Влияние поверхностной обработки и уровня удобрения почвы на микрофлору агроземов и гумусообразование при возделывании многолетних трав

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние поверхностной обработки и уровня удобрения почвы на микрофлору агроземов и гумусообразование при возделывании многолетних трав

Л.Н. ЩАПОВА, Л.Н. ПУРТОВА, И.В. КИСЕЛЕВА

Приведены результаты исследований изменения численности и состава микрофлоры, каталазной активности, содержания, запасов гумуса и эмиссии СО₂ агротемногумусовых глеевых агроземов в посевах козлятника восточного под влиянием поверхностных приемов обработки почв (боронование, дискование) по фонам нормальных и повышенных доз минеральных удобрений. Установлены эффективные приемы обработки почв, оказывающие позитивное влияние на процессы гумусонакопления.

Ключевые слова: почвы, гумус, микрофлора почв, плодородие, продуцирование СО2.

почва обработка козлятник посев

Influence of surface treatment and fertilization level on microflora of agrozems and humus accumulation in the cultivation of perennial grasses

L.N. SHCHAPOVA, L.N. PURTOVA, I.V. KISELEVA (Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity, FEB RAS, Vladivostok).

The results of the studies on the changes of microflora frequency and content, catalase activity, content and reserves of humus and CO₂ emission of agro-dark-humus gley soils in the Eastern Galega planting under different methods of surface tillage (harrowing, disking) and normal and enhanced doses of mineral fertilizers are presented. Effective agrotechnical methods of soil treatment have been established, which have a positive effect on the processes of humus accumulation.

Введение

Использование в сельском хозяйстве почв как основного средства производства продовольствия неизбежно приводит к постепенному снижению уровня их плодородия и, как следствие, к снижению урожайности и качества продукции всех сельскохозяйственных культур. Проблема почвенного плодородия не только продолжает оставаться крайне актуальной, но из года в год осложняется. В современной экономической и экологической обстановке особая роль в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур принадлежит многолетним травам [2, 4].

Многолетние бобовые травы являются эффективным фактором биологизации земледелия. В условиях развивающихся рыночных отношений при высокой стоимости минеральных удобрений это наиболее доступное средство стабилизации и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

ЩАПОВА Людмила Никифоровна кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ПУРТОВА Людмила Николаевна доктор биологических наук, заведующая сектором, *КИСЕЛЕВА Ирина Владимировна кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, Владивосток). *Е-таі1: kiseleva-iv@inbox.ru

В последние годы все большие площади сельскохозяйственных угодий занимают ценной кормовой культурой козлятником восточным (Galega orientalis Lam.), который превосходно сочетает высокую продуктивность с отличными кормовыми достоинствами при устойчивом семеноводстве, рациональном использовании агроклиматических условий территории и устойчивом повышении плодородия почвы [6, 8].

Как природный фитомелиорант козлятник восточный (далее козлятник) обладает способностью симбиотически усваивать атмосферный азот и накапливать его в почве. Благодаря мощной, хорошо развитой корневой системе он легко усваивает фосфор и калий, улучшает структуру и плодородие почвы, обогащая ее органическим веществом за счет массы корней и пожнивных остатков [7, 11]. Главное достоинство козлятника большое количество пожнивных остатков, которое остается после уборки культуры. Наблюдения показали, что содержание общего количества органического вещества в его корневых и пожнивных остатках составляет 12,2 т/га. Содержание гумуса при их разложении повышается на 0,61 т/га [9]. Однако процессы разложения, осуществляемые почвенным микробным сообществом, практически не исследованы.

Цель работы изучить сообщества микроорганизмов, участвующих в процессах разложения органического вещества пожнивных остатков, и направленность этих процессов под влиянием боронования, дискования на различных фонах минеральных удобрений при возделывании козлятника.

В задачу исследований входило выявление наиболее эффективных агротехнических приемов повышения уровня потенциального плодородия при возделывании многолетних трав.

Объекты и методы

Объект исследований агротемногумусовые глеевые почвы, осушенные открытой сетью каналов и распространенные по слабодренированным низким террасам. Почвенный профиль их состоит из генетических горизонтов: PU-AU-G-Cg [3]. Образцы отбирали в 2016 и 2017 гг. в первой декаде сентября на опытных полях кормового севооборота Приморского НИИСХ. Закладка полевых опытов произведена в мае 2016 г. на многолетних травостоях козлятника. Повторность опыта четырехкратная. Площадь каждой делянки 100 м². Отбор смешанных почвенных образцов проводили в пахотном горизонте почв (Ри, 0-20 см). Гумус определяли по методу Тюрина [1], каталазную активность газометрическим методом по Галстяну [5], эмиссию СО₂ по Шаркову [10]. Выделение различных физиологических групп микроорганизмов, участвующих в превращениях органического вещества, проводили на общепринятых питательных средах [5]. Изучали следующие группы микроорганизмов: бактерии на мясопептонном агаре (среда МПА) аммонифицирующие микроорганизмы, участвующие в разложении свежего органического вещества; актиномицеты и бактерии на крахмалоаммиачном агаре (среда КАА) микроорганизмы, утилизирующие минеральные формы азота; олигонитрофилы на среде Эшби бактерии, участвующие в процессах превращения азота в почве.

Результаты и обсуждение

Поверхностная обработка почв посевов многолетних трав является одним из эффективных агротехнических приемов, влияющих на омоложение травостоя, что, в свою очередь, сказывается на функционировании микрофлоры и протекании процессов гумусообразования.

Исследования 2016 г. показали, что численность микроорганизмов существенно меняется в почве с посевом козлятника при разных способах обработки почв. Количество аммонифицирующих микроорганизмов (среда МПА) заметно возросло при бороновании почвы (140 % по отношению к контролю) и почти в 3 раза (289 %) при дисковании по сравнению с контролем без обработки (табл. 1).

При исследуемых способах агротехнической обработки отмечена тенденция к увеличению количества микроорганизмов, использующих минеральный азот, от 132 до 262 % по отношению к контролю. При этом большая численность аммонификаторов способствовала сдерживанию интенсивности процессов минерализации органического вещества.

Наибольшие значения коэффициента минерализации установлены в вариантах, где численность бактерий, использующих минеральный азот, существенно больше, чем аммонификаторов: на контроле (100 %) и при бороновании (94 %).

В варианте с дискованием отмечается более низкий коэффициент минерализации, что свидетельствует о менее быстром разложении органического вещества. Это объясняется более глубокой обработкой поверхности пахотного горизонта. Внесение удобрений в дозе ^₀Р₁₂₀К₁₂₀ стимулирует развитие микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среда КАА), процесс минерализации органического вещества усиливается (табл. 1). К тому же при дисковании по сравнению с боронованием увеличивается численность других групп микроорганизмов (грибы, актиномицеты), что также может способствовать усилению процессов минерализации свежего органического вещества.

Внесение удобрений в умеренных дозах отрицательно сказывается на численности олигонитрофильных микроорганизмов, которые составляют группу почвенной микрофлоры, завершающую минерализацию органических соединений. При дисковании их содержание увеличивается до 145 % относительно контроля. Развитие олигонитрофилов угнетается при повышенном фоне удобрений, особенно при дисковании.

Возможно, отрицательное влияние на жизнедеятельность олигонитрофилов оказывает азот, который внесен в почву в составе смеси минеральных удобрений.

Таблица 1

Численность и групповой состав микроорганизмов (тыс. КОЕ на 1 г почвы), 2016 г.

Примечание. Здесь и в табл. 2 и 3: МПА, КАА сокращенные названия сред, использованных для выделения группы микроорганизмов; КМ коэффициент минерализации (соотношение групп микроорганизмов на средах КАА/МПА); Фон = К^Р^К^ нормальный фон минеральных удобрений; 2Фон = К90Р₁₂0К₁₂0 повышенный фон.

Наибольшее содержание гумуса отмечено в вариантах с внесением удобрений и контроле (от 5,60 до 6,15 %), наименьшее в вариантах с боронованием и дискованием (от 4,52 до 4,68 %) (табл. 2). Обработка почвы обусловила увеличение минерализации органики и уменьшение содержания гумуса за счет обедненного органикой нижележащего слоя. Внесение удобрений без обработки почв снижает минерализацию органического вещества, что способствует увеличению содержания гумуса (варианты 5, 7).

В варианте с дискованием также отмечено снижение показателей эмиссии СО₂ и увеличение каталазной активности. Это связано со стимулированием развития большинства групп микроорганизмов по сравнению с контролем. При внесении удобрений в умеренной дозе (М₄₅Р₆₀К₆₀) выделяется вариант с боронованием здесь повышена каталазная активность (табл. 2).

Таблица 2

Изменение содержания и запасов гумуса, каталазной активности (Ка) и эмиссии СО₂ при различных вариантах обработки почв

Исследования 2017 г. показали, что произошли заметные изменения в микробоценозе. Так, на контроле без обработки численность микроорганизмов на МПА была почти в два раза выше, чем при дисковании, и в четыре раза больше, чем при бороновании (табл. 3).

Однако численность этих микроорганизмов была заметно ниже, чем в 2016 г. Очень высокой на контроле без обработки была численность микроорганизмов, минерализующих азот (среда КАА), отмечалось их возрастание в три раза. В результате коэффициент минерализации органического вещества увеличился. При внесении удобрений без обработки почвы количество микроорганизмов, использующих минеральный азот, было практически одинаковым: 20 100 тыс. КОЕ/г почвы в 2016 г. и 23 000 тыс. КОЕ /г почвы в 2017 г.

Однако низкая численность микроорганизмов, способных разлагать свежее органическое вещество (среда МПА), приводит к доминированию процессов минерализации в почве, о чем свидетельствует высокий коэффициент минерализации (табл. 3). Вероятно, такая низкая их численность связана с резким переувлажнением почв в результате ливневых осадков в 2017 г.

Внесение удобрений в дозе И^Р^К^ на варианте с дискованием приводит к увеличению количества микроорганизмов, развивающихся за счет органического азота (среда МПА), но снижает содержание микроорганизмов, утилизирующих минеральные формы азота, в 2017 г. по сравнению с 2016 г. Подобное соотношение способствует ослаблению минерализационных процессов, и коэффициент минерализации заметно снижается. Повышенная доза удобрений ^₀Р₁₂₀К₁₂₀ способствовала увеличению содержания микроорганизмов, развивающихся за счет минеральных форм азота в варианте с дискованием. Однако их содержание было ниже, чем в 2016 г.

Таблица 3

Численность и групповой состав микроорганизмов (тыс. КОЕ на 1 г почвы) в сентябре 2017 г.

Боронование почв без внесения удобрений слабо сказалось на численности микроорганизмов, утилизирующих минеральные формы азота. Здесь их количество было самым низким из всех вариантов опыта. Внесение удобрений в малых дозах при бороновании способствует увеличению численности микроорганизмов на КАА вдвое по сравнению с боронованием без удобрений. Боронование с применением высоких доз удобрений слабо сказывается на развитии микроорганизмов, развивающихся за счет минерального азота.

В 2017 г. отмечена закономерность к снижению численности олигонитрофильных микроорганизмов по сравнению с 2016 г. Обработка почвы без внесения удобрений слабо сказывается на жизнедеятельности олигонитрофилов. Внесение удобрений без обработки почвы несколько увеличивает содержание этих групп микроорганизмов.

Дискование с внесением удобрений в малых дозах увеличивает содержание олигонитрофильных микроорганизмов. Внесение высоких доз удобрений при дисковании снижает содержание олигонитрофилов, при бороновании, напротив, увеличивает.

Таким образом, в 2017 г. соотношение микроорганизмов в микробоценозе способствовало развитию процессов минерализации органического вещества.

Заключение

Установлено, что различная система агротехнической обработки почв в посевах козлятника при применении удобрений оказывает неоднозначное влияние на микрофлору почв и процессы трансформации органического вещества.

В 2016 г. соотношение различных групп микроорганизмов, влияющих на процессы минерализации органического вещества, складывалось оптимально. При этом интенсивность процессов минерализации органического вещества была ослаблена. Наиболее интенсивно эти процессы были выражены в вариантах без удобрений (контроль и боронование). В варианте с дискованием коэффициент минерализации был более низким.

Высокие дозы удобрений способствовали снижению интенсивности развития процессов минерализации органического вещества на контроле и при бороновании. Дискование способствовало возрастанию коэффициента минерализации.

Применение удобрений в дозе М₄₅Р₆₀К₆₀ способствовало снижению интенсивности минерализации органического вещества и сохранению гумуса на контроле и при бороновании. При дисковании коэффициент минерализации несколько возрастал.

В вариантах без обработки с повышенным фоном внесения удобрений прослеживалась тенденция к снижению интенсивности минерализационных процессов. Здесь зафиксировано большее по сравнению с контролем накопление гумуса, ферментативной (каталазной) активности почв и эмиссии СО₂.

В 2017 г. в составе микробного ценоза наблюдалась низкая численность микроорганизмов, способных разлагать свежее органическое вещество (среда МПА). Доминировали микроорганизмы, участвующие в процессах его минерализации (среда КАА).

При нормальном фоне минеральных удобрений в варианте с боронованием снижается численность аммонификаторов и возрастает содержание микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, что способствует более интенсивному протеканию минерализационных процессов (КМ = 5,8).

При повышенном фоне минеральных удобрений с различными типами обработки почв интенсивность процессов минерализации органического вещества ослабевала. При этом возрастала численность микроорганизмов, способных разлагать свежее органическое вещество (среда МПА).

Внесение минеральных удобрений в большинстве случаев снижает минерализационную активность и способствует сохранению гумуса.

Агротехническая обработка почв без внесения минеральных удобрений в 2017 г. способствовала усилению интенсивности процессов минерализации органического вещества (КМ = 5,0-6,8).

Литература

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

2. Горгулько Т.В. Микробиологическое состояние почвы при разных системах обработки // Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования: материалы I Междунар. науч.-практ. конф. Соленое Займище: Прикаспийский НИИ аграрного земледелия, 2016. С. 1805-1808.

3. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004.

4. Кшникаткина А.Н., Гущина В.А. Приемы возделывания козлятника восточного // Козлятник восточный проблемы возделывания и использования: тез. докл. I Всесоюз. науч.-производ. семинара. Челябинск, 1991. С. 54.

5. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: МГУ, 1991. 304 с.

6. Надежкин С.М., Кшникаткина А.Н. Козлятник восточный улучшает плодородие черноземов // Земледелие. 2001. № 1. С. 23.

7. Ступаков И.А., Шумаков А.В. Влияние козлятника восточного на плодородие почв // Вестн. Курской гос. с.-х. академии. 2013. № 7. С. 30-31.

8. Тимонов В.Ю., Балабанов С.С., Чернышева Н.М. и др. Влияние козлятника восточного на почвенное плодородие // Вестн. Курской гос. с.-х. академии. 2010. № 5. С. 57-59.

9. Хуснидинов Ш.К. Нетрадиционные сидеральные культуры и плодородие почв Прибайкалья. Иркутск, 1999. 187 с.

10. Шарков И.Н. Определение интенсивности продуцирования СО2 почвой адсорбционным методом // Почвоведение. 1984. № 7. С. 136-143.

11. Эседуллаев С.Г, Шмелева Н.В. Возделывание козлятника восточного эффективный способ повышения плодородия дерново-подзолистой почвы и продуктивность севооборота // Земледелие. 2015. № 1. С. 13-15.

Размещено на Allbest.ru