Микробиологическая активность почвы как фактор оценки биологизированных севооборотов Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Аграрный вестник Урала № 2 (94), 2012 г. —*££££ч^=-

___________________Агрономия

микробиологическая Активность почвы как фактор оценки

Биологизировднных севооборотов

Е. В. КОлОБКОВ,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, УрГСХА,

П. А. постников,

кандидат сельскохозяйственных наук,

^ 620061, г. Екатеринбург, ул. Главная, д. 21;

заведующий отделом земледелия, УрнииСХ тел. 252-71-44; e-mail: [email protected]

Положительная рецензия представлена Л. А. Салангинасом, доктором биологических наук, заместителем директора по науке и внедрению ЗАО «Научно-производственная система «Элита-комплекс».

Ключевые слова: севооборот, культура, удобрения, сидераты, микробиологическая активность, почва, микроорганизмы.

Keywords: crop rotation, cultures, fertilizer, siderites, microbiological activity, soil, microorganisms.

В условиях ограниченности материально-денежных ресурсов, которые в ближайшие годы вряд ли будут существенно увеличены, реальным способом сохранения плодородия и получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур является максимальное использование эколого-биологических факторов в системе земледелия.

Естественное плодородие пахотных земель неразрывно связано с жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов, и все агротехнические приемы оказывают существенное влияние на микрофлору почвы [1]. Общая численность и комплекс микроорганизмов, наряду с другими показателями (содержание гумуса, азота, фосфора и др.), могут служить одними из характеристик почвенного плодородия и мониторинга сельскохозяйственного использования почвы [2, 3].

Возделывание многолетних трав в севооборотах способствует увеличению поступления растительных остатков, которые служат материалом для активизации микробиологических процессов. Накопление микробной массы, сохранение и увеличение количества органического вещества в почве создает благоприятный фон для возделывания сельскохозяйственных культур [4].

В качестве возобновляемых источников органических удобрений должны широко использоваться сиде-раты. Они относятся к легкомобилизуемым микроорганизмами органическим веществам, поэтому их роль в регулировании биологической активности весьма значительна [5].

Потребность соломы для корма животных в современных условиях резко сократилась, поэтому ее необходимо использовать на органическое удобрение. Внесение соломы снижает активность нитрофицирую-щих и целлоразлагающих бактерий, поэтому ее следует применять в сочетании с азотными удобрениями [6].

цель и методика исследований.

Целью наших исследований является совершенствование схем полевых севооборотов, где воспроизводство почвенного плодородия осуществляется за счет биологических факторов, способствующих активизации микробиологических процессов, устранению дефицита гумуса и получению экологически безопасной продукции.

В ГНУ Уральский НИИСХ с 2002 г. проводится изучение севооборотов с короткой ротацией в стационарном опыте. Севообороты с различными видами паров развернуты во времени и пространстве и изучаются по следующим схемам: 1) зернопаротравяной — чистый пар, озимая рожь, ячмень с подсевом трав, клевер 1 г. п., пшеница; 2) зернопаросидеральный — сидеральный пар (рапс), пшеница, овес с подсевом трав, клевер 1 г. п., пшеница; 3) зернотравяной с насыщением многолетних трав 20 %—однолетние травы, поукосно рапс, ячмень+травы, клевер 1 г. п., пшеница, овес.

Почва опытного участка — темно-серая лесная с содержанием гумуса 4,68-5,06 %, легкогидролизуемого азота — 133-151 мг/кг, подвижного фосфора — 228-267 мг/кг, обменного калия — 150-168 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований — 25,1-25,4 мг-экв на 100 г почвы, рН - 5,1-5,2.

’ 1 сол ’ ’

Севообороты заложены на двух фонах методом расщепленных делянок:

1. Минеральный — ^0Р30К42 (в среднем на 1 га севооборотной площади).

2. Органоминеральный — применение подстилочного навоза, сидератов, соломы на фоне ^4Р24К30.

При микробиологических исследованиях количество бактерий, грибов, актиномицетов учитывалось на унифицированной агаризированной питательной среде, включающей свежую капусту, пивное сусло и кукурузный экстрат. Подсчет микроорганизмов проводился в

таблица 1

Динамика численности микроорганизмов в зависимости от вида севооборота, млн шт. в 1 г абс. сухой почвы (2003-2004 гг.)

Севооборот Всего В том числе

микроорганизмов бактерии грибы актиномицеты

Июнь

1. Зернопаротравяной 1,46 1,35 0,05 0,06

2. Сидеральный с рапсом 2,28 2,18 0,05 0,05

3. Зернотравяной (травы 20 %) 1,84 1,74 0,04 0,06

Июль

1. Зернопаротравяной 1,31 1,17 0,08 0,06

2. Сидеральный с рапсом 1,54 1,37 0,10 0,07

3. Зернотравяной (травы 20 %) 1,42 1,27 0,09 0,06

Август

1. Зернопаротравяной 1,18 0,99 0,12 0,07

2. Сидеральный с рапсом 1,28 1,06 0,14 0,08

3. Зернотравяной (травы 20 %) 1,16 0,92 0,14 0,10

4

www. m-avu. narod. ru

Аграрный вестник Урала № 2 (94), 2012 г. —<^ВВЕ

Агрономия

течение 3-10 суток: бактерии — на 2-3 день, грибы — на 5-7 день, а актиномицеты — на 7-10 сутки [7].

результаты исследований.

На пахотных землях с отчуждением большей части урожая сельскохозяйственных культур основным источником органического вещества служат пожнивнокорневые остатки выращиваемых культур на пашне, а также органические удобрения.

Возделывание культур в севообороте и внесение органических удобрений оказывают специфическое влияние на формирование микробных сообществ. Различия в действии отдельных культур связаны, в первую очередь, с различным количеством растительных остатков, неодинаковым их химическим составом. Разный характер влияния сельскохозяйственных культур на почвенную микрофлору необходимо учитывать при обосновании чередования культур и насыщения ими в севооборотах [7].

Учеты накопления пожнивно-корневых остатков показали, что при систематическом применении удобрений идет увеличение накопления растительных остатков под культурами севооборотов. Максимальное поступление сухой растительной массы на 1 га севооборотной площади выявлено в зернотравяном севообороте, а наименьшее — в севообороте с чистым паром, несмотря на наличие одного поля с клевером. Зернопаросидеральный севооборот с рапсом занимал промежуточное положение из отсутствия в нем многолетних бобовых трав.

Применение сидератов и соломы способствовало дополнительному поступлению органической массы на уровне 0,43-2,0 т/га в среднем за год. Суммарное поступление сухой растительной массы за ротацию севооборотов на 1 га пашни на органо-минеральном фоне варьировало в пределах 5,71-6,02 т/га. Накопление такого количества сухой растительной биомассы позволяло поддерживать бездефицитный баланс гумуса за ротацию короткоротационных севооборотов.

Интенсивность разложения растительной массы в пахотном слое почвы зависит от многих факторов: влажности, температуры, физико-химических свойств почвы, ее биологической активности, а также ее состава. Степень и скорость минерализации растительных остатков повышается с увеличением в них содержания лег-корасщепляемых микроорганизмами органических веществ и с уменьшением величины соотношения углерода к азоту (С : ^.

Анализ биогенности темно-серой почвы в начале ротации показал, что основу микробиоценоза в начале вегетации составляли бактерии, доля которых достигала 92,5-95,6 % от общей численности микроорганизмов в 1 г сухой почвы. Как видно из табл. 1, наибольшее количество бактерий обнаружено в сидеральном севообороте, где запахивалась свежая растительная масса сидера-тов и солома, и в зернотравяном — при использовании отавы клевера и поукосного рапса.

Активность почвенной микробиоты в немалой степени зависела от гидротермических условий, складывающихся в процессе вегетации растений. Так, их число в пахотном горизонте в среднем по изучаемым севооборотам в 2003 г. колебалось от 3,1 до 5,23 млн шт., что на 47-95 % выше по сравнению с зернопаротравяным, где в качестве органического удобрения использовался подстилочный навоз. В то же время в 2004 г. при недостатке влаги в почве их усредненная численность под сельскохозяйственными культурами не превышала 578-603 тыс. шт. / г сухой почвы.

ммм. т-эуи. пэгоб. ги

Последующее определение численности биоты показало, что происходит уменьшение суммарного количества микроорганизмов, главным образом бактерий. Это связано как с ухудшением гидротермических условий, так и из-за снижения количества энергетической пищи в почве. Сопоставление усредненных данных по севооборотам выявило, что в августе практически произошло выравнивание общей численности микроорганизмов, с сохранением небольшого преимущества зернопароси-дерального севооборота.

Следует отметить, что отмечена тенденция увеличения количества грибов к моменту уборки. По сравнению с началом вегетации число микромицетов под культурами севооборотов возросло в 2,4-3,5 раза, а численность актиномицетов в пахотном слое практически не изменялась.

Систематическое применение минеральных и органических удобрений за ротацию севооборота способствовало созданию более благоприятных условий для развития микроорганизмов в ризосфере корневой системы сельскохозяйственных культур. В 2005-2006 гг. на органо-минеральном фоне питания численность микрофлоры возросла в 1,7-2,0 раза по сравнению с началом ротации севооборотов (рис. 1). По-прежнему основная доля из всего комплекса микробиоты приходится на бактерии.

Степень активности целлюлозоразлагающей микрофлоры в стационарном опыте выявлялась с помощью аппликационных текстов (льняных полотен). Определение биологической активности методом аппликаций позволяет учитывать не только активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов почвы, но и судить о степени мобилизации азота [8].

При освоении севооборотов обнаружено, что заметных различий по биологической активности почвы между минеральным и органо-минеральным фонами питания не выявлено (табл. 2). В то же время в конце ротации в зернопаротравяном и зернотравяном севооборотах четко прослеживается увеличение целлюлозолити-ческой активности при сочетании минеральных и органических удобрений. В зернопаросидеральном севообороте, где запашка рапса проводилась на обоих фонах,

Начало ротации

Окончание ротации

|□ 1. Зернопаротравяной □ 2. Сидеральный с рапсом □ 3. Зернотравяной (травы 20 %)

рисунок 1

численность микроорганизмов под культурами в полевых севооборотах, млн шт. в 1 г абс. сухой почвы

5

7

4

3

2

0

Аграрный вестник Урала № 2 (94), 2012 г. —<^ВВЕ

Агрономия

таблица 2

Биологическая активность темно-серой почвы, %

Минеральный фон | Органо -минеральный фон

Севооборот 0-10 см 10-20 см 0-20 см 0-10 см 10-20 см 0-20 см

Начало ротации, 2002 г.

1. Зернопаротравяной 34,1 32,8 33,5 39,6 28,7 34,2

2. Зернопаросидеральный с рапсом 34,0 30,6 32,3 33,7 28,2 31,0

3. Зернотравяной (травы 20 %) 26,4 28,6 27,5 28,6 26,4 27,5

НСРП5 3,0

Окончание ротации, 2006 г.

1. Зернопаротравяной 40,8 21,0 30,9 33,3 34,9 34,6

2. Зернопаросидеральный с рапсом 47,0 34,4 40,7 41,8 35,4 38,6

3. Зернотравяной (травы 20 %) 30,0 25,6 27,8 34,1 28,5 31,3

НСРе5 3,4

никакой разницы между ними не обнаружено, т. к. по поступлению сухой органической массы с пожнивными остатками и органическими удобрениями существенной разницы не было.

Несмотря на избыточное увлажнение и недостаток тепла в отдельные периоды вегетации, процент разложения льняной ткани в конце ротации севооборотов в пахотном слое в среднем колебался от 27,8 % до 40,7 %. По отдельными культурами интенсивность разложения льняных полотен в пахотном слое достигала 50-60 %. Это касается яровых зерновых культур, возделываемых после запашки рапса или по пласту клевера.

Для оценки интенсивности минерализации органического вещества применяют метод определения нитрифицирующей способности почвы. Превращение органических форм азота осуществляется с помощью нитрифицирующих бактерий. Компостирование почвы при благоприятных условиях (влажность — 60 %, температура воздуха — 28-300) дает возможность определить потенциальные запасы минерального азота в пахотном слое [10].

Анализируя полученные данные за ротацию, можно отметить, что в зависимости от гидротермических условий потенциальные запасы минерального азота под культурами севооборотов заметно варьировали (от 11,2 до 60,1 кг/га). В целом сочетание органических и минеральных удобрений способствовало увеличению потенциальных запасов азота по отношению к минеральному фону (табл. 3). Наилучшие показатели за 5 лет исследований получены в зернопаросидеральном с рапсом и зернотравяном севооборотах.

Результаты полевых исследований показали, что благодаря запашке зеленой массы сидеральной культуры в паровом поле в почву дополнительно поступает в среднем на 1 га севооборотной площади около 16,8 кг

таблица 3

Нитрифицирующая способность почвы под культурами в полевых севооборотах, кг/га (2002-2006 гг.)

Севооборот Фон питания

минераль- ный органо- минеральный

Зернопаротравяной 28,4 33,9

Зернопаросидеральный с рапсом 28,4 40,1

Зернотравяной (травы 20 %) 32,6 41,0

азота, 6,4 кг фосфора и 17,7 кг калия. Усиление микробиологической активности почвы способствует накоплению легкоусвояемых элементов питания, что в конечном итоге позволяет поддерживать высокую продуктивность зерновых культур в севообороте, даже без многолетних трав. Так, в сидеральном севообороте с рапсом средняя урожайность яровых зерновых за ротацию составила 3,92-3,96 т/га, а выход зерна с 1 га севооборотной площади достиг 2,35-2,38 т. По сбору зерна зернопаро-сидеральный севооборот не уступал зернотравяному, а в отдельные годы даже превосходил его.

Выводы. рекомендации.

Таким образом, изучение комплекса почвенной микрофлоры в полевых севооборотах может служить показателем мониторинга почвенного плодородия в пахотном горизонте. При разработке биологизи-рованных севооборотов необходимо искать пути, как с помощью культур и агротехнических приемов увеличить поступление энергетической пищи для почвенной микробиоты.

Запашка свежей органической массы с сидератами и соломой способствовала усилению микробиологической активности. В результате средняя урожайность яровых зерновых культур в зернопаросидеральном севообороте даже без многолетних бобовых культур не уступала зернотравяному севообороту, литература

и задачи микробиологии // Проблемы земледелия. М., 1978.

1. Муровцев Г. С. Интенсификация земледелия С.140-143.

2. Чебаненко С. И. Микробиологическая роль почвозащитной обработки в севообороте // АГРО XXI. 2000. № 4. С. 20-21.

3. Щербаков А. П., Свистова И. Д., Малыхина Н. В. Структура комплекса микромицетов чернозема — показатель эффективности агротехнических приемов // Доклады РАСХН. 2002. № 1. С. 17-19.

4. Шурхно Р А., Норина О. С., Тагиров М. Ш., Наумова Р П. Активность ризосферы многолетних бобовых трав в условиях биологического земледелия // Доклады РАСХН. 2008. № 6. С. 23-26.

5. Возняковская Ю. М., Попова Ж. Н., Петрова В. Г. Сидеральные удобрения - регуляторы почвенномикробиологических процессов // Доклады ВАСХНИЛ. 1988. № 2. С. 6-9.

6. Майсямова Д. Р, Лазарев А. П. Влияние соломы на численность микроорганизмов чернозема обыкновенного при минимальной обработке // Аграрный вестник Урала. 2008. № 6. С. 33-35.

7. Микроорганизмы в сельском хозяйстве / под ред. Н. А. Красильникова // Тр. межвуз. научн. конфер. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1963. 459 с.

8. Котлярова О. Г., Свиридов А. К., Сыромятников Ю. Д. Биологическое обоснование чередования культур в севооборотах Центрально-Черноземной зоны // Доклады РАСХН. 2008. № 8. С. 32-35.

9. Мишустин Е. Н., Востров И. С. Аппликационные методы в почвенной микробиологии // Микробиологические и биохимические методы исследования почв. Киев : Урожай, 1971.

10. Александрова Л. Н., Найденова О. А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. 4-е изд., перераб. и доп. Л. : Агропромиздат, 1986. 295 с.

6 www.m-avu.narod.ru