CC BY
78
В отличие от каталазы, активность уреазы и инвертазы в опыте неоднозначна: в присутствии селена в диапазоне невысоких концентраций соответственно до 10 и 40 мг/кг активность ферментов убывала. С дальнейшим повышением дозы активность энзимов увеличивалась. Неоднозначное изменение активности инвертазы и уреазы свидетельствует, очевидно, о наличии приспособительных реакций почвенной биоты на присутствие селена.
Заключение
В результате реакции микробного сообщества на дополнительное внесение селена изменялась биохимическая активность почвы. Полученные зависимости влияния возрастающих доз изучаемого микроэлемента на наиболее важные с агрономической точки зрения микроорганизмы позволяют сделать вывод о возможности использования данных видов в качестве тест-объектов при селенизации почв.
Список литературы
1. Илялетдинов А.Н. Микробиологические превращения металлов. Алма-Ата: Наука, 1984. 268 с.
2. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 298 с.
3. Каббата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
4. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Колос, 1968. 496 с.
5. Аристовская Т.Е., Владимирская М.Е., Голлербах М.М. и др. Большой практикум по микробиологии. М.: Высшая школа, 1962. 490 с.
SAMMARY
A.V. Sindireva, O.F. Khamova
Influence of the selenium on total quantity of the microorganism and ferments activity
of meadow-chernosem soil
For the first time in south forest steppe condition of West Siberia is studied influence of the selenium on the total quantity microorganism and ferments activity of meadow-chernosem soil. Reaction microbial community on selenium depends on dose microelements, type of the organism. The results allow to draw a conclusion about possibility of the use microorganism as test-object at standertization of the selenium contents in ground.
Key words: selenium, meadow-chernosem soil, microorganisms, soil ferments.
УДК 631.5:633.1:631.8
О.Ф. Хамова, Л.В. Юшкевич, Е.В. Падерина
ВЛИЯНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ НА МИКРОФЛОРУ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ
Многолетняя минимизация обработки лугово-черноземной почвы способствовала увеличению определяемых групп микроорганизмов в ряду: отвальная > плоскорезная > минимально-нулевая. При длительном систематическом применении гербицидов наблюдалась тенденция снижения численности микроорганизмов в почве, в наибольшей степени грибов, фосфатмобилизующих и нитрифицирующих бактерий, которая устранялась на фоне применения минеральных удобрений в комплексе с другими средствами химизации.
Ключевые слова: численность микроорганизмов, обработка почвы, гербициды, минеральные удобрения, комплексная химизация, пшеница по пару, ячмень.
© Хамова О.Ф., Юшкевич Л.В., Падерина Е.В., 2011
Введение
В настоящее время, продвигаясь из степной зоны, в южной лесостепи Омского Прииртышья широко распространяется минимизация обработки почвы. Поверхностные обработки способствуют локализации пожнивно-корневых остатков в верхних слоях пахотного горизонта, что влияет на распределение почвенных микроорганизмов по почвенному профилю и в целом на интенсивность мобилизации элементов питания и направленность почвообразовательных процессов.
Необходимым условием минимизации обработки почвы является применение средств химизации: минеральных удобрений в сочетании с комплексом пестицидов. Интенсивное антропогенное воздействие существенно влияет на жизнедеятельность микробного ценоза почвы и её биологическую активность. Выяснить степень количественных изменений в микробном сообществе пахотного слоя почвы под влиянием поверхностных обработок и интенсивного применения средств химизации, в т.ч. пестицидов, возможно на основе длительных наблюдений в стационарных опытах.
Объекты и методы исследований
Микробиологические и биохимические исследования почвы проводились в 2005-2009 гг. в стационарном многофакторном опыте закладки 1972-1973 гг. в пятипольном зернопаро-вом севообороте: пар - пшеница - пшеница - пшеница - ячмень, под первой пшеницей после пара и заключительной культурой севооборота - ячменем (ОПХ «Омское», южная лесостепь) с целью комплексного изучения многолетней минимизации обработки почвы и интенсификации систем земледелия.
Почва - лугово-чернозёмная среднемощная среднегумусовая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 7-8 %, реакция среды - нейтральная.
Исследования проводились в вариантах системы обработки почвы (фактор А): отвальная на глубину 20-22 см под все культуры, плоскорезная на глубину 10-12 см, минимально-нулевая, без осенней обработки ежегодно.
Наблюдения за биологической активностью почвы велись на фонах химизации (фактор В): контроль (без применения удобрений и пестицидов), гербицид «Пума-супер 100», комплексная химизация (под пшеницу по пару - Р 60, ячмень - К30Р30, гербицид «Пума-супер 100», фунгицид ТИЛТ-250, ретардант ТУР).
Образцы почвы отбирались в слое 0-20 см три раза в течение вегетации зерновых: кущение - выход в трубку (июнь), колошение (июль), налив зерна (конец августа). В свежих образцах учитывали численность микроорганизмов путем высева на твердые питательные среды: мясо-пептонный агар (МПА) для бактерий, утилизирующих органические соединения азота; крахмало-аммиачный (КАА) - для микроорганизмов, потребляющих минеральный азот; среду Мишустиной - для учета олигонитрофилов; среду Муромцева-Герретсена - для бактерий, мобилизующих минеральные фосфаты; водный выщелоченный агар с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты - для нитрификаторов, подкисленную среду Чапека для грибов. Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов определяли на среде Гетчинсона. [1]. Общая численность микроорганизмов (условная величина) рассчитывалась как сумма всех определяемых групп.
Коэффициенты минерализации и иммобилизации рассчитывали по соотношению групп микроорганизмов КАА/МПА и МПА/КАА.
Погодные условия в годы исследований отразились на величине урожайности зерновых культур, а сложившиеся температурный режим и увлажнение почвы на интенсивности биологических почвенных процессов. Благоприятным для роста зерновых культур был 2005 год. ГТК за вегетационный период, с мая по август, составил 1,06 при норме 1,10. Засушливыми были 2006 г. (ГТК - 0,94) и 2008 г. (ГТК - 0,69). Наиболее увлажненными были 2007 и 2009 гг. Количество осадков за май - август превысило норму на 200 - 205%; 2007 г. характеризовался теплой погодой, в 2009 г. был недобор тепла в течение вегетационного периода. Как
известно, почвенная засуха негативно влияет на численность и активность микроорганизмов, в увлажненной почве минерализационные процессы активизируются [2].
Результаты исследований
Средняя численность микроорганизмов чернозёмной почвы является довольно стабильной величиной, существенно не различается под первой и заключительной культурами севооборота: lim 214 ^^ 319 млн. КОЕ/г под пшеницей после пара и lim 215 ^^ 397 млн. КОЕ/г под ячменем.
Изменения условий жизнедеятельности микроорганизмов, связанные с накоплением растительных остатков при безотвальных обработках, и особенно в связи с применением средств химизации в какой-то мере выводят почвенный микробиоценоз из состояния равновесия.
Длительное применение почвозащитных обработок способствовало увеличению общей численности микроорганизмов на 8-21% к контролю - отвальной обработке - под пшеницей по пару и на 12-27% - под ячменем. Повышенная численность микроорганизмов на стерневых фонах при плоскорезной и минимально-нулевой обработках почвы, в сравнении со вспашкой, связана с более значительным накоплением органических остатков под ячменем и более экономным их расходованием при паровании (рисунок 1).
Исследованиями предыдущих лет в этом же стационарном опыте установлено, что запасы органических остатков в замыкающем поле севооборота в слое 0-20 см при ресурсосберегающих почвозащитных обработках больше, чем при вспашке на фоне без химизации на 0,86-1,05 т/га (21-26 %), с применением средств химизации на 32-35 %.
В пару трансформация пожнивно-корневых остатков протекает активнее при вспашке. Их количество в пахотном слое при отвальной обработке уменьшилось на 60,8-66,6 %, при почвозащитных - на 46 - 48,8 % [3].
В наибольшей степени при минимизации обработки, на 33-41% по отношению к вспашке, возросла численность фосфатмобилизующих бактерий и грибов.
Численность нитрифицирующих бактерий под зерновыми культурами при безотвальных обработках была ниже в сравнении со вспашкой, в среднем на 11 -18 %, что можно связать с ухудшением аэрации в подповерхностных слоях почвы, а нитрификаторы являются строгими аэробами (таблица 1).
Нитрифицирующие бактерии особенно чувствительны к недостатку влаги. Так, в июльскую засуху 2008 г. их количество снижалось от 1700-9300 КОЕ/г в период кущения до 320730 КОЕ на 1 г абсолютно сухой почвы.
Численность микроорганизмов может достигать максимума при конкретном сочетании условий: количества питательных веществ в почве, наличия влаги, оптимальной температуры и т.д. В отдельные периоды 2009 г при уровне полевой влажности почвы 60-70 % ППВ и наличии значительных количеств растительных остатков, сильной засоренности вариантов с минимально-нулевой обработкой при повышенной обеспеченности азотом нитратов, численность сапрофитных бактерий на МПА возрастала до 70 млн. КОЭ/г, олигонитрофилов и фосфатмобилизующих бактерий до 400-700 млн. КОЭ/г, что отразилось на общей биологической активности варианта.
Систематическое длительное применение гербицидов, в т. ч. и нового их поколения Пума-Супер 100 в последние годы, полуинтенсивная технология, способствовало некоторому снижению численности микроорганизмов по отношению к контролю без химизации под пшеницей после пара. Наиболее чувствительными к воздействию гербицидов были фосфат-мобилизующие и нитрифицирующие бактерии, численность которых уменьшилась (в среднем по фактору) на 18 % к контролю. Особенно заметно токсическое действие гербицидов проявилось в засушливые периоды 2006 и 2008 гг.
Под ячменем на фоне систематического применения гербицидов общая численность микроорганизмов уменьшилась на 18 % к контролю без химизации, в т.ч. по физиологиче-
ским группам: олигонитрофилов - на 27, грибов - на 19, фосфатмобилизующих бактерий -на 12 % в сравнении с контролем. Причем тенденция к снижению численности почвенной микрофлоры при применении гербицидов была лишь в варианте с отвальной обработкой. При почвозащитных обработках систематическое применение гербицидов на ячмене не оказало негативного воздействия на численность определяемых групп микроорганизмов, возможно, по причине более значительного накопления растительных остатков под замыкающей культурой севооборота в сравнении со вспашкой.
Пшеница по пару Ячмень
Рис. 1 - Общая численность микроорганизмов в зависимости от интенсивности обработки почвы и
применения средств химизации, млн. КОЕ/г
Применение пестицидов на фоне внесения минеральных удобрений под зерновые культуры (интенсивная технология) не вызвало отрицательного воздействия на количество микроорганизмов определяемых групп. Улучшение азотно-фосфорного питания стимулировало рост их численности под ячменём в сравнении с контролем: амилолитических на КАА - на 74 %, олигонитрофилов, фосфатмобилизующих бактерий - на 23-24 %, нитрификаторов - на 52 %.
Минимизация обработки почвы сопровождалась в годы исследований увеличением численности грибов - на 46-58 % по отношению к вспашке. При применении комплексной химизации на стерневых фонах под пшеницей по пару количество грибов возросло на 60 %, под ячменем - на 33-34 %. Увеличение численности микроскопических грибов может привести к возрастанию представителей фитопатогенов (рода Fusarium) и усилению фитоток-сичности почвы. Среди грибного населения наиболее многочисленными были грибы Penicillium, являющиеся сапрофитами, активно разлагающими растительные остатки.
Подобные отклонения в численности грибов при повышении химического фона и минимизации обработки почвы отмечались на выщелоченных черноземах Новосибирского Приобья [4]. Наблюдаемая стимуляция роста грибного населения по своей абсолютной величине находится в пределах естественной вариабильности.
Судя по коэффициенту минерализации КАА/МПА, в годы исследований разложение органических остатков под пшеницей по пару при разных способах обработки почвы проходило примерно с одинаковой интенсивностью. Коэффициент минерализации (К мин) составлял 0,8-0,9, что можно объяснить отсутствием существенных различий между вариантами
сельскохозяйственные науки
обработки почвы по численности микроорганизмов на МПА и КАА вследствие хорошего аг-рофона после парования.
Таблица 1
Численность отдельных групп микроорганизмов в лугово-чернозёмной почве под зерновыми
Обработка Пшеница по пару Ячмень
Олигонитро-филы, млн.КОЕ/г Фосфатмо-билизую-щие бактерии, млн. КОЕ/г Грибы, тыс. КОЕ/г Олигонит-рофилы, млн. КОЕ/г Фосфатмо-билизую-щие бактерии, млн. КОЕ/г Грибы, тыс. КОЕ/г
Экстенсивная (контроль)
Отвальная 94,3+8,7 88,1+11,6 42,0+3,5 116,4+17,1 86,0+11,2 40,2+3,2
Плоскорезная 95.0+7.6 103.7+10.9 58.0+11.0 118.9+15.7 106.7+16.7 46.5+3.4
Минимально-нулевая 109.3+12.4 118.2+18.5 49.1+3.6 99.8+6.8 99.0+9.7 44.7+5.0
Полуинтенсивная (гербициды)
Отвальная 94.5+7.8 71.8+11.7 44.0+6.9 84.8+5.4 75.7+11.7 32.4+2.1
Плоскорезная 95.7+8.7 88.1+14.3 60.1+10.2 125.5+19.0 110.8+19.0 55.2+9.3
Минимально-нулевая 100.0+11.2 99.4+10.3 63.2+11.9 113.7+13.8 125.0+23.7 51.8+8.5
Интенсивная (удобрения+гербициды+фунгициды+ретарданты)
Отвальная 113.1+16.4 90.1+20.1 53.8+9.1 129.5+24.7 99.1+13.7 39.3+3.2
Плоскорезная 111.2+16.4 106.3+16.2 69.2+14.3 169.6+28.8 146.1+31.2 62.0+4.0
Минимально-нулевая 126.6+14.8 125.6+22.3 78.5+12.1 115.7+10.5 113.0+18.0 60.0+6.5
Под ячменем наиболее высокие значения коэффициента минерализации (0,98-1,0) были при отвальной обработке. При почвозащитных обработках коэффициент минерализации по отношению к вспашке снижался до 0,88-0,90 на контроле и возрастал до 0,89-0,97 при применении средств химизации.
Наиболее интенсивно минерализационные процессы проходили на фоне комплексной химизации с длительным систематическим применением минеральных удобрений.
Активность иммобилизации азота (Киммоб.) определялась по соотношению групп МПА/КАА.
Под культурами севооборота в годы исследований коэффициент иммобилизации превышал К минерал. соотношение КАА/МПА. При минимизации обработки под ячменем коэффициент иммобилизации увеличивался от 1,06 при вспашке до 1,14-1,19 в вариантах с почвозащитными обработками. Подобные изменения в соотношении групп микроорганизмов можно рассматривать как предпосылку поддержания или повышения потенциального плодородия почвы.
О глубине микробиологических превращений азотсодержащих соединений в почве в зависимости от обработки судили по коэффициенту трансформации органического вещества Пм = (МПА + КАА) х (МПА/КАА) [5].
Под обеими зерновыми культурами севооборота величина Пм возросла при минимизации обработки от 64-67 до 73-79 единиц.
Повышенные значения Пм означают, что при применении ресурсосберегающих безотвальных обработок растительные остатки интенсивно трансформируются в органическое вещество почвы.
О подобной направленности процесса свидетельствуют данные по накоплению гумуса при минимизации обработки почвы в сравнении со вспашкой.
Предыдущими исследованиями в стационарном опыте установлено, что по мере сокращения числа и глубины обработки почвы содержание гумуса под заключительной культурой севооборота существенно возрастает в ряду: отвальная обработка (7,75 %) - минимально -нулевая (7,96 %) - плоскорезная (8,17 %) при НСР о5 - 0,15 % [6]. Аналогичные изменения в количестве гумуса были в паровом поле: 7,58 %- отвальная обработка - 7,72 % - минималь-
но-нулевая - 8,15 % - плоскорезная при НСР 05 - 0,10 %. Большая масса органических остатков в вариантах с почвозащитными обработками способствует более значительному накоплению гумуса в сравнении со вспашкой.
Применение комплексной химизации под культурами севооборота вместе с увеличением количеств пожнивно-корневых остатков способствовало росту численности аммонифицирующей микрофлоры и коэффициента трансформации органического вещества (таблица 2).
Увеличение на фоне комплексной химизации коэффициента Пм. при минимизации обработки почвы подтверждает направленность микробиологических процессов в сторону сохранения потенциального плодородия при интенсивной минерализации растительных остатков.
О положительной роли минеральных систем удобрений в сохранении гумуса говорится в работах Г.П. Гамзикова и М.Н. Кулагиной (1992), И.Ф. Храмцова (1997), В.И. Кирюшина (2000) и других многочисленных исследованиях [7-9].
Таким образом, судя по соотношению групп микроорганизмов и полученному расчётным способом коэффициенту трансформации органического вещества, при почвозащитных обработках почвы процессы иммобилизации продуктов разложения органических остатков преобладают над процессами минерализации, способствуя накоплению потенциального плодородия почвы, повышению содержания гумуса.
Таблица 2
Численность и соотношение групп микроорганизмов под культурами севооборота в зависимости
от фактора обработки почвы (А) и применения средств химизации (В), _ среднее за 2005-2009 гг.__
Показатель Об заботка почвы (А) Химизация (В)
отвальная плоскорезная минимально-нулевая контроль гербициды комплекс- ная химизация
Пшеница по пару
Бактерии, растущие на МПА, млн. КОЕ/г 29,5 31,1 33,7 31,4 29,5 33,5
Микроорганизмы, растущие на КАА, млн. КОЕ/г 24,7 27,1 29,0 27,5 25,6 27,5
К минерализации (КАА/МПА) 0,84 0,87 0,86 0,88 0,87 0,82
МПА/КАА 1,19 1,15 1,16 1,14 1,15 1,22
МПА + КАА 54,2 58,2 62,7 58,9 55,1 61,0
Пм 64 67 73 67 63 74
Ячмень
Бактерии, растущие на МПА, млн. КОЕ/г 32,4 37,6 36,5 34,3 32,9 39,3
Микроорганизмы, растущие на КАА, млн. КОЕ/г 30,5 33,6 32,1 29,0 29,3 38,0
К минерализации (КАА/МПА) 0,93 0,90 0,88 0,85 0,89 0,97
МПА/КАА 1,06 1,12 1,14 1,18 1,13 1,03
МПА + КАА 62,9 71,2 68,6 63,3 62,2 77,3
Пм 67 79 78 75 70 80
Применение комплексной химизации при безотвальных обработках способствует значительному повышению урожайности зерновых культур, накоплению органических остатков, поддерживает высокий уровень потенциального плодородия почвы.
Заключение
Общая численность почвенной микрофлоры при многолетней минимизации обработки почвы увеличилась на 16-18 % к контролю - отвальной обработке.
При этом в наибольшей степени возрастала численность фосфатмобилизующих бактерий и грибов. В целом - длительная минимизация обработки почвы способствовала увеличе-
нию общего количества микроорганизмов в пахотном слое лугово-чернозёмной почвы в ряду: отвальная (255) < плоскорезная (266) < минимально-нулевая (308).
Применение комплексной химизации стимулировало рост численности микроорганизмов под культурами севооборота.
При многолетней минимизации обработки в почве преобладали процессы иммобилизации над минерализационными. Соотношение КАА/МПА, коэффициент минерализации, был менее 1,0. Коэффициент трансформации органического вещества (Пм) увеличивался в ряду обработок: вспашка - плоскорезная - минимально-нулевая.
При применении комплексной химизации с оставлением в поле стерни и соломы коэффициент трансформации возрастал до 74-80 (контроль 67-75), что можно также рассматривать как предпосылку гумусонакопления в лугово-чернозёмной почве.
Список литературы
1. Аристовская, Т.Е. Большой практикум по микробиологии./ Т.Е. Аристовская [и др.]. - М.: Высш. школа, 1962. - 490 с.
2. Наплёкова, Н.Н. Аэробное разложение целлюлозы микроорганизмами в почвах Западной Сибири / Н.Н. Наплёкова. - Новосибирск: Наука, 1974. - 250 с.
3. Показаньев, С.А. Влияние обработки почвы и комплексной химизации на основные элементы плодородия и урожайность ячменя в южной лесостнпи Западной Сибири: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.01 / Показаньев Сергей Александрович - Омск, 1994. - 19 с.
4. Данилова, А.А. Биологические свойства чернозема выщелоченного при многолетней минимизации механической обработки: автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.27 / Данилова Альбина Афанасьевна. - 2007. -37 с.
5. Коробова, Л.Н. Особенности сукцессии микробных сообществ в черноземах Западной Сибири: автореф. дис. .д-ра биол. наук: 03.00.16 / Коробова Лариса Николаевна. - Новосибирск, 2007. - 42 с.
6. Юшкевич, Л.В. Ресурсосберегающая система обработки и плодородие чернозёмных почв при интенсификации возделывания зерновых культур в южной лесостепи Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук: 06.01.01 / Юшкевич Леонид Витальевич - Омск, 2002. - 31 с.
7. Гамзиков, Г.П. Изменение содержания гумуса в почвах в результате сельскохозяйственного использования / Г.П. Гамзиков, М.Н.Кулагина / ВНИИТЭИ Агропром. - М., 1992. - 48 с.
8. Храмцов, И.Ф. Система применения удобрений и воспроизводство плодородия почв в полевых севооборотах лесостепи Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра. с.-х. наук: 06.01.04/ Храмцов Иван Федорович -Омск, 1997. - 31 с.
9. Кирюшин, В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика / В.И. Кирюшин / Изд-во МСХА. - М, 2000. - 473 с.
SAMMARY O.F. Khamova, L. V. Yushkevich, E. V. Paderina
Influence of energy resource-saving soil technologyand chemicalization components applyca tion on the microflora of the medow-chernozem soil
The long-time minimized tillage of meadow-chernozem soil promoted increasing of total soil microorganisms' quantity of studying groups in the next row: mold board plowing > subsurface plowing > minimal tillage. The decreasing tendency of total microorganisms' quantity was after long-term herbicides systematic application, especially for soil fungi, nitrifying and phosphate-destroyer bacteria. This tendency was removed under mineral fertilizer and other chemicalization components effect.
Key words: total microorganisms' quantity, soil tillage, herbicides, mineral fertilizer, complex chemicalization, wheat after bare fallow, barley.
