Факультет

Студентам

Посетителям

Использование водорослей для удобрения почвы

Инокуляция почвы водорослями, выращенными вне ее, получила название альгализации.

После того как Де обратил внимание на роль синезеленых в поддержании плодородия рисовых полей, в Индии и Японии развернулись экспериментальные исследования размеров накопления азота водорослями и их влияния на урожай риса.

Опыты по инокуляции почвы азотфиксирующими водорослями, начатые Ватанабе с сотрудниками, установили, что водоросли улучшают рост растений риса. В вегетационном опыте под влиянием внесения водоросли Tolypothrix tenuis длина листьев риса увеличилась на 17%, а число колосков — на 30%. Прибавка урожая в поле на хорошо дренированной почве составила 15% (4.5 ц/га), а на плохо дренированной — 25% (5.3 ц/га).

В течение 1954—1956 гг. Ватанабе организовал широкую проверку эффективности Tolypothrix tenuis на рисовых полях. Было проведено около 40 опытов на 9 опытных станциях и в 3 университетах в разных частях Японии. Водоросль выращивалась в массовой культуре с урожаем 6.4 г сухого вещества водорослей на 1 м2 за день. Засев воды рисовых полей проводили как живыми водорослями в дозе 1—5 кг сухого веса на акр, так и соответствующей массой водорослей, убитых кипячением. Полевые опыты проведены двумя способами: в лизиметрах («вкопанных цилиндрах» 2/3 м в диаметре и 2/3 м длины с поднятым на 18 см над поверхностью поля краем) и на мелких делянках площадью 6.6—20.7 м2, разделенных гребнями из почвы или бетона. Повторность 6—8-кратная. Эффективность инокуляции оказалась очень разной. В одних районах альгализация не дала прибавки урожая, — инокулировашще водоросли, по словам Ватанабе, не прижились по еще не известным причинам. В среднем по 9 опытным станциям прибавка урожая риса составила: в первый год — 2%, на второй — 8%, на третий — 15.1%, на четвертый — 19.5%, на пятый — 10.6% (Ватанабе, 1966). В других опытах получена более существенная прибавка урожая. Хосода и Таката пришли к заключению, что эффективность инокуляции культурой Tolypothrix tenuis была равнозначна внесению 71.8 кг/га сульфата аммония. Содержание азота в соломе и рисе возросло, соответственно, на 10.9 и 3.2%.

Некоторые исследователи одновременно определяли плодородие почвы по величине аммонификации и нашли, что азотное плодородие почвы на инокулированных участках было всегда выше.

Азотфиксация Tolypothrix tenuis в полевых условиях подтверждена опытами с N15, проведенными Нишнгаки; показано, что водоросли фиксируют около 22.5 кг/га азота и примерно 4.8 кг азота на гектар уносится с поля с урожаем.

При долголетних опытах, проводимых на одном месте, эффект альгализации возрастает, как это отмечено Ватанабе в опытах ряда экспериментальных станций. Подобное явление наблюдали Де и Сулейман. Они провели 5-летний вегетационный опыт по изучению влияния водорослей на урожай риса. Водоросли не вносились искусственно, но при инкубировании почвы на свету в увлажненном состоянии интенсивно развивались автохтонные водоросли. В течение первых двух лет урожай риса в присутствии и в отсутствие водорослей мало различался. Но затем урожай в присутствии водорослей стал повышаться, достигнув на пятый год 9.43 г зерна на сосуд, а урожай на почве, защищенной от света и лишенной водорослей, снижался как по сравнению с исходным, так и по сравнению с урожаем в присутствии водорослей, и составил 3.54 г зерна на сосуд. Соответственно авторы отметили увеличение содержания азота в почве с водорослями на 3—4%.

В 1965 г. в Индии проведены опыты по использованию Aulosira fertilissima для удобрения риса. В вегетационных и мелкоделяночных полевых опытах перед посадкой рисовой рассады вносилась измельченная масса водоросли, смешанная с толченой известью и содержащая множество спор. На инокулированных делянках отмечено очень резкое повышение урожая.

Сингх провел опыты по удобрению водорослями и других культур, причем в некоторых из них он использовал планктонные синезеленые водоросли, вызывающие «цветение» воды.

Испытания водорослей в качестве «живого удобрения» широко проводятся в Японии, Индии.

В вегетационных и полевых опытах установлено положительное влияние водорослей на рост риса за счет азотфиксации, которая иногда равноценна эффективности аммиачного азота, примененного в обычных дозах. В последнее время развернулись исследования азотфиксирующих водорослей в Италии. Разработаны методы культуры (Nostoc punctiforme и Anabaena cylindrica), которая обеспечивает урожай водорослей в 7—8 г сухой массы на 1 м2 в сутки. В полевых мелкоделяночных опытах внесение A. cylindrica повысило урожай риса. Авторы считают, что эта водоросль оказывает благоприятное влияние на рост молодых растений риса и их азотное питание. Трехлетние опыты привели к заключению, что инокулируемые синезеленые водоросли повышают содержание азота в почве и в урожае и что метаболическая активность водорослей имеет большое значение для поддержания микробиологического круговорота веществ в почвах, временно затопляемых. Имеются указания на опыты по применению азотфиксирующих водорослей и в Египте. Иногда опыты по альгализации дают настолько эффектные результаты, что Венкатараман называет водоросли удобрением будущего («fertilisers of future»).

Однако наряду с положительными получаются и отрицательные результаты. Поэтому Мицуи, давая обзор опытов, приходит к заключению, что он не может пока решить, выгодна альгализация экономически или нет.

Эффект альгализации зависит от удобрения и повышается при одновременном внесении кальция и фосфора. В опытах Субраманиана влияние водорослей резко повышалось при одновременном внесении извести, суперфосфата и молибдата натрия. Так, в полевом опыте водоросли дали прибавку урожая 14.2%, водоросли вместе с известью — 20.3%, а совместное внесение водорослей, извести, суперфосфата и молибдата натрия — 75.8%. Точно так же повысилась эффективность альгализации в сочетании с некоторыми методами частичной стерилизации почвы.

Влияние водорослей на урожай риса рассматривается как многообразное. Помимо азотфиксирующей активности могут иметь значение другие стороны жизнедеятельности водорослей. Гупта считает, что наряду с азотфиксацией действует выделение водорослями стимулирующих рост веществ. Чаудхури рассматривает влияние водорослей как непрямое, осуществляемое через стимуляцию азотфиксирующих бактерий. В ряде случаев водоросли повышают использование удобрений. Так, в опыте Субраманиана эффект от внесения мочевины в почву или в виде внекорневой подкормки резко повысился при одновременной альгализации. Возможно, это связано со способностью синезеленых водорослей быстро усваивать мочевину и накапливать за счет ее азотфиксирующую массу.

Индийский исследователь Дхар, разрабатывающий гипотезу о фотохимической азотфиксации в процессе медленного окисления углеродсодержащих веществ в почве, выяснил относительную роль водорослей и накоплении азота в среде. Результаты опытов привели авторов к заключению, что испытанные водоросли Anabaena nauiculoides и Tolypothrix tenuis фиксируют азот в значительно меньших количествах, чем фиксирует органическое вещество почвы. Однако в присутствии Anabaena количество азота, фиксированного на грамм окисленного углерода, было выше, чем в присутствии Chlorella pyrenoidosa или в неинокулированной почве. Вместе с тем внесение водорослей снизило потери азота удобрений, возникающие в результате процессов окисления.

Перспективы использования синезеленых водорослей в качестве живого удобрения рисовых полей бесспорны. Необходима разработка методов выращивания водорослей, инокуляции и обеспечения приживаемости инокулята на рисовых полях. Разработаны некоторые экспериментальные и полупроизводственные приемы массового культивирования водорослей для альгализации рисовых полей. В качестве мероприятий для успешного инокулирования водорослей Ватанабе предлагает следующее:

  1. рассеивание известкового порошка на водной поверхности рисовых полей до посадки риса, что позволит снизить кислотность воды и благоприятно отразится на водорослях;
  2. применение фосфатных удобрений и соответствующих количеств молибдата;
  3. соответствующее применение пестицидов для борьбы с дафниями и простейшими, поедающими вносимые водоросли.

В СССР проведены эксперименты, выясняющие влияние водорослей (не только синезеленых, но и зеленых) на плодородие дерново-подзолистых почв и урожай растений на них. Выяснилось, что и в условиях умеренной зоны и в неполивном земледелии водоросли оказывают благоприятное действие на урожай. Это действие проявляется, по-видимому, в основном через стимуляцию полезной микрофлоры.

В многочисленных опытах внесения водорослей в дерново-подзолистую почву мы наблюдали стимулирующее действие водорослей на развитие азотфиксирующих бактерий. Исходя из известных данных о симбиозе почвенных водорослей с азотфиксирующими и олигонитрофильными бактериями, первоначально мы пытались использовать водоросли для повышения эффективности азотобактерина, который в условиях кислых дерново-подзолистых почв дает неустойчивые результаты. С этой целью водоросли, выращенные в водной культуре, в виде взвеси вносились в почву. В вегетационных опытах водоросли прямо смешивались с почвой; в некоторых вариантах добавлялась взвесь клеток азотобактера Azotobacter chroococcum штамм 33, выделенный Л. А. Юнг из дерново-подзолистой почвы Кировской обл.). В полевых опытах взвесь водорослей вносилась в торфяной азотобактерин, смешиваемый при посеве с семенами. Доза водорослей — от 130 до 180 г сухой массы на обычную дозу азотобактерина — 3 кг/га. Почва во всех случаях среднеокультуренная дерновосреднеподзолистая с pH солевой вытяжки 5.0—5.4 и лишь в одном опыте дерново-карбонатная с pH 7.0. В вегетационных опытах в почву вносились минеральные удобрения (фосфор, калий и иногда азот) и известь; полевые опыты проводились на фоне правильной системы обработки почвы и полного минерального удобрения N20P60K60. Повторность в вегетационных опытах 4—5-кратная, в полевых 4-кратная. Опытными растениями в вегетационных опытах были овес, рожь, ячмень и горох, в полевых — ячмень, кукуруза и рожь. Для инокуляции использованы главным образом синезеленые водоросли, но испытаны и некоторые зеленые, например виды Hormidium и Chlorella. В большинстве вегетационных опытов внесение водорослей дало достоверную прибавку урожая. Примером может служить опыт 1964 г., где сравнивалась эффективность разных штаммов Nostoc muscorum. В этом опыте подтвердилось предположение о возможности выделения более активных штаммов. Статистически достоверная прибавка урожая получена в вариантах с внесением «южных» штаммов 3 и 5, где вес зерна увеличился на 20—21% по сравнению с контролем. Анализ структуры урожая показал, что прибавка связана с увеличением высоты растений, числа стеблей, длины колоса и числа зерен в колосе.

В многочисленных вегетационных опытах были испытаны разные виды водорослей. Однако не все вегетационные опыты дали положительный результат, но совместное внесение водорослей и азотобактерина неизменно обеспечивало достоверные прибавки? Можно отметить, что наши цифры прибавок урожая ячменя очень сходны с некоторыми данными о повышении урожая риса под влиянием водорослей.

В полевых опытах с яровыми культурами внесение водорослей было, как правило, неэффективным, и только в одном опыте из четырех получена достоверная прибавка зеленой массы кукурузы. Более надежные результаты давало совместное применение азотобактерина и водорослей. В этом варианте отмечены максимальные показатели по всем элементам структуры урожая (всхожесть семян, полнота травостоя, большая высота растений, более крупный колос и т. п.). В опыте 1963 г. бактеризация семян азотобактерином с водорослями (как и одним азотобактерином) снизила пораженность ячменя пыльной головней с 2.54% в контроле до 0.1—0.16% в опыте.

По-видимому, более эффективным может быть внесение водорослей под озимые культуры; в этом случае инокулят попадает в более влажную почву. В полевом опыте Перминова (19676) получила прибавку урожая от инокуляции смеси синезеленых водорослей 11.9%, а от совместной инокуляции водорослей и азотобактерина — 19.4%.

Альгализация как метод практического использования водорослей имеет еще много нерешенных вопросов, и преждевременно делать какие — либо выводы и практические рекомендации. Говоря об альгализации, надо иметь в виду применение лишь живого удобрения, живых культур, которые хотя бы временно остаются живыми в почве и оказывают влияние на почву или непосредственно на растение своей жизнедеятельностью. Общеизвестное же использование водорослевых масс, собранных в водоемах и разлагающихся при внесении в почву, принципиально не отличается от любого другого зеленого удобрения и может быть названо сидерацией, но не альгализацией. Основная практическая разница между альгализацией и сидерацией состоит в количестве вносимых водорослей: в первом случае оно измеряется килограммами на гектар, во втором — центнерами и тоннами на гектар.

В последнее время изучается возможность использования массы водорослей, вызывающих «цветение воды». В Индии с успехом применялись водоросли, собранные в водоемах, для удобрения сахарного тростника. В СССР такие работы начаты в Киевском университете. В днепровских водохранилищах собраны водоросли, вызывающие «цветение» воды (главным образом Microcystis aeruginosa), и внесены в количестве 2.5—5 т/га. Даже такая значительная масса не всегда давала эффект, в частности не повлияла на урожайность пшеницы. В описанных выше опытах на дерново-подзолистых почвах ощутимый эффект альгализации семян получался при внесении 130 г/га в полевых опытах, а в вегетационных опытах — от 10 до 100 мг сухой массы водорослей на 1 кг почвы, чаще всего 10—40 мг. Правда, значение количества инокулята пока не научалось.

В связи с обсуждением перспектив альгализации возникают разнообразные задачи дальнейших исследований этой проблемы. Необходимы широкие изыскания по отбору и выделению штаммов, более активных по азотфиксации и способных приживаться и размножаться в полевых условиях. Исследования Третьяковой показали возможность найти такие активные штаммы.

Способность водорослей, выращенных в водных культурах, приживаться в почве, зависит от многих условий, в частности от влажности почвы и внесенных удобрений. Nostoc punctiforme, внесенный в дерново- подзолистую почву, удобренную NPK, сохранялся к концу опыта в количестве 30% от исходного, в неудобренной почве его оставалось только 10%. В последующих опытах выяснилось, что при равной дозе инокулята конечное содержание азотфиксирующих водорослей колебалось от 2 до 1645 тыс. клеток в 1 г почвы. В полевых условиях, при неустойчивой влажности, внесенные водоросли сохранялись значительно хуже, чем в вегетационных сосудах, поэтому и эффект от внесения водорослей в полевых опытах был неустойчивым. При анализе ризосферной почвы в полевых опытах отмечалось, что внесенные водоросли в ризосфере сохраняются лучше, чем в почве вне зоны корней. Очевидно, следует более подробно изучить условия приживаемости и активности различных видов водорослей в разных почвах. Необходимо также исследовать совместное применение различных видов азотфиксирующих водорослей и одновременное применение водорослей и бактериальных препаратов — азотобактерина и нитрагина.

Привлекает внимание использование симбиотических систем синезеленых водорослей с другими растениями, в частности с водным папоротником азоллой (Azolla pinnata и A. caroliana). Этот папоротник используют во Вьетнаме для удобрения рисовых полей и получают во многих случаях значительный эффект. Считают, что, употребляя эндофитную водоросль Nostoc из Trifolium alexandrinum, можно осуществить постепенную интродукцию водоросли через корневые остатки в почву.

Для альгализации до сих пор испытывались почти исключительно синезеленые. Между тем не исключено, что использование некоторых зеленых водорослей, менее прихотливых, быстрее растущих и лучше изученных, чем синезеленые, тоже даст эффект — через стимуляцию деятельности ряда гетеротрофных микроорганизмов, в том числе азотфиксаторов. Есть факты, указывающие на то, что зеленые водоросли, особенно в сочетании с азотобактером, давали такой же эффект, что и синезеленые.

Необходимо выяснить, на каких почвах, под какие культуры, при каких способах агротехники альгализация может быть эффективным приемом дополнительного повышения урожая. Соответственно, в разных районах должны быть разработаны экономичные способы культивирования водорослей в больших масштабах, методы их длительного хранения и приемы внесения в почву. Надо иметь в виду, что водорослевое удобрение не может заменить минеральное. Как и применение других микробных препаратов, альгализация может рассматриваться лишь как дополнительный прием повышения урожая, основанный не только на получении дополнительного азота, но и на стимулирующем действии водорослей. Поэтому можно предполагать, что наибольший эффект альгализация даст на хорошо окультуренных почвах с высоким агрофоном, как это отмечено, в частности, для азотобактера.

Ватанабе считает, что инокуляция водорослей будет эффективной лишь на рисовых полях с низким плодородием, поскольку азотфиксация подавляется соединениями азота. Видимо, этот вывод требует уточнения. Таха рассматривает Calothrix elenkinii, не усваивающий нитратов, как хороший объект для инокуляции полей, удобряемых нитратами.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: