Оценка влияния способа обработки соломы пшеницы на микробиоту почвоподобного субстрата с помощью однофакторного дисперсионного анализа

Введение. В настоящее время существуют различные системы жизнеобеспечения (СЖО), где основными компонентами являются высшие растения [1, 2].

Солома пшеницы, несъедобные остатки растений, выращиваемых в биологической системе жизнеобеспечения, представляют собой возобновляемый источник растительного сырья. N.S. Manukovsky et al. [3] предложили переработку растительных отходов в почвоподобный субстрат (ППС) с достаточно высоким плодородием, позволяющим культивировать на нем растения в искусственных условиях.

Цель работы . Исследовать с помощью однофакторного дисперсионного анализа влияние абиотического фактора (способ обработки соломы пшеницы) на микробиоту почвоподобного субстрата, используемого для выращивания культуры редиса Raphanus sativus L.

Материалы и методы. При исследовании влияния способа обработки соломы (абиотического фактора) объектом исследований являлась микробиота почвоподобного субстрата (ППС) с выращиваемой на нем культурой редиса Raphanus sativus L.

При определении действия способа обработки пшеничной соломы на индикаторные группы микроорганизмов почвоподобного субстрата фоном служила микробиота ППС без выращиваемых растений редиса и без соломы пшеницы. Перед посевом семян редиса в каждый вегетационный сосуд вносили 40 г соломы, обработанной одним из 3 способов:

• 1    – солому минерализовали физико-химическим способом по методу Ю.А. Куденко и Р.А. Павленко [4]. Полученный раствор в течение всего периода вегетации равномерно добавляли в раствор для полива растений.

• 2    – в ППС вносили сухую пшеничную солому, не подвергшуюся какой-либо обработке.

• 3    – солому ферментировали: предварительно замачивали, сутки выдерживали в термостате при температуре 50 ^оС. Отжатую солому вносили в ППС, а сам отжим равномерно добавляли в раствор для полива в процессе вегетации редиса.

• В    работе использованы общепринятые методы посева, выделения и учета микроорганизмов [5, 6]. Статистическая обработка данных проведена по Г.Ф. Лакину [7] с помощью программы Microsoft Excel. Влияние различных способов обработки вносимой в ППС соломы пшеницы на численность индикаторных групп микроорганизмов в субстрате оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа.

Результаты исследований и их обсуждение. Данные, полученные в ходе эксперимента, свидетельствуют о зависимости численности отдельных исследованных групп микроорганизмов почвоподобного субстрата от способа обработки пшеничной соломы (рис. 1–6).

Внесение соломы, обработанной любым из использовавшихся способов, в почвоподобный субстрат (ППС) по сравнению с фоном статистически значимо (рис. 1) изменило численность бактерий, усваивающих органический азот, в ППС для выращивания растений редиса.

Рис. 1. Численность бактерий, усваивающих органический азот в почвоподобном субстрате в зависимости от способа обработки соломы

Рис. 2. Численность споровых бактерий в вегетативной стадии в почвоподобном субстрате в зависимости от способа обработки соломы

Примечание . Варианты опыта: фон – ППС без растений и без соломы; 1 – ППС с соломой, минерализованной перекисью водорода; 2 – ППС с сухой соломой; 3 – ППС с ферментированной соломой; КОЕ – колониеобразующие единицы; І – доверительный интервал.

Численность бактерий, усваивающих органический азот, статистически значимо (Р-значение < 0,05), неслучайно (F ф >F кр ) изменялась в зависимости от способа обработки пшеничной соломы, внесенной в почвоподобный субстрат (табл. 1). Сила влияния способа обработки пшеничной соломы на количество бактерий, усваивающих органический азот, составила 60,87 %.

Таблица 1

Однофакторный дисперсионный анализ влияния способа обработки соломы пшеницы на численность бактерий, усваивающих органический азот

Источник вариации	SS	F ф	P-значение	F кр
Между вариантами способа обработки пшеницы	14,0	7,0	0,02	4,26
Внутри вариантов способа обработки пшеницы	9,0
Итого	23,0
Показатель силы влияния, %	60,87

Примечание : SS – дисперсия; F ф – фактическое значение критерия Фишера; Р – значение – статистически значимые различия при Р ≤ 0,05; F кр – табличное значение критерия Фишера.

Во всех вариантах эксперимента в почвоподобном субстрате обнаружены споровые бактерии в вегетативной стадии, численность которых была достоверно выше по сравнению с фоном в вариантах с минерализованной и сухой соломой. Ферментированная солома достоверно не повлияла на количество общего числа споровых бактерий в вегетативной стадии (см. рис. 2).

Способы обработки соломы пшеницы, внесенной в почвоподобный субстрат, статистически значимо не влияют (Р-значение > 0,05; F ф кр ) на численность споровых бактерий в вегетативной стадии (табл. 2).

Таблица 2

Однофакторный дисперсионный анализ влияния способа обработки соломы пшеницы на численность спорообразующих бактерий в вегетативной стадии

Источник вариации	SS	F ф	P-значение	F кр
Между группами	0	0	1	4,26
Внутри групп	2
Итого	2
Показатель силы влияния, %	0

Примечание : см. таблицу 1.

Во всех вариантах эксперимента в ППС выявлены бактерии группы кишечной палочки (БГКП). Высокая численность бактерий группы кишечной палочки в варианте с минерализованной соломой (рис. 3, вариант 1) является результатом присутствия в растворе легкодоступных для бактерий форм азота: NO 2 ^—, NO 3 ^—, NH 4 ⁺[4].

Рис. 3. Количество бактерий группы кишечной палочки в почвоподобном субстрате в зависимости от способа обработки соломы пшеницы

Рис. 4. Численность микромицетов в почвоподобном субстрате в зависимости от способа обработки соломы пшеницы

Примечание. Варианты опыта: фон – ППС без растений и без соломы; 1 – ППС с соломой, минерализованной перекисью водорода; 2 – ППС с сухой соломой; 3 – ППС с ферментированной соломой; КОЕ – колониеобразующие единицы; І – доверительный интервал.

Достоверно более низкая численность БГКП в почвоподобном субстрате в варианте с сухой соломой (рис. 3, вариант 2) объясняется высоким содержанием в пшеничной соломе трудноокисляемых веществ (лигнин, целлюлоза) [8].

Способ обработки соломы пшеницы, внесенной в ППС, оказывает статистически значимое влияние (P-значение < 0,05) на численность бактерий группы кишечной палочки в субстрате. Изменения количества бактерий были неслучайны (Fф >Fкр). Численность БГКП на 94,0 % зависела от способа обработки пшеничной соломы (табл. 3).

Таблица 3

Однофакторный дисперсионный анализ влияния способа обработки пшеничной соломы на численность бактерий группы кишечной палочки

Источник вариации	SS	F ф	P-значение	F кр
Между группами	587,17	70,46	3,18 х 10 -6	4,26
Внутри групп	37,5
Итого	624,67
Показатель силы влияния, %	94,00

Примечание . SS – дисперсия; F ф – фактическое значение критерия Фишера; Р-значение – статистически значимые различия при Р ≤ 0,05; F кр – табличное значение критерия Фишера.

Во всех вариантах эксперимента численность микроскопических грибов в ППС выше, чем в фоне (рис. 4).Внесение в ППС ферментированной и сухой соломы (рис. 4) способствовало достоверному увеличению в ППС числа микроскопических грибов по сравнению с фоном.

Способ обработки соломы пшеницы статистически значимо (P-значение < 0,05) влияет на количество микроскопических грибов (табл. 4). Различия в численности микромицетов неслучайны (Fф > Fкр). Показатель силы влияния высок и равен 94,93 % (табл. 4).

Таблица 4

Однофакторный дисперсионный анализ влияния способа обработки пшеничной соломы на численность микроскопических грибов

Источник вариации	SS	F ф	P-значение	F кр
Между группами	38830,22	56,22	1,3 х 10 -4	5,14
Внутри групп	2072
Итого	40902,22
Показатель силы влияния, %	94,93

Примечание: см. таблицу 3.

На численность бактерий-анаэробов (рис. 5, варианты 1 и 2) способ обработки соломы пшеницы, внесенной в почвоподобный субстрат, не оказал статистически значимого влияния (Р-значение > 0,05). Изменения были случайны (Fф < Fkp) (табл. 5).

Рис. 5. Численность бактерий-анаэробов в почвоподобном субстрате в зависимости от способа обработки соломы пшеницы

Примечание. Варианты опыта: фон – ППС без растений и без соломы; 1 – ППС с соломой, минерализованной перекисью водорода; 2 – ППС с сухой соломой; 3 – ППС с ферментированной соломой; КОЕ – колониеобразующие единицы; І – доверительный интервал.

Наибольшее число бактерий-анаэробов обнаружено в варианте с ферментированной соломой пшеницы (рис. 5, вариант 3). Более высокое содержание бактерий-анаэробов в 3-м варианте эксперимента может быть результатом создания анаэробных условий, благоприятных для роста численности этой группы бактерий в термостате при замачивании пшеничной соломы. Достоверность различий показана только между численностью бактерий-анаэробов в ППС с ферментированной соломой и фоном (рис. 5).

Таблица 5

Однофакторный дисперсионный анализ влияния способа обработки пшеничной соломы на численность анаэробных бактерий

Источник вариации	SS	F ф	P-значение	F кр
Между группами	32,24	<1,39	0,30	4,46
Внутри групп	92,67
Итого	124,91
Показатель силы влияния, %	25,81

Примечание. SS – дисперсия; F ф – фактическое значение критерия Фишера; Р-значение – статистически значимые различия при Р ≤ 0,05; F кр – табличное значение критерия Фишера.

Выводы

• 1.    При добавлении в почвоподобный субстрат для выращивания монокультуры редиса, соломы пшеницы, обработанной любым из применявшихся способов, численность бактерий, усваивающих органический азот, и количество микроскопических грибов достоверно выше, чем в фоне.

• 2.    При использовании минерализованной соломы пшеницы достоверно ниже численность споровых бактерий в вегетативной стадии, микроскопических грибов в почвоподобном субстрате по сравнению с другими способами обработки соломы.