CC BY
11УДК 631.411.42; 631.454. 44
ДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ
М.К. Зинченко, к.б.н., Л.Г. Стоянова — Владимирский НИИСХ
E-mail:adm@vnish.elcom.ru
Дефицит органического вещества в почве, падение его содержания и качества способствует ухудшению не только агрохимических и агрофизических, но и биологических свойств почвы, что в свою очередь снижает почвенное плодородие и ухудшает экологическое состояние. В статье показано, что органоминеральный комплекс с внесением 60 и 80 т/га навоза положительно повлиял на развитие протеолитической и амилолитической микрофлоры, что способствовало накоплению запасов нитратного азота и увеличению ферментативной активности серой лесной почвы.
Ключевые слова: удобрения, почвенные микроорганизмы, серая лесная почва, интенсивность биологических процессов.
Сельскохозяйственное использование серой лесной почвы зоны Ополья меняет ее свойства. Наряду с основными агрохимическими и водно-физическими показателями плодородия почв, меняется и их общая биологическая активность, которая в основном обусловлена деятельностью почвенной микрофлоры. Агротехническое воздействие на почву привело к снижению общей биомассы микрофлоры по сравнению с природными биотопами. Исследования на серой лесной почве Владимирской области авторов [1-3] выявили уменьшение общей биомассы микроорганизмов в агроэкосистемах в 4-5 раз по сравнению с целинными аналогами. Однако известно, что активизация биологических процессов в почве под действием различных систем удобрения, обработок почвы, севооборотов приводит к интенсификации мобилизационных процессов и повышению эффективного плодородия почвы. Внесение удобрений усиливает жизнедеятельность отдельных групп почвенного микробного населения и повышает его численность.
Чтобы определить специфику протекания этих процессов в агроце-нозах серой лесной почвы были проведены исследования, целью которых стало изучение влияния различных систем удобрений на биологическую активность почвы. Для характеристики протекания биологических процессов в почве учитывали количественный состав микрофлоры, трансформирующей соединения азота почвы и ее фер-
ментативную активность.
Исследования проводили в третьей ротации шестипольного севооборота на стационарном полевом опыте в 2011-2013 гг. Образцы серой лесной среднесуглинистой почвы отбирали в мае, июле и сентябре из слоя 0-20 см.
Схема эксперимента включала многолетнюю залежь, более 20 лет не используемую как пашню (контроль), и 6 уровней интенсификации применения удобрений (табл. 1). Основной прием обработки - отвальная вспашка на глубину 20-22см.
Микробиологические и биохимические исследования проводили согласно общепринятым методикам [4, 5].
Агрометеорологические условия 2011-2013 гг. были типичными для зоны по температурному режиму и количеству осадков. Недостаточное увлажнение пахотного слоя 1517%) отмечалось в июле, что повлияло на метаболическую активность микробного пула серой лесной почвы, снижая численность основных физиологических групп микроорганизмов. В весенне - осенний период влажность слоя 0-20 см была благоприятна для развития микрофлоры, на уровне W= 24-26%.
Положительное влияние комплекса удобрений и агротехнического воздействия на микробоценоз, мобилизующий азот почвы, наблюдается на всех изучаемых вариантах по сравнению с залежью (табл.2). Сумма ами-ногетеротофов и аминоавтотрофов в 2011г. не значительно варьировала по
фонам интенсификации. Применение в 2012г. на интенсивном фоне
N60 P60 K60 достоверно увеличило численность этих физиологических групп микроорганизмов и их сумма составила 10,7 млн. КОЕ/1г почвы.
Характерной особенностью периода исследований было применение органических удобрений за ротацию шестипольного севооборота. Навоз в дозе 60 и 80т/га вносили на интенсивном и высокоинтенсивном органоми-неральных фонах осенью 2012г. под зяблевую обработку после укоса вико-овсяной смеси (табл. 1).
Увеличение численности протеолитической и амилолитической микрофлоры наблюдалось уже через месяц (в сентябре 2012г.) на интенсивном и высокоинтенсивном органоминераль-ных фонах (рис. 1).
После внесения навоза на орга-номинеральных фонах численность микрофлоры, трансформирующей азотные соединения почвы, в сентябре увеличилась в 3-4 раза по сравнению с их численностью в июле и в 2-2,5 раза относительно других вариантов опыта в этот период.
В свежем навозе размножается огромная масса, в основном неспороо-бразующих, микроорганизмов, а также многочисленна группа аэробов разлагающих целлюлозу, и нитрификаторов, проявляющих активность в поверхностном слое, куда проникает необходимый им кислород. Под действием навоза на органоминеральных фонах наблюдался рост как аминогетеро-
8лаЭимгрсШ ЗемлеЗЪдеф
№ 2-3 (68-69) 2014
1. Изучаемые варианты опыта
Уровень интенсификации
нулевой интенсивный интенсивный минеральный высокоинтенсивный минеральный интенсивный органоминеральный высокоинтенсивный органоминеральный
за ротацию 6-ти польного севооборота
Н 40 т/га N Р К 100 80 160 + Н 40 т/га N Р К 350 220 390 N Р К 480 280 575 N Р К 310 150 310 + Н 60 т/га N Р К 430 160 360 + Н 80 т/га
2011г.
клевер 2-го года клевер 2-го года клевер 2-го года (перед посевом озимой пшеницы) клевер 2-го года (перед посевом озимой пшеницы) ^0 Р60 К60 яровая пшеница ^0 Р90 К90 яровая пшеница
2012г.
ячмень Р60 К60 яровая пшеница 1^90 Р90 К90 озимая пшеница N Р К 120 120 120 озимая пшеница 1^30 Р30 К30 вико-овес, после укоса навоз 60 т/га Ч,, К, 45 45 45 вико- овес, после укоса навоз 80 т/га
2013г.
пар черный 1^0 Р30 К30 вико - овес ^0 Р90 К90 картофель N Р К 120 120 120 картофель 1^60 озимая пшеница ^0 озимая пшеница
2. Численность микрофлоры, трансформирующей азотные соединения почвы
Фон интенсификации МПА+ КАА, тыс. КОЕ/1 г почвы
2011г. 2012г. 2013г.
Нулевой 7493 8193 7930
Интенсивный 7788 10724 6120
Интенсивный минеральный 5515 9106 4217
Высокоинтенсивный минеральный 5098 7922 4501
Интенсивный органоминеральный 5328 10932 9731
Высокоинтенсивный органоминеральный 6252 10733 13239
НСР05 1302 1517 1242
Залежь 2234 3828 2719
Сезонная динамика бактериального комплекса серой лесной почвы [МПА+ КАА]
□ май Нигаль
□ сентябрь
1- нулЕвзй; 2- интенсивный; интенсивный мин Ер пьный: 4-вы:а1шинтенсивный минеральный; 5- ин~ен;и = ныи орг5нсминЕральный;й- вы гаке интенсивный органе ми нервл-ный.
Рис. 1. Влияние комплекса удобрений на динамику численности микрофлоры в агроценозах серой лесной почвы (2012г.)
трофных, так и аминоавтотрофных перестройке микробоценоза серой микроорганизмов. Увеличение числен- лесной почвы. Почвы богатые этими ности микрофлоры, иммобилизующей микроорганизмами, пополняются и азот, свидетельствует о благоприятной органическим азотом, ассимилиро-
№ 2-3 (68-69) 2014
ванным в микробную плазму, что способствует увеличению общих ресурсов азота в почве.
Положительное влияние от применения навоза на развитие основных физиологических групп микроорганизмов проявляется во все сроки отбора образцов в 2013 г. На органоминераль-ных фонах численность бактериального комплекса (МПА+КАА) более чем в 2 раза выше минеральных вариантов (табл. 2). Различные дозы минеральных удобрений существенно не изменили количественный состав этих микроорганизмов. Установлено, что использование минеральных удобрений на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне привело к статистически достоверному снижению численности микрофлоры. Снижение численности бактерий, трансформирующих азот почвы на минеральных фонах, может быть обусловлено и влиянием культуры севооборота. Возделывание картофеля на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне в 2013г. вызвало уменьшение объема ризосферы в слое 0-20см и количества корневых экссудатов, служащих питательным субстратом для микроорганизмов и, главным образом, для бактерий, перерабатывающих азотсодержащие соединения почвы.
Значительные запасы накопления в почве нитратного азота были отмечены на органоминеральных фонах во все периоды наблюдений в 2013г (рис. 2). Минеральные варианты обусловили
$лаЭимгрскш ЗемдеШецТ)
150
100
Запасы нитратного азота а слое 0-20см
137,9
91,3
44,7 44,2
Ш Ш Ш 231
Jill
о -1-1-1-1—
7х
1- нулввай ; 2- интенсивный; 3- интенсивный минЕральньш; ВЫСО-КОИНТЕН-СИВНЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ: 5- ИНТЕНСИВНЫЙ ¡зргэнаминЕрэльный; Б- высакомнтЕнсивный Ерганаминвральный.
Рис. 2. Влияние систем удобрений на накопление нитратного азота (среднее за 2013г.)
3. Динамика ферментативной активности серой лесной почвы
Фон интенсификации Каталаза, мл О2/1г почвы в мин. Уреаза мг NH4/1r почвы за 4 часа
2012г. 2013г. 2012г. 2013г.
Нулевой 2,5 2,7 0,33 0,20
Интенсивный 2,7 2,9 0,36 0,27
Интенсивный минеральный 2,3 2,5 0,29 0,22
Высокоинтенсивный минеральный 2,4 2,5 0,33 0,21
Интенсивный органоминеральный 2,3 2,7 0,34 0,58
Высокоинтенсивный органоминеральный 2,2 2,7 0,35 0,46
НСР05 0,15 0,12 0,09 0,06
содержание нитратов на уровне нулевого фона.
Корреляционный анализ показал, что уровень азотного питания зависел не только от доз удобрений, но и от деятельности бактерий, трансформирующих азотные соединения. Коэффициент корреляции между запасами нитратного азота и численностью бактерий составил 0,87.
Изучение активности гидролитических и окислительно- восстановительных ферментов при длительном применении удобрений позволило установить, что применение органо-минерального комплекса активизирует ферментные системы серой лесной почвы. Особенно это отчетливо проявилось в накоплении гидролитического фермента уреазы (табл. 3).
Результаты первого года последействия от применения навоза (60 и 80 т/ га) показали, что уреазная активность на органоминеральных фонах возрос-
¡¡/¡аЭимгрсНт ЗемлеШец!)
этой способности и существует тесная связь между уреазной активностью почвы и обобщенностью ее минеральным азотом. Выявлено, что на серой лесной почве при внесении органо-минеральных удобрений повышение уреазной активности сопровождается увеличением численности микроорганизмов. Наблюдается четкая положительная связь (r=0,83) между активностью уреазы и численностью бактерий, трансформирующих азот органических остатков.
Таким образом, внесение навоза 60 и 80 т/га положительно сказалось на биогенности серой лесной почвы, увеличив запасы нитратного азота в слое 0-20см и активизировав ее ферментативные системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Свешникова А.А., Полянская Л.М., Лукин С.М. Влияние окультуривания и мезорельефа на структуру микробной биомассы дерново-подзолистой и серой лесной почвы / Микробиология, - 2001, - Т.70. - №4. - С. 558566.
2. Полянская Л.М. Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв / Л.М. Полянская, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение, - 2005, - №6. - С. 706-714.
3. Зинченко М.К. Экологическое состояние агроценозов серых лесных почв / М.К. Зинченко // Агрохимический вестник. - 2009. - №4. - С. 15-19.
4. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии, - М., 2004, - 238 с.
5. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв,- М: Колос, 1976. -178с.
ла. Средний показатель за сезон составил 0,52 мг NН4/1г почвы за 4 часа, что более чем в 2- 2,5 раза выше, чем в почве минеральных вариантов. В вегетационный период 2012 г., когда применяли только минеральные удобрения, не наблюдалось статистически достоверных преимуществ отдельных вариантов в значениях активности уреазы. Уреаза катализирует распад мочевины на аммиак и углекислоту. Благодаря
M. K. Zinchenko,. L.G. Stoyanova ACTION OF VARIOUS SYSTEMS OF FERTILIZER ON INTENSITY OF BIOLOGICAL PROCESSES IN THE GREY FOREST SOIL
Deficiency of organic substance in the soil, falling of its contents and quality provides to deterioration not only agrochemical and agrophysical, but also biological properties of the soil that in turn reduces soil fertility and worsens ecology state. In article it is shown that an organomineralny complex with introduction 60 and 80 t/hectare manure positively influenced development proteolytic and amilolitic the microflora. That promoted accumulation of stocks of nitrate nitrogen and increase fermentativ-ache activities of the grey forest soil.
Keywords: fertilizers, soil microorganisms, the grey forest soil, intensity biologic processes.
№ 2-3 (68-69) 2014
