Один из факторов, оказывающих наибольшее влияние на развитие микрофлоры, — содержание органического вещества в почве.
Органическое вещество — источник энергии для развития микроорганизмов, которые, разлагая его, вовлекают в биологический круговорот веществ. Внесение минеральных удобрений и наличие органических остатков создают в почве различные условия для развития микрофлоры. Изменения в популяциях микроорганизмов зависят не только от вносимых удобрений, но также от состава и количества органических остатков в почве, комплексного влияния влажности и температуры на разложение этих остатков. При внесении удобрений после различных предшественников микрофлора почвы меняется в зависимости от количества и состава органических остатков почвы.
В модельных опытах при продолжительном (6 мес.) компостировании почвы с органическим веществом наблюдается увеличение численности аммонифицирующих бактерий и актиномицетов. Влияние удобрений на микрофлору зависит в большой степени от состава органического вещества. Значительно увеличивается численность микроорганизмов при компостировании органического вещества с высоким содержанием азота. В этих случаях возрастают интенсивность процессов аммонификации и поступление аммиачного азота в почву. Нитрифицирующая активность почвы также увеличивается. Снижение ее отмечается только в тех случаях, когда совместно с удобрениями запахивают солому или корневые остатки, бедные азотом. О том, что в почву действительно поступает мало, азота при внесении удобрений и наличии в ней соломы, свидетельствуют данные о снижении целлюлозоразлагающей активности.
При внесении удобрений и органических остатков в почвенном воздухе резко возрастает содержание двуокиси углерода.
Динамика развития микрофлоры следующая: в течение второго месяца после внесения удобрений увеличивается численность аммонифицирующих бактерий, причем в основном аспорогенных форм. По-видимому, в этот период наиболее интенсивно происходит минерализация органического вещества. В конце 6-го месяца возрастает количество спорообразующих аммонификаторов. Приведенные результаты подтверждают гипотезу Мишустина, по которой аммонификаторы участвуют в первых фазах минерализации, когда разлагаются трудно минерализующиеся компоненты органического вещества. В последующие фазы минерализации увеличивается численность актиномицетов, существенный рост которых вызывает применение минеральных удобрений.
Следовательно, воздействие удобрений, оказываемое на почвенную микрофлору, зависит от наличия в почве пожнивных остатков предшествующих культур и их состава. При наличии в почве пожнивных остатков бобовых культур внесение минеральных удобрений ускоряет процессы минерализации, а злаковых — иммобилизации.
Таким образом, состав и количество органических остатков, находящихся в почве, влияет на происходящие в ней микробиологические процессы. При внесении удобрений они становятся наиболее действенным фактором изменения биологических свойств почвы. Органические вещества с высоким содержанием азота (пожнивные остатки бобовых культур) положительно влияют на процессы, связанные с поступлением усвояемого азота в почву, а органические вещества, бедные азотом (злаковые культуры), — неблагоприятно.
Установленные до настоящего времени изменения в почвенной микрофлоре после внесения удобрений при наличии пожнивных остатков зависят от типа почвы, в связи с этим были проведены лабораторные модельные и полевые опыты на различных почвах. При внесении в карбонатный чернозем азотных и фосфорных удобрений в отсутствие в почве органических остатков увеличивается численность актиномицетов, участвующих в минерализации трудно разлагающихся органических веществ. При внесении в эти почвы удобрений и запашке соломы или остатков люцерны значительно увеличивается численность микрофлоры, меняется ее состав, который в значительной степени зависит от состава органического вещества и в меньшей — от минеральных удобрений. При заделке пожнивных остатков злаковых культур (бедных азотом) возрастает численность бактерий, использующих минеральный азот и совершающих в течение продолжительного времени (от 2 до 3 месяцев) его иммобилизацию. При запашке пожнивных остатков бобовых культур увеличиваются численность аммонифицирующих бактерий и, следовательно, поступление усвояемого азота в почвы.
Под влиянием вносимых органических веществ в этих почвах значительно повышается активность ферментов: инвертазы, протеазы и уреазы.
Следовательно, при внесении в карбонатные черноземы минеральных удобрений одновременно с органическими остатками интенсивнее происходят процессы минерализации и иммобилизации, повышается общая биологическая активность этих почв в зависимости от состава органического вещества, которое вместе с удобрением запахивают в почву.
В выщелоченных черноземах после внесения удобрений и при наличии в почве пожнивных остатков предшественников сильно возрастает численность аммонифицирующих бактерий. Численность бактерий, использующих минеральный азот и участвующих в его иммобилизации, зависит от количества вносимых минеральных удобрений. Она увеличивается в короткий срок (1-2 нед) после внесения удобрений. После внесения минеральных удобрений при наличии органических остатков бобовых предшественников в этих почвах так же, как и в карбонатных черноземах, увеличивается выделение СO2 в почвенный воздух.
Внесение минеральных удобрений одновременно с органическими остатками влияет на нитрифицирующую активность выщелоченных черноземов, которая снижается в вариантах с органическим веществом, бедным азотом, и почти не меняется при внесении удобрений вместе с богатыми азотом пожнивными остатками.
В черноземах внесение минеральных удобрений и органических остатков, бедных азотом, слабо влияет на численность денитрифицирующих бактерий. Резкое снижение содержания нитратов тормозит денитрификацию и снижает потери газообразного азота. Этот факт противоречит данным многих исследований, в которых установлено, что при запашке органического вещества с низким содержанием азота активно размножаются денитрифицирующие бактерии. Аэробные условия подавляют процессы биологической иммобилизации азота, снижают содержание нитратного азота, что приводит к снижению численности денитрифицирующих бактерий. На основании этого факта следует считать, что при хорошей аэрации и влажности почвы в период внесения минеральных удобрений и при наличии органических остатков существенные потери азота вследствие денитрификации не наблюдаются. Усвояемый азот в этих случаях включается в белки микробных клеток и остается в почве.
Внесение минеральных удобрений в черноземы при наличии в них органических остатков существенно сказывается на размножении азотобактера, численность которого увеличивается примерно в течение 2 недель после внесения удобрений. В этих условиях органические вещества в почве, которые являются источником углерода для азотобактера, ограничивают вредное для жизнедеятельности микроорганизмов влияние минеральных азотных удобрений из-за снижения содержания усвояемого азота вследствие иммобилизации. Внесение минеральных удобрений и запашка корневых и пожнивных остатков, следовательно, приводят к обогащению черноземов азотфиксирующими бактериями, в связи с чем увеличивается поступление в почву атмосферного азота.
Результаты исследований позволяют сделать выводы, что внесение минеральных удобрений в почву при наличии в ней растительных остатков (осенью или ранней весной) экономит азот удобрений и улучшает азотный режим черноземов. Однако после злаковых предшественников необходимо вносить дополнительные дозы удобрений для компенсации иммобилизованного азота.
В качестве иллюстрации этого положения можно привести данные изменения численности микрофлоры после внесения удобрений в псевдоподзолистые коричневые лесные почвы, которые по своим свойствам существенно отличаются от карбонатных и выщелоченных черноземов. После внесения минеральных удобрений при наличии пожнивных остатков в этих почвах меняется в основном состав микрофлоры. В отличие от микрофлоры черноземов в этих почвах общая численность микроорганизмов увеличивается за счет актиномицетов, которые разлагают трудно-минерализующиеся органические соединения, т. е. происходит полная минерализация органических остатков. Разложение пожнивных остатков может также существенно повысить содержание гумуса в этих почвах.
Результаты исследований, проведенных на других типах почв (коричневые лесные, серые лесные, смолницы), также свидетельствуют о влиянии вносимых минеральных и органических удобрений при наличии растительных остатков на биологические свойства почв. Изменение характера и интенсивности микробиологических процессов приводит к изменениям питательного режима почв. В черноземах, смолницах и коричневых лесных почвах особенно сильно снижается количество усвояемого азота при запашке органической массы, бедной азотом. Все это следует учитывать при внесении удобрений осенью или весной после злаковых предшественников.
Заделка пожнивных остатков в почву в сочетании с внесением минеральных удобрений — полезный прием для улучшения биологических свойств почв вообще, однако следует иметь в виду, что после злаковых предшественников и особенно в почвы с сильно выраженной иммобилизацией азота необходимо вносить более высокие дозы азотных удобрений.