Излагая результат проделанной работы, мы должны отметить ее значение с принципиальной точки зрения.
Нам кажется, что состояние почвы вполне мыслимо учесть микробиологическими методами исследования. Более того, можно надеяться, что во многих случаях биологический индикатор даст возможность вскрыть моменты, не учитываемые химическими или физико-химическими приемами исследования. На самом деле живой организм весьма тонко учитывает изменения окружающей среды.
Неоднократно отмечавшаяся мысль о необходимости разработки диагностики текущего состояния почвы с помощью микробиологических методов исследования заслуживает самого пристального внимания.
Вопросу окультуривания почвы, ввиду его большого народнохозяйственного значения, акад. Вильямс уделял исключительно большое внимание. Францессон (1934) поставил на разрешение ряд вопросов, связанных с данной проблемой.
Окультуривание почвы связывается не только с изменением ее морфологических признаков, но и оказывает сильное влияние на ее основные агрономические показатели. Из данных Францессона становится очевидным, что без учета окультуренности почв не может быть дана достаточно точная агрохимическая характеристика почвенных разностей пахотных почв.
Однако изменение химических свойств почв под влиянием окультуривания, соответствующим образом сказываясь на их физических свойствах и структуре, должно сильно влиять и на состав микробиологического населения почвы. Приходится сознаться, что этот вопрос — вопрос о связи характера микрофлоры почвы со степенью ее окультуренности — очень слабо освещен в литературе. Совершенно очевидно, что при воздействии человека на почву состав ее микронаселения меняется, но характер этого изменения почти не изучен.
Францессон в классификации культурных вариантов почвенных разностей делит земельные участки на четыре группы, вполне характерные для подзолистой и черноземной зон.
1. Целинные почвы, старые перелоги и вновь освоенные почвы.
2. Слабо окультуренные и выпаханные некультурные, т. е. слабо унавоженные почвы.
3. Средне окультуренные, т. е. средне унавоженные почвы, залегающие на участках, систематически удобрявшихся полевыми нормами навоза.
4. Сильно окультуренные, т. е. сильно унавоженные почвы, залегающие на усадебных участках, старых конопляниках или огородах, где навоз применяется очень часто и в больших количествах.
Из приведенного совершенно очевидно, насколько важно учесть степень унавоженности почвы для определения ее окультуренности. Во многих случаях, но не всегда, это удается сделать химическими методами. В то же время нам казалось, что гораздо целесообразнее при учете степени унавоженности исходить из микробиологического метода. Он может дать, по сравнению с химическим, более дешевый и быстрее выполняемый анализ.
Говоря о классификации степени окультуренности почв, предложенной Францессоном, следует отметить, что можно получить высокоплодородную почву без применения навоза. Однако практически окультуривание всегда связывается с унавоживанием.
В нашем исследовании были проанализированы на содержание термофилов образцы почв, отличавшиеся по степени окультуренности. Анализу были подвергнуты образцы разнообразных почв; большинство полученных данных приводится в настоящей работе.
Количественный учет термофильных микроорганизмов производился методом разливок на чашках Петри. Засев производился на М. П. А., и чашки выдерживались при 60° около 24 часов.
Анализируя полученные материалы, мы прежде всего остановимся на почвах Соликамской опытной станции, расположенной на супесчаных подзолах. Пользуясь содействием директора станции Прокошева, мы в течение вегетационного периода (1945 г.) анализировали почвы с делянок, получавших 15 лет подряд однообразный набор удобрений. Помимо прочих исследований, в данных почвах устанавливалось количество термофильных микробов.
Приведенный материал вполне подтверждает ранее отмечавшееся положение. Мы видим, что лишь удобренные навозом делянки богаты термофильными микроорганизмами.
В течение вегетационного периода число термофильных микроорганизмов несколько колебалось, но порядок получаемых величин сохранился примерно тождественным. О причинах, могущих обусловить динамику термофильной микрофлоры, мы говорили уже выше.
Подзолистые почвы были анализированы и под Москвой при исследовании оподзоленного суглинка Грибовской селекционной станции. В данном случае окультуривание (унавоживание) также резко сказалось на составе термофильной микрофлоры почвы.
Чем сильнее была унавожена пашня, тем больше термофилов было в ее почве. По мере окультуривания постепенно обогащается этими микроорганизмами не только пахотный, но и подпахотный горизонт. Это определенно указывает на то, что термофилы вымываются дождевыми водами из верхних слоев почвы в нижние, но данный процесс идет, по всей видимости, очень медленно, так как в довольно сильно удобренных навозом средне окультуренных почвах основная масса термофилов задерживается в пахотном горизонте. В давно окультуренных усадебных почвах процесс вымывания термофилов, естественно, заходит дальше.
По существу, аналогичное заключение можно сделать из анализа данных относящихся к почвам Института картофельного хозяйства (с. Коренево под Москвой), расположенного в зоне песчаных почв, а также к суглинистым почвам селекционного хозяйства «Красный маяк» (под Москвой). Здесь целинные почвы крайне бедны термофилами; число их значительно возрастает по мере окультуривания почв, т. е. внесения навоза.
Проведенная работа показывает, что в отдельных случаях целинные и не удобренные навозом почвы содержат несколько различное число термофильных микроорганизмов. Так, например, в целинной почве Коренева было обнаружено 1.7 тыс. термофилов, а в аналогичной почве «Красного маяка» — лишь 0.05 тыс. (на 1 г почвы). Правда, обе цифры невелики, но не тождественны. По нашему мнению, отмеченное различие объясняется тем, что на разных территориях неодинаково сочетание случайных причин, вызывающих загрязнение почвы термофильными микроорганизмами. К подобным причинам мы относим заход скота на поле, загрязнение со стороны соседних удобренных навозом делянок и т. д. В частности, можно отметить, что на кореневских супесчаных почвах навоз значительно чаще используется во всей округе, чем на Долгопрудном опытном поле. Отчасти уже это облегчает занос термофилов в любую расположенную на данной территории почву.
При исследовании почв опытного поля Тимирязевской сельскохозяйственной академии (Москва) были выбраны делянки, не удобрявшиеся навозом последние 12—15 лет, и делянки, систематически удобрявшиеся различными нормами навоза. Аналогичный же подбор почв был взят из Института коноплеводческого хозяйства (Глухов).
В неудобрявшихся почвах Тимирязевской академии обнаружено столько термофилов, сколько и в средне окультуренных почвах. Даже в подпахотном горизонте этих почв содержалось явно повышенное число термофильных микроорганизмов. Все это определенно указывает на то, что когда-то эти почвы удобрялись навозом.
Все почвы, взятые из Глухова и систематически удобрявшиеся навозом, были значительно богаче термофилами контрольных образцов; здесь была обнаружена также полная зависимость от степени унавоживания.
Данные по упомянутым анализам не приводятся, так как они принципиально ничего нового не дают.
Нами были исследованы также некоторые черноземные почвы. Прежде всего остановимся на материале, полученном при анализе почв окрестностей Глазуновки. Здесь в общем находим подтверждение выводов, полученных раньше. Так, в лесной почве содержится весьма мало термофилов, причем более загрязнен поверхностный слой ее. Слабо окультуренная почва значительно богаче термофилами, а в коноплянике их число уже достаточно велико.
На примере двух последних почв чрезвычайно наглядно вырисовывается проникновение термофильных микроорганизмов из верхних слоев в нижние.
Из других черноземов в нашем распоряжении были почвы Мироновской опытной станции. Они отличались по системе удобрений за несколько последних лет, но по их истории должны быть отнесены к средне окультуренным почвам. В полном соответствии с этим находится и содержание в них термофилов. Навозное удобрение значительно повысило интересующую нас категорию микронаселения, но на почвах, не удобрявшихся последнее время, их число было вполне осязаемо. Это отражает историю поля и показывает, что оно когда-то подвергалось унавоживанию.
Из серых лесных почв в вашем распоряжении имелись почвы окрестностей Винницы.
Зависимость богатства почвы термофилами от унавоживания проявляется и здесь довольно ясно. Некоторого разбора, однако, требуют цифры, относящиеся к слабо окультуренной почве. Цифры нашего анализа несколько высоки, особенно для горизонта 15—20 см. Это, по нашему мнению, результат того, что в прошлом данное поле значительно сильнее унавоживалось, чем в настоящее время. Как мы покажем дальше, для почв, получавших навозное удобрение в прошлом, особенно характерно распределение термофилов по слоям. В таком случае более глубокие почвенные слои почти так же богаты термофилами, как и пахотный горизонт. В почвах, подвергавшихся навозному удобрению в течение лишь нескольких лет до взятия пробы, термофилы сосредоточиваются почти исключительно в пахотном горизонте. Это обстоятельство объясняется постепенным проникновением термофилов вглубь.
Мы считаем лишним приводить здесь цифры по другим почвам. Все они, без исключения, дают весьма согласованные показатели.
Термофильные микроорганизмы, внесенные в почву, сохраняются там весьма долго. В силу этого они могут быть использованы для суждения об окультуренности почвы в прошлом. Подобного рода случай имел место в нашем исследовании. Так, при работе с почвами Мироновской станции один образец считался не удобрявшимся навозом. Вместе с тем агрохимическая характеристика данной почвы указывала на известную степень ее окультуренности. Анализ обнаружил в 1 г пахотного слоя этой почвы около 70000 термофилов; другими словами, эта почва по существу должна быть отнесена к средне окультуренным. Однако ее унавоживание происходило несколько лет назад, и это обстоятельство было забыто.
При проведении работы мы располагали почвами, удобрявшимися навозом 15—20 лет назад. Они были достаточно богаты термофилами, что указывало на прошлую окультуренность почвы. Отсюда как будто вытекает естественный вывод, что при установлении окультуренности по термофилам нужно учитывать давность внесения навоза. Найти подобного рода микробиологические показатели можно. Однако и более углубленный подход к анализу распределения термофилов в толще почвенного слоя сам по себе говорит очень многое. Мы уже отмечали, что термофильные бактерии постепенно проникают в более глубокие слои почвы. Поэтому, если почва перестает удобряться навозом, то происходит постепенное нивелирование их количества в пахотном и подпахотном слоях, в отличие от обычного положения, при котором верхний слой почвы гораздо богаче ими. Мыслим даже такой случай, что более глубокие слои почвы окажутся значительно богаче термофилами, чем верхние. Приводим анализ почв, не удобрявшихся около 15—20 лет и до этого находившихся в состоянии, относимом нами к средне окультуренному. Для сравнения здесь же приводим данные, характерные для типа взятых нами почв.
Цифры таблицы наглядно подтверждают, что изучение соотношения термофилов в отдельных слоях почвы может разрешить вопрос о давности и о длительности окультуривания почвы. Однако имеющийся у нас материал недостаточен, и делать какие-либо более достоверные выводы мы пока не можем. Заранее все же можно утверждать, что тип почвы, ее фильтрующая способность и климатические условия здесь будут оказывать чрезвычайно резкое влияние. На самом деле видна более легкая вымываемость термофилов в почве Винницкой опытной станции. В данной почве, не бывшей под культурой 15 лет, подпахотный слой стал богаче термофилами, чем пахотный. В почве Тимирязевской сельскохозяйственнной академии, не удобрявшейся навозом 15 лет, в подпахотном горизонте число термофилов достигло лишь 31.1% от их числа в верхнем слое почв.
Распределяя по степени окультуренности почвы, о которых сообщалось выше (а также почвы, анализы которых вообще не разбирались), мы получаем данные, которые наглядно показывают, что в весьма различных и весьма друг от друга отдаленных почвенно-климатических зонах содержание термофильных микроорганизмов в почвах всецело зависит от степени унавоженности почвы. Целинные почвы везде чрезвычайно бедны термофилами, с повышением же степени окультуренности, что обычно связывается с унавоженностью, число термофилов в пахотном горизонте систематически повышается.
Следует отметить, что целинные почвы юга нисколько не богаче термофилами неокультуренных почв севера. Так как на юге, как правило, Навоз используется в меньших количествах, то это сказывается на характере термофильной микрофлоры. Например, культурные сероземы содержат меньше термофилов, чем аналогичные почвы Крайнего Севера.
За период, истекший с момента выполнения наших исследований по распространению термофильных микроорганизмов в почвах, было опубликовано несколько работ, вполне подтверждающих наши выводы. Сюда мы относим исследование почв Игарки и ее окрестностей, выполненное Пушкинской.
К аналогичному заключению пришли и другие работники. Так, например, Дадыкин (1941) произвел анализ почв Крайнего Севера (Хибины); некоторые из них при возделывании получали до 100 т органических удобрений на га в виде торфонавозного или торфо-фекального компоста.
В качестве объектов исследования были взяты при смежных и генетически однородных участка железисто-иллювиального подзола с различной хозяйственной историей.
Первый участок, освоенный за 13 лет до момента анализа, в течение первых лет получал 40—50 т навоза на га. Все последующие годы вносили 80—120 т/га торфо-фекального компоста. За все время участок лишь два года не получал органического удобрения. Помимо органического удобрения, участок ежегодно удобряли также минеральными солями.
Второй участок был освоен за три года до проведения работы, он получил три раза по 70—80 т/га органического удобрения. Кроме того, ежегодно в него вносились также минеральные удобрения.
Третий участок представлял собой целину.
Агрохимический анализ показал заметные сдвиги в положительную сторону основных показателей у окультуренных почв. Почва обогатилась гумусом, азотом, фосфором и калием. Отношение С : N сблизилось до 15.5 против 20.5, т. е. стало близким к обычному отношению, характерному для старопахотных почв подзолистой зоны.
При высеве данных образцов почв на М. П. А. и при выдерживании посева при 55—60° было обнаружено следующее число бактерий.
По мере окультуривания почвы в ней увеличивается число термофильных микроорганизмов. Однако в легких по механическому составу почвах Хибин термофилы более быстро проникают в подпахотный горизонт, чем это отмечается в подзолах и черноземах.
Ваксман, Умбрейт и Кордон изучали термофилы в почвах Нью-Джерсейской опытной станции, различно удобрявшихся в течение последних 30 лет. Как видно из нижеприведенных данных, почвы, получавшие навоз, содержат значительно больше термофильных бактерий, чем не имевшие подобного удобрения.
В течение года термофильные микроорганизмы, по данным Ваксмана, показывают довольно существенные изменения в числе. Это относится как к теплолюбивым бактериям, так и к актиномицетам. При увеличении числа актиномицетов, что обычно отмечается в теплое время года, нередко уменьшается число бактерий. Не исключена возможность, что подобный результат является итогом антагонизма, проявляющегося на засеянных средах, и не отвечает положению в природе.
Не трудно установить, что вывод Ваксмана отличается от нашего. Раньше уже указывалось, что мы не устанавливали столь существенной динамики числа термофилов. Отмечаемое разногласие оказывается, однако, мнимым, если проанализировать методику работы Ваксмана и его сотрудников. Оказывается, что они проращивали посев на чашках Петри при 50°, т. е. при температуре, которая позволяет развиваться весьма многим мезофилам. Таким образом, в исследованиях Ваксмана учитывалась значительно более обширная группа микроорганизмов.
На основании проделанной работы у Ваксмана сложилось впечатление, что известная часть термофильных бактерий, внесенных с органическими удобрениями, отмирает. Это вполне вероятно для случаев, связанных с внесением в почву вегетативных клеток; разбирая вопросы компостирования, мы отмечаем, что аналогичная картина наблюдается в созревших компостах и навозе.