CC BY
290
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
С.Д. Лицуков, А.И. Титовская, А.В. Акинчин, А.Н. Сегидин
Аннотация. Микробиологическая активность почвы зависела от системы земледелия. Наибольший процент разложения льняного полотна отмечен на вариантах с No-till, особенно четко это прослеживалось в слое 0-10 см. Микроудобрения «Реаком» способствуют увеличению активности микрофлоры.
Ключевые слова. No-till, минимальная обработка почвы, вспашка, кукуруза, микробиологическая активность почвы, дыхание почвы, микроудобрения.
Традиционные методы интенсивной обработки почвы рано или поздно приводят к снижению запаса почвенного гумуса, уменьшению почвенно-биологической активности и эрозии вплоть до деградации почвы, а также снижению урожайности. Прямой посев (или No-till), т.е. полный отказ от любой обработки почвы, напротив, является такой системой, при которой снижается эрозия, повышается содержание гумуса, восстанавливается микробная биомасса в почве, улучшается структура почвы и в результате - повышается плодородие почвы.
Многие ученые считают, что существует прямая взаимосвязь между выделением газов, приводящим к образованию парникового эффекта, и увеличением среднегодовых температур во всем мире. Одним из предложенных методов сокращения уровня СО2 в атмосфере является увеличение его содержания в почве. Этот метод имеет дополнительные преимущества, так как он способствует увеличению эффективности сельскохозяйственного производства. Секвестрация почвенного углерода при сберегающих технологиях может стать одним из наиболее экономичных способов сокращения выброса углерода, позволяющим обществу выиграть время для разработки экологически чистых видов топлива и жить в гармонии с природой. Органический углерод в почве является ценным и возобновляемым ресурсом, увеличение содержания которого способствует улучшению экологической обстановки. Поэтому общество должно рассматривать ресурсосберегающие технологии как один из путей улучшения экологической обстановки и решения проблемы глобального изменения климата.
Главным преимуществом технологии прямого посева является их немедленное воздействие на органическое вещество и взаимодействие углерода с почвой. Органическое вещество является настолько ценным для почвы, что его можно назвать «черным золотом» из-за его важной роли для физических, химических и биологических свойств почвы, а также процессов, протекающих в почве. Почвенный углерод является одним из наиболее ценных ресурсов.
В основу разработки методики проведения наших исследований были положены общепринятые методы по проведению полевых опытов (методика государственного сортоиспытания, действующие ГОСТы и сертифицированные методики), а также методические рекомендации, разработанные в лаборатории земледелия и растениеводства агрономического факультета в предыдущие годы.
Основным методом исследований был полевой опыт. Исследования проводились на базе ООО «БГК Томаровка им. Васильева».
Почва опытного участка - чернозём типичный тяжелосуглинистый слабоэродированный на лессовидном суглинке.
Поле подбиралось так, что бы в качестве предшественника была кукуруза на зерно, с помощью специальных орудий поле промульчированно.
Поле расположено на прямом без поперечных уклонов склоне с уклоном 2 градуса северной экспозиции. Культура высевалась с одноярусным размещением делянок (учетная площадь 200 м , посевная -10 га). Одним проходом посевного агрегата, засевались сразу все исследуемые участки. Посев осуществлялся в соответствии с нормами высева, около 75 - 80 тыс. шт./га.
В опыте изучается:
1) Три системы обработки почвы: 1. Традиционная (на основе вспашки), 2. Минимальная (на основе культивации), 3. No-till (без обработки почвы).
2) Применение микроудобрений («Реаком»). Состав «Реаком» для кукурузы: Р2О5 -45 г/л, К2О - 45 г/л, Zn -25 г/л, Mn - 5 г/л, Co - 0,04 г/л, Fe - 5 г/л, Cu - 6 г/л, B - 3 г/л, Mo - 0,1 г/л.
| - направление склона (примерно . 'раусз)
Рисунок 1 - Схема опыта
Минимальная система обработки: проводились различные операции по рыхлению почвы, направленные на сохранение стерни. Весной перед посевом проводилась предпосевная культивация на глубину высева семян; осенью проводили мелкое безотвальное рыхление почвы.
«Нулевая» технология: на участке не проводилась обработка почвы, посев осуществлялся сеялками прямого посева с одновременным внесением полной дозы минеральных удобрений, средства защиты растений только с помощью различных химикатов.
Традиционная обработка: основная обработка почвы с оборотом пласта. После схода снега проводили выравнивание поверхности с помощью боронования. Перед посевом была культивация на глубину высева семян. После уборки осуществлялось 2 дискования и глубокая вспашка оборотными плугами.
Об общем уровне биологической активности почвы можно судить по совокупности целого ряда показателей. Их можно разделить на две части: первая — численность различных групп микроорганизмов, каждая из которых обладает способностью трансформировать определенные вещества; вторая — показатели суммарной деятельности микроорганизмов (продукты микроб-
ного синтеза, разложения и др.). К показателям суммарного эффекта деятельности почвенных микроорганизмов, определение которых нетрудоемко и не требует специальной подготовки и специализированной лаборатории, можно отнести интенсивность разложения льняной ткани («аппликационный») метод. Целлюлозную активность почвы методом «аппликации» определяют по разложению в ней льняной ткани. Но поскольку степень активности целлюлозных микроорганизмов зависит от наличия в почве также доступного азота, фосфора и других элементов, то степень распада, можно считать, отражает «напряженность хода микробиологических процессов вообще» (Е. Н. Мишустин).
Результаты исследований показали, что наиболее интенсивная микробиологическая активность почвы наблюдалась при посеве кукурузы на всех вариантах опыта в слое 0-10 см, это объясняется тем, что основная масса органического вещества находится в этом слое, а также в нем лучшая аэрация (целлюлозоразлагающие бактерии являются аэробами). Так на вариантах без удобрений в слое 0-10 см биологическая активность почвы на 3-4% выше, чем в слое 10-20 см, и на 4-10% выше, чем в слое 20-30 см, при применении микроудобрений данная закономерность сохраняется (таблица 1).
На микробиологическую активность почвы, также влияет метод обработки почвы, так в слое 0-10 см при No-Till данный показатель на 3,5% выше, чем при минимальной и на 2,5% выше, чем при вспашке, в слое 1020 см на 4,2 и на 7,2%, в слое 20-30 на 3,9 и на 1,2% выше, чем при минимальной и вспашке соответственно. В слое 0-30 см при No-Till - 20,93%, что на 3,8 и 4,8% выше, чем при минимальной обработке и вспашке.
Таблица 2 - Средний процент разложения полотна при различных системах земледелия, при вегетации
Применение микроудобрений "Реаком" приводит к увеличению интенсивности микробиологической активности почвы, причем общая закономерность сохраняется, при No-Till микробиологическая активность выше, чем при вспашке и минимальной обработке 21,6% против 18,16 и 17,99% соответственно, однако при вспашке удобрения усиливают микробиологическую активность сильнее, чем при минимальной и No-Till, так на варианте без удобрений при вспашке в слое 0-30 см разница в сравнении с вариантом с микроудобрениями составляет 2%, при минимальной 0,8% и при No-Till - 0,7%.
Анализируя данные, приведенные в таблице 2, можно сделать вывод, что наиболее интенсивная мик-
робиологическая активность почвы при вегетации кукурузы наблюдалась на всех вариантах опыта в слое 010 см. Так на вариантах без удобрений в слое 0-10 см биологическая активность почвы на 2-3,5% выше, чем в слое 10-20 см, и на 9-11% выше, чем в слое 20-30 см, при применении микроудобрений данная закономерность сохраняется разница составляет 7-12%.
Микробиологическая активность почвы, также зависит от метода обработки почвы, так в слое 0-10 см при No-Till на варианте без удобрений данный показатель на 3% выше, чем при минимальной и на 2% выше, чем при вспашке, в слое 10-20 см на 3%, в слое 20-30 на 3 и на 2 % выше, чем при минимальной и вспашке соответственно. В слое 0-30 см при No-Till - 20,47%, что на 2,5 и 2% выше, чем при минимальной обработке и вспашке.
Применение микроудобрений "Реаком" приводит к увеличению интенсивности микробиологической активности почвы, причем общая закономерность сохраняется, при No-Till микробиологическая активность выше, чем при минимальной обработке 20,96% против 17,94%, при вспашке этот показатель нивелируется, 20,12 и разница составляет 0,8%. Однако, при вспашке и минимальной обработке удобрения усиливают микробиологическую активность сильнее, чем при No-Till, так на варианте без удобрений при вспашке и минимальной обработке почвы в слое 0-30 см разница в сравнении с вариантом с микроудобрениями составляет 2%, а при No-Till - 0,5%.
Таким образом, наиболее интенсивная микробиологическая активность почвы наблюдалась на вариантах с No-Till, особенно четко это прослеживалось в слое 0-10 см. Применение микроудобрений "Реаком" приводило к увеличению интенсивности микробиологической активности почвы, без изменения общей закономерности.
Дыхание почвы представляет собой сложное, многофункциональное природное явление, проявляющееся в процессах газообмена между основными компонентами биогеосферы, почвообразования, трансформации геологических пород, преобразовании энергии, накопленной в почвенном органическом веществе и биомассе почвообитающих организмов. Чисто практический интерес к почвенному дыханию возникает как к показателю, характеризующему в какой-то мере биологическую активность почвы.
Таблица 3 - Выделение СО2 кукуруза (г/га в час)
No-till Минимальная обработка Вспашка
с мик-роудобр. без микро-удобр. с мик-роудобр. без микро-удоб. с микро-удоб. без микро-удоб.
Утро 309,38 309,38 618,75 982,13 618,75 618,75
Обед 309,38 309,38 309,38 309,38 618,75 309,38
Вечер 618,75 309,38 618,75 309,38 309,38 618,75
Метод Штатного в модификации Л.О. Карпачев-ского, в полевых условиях в отсутствии сосуда-изолятора, устанавливают чашку Петри с 0,1 мольным раствором NaOH (поглотителем CO2). Раствор должен покрывать дно сосуда тонким слоем (2-5 мм). Через 20 мин. щелочь оттитровывают 0,5 мольной H2SO4 из микробюретки по фенолфталеину.
Анализируя данные таблицу 3, мы видим, что различий на делянках с микроудобрениями и без микроудобрений на варианте No-till утром и в обед не наблюдалось, но вечером интенсивность дыхания снижалась на 309,37 г/га в час.
Таблица 1 - Средний процент разложения полотна при различных системах земледелия, при посеве кукурузы_
Глубина слоя, см Метод обработки
Минимальная No-Till Вспашка
без удобрений Реаком без удобрений Реаком без удобрений Реаком
0-10 21,65 22,80 25,00 26,56 18,90 22,53
10-20 17,69 16,87 21,90 20,41 14,70 14,41
20-30 12,04 14,30 15,90 17,83 14,72 17,55
0-30 17,13 17,99 20,93 21,60 16,11 18,16
кукурузы
Глубина слоя, см Метод обработки
Минимальная No-Till Вспашка
без удобрений Реаком без удобрений Реаком без удобрений Реаком
0-10 22,85 22,25 24,09 27,14 22,31 25,59
10-20 19,28 13,48 22,20 20,18 19,12 18,73
20-30 11,74 13,48 15,13 15,50 13,78 16,06
0-30 17,96 17,94 20,47 20,94 18,40 20,12
На варианте с минимальной обработкой почвы утром интенсивность дыхания на делянке без микроудобрений увеличилась на 363,38 г/га в час, в обед микроудобрения не повлияли на этот показатель, вечером более интенсивное дыхание наблюдалось при применении микроудобрений на 309,37 г/га в час.
При традиционной обработке почвы на делянках с микроудобрениями и без микроудобрений утром разницы не замечается. В обед интенсивность дыхания почвы на делянке без удобрений снизилась на 309,37 г/га в час. Вечером мы наблюдали наоборот увеличение интенсивности дыхания на делянке без микроудобрений на 309,37 г/га в час.
В зависимости от вариантов опыта (No-till, минимальная обработка и вспашка) утром на делянке с микроудобрениями при обработке No-till интенсивность дыхания снизилась на 309,37 г/га в час, без микроудобрений осталась без изменения; в обед этот показатель при вспашке на делянке с микроудобрениями увеличился на 309,37 г/га в час, на делянках без применения микроудобрений не менялся в зависимости от вариантов опыта и составил 309,38 г/га в час; вечером на делянке с микроудобрениями при вспашке интенсивность дыхания снизилась на 309,37 г/га в час, а без применения микроудобрений наоборот этот показатель при вспашке увеличился на 309,37 г/га в час.
Анализируя данные, приведенные в таблице 4, мы видим, что утром показатель дыхания почвы с применением микроудобрений не изменялся в зависимости от способа обработки почвы, без применения микроудобрений на варианте с минимальной обработкой интенсивность дыхания снижалась на 309,37 г/га в час. В обед дыхание почвы на делянке с микроудобрениями при No-till было больше почти в три раза (на 672,75 г/га в час), на делянках без применения удобрений при минимальной обработке интенсивность дыхания была больше на 309,37 г/га в час, а вечером микроудобрения не повлияли на этот показатель при No-till и минимальной обработке, хотя при вспашке он увеличился на
309.37 г/га в час; интенсивность дыхания почвы вечером при минимальной обработке была самая низкая
309.38 г/га в час, при No-till она была в почти в три раза выше (982,13 г/га в час), при вспашке - в два раза выше и составил 618, 75 г/га в час. При сравнении показателей интенсивности дыхания в течение дня можно отметить, что на делянке с микроудобрениями на обработке No-till утром и вечером показатель оставался без изменения и составлял 309,38 г/га в час, в обед он был выше почти в три раза (982,13 г/га в час); без микроудобрений он менялся в течение всего дня: утром составил 618,75 г/га в час, в обед снизился на 309,37 г/га в час, а вечером увеличился на 363,38 г/га в час, по сравнению с утром. При минимальной обработке интенсивность дыхания на делянках с микроудобрениями не изменялась в зависимости от времени суток, а без микроудобрений в обед увеличилась на 309,37 г/га в час по сравнению с утром и вечером. Интенсивность дыхания почвы при вспашке на делянках с микроудобрениями утром и вечером оставалась без изменений, а вечером увеличилась на 309,37 г/га в час; без применения удобрений - утром и вечером интенсивность дыхания почвы
была одинакова и составила 618,75 г/га в час, в обед этот показатель был в два раза ниже - 309,38 г/га в час.
Таким образом, в наших опытах не наблюдалось четкой зависимости дыхания почвы от изучаемых факторов, в связи с тем, что в течение вегетации кукурузы водный и тепловой режимы почвы находились в оптимальных пределах.
Выводы
1. Наиболее интенсивная микробиологическая активность почвы отмечена на вариантах с No-Till, особенно четко это прослеживалось в слое 0-10 см. Применение микроудобрений "Реаком" приводило к увеличению интенсивности микробиологической активности почвы, без изменения общей закономерности.
2. В наших опытах дыхание почвы не зависело от изучаемых факторов, поскольку в течение вегетации кукурузы водный и тепловой режимы почвы находились в оптимальных пределах.
Список использованных источников
1 Котлярова О.Г. Ландшафтная система земледелия Центрально-Черноземной зоны. - Белгород, 1995. - 293 с.
2 Земледелие: учебник для вузов по агроном. спец. / Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. - М.: Колос С, 2008. - 607 с.
Информация об авторах
Лицуков Сергей Дмитриевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия и агрохимии, ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», тел. 8-915-525-42-66.
Титовская Алла Ивановна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», тел. 8 (4722) 39-26-68.
Акинчин Александр Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», тел. 8-904-086-03-17.
Сегидин Александр Николаевич, аспирант кафедры земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», тел. 8-904-089-09-55.
Таблица 4 - Выделение СО2 кукуруза (г/га в час)
No-till Минимальная обработка Вспашка
с мик-роудобр. без микро-удобр. с мик-роудобр. без микро-удоб. с мик-роудоб. без микро-удоб.
Утро 309,38 618,75 309,38 309,38 309,38 618,75
Обед 982,13 309,38 309,38 618,75 309,38 309,38
Вечер 309,38 982,13 309,38 309,38 618,75 618,75
