CC BY
54
Агрономия
изменение показателей гумусного состояния, микрофлоры и ферментативной активности в агроабраземах приморья в условиях
ФИТОМЕЛИОРАТИВНОГО ОПЫТА
Л. Н. ПУРТОВА,
доктор биологических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории,
Л. Н. ЩАПОВА,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
лаборатории, Биолого-почвенный институт ^ 690022, г. Владивосток, Дальневосточного отделения Российской Академии Наук, пр-т юо-летия Владивостоку, д. 159
А. Н. ЕМЕЛЬЯНОВ,
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, М <592539, приморский край,
заместитель директора ПО научной работе, заведующий отделом, Уссурийский p-он, п. Тимирязевский, Приморский научно-исследовательский институт ул. Воложенина, д. 30
сельского хозяйства Россельхозакадемии, „ » »
Г Н Т/ГНТТТДКТтД И 692510, Приморскии край, п. J/liliLLArvlJbA, Уссурийск, пр. Блюхера, д. 44;
аспирант, ^тел. 8 (4234) 38-17-71;
Приморская государственная сельскохозяйственная академия e-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена А. П. Ващенко, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, заместителем председателя Дальневосточного российского научного центра Россельхозакадемии.
Фитомелиорация как способ воспроизводства плодородия почв в настоящее время широко используется в сельскохозяйственном производстве.
Этот метод является наиболее экологически чистым, при котором задействован природный потенциал растений, являющихся одним из главных факторов почвообразования. Смена однолетних трав многолетними травами способствует интенсификации биологического круговорота и повышению плодородия почв. При этом весьма важно исследование почвенных микроорганизмов, связанных с трансформацией органического вещества, что весьма значимо для формирования оптимального пищевого режима культурных растений и обеспечения благоприятной фитосанитарной ситуации в посевах [4, 13, 16]. Наряду с этим необходимо уделять внимание изменениям в гумусовом состоянии почв. Из-за ускоренной минерализации органического вещества в почвах, наблюдаются значительные потери органического углерода, снижается содержания гумуса и изменяется его качественный состава, о чем неоднократно отмечалось в работах отечественных и зарубежных авторов [2, 6, 14, 11]. При этом происходит уменьшение энергозапасов почв, связанных с содержанием Сорг [12].
Цель данной работы — изучение изменений в показателях гумусного состояния почв, микрофлоры и ферментативной (каталазной) активности в агроабра-земах на осушенных вариантах суходольной части мелиоративной системы с посевами различных фитомелиорантов (суданская трава, соя, гречиха, клевер, кострец, люцерна).
методика исследований.
Объектом исследований явились агроабразе-мы, сформированные в пределах суходольной части мелиоративной системы. Приведены названия согласно современной классификации почв 2004 [5]. Исследования проводились на полях ПримНИИСХ (пос. Тимирязевский, Уссурийский район, Приморский край) в специально заложенном полевом опыте по схеме: 1. Контроль; 2. Суданская трава;
3. Соя. 4. Гречиха; 5. Клевер; 6. Кострец; 7. Люцерна. Содержание гумуса определяли по бихроматной окис-ляемости методом Тюрина [1], фракционно-групповой состав гумуса — по Кононовой-Бельчиковой [10]. Запасы энергии, связанной с содержанием гумуса, рассчитывали по методике, предложенной Д. С. Орловым и
Л. А. Гришиной [10]. Для характеристики интенсивности протекания процесса гумификации использованы показатели, предложенные М. Ф. Овчинниковой. Для оценки интенсивности процесса новообразования гуми-новых кислот и формирования их подвижных форм — соотношение гуминовых кислот 1-й фракции с соответствующими фракциями фульвокислот (Сгк-1/Сфк-1); для оценки интенсивности процесса полимеризации гумусовых структур и формирования гуматов — Сгк-2/ С [8]. При исследовании изменений в показателях биогенности и биологической активности почв, применяли общепринятые в микробиологии методы [7].
Результаты исследований.
Процессы гумусообразования в вариантах фитомелиоративного опыта проходили в основном в условиях среднекислой и слабокислой реакции среды. Показатели рНс соответственно составили на вариантах: 1 (контроль) — 5,10; 5 (клевер) — 5,06; 6 (кострец) — 5,17; 7 (люцерна) — 5,02. На вариантах
2, 3 и 4 наблюдалось увеличение показателей рНс до слабокислой реакции среды: вариант 2 (суданская трава) — 6,12; 3 (соя) — 6,09; 4 (гречиха) — 6,13.
Содержание гумуса, согласно оценочным градациям, предложенным Д. С. Орловым с соавторами [9], на всех вариантах опыта оставалось на уровне низких значений (табл. 1). Запасы гумуса в 20 см слое почв также низкие. Некоторое увеличение запасов гумуса, из-за возрастания показателей объемного веса почв, по сравнению с контролем, установлено на вариантах с посевом клевера (5) и люцерны (7). На этих же вариантах установлено увеличение энергозапасов почв с 367,2 (контроль) до 456,2 (вариант 5) и 462,7 млн ккал/га (вариант 7). На вариантах с посевом костреца (6) энергозапасы почв составили 406,6 млн ккал/га. На вариантах с посевами суданской травы (2), гречихи (4) и сои (3) установлено уменьшение энергозапасов почв (306,5; 287,4 и 278,0 млн ккал/га), вызванное снижением гумуса в горизонте Аи.
В групповом составе гумуса преобладали фуль-вокислоты. Для всех вариантов опыта свойственен фульватный тип гумуса. Среди гуминовых кислот доминировали гуминовые кислоты, связанные с Са2+, что свойственно для темногумусовых глеевых почв при их осушении [14]. Содержание «свободных» гу-
10
www.m-avu. narod. ru
Агрономия ф
миновых кислот соответствовало уровню низких значений. Количество Свод достигало выше средних (варианты 1, 5, 6, 7) и средних показателей (варианты 3, 4). Для большинства вариантов опыта (1, 2, 5, 7), судя по соотношению СГК_2/Сфк_2 [8] установлена более интенсивная стадия протекания полимеризации и конденсации гумусовых кислот, которое составило: контроль — 4,05; 2 (суданская трава) — 1,12; 5 (клевер) — 1,17; 7 (люцерна) — 0,90, соответ-
ственно. Промежуточное положение занимали варианты 6 (кострец) — 0,78. На вариантах 3 (соя) и 4 (гречиха) показатели СГК_2/Сфк_2 снижались до 0,36. При этом отмечалось резкое уменьшение интенсивности стадии новообразования гумусовых кислот с 0,27 (контроль) до 0,09. Все это свидетельствовало о негативных изменениях, происходящих в гумификации органического вещества, вызванных, на наш взгляд, усилением минерализационных процессов.
Возрастание интенсивности стадии новообразования гуминовых кислот, судя по соотношению С /СФК_Р отмечено на варианте с посевом люцерны (7), показатели СГК-1/СфК-1 составили 0,90, для которого свойственно выше средних значений содержание Свод. (0,85). На вариантах 2 (суданская трава), 5 (клевер) , 6 (кострец) соотношение СГК-1/СфК-1 несколько уменьшалось (0,12; 0,18; 0,10), чтохарактеризовало некоторое снижение интенсивности протекания данной стадии.
Исследования показали, что все варианты опыта характеризуются незначительной численностью аммонифицирующих микроорганизмов, что свидетельствует о недостатке в почве легкодоступного органического вещества. Наименьшая численность отмечена в варианте под суданской травой, а максимальная численность — под гречихой (табл. 2).
В остальных вариантах содержание аммонифи-каторов было почти одинаковым. Резко различались варианты по содержанию микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, что свидетельствует о разной интенсивности процессов минерализации органического вещества в вариантах фитомелиоративного опыта. Преобладание микроорганиз-
мов, усваивающих минеральные соединения азота над аммонификаторами (КМ) указывает на высокую интенсивность процессов микробиологической минерализации органических веществ. Максимальные показатели коэффициента минерализации отмечены в варианте под клевером и на контроле (3,4—3,1). Достаточно интенсивно эти процессы выражены в почве под суданской травой и люцерной. Необходимо отметить, что эти же варианты характеризуются повышенным содержанием водорастворимого углерода (табл. 1).
Эвтрофность бактериального комплекса была высокой в вариантах с соей и гречихой (КЭ — 0,70-0,76).
Это свидетельствует об оптимальном количестве легкоминерализуемого органического вещества для поддержания пула гидролитической и копиотрофной группировок в микробном комплексе.
Особенно низкие показатели степени обеспеченности микрофлоры органическим веществом отмечены в варианте с клевером и на контроле (табл. 2). В остальных вариантах степень обеспеченности легкодоступным органическим веществом удовлетворительная.
Коэффициенты олигонитрофильности достаточно высокие в большинстве вариантов, за исключением варианта с гречихой. В последнем случае это говорит о некотором отставании процессов иммобилизации азота в почве.
Наряду с исследованием в изменения показателей гумусного состояния почв и интенсивности стадийности протекания процессов гумификации обращено внимание на изменение степени обогащенности почв ферментами, относящимися к классу оксидоредук-таз (каталазы), катализирующих окислительно-восстановительные реакции, играющие ведущую роль в биохимических процессах, протекающих в почвах. При этом активность каталазы является одним из существенных показателей биологической активности в почвах [7]. Одна из характерных особенностей каталазы состоит в том, что этот фермент активен в очень широком диапазоне активной кислотности
Таблица 1
Показатели гумусного состояния в агроабраземах в условиях фитомелиоративного опыта
Вариант Гумус, % Запас гумуса, т/га в слое 0-20 см Свод Содержание «свободных» ГК Содержание ГК, связанных с Са2+ С / „гк Сфк
в % от С об
1. Контроль 3,55 78,1 0,76 38,7 61,3 0,62
2. Суданская трава 3,12 59,3 0,54 28,9 71,0 0,57
3. Соя 3,02 53,8 0,45 33,1 66,9 0,54
4. Гречиха 3,02 55,6 0,45 33,1 66,9 0,54
5. Клевер 3,50 88,2 0,58 38,7 61,3 0,59
6. Кострец 3,12 78,6 0,54 29,0 71,0 0,50
7. Люцерна 3,55 89,5 0,85 42,5 57,0 0,59
Таблица 2
Численность и групповой состав микроорганизмов в почве фитомелиоративного опыта
(тыс. КОЕ на 1 г почвы)
Вариант Аммо-нифика-торы, МПА Грибы Бактерии, ис-поль. мин. азот, на КАА Актиноцеты Олигони- трофилы, эшби КМ КЭ КО
1. Контроль 5000 62,5 16800 400,0 8600 3,4 0,29 1,7
2. Суданская трава 3500 56,0 8400 250,0 5400 2,4 0,41 1,5
3. Соя 5500 26,5 7800 200,0 5600 1,4 0,70 1,0
4. Гречиха 8900 34,0 11650 1600,0 7150 1,3 0,76 0,8
5. Клевер 4200 40,5 12900 200,0 6800 3,1 0,32 1,7
6. Кострец 5600 21,0 8250 100,0 6450 1,5 0,67 1,2
7. Люцерна 4800 45,0 11000 450,0 7250 2,3 0,45 1,5
Примечание: КМ — коэффициент минерализации (отношение микроорганизмов на КАА к МПА); КЭ — коэффициент эвтрофности
(отношение микроорганизмов на МПА к КАА); КО — коэффициент олигонитрофильности (отношение микроорганизмов на Эшби к МПА).
№№№. m-avu. па^. ги
11
Агрономия
среды (рН 4-10) [17]. Каталаза разлагает ядовитую для клеток перекись водорода, образующихся в процессе дыхания живых организмов в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ и широко распространена в почвах. Микробиологические и ферментативные процессы определяют не только отдельные превращения в почве органической и минеральной части, но и почвообразовательные процессы [3].
Как показатели результаты проведенных исследований, каталазная активность, судя по оценочным градациям, разработанным Д. Г. Звягинцевым (1978), в горизонте Аи исследуемых вариантов агротемногуму-совых глеевых почв, на вариантах 2 (суданская трава), 3 (соя), 4 (гречиха), 5 (клевер) слабая. На вариантах 1 и 6 уровень каталазной активности возрастал до средних показателей (табл. 3).
Тесная корреляционная связь прослеживалась между параметрами рНс и рНв с каталазной активностью почв (Ка). Коэффициент корреляции для пары рНс-Ка составил -0,78; между рНв и Ка связь несколько ослабевала (г = -0,75). Прослеживалась тенденция к увеличению каталазной активности почв с возрастанием энергозапасов почв, связанных с содержанием органического углерода.
Коэффициент корреляции для пары QCорг_ Ка составил +0,64. Все это свидетельствовало о значительном влиянии складывающегося кислотно-щелочного состояния почв и его энергетического потенциала на ка-талазную активность почв.
Выводы.
1. В пахотных горизонтах агроабраземов, сформированных в пределах мелиоративной системы на вариантах с посевами клевера (вариант 5), люцерны (вариант 7) не установлено резких отличий в содержании гумуса. Запасы гумуса на варианте 5, 6, и 7 превышали таковые по сравнению с контролем. На вариантах 2 (суданская трава), 3 (соя), 4 (гречиха), запасы гумуса и энергозапасы почв, более низкие, что связано как с меньшим содержанием гумуса, из-за усиления в них процессов минерализации микрофлорой почв, так и меньшими параметрами плотности почв.
Таблица 3
Изменение каталазной активности в агротемногуму-совых почвах в условиях фитомелиоративного опыта
Вариант Каталаза О2 см3/мин в 1г почвы
М ± m
1. Контроль 3,3 ± 0,4
2.Суданская трава 2,3 ± 0,12
3. Соя 2,0 ± 0,14
4.Гречиха 2,0 ± 0,04
5.Клевер 2,6 ± 0,14
6.Кострец 4,1 ± 0,04
7. Люцерна 2,9 ± 0,04
Примечание: M - средние значения; ±т - ошибка среднего.
2. Тип гумуса не изменялся, оставаясь фульватным во всех вариантах опыта. Среди основных гуминовых кислот преобладали гуминовые кислоты связанные с Са2+> количество которых достигало высоких значений в вариантах 1-6, на варианте 7 (люцерна) среднее.
3. Во всех вариантах опыта наиболее интенсивно была выражена стадия полимеризации и конденсации гумусовых кислот, за исключение вариантов 3 и 4, где интенсивность ее наряду со стадией новообразования гуминовых кислот несколько снижалась, из-за усиления минерализационных процессов в почве.
4. Исходя из изменения показателей интенсивности протекания стадий гумификации и микробиологической минерализации, наиболее благоприятные условия, способствующие повышению плодородия агроабраземов, складывались на вариантах 5, 6, 7, с применением фитомелиорантов — клевер, кострец, люцерна. На этих вариантах каталазная активность почв возрастала, что свидетельствовало об усилении микробиологической деятельности и активно идущих процессах трансформации органического вещества почв.
5. С целью предотвращения снижения потенциального плодородия почв в результате микробиологической минерализации гумуса, необходимо пополнение органического вещества, в первую очередь за счет введения в севооборот многолетних трав.
Литература
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. М. : МГУ, 1970. 487 с.
2. Ганжара Н. Ф. Баланс гумуса в почвах и пути его регулирования // Земледелие. 1986. № 10. С. 7-9.
3. Духанин Ю. А., Савич В. И., Духанина Т. М., Седых В. А., Ермаков А. А. Методические рекомендации по анализу почвенных факторов, определяющих урожай сельскохозяйственных культур. М. : ФГНУ Росинформагротех, 2011. 310 с.
4. Евсеев В. В. Микробиологическая активность чернозема выщелоченного в зернопаровом и кормовом севооборотах лесостепной зоны Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2005. № 1(25). С. 54-56.
5. Классификация и диагностика почв России. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.
6. Кленов Б. М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск : СО РАН, 2000. 175 с.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под. ред. Д. Г. Звягенцева. М. : МГУ, 1991. 303 с.
8. Овчинникова М. Ф. Особенности трансформации гумусовых веществ дерново-подзолистых почв при агрогенных воздействиях // Вестник МГУ Серия почвоведение. 2009. № 1. С. 12-18.
9. Орлов Д. С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918-926.
10. Орлов Д. С. Практикум по химии гумуса. М. : МГУ, 1981. 287 с.
11. Пуртова Л. Н., Щапова Л. Н., Емельянов А. Н., Иншакова С. Н. Изменение показателей плодородия в агроабраземах Приморья в условиях фитомелиоративного опыта // Вестник КрасГАУ 2011. № 11. С. 62-65.
12. Пуртова Л. Н., Костенков Н. М. Содержание органического углерода в почвах природных и агрогенных ландшафтов юга Дальнего востока России. Владивосток : Дальнаука, 2009. 123 с.
13. Суюндуков Я. Т., Миркин Б. М., Абдуллин М. Р., Хасанова Г. Р., Сальманова Э. Ф. Роль фитомелиорации в воспроизводстве плодородия черноземов Зауралья (Башкирия) // Почвоведение. 2007. № 10. С. 1217-1225.
14. Хавкина Н. В. Гумусообразование и трансформация органического вещества в условиях переменно-глеевого почвообразования. Уссурийск : ПГСХА, 2004. 270 с.
15. Хасанова Р. Ф., Суюндукова М. Б., Ахметов Ф. Р., Сальманова Э. Ф. Фитомелиоративная эффективность многолетних трав на черноземе обыкновенном // Аграрная наука. 2008. № 2. С. 33-36.
16. Щапова Л. Н. Микробиологические аспекты плодородия почв // Плодородие. 2009. №. 4. С. 30-31.
17. Schonbaum G. R., Chance B. Catalase The Enzymes. G. R. Schonbaum. B. Chance, New York Academic Press, 1976. 276 p.
18. Thori T., Burcelc М., Lauenroth W. K., Coffin D. P. Effect of cultivation and abondenment of soil on soil organic matter in Northeast Colorado // Soil Sci. Soc / America J. 1995. Vol. 59. № 4. P. 112-119.
12 www.m-avu.narod.ru
