CC BY
22БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В СЕВООБОРОТЕ И ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ МОНОКУЛЬТУРЫ КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
Л.А. Попова, к.э.н., Т.А. Блынская, к.с.-х.н., Архангельский НИИСХ
Изучена микробиологическая активность дерново-подзолистой почвы при внесении органических и минеральных удобрений в системе севооборота и при возделывании монокультуры картофеля. Установлено положительное влияние севооборота и совместного применения органических и минеральных удобрений на микробиологическую активность почвы.
Ключевые слова: севооборот, монокультура, микробиологическая активность, азот и углерод биомассы почвенных микроорганизмов, целлюлозоразлагающая активность.
В условиях Архангельской области особое значение для увеличения урожайности возделываемых культур и сохранения экологических функций почвы в системах земледелия имеет повышение её микробиологической активности. При возделывании сельскохозяйственных культур применяют технологии, включающие различную степень механической обработки, интенсивность внесения удобрений и их последействия. В свою очередь сами культуры, а также факторы внешней среды оказывают влияние на микробиологическую активность почвы. С одной стороны, это отражается на физико-химическом состоянии почвы, с другой - на интенсивности биологических процессов. Выявление факторов, повышающих микробиологическую активность почвы, позволяет повысить уровень плодородия, эффективность удобрений, снизить нагрузку от применения химических средств защиты растений и тем самым увеличить рентабельность сельскохозяйственного производства. Новизна исследований заключается в том, что в Архангельской области впервые были проведены комплексные исследования микробиологической активности почв сельскохозяйственного использования для повышения их эффективности в адаптивно-ландшафтных системах земледелия.
Цель исследований - изучить влияние возделываемых культур в севообороте и монокультуре, внесения и последействия органических и минеральных удобрений на микробиологическую активность почвы.
Культуры, возделываемые при соблюдении севооборота (картофель, ячмень с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., многолетние травы 2 г.п.) и на одном и том же поле (монокультура - картофель 4 года). Органические удобрения (компост) вносили в дозе 100 т/га, минеральные - К8оР60К80.
Методика. Исследования проводили в полевом опыте на дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почве. Микробиологическую активность почвы определяли интегральными методами, которые показывают интенсивность протекающих в почве процессов. Биомассу почвенных микроорганизмов устанавливали регидратационным методом Благодатского и др. [1], «дыхание» почвы - лабораторным методом Макарова [4], целлюлозоразлагающую активность почвы - полевым (аппликационным) методом Мишустина [5].
Результаты и их обсуждение. Вегетационные периоды различались по сумме активных температур и количеству осадков. В год внесения удобрений вегетационный период характеризовался как слабозасушливый (гидротермический коэффициент по Селянинову - 1,1), а в последующие годы -как увлажненный и избыточно увлажненный (ГТК 1,9-2,3).
Внесение органических и минеральных удобрений положительно влияло на урожайность картофеля. В 2007 г. фактическая урожайность ячменя (на зеленую массу) при последействии внесения удобрений была меньше, чем в контрольном варианте, что связано с высокой окультуренностью почвы и
благоприятными погодными условиями для возделывания сельскохозяйственных культур. Последействие внесения органических удобрений второго года существенно влияло на урожайность многолетних трав и картофеля, прибавка урожая составила 30 % (табл. 1).
1. Урожайность сельскохозяйственных культур, т/га
Монокультура (картофель) Севооборот
Вариант опыта 2007г. 2008г. 2009г.
2006г. 2007г. 2008г. 2009г. ячмень мн.тр.1-го г.п. мн.тр.2 -го г.п.
Контроль (без удобре- 37,0 43,3 29,6 24,7 24,2 5,6 5,4
ний)
^0Рб0Кэ0 48,0 40,0 30,1 25,0 23,0 5,8 5,5
100 т/га ком-
поста + 47,0 47,0 39,0 26,7 23,6 7,3 6,0
^0Рб0Кэ0
НСР05 0,6 5,5 8,8 2,3 4,1 1,5 0,8
% 3,9 6,5 6,5 3,5 5,4 6,2 3,6
Внесение удобрений и последействие совместного применения органических и минеральных удобрений положительно влияло на интенсивность дыхания почвенных организмов (рис.1). «Дыхание» почвы - интегральный показатель биологической активности почвы, который отражает интенсивность процессов минерализации органического вещества. Выделение диксида углерода (СО2) характеризует общую биоген-ность почвы и отражает ее эффективное плодородие [2]. Интенсивность «дыхания» при совместном внесении удобрений была выше, чем на контроле на 30 %, в варианте с применением только минеральных удобрений - на 10 %. При последействии 1-го года внесения удобрений интенсивность «дыхания» была выше, чем на контроле (без внесения удобрений) на 17 % при последействии - 2-го года - на 13%, 3-го года -на 8 %.
Севооборот
0,1
0,1
0,1
0,1:
а 0,и о £ 0,0: :>
0,0 0,0 0,0 0,0
ни
I I июнь I июль I август май I июнь I июль 2006 г. (картофель) 2007 г. (ячмень)
I июнь I июль
2008 г. (многолетние травы 1 г.п.)
июнь I июль
2009 г. (многолетние травы 2 г.п.)
Монокультура
0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00
Ш
И
май I июнь июль I август май I июнь июль I август 2006 г. (картофель) 2008 г. (картофель)
май I июнь июль I август 2009 г. (картофель)
Рис. 1. Интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов □ Контроль ■ N80^60^0 □ N80^60^0+100^8 органики
Интенсивность «дыхания» почвы при возделывании сельскохозяйственных культур в севообороте была выше, чем при возделывании монокультуры картофеля (в 2008 г. в среднем на 33 %, в 2009 г. - на 70 %).
Биомасса почвенных микроорганизмов - наиболее лабильная часть органического вещества почвы, а её азот может быть ближайшим для растений источником потенциального азота [3]. Обработка почвы, возделывание сельскохозяйственных культур и чередование их в севообороте влияют на содержание углерода и азота биомассы микроорганизмов. Высокая микробиологическая активность была отмечена при возделывании многолетних трав. Содержание азота биомассы при закладке опыта составляло 146 мг/кг, постепенно оно снизилось до 9 мг/кг, затем в системе севооборота увеличилось к 2009 г. до 20 , а в системе монокультуры - до 11 мг/кг.
Более высокое содержание углерода и азота биомассы микроорганизмов отмечено при совместном внесении органических и минеральных удобрений как в год внесения так и при последействии: по сравнению с контролем содержание углерода увеличилось на 20 %, при внесении только минеральных удобрений - на 4 %. При соблюдении севооборота содержание углерода биомассы почвенных микроорганизмов увеличивалось в среднем на 40 % (рис. 2).
Севооборот
1400
1200
1000
. 800
£
■с
5 600 400 200 0
ш
май I июнь I июль I август 2006 г. (картофель)
июнь июль
I июнь I июль
2007 г. (ячмень)
2008 г. (многолетние травы 1 г.п.)
июнь I июль
2009 г. (многолетние травы 2 г.п.)
Монокультура
1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Г|июль|ав
1
май | июнь | июль август 2006 г. (картофель)
Е55
май июнь июль август 2008 г. (картофель)
й | и
май июнь июль август 2009 г. (картофель)
Рис. 2. Содержание углерода биомассы почвенных микроорганизмов □ Контроль 1№0Р60К80 □ М30Р60К80И00тЛа органики
Скорость разложения целлюлозы - показатель общей биологической активности почвы. Внесение минеральных и органических удобрений увеличило разложение льняной ткани на 34 %. При последействии внесения удобрений целлюлозоразлагающая активность почвенных микроорганизмов как в системе севооборота так и при монокультуре была выше в варианте совместного внесения органических и минеральных удобрений.
В 2007 г. целлюлозоразлагающая активность была выше, чем в 2006 г. в среднем на 45 %, что можно объяснить избыточно увлажненным вегетационным периодом. В вариантах последействия внесения удобрений под монокультурой интенсивность разложения льняной ткани выше, чем в системе севооборота в среднем на 30 %. Этому способствовали междурядная обработка почвы при возделывании картофеля и, как следствие, улучшение водно-воздушного режима почвы.
На третий год после внесения удобрений интенсивность разложения ткани в обоих вариантах была одинаковой и составила в среднем 15 %. По сравнению с предыдущим годом на контроле она осталась на прежнем уровне, при внесении органических удобрений - снизилась на 15 %, что свидетельствует об уменьшении с течением времени положительного влияния органических удобрений на микробиологическую активность почвы в целом и целлюлозоразлагающую активность в частности.
Для более полной характеристики целлюлозоразлагающей активности почвы приведены данные разложения льняного полотна (табл. 2).
2. Целлюлозоразлагающая активность почвы, %/сут. (2009 г.)
Вариант опыта
Сроки экспозиции
1-й
2-й
3-й
Многолетние травы 2-го года пользования
Контроль (б/у) 0,20 0,32 0,42
Последействие 3-го года внесения органических удобрений 0,38 0,41 0,41
Картофель (4-й год бессменного возделывания)
Контроль (б/у) 0,21 0,44 0,40
Последействие 3 года внесения органических удобрений 0,24 0,48 0,42
Целина 0,18 0,23 0,41
Более высокая интенсивность разложения льняной ткани отмечена при возделывании монокультуры во второй срок экспозиции (0,48 %/сут.), что можно объяснить более благоприятными условиями для целлюлозоразлагающей активности почвенных микроорганизмов при возделывании пропашных культур. Наименьшая активность (0,18 %/сут.) была в первый срок экспозиции на целине, что говорит о положительном влиянии сельскохозяйственного использования на целлюлозоразлающую активность почвы.
По результатам исследований ВНИИ микробиологии, суммарную иммобилизацию элементов азота и углерода в микроорганизмах можно охарактеризовать величиной потока этих элементов через микробную биомассу. Данный показатель является интегральным, отражающим и количество микроорганизмов, и их активность. Он включает в себя как минерализационные процессы так и процессы синтеза. Поэтому его можно использовать и для характеристики устойчивости почв (табл. 3).
Совместное внесение удобрений увеличивает поток азота и углерода через биомассу микроорганизмов на 10 и 30 % соответственно. В первый год последействия внесения удобрений величина потока азота снизилась не только в вариантах с внесением удобрений, но и на контроле (до 0,25 мг/кг). Этому способствовал более влажный вегетационный период, что привело к потерям азота. Поток углерода незначительно увеличился.
3. Величина потоков углерода и азота через биомассу микроорганизмов по, мг/кг
2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Вариант опыта картофель ячмень многолетние травы картофель многолетние травы картофель
N С N С N С N С N С N С
Контроль (б/у) 0,58 3,26 0,25 3,72 0,05 4,25 0,05 3,22 0,08 3,22 0,04 2,78
^0Рб0Кэ0 0,58 3,45 0,24 3,70 - - - - - - - -
100 т/га компоста +N¡8^60^0 0,64 4,22 0,26 4,37 0,05 4,84 0,06 4,70 0,08 3,50 0,06 3,01
Во второй год последействия внесения удобрений такая тенденция сохранилась как в системе севооборота, так и при возделывании монокультуры. При этом поток углерода через микробную биомассу была значительно больше (на 30 %) в системе севооборота. В третий год последействия в системе севооборота поток азота через микробную биомассу существенно увеличился, чему способствовало возделывание многолетних трав, а в системе монокультуры продолжил снижаться.
Заключение. Совместное применение органических и минеральных удобрений обеспечивает их устойчивое положительное последействие в течение длительного времени. Постепенно минерализуясь, органические удобрения переходят в доступную для растений форму. При этом отмечено положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, прибавка урожая составила 10-30 %.
Анализ данных показал, что соблюдение севооборота и совместное внесение органических и минеральных удобрений увеличивает поток азота и углерода через биомассу микроорганизмов и, как следствие, повышает устойчивость почв к деградации. В результате проведенных исследований уста-
новлено, что в условиях Архангельской области в адаптивно-ландшафтных системах земледелия при промывном типе водного режима, следует совместно применять органические и минеральные удобрения, так как при этом наблюдается их устойчивое положительное последействие при соблюдении севооборота. Литература.
1. Благодатский С.А., Благодатская Е.В. Горбенко А.Ю., Паников Н.С. Регидрационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве // Почвоведение. - 1987. - №4. - С. 64-72. 2. Завьялова Н.Е., Ямалтдинова В.Р. Изменение биологической активности дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений // Доклады РАСХН, 2006. - №3. - С.39-42. 3. Кутузова Р.С., Сирота Л.Б., Орлова О.В., Воробьёва Н.И. Использование математического анализа для оценки микробиологического состояния почв агроландшафтного опыта // Агрохимия. - 2001. - N° 1. - С.19-33. 4. Макаров Б.Н. Методы определения состава почвенного воздуха, интенсивности дыхания почвы и газообразных потерь азота почвы и удобрений / Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 126 с. 5. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. - М.: Наука, 1972. - 149 с.
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY OF SODDY-PODZOLIC SOIL UNDER CROP ROTATION AND POTATO MONOCULTURE IN THE ARKHANGELSK REGION
L.A. Popova, T.A. Blynskaya
Arkhangel'sk Institute of Agriculture, Russian Academy of Agricultural Sciences, Lugovoi, Arkhangelsk, 163032 Russia,
E-mail: zippo@atnet.ru
The microbiological activity of soddy-podzolic soil under crop rotation and potato monoculture at the application of organic and mineral fertilizers was studied. A positive effect of crop rotation and combined application of organic and mineral fertilizers on the microbiological activity of soil was revealed.
Keywords: crop rotation, monoculture, microbiological activity, respiration intensity, nitrogen and carbon of soil microbial biomass, cellulolytic activity.
