CC BY
57
Выводы.
1. Региональные особенности поведения свинца в исследуемых почвах Оренбургской области заключаются в том, что повышенное общее содержание металла обусловлено доминированием (от 85 до 88%) их прочно связанных соединений. Большая часть непрочно связанных соединений свинца, преимущественно удерживаемых карбонатами (специфически сорбированные), составляет от 5 до 12%;
2. Загрязнение почв свинцом в вегетационном опыте, а также на мониторинговых площадках приводит к нарушению равновесия. Так, прочность связи металла с почвенными компонентами уменьшается. С увеличением общего содержания металла от 3 до 5 раз доля НС возрастает в 1,5 раза. Прочное удерживание внесённого свинца обеспечивается, по-видимому, органическими веществами;
3. Поглощение свинца почвой должно быть описано как процесс аккумуляции его в виде разнообразных соединений, удерживаемых адсорбционными центрами с различной устойчивостью. Первый период процесса трансформации соединений привнесённого свинца потенциально связан в целом с превращением обменных форм в комплексные с органическим веществом;
4. По причине прочно удерживать свинец, почвы образуют ряд: чернозём обыкновенный ^ тёмно-каштановая почва. В тёмно-каштановой почве по аналогии с чернозёмом обыкновенным обозначена большая роль обменных процессов в трансформации свинца. С повышением уровня кар-бонатности почв возрастает их способность прочно связывать поступающий в них металл;
5. Определена близкая взаимосвязь между величиной непрочно связанных форм свинца в почве и локализацией их в растениях.
Снижение подвижности свинца в загрязнённых почвах обусловлено устойчивой комплексообра-зующей способностью почвенных компонентов органического и неорганического происхождения. Это утверждение позволяет предложить мероприятия для снижения ионов свинца путём внесения мела (сорбционные свойства и комплек-сообразующие свойства Ca) и навоза (источник органических веществ).
Литература
1. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охрана от загрязнения / Под ред. Т.Н. Василенко. М.: Изд-во стандартов, 1984. 4 с.
2. ГОСТ Р 53900-2010 Ячмень кормовой. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2011. 9 с.
3. Методические указания по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. М.: Гидрометеоиздат, 1981. С. 45-73.
4. Минкина Т.М. Соединения тяжёлых металлов в почвах Нижнего Дона, их трансформация под влиянием природных и антропогенных факторов: автореф. дисс. ... докт. биолог. наук. Ростов-на-Дону, 2008. 18 с.
5. Соколова О.Я. Валовое содержание свинца и его подвижных форм в почвах районов Оренбургской области / О.Я. Соколова, О.А. Науменко, Е.В. Бибарцева [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. № 12. С. 213-216.
6. Раскатов А.В. Транслокация тяжёлых металлов в загрязнённой агломерации / А.В. Раскатов, В.А. Черников, В.В. Кузнецов [и др.] // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2002. № 1. С. 65-100.
7. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжёлые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
8. В1ау, К., К. Fischer. K. МёНег, 3. Filser, and A. Kettrup. 1997. Extraction of a copper contaminated soil material using an aminoacid-containing residue hydrolysate. 1. Cu-elution dynamics and binding-specific release. (In German, with English abstract.) Z.Pflanzenernaehr. Bodenkd. 2000. VI. 53. P. 187-222.
9. Bural, G.I. D.G. Dixon, and B.R. Glick. Plant growth-promoting bacteria that decrease heavy metal toxicity in plants. // Can. 3. Microbiol. 2000. V. 46. P. 237-245.
10. Hamer, D.H. 1986. Metallothioneiris. Ann. Rev. Biochem. 2001. IV. 21. P. 177-145.
Агрохимическое состояние и биологическая активность почвы в последействии длительного применения минеральных удобрений
Н.Н. Шаповалова, зав. лабораторией, Е.А. Менькина,
к.с.-х.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ
В России и за рубежом проведены многочисленные агрохимические исследования, в которых установлено положительное влияние умеренных доз минеральных удобрений на питательный режим почвы, её агрохимические свойства, урожай и качество продукции возделываемых культур, на биологическую активность, увеличение численности различных групп почвенных микроорганизмов. Меньше данных о последействии длительного применения различных доз минеральных удобрений на агрохимические показатели и активность отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов.
Географическая сеть опытов с удобрениями позволяет проводить и оценивать многолетние исследования воздействия различных систем удобрения на плодородие почв, изменение численности эколого-трофических групп микроорганизмов. Вынос питательных веществ из почвы превышает их возврат с вносимым объёмом минеральных и органических удобрений в 5 раз. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур [1, 2]. Установлено, что при длительном систематическом применения фосфорсодержащих удобрений происходит повышение содержания всех форм фосфорных соединений в почве [3, 4]. Одни авторы указывают, что
фосфор удобрений в силу своей малоподвижности практически не теряется из почвы [5], другие говорят о кратковременном действии минеральных удобрений, поскольку внесённый фосфор быстро переходит в устойчивые малоподвижные соединения [6].
Целью нашего исследования являлось изучение агрохимических показателей и численности эколого-трофических групп микроорганизмов в последействии длительного применения минеральных удобрений.
Материал и методы исследования. Исследование проведено в длительном опыте № 077, заложенном Л.Н. Петровой на экспериментальном поле ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ» в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в 1975 г.
Постановка полевого опыта и обобщение результатов исследования выполнены в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехова [7].
Почва опытного участка — чернозём обыкновенный мощный малогумусный тяжелосуглинистый. Агрохимические свойства почвы в слое 0—20 см при закладке опыта были следующие: содержание гумуса по Тюрину — 4,3%, подвижного фосфора по Мачигину — 10,4—15,7 мг/кг почвы, обменного калия в 1-процентной углеаммоний-ной вытяжке по Мачигину — 174—190 мг/кг, рН водной суспензии — 7,3, валового азота — 0,25%, валового фосфора — 0,12%, валового калия — 2,13%, общих карбонатов по Павлову — 1,17%. Годовое количество осадков колебалось от 550 до 570 мм, за вегетационный период выпадало 350—400 мм, ГТК — 0,9—1,1. Сумма эффективных температур составляла 3000—3200°С, продолжительность безморозного периода — 180 дней. Летний период достаточно жаркий, со среднемесячной температурой в июле 22—24°С, максимальная температура может достигать +40°С.
Методы исследования включали в себя полевой (стационарный), лабораторный и математико-
статистический. Стационарный метод предусматривал отбор почвенных образцов в трёхкратной повторности из слоя 0—20 см, в осенний период на паровом поле, перед посевом озимой пшеницы. В лабораторных условиях в отобранных образцах определяли: общий гумус по методу И.В. Тюрина [8], содержание нитратного азота колориметрическим методом дисульфофеноловой кислотой, содержание подвижного фосфора по Мачигину, содержание обменного калия по Мачигину в 1-процентной углеаммонийной вытяжке. Микроорганизмы, использующие органические формы азота, выявляли методом подсчёта колоний на плотной питательной среде на мясопептонном агаре (МПА); микроорганизмы (в том числе актиномицеты), способные использовать минеральные формы азота, изучали на среде Чапека по общепринятым методикам [9]. Методом дисперсионного анализа экспериментальные данные были обработаны статистически [7].
Площадь опытной делянки составляет 75 м2, уборочная площадь — 22 м2. Повторность вариантов на каждом поле четырёхкратная.
Схема опыта включала следующие уровни минерального питания: контроль (без удобрений); N30;
^50; ^0Р120К120; ^0Р120К120; ^50Р120К120; Р30; Р90; Р150; ^20Р30К120; ^20Р90К120; ^20Р150К120.
Начиная с 2006 г. изучали последействие минеральных удобрений.
Во время проведения исследования среднегодовая температура воздуха была близкой к средне-многолетнему значению — 9,6°С. Дефицит осадков (50% от нормы) отмечался при подготовке почвы к посеву и в период сева.
Результаты исследования. Особенности изменения плодородия почв под влиянием систематического применения удобрений в севооборотах, степень проявления нежелательных последствий интенсивной химизации земледелия могут быть изучены только в длительном опыте [10]. Важными показателями плодородия почвы являются содержание азота, подвижного фосфора и обменного калия.
1. Последействие длительного применения минеральных удобрений
на агрохимические показатели
Вариант минерального Нитратный Подвижный Обменный Гумус, рН
питания азот, мг/кг фосфор, мг/кг калий, мг/кг % среды
Контроль(без удобрений) 33,8 17 216 2,97 7,07
N30 33,0 20 212 3,22 6,86
N90 36,3 27 221 3,08 6,66
N150 43,9 24 212 3,06 6,61
^0Р120К120 36,7 48 253 3,54 6,98
^0Р120К120 31,3 46 254 3,37 6,80
^50^20^20 29,4 40 267 3,36 6,75
Р30 34,5 26 203 3,09 7,04
Р90 42,2 50 218 3,07 7,01
Р150 38,5 60 219 2,92 7,00
^N120^0^20 30,5 24 259 2,88 7,01
^^^120Р90К120 27,3 37 249 2,80 6,82
■^\20Р150К120 39,4 48 244 2,85 6,75
Коэффициент вариации 7,1 2,6 10,7 13,8 44,6
Показатели влияния длительного применения минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы представлены в таблице 1.
По таблице 1 видно, что систематическое внесение возрастающих доз минеральных удобрений привело к увеличению содержания в почве N0^ Р205; К20, но одновременно при этом происходило незначительное увеличение кислотности (на 0,23 — на контрольном варианте и на 0,69 — на варианте с максимальной дозой азотного удобрения ^50) и уменьшение содержания гумуса от 18 до 35% по сравнению с исходными данными. Одна из причин отрицательного влияния длительного систематического внесения минеральных удобрений — это повышение концентрации питательных веществ в почвенном растворе на сосущую силу и регулятор-ную способность корней, а также на соединение в них аминокислот.
По обеспеченности нитратным азотом почвы характеризуются как среднеобеспеченные. Наиболее высокий этот показатель был на вариантах с внесением Р90 и ^50 и превышал контрольный вариант без внесения удобрений на 25 и 30% соответственно.
Фосфор, в отличие от азота и калия, в силу своей малоподвижности практически не теряется из почвы, накапливаясь в ней в больших количествах [11]. Было установлено, что при внесении только азотных удобрений содержание подвижного фосфора было средним и не превышало 27 мг/кг. Высокая обеспеченность фосфором отмечалась на вариантах комплексного внесения удобрений с повышенным содержанием фосфора (Р120) и возрастала по сравнению с контрольным вариантом в среднем в 2,5 раза. Самые высокие показатели были получены на вариантах с внесением высоких доз только фосфорных удобрений — на 38 мг/кг больше относительно контрольного варианта.
Калий — один из важнейших элементов в питании растений. Почвы характеризуются средней обеспеченностью калием. Внесение высоких доз калия К[20 увеличивает его содержание в почве в среднем на 18%.
Гумус также относится к важнейшим органическим соединениям, встречающимся в почвенной среде. От него зависят пищевой и водный режим, физико-химические свойства почвы. Наше исследование показало (табл. 1), что содержание общего гумуса не превышало 3,54%. Причём на вариантах с высоким содержанием азотных и калийных удобрений произошло его снижение в среднем на 5% по сравнению с контрольным вариантом. По нашим данным видно, что влияние возрастающих доз полного минерального удобрения приводит к подкислению почв, особенно на вариантах с применением высоких доз азотных удобрений. При внесении ^50 кислотность увеличивается на 7%.
Зачастую агрохимические свойства почвы изучают в отрыве от её биологической активности,
которая в основном определяется деятельностью микрофлоры почвы. С ней связаны процессы синтеза и распада гумуса, минерализация пожнивно-корневых остатков возделываемых культур, перевод труднодоступных для растений элементов питания в доступную форму, трансформация вносимых в почву минеральных, в первую очередь азотных удобрений [12]. Формирование и аккумуляция минеральных форм азота обуславливается рядом сложных процессов и потреблением его растениями [13]. Изучение численности отдельных групп микроорганизмов продемонстрировало низкие показатели их активности, что, по-видимому, связано с отсутствием осадков в осенний период отбора образцов (табл. 2). Самые низкие показатели были получены при изучении влияния последействия только азотных и только фосфорных удобрений на эколого-трофические группы микроорганизмов.
На вариантах, где вносились полные дозы удобрений с большим содержанием основных элементов минерального питания, наблюдалось увеличение численности изучаемых групп микроорганизмов в 16 раз. Максимальная численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, была на варианте с максимальной дозой азотного удобрения ^50 на фоне РшК^о и превысила его содержание на контрольном варианте в 20 раз. Также выявлена большая численность микроорганизмов, использующих минеральный азот, по сравнению с численностью микроорганизмов, использующих органический азот, что является показателем интенсификации мобилизационных процессов в данной почве [13, 14]. Проведённый корреляционный анализ между содержанием агрохимических показателей и численностью данных групп микроорганизмов показал наличие положительной корреляции. Тесная корреляция была установлена между численностью изучаемых групп микроорганизмов и содержанием обменного калия 0,83.
Выводы. Последействие систематического внесения возрастающих доз минеральных удобрений привело к значительному снижению гумуса по сравнению с показателями перед закладкой опыта. Внесение азотных удобрений совместно с высокими дозами Р120К120, увеличивает содержание гумуса в среднем на 6%.
Варианты, на которых вносились высокие дозы азотных удобрений, превышали контрольный вариант в среднем на 11%. По обеспеченности этим элементом питания почвы являются среднеобеспеченными. Фосфорные удобрения в 2—3,5 раза повысили содержание Р205. При систематическом внесении калийных удобрений максимальные положительные изменения отмечены в содержании обменной формы почвенного калия. Содержание обменного калия в почве увеличивается в среднем на 17% на фоне контрольного варианта без внесения удобрений.
2. Численность эколого-трофических групп микроорганизмов, тыс. КОЕ в 1 г АСП
Вариант минерального питания Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, (аминоавтотрофные микроорганизмы) Микроорганизмы, использующие органические формы азота (аммонифицирующие микроорганизмы)
Контроль (без удобрений) 828 621
N30 957 600
N90 1237 660
N150 1205 1368
^0Р120К120 6500 6900
^0Р120К120 9523 9753
^^150Р120К120 17270 14228
Р30 1350 1113
Р90 1061 795
Р150 1413 970
^^120Р30К120 6525 4158
^^120Р90К120 11702 9041
^^120Р150К120 14,568 12,977
Коэффициент вариации 0,98 0,95
Численность микроорганизмов, использующих органический и минеральный азот, низкая. Последействие внесения или азота, или фосфора незначительно повышает численность микроорганизмов, тогда как внесение комплексных минеральных удобрений значительно увеличивает численность эколого-трофических групп микроорганизмов — в среднем в 14 раз.
Литература
1. Минеев В.Г. Актуальные проблемы агрохимии в современном земледелии // Состояние и перспективы агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. М., 2010. С. 7-10.
2. Косолапова А.И. Эффективность длительного применения удобрений на дерново-подзолистых почвах Предуралья / А.И. Косолапова, Н.Е. Завьялова, Е.М. Митрофанова [и др.] // Агрохимия. 2018. № 2. С. 42-55.
3. Хлыстовский А.Д. Плодородие почвы при длительном применении удобрений и извести. М.: Наука, 1992. 192 с.
4. Никитишен В.И. Эколого-агрохимические основы сбалансированного применения удобрений в адаптивном земледелии. М.: Наука, 2003. 183 с.
5. Никитишен В.И., Личко В.И. Эффективность прямого действия и последействия длительного применения удобрений на серой лесной почве // Агрохимия. 2011. № 1. С. 11-19.
6. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: Наука, 1981. 244 с.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 5-е доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 487 с.
9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 304 с.
10. Шустикова Е.П., Шаповалова Н.Н., Петров Н.Л. Эффективность минеральных удобрений в полевом севообороте в зависимости от доз и длительности применения: методич. рекомендации. Михайловск, 2005.
11. Завьялова Н.Е., Сторожева А.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений на фосфатный режим дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия. 2015. № 9. С. 33-40.
12. Волосенкова И.А. Влияние длительного применения минеральных удобрений на продуктивность культур агроэкологическое состояние светло-серой лесной почвы: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Нижний Новгород, 2004. 12 с.
13. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. М.: Росагропромиздат, 1990. 206 с.
14. Науменко А.В. Свойства луговой чернозёмовидной почвы и продуктивность культур зерносоевого севооборотв в зависимости от известкования и длительного применения удобрений в условиях Приуралья: автореф. дисс. . канд. с.-х. наук. Барнаул, 2011.
Становление фитосанитарного состояния посевов полевых культур при освоении технологии без обработки почвы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края
В.Н. Черкашин, к.б.н., Г.В. Черкашин, к.с.-х.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ
При переходе с общепринятой традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур на технологию прямого посева важным звеном является фитосанитарное состояние полевых культур. Исключение агротехнических приёмов, с помощью которых проводится борьба с комплексом фитопатогенов, сорными растениями
и почвообитающими вредителями в верхнем слое почвы, влечёт за собой их накопление, что может привести к большим потерям урожая [1]. Следовательно, главная роль в защитных мероприятиях принадлежит фитосанитарному мониторингу и корректировке защитных мероприятий.
Технология возделывания полевых сельскохозяйственных культур без обработки почвы (No-till) начала широко внедрятся на Ставрополье. В 2017 г. она применялась на площади около 200 тыс. га.
