CC BY
60
СВОЙСТВА ПОЧВ И ИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ
УДК 631.453:631.816
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ТОКСИЧНОСТЬ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ
1М.К. Зинченко, 2О.В. Селицкая, к.б.н.
1 Владимирский НИИСХРоссельхозакадемии, e-mail: [email protected] 2РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Внесение высоких доз минеральных удобрений (350-390 кг д.в. в год; 1335 кг д.в. за ротацию севооборота) в серую лесную почву на протяжении 10-12 лет создает повышенный уровень фитотоксичности почвы. На фоне интенсивного использования минеральных удобрений внесение навоза в дозах 60 и 80 т/га элиминирует негативные процессы и снижает абсолютные значения токсичности с 20-23 до 4-7%.
Ключевые слова: удобрения, дозы, длительное применение, фитотоксичность, микробоценоз почвы, микоток-сичность, микробный токсикоз.
BIOLOGICAL TOXICITY OF GREY FOREST SOIL DEPENDING ON THE FERTILIZERS SYSTEM
M.K. Zinchenko, O.V. Selitskaya
Introduction of high portions mineral fertilizers (350-390 kg of reactants a year; 1335 kg of those reactants for crop rotation) in grey forest soil for 10-12 years results in increased level of soil phytotoxicity.
It will be introduction of humus in proportions of 60 and 80 tons/hectare with the intensive utilization of mineral fertilizers eliminates negative processes and reduces absolute values of toxicity from 20-23% to 4-7%.
Keywords: fertilizers, dozes, long-term use, phytotoxicity, microbiocoenosis of soil, mycotoxicity, microbe toxicosis.
Различия в видовом составе и численности фито- и мик-робоценозов почв естественных и агроэкосистем достаточно велики. Это связано с тем, что почвы агроценозов характеризуются специфическими особенностями характера и времени поступления субстратов в связи с отсутствием естественного обновления и периодического ежегодного поступления опада, что ведет к формированию достаточно специфического микробного ценоза. Оценка фитотоксичности почвы особенно актуальна в агроценозах, где человек регулирует условия произрастания растений. Поэтому задачей данного исследования было сравнение различных фонов длительного применения удобрений на серой лесной среднесуглинистой почве Опольной зоны Владимирской области с целью выявления их фитотоксичности.
Исследования проводили в длительном стационарном полевом опыте по оценке эффективности различных агросистем в адаптивно-ландшафтном земледелии, заложенном в 1996 г. на базе Владимирского НИИСХ.
Схема эксперимента включает: многолетнюю залежь, более 20 лет не используемую как пашню (контроль) и 6 уровней применения удобрений (таблица).
Изучали два вида основной обработки почвы: отвальная вспашка на 20-22 см (ОВ) и энергосберегающая плоскорезная на 10-12 см (ПО). Образцы серой лесной среднесугли-нистой почвы отбирали на двух несмежных повторениях в 2007-2009 гг. в мае, июле и сентябре из слоя почвы 0-20 см.
Для определения фитотоксичности серой лесной почвы под воздействием разных уровней агрогенной нагруз-
ки использовали различные методы исследования. Качественный состав микромицетов определяли высевом почвенной суспензии на твердую питательную среду Чапека с последующей идентификаций; общую фитотоксичность почвы методом биодиагностики; суммарную фитотоксичность комплекса микроскопических грибов по О.А. Бере-стецкому (1972), в модификации А.А. Даниловой (2005). Согласно принятым методикам почва считается токсичной, если значения токсичности превышают 20%.
Анализ данных показал, что независимо от возделываемых культур севооборота и климатических условий токсические проявления наблюдаются в почве интенсивного и высокоинтенсивного минеральных фонов по двум видам основной обработки (рис. 1). Средние значения фи-тотоксичности почвы этих вариантов составили 20-23%.
Самые низкие показатели общей фитотоксичности отмечены за период наблюдений при органоминеральной системе удобрений. Среди вариантов применения органических удобрений выделяется интенсивный органомине-ральный фон, в котором на фоне ежегодного внесения минеральных удобрений 1 раз за ротацию вносили 60 т/га навоза. Средние значения фитотоксичности почвы на этом варианте за годы наблюдения находились на уровне 7%, что более чем в 3 раза ниже, чем на минеральных фонах. В 2007 г. динамика общей фитотоксичности на интенсивном органоминеральном фоне не превышала 8% по двум видам обработок. Таким образом, применение минеральных удобрений совместно с органическими, даже при использо-
Варианты опыта
Уровень применения удобрений
Нулевой Поддерживающий Интенсивный минеральный Высокоинтенсивный минеральный Интенсивный органоми-неральный Высокоинтенсивный органоминеральный
Н, 40 т/га NiooPsoKleo + Н, 40 т/га N350P220K390 N480P280K575 N310P150K310 + Н, 60 т/га N430P160K360 + Н, 80 т/га
О 40
¡5 35 о
° 30-§ 25-g 20-И 15
10 ■
3
ю о
0
rfi
il
il
il
1
6
2 3 4 5 уровни интенсификации
г ■ • ■ 1 - отвальная вспашка; О - плоскорезная обработка.
1 - нулевой; 2 - поддерживающий; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный;
5 - интенсивный органоминеральный;
6 - высокоинтенсивный органоминеральный.
Рис. 1. Влияние агросистем на уровень общей фитотоксичности почвы (среднее за 2007-2009 гг.), %
вании высоких доз (интенсивный и высокоинтенсивный органоминеральный фон) элиминирует и снижает процессы проявления фитотоксичности почвы.
Благоприятное влияние органических удобрений на снижение фитотоксичности почвы отмечено в 2008 г. на нулевом и поддерживающем фонах интенсификации. Внесение навоза 40 т/га под посев озимой пшеницы на нулевом и поддерживающем фоне по отвальной вспашке способствовало снижению показателей токсичности в среднем в 2 раза по сравнению с 2007 г. В 2008 г. на поддерживающем фоне фитотоксичность после уборки отсутствовала, т.е. была на уровне контроля (залежи).
Сезонная динамика значений фитотоксичности по отвальной вспашке свидетельствует о тенденции ее снижения в послеуборочный период: в 2007 г. снижение абсолютных значений фитотоксичности от июля к сентябрю составило 26%, в 2008 г. - 22%, а в 2009 г. - 36%. Особенно это проявилось на нулевом и поддерживающем фонах. По плоскорезной обработке наблюдается обратная закономерность -
повышение фитотоксичности почвы к сентябрю (рис. 2).
В среднем по опыту увеличение абсолютных значений общей фитотоксичности к концу вегетации возросло (колошение - после уборки) в 2007 г. на 76%, 2008 г. -на 60%, 2009 г. - на 89%. Одной из причин таких изменений является анаэробиозис, который формируется на фоне мелкой обработки. Обилие атмосферных осадков во второй половине вегетации культур не только определяет повышенную влажность почвы, но и, уплотняя ее до значений Vm = 1,44-1,48 г/см3, создает предпосылки для недостаточной аэрации. Это может вызывать увеличение численности анаэробной микрофлоры, проявляющей высокую фитотоксическую активность. Кроме того, трансформация растительных остатков при недостатке кислорода также способствует накоплению соединений, вызывающих угнетение проростков.
Большую часть биомассы микробного ценоза серых лесных почв составляют микромицеты (86-94%), которые и определяют направленность формирования и активность фитотоксинов в почве. Анализ родового состава микромицетов показал, что для залежи серой лесной почвы доминирующую форму составляют грибы из рода Trichoderma. Так как Trichoderma является активным грибом-целлюлозолитиком, высокий гомеостатический уровень нетронутой почвы поддерживается достаточным количеством органического материала, поступающего в почву и подвергающегося минерализации.
Существенные изменения в родовой структуре микро-мицетов произошли на фонах, подверженных интенсивной агрогенной нагрузке. На изучаемых вариантах преобладают представители рода Pénicillium, в небольших количествах обнаружены представители рода Mucor. На органоми-неральных фонах наблюдается высокая встречаемость микромицета Trichoderma lignorum. Это является позитивным фактором, так как триходерма обладает антагонистической активностью ко многим фитопатогенным формам грибов. Ее активные формы способны к подавлению патогенных видов грибной микрофлоры, что также определяет высокий уровень гомеостаза почвы этих вариантов.
А
Б
о о
К I
« т
и
40 35 30 25 20 15 10 5-1 0
О
f
1 2 3 4 5 6 фоны интенсификации
35 Î- 30
и о
К X
ге у ° о
H
о
25 20 15 10 5 0
ш
В
1 2 3 4 5 6 фоны интенсификации
I I - 21.05; □□ - 08.05; □□ - 14.07; - 31.08
А - отвальная обработка; Б - плоскорезная обработка
1 - нулевой; 2 - поддерживающий; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоминеральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный
Рис. 2. Динамика общей фитотоксичности почвы агросистем, различных по степени интенсификации (2009 г.), %
5
35 30 25 20 15 10 5 0
5
6
1 2 3 4 уровни интенсификации
1 - нулевой; 2 - поддерживающий; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоминеральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный [: ; : ;| - отвальная вспашка; | | - плоскорезная обработка
Рис. 3. Суммарная фитотоксичность комплекса микромицетов на агрофонах серой лесной почвы (среднее за 2007-2009 гг.), %
50 45 -40 -
35 -30 -
2 2520 -
15 -
10 - т 5 -
1 2 3 4 5 6 7 уровни интенсификации
1 - нулевой; 2 - поддерживающий; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоминеральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный; 7 - залежь.
Рис. 4. Уровень микробного токсикоза почвы по отвальной вспашке (среднее за 2007-2009 гг.), %
0
В почве интенсивного и высокоинтенсивного минерального фона не обнаружено присутствия триходермы. На этих вариантах доминируют микромицеты рода Pénicillium, включающие наибольшее количество видов, образующих метаболиты, обладающие фитотоксической активностью. Можно предположить, что под влиянием длительного применения высоких доз минеральных удобрений произошли существенные изменения в родовой и видовой структуре почвенных микромицетов, вызвавшие проявление фитоток-сичности на этих вариантах. Фитотоксичность грибного комплекса минеральных фонов определяется коэффициентами фитотоксичности Кф = 29 и 23% соответственно (рис. 3). На этих вариантах фитотоксичность грибного населения почвы на фоне плоскорезного рыхления достоверно выше, чем на традиционной отвальной вспашке.
С целью подтверждения полученных данных о токсикологических проявлениях и установления причин этого явления мы использовали метод определения микробного токсикоза почвы [5]. Он позволяет обнаружить в конкретных условиях агроэкосистемы негативные последствия антропогенных воздействий на почву. Проводили испытание почвы на токсичность, обусловленную копио-трофными микроорганизмами на вариантах по отвальной вспашке. Полученные данным методом результаты, позволяют объективно оценить происходящее в комплексе почвенных микроорганизмов изменения под воздействием антропогенного вмешательства. Относительные различия в ответной реакции активно функционирующего в почве микробного пула на дополнительное вмешательство, позволяют оценить потенциальную буферность агро-экосистем противостоять этому явлению. Микробный токсикоз проявился на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне на уровне соответственно 27 и 35% (рис. 4). Агрофоны, где применяли органические удобрения, элиминируют развитие этого процесса. Значения микробной токсичности на этих фонах интенсификации не превышают 11%. Самая высокая потенциальная буферность против проявления микробного токсикоза отмечена на нетронутой почве залежи (3-4%). Это свиде-
тельствует о высоком гомеостатическом уровне почв не подверженных воздействию агрогенных нагрузок.
Изучение фитотоксичности почвы различными методами свидетельствует, что серые лесные почвы, интенсивно используемые в пашне, подвержены проявлению токсических эффектов. Биологическая токсичность отмечена на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне по двум видам основной обработки. Совместное применение органических и минеральных удобрений элиминирует негативные процессы и снижает абсолютные значения токсичности, особенно это проявилось при использовании навоза 60 т/га (до 6-7%).
Использование серой лесной почвы в сельскохозяйственном производстве сопровождается периодическим изменением количественных соотношений между представителями доминирующих родов микроскопических грибов. При этом направленность изменения грибного комплекса такова, что может привести к накоплению в агроценозе видов, проявляющих фитотоксические свойства. Максимальная токсигенность грибного комплекса наблюдалась на вариантах минеральной системы удобрений по плоскорезной обработке. Коэффициент суммарной фитотоксичности комплекса микро-мицетов составил более 30%. Почвы агросистем в процессе их длительного использования снижают буферную способность против проявления микробного токсикоза относительно своих природных аналогов.
Литература
1. Практикум по микробиологии / под ред. А.И. Нетрусова. - М., 2005. - 602 с.
2. ГОСТ Р ИСО 22030-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений.
3. Берестецкий О.А Простой метод обнаружения фитоток-сичных веществ, образуемых микроорганизмами // Микробиологический журнал, 1972, т. 34. № 6. - С. 798-800.
4. Патент 02315111. Способ определения суммарной фито-токсичности комплекса микроскопиче6ских грибов почвы / А.А. Данилова (Россия). - № 2005140012-20.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 262 с.
