Вплив елементів біологізації зерно-картопляної сівозміни на екологічний стан дерново-підзолистого ґрунту та врожайність люпину жовтого

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Інститут агроекології та біотехнології

УДК 631.46:631.582:504:633.367

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Вплив елементів біологізації зерно-картопляної сівозміни на екологічний стан дерново-підзолистого грунту та врожайність люпину жовтого

03.00.16 - екологія

Бельдій Наталія Миколаївна

Київ 2002

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Соціально - економічні обставини, що склалися в державі та загострення екологічної проблеми, яку спричиняє всезростаюче забруднення навколишнього середовища, викликали потребу пошуку нових напрямків ведення сільськогосподарського виробництва. Гостро постала проблема відтворення родючості ґрунтів та використання нових екологобезпечних і енергозберігаючих технологій вирощування сільськогосподарських культур. Азот є одним з основних елементів, від якого залежить врожай культур, родючість ґрунту та стан агроекосистеми. Часткова заміна технічного азоту на біологічний має важливе значення.

Це питання особливо актуальним є для умов Полісся, що зумовлено ґрунтами з низьким рівнем родючості й можливістю міграції азотних сполук у нижні горизонти і робить їх не доступними для рослин і небезпечними у зв'язку з можливим надходженням у підгрунтові та поверхневі води. Оскільки ґрунт є основним компонентом агроекосистеми, то для вирішення даної проблеми необхідно проводити комплексну екологічну оцінку його стану з обов'язковим врахуванням мікробіологічних і біохімічних факторів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до планів наукових досліджень програми “Розробити та реалізувати на практиці зональні моделі агроекосистем на принципах відновлюваного землекористування й оптимальної структури сільськогосподарських ландшафтів” (№ Держреєстрації 0196U012979).

Мета й завдання досліджень: Дослідити й вивчити стан екосистеми дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту в результаті тривалого застосування різних видів органічних, мінеральних та бактеріальних добрив у зерно-картопляній сівозміні, особливості поживного режиму та біологічного стану ґрунту, баланс гумусу та азоту. Зробити комплексну оцінку екологічного стану ґрунту і його впливу на врожай та якість люпину жовтого.

Для досягнення поставленої мети необхідно вивчити:

- вплив тривалого окремого та сумісного застосування органічних, мінеральних та бактеріальних добрив на поживний режим та стан гумусу ґрунту;

- баланс азоту та гумусу;

- мікробний ценоз ґрунту та особливості його функціонування;

- біологічна активність ґрунту під дією елементів біологізації;

- оцінка біологічного стану за мікробіологічними та біохімічними показниками;

- агроекологічна оцінка екосистеми ґрунту;

- вплив добрив та біопрепарату на ріст, розвиток та врожай люпину жовтого;

- економічна та біоенергетична оцінка застосування добрив при вирощуванні люпину.

Об'єкт дослідження. Дерново-середньопідзолистий супіщаний ґрунт, вплив тривалого застосування органічних (гною, соломи, сидерату), мінеральних добрив та їх, поєднань на родючість і екологічний стан. Оцінка ефективності інокуляції люпину ризоторфіном та дія інтродукції активних штамів біопрепарату на ґрунтову біоту.

Предмет дослідження. Вплив післядії органічних (гною, соломи, сидерату), мінеральних (фосфорно-калійних) та бактеріального (штам 5500/4) добрив на стан екосистеми ґрунту та врожай і якість зеленої маси люпину жовтого.

Методи дослідження. Польовий стаціонарний дослід, лабораторні дослідження екологічного стану та біологічної активності ґрунту при різних рівнях його родючості. Визначення продуктивності та біометричних показників рослин люпину. Статистичний обробіток даних із використанням методів кореляції та дисперсії.

Наукова новизна. Проведена комплексна екологічна оцінка впливу тривалого застосування органічних (гній, солома, сидерат), мінеральних, бактеріальних добрив та їх поєднань на екосистему дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту в умовах Полісся України. Висвітлено дію бактеріального препарату на біологічні процеси в ґрунті, його азотфіксуючу активність, на ріст, розвиток, формування азотфіксуючого апарату, врожай та якість зеленої маси люпину на різних агрофонах, що дозволило запропонувати обґрунтовані економічно рекомендації по підвищенню ефективності с.-г. виробництва.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані експериментальні дані є науковою основою для біологізації системи удобрення, яка сприяє підвищенню родючості ґрунту та покращанню його екологічного стану. Проведені дослідження виявили негативні наслідки тривалого застосування лише мінеральних і післядії сидеральних добрив та позитивний вплив гною, соломи, бактеріального препарату на ґрунтові мікроорганізми, біологічні процеси, поживний режим, продуктивність люпину жовтого, стан агроекосистеми в цілому.

Особистий внесок здобувача. Безпосередня участь полягає у лабораторно-польових дослідженнях, проведенні статистичного обробітку, математичного аналізу отриманих даних, підборі та обробці літературних джерел, формулюванні висновків, підготовці рекомендацій виробництву. Частка автора в проведеній роботі складає 85-90%.

Апробація роботи. Основні результати досліджень доповідались автором на міжнародній конференції “Наукові основи стабілізації виробництва продукції рослинництва” (1999 р., м. Харків), науково-практичному семінарі молодих учених та спеціалістів “Вчимося господарювати” (22 - 23 листопада 1999 р., м. Київ-Чабани), науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання ґрунтових ресурсів” (4 - 7 липня 2000 р., м. Київ) та міжнародній науковій конференції “Онтогенез рослин, біологічна фіксація молекулярного азоту та азотний метаболізм” (1 - 4жовтня 2001р., м. Тернопіль).

Публікація результатів досліджень. Основні положення дисертації опубліковані в 10 наукових працях, із них 6 статей у фахових виданнях ВАК України.

Структура й об'єм роботи. Дисертація, викладена на 131 сторінці комп'ютерного набору, включає 34 таблиці, 19 рисунків і 10 додатків. Робота складається з вступу, 6 розділів, висновків та рекомендацій виробництву. Список використаної літератури охоплює 248 найменувань, у тому числі 21 іноземних авторів.

Зміст роботи

Огляд літератури

біологізація зерно картопляна сівозміна

В розділі проведений аналіз результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних дослідників щодо впливу елементів біологізації агротехнологій на екологічний стан ґрунту, роль гумусу та азоту, зокрема, біологічного, в формуванні його родючості. На основі аналізу сучасних літературних джерел показана необхідність та важливість екологічного обґрунтування застосування різних видів органічних, мінеральних, органо-мінеральних та на їх фоні бактеріальних добрив.

Умови та методика проведення досліджень

Експериментальна робота, виконана на базі стаціонарного досліду Чернігівського інституту АПВ закладеного в 1982 році по вивченню впливу різних видів добрив на родючість дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту. Верхній горизонт ґрунту (0-23см) має такі характеристики: рHсол. - 5,0, гідролітична кислотність - 2,5 мг-екв/100г ґрунту, сума ввібраних основ - 5,4 мг-екв/100г ґрунту, вміст гумусу за Тюріним - 1,1%, легкогідролізованого азоту - 9,7 мг/100г ґрунту, Р2О5 за Кірсановим - 17,0 мг/100г ґрунту, К2О за Масловою - 6,2 мг/100 г ґрунту.

Район проведення досліджень характеризується помірно-континентальним кліматом із теплим літом, м'якою зимою, достатнім зволоженням та середньорічною температурою 5,7-6,6^о С. Річна сума опадів складає в середньому 500-600 мм. Згідно гідротермічного коефіцієнта дослідні роки оцінювались як: 1998р. та 2000р. (1,7 та 1,5 відповідно) - вологий, 1999р.(0,9) - посушливий при середньобагаторічному - 1,3.

Сівозміна зерно - картопляна з чергуванням культур: конюшина-пшениця озима-картопля-ячмінь ярий-люпин жовтий-жито озиме-кукурудза на силос-овес+конюшина. Схема досліду: 1 - контроль; 2 - РК; 3 - сидерат; 4 - солома; 5 - гній; 6 - гній+РК; 7 - солома+РК; 8 - гній+солома+РК; 9 - сидерат+солома+РК; 10 - гній+сидерат+солома+РК. Усі органічні добрива вносились під картоплю та кукурудзу. Гній у кількості 40 т/га, солома - 2,5-2,7 т/га та сидерат - 20,0-20,6 т/га. Мінеральні добрива по 68 кг азоту, фосфору і 90 кг калію на 1 га сівозмінної площі, під люпин вносили суперфосфат і калій хлористий (P₄₀K₆₀). Бактеріальний препарат - ризоторфін штам 5500/4, котрий представляє собою чисту культуру бактерій роду Bradyrhizobium lupini, норма витрати - 200 г препарату на гектарну норму насіння.

Площа посівної ділянки в досліді - 102м², а облікова - 60м², повторність чотириразова, спосіб розміщення - рендомізований. Агротехніка вирощування культур є загальноприйнятою для умов Полісся Чернігівської області. Сорт люпину - Гай, норма висіву - 4,5 млн. шт.

Було проведено визначення наступних показників: фізико-хімічні та агрохімічні (рHсол. - потенціометричним методом, сума ввібраних основ - за Каппеном-Гільковицем, гідролітична кислотність - по Гряндваль-Ляжу, гумус - методом Тюріна, нітратний азот - іон-селективним методом, амонійний азот - з реактивом Несслера, азот лужногідролізованих сполук - методом Корнфілда, рухомий фосфор та обмінний калій - за Кірсановим); чисельність основних таксономічних та фізіологічних груп мікроорганізмів (загальна кількість мікроорганізмів - на пептон-глюкозному агарі (ПГА), амоніфікатори - на м'ясопептонному агарі (МПА), фосформобілізуючі бактерії - на середовищі Муромцева, актиноміцети та бактерії, що засвоюють мінеральний азот - на крохмало-аміачному агарі (КАА), гриби - на сусло-агарі (СА), мікрофлора розсіювання характеризувалась кількістю оліготрофів на ґрунтовому агарі (ГА); К_мін (КАА/МПА) та К_олг (ГА/(КАА+МПА)) розрахунковим методом; активність мікробіологічних процесів (нітрифікаційну здатність - за методом Кравкова, активність виділення СО₂ за Штатновим, целюлозолітичну активність - аплікаційним методом, активність ферментів класу оксидоредуктаз (поліфенолоксидаза, пероксидаза) та гідролаз (уреази, протеази), нітрогенази - ацетиленовим методом) біологічну активність грунту ( оцінювали методом відносних величин Дж. Ацци); екологічна оцінка ґрунту (уміст важких металів - в кислотній витяжці; загальна токсичність - біотестуванням, зараженість вірусами - методом непрямого імуноферментного аналізу); біометричні показники (динаміка росту рослин, накопичення біомаси, оцінка та облік врожаю - за методикою держкомісії по сортовипробуванню с.-г. культур); уміст азоту, фосфору, калію в рослинах (озоленням за методом Гінзбурга з подальшим визначенням: загального азоту з реактивом Несслера, фосфору - на фотоелектроколориметрі ЛМФ-72, калію - методом фотометрії полум'я на ФЛАФО-4; статистичний аналіз; економічну та біоенергетичну оцінку.

Вплив тривалого застосування систем удобрення на екологічний стан та поживний режим грунту

Фізико-хімічні властивості, як елемент стабільності екосистеми ґрунту. Дерново-середньопідзолистий супіщаний ґрунт характеризується як кислий, що пов'язано з високим вмістом обмінних іонів водню та алюмінію. Кращі фізико-хімічні властивості при внесенні органічних добрив, зокрема, гною. Сума ввібраних основ була найнижчою на варіантах із мінеральними та сидеральними добривами і по величині наближались до контролю. При застосуванні соломи та гною цей показник зріс на 17 та 27% відповідно, а при сумісному внесенні органічних та мінеральних добрив у середньому на 15-42%. Також відмічено середній та підвищений ступінь насиченості основами (66,7 -78,8%), залежно від варіанта застосування добрив. При чому, найвищу насиченість відмічено на фонах застосування гною як при окремому внесенні, так і при сумісному з іншими видами добрив із перевагою контролю на 12-18%. Таким чином, застосування гною та соломи на легких дерново-підзолистих ґрунтах сприяє покращанню фізико-хімічних властивостей, а отже, і підвищенню його екологічної стійкості.

Поживний режим. Спостереження показали суттєвий вплив різних систем удобрення на поживний режим ґрунту. Відмічено низький ступінь забезпеченості азотом, сезонні та річні коливання вмісту легкогідролізованої фракції азоту в орному шарі ґрунту. Найвища його кількість у середньому за роки досліджень була в фазу розетки (50,5-58,6 мг/кг) зі зниженням протягом вегетації, при збиранні врожаю люпину його вміст складав - 43,1-49,8 мг/кг ґрунту, що пояснюється в першу чергу виносом азоту з урожаєм та уповільненням процесів мінералізації органічної речовини, яке відбувається внаслідок зниження загальної біологічної активності ґрунту.

Мінеральні фосфорно-калійні добрива впливали в меншій мірі, ніж органічні, на інтенсивність гідролітичних процесів та накопичення мінерального азоту. На фоні післядії сидерату та при застосуванні фосфорно-калійних добрив, кількість азоту, що гідролізується була однаковою і перевищувала контроль лише на 4% (табл.1). При застосуванні соломи на добриво його запас зріс на 7%, гною на 11-15% до контролю.

Таблиця 1. Вміст поживних елементів у ґрунті під люпином при систематичному застосуванні різних видів добрив (1998-2000 рр.), мг/кг ґрунту

Таблиця 2. Якісний склад гумусу ґрунту залежно від застосування різних видів добрив, %

*⁾ Чисельник - абсолютний вміст в ґрунті; знаменник - відносний вміст у гумусі.

Разом із кількісними змінились і якісні показники стану гумусу. Потрібно відмітити зростання абсолютної кількості всіх груп гумусових речовин по всіх варіантах удобрень порівняно з контролем та зростання співвідношення Сгк:Сфк при внесенні органічних добрив. Без добрив та при мінеральній і сидеральній системах відмічено зростання активної частини гумусу, тобто молодих гумусових речовин, що пов`язано з інтенсивним проходженням процесів мінералізації органічної речовини. В результаті при цих системах удобрення переважають гумусові речовини фульватного типу й співвідношення Сгк:Сфк є найнижчим - 0,67, 0,73 та 0,93, відповідно.

Баланс азоту та гумусу. Гумусовий баланс в основному був позитивним за виключенням контролю (без використання добрив) та при тривалому застосуванні біомаси сидерату в якості органічного добрива. Найвищий дефіцит відмічено на контролі - 40 кг/га, а при сидеральній системі - 24 кг/га. Баланс азоту в полі люпину в деякій мірі залежав від системи удобрення. У середньому за три роки в ґрунт надходило 135,9 - 187,9 кг/га азоту, а відчуження складало 122,5 - 170,1 кг/га. В результаті при всіх системах удобрення відмічається його позитивний баланс із найвищою інтенсивністю при застосуванні гною як окремо, так і сумісно з іншими добривами - 110-118%.

Вміст важких металів (ВМ) та фітотоксичність ґрунту. В результаті тривалого застосування органічних, мінеральних і органо-мінеральних добрив відмічено досить чітку диференціацію щодо вмісту ВМ у грунті. Найвищий вміст Zn; Cu; Pb; Cd спостерігається при тривалому застосуванні лише мінеральних добрив та сидерату, що в першу чергу пов'язано з підвищенням кислотності ґрунту. При систематичному внесенні гною та соломи, навпаки, відмічається зниження їх вмісту на 20-65% та 23-94%, відповідно. При органо-мінеральній системі (гній + солома + сидерат + РК) вміст ВМ дещо зростає, порівняно із застосуванням лише соломи та гною на 4-9%, але є нижчим ніж по фонах сидерату та фосфорно-калійних добрив.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сучасне землеробство потребує широкого застосування мінеральних добрив, меліорантів, пестицидів та інших хімічних засобів. Але санітарно-токсикологічна оцінка наслідків здійснюється лише для окремих сполук, в той час коли сумарне забруднення не враховується. Так найвищу токсичність відмічено при систематичному застосуванні лише мінеральних добрив, де відбувається пригнічення росту тест-об`єкту на 17% порівняно з контролем (рис. 2). Подібне становище відмічалось і на контролі (без добрив) та на фоні сидерату - 14 та 15%, відповідно. Таке пригнічення росту тест-культури, пояснюється значним підкисленням ґрунту, інтенсивним розвитком грибної мікрофлори та вищим вмістом деяких важких металів порівняно з іншими варіантами удобрень. Внесення соломи та гною призводить до суттєвого зниження фітотоксичності порівняно з вище згаданими варіантами в 1,7 - 2,4 раза.

Біологічна активність дерново-підзолистого грунту при тривалому застосуванні систем удобреннь

Мікробний ценоз. При застосуванні добрив чисельність мікроорганізмів була вищою порівняно з контролем (табл.3). Це, в першу чергу, пов'язано з відсутністю додаткового надходження органічної речовини, яка необхідна мікроорганізмам у якості поживного та енергетичного матеріалу. При вивченні післядії гною та сумісному застосуванні різних органічних та мінеральних добрив відмічено підвищення загальної чисельності мікроорганізмів на ПГА в 1,6 та 1,8 рази, відповідно. На фонах післядії сидерату та лише мінеральних добрив кількісні показники мікроорганізмів знаходились на рівні контролю, оскільки внесені в кислий ґрунт мінеральні добрива сприяють подальшому зниженню їх кількості.

Таблиця 3. Вплив систем удобрення та бактеріального препарату на мікробний ценоз грунту, млн./г абс. сух. грунту, (1998-2000 рр.)

Питома вага бактерій, які здатні використовувати мінеральний азот суттєво зростає на удобрених варіантах порівняно з контролем у середньому на 17-34% залежно від системи удобрення. При вивченні післядії гною з доповненням сидерату, соломи і фосфорно-калійних добрив, відмічено збільшення чисельності амоніфікаторів в 1,3-1,5 разів. На контролі без добрив та при тривалому застосуванні лише мінеральних спостерігається висока чисельність грибів, яка була в 1,3-1,5 рази вищою ніж при застосуванні органічних добрив, за виключенням сидерату. Активну участь у процесі кругообігу азоту приймають актиноміцети, які здатні розкладати не лише прості органічні речовини, але і гумус, вивільнюючи при цьому азот, їх кількість зросла в 2-3 рази і максимальне значення відмічено на фоні післядії гною (0,9 млн./г) та соломи (0,8 млн./г). Найбільш інтенсивно процеси накопичення фосфору бактеріями проходили при тривалому комплексному застосуванні гною, сидерату, соломи та фосфорно-калійних мінеральних добрив і перевищували контроль в 2,6 раза. Окреме застосування сидерату і мінеральних добрив збільшувало їх кількість лише на 15 та 31%, а солома й гній - на 62 та 123% порівняно з контролем.

Бактеризація насіння люпину жовтого сприяла підвищенню чисельності мікроорганізмів різних фізіологічних груп на фонах із мінеральною, органічною та органо-мінеральною системами удобрень порівняно з аналогічними без застосування біопрепарату. Так, на фоні післядії лише гною та в комплексі з іншими органічними та мінеральними добривами за рахунок інокуляції загальна кількість мікроорганізмів зросла на 19-20%. Під дією біопрепарату чисельність бактерій, що використовують мінеральний азот також зросла до 20%, амоніфікаторів - на 5-33%. Що стосується оліготрофних бактерій, то їх активізацію за рахунок інтродукції активних штамів бактерій відмічено лише на фонах післядії сидерату, гною та при сумісному застосуванні гною, сидерату, соломи і РК (7, 18 і 6%). Актиноміцети та гриби є активними мінералізаторами органічної речовини ґрунту, тому зниження їх кількості по окремих варіантах досліду внаслідок інокуляції свідчить про позитивний вплив біопрепарату на біологічні властивості ґрунту. Так, відмічено зниження чисельності грибів при інокуляції середньому на 3%, а актиноміцетів на - 17-33%, порівняно з варіантами без її проведення.

Важливим показником, який характеризує напруженість проходження мінералізаційних процесів в ґрунті є коефіцієнт мінералізації (К_мін.). Найвищим цей показник (рис.1). виявився при внесенні мінеральних добрив - 2,8 , сидерату - 2,7 та соломи - 2,6. Найнижчий К_мін. Відмічається на фоні післядії гною - 2,3 та комплексному застосуванні гною, сидерату, соломи і РК - 2,1. Чіткої тенденції щодо впливу інокуляції на інтенсивність проходження мінералізаційних процесів не відмічено, але на деяких варіантах досліду коефіцієнт мінералізації знизився на 5-9%. Інший показник - коефіцієнт оліготрофності (К_оліг.) - був найвищим на контролі, по фону післядії сидерату та при внесенні лише мінеральних добрив, що вказує на погіршення трофічного режиму ґрунту. При бактеризації насіння в більшості варіантів досліду спостерігається його зниження на 7-22%, що позитивно відображається на біологічному стані та трофічному режимі ґрунту.

Таким чином, систематичне застосування мінеральних, органічних та органо-мінеральних систем удобрення спричиняє зміні в структурі мікробного ценозу дерново-середньопідзолистого ґрунту. Передпосівна бактеризація насіння люпину жовтого, шляхом активізації ґрунтової біоти, позитивно впливає як на структуру мікробного ценозу, так і на трофічний режим ґрунту.

Рис. 1. Коефіцієнти мінералізації та оліготрофності ґрунту при тривалому застосуванні різних систем удобрення (1998-2000 рр.)

Нітрифікаційна здатність. За роки досліджень найвищу інтенсивність нітрифікаційних процесів відмічено на фоні післядії органічних добрив, зокрема, гною та соломи. Так, при їх внесенні інтенсивність процесу зростає порівняно з контролем у 2,5 рази від гною та в 1,9 від соломи. Використання енергетичного матеріалу в вигляді бобового сидерата сприяє підвищенню активності мікробіологічних процесів в 1,4 раза. Мінеральні добрива підвищували здатність грунту до накопичення азоту в 1,3 раза, і в результаті різниця з контролем складала 1,2 мг N-NО₃ на кг грунту. Найвищу нітрифікаційну здатність ґрунту відмічено при комплексному застосуванні гною, сидерату, соломи та РК, порівняно з контролем цей показник зріс у 2,7 раза, тобто на 5,0 мг N-NО₃/кг ґрунту.

Крім того, нітрифікаційна здатність ґрунту коливалась по роках досліджень. Найнижчий її рівень відмічено в 1999 році, на 9-38% порівняно з 1998 роком та на 14-71% з 2000 р., що пояснюється несприятливими погодними умовами, високими температурами повітря та низькою вологістю ґрунту.

За рахунок передпосівної інокуляції насіння було отримано додатково від 1 до 10 мг N-NO₃ на 100г ґрунту, тобто вміст нітратів зріс на 3-17%. Найвищий ефект спостерігається на фоні післядії гною, а найнижчий - на контролі.

Целюлозорозкладаюча активність та “дихання ґрунту”. Результати трьохрічних досліджень свідчать про не високу інтенсивність виділення вуглекислоти, що знаходилась в межах 17,6 - 35,7 мг/кг ґрунту СО₂, і пояснюється низьким рівнем родючості та біогенності дерново-середньопідзолистого супіщаного ґрунту. Але в той же час, при систематичному застосуванні різних видів добрив показники суттєво різнилися. Так, при вивченні післядії гною та соломи спостерігається найвища активність виділення вуглекислоти - 34,7 та 34,9 мг СО₂ на кг ґрунту за добу, тобто вдвічі більше ніж на контролі. На фоні післядії сидерату за добу виділялося 22,4 мг/кг вуглекислоти, що на 27% перевищувало контроль. Мінеральна система удобрення підвищувала інтенсивність даного процесу на 30% до контролю. Усе це вказує на інтенсифікацію мінералізаційних процесів, що в цілому не сприяє підтриманню екологічної рівноваги в ґрунті.

Найвищу целюлозорозкладаючу активність відмічено при застосуванні гною з перевищенням контролю на 45%, а також при доповненні мінеральними добривами та іншими органічними добривами - на 52-56%. При застосуванні лише соломи та соломи сумісно з мінеральними добривами активність целюлозорозкладаючих мікроорганізмів знизилась до 17,4 -19,7%, що в 1,2 - 1,3 рази збільшувала відсоток зруйнованої лляної тканини ніж без застосування.

Інокуляція насіння бактеріальним препаратом підвищувала целюлозолітичну активність ґрунту та інтенсивність виділення СО₂ у середньому відповідно на 4 - 6% та 0,6-2,2 мг СО₂/кг ґрунту за добу. Така тенденція спостерігалась по всіх варіантах досліду.

Ферментативна активність грунту. Систематичне внесення добрив збільшувало активність поліфенолоксидази в 1,2-1,5 раза і знижувало пероксидази - на 2-24%. .При застосуванні органічних добрив, зокрема, гною та соломи, зросла поліфенолоксидазна активність в 1,4-1,5 та в 1,3-1,4 раза, а пероксидазна, навпаки, знизилась порівняно з контролем на 19-24% та 12-15%, відповідно, при застосуванні гною і соломи. Активізація поліфенолоксидази при застосуванні гною сприяє значній інтенсифікації гуміфікацій них процесів і підвищенню коефіцієнтів нагромадження гумусу до 93,2-98,9%. При використанні бактеріального препарату активність ферменту поліфенолоксидази помітно зростає в середньому на 3-11%. В той же час активність пероксидази зростає лише до 7%, а на варіанті із застосуванням соломи, навпаки, знижується, що створює сприятливі умови для накопичення гумусу. Під дією бактеріального препарату відповідно зростає і коефіцієнт гуміфікації до 10% залежно від виду добрив.

Тривале застосування гною викликало найбільше підвищення протеазної активності ґрунту, різниця з контролем складала 46-48%. Ці зміни під дією гною пов'язані із збільшенням чисельності амоніфікаторів, які є продуцентами даного ферменту. Солома також сприяла суттєвій активізації протеази і підвищувала вміст амінного азоту на 20-25% до контролю. Найвищу активність уреази відмічено при застосуванні гною сумісно з соломою та фосфорно-калійними добривами - 3,73 мг амонійного N на 10 г грунту, що в 1,8 раза переважає контроль. Загалом при внесенні гною спостерігається вища активність уреази, що пов'язано з наявністю в ґрунті лабільних легкогідролізованих азотовмісних сполук, які здатні утворювати сечовину. На цих варіантах удобрення активність ферменту зростала на 73-77%. Бактеризація насіння люпину підвищувала активність ферментів азотного обміну, зокрема, протеази на 5-13%, уреази - на 5-9%.

Визначення актуальної азотфіксуючої активності в динаміці протягом вегетації люпину показало максимальні результати у фазу цвітіння. Найвищі значення виявлено при внесенні гною та сумісному його застосуванні з іншими видами добрив, де перевага над контролем складала 17-21% у період бутонізації, та 14-19% - в фазу цвітіння. При застосуванні мінеральних добрив та сидерату активність нітрогенази в середньому була однаковою, її показники переважали контроль лише на 4%. Солома по своїй дії наближалась до гною. Бактеризація насіння люпину сприяла значному підвищенню азотфіксуючої активності по всіх фонах удобрення. При чому найвища активізація за рахунок інокуляції відмічалась на фонах застосування гною (30%) та гною в комплексі із соломою, сидератом та РК (31%).

Розповсюдженість фітовірусів у ґрунті. Віруси, як повноцінні інфекційні агенти, або їх компоненти (у першу чергу, білкові) можуть тривалий час зберігатися в ґрунті. У зв'язку з цим виникає загроза зараження нових рослин вірусними інфекціями, тому необхідним є виявлення резервуарів вірусних інфекцій в агроценозах, а також дослідження можливих шляхів їх поширення через ґрунт.

Проведені дослідження на наявність вірусних антигенів у дерново-середньопідзолистому ґрунті в результаті тривалого застосування добрив дали позитивний результат для вірусів: тютюнової мозаїки (ВТМ), Х-вірус картоплі (ХВК) та Y-вірус картоплі (YВК). По всіх варіантах удобрення спостерігається найвищий вміст антигенів вірусу ХВК.

При внесенні в ґрунт органічних добрив, зокрема, гною та соломи відмічено підвищення концентрації вірусу тютюнової мозаїки в 2,2-9,0 та в 2,2-3,0 раза, відповідно, що імовірно пов'язано із збереженням вірусу в рослинних рештках, які використовуються на добрива. При внесенні лише мінеральних добрив та на контролі, за відсутності додаткового надходження органічних решток, зараженість на ВТМ є найнижчою. Що стосується розповсюдженості вірусів ХВК та YВК, то чіткої закономірності залежно від системи удобрення не спостерігається, але в той же час вміст їх антигенів є значно вищим ніж ВТМ.

Оцінка біологічного стану ґрунту за мікробіологічними та біохімічними показниками. Проведений нами кореляційний аналіз між мікробіологічними показниками і біологічними та біохімічними процесами, підтвердив існування тісного зв'язку між ними. Процес виділення вуглекислоти тісно корелював із чисельністю бактерій, що використовують мінеральні форми азоту (r = 0,81) та фосформобілізуючими (r = 0,78). Оліготрофи та гриби мали зворотню кореляцію r = - 0,55 і r = - 0,92 відповідно. Целюлозолітична активність дуже тісно корелювала із загальною кількістю мікроорганізмів, фосформобілізуючими бактеріями та амоніфікаторами. Нітрифікаційна здатність мала тісну кореляцію з усіма групами мікроорганізмів за виключенням актиноміцетів (r = 0,57) та оліготрофів (r = - 0,21). Активність поліфенолоксидази слабо корелювала лише з оліготрофами, при чому кореляція була зворотною і її коефіцієнт становив - 0,33. Активність ферменту пероксидази має зворотню кореляцію майже з усіма групами мікроорганізмів, за виключенням оліготрофів (r=0,30) та грибів (r=0,91).

Проведена оцінка сумарної активності проходження мікробіологічних та біохімічних процесів за методом відносних величин (Ацци Дж., 1959) показала, що найвища сумарна біологічна активність ґрунту спостерігається при комплексному внесенні гною, соломи, сидерату та фосфорно-калійних добрив. Отже, на дерново-підзолистих ґрунтах, які мають низьку родючість, а як наслідок і низьку біологічну активність, при тривалому систематичному внесенні різних видів добрив, проходять зміни не лише в кількісному та якісному складі мікробного ценозу, а й у напрямках їх біохімічної діяльності.

Динаміка надходження біогенних елементів в рослини люпину та врожай зеленої маси

Динаміка росту люпину та формування азотфіксуючого апарату. Систематичне застосування різних видів добрив та застосування по їх фону бактеріального препарату азотфіксуючої дії сприяє підвищенню інтенсивності росту надземної частини рослин люпину, а також відповідному збільшенню маси сухої речовини в надземних і підземних органах.

Накопичення азоту, фосфору та калію рослинами. Оскільки досліджувана культура за відносно короткий проміжок часу може засвоювати значну кількість поживних елементів, тому важливою умовою для нормального його росту і розвитку є забезпечення грунту елементами живлення особливо калієм, бо азот люпин здатний фіксувати з повітря, а фосфор засвоювати із важкодоступних сполук грунту. Саме застосування в зерно-картопляній сівозміні органічних, мінеральних та бактеріальних добрив покращує поживний режим грунту і позитивно впливає на накопичення необхідних елементів рослинами.

Урожай та якість зеленої маси люпину. Згідно отриманих даних (табл.4), найвищу врожайність зеленої маси люпину в середньому за три роки досліджень було отримано на варіантах гній+солома+РК та гній+солома+сидерат+РК, що складала 351 та 343 ц/га, відповідно. В результаті приріст врожаю відносно контролю на цих варіантах становив - 81 та 73 ц/га. На фоні післядії сидерату приріст врожаю до контролю згідно дисперсійного аналізу не ввійшов в межі найменшої істотної різниці, тому є не істотним. Додаткові достовірні прирости зеленої маси люпину на рівні 14-29 ц/га забезпечує передпосівна інокуляція насіння мікробіологічним препаратом ризоторфін (штам 5500/4).

Важливими показниками для визначення якості кормів є вміст сирого протеїну, сирої клітковини та жиру. Кращі показники якості відмічено при при застосуванні гною як окремо так і сумісно з соломою. Сидератом та фосфорно-калійними добривами. Де вміст сирого протеїну переважав контроль на 8%, клітковини - 33,83-34,02 %і жиру 2,80 - 2,91% абс.-сух. реч. відповідно. За рахунок інокуляції вміст протеїну в середньому зріс на 6% залежно від варіанту удобрення, щодо клітковини та жиру спостерігається лише тенденція до його збільшення.

Таблиця 4. Вплив добрив на врожай зеленої маси люпину жовтого, 1998-2000рр., ц/га

Отримання високого та якісного врожаю зеленої маси на дерново-середньопідзолистому супіщаному грунті було досягнуто при поєднанні органічних добрив (гній, сидерат, солома) з фосфорно-калійними. Додатковим фактором який підвищує його кормову цінність служить передпосівна інокуляція насіння, яка є екологічно безпечним та економічно доцільним заходом.

Біоенергетична та економічна оцінка мінеральних, органічних та бактеріальних добрив

Найвищі енерговитрати відмічались при застосуванні мінеральних добрив по органічних (гній+солома+сидерат, гній+солома) з перевищенням контролю на 59 та 54%, відповідно. При цьому затрати на створення одного центнера продукції складали відповідно 147 та 150 МДж. В той же час, найвищу енергетичну ефективність відмічено на варіантах з мінімальними затратами енергії використаної на створення одиниці продукції, тобто на контролі (Кее = 3,38) та при внесенні лише фосфорно-калійних добрив (Кее = 3,34). Мінімальним цей коефіцієнт відмічено при застосуванні мінеральних добрив по фонах: гній+сидерат+солома складав - 2,70, гній+солома та сидерат+солома - 2,85.

Застосування бактеріального препарату по фонах добрив у незначній мірі підвищувало енергетичну ефективність, Кее зріс лише на 2% порівняно з варіантами без застосування ризоторфіну. Затрати на отримання одиниці продукції залишались на вихідному рівні, лише по деяких варіантах знизились на 3 - 4 МДж.

З економічної точки зору на варіантах з післядією соломи та гною, поряд з високим рівнем врожайності, собівартість одиниці продукції була найменшою - 1,74 та 1,89 грн./ц, в той же час чистий прибуток і рівень рентабельності, відповідно, найвищі - 1997 і 2147 грн./га (прибуток), 402 і 363% (рентабельність). При використанні бактеріального добрива (ризоторфіну) поряд із хоч і не високим підвищенням врожаю (до 9%) майже по всіх варіантах досліду знизилась собівартість та зріс прибуток і рентабельність виробництва.

Висновки

1. Покращання еколого-біологічного стану дерново-середньопідзолистого супіщаного грунту та отримання додаткового врожаю зеленої маси люпину жовтого досягалось за рахунок введення до технології їх вирощування біологічних елементів, а саме збільшення частки органічних добрив ( гною, соломи, сидерату) і використання азотфіксуючого бактеріального препарату.

2. Тривале застосування різних видів органічних добрив (гній, солома, сидерат) та їх поєднання з мінеральними сприяло підвищенню вмісту легкодоступних форм поживних елементів: лужногідролізованого азоту на 4-15%, мінерального - в 1,3-2,4 рази, доступного фосфору - на 7-44% та обмінного калію - в 1,2-2,5рази.

3. Органічна, крім сидеральної, та органо-мінеральна системи удобрення забезпечували розширене відтворення родючості ґрунту із зростанням вмісту гумусу на 22-52%. В полі люпину відмічався позитивний баланс азоту, та за рахунок потужної маси пожнивно-кореневих залишків - позитивний баланс гумусу, крім контролю та фону післядії сидерату.

4. Систематичне застосування гною та соломи і їх поєднання з фосфорно-калійними та сидеральними добривами спричинює зміни в структурі мікробного ценозу грунту: на фонах їх післядії зросла загальна чисельність мікроорганізмів в середньому на 52%, амоніфікаторів - на 32%, фосформобілізуючих бактерій - в 2,2 рази. Підвищилась інтенсивність процесу нітрифікації в 2,1-2,9 рази, активність ґрунтових ферментів: поліфенолоксидази - в 1,3-1,5 рази, уреази - в 1,4-1,8 рази, протеаз - на 13-32%, нітрогенази - на 15-19%.

5. Тривале застосування лише мінеральних та післядія сидеральних добрив сприяли збільшенню кількості грибів у мікробному ценозі та підвищенню активності ферменту пероксидази, що забезпечило інтенсифікацію мінералізаційних процесів і порушення рівноваги в бік зменшення вмісту і запасів гумусу.

6. Бактеризація насіння люпину жовтого ризоторфіном, сприяла активізації розвитку основних груп мікроорганізмів та підвищенню інтенсивності біохімічних процесів. Їх загальна чисельність зросла в середньому на 17%, бактерій, що використовують мінеральний азот на - 12%, амоніфікаторів - на 14%, інтенсивність процесу нітрифікації - на 12%, активність ферментів азотного обміну: протеази - на 7%, уреази - 6%, нітрогенази - в середньому на 22%. В той же час, при інокуляції на 13% знизилась чисельність актиноміцетів.

7. Для дерново-середньопідзолистого грунту розраховані коефіцієнти кореляції і побудовані рівняння регресії залежності між чисельністю мікроорганізмів та біологічними процесами. Найбільшу кількість достовірних позитивних зв'язків (r 0,71) мали всі біологічні процеси з загальною кількістю мікроорганізмів, амоніфікаторами, фосформобілізаторами та грибами, при чому з останніми - зворотні.

8. Систематичне внесення соломи та гною призводить до зниження фітотоксичності грунту, вмісту важких металів та підвищує рН. Тому на фоні їх післядії відмічається суттєве зниження токсичності в 1,7 - 2,4 рази порівняно з мінеральною та сидеральною системами удобрення. При тривалому застосуванні лише мінеральних добрив вміст у грунті рухомих форм цинку, міді, свинцю та кадмію в середньому на 39% та 55% був вищий ніж при застосуванні гною та соломи, відповідно.

9. Використання в сівозміні різних систем удобрення дало позитивний результат на наявність антигенів вірусів: тютюнової мозаїки (ВТМ), Х-вірусу картоплі (ХВК) та Y-вірусу картоплі (YВК). Їх присутність протягом кількох вегетаційних періодів свідчить про циркуляцію самого фітовірусу в даному агроценозі. Найвищий вміст відмічено антигенів вірусу ХВК.

10. Введення біологічних елементів у технологію вирощування люпину жовтого сприяло підвищенню ростових показників у рослин на 11-30%, за рахунок органічних добрив і їх поєднання з мінеральними, та на 2-9% за рахунок бактеріального препарату. Післядія гною і його сумісне застосування з іншими добривами забезпечує приріст сухої маси на 7-63% залежно від фази розвитку. Інокуляція насіння забезпечила приріст сухої речовини в середньому на 0,3-2,3ц/га та збільшення вмісту азоту в середньому на 10% в підземній та на 5% в надземній масі, а також достовірні прирости врожаю зеленої маси на рівні 14-29 ц\га.

11. Аналіз економіко-енергетичних показників вирощування люпину жовтого при застосуванні різних видів як органічних, мінеральних, так і бактеріальних добрив показав, що дана культура не потребує використання значних додаткових затрат у вигляді добрив. Передпосівний обробіток насіння люпину азотфіксуючим біопрепаратом дозволяє економити енргоресурси в с.-г. виробництві.

Рекомендації виробництву

З метою покращення екологічного та біологічного стану легких дерново-підзолистих ґрунтів, підвищення продуктивності зерно-картопляної сівозміни необхідно збільшувати частку органічних добрив не лише за рахунок гною (10 т/га), але й додаткового сумісного застосування соломи та біомаси сидерату.

Для отримання врожаю зеленої маси люпину на рівні 310-376 ц\га рекомендується на фоні органічних добрив в сівозміні (гній+солома, або гній+солома+сидерат) вносити Р₄₀К₆₀ безпосередньо під дану культуру. Додаткове використання азотфіксуючого бактеріального препарату ризоторфіну (штам 5500/4) на люпині жовтому забезпечує приріст врожаю зеленої маси в середньому на 10-15% та покращує структуру мікробного ценозу і родючість грунту.

Перелік друкованих робіт по темі дисертації

1. Шамрій Н.М. (Бельдій) Вплив бактеріального препарату симбіотичної дії на азотний режим дерново-підзолистого грунту при різних рівнях його родючості // Тези доповідей міжнародної конференції, присвяченої 90-річчу від заснування Інституту рослинництва ім. В.Я.Юр'єва УААН “Наукові основи стабілізації виробництва продукції рослинництва”. - Харків. - 1999. - С. 376-377.

2. Шамрій Н.М. (Бельдій) Вплив ризоторфіну при різних рівнях родючості дерново-підзолистого грунту на його біологічну активність та врожай люпину жовтого // Матеріали науково-практичного семінару молодих вчених та спеціалістів Інституту землеробства УААН “Вчимося господарювати”. - К.: “Нора-прінт”. - 1999. - С. 12-13.

3. Шамрій Н.М. (Бельдій), Дем`янюк О.С. Еколого-біологічна оцінка дерново-підзолистого грунту при тривалому застосуванні різних видів добрив // Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ. - 2000. - №32. - С. 409-412. (Особистий внесок: проведення досліджень, обробіток результатів, написання статті).

4. Шамрій Н.М. (Бельдій) Використання рослинної біомаси та її вплив на родючість дерново-підзолистого грунту // Матеріали науково-виробничої конференції ІАБ УААН “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання ґрунтових ресурсів”. - К.: 2000. - С. 109-110.

5. Шамрій Н.М. (Бельдій), Дем`янюк О.С. Вплив добрив на біологічний стан дерново-підзолистого грунту // Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ. - 2001.- №37 - С. 70-73. (Особистий внесок: проведення досліджень, підбір матеріалу, написання статті).

6. Шамрій Н.М. (Бельдій) Вплив тривалого застосування органічних добрив на родючість дерново-підзолистого грунту // Вісник аграрної науки. - К.: “ Аграрна наука”. - 2001. - №4. - С.73-74.

7. Шамрій Н.М. (Бельдій) Ефективність інокуляції насіння люпину на дерново-підзолистих ґрунтах // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К.: 2001. - Випуск 1-2. - С.49-51.

8. Шамрій Н.М. (Бельдій), Дем`янюк О.С. Вплив ризоторфіну на біологічну активність дерново-підзолистого грунту при різних рівнях його родючості // Матеріали Міжнародної наукової конференції “Онтогенез рослин, біологічна фіксація молекулярного азоту та азотний метаболізм”. - Тернопіль. - 2001. - С.227-231.

9. Шамрій Н.М. (Бельдій) Вміст важких металів та фітотоксичність дерново-підзолистого грунту за різних видів добрив // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К.: 2001. - Випуск 3. - С. 22-24.

10. Шамрій Н.М. (Бельдій) Вплив різних систем застосування добрив на вміст гумусу в дерново-підзолистому грунті // Агроекологічний журнал. - К.: ІАБ УААН. - 2002. - №1. - С. 39-42.

Анотація

Бельдій Н.М. “Вплив елементів біологізації зерно-картопляної сівозміни на екологічний стан дерново-підзолистого грунту та врожайність люпину жовтого.” - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія, сільськогосподарські науки. Інститут агроекології та біотехнології УААН, м. Київ, 2002.

У дисертації викладено результати досліджень впливу тривалого застосування різних систем удобрення та бактеріального препарату ризоторфіну (штам 5500/4) на екологічний та біологічний стан дерново-підзолистого грунту і врожай люпину жовтого. Проведена оцінка поживного режиму грунту та стану гумусу в умовах сівозміни типової для Полісся України. Дана детальна характеристика мікробного ценозу грунту та його біологічної активності на фонах післядії органічних (гній, сидерат, солома) і прямої дії мінеральних добрив з паралельною бактеризацією насіння препаратом. Передпосівна бактеризація насіння люпину азотфіксуючими мікроорганізмами сприяє більшому накопиченню сухої речовини органами рослин, інтенсивнішому формуванню азотфіксуючого апарату. Відмічається підвищення продуктивності та покращання якості врожаю.

Рекомендовано на легких дерново-підзолистих ґрунтах збільшувати частку органічних добрив у системі удобрення сівозміни та застосовувати передпосівну бактеризацію насіння для отримання додаткової високоякісної продукції.

Ключові слова: екологічний стан, добрива, гній, солома, сидерат, люпин жовтий, бактеризація, азотфіксація, ризоторфін, біологічна активність.

Аннотация

Бельдий Н.Н. “Влияние элементов биологизации зерно-картофельного севооборота на экологическое состояние дерново-подзолистой почвы и урожайность люпина желтого”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, г. Киев, 2002.

В диссертации изложены результаты исследований влияния длительного применения различніх систем удобрения и бактериального препарата ризоторфина (штам 5500/4) на экологическое и биологическое состояние дерново-подзолистой почвы и урожай люпина желтого. Проведена оценка питательного режима и состояния гумуса в условиях зерно-картофельного севооборота типичного для Полесья Украины. Дана детальная характеристика микробного ценоза почвы и ее биологической активности на фонах последействия органических (навоз, сидерат, солома) и прямого действия минеральных удобрений с параллельной бактеризацией семян ризоторфином. Систематическое применение навоза и соломы, их совместное применение с фосфорно-калийными и сидеральными удобрениями приводит к изменениям в структуре микробного ценоза почвы: возростает общая численность микроорганизмов в среднем на 52%, амонификаторов - на 32%, фосформобилизирующих бактерий - в 2,2 раза. Повышаеться интенсивность процессов нитрификации в 2,1-2,9 раза, активность почвенных ферментов: полифенолоксидазы - в 1,3-1,5 раза, уреазы - в 1,4-1,8, протеаз - на 13-32%, нитрогеназы - на 15-19%.

Систематическое внесение соломы и навоза приводит к уменьшению токсичности почвы в 1,7 - 2,4 раза, валового содержания тяжелых металлов на 39% та 55%. Получены положительные результаты на присутствие в почве антигенов вирусов: табачной мозаики (ВТМ), Х-вируса картофеля (ХВК) и Y-вируса картофеля (YВК). Их присутствие на протяжении нескольких вегетационных периодов говорит о циркуляции самого фитовируса в агроценозе.

Введение элементов биологизации в технологию выращивания люпина способствует увеличению ростовых показателей у растений, за счет органических удобрений и их совместного внесения с минеральными на 11-30%, и на 2-9% за счет бактеризации. Бактеризация семян люпина перед посевом азотфиксирующими микроорганизмами также способствует увеличению накопления сухого вещества органами растений на 0,3-2,3ц/га, интенсивнее формируется азотфиксирующий аппарат. Увеличивается содержание азота в среднем на 10% в подземной массе и на 5% в надземной. Повышается продуктивность, получены достоверные прибавки урожая зеленой массы на уровне 14-29 ц/га с улучшенными показателями качества урожая.