназначенных, судя по этикетке, для выращивания самых разных растений от фиалок и кактусов до огурцов, даже поверхностный анализ свидетельствует о том, что чаще всего грунты различаются только надписями на этикетке. В некоторых случаях грунты действительно отличаются друг от друга плотностью сложения из-за различного содержания в них верхового торфа, песка и других рыхлящих компонентов. Любые попытки оптимизировать их химический состав, как правило, еще не гарантируют высоких показателей роста и развития растений.

Проблема заключается не только в неодинаковой потребности различных видов растений в элементах питания. Растение, как любой живой организм, помимо основных биогенных элементах нуждается в очень широком спектре органических и минеральных соединений, учесть которые в полном объеме при создании искусственных грунтов практически невозможно. Особенно если принять во внимание, что на каждом этапе своего развития потребности растения меняются. Кроме того, искусственные грунты лишены еще одной не менее важной составляющей – комплекса полезной микрофлоры, которая в основном и определяет режим питания растения в почве, его физиологическую активность и степень подверженности различным заболеваниям.

Реальная альтернатива искусственным субстратам – органические грунты, являющиеся продуктами различных биологических технологий и представляющие собой равновесные саморегулирующиеся системы, управляемые сложным консорциумом микроорганизмов. К числу таких «умных» грунтов принадлежат грунты, получаемые, например, в рамках технологии вермикультивирования.

По своей сути процессы, осуществляемые технологичными дождевыми червями при вермикультивировании, практически ничем не отличаются от естественных природных процессов, протекающих в почве, населенной дождевыми червями. При вермикультивировании человек лишь создает условия, оптимальные для жизнедеятельности червей и позволяющие максимально ускорить переработку ими разнообразных органических отходов в высокоэффективное удобрение – вермикомпост. При этом основу и вермикомпоста и получаемых в процессе вермикультивирования грунтов составляют копролиты дождевых червей, обогащенные элементами питания растений, витаминами, ферментами и другими биологически активными веществами. Кроме того, копролиты дождевых червей становятся центром размножения многочисленной полезной микрофлоры, придавая тем самым вермикомпосту и созданным на его основе грунтам, свойства поистине живого субстрата – настоящего «дома» для растений.

Несмотря на то, что микробиологические процессы, «запущенные» дождевыми червями в таких грунтах, протекают на довольно больших скоростях, это не приводит к нарушению баланса макро- и микроэлементов в зоне питания растения, поскольку большое разнообразие функциональных групп микроорганизмов позволяет регулировать потоки вещества и энергии.

При этом, функциональная активность микрофлоры, ответственной за снабжение растений макро- и микроэлементами, регулируется по принципу прямых и обратных связей. Недостаток элемента стимулирует активность микрофлоры, ответственной за его преобразование в доступную для растения форму, а избыток либо включает механизмы торможения данного процесса, либо активизирует микрофлору, «выбрасывающую» избыток вещества (например, нитратного азота) в атмосферу. Поэтому в подобной равновесной системе растение в каждый конкретный период своего развития получает оптимальное количество питательных элементов, обеспечивающих с одной стороны бездефицитный уровень питания, а с другой предотвращающих накопление нитратов в тканях растения.

В последнее время на рынке все чаще стали появляться различные виды грунтов, представляющие собой, согласно надписи на товарной упаковке, различные смеси торфа, перегноя или дерновой земли и часто даже с добавлением какого-либо вида биогумуса. Казалось бы ситуация изменяется к лучшему, и потребитель наконец-то получит возможность приобретать качественную продукцию. Однако, работники специализированных цветочных магазинов постоянно жалуются на высказываемые покупателями претензии к низкому качеству грунтов, в том числе и содержащих «продукты жизнедеятельности дождевых червей». В связи с большим количеством нареканий, «заработанных» многими видами данной продукции нами была поставлена задача сравнительного анализа качественных характеристик нескольких разновидностей торфосодержащих органических грунтов, наиболее широко представленных в розничной сети г. Томска.

Для достижения поставленной задачи на отобранных видах грунтов в трех месяцев выращивали рассаду томата в условиях вегетационного опыта, в рамках которого исследовали динамику подвижных форм элементов питания растений в грунте и численности наиболее важных физиологических групп микроорганизмов. Кроме того, проводили регулярные фенологические наблюдения за состоянием рассады томата сорта «Земляк».

В эксперименте исследовали следующие виды грунтов:

– «Селигер» (г. Санкт-Петербург) – торфяной грунт с добавлением перегноя согласно надписи на упаковке;

– «Чародей» (г. Новосибирск) – торфяной грунт с «добавлением перегноя и дерновой земли» согласно надписи на упаковке;

– «Гарант» (г. Томск) – органический торфосодержащий грунт, получаемый в соответствии с модифицированной технологией вермикультивирования животноводческих отходов;

– «Фарт» (г. Санкт-Петербург) – торфяной грунт с добавлением «продуктов жизнедеятельности дождевых червей» согласно надписи на упаковке;

– составной торфосодержащий грунт с 25% (по объему) содержанием вермикомпоста и 75% низинного торфа (г. Томск).

Все вышеперечисленные грунты за исключением последнего грунта с вермикомпостом приобретались в розничной сети г. Томска. Грунт с добавлением вермикомпоста готовили непосредственно в лаборатории микробиологии Сибирского НИИ торфа СО РАСХН. Кроме данного грунта реальный компонентный состав из всех вышеперечисленных видов грунтов был известен только для производимого непосредственно в г. Томске грунта «Гарант». В отношении остальных видов грунтов авторы полагались на сведения, приведенные на товарной упаковке.

Согласно результатам вегетационного опыта наилучшие общие показатели всхожести семян были отмечены в вариантах с «Фартом» (100%), «Селигером» (96%) и смеси торфа с вермикомпостом (91%). Однако учет всходов, не имеющих дефектов (отсутствие листьев или их деформация) показал, что в варианте с «Фартом» количество нормальных всходов составляло 79%, тогда как в варианте с добавлением вермикомпоста – 82, 6%, что соответствовало максимальным показателям по опыту. Минимальные значения всхожести нормальных растений были отмечены для грунтов «Селигер» и «Гарант» возможно из-за более высокой, чем у остальных грунтов плотности сложения и механического травмирования всходов.

Наилучшие показатели вегетативного роста рассады на протяжении первых 15 – 20 суток были отмечены в варианте с «Чародеем» (табл.1). Однако, начиная с четвертой недели наблюдений максимальными значениями веса сухой зеленой массы растений, площади листовой пластинки и ширины стебля у основания характеризовались растения в варианте с вермикомпостом. При этом наибольшие значения длины растения отмечались в варианте с грунтом «Гарант», также получаемым в рамках модифицированной технологии вермикультивирования (рис.2).

Уже на самых первых этапах эксперимента было отмечено отсутствие каких-либо четких зависимостей между показателями вегетативного роста рассады и содержанием подвижного азота в вариантах исследованных грунтов. Несмотря на то, что, согласно данным химического анализа, в начале опыта грунт «Селигер» отличался максимальным количеством минерального азота, в особенности нитратного, показатели вегетативного роста растений в данном варианте на начальных этапах наблюдения были заметно ниже, чем в вариантах с «Чародеем», «Гарантом» и смеси торфа с вермикомпостом (табл.1, 2).

Таблица 1 – Результаты фенологических наблюдений за растениями томата

Ситуация практически не изменилась и спустя месяц от начала опыта. Несмотря на то, что суммарное содержание минерального азота в грунтах «Фарт» и «Чародей» было примерно одинаковым, растения, выращиваемые на грунте «Чародей», отличались одними из максимальных показателей вегетативного роста, тогда как в варианте с «Фартом» наблюдалось явное отставание растений в росте и развитии (табл. 1, 2).

Из литературных источников [1] известно, что наиболее оптимальным для закрытого грунта соотношением доступных источников фосфора и калия к минеральному азоту, является:

P₂O₅: (NO₃+NH₄) = 4: 1 и K₂O: (NO₃+NH₄) = 4-6: 1

Простые арифметические подсчеты показывают, что грунт «Селигер» отличается относительно низким содержанием, как фосфатов, так и обменного калия. Дисбаланс такого рода возможно и обусловил некоторое отставание вегетативного роста растений в данном варианте, несмотря на максимальное по опыту содержание минерального азота (табл. 2).

Соотношение подвижных форм фосфора и обменного калия к минеральному азоту в грунтах «Чародей» и «Гарант» в целом приближается к оптимальному, хотя и имеет место некоторый относительный недостаток калия по сравнению с довольно большим относительным содержанием фосфатов. Некоторый дисбаланс содержания фосфатов и минерального азота в конце периода наблюдений обусловлен не столько увеличением количества доступного фосфора, сколько исчерпанием азота в результате его активного выноса растениями (табл. 2).

Таблица 2 – Содержание подвижных форм элементов питания растений в исследуемых вариантах грунта; мг/кг а.с.в

При анализе баланса питательных элементов грунта, содержащего вермикомпост, обращает на себя внимание явное нарушение оптимального соотношения фосфора и азота в связи с очень высоким исходным содержанием фосфатов в данном грунте. Однако, несмотря на это растения в данном варианте опыта отличались весьма высокими показателями роста и развития (табл. 1). Вероятно, отрицательное влияние на растения в основном оказывает дисбаланс, характеризующийся относительным недостатком фосфора, а не его избытком. Особенно опасен недостаток доступного фосфора на ранних этапах развития растения, и даже последующая оптимизация грунта по этому показателю уже не сможет нейтрализовать негативных последствий фосфорного голодания в начале вегетации.

Интересно, что грунт «Фарт», отличающийся в целом нормальным соотношением фосфатов, калия и азота, тем не менее, на протяжении всего периода наблюдений характеризовался явно неблагоприятными условиями для роста и развития растений томата (табл.1). На листьях растений, начиная с 3-4 недели опыта, наблюдались явные признаки азотного и фосфорного голодания, несмотря на довольно высокое содержание питательных элементов в грунте (табл.2). По показателям веса зеленой массы растения, выращиваемые в данном варианте грунта, почти на 70-80% отставали от растений, выращиваемых на грунте с вермикомпостом, «Гаранте» и «Чародее». Возможно, причина столь негативного влияния грунта «Фарт» на рассаду томата обусловлена не столько химическими, сколько биологическими свойствами грунта.

Микробиологический анализ исследуемых вариантов грунтов показал, что микрофлора грунта «Фарт» более чем на 80% представлена монокультурой (табл.3). Подобное явление доминирования в субстрате какой-либо одной группы микроорганизмов свидетельствует о неблагоприятной фитосанитарной обстановке данного субстрата. Возникающее вследствие каких-то неблагоприятных условий резкое сужение видового разнообразия микроорганизмов в грунте может привести к вспышке численности наиболее устойчивых к этим условиям фитопатогенным видам микроорганизмов.

Биотест с семенами пшеницы сорта «Тулунская-12», обработанными бактериальной суспензией, показал, что доминирующая в грунте «Фарт» бактериальная монокультура стимулирует рост корневой системы пшеницы на 6, 8 % и подавляет рост ее зеленой массы на 8, 5 %. Подобное влияние бактериальной культуры на растение, как правило, является одним из первых признаков ее патогенной природы. Бактерии стимулируют рост корневой системы, способствуя интенсификации корневых выделений и усилению оттока питательных элементов через корни. Это в свою очередь приводит к подавлению роста зеленой массы растения.

В связи с этим весьма примечательны результаты замера длины и массы корней томата на последних этапах опыта, которые показали, что растения в варианте с грунтом «Фарт» в соответствии с данными биотеста на пшенице также отличались максимальными по опыту значениями длины корневой системы и минимальными – веса (табл.1). Данные факты также являются дополнительным подтверждением возможной фитопатогенной природы бактериальной культуры, доминирующей в составе микробного сообщества грунта «Фарт».

Одним из наиболее значимых критериев нормальной фитосанитарной обстановки почвы или конкретного грунта является численность в нем бактерий р. Pseudomonas, являющихся активными антагонистами большинства фитопатогенных микроорганизмов и тем самым осуществляющих защитные функции по отношению к растению [2, 3]. Они принадлежат к так называемой микрофлоре биоконтроля. Согласно данным микробиологического анализа микробное сообщество грунта «Фарт» отличается крайне низкой, наименьшей по опыту численностью данных микроорганизмов, что, вероятно, является дополнительной причиной активного размножения фитопатогенных микроорганизмов в данном грунте. Нужно отметить, что остальные исследованные разновидности грунтов отличались довольно высокой численностью псевдомонад, что косвенно свидетельствует о присущей им биологической активности и свойствах «живых» грунтов.

Основным недостатком физической структуры грунта «Фарт» является его сильное переуплотнение при поливе и развитие анаэробных микробиологических процессов, продукты которых в большинстве своем отличаются высокой токсичностью для растений. Кроме того, высокое содержание в данном грунте сернистых соединений (0, 261 мг/кг) в условиях выраженного анаэробиоза приводит к накоплению в грунте сероводорода, что сопровождается неприятными запахами.

Таким образом, на примере грунта «Фарт» особенно наглядно подтверждается неправомерность общепринятой практики делать заключения о качестве грунта на основании данных одного только агрохимического анализа. Согласно результатам анализа нескольких видов грунтов, включая «Фарт», проведенным аккредитованной лабораторией аналитического центра химического факультета МГУ грунт «Фарт» получил весьма лестную оценку как обладающий «высоким уровнем плодородия». Нет основания не верить выводам квалифицированных специалистов, сделавших анализы, а также автору статьи «Рассекреченная почва», опубликованной в сентябрьском номере журнала «Потребитель» за 2004 г. Проблема состоит в отсутствии четких представлений о том, что является показателем «высокого уровня плодородия» грунта. Данные агрохимического анализа, приведенные в вышеназванной статье и отражающие высокое содержание углерода органического вещества, а также азота, фосфора, калия и ряда микроэлементов могут свидетельствовать лишь о том, что анализируемый грунт имел органическую основу (торф) и был обогащен минеральными компонентами. Даже высокое содержание гуминовых кислот (которое не определялось) не может рассматриваться как доказательство «живой» природы грунта, полученного биотехнологическим путем, поскольку используемый в качестве основы верховой торф содержит эти соединения в большом количестве.

Вероятно наиболее достоверным критерием биологических свойств какого-либо конкретного грунта и степени его принадлежности к «живым» субстратам является микробиологический анализ. Причем исследовать необходимо не только санитарное состояние грунта, но и численность таких важных физиологических групп микроорганизмов, как азотфиксирующие и фосфатмобилизующие бактерии, микроорганизмы биоконтроля и др., ответственные за течение основных биохимических процессов в грунте, его фитосанитарное состояние, содержание доступных для растений форм элементов питания и в конечном итоге уровень плодородия. А окончательный «вердикт» о качестве грунта может дать только само растение. К сожалению, в отношении грунта «Фарт» приговор, вынесенный рассадой томата сорта «Кустовой», был скорее обвинительным и свидетельствовал, что грунт, названный «Живой землей», по сути, является искусственным торфо-минеральным субстратом без каких-либо признаков присутствия биогумуса дождевых червей и абсолютно непригодным для выращивания растений.

Как же определить присутствует ли в грунте биогумус дождевых червей? Ответ на данный вопрос можно получить, проанализировав грунт на численность некоторых микроорганизмов, таких, например, как азотобактер и бактерии-нитрификаторы. Данные группы микроорганизмов являются своеобразной визитной карточкой дождевых червей [4, 5]. Субстрат, в котором жили черви, и после их удаления еще довольно длительное время характеризуется их высокой численностью азотобактера и нитрификаторов. Даже классический хорошего качества перегной в случае его простого добавления в грунт оставляет «след» в виде повышенной численности данных микроорганизмов, так как тоже является продуктом жизнедеятельности дождевых червей, только не технологической, а природной популяции.

В рассматриваемом вегетационном опыте интересные данные были получены при сопоставлении интенсивности прироста биомассы растений на исследованных грунтах и изменением содержания в грунте минерального азота. Во всех грунтах за исключением грунта с добавлением 25 % вермикомпоста прирост биомассы растений с течением времени сопровождался уменьшением содержания в грунте подвижных форм азота, т.е. в данном случае имела место классическая схема выноса питательных элементов из грунта при активно формирующейся биомассе растений.

В грунте с добавлением вермикомпоста, начиная примерно с 50-55 суток опыта, наблюдалось заметное накопление минерального азота, несмотря на то, что прирост биомассы растений в этот период в данном варианте был максимальный по опыту, а, следовательно, и вынос элементов тоже (табл.1). Столь необычное явление обусловлено очень высокой численностью в данном варианте азотобактера – бактерий, способных связывать азот из воздуха и снабжать им растение. Вероятно, высокий уровень активности микроорганизмов-азотфиксаторов обусловил интенсивный приток азота из атмосферы в грунт и, соответственно, положительный баланс минерального азота в грунте, несмотря на его активный вынос растениями. При этом к 70 суткам опыта суммарное содержание минерального азота в грунте было максимальным по опыту и составляло 1179, 4 мг/кг а.с.в. грунта. Интересно, что и через три месяца от начала опыта суммарное количество минерального азота в данном грунте было не ниже, чем в начальный период наблюдения (табл.2).

Довольно высокая численность азотобактера в варианте с грунтом «Гарант», получаемым в рамках модифицированной технологии вермикультивирования, хотя и не обеспечила положительного баланса азота, но способствовала значительно более плавному снижению его количества по сравнению с грунтами «Селигер» и «Чародей», численность азотфиксаторов в которых была очень низкой.

Суммарное содержание подвижного азота в грунте «Фарт» также довольно длительное время сохраняется на одном и том же уровне, несмотря на то, что данный грунт вовсе не проявлял азотфиксирующей активности. Однако в данном случае подобная картина динамики азота обусловлена не его притоком в грунт из воздуха, а отсутствием активного выноса по причине сильно замедленного роста растений в данном варианте опыта.

В целом нужно заметить, что азотфиксаторы, к числу которых принадлежит иазотобактер, являются одной из наиболее важных групп микроорганизмов, обильно населяющих вермикомпост и грунты на его основе. Как известно данные бактерии способны усваивать азот непосредственно из воздуха и снабжать им растения. Причем количество связываемого бактериями атмосферного азота в большой степени регулируется потребностями самого растения. В том случае если растение не испытывает недостатка в азотном питании в составе его корневых выделений в большом количестве присутствуют аминокислоты, амины и другие азотсодержащие органические соединения и ризосферным азотфиксирующим бактериям, усваивающим их в качестве энергетического субстрата, нет надобности «включать» механизм связывания азота из воздуха – процесса энергозатратного. Однако, как только растение начинает испытывать азотное голодание, доля аминокислот в составе его корневых выделений резко сокращается и ризосферным бактериям приходится переключаться на азот воздуха. В процессе азотфиксации микроорганизмы переводят молекулярный газообразный азот N₂ в аммонийную форму NH₄, которая легко усваивается как самими бактериями, так и растением, в ризосфере которого они обитают.

При этом следует заметить, что микробиологический азот в отличие от минерального усваивается растением на все 100% и достается растению почти бесплатно, так как на его связывание бактерии расходуют энергию от расщепления корневых выделений – продуктов фотосинтеза или другими словами – энергию солнца. Запасы же азота в воздухе на 75, 5% состоящего из этого элемента практически неисчерпаемы.

Последнее обстоятельство еще больше подчеркивает и экологическую и экономическую эффективность преимущественного использования органических грунтов – продуктов различных биотехнологий по сравнению с торфо-минеральными грунтами, которые, по сути, являются не более чем, искусственными субстратами, аналогичными гидропонным системам. В отличие от них органические грунты по своим биологическим свойствам являются «живыми» равновесными системами, способными к саморегулированию основных биохимических процессов и оптимизации условий выращивания растений, в соответствии с их требованиями на каждом конкретном этапе роста и развития.

Помимо осуществления функций регулирования азотного питания растений азотобактер также как и псевдомонады являются активными продуцентами биологически активных веществ – стимуляторов роста растений и биофунгицидов. В связи с этим большая численность азотобактера является также дополнительным свидетельством высокой физиологической и противогрибной активности грунтов, получаемых на основе вермикомпостов различного происхождения.

Наличие стимуляторов роста растений в грунте с вермикомпостом и «Гаранте», по-видимому, обусловило максимальные по опыту показатели бутонизации и цветения растений томата (табл.3). В варианте с грунтом «Гарант» растения сформировали наибольшее количество бутонов, размеры которых также отличались максимальными показателями. В варианте грунта с добавлением вермикомпоста на момент окончания опыта все растения перешли в фазу бутонизации, что свидетельствует также о дружности развития.

Таблица 3 – Интенсивность цветения растений томата в исследованных вариантах опыта

Таким образом, результаты исследований, проводимых в рамках вегетационного опыта с культурой томата, позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Наилучшие показатели вегетативного роста, бутонизации и цветения рассады томата обеспечили органические грунты «Гарант» и торфо-органический грунт с 25%-м добавлением вермикомпоста. Грунт «Чародей», содержащий в своем составе перегной и дерновую землю, также обеспечил достаточно высокие показатели роста томата и всхожести семян.

2. Наименее эффективным показал себя грунт «Фарт» из-за резкого угнетения роста и развития растений. По своим биологическим качествам грунт не пригоден для выращивания растений. Значительное переуплотнение грунта при поливе приводит к застою влаги и развитию анаэробных процессов, продукты которых во многом определяют высокую токсичность грунта для растений. Большое количество сернистых соединений при низкой аэрации грунта способствует накоплению в нем сероводорода.

3. Микробиологические свойства грунта «Селигер» и в особенности грунта «Фарт» свидетельствуют о том, что реальный состав грунта не соответствует сведениям, указанным на товарной упаковке. В действительности велика вероятность того, что данные грунты представляют собой торфо-минеральные субстраты. Микробиологические свойства грунта «Фарт» ставят под сомнение отмеченный на упаковке факт использования дождевых червей при его производстве.

4. Основным недостатком грунта «Чародей», несмотря на довольно высокие биологические и агрохимические свойства, является быстрое пересыхание поверхности и необходимость частого полива. Излишне «облегченная» верховым торфом структура, кроме того, приводит к заметному оседанию грунта после полива, оголению корней растения и необходимости вторичного подсыпания грунта. Грунт «Гарант», напротив, отличается несколько повышенной плотностью и нуждается в оптимизации физических свойств, возможно за счет введения рыхлящих компонентов.

5. По мнению авторов для соблюдения прав потребителя необходимо введение обязательного контроля качества универсальных и цветочных грунтов. При этом основными критериями качества наряду с химическими и фитосанитарными должны быть признаны также и микробиологические показатели: численность и активность азотобактера, численность нитрифицирующих и фосфатмобилизующих бактерий и микрофлоры биоконтроля.

1. Глупцов Н.М., Вятлева Т.И. Применение удобрений в защищенном грунте / Сб. Научных Трудов. М., 1983.

2. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соровский журнал. – 1998. – № 20. – С. 25-31.

3. Рубан Е.Л. Физиология и биохимия представителей рода Pseudomonas sp. – М.: Изд-во АН СССР, 1986. – 200с.

4. Стриганова Б.Р., Пантош-Деримова Т.Д., Мазанцева П.П., Тиунов А.В. Влияние дождевых червей на биологическую азотфиксацию в почве.// Известия АН СССР, серия биология.- 1988.- N 6.- С.878

5. Терещенко Н.Н. Эколого-микробиологические аспекты вермикультивирования. Новосибирск: Изд-во СО РАСХН, 2003. – 116с.

ПАРАДОКСАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БИОГУМУСА В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ»

Обычно отмечают влияние мелко просеянного биогумуса на урожай: пылевидный биогумус в опытах повышал урожайность [ 1 ]. Однако эти и аналогичные данные связаны с однократным влиянием на урожайные качества.

Рабочая гипотеза: максимально измельченный биогумус может дать значительную прибавку урожая, но в дальнейшем его действие будет резко снижаться, в то время как внесение крупных частиц биогумуса даст большую прибавку сельскохозяйственной продукции в целом за севооборот; таким образом, применение не измельченного биогумуса будет иметь более высокие биологическую окупаемость и рентабельность.

МЕТОДИКА

Исследовано два образца биогумуса. Первый – исходное сырье: листовой опад 65% и овощные отходы 30%, почва дерново-подзолистая 5%; произведен в Учебной лаборатории кафедры экологии МСХА в условиях отапливаемого помещения. Второй: исходное сырье - птичий помет 70%, солома 30%; произведен в Госптицеплемзаводе «Арженка» в условиях Тамбовской области под открытым небом. Агрохимическая характеристика: 1-й образец (далее – «биогумус из растительных отходов»): N_общ. 1, 16%; Р₂О_5общ. 0, 96%; 2-й образец (далее – «биогумус из птичьего помета»): N_общ. 1, 28%; Р₂О_5общ. 6, 76%.Биогумус просеивался через набор сит диаметром отверстий 5, 4, 3, 2 и 1 мм. Эффективность биогумуса испытывалась на зеленных культурах в условиях вегетационного опыта. Состав грунта: 15% биогумуса, 85% почвы. Почва дерново-подзолистая, предварительно произвесткованная по 1, 0 Нг: N_{(NH4 + NO3)} 45, 1; P₂O₅ (по Кирсанову) 5, 25; К₂О (по Кирсанову) 8, 43 мг/100 г.

Условным контролем являлась неудобренная почва, в связи с чем прибавка урожая была значительной. Методически контроль был в опыте для сравнения по процентной прибавке урожая вариантов между собой (сход биогумуса с сит 3, 2, 1 мм и < 1 мм). Процентная прибавка урожая суммировалась за весь культурооборот. На основании суммарной прибавки делались выводы. Культурооборот: укроп – кориандр – кориандр. Растения убирались в фазу хозяйственной спелости «на пучковый товар».

Все данные обработаны статистически и показали высокую достоверность опыта.

РЕЗУЛЬТАТЫ

При удобрении биогумусом из растительных отходов средняя прибавка урожая за культурооборот повышалась при увеличении диаметра частиц биогумуса.

Таблица 1.

Урожайность овощных культур (1 – укроп, 2 - кориандр-I, 3 – кориандр-II)

При использовании в тех же условиях биогумуса из птичьего помета наблюдалась следующая тенденция: чем мельче просеивание, тем выше агробиологическая эффективность.

Таким образом, два образца биогумуса продемонстрировали диаметрально противоположную реакцию.

ОБСУЖДЕНИЕ

Химические свойства биогумуса, установил Д.С.Орлов, определяются технологией его приготовления: состав исходного сырья по его данным играет меньшую роль, чем специфика производства, принятая конкретной фирмой-изготовителем [ 2 ].

Технология определяет плотность заселения червей, время пребывания их в субстрате. Воздействие условий производства может быть весьма разнообразно. Одни фирмы полагают, что разведение червей в отапливаемых условиях усиливает жизнедеятельность червей, другие придерживаются мнения, что размещение штабелей вермикультуры на свежем воздухе повышает биоэнергетическую активность биогумуса.

Напрашивается вопрос: по каким критериям оценивать биогумус? Ясно, что бессмысленно характеризовать биогумус по содержанию NPK. Проблема не только сертификации, но даже идентификации биогумуса до сих пор не решена. Процентное содержание копролитов в биогумусе не учитывает следующее. Еще К.И.Гавриловым [3] установлено, что не только копролиты, но и мочевые выделения, слизь и полостная жидкость червей обладают универсальным биостимулирующим действием. В последнее десятилетие активно идет наработка фарм-препаратов на основе «фермента тревоги» ассоциацией «Биоконверсия».

Кроме того, в процессе промышленной подработки биогумуса (сушка, измельчение, просеивание) неизбежно разрушение копролитов.

К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ РОСТОСТИМУЛИРУЮЩИХ И ФУНГИСТАТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕРМИКОМПОСТА

Высокие адаптогенные свойства вермикомпоста, обусловленные проявляемой им ростостимулирующей и фунгистатической активностью в настоящий момент уже хорошо известны. Добавление вермикомпоста в грунт обеспечивает не только значительное увеличение урожая сельскохозяйственной продукции, но и улучшение ее качества за счет подавления широкого спектра патогенной микрофлоры, в частности фитопатогенных грибов. Однако природа этого явления до сих пор остается малоизученной. Между тем, изучение механизмов формирования защитных и ростостимулирующих свойств вермикомпоста позволит пролить свет на формирование системы биоконтроля непосредственно в самой почве, биоценоз которой в конечном итоге представляет собой сложный комплекс зоомикробиальных отношений, а также создаст реальную основу для управляемого вермикультивирования, позволяющего получать продукт с заданными свойствами.

Изучение микробиологических аспектов вермикультивирования показало, что дождевой червь, пропуская через себя органический субстрат, проводит своеобразный " селективный отбор" микроорганизмов-симбионтов. В результате этого в готовом вермикомпосте заметно увеличивается численность некоторых микроорганизмов, в частности бактерий р. Pseudomonas. Скрининг бактериальных культур р. Pseudomonas, выделяемых из вермикомпоста, показал очень высокий уровень фунгистатической активности у большинства изолятов по отношению к фитопатогенным грибам (рис.1). Рис.1. Влияние бактериальных изолятов р. Pseudomonas, выделенных из биогумуса и коллекционных штаммов Ps. sp. B-6798 и Ps. fl. В-3481 на Bipolaris sorokiniana

Экспериментально нами было установлено, что бактериальные культуры, выделяемые из вермикомпоста, во многих случаях значительно превосходят по своим фунгистатическим свойствам штаммы Pseudomonas fluorescents и Pseudomonas sp., используемые для производства препаратов типа «Ризоплан», «Планриз» и т.п. (рис.1).

Интересные результаты были также получены при изучении динамики фунгистатической активности бактериальных изолятов р. Pseudomonas, выделяемых из вермикомпоста на разных сроках вермикультивирования. По сравнению с показателями исходной торфонавозной смеси (ТНС) уровень фунгистатической активности бактериальных изолятов, выделенных из вермикомпоста на 10-20 сутки вермикультивирования вырос в 20-26 раз и составил соответственно 1, 7-3, 5 и 40, 3-45% подавления радиального роста гриба Bipolaris sorokiniana. Однако далее фунгистатическая активность бактериальных изолятов стала снижаться и на завершающих этапах вермикультивирования составила в среднем 5, 4% подавления роста гриба. Подобный характер изменения уровня фунгистатической активности псевдомонад может быть обусловлен динамикой численности низших грибов в перерабатываемом червями органическом субстрате. Усиление фунгистатической активности бактериальных культур в вермикомпосте на ранних стадиях вермикультивирования возможно является реакцией на высокую общую численность микромицетов в исходной ТНС (рис.2). Последующее заметное уменьшение количества грибов в процессе вермикультивирования обусловило и снижения уровня фунгистатической активности псевдомонад в вермикомпосте.

Рис. 2. Динамика общей численности низших грибов при вермикомпостировании

Чтобы проверить предположение о зависимости уровня фунгистатической активности псевдомонад и численности низших грибов в вермикомпосте был предпринят эксперимент в ходе которого было спровоцировано резкое скачкообразное увеличение численности грибов в перерабатываемой червями ТНС за счет первоначального снижения влажности субстрата на 10% и последующего обильного увлажнения. Непосредственно до и после увлажнения субстрата из него выделяли бактериальные культуры р. Pseudomonas и определяли уровень их фунгистатической активности, о котором судили по степени подавления скорости радиального роста грибов Bipolaris sorokiniana и Fusarium oxysporum.

В результате исследований было установлено, что резкое увеличение влажности субстрата привело не только к более чем двукратному росту численности грибов (с 412 тыс. КОЕ в 1 г до 841), но и к увеличению таких показателей вегетативного роста микромицетов, как длина и плотность гиф (с 3, 7 мм и 16 шт/мм² перед увлажнением до 5, 7 мм и 44, 8 шт/мм² после увлажнения соответственно). Интенсивность вегетативного роста мицелия грибов определяли методом «стекол-ловушек», помещенных на 2 недели в вермикомпост до и после его увлажнения. Фунгистатическая активность бактериальных изолятов р.Pseudomonas, выделенных из вермикомпоста после увлажнения, возросла по отношению к Fusarium oxysporum и Bipolaris sorokiniana с 10, 9 ± 2, 9% до 24, 1 ± 2, 3% и с 3, 7 ± 1, 1% до 9, 8 ± 1, 3% соответственно. Таким образом, данные эксперимента подтвердили вероятность того, что фунгистатическая активность псевдомонад в вермикомпосте в значительной степени может быть обусловлена активностью грибной составляющей микробоценоза вермикомпоста.

В процессе изучения природы ростостимулирующей активности вермикомпоста была исследовано изменение ростостимулирующей активности кислотной и щелочной вытяжек из вермикомпоста по мере его созревания. Результаты исследований показали, что наибольшее стимулирующее влияние и на корни и на зеленую массу проростков пшеницы оказывает кислотная вытяжка (рис.3).

Рис. 3. Влияние биологически активных веществ кислотной и щелочной вытяжек из вермикомпоста на зеленую массу и корни проростков пшеницы

Рис. 4. Динамика накопления нингидрин-положительных продуктов в вермикомпосте в процессе вермикультивирования

Это позволяет сделать предположение, что основными стимуляторами роста растений в вермикомпосте являются аминокислоты, витамины, низкомолекулярные органические кислоты и возможно фульвокислоты, т.е. основные продукты кислотного гидролиза органического вещества. Данное предположение подтверждается сходным характером динамики ростостимулирующей активности кислотных вытяжек из вермикомпоста и интенсивности накопления в нем нингидрин положительных продуктов (НПП) (рис. 3, 4).

Изучение динамики общей численности микроорганизмов, а также бактерий р.Pseudomonas выявило, что на протяжении первого месяца вермикультивирования доля псевдомонад от общего числа бактерий, учитываемых на МПА, оставалась величиной постоянной. Начиная с 35-40-х суток вермикультивирования, наблюдалось заметное уменьшение данного показателя, что свидетельствует о перестройке микробного сообщества в направлении увеличения численности спорообразующих форм бактерий. Примечательно, что в случае традиционного компостирования ТНС без участия червей на всем протяжении периода наблюдений относительное количество псевдомонад изменялось незначительно. Вероятно, сокращение доли бактерий р. Pseudomonas в составе микробного сообщества вермикомпоста на последних этапах вермикультивирования обусловлено ускоренным течением процессов первичной деструкции органического вещества ТНС и более быстрым истощением легкодоступного органического субстрата. Увеличение доли спорообразующих бактерий в вермикомпосте, начиная со второго месяца вермикультивирования, может свидетельствовать об усилении процессов минерализации низкомолекулярных органических соединений в вермикомпосте и, как следствие, снижении уровня его биологической активности. В этой связи можно предположить, что методом простого микробиологического анализа вермикомпоста можно с достаточно высокой степенью вероятности определить оптимальные сроки вермикультивирования для получения биогумуса, не только обогащенного элементами минерального питания для растений, но и обладающего высоким уровнем ростостимулирующей активности.

Сокращение в составе микробоценоза вермикомпоста в результате длительного вермикультивирования доли псевдомонад, выполняющих также функции биоконтроля может негативно сказаться и на фунгистатических свойствах вермикомпоста. Чтобы проверить данное предположение был предпринят вегетационный опыт для сравнения фунгистатической активности вермикомпостов разных сроков созревания (3 и 7 недель вермикультивирования) по степени подавления фузариозной инфекции пшеницы. Для создания инфекционного фона (ИФ) в грунт вносили накопительную культуру Fusarium oxysporum на зерне. Схема эксперимента включала следующие варианты: 1) ВК-3 недели + торф (контроль 1); 2) ВК-3 недели + торф + ИФ; 3) ВК-7 недель + торф (контроль 2); 4) ВК-7 недель + торф + ИФ; 5) торфогрунт (контроль 3); 6) торфогрунт + ИФ. Вермикомпост во всех вариантах вносили в дозе 25% от веса грунта.

О степени поражения растений фузариозом в каждом варианте эксперимента судили по данным фенологических наблюдений и по снижению веса зеленой массы пшеницы, выраженному в процентах по отношению к соответствующему не инфицированному контролю.

В результате эксперимента было установлено, что исследуемые варианты вермикомпостов (3-х и 7-ми недель вермикультивирования) обеспечили 30, 6%-ое и 10, 5%-ое подавление фузариоза пшеницы соответственно. Уровень фунгистатической активности 3-х недельного вермикомпоста оказался почти в 3 раза выше, чем 7-ми недельного, что подтвердило ранее полученные нами данные о влиянии длительности периода вермикультивирования на уровень фунгистатической активности производимого при этом вермикомпоста.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейших исследований с целью определения оптимальных сроков и параметров вермикультивирования в зависимости от состава исходного органического субстрата, количества червей, запускаемых на единицу объема субстрата, условий вермикультивирования и других факторов для разработки наиболее рационального режима вермикультивирования, позволяющего получать вермикомпост с высокими ростостимулирующими и фунгистатическими свойствами.