Анализ почвенной микрофлоры в агроценозах Центральной зоны Краснодарского края

Л.Коростелева, доцент кафедры микробиологии и вирусологии КубГАУ, к.б.н.,
В.Горьковенко, доцент кафедры защиты растений КубГАУ, к.б.н.,
В.А.Ярошенко, директор ФГУ «Краснодарский биоцентр»

Почва представляет собой гетерогенную систему со множеством микро- и мезосред обитания с различными условиями. Без микроорганизмов существование почвы невозможно. Микроорганизмы, участвующие в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия, — необходимое звено в круговороте всех биогенных элементов. Состав микрофлоры почвы разнообразен: гетеротрофы и автотрофы, аэробы и анайробы, олиготрофы и кониотрофы, гидролитики и негидролитики, термофилы и психрофилы, ацидофилы и алкофилы, микробы-антагонисты и паразитические микроорганизмы. В здоровой почве в 25-сантиметровом слое, взятом с площади 1 га, масса микроорганизмов может составить 3 тонны (численность клеток 5×10⁹КОЕ/г почвы).

Хозяйственная деятельность человека давно превысила пределы устойчивости почвы. При возделывании монокультур можно быстро добиться интенсификации микробиологических почвенных процессов, однако при этом так же быстро разрушаются и далее не восполняются органические вещества, таким образом возникает тенденция к увеличению заболеваемости растений.

В Краснодарском крае в последние два десятилетия возникли новые проблемы в фитосанитарной обстановке сельскохозяйственных культур. Они связаны с возрастанием вредоносности известных болезней, а также появлением новых, ранее не регистрировавшихся. На зерновых, занимающих более 50% посевных площадей, высока вредоносность возбудителей корневых гнилей. Наиболее распространенными из них в последние годы являются такие возбудители, как: Bipolaris sorokoniana (Sacc.) Shoem, Gibellina cerialis Pass., Ophiobolus graminis (Sacc.) Sacc., Pseudocercosporella herpotrichoides (Fron) Deighton, Rhizoctonia cerealis E. P. Hoeven., Rh.solani Kuehn., Wojnowicia graminis (McApl) Sacc. et. D. Sacc., различные виды фузариев: F.avenaceum (Fr.) Sacc., F.Culmorum (Sm.) Sacc., F.gibbosum Appel. et Wr., F. graminiarum Schwabe., F.heterosporium Nees., F.moniliforme Sheld., F.nivale (Fr.) Ces., F.oxysporum Schlecht. F. poae (Pk.) Wr., F. sambucinum Fuckel, F. semitectum Berk. Et Rav., F. solani (Mart) App. et Wr. F. sporotrichiella Bilai, F. sporotrichiella var. poae (Peck.) Bilai. Попадая после уборки в почву, пораженные растительные остатки для подавляющего большинства возбудителей корневых гнилей являются основными источниками локализации.

Особо следует отметить возрастающую вредоносность такого вида, как Fusarium nivale, — возбудителя снежной плесени, фузариоза колоса, прикорневой гнили, фузариозного ожога листьев озимой пшеницы. Патоген, не имея узкой специализации, способен поражать и такие сельскохозяйственные культуры, как озимый ячмень, сахарная свекла, кукуруза, подсолнечник. В сапротрофной стадии гриб F.nivale активно развивается и накапливается на растительных остатках сельскохозяйственных культур, возделываемых в севообороте.

Помимо фитопатогенных грибов растительные остатки немедленно становятся объектом заселения автохтонными микроорганизмами, местом обитания которых является почва. Это виды родов Trichoderma Pers. et. Fr., T. viridi Pers., Rifai (Syn.: T.lignorum), отдельные виды родов Penicillium Link. sp. и Aspergillus Micheli spp. Между фитофторными и сапротрофными грибами в почве сразу же возникла трофическая конкуренция. Явление антагонизма со стороны сапротрофной микрофлоры становится более весомым, подавляющим фактором, который позволяет снять плотность почвенной патогенной популяции грибом и тем самым повысить супрессивность почвы.

Большую роль в почвообразующих процессах играют микроорганизмы. Микробиологические ассоциации почвенных разностей составляют базисную основу плодородия почвы.

Нами проводятся микробиологические исследования в хозяйствах Центральной зоны края по выявлению грибной и бактериальной микрофлоры почвы, пожнивных остатков озимых колосовых, подсолнечника, сахарной свеклы и сорняков; проводилась фитоэкспертиза семян озимых колосовых. В процессе работ было предложено обработать почвы грибами-антагонистами рода Trichoderma и в дальнейшем проводить анализ почвенной и эпифитной микрофлоры, используя при этом биологические методы снятия фитопатогенной нагрузки в агроценозе культур.

Микробиологическому обследованию было подвергнуто 34 образца почвы, отобранных из пахотного горизонта с 34 участков (30 полей хозяйства). Для выявления и количественного учета эколого-трофических групп микроорганизмов, включая агрономически ценные формы (азотфиксаторы, целлюлозоразрушающие, аммонификаторы, антагонисты фитопатогенов и др.), проводился посев на плотные питательные среды: МПА (аммонификаторы), почвенный агар, ПА (аборигенная или автохтонная микрофлора, трансформирующая соединения гумуса), овсяной агар, ОА (мицелиальные формы актиномицетов), агар Эшби (азотфиксирующая микрофлора), агар Гетчинсона (целлюлозоразрушающая).

Следует отметить, что доверительный интервал для численности микроорганизмов на МПА и ПА не превышал 5%, а для актиномицетов — 10%. Таким образом, колебания обилия популяций аммонификаторов и автохтонной микрофлоры в почве изученных участков не столь значительны, что свидетельствует о высокой буферности черноземов — способности поддерживать жизнедеятельность большого числа популяций микроорганизмов. Вместе с тем соотношение этих групп (ПА, МПА) различается по образцам почв, достигая максимальных значений на полях, на которых в качестве предшественника использовался подсолнечник либо в севообороте участвуют бобовые культуры. Повышение обилия конкурентоспособных популяций, так называемых К-стратегов, в почве этих участков, безусловно, вызвано разными причинами, в том числе спецификой растительных остатков предшественника, например подсолнечника, и влиянием вегетирующей культуры, такой как люцерна или горох. Поскольку в почве под бобовыми культурами обнаружено повышенное содержание мицелиальных форм актиномицетов, которые, согласно литературным данным, участвуют в последних стадиях минерализации органики, можно предположить их участие в оструктуривании почвы этих полей (pp.Streptomyces, Streptoverticillium, Nocardia и др.). В разрушении растительных остатков подсолнечника, возможно, первостепенная роль принадлежит другим формам бактерий и грибам. Выделенные формы бацилл и стрептомицетов проявляли антагонистические свойства по отношению к бесспоровым бактериям и грибам. В связи с этим они представляют интерес для дальнейшего изучения в качестве антагонистов фитопатогенных микроорганизмов.

Среди аммонифицирующей микрофлоры большую роль играют грамотрицательные бесспоровые бактерии и бациллы. В почве после посевов люцерны, а также других культур, выращиваемых после бобовых предшественников, в значительном количестве среди аммонификаторов представлены псевдо- и ксантомонады, цитофаги, реже встречаются характерные для черноземов артробактерии.

Изучение уровня азотфиксации и разрушения клетчатки по степени обрастания комочков почвы на агаре Эшби и Гетчинсона соответственно показало высокую активность большинства образцов почвы. Исключение составляют образцы почвы, где снижение уровня азотфиксации коррелировало со снижением целлюлозолитической активности, т.е. на этих участках можно ожидать нарушения синтрофии (совместного освоения субстрата) между азотфиксаторами и разрушителями клетчатки в почве (грибами и бактериями). Поскольку и те и другие нуждаются в ряде общих факторов роста, включая макро- и микроэлементы (S, Mo, Fe, Ca и др.), следует обратить внимание на малую обеспеченность почвы указанных полей этими элементами.

Несмотря на то что в опыте не проводили учета анаэробных азотфиксаторов, следует отметить, что при исследовании ряда образцов почвы на поздних стадиях культивирования обнаружены трещины в агаре Эшби и характерный для клостридий запах масляной кислоты.

Изучение характера роста целлюлозолитических микроорганизмов свидетельствует о том, что существуют различия в таксономическом составе микрофлоры. Так, в посевах зерновых культур на начальных стадиях разрушения клетчатки доминировали бактерии (pp.Cytophaga, Myxococcus), а позже появлялись колонии плесневых грибов (pp. Mucor, Aspergillus и др.), а в посевах люцерны и гороха параллельно с бактериями развивались колонии стрептомицетов.

Оценка уровня биоразнообразия микробного населения почв как показателя экологической стабильности агроценоза требует дополнительных мониторинговых исследований. Тем не менее на основании культуральных и морфологических характеристик выделенных популяций бактерий можно предварительно говорить о большом таксономическом разнообразии микрофлоры образцов почвы.

В результате проведенного микологического анализа образцов почвы, отобранных в посевах озимой пшеницы в Центральной зоне, установлено, что доминирующими в комплексе выделенных почвенных грибов являются виды родов Fusarium spp. (таблица).

Высокая зараженность почвы грибами рода Fusarium spp. свидетельствует о биологической гибкости видов этого рода, позволяющей им вести как сапротрофный, так и патогенный образ жизни, поражая практически все сельскохозяйственные культуры, возделываемые в севообороте. Химическая защита также не позволяет решить проблему с фузариозной инфекцией.

Из анализируемых образцов почвы не удалось выделить других возбудителей корневых гнилей озимой пшеницы, что, по всей вероятности, связано с фазой вегетации самого растения-хозяина. В период созревания озимой пшеницы большинство патогенных видов грибов сосредоточено непосредственно на пораженных органах растения, и только после уборки они вместе с растительными остатками попадут в почву.

Инфекционный потенциал почвы в значительной степени снижают автохтонные микроорганизмы, обладающие высокой антагонистической активностью. Их участие в трансформации растительных остатков в почве, обусловленное высокой конкурентной способностью, способствует снижению или полному подавлению инфекционного начала возбудителей болезней. В анализируемых образцах не выделены виды рода Trichoderma Pers. et Fr.

В отдельных образцах почвы отмечена высокая плотность популяции грибов рода Penicilliums spp. В сочетании с грибами рода Trichoderma они свидетельствуют о высокой супрессивности почвы, а в настоящем анализе — о ее полном отсутствии.

Таким образом, проведенные микологические исследования показали, что независимо от предшествующей культуры почвы в посевах озимой пшеницы в сильной степени инфицированы видами фузариозной инфекции. Выделение грибов рода Penicilliums spp. при полном отсутствии видов рода Trichoderma свидетельствует о низкой супрессивности почвы.

Примечание:
+ - плотность популяции от 1 до 25%;
++ - плотность популяции от 26 до 50%;
+++ - плотность популяции более 50%.

«Защита растений» №8, 2006 год