Определение биологической активности и токсичности почвы в посевах сахарного сорго в условиях Астраханской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение биологической активности и токсичности почвы в посевах сахарного сорго в условиях Астраханской области

Е. Н. Ефремова1, Н. В. Тютюма2, Н. Ю. Петров1,

Determination of biological activity and toxicity of soil in sugar sorghum crops in the conditions of the astrakhan region

E. N. Efremova1, N. V. Tyutyuma2, N. Y. Petrov1

Abstract

Introduction. In the conditions of intensification of agriculture, among the numerous agrotech- nical techniques, tillage plays a leading role in the formation of the crop. The positive effect of the introduction of intensive technologies can be achieved through the scientifically based application of energy-saving tillage systems. An urgent problem of the study is the justification of the use of intensive technologies for cultivating sugar sorghum using progressive methods of obtaining a highly productive crop based on the principles of resource conservation, biologization and ecolo- gization. The purpose of the study: to study the toxicity and biological activity of the soil after sowing sugar sorghum. Tasks: to determine the biological activity and toxicity of the soil; comparative influence of agrotechnical techniques in the study of soil toxicity. An object. The object of research is sugar sorghum of the Debut variety, a biostimulator of growth and a mineral fertilizer. Materials and methods. In the field experiment, the cultivation of sugar sorghum by dump and zero tillage was studied. The experiments were carried out in the farm Popov S.A. Cherno- yarsky district of the Astrakhan region. The research period is 2009...2015. The experience is two- factor in four-fold repetition. The biological activity and toxicity of the soil on sugar sorghum crops were determined at the beginning of the study (2009) and the last year of the study (2015), in order to more clearly change the structure of agro-soil aggregates and increase the impact of microbial activity on soil processes. Results and conclusions. Assessing the biological activity of the soil on the scale of Pryazhennikova O.E., the intensity of cellulose decomposition according to our experiments can be characterized as strong (from 50 to 80% decomposition). In the tillage variants, a general pattern of increasing soil toxicity was observed for zero tillage, the percentage of seed germination decreased and amounted to 75...77%. For all variants of the growth of the seedling, changes were observed, it was 93.5... 102.2%. In experiments on zero tillage, the percentage of wheat seedling length was 93.5...96.8%. In the conducted studies, the biological activity of the soil on the sowing of sugar sorghum was the highest on the option of using a biostimulator of growth and mineral fertilizer for zero treatment. The toxicity of the soil decreased, therefore, the accumulation of toxins decreased.

Актуальность. В условиях интенсификации земледелия среди многочисленных агротехнических приемов в формировании урожая обработке почвы отводится ведущая роль. Положительный эффект от внедрения интенсивных технологий может быть достигнут благодаря научно обоснованному применению энергосберегающих систем обработки почвы. Актуальной проблемой исследования является обоснование применения интенсивных технологий возделывания сахарного сорго с использованием прогрессивных приемов получения высокопродуктивного урожая, базирующегося на принципах ресурсосбережения, биологизации и экологизации. Цель - исследование токсичности и биологической активности почвы после посева сахарного сорго. Задачи: определить биологическую активность и токсичность почвы; сравнительное влияние агротехнических приемов при исследовании токсичности почвы. Объект. Объектом исследований являются сахарное сорго сорт Дебют, биостимулятор роста и минеральное удобрение. Материалы и методы. В полевом опыте было изучено возделывание сахарного сорго по отвальной и нулевой обработкам почвы. Опыты проводились в КФХ Попова С. А. Чернояр- ского района Астраханской области. Период проведения исследований - 2009...2015 гг. Опыт двухфакторный в четырехкратной повторности. Биологическую активность и токсичность почвы на посевах сахарного сорго определяли в начале исследования (2009 г.) и последний год исследования (2015 г.) для более четкого изменения строения агропочвенных агрегатов и повышения воздействия деятельности микроорганизмов на почвенные процессы. Результаты и выводы. Оценивая биологическую активность почвы по шкале Пряженниковой О. Е., интенсивность разложения целлюлозы по нашим опытам можно характеризовать как сильную (от 50 до 80 % разложения). На вариантах по обработкам почвы наблюдали общую закономерность увеличения токсичности почвы по нулевой обработке почвы, процент всхожести семян понижался и составил 75.77 %. По всем вариантам прироста проростка наблюдали изменения, оно составляло 93,5.102,2 %. На опытах по нулевой обработке почвы процент длины проростка семян пшеницы составил 93,5.96,8 %. В проведенных исследованиях биологическая активность почвы на посеве сахарного сорго наиболее высокая была на варианте применения биостимулятора роста и минерального удобрения по нулевой обработке. Токсичность почвы уменьшалась, следовательно, накопление токсинов снижалось.

Введение

Целесообразность возделывания сорго в засушливых регионах обусловлена его высокой урожайностью и универсальностью использования. Кормовые достоинства зелёной массы культуры не только приравниваются к кукурузе, но и превышают её. Однако в орошаемых агроландшафтах Нижнего Поволжья сорго занимает незначительную долю в структуре посевных площадей [4].

В настоящее время возделывание сорго изучают по всему миру. Были проведены исследования по оценке сохранения разнообразия на фермах и характеристик местных сортов сорго (Sorghum bicolor(L)) Moench в Восточном Харарге Эфиопии [9]. Изучали сравнительное влияние двух минеральных удобрений и трех органических удобрений на агроморфологические характеристики сорта сорго (Sorghum bicolor L.), возделываемого в коммуне Корого, республика Северный Кот-д'Ивуар [10].

Современной задачей в сельском хозяйстве является создание и изучение севооборотов и ресурсосберегающих обработок почвы - основных компонентов концепции земледелия, приспособленных к условиям перехода в рыночной экономике.

Одним из важнейших факторов, определяющих плодородие почвы, является биологическая и, в частности, активность и направленность микробиологических процессов. Тесная положительная связь между урожайностью сельскохозяйственных культур и биологической активностью почвы установлена многочисленными исследованиями [2, 6, 7].

Актуальной проблемой исследования является обоснование применения интенсивных технологий возделывания сахарного сорго с использованием прогрессивных приемов получения высокопродуктивного урожая, базирующегося на принципах ресурсосбережения, биологизации и экологизации.

Цель исследования: исследование токсичности и биологической активности почвы после посева сахарного сорго.

Задачи: определить биологическую активность и токсичность почвы; сравнительное влияние агротехнических приемов при исследовании токсичности почвы.

Материалы и методы

В полевом многолетнем стационарном опыте, заложенным осенью 2008 года, было изучено возделывание сахарного сорго по отвальной (рекомендованной научными учреждениями региона) и нулевой обработке почвы. В связи, с тем, что область, в которой проводили исследования, относится к засушливым, с резко выраженной континентальностью, принято решение опыты закладывать с применением капельного орошения.

Предшественником сахарного сорго была озимая пшеница. Опыт - двухфакторный в четырехкратной повторности. Опыты проводились в КФХ Попова С. А. Чернояр- ского района Астраханской области. Период проведения исследований - 2009.. .2015 гг.

Фактором А являются варианты:

1. Вариант: контроль - отвальная обработка почвы.

2. Вариант: нулевая обработка почвы.

Фактор В - биостимуляторы и минеральные удобрения, для повышения полевой всхожести и повышения роста вносились в начальные этапы развития.

*обработка семян сахарного сорго перед посевом биостимулятором Энерген Экстра - норма расхода препарата - 100.330 г/т. Предпосевная обработка семян. Расход рабочего раствора - 10 л/т.

**удобрения вносили в виде нитрофоски (N₃₆P₃₆K₃₆) одновременно с посевом, оставшуюся часть - в период вегетации растений с поливной водой. Внесение удобрений было расчетным на планируемую урожайность.

Энерген Экстра - микроудобрение, в состав которого входят аминокислоты, микроэлементы, витамины, гуминовые кислоты, фульвокислоты.

Определение биологической активности почвы проводили методом «аппликаций» в слое 0,0...0,3 м по методике Е. Н. Мишустина, А. Н. Петровой. С помощью метода льняных полотен судят об энергии мобилизационных процессов почвы. Определение токсичности почвы проводили методом биотестов в лабораторных условиях. В качестве тест - растения использовали 25 семян яровой пшеницы.

Результаты и обсуждение

Биологическую активность почвы на посевах сахарного сорго определяли в начале исследования (2009 г.) и последний год исследования (2015 г.), для более четкого изменения строения агропочвенных агрегатов и повышения воздействия деятельности микроорганизмов на почвенные процессы.

Рисунок 1 - Зависимость влияния фактора В на биологическую активность почвы на посевах сахарного сорго по отвальной обработке почвы, %, 2009 г.

Рисунок 2 - Зависимость влияния фактора В на биологическую активность почвы на посевах сахарного сорго по нулевой обработке почвы, %, 2009 г.

Существенного различия биологической активности почвы по отвальной и нулевой обработкам почвы не наблюдали в первый год исследования (рисунки 1, 2). В 2009 г. в слое 0,0.. .0,3 м через 3 месяца процент разложения ткани составил 50,4.. .51,8 % и 49,2.50,3 % по отвальной и нулевой обработкам почвы.

На степень разложения льняного полотна оказывало влияние внесение минерального удобрения в почву. На вариантах, где присутствовало удобрение, процент разложения ткани был выше, т.к. удобрение увеличивало активность микроорганизмов.

Как видно степень разложения ткани по нулевой обработки почвы в первый год исследования (2009 г.) была ниже, т.к. в это время наблюдали уплотнение почвы, что вело к отсутствию воздуха в слое 0,0...0,3 м, следовательно, процесс размножения микроорганизмов замедлялся.

Повторное исследование, проведенное в 2015 г., биологической активности почвы на посевах сахарного сорго показали закономерность, что на скорость разложения льняного полотна оказывали влияние обработка почвы, минеральное удобрение и биостимулятор роста (рисунки 3, 4). При нулевой обработке почвы наблюдали активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов.

Рисунок 3 - Зависимость влияния фактора В на биологическую активность почвы на посевах сахарного сорго по отвальной обработке почвы, %, 2015 г.

Данные биологической активности почвы по сахарному сорго по отвальной обработке почвы, в зависимости от агротехнического приема, изменялись в пределах 15,4.58,9 %, по нулевой обработке - 17,8.67,5 % начиная с первого по третий месяц разложения ткани. Интенсивность разложения целлюлозы на варианте совместного использования биостимулятора роста и удобрения по нулевой обработке почвы составило 67,5 %. Активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов по слоям почвы в зависимости от обработки почвы изменялась. По отвальной обработке почвы наибольшую активность наблюдали в слое 0,2.0,3 м, на почве, обработанной по нулевой обработке, увеличение активности микроорганизмов было в верхнем слое почвы 0,0.0,1 м.

На варианте нулевой обработки почвы интенсивность разложения полотна в слое 0,0.0,1 м характеризовалась как сильная, в последующих слоях - средняя. В связи с отсутствием обработки почвы содержание микроорганизмов в почве уменьшалось по мере углубления, т.к. снижалось содержание в почве подвижных форм питательных веществ и количество кислорода.

Рисунок 4 - Зависимость влияния фактора В на биологическую активность почвы на посевах сахарного сорго по нулевой обработке почвы, %, 2015 г.

Активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов по отвальной обработке почвы квалифицировалось в слое 0,2...0,3 м как сильная. При отвальной обработке почвы в результате оборота пласта происходило различное распределение органических остатков возделываемых культур по профилю обрабатываемого слоя, что положительно влияло на минерализацию и вело к накоплению органического вещества.

На почвах, обработанных по нулевой обработке, скорость разложения льняного полотна была выше, что связано с процессом накопления гумуса, увеличением популяции микроорганизмов, дождевых червей и членистоногих. Нулевая обработка почвы позволяла увеличить плодородный горизонт за счет накопления органического вещества и его последующей гумификации.

Растительные остатки на поверхности почвы по нулевой обработки почвы создавали условия для сохранения продуктивной влаги, уменьшали скорость ветра, охраняли почву от прямого попадания капель дождя, снижали иссушение и перегрев почвы, повышали физические свойства почвы, что увеличивало биологическую активность.

Оценивая биологическую активность почвы по шкале Пряженниковой О. Е., интенсивность разложения целлюлозы по нашим опытам можно характеризовать как сильную (от 50 до 80 % разложения).

На основе данных исследования была установлена тесная корреляционная зависимость грибов на посеве мясопептонном агаре и степени разложения льняного полотна за 3 месяца в слое 0,0.. .0,3 м. Был рассчитан коэффициент корреляции Пирсона. Коэффициент корреляции имел положительное значение, связь между признаками была высокая и прямая - R² = 0,9231. Среднюю прямую корреляционную зависимость - R²= 0,5535 наблюдали на варианте по нулевой обработке почвы в 2015 г., следовательно, не выявлено преимущество одного из факторов на биологическую активность почвы.

Источник образования и поступления токсических веществ в почве -- корневые выделения растений, послеуборочные растительные остатки и продукты метаболизма микроорганизмов. Наиболее интенсивно токсические вещества накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по биологии культур и при создании в почве анаэробных условий [3, 5].

Как и многие свойства почвы, токсичность заметно меняется во времени. Наиболее сильно она проявляется в летне-осенний период (июль-сентябрь), поздней осенью и зимой она уменьшается, а к весне доходит до минимума. Исследования Е. Ф. Мерецкой показали на прямую зависимость длительности сохранения и концентрирования токсинов в почве от количественного и качественного состава микрофлоры [1, 8].

В наших исследованиях в качестве тест-культуры была выбрана яровая пшеница. Определяли всхожесть семян по всем вариантам опыта, длину проростка и его массу, также рассчитали прирост длины проростка относительно контроля (на фильтровальной бумаге) для определения эффективности использования агротехнических приемов.

Отбор проб проводили после уборки сахарного сорго. Первоначально влияние агротехнических приемов на токсичность почвы провели в 2009 г. Всхожесть семян относительно фильтровальной бумаги была ниже на всех вариантах обработок почвы (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние агротехнических приемов на биологическую токсичность почвы
после посева сахарного сорго, %, 2009 г.

На варианте с применением минерального удобрения заметна тенденция увеличения процента всхожих семян. Относительно варианта без применения удобрения увеличение составило 1...6 %. На вариантах по обработкам почвы наблюдали общую закономерность увеличения токсичности почвы по нулевой обработке почвы, процент всхожести семян понижался и составил 75.77 %.

По всем вариантам прироста проростка наблюдали изменения, они составили 93,5.102,2 %. Общая тенденция увеличения токсичности почвы на вариантах по нулевой обработке почвы сохранилась, и наблюдали по длине проростка семян пшеницы.

На опытах по нулевой обработке почвы процент длины проростка семян пшеницы составил 93,5.96,8 %.

Таким образом, наши наблюдения показали прямую зависимость всхожести семян и длины проростка тест-культуры от использования минерального удобрения и обработки почвы. Увеличение токсичности почвы по нулевой обработке почвы в первый год исследования было связано с создавшимися анаэробными условиями в пахотном слое почвы, что способствовало накоплению в ней токсинов. Снижение всхожести семян, длины проростков семян доказывает наличие токсичных веществ. При снижении аэрирования почвы в ней начинают скапливаться частично окисленные продукты питания микроорганизменного метаболизма в форме нестойких базисных кислот, имеющих ядовитые вещества.

Повторное исследование влияния агротехнических приемов на показатели токсичности почвы проводили в 2015 г. По данным всхожести семян тест-культуры, длины проростка и абсолютно-сухой массы проростков на отвальной обработке почвы особой разницы не наблюдали относительно 2009 г.

Результаты по нулевой обработке почвы показали тенденцию в сторону увеличения процента всхожих семян тест-культуры и длины проростка относительно 2009 г. Увеличение всхожих семян по нулевой обработке почвы составило 5.. .15 % (таблица 2). Также наблюдали тенденцию увеличения прироста длины проростка - 6.14 %.

Применение минеральных удобрений обусловливало уменьшение в почве количества токсичных микроорганизмов. Эту закономерность можно наблюдать в нашем исследовании.

Таблица 2 - Влияние агротехнических приемов на биологическую токсичность почвы после посева сахарного сорго, %, 2015 г.

По всем вариантам опыта при использовании минерального удобрения было заметно снижение токсичности почвы. Наиболее значимое снижение наблюдали при совместном использовании минерального удобрения и регулятора роста. По нулевой обработке почвы всхожесть семян тест-культуры составила 92 %, по отвальной обработке почвы - 82 %.

Токсичность почвы после сахарного сорго на варианте нулевой обработки почвы уменьшалась, увеличилась всхожесть семян, длина и абсолютно-сухая масса проростков. Данные по всхожести семян яровой пшеницы после посева сахарного сорго по отвальной обработке на варианте совместного применения удобрения и биостимулятора равнялась 82,0 %, длина проростков - 111,3 мм, абсолютно-сухая масса проростка на данном варианте была 0,21 г.

В результате исследования наблюдали закономерность уменьшения токсичности почвы при исследовании почвы по нулевой обработке. Показатели определения токсичности почвы увеличились, по сравнению с данными 2009 г., изменения наблюдали по всем вариантам данной обработки почвы.

Влияние обработки почвы, минерального удобрения и биостимулятора роста на всхожесть семян тест-культуры при исследовании токсичности почв после посева сахарного сорго представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 - Сравнительное влияние агротехнических приемов на всхожесть семян яровой пшеницы при исследовании токсичности почв после посева сахарного сорго, %

На варианте совместного применения удобрения и биостимулятора роста всхожесть семян показала в большей степени положительную динамику, составив 92,0 %, что на 10 % больше, чем по отвальной обработке, длина проростка на данном варианте была 122,2 мм, что составило 10,8 % прироста относительно контроля (фильтровальной бумаги).

Выводы

Таким образом, при наблюдении за токсичностью почвы в 2009 г. по нулевой обработке почвы из-за недостаточной аэрации почвы создавались условия, способствующие аккумуляции в ней токсинов, поэтому токсичность почвы увеличивалась. При накоплении растительных остатков по нулевой обработке почвы происходила их минерализация. В процессе разложения растительных остатков происходило образование и накопление в их составе гумусовых веществ и относительное уменьшение количества наиболее легкогидролизуемых компонентов органического вещества остатков. Токсичность почвы уменьшалась, следовательно, накопление токсинов снижалось.

В проведенных исследованиях биологическая активность почвы на посеве сахарного сорго наиболее высокая была на варианте применения биостимулятора роста и минерального удобрения по нулевой обработке. На целлюлозоразлагающую активность оказывало влияние использование биостимулятора роста, минерального удобрения, обработка почвы. Все данные факторы способствовали увеличению интенсивности разложения клетчатки. Активность целлюлозоразлагающей микрофлоры в значительной степени определяет интенсивность дальнейших процессов гумификации и минерализации органики.

Следует отметить, что с увеличением биологической активности, токсичность почвы понижалась. Комплексное применение рассматриваемых агротехнических приемов (нулевая обработка почвы, биостимулятор роста и минеральное удобрение) в сочетании дает возможность значительно уменьшить негативное воздействие накапливающихся токсинов в почве.

Оставленная на поверхности почвы мульча снижает скорость ветра и уменьшает испарение влаги. Внесенные в поверхностный слой минеральные удобрения и мульча создают благоприятные условия для деятельности микроорганизмов, что оказывает положительное влияние на питательный режим и гумусное состояние почвы, а также на культурный почвообразовательный процесс.

Библиографический список

1. Влияние ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на продуктивность полевого севооборота / А. И. Волков, Н. А. Кириллов, И. В. Григорьева, Е. А. Соколова // Земледелие. 2017. № 5. С. 32-35.

2. Волков А. И., Кириллов Н. А. Эффективность нулевой обработки почвы в полевом севообороте // Сахарная свекла. 2018. № 9. С. 34-37.

3. Гармашов В. М., Гармашова Л. В. Биологическая активность чернозема обыкновенного при минимизации обработки и прямом посеве // Международный научноисследовательский журнал. 2021. № 2-1 (104). С. 145-148.

4. Даниленко Ю. П., Панина Л. В., Володин А. Б. Основные приёмы технологии возделывания сахарного сорго при орошении // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 1 (41). С. 184-190.

5. Ефремова Е. Н., Тютюма Н. В., Зенина Е. А. Влияние ресурсосберегающей обработки на биологическую активность и токсичность светло - каштановой почвы // Масличные культуры. 2018. № 4 (176). С. 107-111.

6. Матвиенко Е. В. Сорго как пищевая культура // International Agricultural Journal. 2020. Т. 63.№3. С. 12-15.

7. Перспективы "нулевой" обработки почвы при возделывании кукурузы на зерно в Волго-вятском регионе / А. И. Волков, Н. А. Кириллов, Л. Н. Прохорова, Л. Н. Куликов // Земледелие. 2015. № 1. С. 3-5.

8. Черкасов Г. Н., Пыхтин И. Г., Гостев А. В. Ареал применения нулевых и поверхностных обработок при возделывании колосовых культур на территории европейской части Российской Федерации // Земледелие. 2017. № 2. С. 10-13.

9. Chala Tamiru On farm diversity conservation assessment and characterization of sorghum (Sorghum bicolor (L)) Moench) landraces in Eastern Hararghe, Ethiopia // International Journal of Research in Agronomy. 2021. N 4 (2). P. 09-14.

10. Comparative effects of two mineral fertilizers and three organic manures on the agro- morphological characteristics of a variety of sorghum (Sorghum bicolor L.), cultivated in commune of Korhogo, Northern Cote d'Ivoire / Siene Laope Ambroise Casmir, Kouame Konan, Coulibaly Lacina Fanlegue and Camara Brahima // International Journal of Research in Agronomy. 2021. N 4 (2). P. 55-61

Размещено на Allbest.ru