CC BY
61
doi: 10.24411/0235-2451-2020-10601 УДК 631.41:631.582
Изменение химических и микробиологических свойств почвы при антропогенном воздействии в полевом севообороте
Н. А. СЕЛЕЗНЕВА, А. Г. ТИШКОВА, Т. Н. ФЕДОРОВА, Н. Е. САВЧЕНКО, Т. А. АСЕЕВА
Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения РАН, с. Восточное, ул. Клубная, 13, Хабаровский р-н, Хабаровский край, 680521, Российская Федерация
Резюме. Длительная интенсивная антропогенная нагрузка на почву при сельскохозяйственном использовании приводит к истощению минеральных запасов, изменению типа гумусообразования и микробного сообщества, по сравнению с природными экосистемами. Исследования проводили с целью определения влияния длительного антропогенного воздействия на трансформацию химических и микробиологических свойств почв при сельскохозяйственном использовании. Работу выполняли в длительных стационарных опытах, заложенных в 1963-1965 гг. в Хабаровском крае. Почва лугово-бурая тяжелосуглинистая с кислой реакцией среды и низким естественным плодородием. Дифференциация агрохимических показателей в ее пахотном слое происходила под влиянием различных систем и видов удобрений (последействие органических удобрений и извести, возрастающие дозы минеральных удобрений). В исследуемых почвах обеспеченность фосфором варьировала от средней -в природных экосистемах, до низкой в вариантах с двойным фоном минеральных удобрений и очень низкой в варианте без удобрений. Увеличение отношения гуминовых кислот к фульвокислотам с 0,58 в природной экосистеме до 1,06 агроценозах и коэффициента минерализации с 1,97 до 6,61 соответственно свидетельствует о том, что скорость процессов трансформации органического вещества в почве нарастает при усилении антропогенной нагрузки. Длительное сельскохозяйственное использование оказало негативное влияние на численность микроорганизмов, населяющих почву агроценоза: содержание аммонификаторов снизилось в среднем в 10 раз, амилолитиков - в 4,7 раза, грибов - в 3,8 раза. Применение минеральных удобрений способствует некоторому усилению биологической активности почвы, по сравнению с вариантом без их использования, численность амилолитической микрофлоры возрастает в 3 раза, аммонифицирующей - в 1,4 раза. Ключевые слова: плодородие, гумус, физико-химические свойства, агроценоз, трансформация, удобрения, нитрификаторы, аммонификаторы, почва, Среднее Приамурье.
Сведения об авторах: Н. А. Селезнева, аспирант; А. Г. Тишкова, младший научный сотрудник; Т. Н. Федорова, аспирант; Н. Е. Савченко, научный сотрудник; Т. А. Асеева, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН, директор (е-mail: aseeva59@mail.ru).
Для цитирования: Изменение химических и микробиологических свойств почвы при антропогенном воздействии в полевом севообороте / Н. А. Селезнева, А. Г. Тишкова, Т. Н. Федорова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 6. С. 5-10. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10601.
Changes in the chemical and microbiological properties of soil under anthropogenic impact in the field crop rotation
N. A. Selezneva, A. G. Tishkova, T. N. Fedorova, N. E. Savchenko, T. A. Aseeva
Far Eastern Research Institute of Agriculture, Khabarovsk Federal Research Center, Far Eastern branch, Russian Academy of Sciences, s. Vostochnoe, ul. Klubnaya, 13, Khabarovskii r-n, Khabarovskii krai, 680521, Russian Federation
Abstract. Long-term intensive anthropogenic load on the soil during agricultural use leads to depletion of mineral reserves, a change in the type of humus formation and the microbial community, compared with natural ecosystems. The purpose of the studies was to determine the effect of prolonged anthropogenic impact on the transformation of the chemical and microbiological properties of agricultural soils. Long-term stationary experiments were established in 1963-1965 in the Khabarovsk Territory. The soil was meadow brown heavy loamy with an acid medium reaction and low natural fertility. Agrochemical indicators in its arable layer differentiated under the influence of various systems and types of fertilizers (aftereffect of organic fertilizers and lime, increase in the doses of mineral fertilizers). In the studied soils, the phosphorus supply varied from the medium level in natural ecosystems to the low one in the options with a double background of mineral fertilizers and very low in the option without fertilizers. An increase in the ratio of humic acids to fulvic acids from 0.58 in the natural ecosystem to 1.06 in agrocenoses and an increase in mineralization coefficient from 1.97 to 6.61, respectively, indicated that transformation of organic matter in the soil intensified with strengthening anthropogenic load. Long-term agricultural use had a negative impact on the number of microorganisms inhabiting the soil of agrocenosis: the content of ammonifiers decreased on average 10 times, the content of amylolytic drugs reduced 4.7 times, the content of fungi decreased 3.8 times. The use of mineral fertilizers contributed to a certain increase in the biological activity of the soil, compared with the option without their use; the population of amylolytic microflora grew 3 times; the population of ammonifying microflora increased 1.4 times. Keywords: fertility; humus; physicochemical properties; agrocenosis; transformation; fertilizers; nitrifiers; ammonifiers; soil; Middle Amur Region.
Author Details: N. A. Selezneva, post graduate student; A. G. Tishkova, junior research fellow; T. N. Fedorova, post graduate student; N. E. Savchenko, research fellow; T. A. Aseeva, D. Sc. (Agr.), corresponding member of the RAS, director (е-mail: aseeva59@mail.ru). For citation: Selezneva NA, Tishkova AG, Fedorova TN, et al. [Changes in the chemical and microbiological properties of soil under anthropogenic impact in the field crop rotation]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020;34(6):5-10. Russian. doi: 10.24411/02352451-2020-10601.
Увеличение разнообразия и интенсивности антропогенного воздействия на почву обусловливает необходимость углубления исследований механизмов, приводящих к изменению ее исходных свойств и строения. Такие исследования имеют большое теоретическое значение, а также важны для сохранения и воспроизводства плодородия почв [1, 2]. Нерациональное использование сельскохозяйственных угодий
сопровождается такими негативными процессами, как подкисление, засоление, уплотнение, потеря органического углерода почвы, а высокая антропогенная нагрузка способствуют увеличению их скорости [3, 4]. Среди негативных последствий чрезмерной интенсификации растениеводства можно назвать резкое снижение способности агроэкосистем к поддержанию равновесия с использованием механизмов и структур саморегуляции
из-за значительного уменьшения генетического разнообразия культивируемых видов растений, полезной энтомофауны и почвенной микрофлоры [5].
Под влиянием антропогенной нагрузки меняется соотношение выносимой биомассы и пожнивно-корневых остатков, возникают новые стационарные состояния гумусного режима, обусловленные ежегодным поступлением органического вещества с растительными остатками и органическими удобрениями, а также его минерализацией [6].
Органическое вещество почвы аккумулирует в себе запасы углерода, питательных веществ и микроэлементов, способствует созданию оптимальных режимов и структуры почвы, препятствует развитию эрозионных процессов, ослабляет действие токсичных веществ. Гумусовые соединения предотвращают потери от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, увеличивают эффективность минеральных удобрений [7, 8]. При бессменном выращивании культур даже в условиях применения высоких доз минеральных удобрений содержание эффективного органического вещества резко уменьшается, тогда как количество инертной органической массы остается практически неизменным. Особенно деструктивны в этом плане пропашные культуры и пар, создающие условия для усиления эрозионных процессов [5]. На черноземе южном средне-мощном среднесуглинистом в Волгоградской области возделывание и в течение 5 лет зерновых культур по технологии No-till приводило к достоверному повышению содержания лабильного органического вещества, по сравнению с традиционной вспашкой, на 0,17 % от массы почвы, а также к увеличению содержания гумуса на 0,18 % и гуминовых кислот в его составе (на 0,22 % по углероду) на уровне тенденции [9].
Лучше всего свойства гумуса проявляются при необходимом для каждой почвы сочетании его содержания, состава и качественных особенностей [10]. Гумус-ное состояние почв считается оптимальным, если оно обоспечивает реализацию потенциала продуктивности сельскохозяйственных культур, соответствующую биоклиматическим ресурсам. Необходимое условие для этого - эффективное использование удобрений и агротехнических приемов. Почва в оптимальном гумус-ном состоянии должна быть максимально устойчива к действию эрозии, дефляции и других разрушающих факторов, снижающих плодородие.
По мнению ряда авторов [11, 12, 13], негативное воздействие на почву при антропогенном использовании, изменяя условия существования почвенных микроорганизмов, их состав и количество, могут нарушать нормальное течение процессов микробной трансформации. Состояние микробного сообщества почвы - один из показателей условий почвообразования. Особую роль почвенных микроорганизмов определяет их быстрая реакцией на воздействие внешних факторов, формирование гумусного состояния почвы и ППК, которые служат матрицей для превращения поступающих веществ [14, 15]. В лесостепной зоне Зауралья внесение в течение 5 лет минеральных удобрений в дозах, обеспечивающих формирование планируемого урожая яровой пшеницы и овса 3,0...4,0 т/га, стимулировало почвенную микрофлору, жизнедеятельность которой при отсутствии растительных остатков уменьшала содержание гумуса в слое почвы 0...40 см с 6,85 до 6,46 % против снижения с 6,27 до 6,01 % на фоне естественного плодородия почвы. Коэффициент
его минерализации в этих вариантах был равен соответственно 1,0 и 0,8 % от содержания гумуса [16].
При этом в условиях Республики Татарстан внесение органических удобрений даже в объемах, сопоставимых с дозами минеральных удобрений по физической массе (200 кг/га), локально при посеве обеспечило повышение численности аммонификато-ров под всеми культурами (кукуруза, подсолнечник, соя, сахарная свекла) на 20,0...45,0 %, нитрификато-ров - на 30,0...46,7 %, общего микробного числа - на 24,6...48,3 % [17].
Цель исследований - определение влияния длительного антропогенного воздействия на трансформацию химических и микробиологических свойств почвы при сельскохозяйственном использовании.
В задачи исследований входило: оценить вариабельность основных показателей плодородия и выявить изменения количественного и группового состава микроорганизмов в почве в естественных и антропогенно преобразованных экосистемах.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2018-2019 гг. в длительном стационарном опыте Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства (Хабаровский край), заложенном последовательно на трех полях полевого севооборота в 1963-1965 гг. в 8 ротации севооборота при возделывании овса и сои. В качестве экосистемы, которая никогда не подвергалась антропогенному воздействию, был выбран луг. Почвенный покров на территории проведения исследований представлен лугово-бурыми тяжелосуглинистыми почвами с кислой реакцией среды и низким естественным плодородием, которое обусловлено повышенной кислотностью, незначительным содержанием питательных элементов и гумуса, слабой биологической активностью. Перед закладкой опыта в 1963-1965 гг. содержание гумуса (по Тюрину) в почве составляло до 4,0 %, подвижных форм фосфора и калия (по Кирсанову) -1,4...4,2 мг/100 г почвы и 12,5...26,6 мг/100 г почвы, рНсол - 4,2.4,6 ед., гидролитическая кислотность (по Каппену-Гильковицу) - 4,7.6,6 мг-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований (трилонометрически) -13,2.19,8 мг-экв./100 г почвы.
Схема опыта включала следующие варианты: без удобрений с 1963 г. - контроль; последействие внесения в течение шести ротаций по 100 т торфокомпоста на 1 га севооборотной площади (ТФК, 100 т/га, последействие); минеральные удобрения в двойной дозе (^Р2К2); последействие известкования, проводившегося в течение шести ротаций севооборота (32 т/ га известковой муки) с доведением общей дозы Са до 2,25 г.к. (известь по 2,25 г.к., последействие) - фон; внесение на указанном фоне возрастающих доз минеральных удобрений - ^Р^, ^Р2К2, ^Р3К3, ^Р4К4 (соответственно фон + ^Р^, фон + ^Р2К2, фон + ^Р3К3, фон + ^Р4К4). Одинарная доза минеральных удобрений (^Р^) под овес составляла ^6Р16К8, под сою - ^2Р32К32, шаг увеличения доз всех элементов на каждом уровне, кроме калия под овес, составлял 16 кг д.в./га, дозу калия под овес повышали на 8 кг д.в./га. Площадь делянок - 150.270 м2, повторность -4-кратная.
Образцы отбирали в фазе цветения зерновых культур и сои, что в гидротермических условиях региона совпадает с максимальной интенсивностью процессов минерализации органического вещества почвы. Содержание определяли колориметрическим методом
с реактивом Несслера; нитратов - по ГОСТ 26951-86; подвижного фосфора и калия - по ГОСТ 26207-91; органического углерода - по Тюрину; гуминовых и фуль-вокислот - по ускоренной методике М. М. Кононовой и Н. П. Бельчиковой; рН - по ГОСТ 26483-85. Оценку гумусного состояния почвы проводили по методике Л. А. Гришиной и Д. С. Орлова (Д. С. Орлов и др., Практикум по химии гумуса, М., 1981). Измерения осуществляли в трехкратной повторности, для дальнейших расчетов использовали среднее значение.
Пробы для микробиологического анализа отбирали с соблюдением асептики. Общую численность, а также количественной характеристики трех основных групп (аммонифицирующих, амилолитических и грибов) микроорганизмов определяли путем посева на плотные питательные среды с серией последовательных разведений почвенной суспензии, согласно действующим методикам (В. И. Титова и др., Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества, Нижний Новгород, 2012). Для учета аммонифицирующих микроорганизмов, разлагающих азотсодержащее органическое вещество почвы, использовали мясо-пептонный агар (МПА); амилолитической микрофлоры, способной проводить деструкцию олиго- и полисахаридов, иммобилизацию азота, а также актиномицетов -крахмало-аммиачный агар (КАА); грибов (всесторонних деструкторов органического вещества почвы) - среду Чапека.
После посева чашки инкубировали в термостате при температуре +27 °С. Подсчет колоний, выросших на МПА, осуществляли на 2.4 сутки инкубации, на КАА и среде Чапека - начиная с 4 суток и по мере разрастания колоний. Пересчет количества колоний в чашках Петри на 1 г почвы (грунта) выполняли по действующей методике (Н. Н. Терещенко и др., Практикум по микробиологии для оценки плодородия почвы и качества грунтов, Томск, 2011).
Коэффициент минерализации по Мишустину определяли отношением численности микроорганизмов, учтенных посевом на КАА к численности микробов, учтенных на МПА. Величина этого показателя отражает активность трансформации углеводов почвы и связывания свободного азота (В. И. Титова и др., 2012).
В Хабаровском крае почвенный покров формируется в сложных климатических условиях, когда до 75 % годовой суммы осадков выпадает летом в период с хорошей теплообеспеченностью, что препятствует формированию промывного режима. Гидротермические условия вегетационного периода в годы иссле-
дований различались по количеству тепла и осадков, о чем свидетельствуют значения гидротермического коэффициента: в 2018 г. - 1,67, в 2019 г. - 3,12. Сумма осадков составила соответственно 297,6 мм и 804,4 мм, активных температур - 1782,0 °С и 2578,2 °С.
Результаты и обсуждение. При сельскохозяйственном использовании земель происходило ухудшение плодородия почвы. Так, в контрольном варианте среднее содержание минерального азота снизилось, по сравнению с природной экосистемой, в 1,6 раза, подвижного фосфора - в 7,7 раза, калия - в 2,9 раза (табл. 1).
Внесение возрастающих доз минеральных удобрений на известкованном фоне позволяло улучшить пищевой режим культур севооборота, по сравнению с контролем. Например, при использовании двойной дозы количество минерального азота в почве в среднем было выше, чем в варианте с агроэкосистемой без удобрений, в 2,4 раза, а по сравнению с почвами природных экосистем, - в 1,6 раза. При минерализации гумуса происходит высвобождение и, соответственно, увеличение содержания азота в почве, но в течение вегетационного периода возможны его заметные потери, что связанно с вымыванием этого элемента из пахотного горизонта в нижележащие слои, а также необменным поглощением аммиачного азота почвенными коллоидами [18].
Обменная кислотность почвенного раствора - результат воздействия факторов почвообразования, характера происходящих процессов и их интенсивности в конкретных условиях. Она отличается высокой пространственной неоднородностью, поэтому даже на небольшой территории встречаются почвы с широким диапазоном величины этого показателя [19]. В нашем случае она варьировала от сильно- до среднекислой. Известкование почвы обеспечило снижение кислотности, по сравнению с контролем, на 0,2.0,4 ед.
Содержание подвижных форм основных элементов минерального питания растений Р2О5 и К2О в почве в среднем находилось на уровне 1,0.7,7 мг/100 г почвы и 6,8.22,4 мг/100 г почвы соответственно. Самые низкие величины этого показателя в агроэкосистеме отмечены в контроле - 1,0 мг/100 г почвы, в котором поступление элементов минерального питания происходит только в результате разложения гумуса, пожнивных и корневых остатков. В сравнении с природной экосистемой, содержание фосфора в контроле было менье в 7,7 раза. Среднюю обеспеченность почвы (5,1.10,0 мг/100 г почвы [18]) подвижным фосфором в природной экосистеме можно объяснить малым вы-
Таблица 1. Влияние длительного антропогенного воздействия на изменение отдельных свойств почвы
Вариант рН , ед. Ы-Ы03 + Ы-ЫН, мг/кг Р2О,, мг/100 г почвы К2О, мг/100 г почвы
2018 г. 2019 г. среднее 2018 г. 2019 г. среднее 2018 г. 2019 г. среднее 2018 г. 2019 г. среднее
Естественная экосистема (луг) 4,6 4,5 4,6 Без удобрений
(контроль) 4,3 4,3 4,3 ТФК, 100 т/га (последействие) 4,4 4,3 4,4 Ы2Р2К2 4,3 4,2 4,3 Известь по 2,25 г.к.
(последействие) 4,6 4,4 4,5
Фон + ЫРХ., 4,7 4,7 4,7
111 ' ' '
Фон + М2Р2К2 4,7 4,6 4,7
Фон + М3Р..К3 4,6 4,5 4,6
Фон + 1Ч4Р4К4 4,5 4,4 4,5
НСР05 0,2 0,3
9,0
5,0
8,0 12,8
9.6
15.7
17.8 12,2
9.7
3,7
8,3 8,7 6,9 6,0
10,2 14,2
10,5 12,4 10,7 9,1 11,0
1,7
9,1 13,5
10,0 14,1
14.3 10,7
10.4
7,9
1,1
1,5 2,0
1,8
3.3 2,9 3,7
3.4
0,9
7,4
7,7 20,8
0,9 1,0 6,9
1,7 2,4
2,6 2,6 3,1 4,7
3.0
1.1
1,6 2,2
2,2 3,0 3,0 4,2 3,2
7.0 8,4
7.1
9.7 8,6
8.8 10,5
1,6
24,0
8.5
6.6 8,2
7,6 11,2 8,8
9.8 9,3
1.9
22.4
7.7
6.8
8.3
7.4
10.5 8,7 9,3 9,9
Таблица 2. Изменение показателей гумусного состояния лугово-бурых почв
Вариант Гумус (среднее за 20182019 гг.), % Гуминовые кислоты, % Фульвокислоты, % С /Сл гк Фк
2018 г. 2019 г. среднее 2018 г. 2019 г. среднее 2018 г. 2019 г. среднее
Естественная экоси-
стема (луг) 5,37 0,61 0,58 0,60 0,96 1,14 1,05 0,64 0,51 0,58
Без удобрений (кон-
троль) 3,14 0,24 0,26 0,25 0,47 0,50 0,49 0,51 0,52 0,52
ТФК, 100 т/га (по-
следействие) 3,30 0,50 0,45 0,48 0,74 0,73 0,74 0,68 0,62 0,65
М2Р2К2 3,87 0,20 0,39 0,30 0,60 0,74 0,67 0,33 0,53 0,43
Известь по 2,25 г.к.
(последействие) 3,65 0,58 0,41 0,50 0,67 0,33 0,50 0,87 1,24 1,06
Фон + Ы1Р1К1 3,80 0,21 0,31 0,26 0,47 0,50 0,49 0,45 0,62 0,54
Фон + М2Р2К2 4,08 0,20 0,23 0,22 0,74 0,52 0,63 0,38 0,44 0,41
Фон + Ы^Кз 4,05 0,22 0,24 0,23 0,71 0,53 0,62 0,42 0,45 0,44
Фон + ^Р^ 3,51 0,23 0,24 0,24 0,43 0,63 0,53 0,53 0,38 0,46
НСР05 0,21 0,13 0,19 0,20
носом этого элемента растениями и незначительным его содержанием в опаде, высокая обеспеченность калием (20,1...30,0 мг/100 г почвы [18]) соответствует естественным процессам почвообразования лугово-бурых почв. При этом по данным В. П. Басистого [18], в Приамурье оптимальные условия фосфорного питания достигаются уже при таком содержании подвижных форм этого элемента, и его увеличение до высокого и очень высокого уровня нецелесообразно, как в экологическом, так и в экономическом отношении.
В антропогенно преобразованных почвах отмечается преобладание процессов минерализации органического вещества над гумификацией, что приводит к снижению содержания гумуса, по сравнению с почвами природных экосистем, в которых накопление органического вещества преобладает над его разложением. Основные причины дегумификации почвы - усиленная минерализация гумуса вследствие интенсивной обработки и применения минеральных удобрений, сокращение поступления органического вещества в пахотные почвы в виде корневых и пожнивных остатков, а также органических удобрений и др. [20].
В вариантах с последействием органических удобрений и известкования количество гумуса в среднем было ниже, чем в природной экосистеме, на 2,07 и 1,72 % соответственно (табл. 2). По нашему мнению, такая ситуация может быть связана с недостаточной дозой органических удобрений и их отсутствием в годы двух последних ротаций. Положительное влияние известкования, вероятно, обусловлено снижением кислотности, которое способствовало увеличению интенсивности процессов гумусообразования. При внесении
минеральных удобрений по известковому фону также происходило уменьшение содержания гумуса, по сравнению с природными почвами. Наименьшее его снижение, по сравнению с природной экосистемой, отмечали в варианте с двойной дозой минеральных удобрений (^Р2К2) - на 1,29 %, самое значительное при использовании максимальной в опыте дозы (^Р4К4) - на 1,86 %. Это согласуется с выводами других исследователей [20, 21] о том, что внесение минеральных удобрений способствует развитию процессов минерализации органического вещества.
Длительное интенсивное использование почв приводит к изменению состава и типа гумуса. В контроле, в варианте с последействием органических удобрений и при внесении минерального удобрения в дозе ^Р^ тип гумуса остался таким же, как и в почвах природных экосистем, - гуматно-фульватным. В варианте с последействием известкования почв (фон) он изменился, по сравнению с почвами природных экосистем, с гуматно-фульватного (Сгк/Сфк= 0,58) на фульватно-гуматный (Сгк/Сфк= 1,06). Это можно считать положительной тенденцией в протекании процесса гумусообразования и улучшении качества гумуса. В вариантах с возрастающими дозами минеральных удобрений по известковому фону тип гумуса изменился на фульватный (Сгк/Сфк= 0,41.0,46). Это может свидетельствовать о развитии деградационных процессов и снижении потенциального уровня плодородия почвы.
В природных почвах степень гумификации за исследуемый период изменялась от слабой до средней. Наибольшую степень гумуфикации органического вещества (рис. 1) наблюдали в вариантах с последей-
40 35 30 25 20 15 10 5 0
I
I
lili
Естественная экосистема (луг) Без удобрений (контроль) ТФК, 100 т/га (последействие) N2P2K2 Известь по 2,25 г.к. (последействие) Фон + n1p1k1 Фон + n2p2k2 Фон + n3p3k3 Фон + N4P4K4
22,31 16,27 29,58 14,86 27,97 13,59 10,63 11,36 13,42
Рис. 1. Степень гумификации органического вещества (средняя за 2018-2019 гг.), %. 8 _ Достижения науки и техники АПК. 2020. Т 34. № 6
Таблица 3. Численность и групповой состав микроорганизмов в почве, млн КОЕ/г абс. сух. почвы
Вариант Аммонифицирующие бактерии (на МПА) Амилолитическая микрофлора (на КАА) Грибы (на среде Чапека)
2018 г. I 2019 г. среднее 2018 г. | 2019 г. среднее 2018 г. I 2019 г. среднее
Естественная эко-
система (луг) 21, 20 41,04 31,12 50,20 65,07 57,63 16,81 13,84 15,32
Без удобрений
(контроль) 3,16 2,13 2,64 8,66 5,33 6,99 4,49 8,50 6,49
Фон + Ы1Р1К1 3,68 2,58 3,13 18,08 16,58 17,33 2,73 3,04 2,88
Фон + Ы,Р,К., 4,67 2,60 3,63 20,15 23,19 21,67 3,45 4,68 4,06
НСР 05 0,60 0,45 1,77 2,15 0,63 0,92
ствием органических удобрений и известкованием. В среднем она была выше, чем в почве природной экосистемы, в 1,25.1,32 раза, что указывает на повышение степени закрепленности гумуса. В вариантах с внесением минеральных удобрений степень гумификации в среднем ниже, чем в природных экосистемах, на 7,4.11,7, это связанно с изменением типа гумуса на фульватный и снижением в его составе доли гуми-новых кислот.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
III III
0 Естественная экосистема (луг) Без удобрений (контроль) Фон + N1P1K1 Фон + N3P3K3
■ 2018 2,26 3,69 4,91 4,31
2019 1,59 2,67 6,43 8,92
■ среднее 1,97 3,18 5,67 6,61
Рис. 2. Коэффициент минерализации органического вещества (отношение бактерий КАА/ МПА); НСР05: 2018 - 1,13; 2019 - 2,18.
В контроле численность аммонифицирующих микроорганизмов была меньше, чем в природной экосистеме, в среднем в 11,8 раза (табл. 3). Использование минеральных удобрений способствовало росту величины этого показателя. Так, в варианте с внесением по известковому фону дозы ^Р^ разница в численности микроорганизмов этой группы сократилась до 10 раз, дозы ^Р3К3 - в 8,5 раза.
Аналогичная закономерность прослеживалась по численности амилолитических бактерий. В контроле она снижалась, по отношению к природной экосистеме, в 8,2 раза, при использовании на известкованном фоне минеральных удобрений в дозе ^Р^ - в 3,3 раза, ^Р3К3 - в 2,6 раза. Наибольшее число коло-ниеобразующих грибных зачатков также находилось в почвах природного ценоза. В контроле их численность была меньше в 2,4 раза, в вариантах с ^Р^
и ^Р3К3 по известковому фону - в 5,3 и 3,8 раза, соответственно. Такие изменения, вероятно, можно объяснить негативным влиянием на величину этого показателя механической обработки почвы. Причем улучшение обеспеченности почвы элементами минерального питания способствует некоторому увеличению ее биологического потенциала.
При этом наименьший коэффициент минерализации отмечен в природной экосистеме - на 1,21.4,64 ниже,
чем в антропогенно преобразованных почвах (рис. 2). По мере повышения доз минеральныхудобрений на известковом фоне величина этого показателя возрастала, что свидетельствует об усилении активности почвенной микрофлоры, направленной на минерализацию соединений азота в агроценозе.
Выводы. Длительное антропогенное воздействие приводит к истощению минеральных запасов почвы и снижению агрохимических показателей в пахотном слое.
В варианте с последействием извести тип гумуса из гуматно-фульватного, свойственного для природных экосистем, изменился на фульватно-гуматный, что свидетельствует о положительных тенденциях в течении процессов гумусообразования и улучшении качества гумуса. Снижение содержания гуминовых кислот в составе гумуса в вариантах с применением возрастающих доз минеральных удобрений служит показателем деградации органического вещества почвы и снижения уровня ее плодородия.
Антропогенное воздействие оказало негативное влияние на количество микроорганизмов, населяющих почву агроценоза: содержание аммонификато-ров снизилось, в среднем, в 10 раз, амилолитиков - в 4,7 раза, грибов - в 3,8 раза. Величина коэффициента минерализации (>3.5) указывает на то, что разложение гумуса в почвах, затронутых сельскохозяйственной деятельностью, происходит, примерно в 1,5 раза интенсивнее, чем в естественной экосистеме.
Литература.
1. Яковлева Л. В., Николаева Е. А. Влияние известкования и минеральных удобрений на микростроение и емкость кати-онного обмена дерново-подзолистой почвы // Плодородие. 2018. № 5. С. 31-35.
2. Овчинникова М.Ф. Признаки природной устойчивости и агрогенной трансформации гумуса почв//Почвоведение. 2013. № 12. С. 1449-1463.
3. Soil security: Solving the global soil crisis/A. Koch, A. Mc Bratney, M.Adams, et al. // Glob. Policy. 2013. Vol. 4. No. 4. Pp. 434441. doi: 10.1111/1758-5899.12096.
4. Burdukovsrii M. L., Golov V. I., Kovshik I. G. Changes in the agrochemical properties of major arable soils in the south of the Far East of Russia under the impact of their long-term agricultural use // Eurasian soil science. 2016. No. 10. Pp. 1174-1179.
5. Жученко А. А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы) теория и практика. М.: Агрорус, 2008. Т. 1. 814 с.
6. Титова В. И., Артемьева З. С., Архангельская А. М. Агрогенная трансформация органического вещества светло-серой лесной легкосуглинистой почвы (по исследованиям в длительном опыте) // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2013. № 3. С. 18-30.
7. Kooch Y., Ehsani S., Akbarinia M. Stratification of soil organic matter and biota dynamics in natural and anthropogenic ecosystems // Soil & Tillage research. 2020. Vol. 200. Pp. 1-11.
8. Участие растительной биомассы в формировании активной фазы почвенного азота / В. М. Семенов, Т. В. Кузнецова, Л. А. Иванникова и др. // Агрохимия. 2001. № 7. С. 5-12.
9. Изменение показателей состояния органического вещества и физических свойств чернозема южного при переходе от традиционной к нулевой обработке / Б.А. Борисов, Р.Ф. Байбеков, Д.О. Рогожин и др. // Земледелие. 2018. № 8. С. 14-16.
10. Шеуджен А. Х., Нещадим Н. Н., Онищенко Л. М. Органическое вещество почвы и методы его определения. Майкоп: Полиграфиздат «Адыгея», 2007. 344 с.
11. КозловА. В., Селицкая О. В. Значение микроорганизмов в поддержании устойчивости почв к воздействию антропогенных факторов // Вестник Мининского университета. 2015. № 3. С. 27-34.
12. Добровольская Т. Г. Оценка бактериального разнообразия почв: эволюция подходов и методов//Почвоведение. 2009. № 10. С. 1222-1232.
13. Kirchmann Н., Thorvaldsson G. Challenging targets for future agriculture // European Journal of Agronomy. 2000. No. 12. Pp. 145-161.
14. Седых В. А., Савич В. И. Агроэкологическая оценка почвообразовательных процессов. М.: ВНИИА, 2014. 399 с.
15. Microbial communities of buried soils of the Tsaritsyn defense line (1718-1720) / T. S. Demkina, T. E. Khomutova, T. V. Kuznetsova, et al. // Eurasian soil science. 2016. No. 1. Pp. 56-59.
16. Еремин Д.И., Ахтямова А.А. Минерализация гумуса в пахотном черноземе при использовании минеральных удобрений // Земледелие. 2018. № 7. С. 16-18.
17. Занилов А.Х., Адаев А.Н., Мууев А.А. Агроэкологическая оценка различных систем удобрения в условиях Республики Татарстан// Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2018. Т. 13. № 4 (51). С. 29-34.
18. Басистый В. П. Основы почвоведения. Почвы российского Дальнего Востока. Хабаровск: ТОГУ, 2008. 171 с.
19. Волков А. Г. Пространственная неоднородность кислотности почв в еловом биогеоценозе северной подзоны тайги// Arctic Environmental Research. 2015. № 1. С. 5-12.
20. Наими О. И. Некоторые аспекты эволюции черноземов под влиянием естественных и антропогенных факторов//Научный альманах. Биологические науки. 2015. № 8. С. 1067-1072.
21. Пуртова Л. Н., Щапова Л. Н., Полохин О. В. Влияние различных способов обработки почвы и норм внесения удобрений на гумусное состояние и микрофлору агрогенных почв Приморья // Научное обозрение. Биологические науки. 2017. № 5. С. 23-27.
References
1. Yakovleva LV, Nikolaeva EA. [The effect of limimg and mineral fertilizers on the microstructure and cation exchange capacity of sod-podzolic soil]. Plodorodie. 2018;(5):31-5. Russian.
2. Ovchinnikova MF. [Signs of natural stability and agrogenic transformation of soil humus]. Pochvovedenie. 2013;(12):1449-63. Russian.
3. Koch A, McBratney A, Adams M, et al. Soil security: Solving the global soil crisis. Global Policy. 2013;4(4):434-41. doi: 10.1111/1758-5899.12096.
4. Burdukovsrii ML, Golov VI, Kovshik IG. Changes in the agrochemical properties of major arable soils in the south of the Far East of Russia under the impact of their long-term agricultural use. Eurasian soil science. 2016;(10):1174-9.
5. Zhuchenko AA. Adaptivnoe rastenievodstvo (ehkologo-geneticheskie osnovy) teoriya i praktika [Adaptive crop production (ecological and genetic basis): theory and practice]. Moscow: Agrorus; 2008. Vol. 1, 814 p. Russian.
6. Titova VI, Artem'eva ZS, Arkhangel'skaya AM. [Agrogenic transformation of organic matter in light-gray soil with sandy-loam texture (according to the long-term experiment results)]. Izvestiya Timiryazevskoi sel'skohozyaistvennoi akademii. 2013;(3):18-30. Russian.
7. Kooch Y, Ehsani S, Akbarinia M. Stratification of soil organic matter and biota dynamics in natural and anthropogenic ecosystems. Soil & Tillage research. 2020;200:1-11.
8. Semenov VM, Kuznetsova TV, Ivannikova LA, et al. [Participation of plant biomass in the formation of the active phase of soil nitrogen]. Agrokhimiya. 2001;(7):5-12. Russian.
9. Borisov BA, Baibekov RF, Rogozhin DO, et al. [Changes in indicators of the state of organic matter and physical properties of southern chernozem at the substitution of traditional processing by zero one]. Zemledelie. 2018;(8):14-6. Russian.
10. Sheudzhen AKh, Neshchadim NN, Onishchenko LM. Organicheskoe veshchestvo pochvy i metody ego opredeleniya [Organic matter of the soil and methods for its determination]. Maikop (Russia): Poligrafizdat "AdygeYA"; 2007. 344 p. Russian.
11. Kozlov AV, Selitskaya OV. [The importance of microorganisms in maintaining soil resistance to anthropogenic factors]. Vestnik Mininskogo Universiteta. 2015;(3):27-34. Russian.
12. Dobrovol'skaya TG. [Assessment of bacterial soil diversity: evolution of approaches and methods]. Pochvovedeniye. 2009;(10):1222-32. Russian.
13. Kirchmann H, Thorvaldsson G. Challenging targets for future agriculture. European Journal of Agronomy. 2000;(12):145-61.
14. Sedykh VA, Savich VI. Agroehkologicheskaya otsenka pochvoobrazovatel'nykh protsessov [Agroecological assessment of soil formation processes]. Moscow: VNIIA; 2014. 399 p. Russian
15. Demkina TS, Khomutova TE, Kuznetsova TV, et al. Microbial communities of buried soils of the Tsaritsyn defense line (1718-1720). Eurasian soil science. 2016;(1):56-9. Russian
16. Eremin DI, Akhtyamova AA. [Mineralization of humus in arable chernozem with the application of mineral fertilizers]. Zemledelie. 2018;(7):16-8. Russian.
17. Zanilov AKh, Adaev AN, Muuev AA. [Agroecological assessment of various fertilizer systems in the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018;13(4):29-34. Russian.
18. Basistyi VP. Osnovy pochvovedeniya. Pochvy rossiiskogo Dal'nego Vostoka. [Fundamentals of soil science. Soils of the Russian Far East]. Khabarovsk (Russia): TOGU; 2008. 171 p. Russian.
19. Volkov AG. [Spatial heterogeneity of soil acidity in the spruce biogeocenosis of the northern taiga subzone]. Arctic Environmental Research. 2015;(1):5-12. Russian.
20. Naimi OI. [Some aspects of the evolution of chernozem under the influence of natural and anthropofenic factors]. Nauchnyi al'manakh. Biologicheskie nauki. 2015;(8):1067-72. Russian.
21. Purtova LN, Shchapova LN, Polokhin OV. [Influence of various methods of soil cultivation and fertilizer application rates on the humus state and microflora of agrogenic soils of Primorye]. Nauchnoe obozrenie. Biologicheskie nauki. 2017;(5):23-7. Russian.
