При внесении в карбонатные черноземы нитрата аммония в течение второй недели происходят существенные изменения в численности и составе почвенной микрофлоры.
Увеличивается численность бактерий, основным источником питания которых служит минеральный азот, и незначительно аммонифицирующих, а также в некоторой степени увеличивается количество актиномицетов, т. е. при внесении удобрений в виде аммиачной селитры в карбонатном черноземе в основном увеличивается численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота и активно включающих его в клетки своего организма (биологическая иммобилизация). При внесении карбамида в таких же дозах, как аммиачной селитры, наблюдаются аналогичные изменения: значительно возрастает численность популяций, использующих для развития минеральный азот.
В черноземах при внесении фосфора на фоне азотных удобрений незначительно снижается численность аспорогенных аммонифицирующих бактерий, т. е. происходит некоторое торможение минерализации лекгоразлагающихся органических веществ.
В заключение можно отметить, что на карбонатных черноземах раздельное внесение карбамида и аммиачной селитры приводит лишь к незначительному увеличению численности микрофлоры, участвующей в процессах минерализации, и к сильному росту микрофлоры, совершающей биологическую иммобилизацию на фоне фосфора. Азотные удобрения не влияют или слабо подавляют минерализацию азотсодержащих органических форм, но усиливают процессы иммобилизации. Различия в действии указанных двух видов удобрений на содержание в почве усвояемых азотистых питательных веществ отмечаются в основном сразу же после их внесения, когда накапливается аммиачный азот. Однако в связи с быстрой нитрификацией карбамида эти различия исчезают через 2—3 недели после его внесения.
Важное значение имеет не численность микроорганизмов, а количество микробной биомассы. Установлено, что основная часть микробной биомассы в почве состоит из бактерий. Биомасса, образованная из актиномицетов, грибов, водорослей, играет большую роль в процессах, протекающих в почве, однако методы ее определения сложны и пока не разработаны. Количество почвенной биомассы характеризует массу питательных веществ, которые могут поступить в почву после завершения процесса минерализации. В почве биомасса разлагается наиболее быстро и полно. Данные о количестве микробной биомассы в почве весьма приблизительны, поскольку они относятся лишь к бактериальной массе, тогда как в определенных условиях часто происходит увеличение биомассы за счет грибов (в кислых почвах), водорослей (при переувлажнении) и т. д. Эти данные дают лишь определенное представление об участии питательных веществ биомассы в развитии растений.
В карбонатном неудобренном черноземе содержится в среднем 2400 кг/га свежей и 480 кг/га сухой бактериальной массы. При внесении только азотных удобрений количество бактериальной массы существенно не меняется, а при совместном применении азота и фосфора повышается численность бактерий, участвующих в иммобилизации усвояемого азота, и, следовательно, возрастает бактериальная биомасса. Резкое повышение ее количества при внесении удобрений отмечается в тех случаях, когда почва обладает достаточными запасами органического вещества от предшествующей культуры — пожнивных остатков злаковых, бобовых и др. Аммиачная селитра или карбамид, внесенные в почву с остатками зерновых культур (солома), не влияют на объем бактериальной массы. На удобренных площадях общее количество бактериальной массы примерно в два раза больше, чем на неудобренных участках. Особенно резко (более чем в 5 раз) возрастает ее количество при внесении минеральных удобрений на полях, где предшествующей культурой были бобовые растения. Следовательно, злаковые и особенно бобовые предшественники, после которых остается большое количество корневых и стерневых остатков, способствуют увеличению количества бактериальной массы при внесении удобрений. Увеличение количества бактериальной биомассы, вероятно, происходит также при внесении азотной подкормки в течение вегетации культур, когда в почву поступают корневые выделения. Количество азота, высвобождающегося при минерализации бактериальной массы за период вегетации в почвах без удобрений, достигает 34 кг/га, при применении минеральных удобрений (N, Р) — 33—48 кг/га и при внесении удобрений и запашке пожнивных остатков предшественников — 92-99 кг/га. Приведенные данные показывают, что на формирование урожаев существенное влияние оказывает так называемый азот почвы, который, в сущности, состоит из азота микробной биомассы. По данным Динчева, приблизительно такое же количество азота растения извлекают ежегодно из почвы — этим подтверждается предположение, что «почвенный азот» в основном представлен азотом микробной биомассы. На основании результатов опытов с применением меченого N15 была объяснена низкая эффективность азотных удобрений на черноземах, где в формировании урожая большое участие принимает «почвенный (биологический) азот». В сущности, значительную часть почвенного азота составляет использованный микроорганизмами азот удобрений, который в течение периода вегетации или на следующий год становится доступным для растений.
Результаты исследования интенсивности процесса минерализации микробной биомассы показали, что в течение 3 месяцев после внесения удобрений при оптимальной влажности и температуре минерализуется значительная часть органического азота микробной биомассы, способного затем принимать участие в формировании урожая. Это возможно после бобовых предшественников, после которых в почве сохраняется большое количество бактериальной массы, подвергающейся быстрой минерализации.
В карбонатных черноземах следующее количество фосфора, поступающего с бактериальной биомассой в течение периода вегетации возделываемых культур: минимальное (8 кг/га) — при внесении удобрений и отсутствие органических остатков; среднее (18 кг/га) — при внесении удобрений после зерновых культур и максимальное (61 кг/га) — при внесении удобрений после бобовых предшественников. По данным Динчева (1974), с пшеницей ежегодно выносится 56 кг/га Р2O5.
Количество доступного для растений калия, получаемого после минерализации бактериальной биомассы, в карбонатных черноземах составляет: при внесении удобрений, но без растительных остатков в почве — 4 кг/га; при внесении удобрений после зерновых культур — 15 кг/га, при удобрении и наличии растительного материала, богатого азотом, — 32 кг/га. С урожаем пшеницы из почв, по данным Милчева, выносится 100 кг/га калия.
Приведенные выше данные свидетельствуют о важном значении микрофлоры как для плодородия карбонатных черноземов, так и для формирования высокого урожая, поскольку микроорганизмы участвуют в превращении внесенных удобрений, а отмершая биомасса — в питании растений. Удобрение карбонатных черноземов при наличии растительных остатков (корневых и пожнивных) сильно активизирует почвенную микрофлору. В процессе развития последняя включает в клетки азот удобрений (иммобилизует его) и постепенно в течение вегетационного периода в усвояемом для растений состоянии его выделяет. В почвах обычно азот включается в бактериальные клетки, которые легко минерализуются. В карбонатных черноземах с пожнивными остатками, богатыми азотом (бобовые предшественники), удобрения стимулируют высвобождение больших количеств азота из бактериальных клеток, причем эффективность удобрений возрастает при введении в севооборот бобовых культур. В черноземах бобовые культуры активизируют микрофлору, вызывая быструю минерализацию органических остатков, и способствуют увеличению микробной биомассы. В таких условиях возрастает значение запасов питательных веществ в почве для формирования урожая. Следовательно, важное значение имеет состав и количество органических веществ в почве до внесения минеральных удобрений. При наличии остатков предшественника, бедных азотом, бактериальные клетки поставляют небольшие количества усвояемых питательных веществ, поскольку образуемая бактериальная масса незначительна и процесс минерализации происходит медленно. При наличии богатых азотом органических веществ с биомассой в почву поступает больше питательных веществ.
На численности микроорганизмов и количестве биомассы отражаются также изменения в соотношении между азотом и фосфором в удобрении. При достаточной обеспеченности почв фосфором и внесении высоких азотных удобрений снижается численность аммонифицирующих микроорганизмов и актиномицетов, участвующих в процессах минерализации, что благоприятно сказывается на накоплении органического вещества в карбонатных черноземах.
Удобрение карбонатных черноземов влияет не только на жизнедеятельность микроорганизмов, но при этом вследствие деятельности микрофлоры в зависимости от доз и видов азотных и фосфорных удобрений увеличивается концентрация двуокиси углерода в почвенном воздухе. Сами азотные удобрения слабо влияют на данный показатель, но при внесении азота на фоне фосфора концентрация углерода увеличивается значительно (в 2,5 раза по сравнению с этой величиной на неудобренных площадях), т. е. фосфор оказывает благоприяное влияние на общую биологическую активность.
Применение удобрений сказывается на интенсивности процессов аммонификации и нитрификации в карбонатных черноземах. Через неделю после внесения минеральных удобрений вслед за увеличением содержания нитратов происходит некоторое снижение их количества, по-видимому, в результате иммобилизации или денитрификации. При внесении карбамида нитрификация почти полностью завершается на 30-й день. Положительно сказывается на нитрификации увеличение количества фосфора. В целом можно сказать, что в данных почвах процесс нитрификации идет очень быстро. Активно протекает биологическая иммобилизация усвояемого азота, в результате которой количество азота снижается. Свыше 30% внесенного азота удобрений включается в микробную массу и становится временно недоступным для растений.
После внесения удобрений в черноземных почвах увеличивается численность денитрифицирующих бактерий, в результате жизнедеятельности которых происходит потеря газообразного азота. При повышении влажности численность этих бактерий еще более возрастает, что приводит к увеличению потерь газообразного азота. Потери азота возрастают при внесении азотных удобрений и снижаются при применении повышенных доз фосфорных удобрений.
Удобрение карбонатных черноземов влияет на численность Az. chroococcut: в конце второй недели после внесения высоких доз азота она снижается, далее постепенно восстанавливаясь. Внесение высоких доз азотных удобрений вызывает кратковременное снижение О. pasteurianum. Следовательно, под действием аммиачной селитры или карбамида сокращается численность азотфйксирующих бактерий в карбонатных черноземах и усиливается поступление азота от биологической фиксации в течение примерно 20 дней после внесения азотных удобрений.
Таким образом, одностороннее применение аммиачной селитры или карбамида или даже в различных соотношениях с фосфором приводит к значительному нарушению биологического равновесия в карбонатных черноземах. Меняется численность и состав микроорганизмов, что отражается на интенсивности процессов минерализации органического вещества, аммонификации, нитрификации и др.
Аналогичные исследования были проведены на типичных и выщелоченных черноземах. Полученные данные показывают, что удобрения практически не оказывают влияния на микрофлору типичного чернозема. Не наблюдается различий и в интенсивности микробиологических процессов. Более существенные изменения происходят в выщелоченном черноземе, где удобрения оказывают сильное влияние на микрофлору, в сравнении с карбонатными черноземами изменения происходят не столько в численности, сколько в составе микрофлоры. В выщелоченных черноземах после внесения минеральных удобрений (особенно азотных) наиболее значительно увеличивается численность аммонифицирующих микроорганизмов, актиномицетов и т. д. Эти изменения дают основание считать, что происходит быстрое и существенное снижение содержания органического вещества. В этих почвах очень слабо выражена биологическая иммобилизация усвояемого азота, что необходимо учитывать при внесении удобрений после различных предшественников. Нитрификация карбамида в выщелоченных черноземах в течение одной-двух недель протекает замедленно. Влияние минеральных удобрений на микрофлору в черноземных почвах в общем бывает благоприятным, но имеет отрицательные последствия, проявляющиеся особенно при недостатке фосфора. Устранить их можно путем внесения повышенных доз азотных удобрений и достаточной обеспеченностью фосфором.