CC BY
14
ность, т/га общее, кг/га В т.ч. биологический азот Прочий азот, % с корневыми остатками с клубеньками с соломой с минеральными удобрениями
кг/га % кг/га % кг/га % кг/га % кг/га %
При поддержании порога предполивной влажности почвы, 70 % НВ
Без удобрений 0,90 74, і 11,8 15,9 84,1 7,1 9,6 16,7 22,5 28,3 38,2 0,0 0,0
р -и о о 2,00 і23,5 72,2 58,5 41,5 8,5 6,9 22,4 18,1 34,2 27,7 0,0 0,0
N30? 40К30 2,00 і28,6 52,7 41,0 59,0 8,9 6,9 21,7 16,9 37,9 29,5 30,0 23,3
N60? 40К30 2,і0 і33,7 42,8 32,0 68,0 9,1 6,8 17,2 12,9 41,1 30,7 60,0 44,9
При поддержании дифференцированного порога предполивной влажности почвы, 70-80-80 % НВ
^0Рі0С>К90 2,60 і48,9 79,8 53,6 46,4 9,6 6,4 24,7 16,6 42,1 28,3 30,0 20,1
^0Рі0С>К90 3,00 і74,0 67,0 38,5 61,5 11,5 6,6 22,5 12,9 48,0 27,6 70,0 40,2
^11^100^0 2,90 і77,6 34,4 19,4 80,6 11,6 6,5 17,4 9,8 49,2 27,7 110,0 61,9
^5Р160Кі50 3,40 206,0 74,7 36,3 63,7 11,4 5,5 23,2 11,3 50,1 24,3 45,0 21,8
^5Р160Кі50 4,00 247,3 66,2 26,8 73,2 13,0 5,3 20,1 8,1 55,9 22,6 95,0 38,4
^45Рі60Кі50 3,60 262,6 31,2 11,9 88,1 13,1 5,0 15,1 5,8 55,4 21,1 145,0 55,2
наиболее эффективно использовать сорт ВНИИОЗ-86 (индекс доходности затрат составляет 1,54, ВНИИОЗ-76 - 1,47, Волгоградка-1 - 1,46). Инвестирование производства зерна сои при планировании урожайности на уровне 1,5 т/га связано с риском, индекс доходности затрат не превышает 1,02-1,08.
Другим важным параметром в приведенном уравнении является процесс потребления азота посевами, точнее - его интегральная характеристика. Интеграл вида /й /(Ы) определяет вынос азота посевами за определенный промежуток времени, в том числе за вегетационный период, если (0 - начало, а ^ - конец вегетационного периода. Этот показатель необходимо оптимизировать в направлении расширенной компенсации потребляемых объемов азота за счет внесения минеральных удобрений, биологической фиксации и поступления элемента в органических соединениях.
Данные, полученные в опыте II, показывают, что при инокуляции растения сои в симбиозе с клубеньковыми бактериями активно фиксируют атмосферный азот, за счет чего возмещается значительная часть его потребления посевами (таблица).
Поддержание порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в опыте обеспечивало формирование 2 т/га зерна сои, для чего было достаточно вносить минеральные удобрения дозой М0-60Р40К30. Наибольшая доля (58,5%) биологического азота в общем потреблении его посевами сои при формировании такой продуктивности обеспечивалась на участках, где минеральный азот не вносили (Р40К30). При внесении минерального азота дозой до 60 кг д.в./га доля биологического азота в общем его потреблении посевами сокращалась до 32,0 %.
При формировании урожайности зерна сои 3 т/га, что обеспечивается поддержанием дифференцированного порога предполивной влажности почвы (70-80-80 % НВ в сочетании с М30-ц0Р100К90), доля биологического азота от общего выноса растениями снижается до 19,4-53,6 %. При этом наибольшая доля азота (53,6 %) из воздуха фиксировалась при внесении М30Р100К90. Для формирования урожайности на уровне 4 т/га требуется существенное усиление минерального питания сои за счет привлечения значительной части антропогенной энергии. Вовлечение этой энергии в форме минеральных удобре-
ний существенно сокращает азотофиксирующую деятельность симбиоза, вследствие чего доля биологической составляющей в общем потреблении азота посевами снижалась до 11,9-36,3 %.
Таким образом, если от интегральной суммы потребленного за вегетационный период сои азота вычесть биологическую составляющую, то остаются прочие источники питания растений этим элементом, численно составляющие 41,5-88,1 % от общего выноса. Для сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия необходимо, чтобы поступление азота в почву перекрывало расход этого элемента из прочих источников питания.
Значительная часть азота поступает в почву с корневыми остатками, клубеньками и соломой, причем химический состав последней ценен тем, что исключает дополнительную фиксацию азота из почвы при бактериологическом расщеплении. Доля азота, поступающего в почву за счет разложения корневых остатков, достигает 5,0-9,6 %, при отмирании клубеньков - 5,8-22,5 %, при запашке соевой соломы - 21,1-38,2 %.
Численный анализ экспериментального материала показал возможность формирования положительного баланса азота в достаточно широкой области сочетаний управляемых факторов. Положительный баланс азота (+13,8-36,5 кг/га) формировался при всех сочетаниях факторов, обеспечивающих урожайность зерна сои 2,0 т/га, а также на уровне 3,0 т/га (+37,3-45,0 кг/га). При формировании урожайности зерна сои 4,0 т/га положительный баланс азота (+2,9 кг/га) обеспечивался только в одном сочетании, при планировании возмещения потребляемых объемов азота за счет биологической составляющей не более 50 %. В этом случае значительная часть потребляемого азота (до 38,4 %) возмещается за счет внесения минеральных удобрений при ориентировочной дозе около 95 кг д.в./га. Повышение уровня минерального азотного питания свыше 95-100 кг д.в./га приводит к резкому снижению азотофиксирующей активности симбиоза, вследствие чего формируется отрицательный баланс азота в почве при возделывании зернобобовой культуры сои.
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ КАМЕННОЙ СТЕПИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
А.К. Тхакахова
Почвенный институт им. В.В. Докучаева
В процессе сельскохозяйственного производства происходят существенные изменения свойств почвы. Эти изменения могут носить как положительный, так и отрицательный характер. Микроорганизмы служат тонким индикатором почвенно-биологических процессов, поэтому изучение различных эколого-трофических групп может характеризовать интенсивность этих процессов, а также их направленность. Кроме того, микроорганизмы являются ключевым звеном круговорота биогенных элементов почвы, поэтому необходимо изучение влияния различных групп микроорганизмов на углеродный и азотный цикл агрочерноземной почвы на фоне различных доз минеральных удобрений. Выявление изменений в свойствах почв при воздействии на них требует учета не только агрохимических, биохимических характеристик, но и важнейших микробиологических показателей.
Исследования проводили в пахотном обыкновенном черноземе Каменной Степи на длительном (25 лет) агрохимическом опыте института НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. Образцы почвы отобраны весной 2006 г. на глубину пахотного горизонта 0-25 см до начала весеннеполевых работ. Были изучены варианты опыта высокого уровня плодородия (115-125 мг/кг Р2О5; 155-165 мг/кг К2О): 1. Контроль (без удобрений); 2. ^0,5Рщ5Кщ5; 3. N56^56,5^6,5; 4. Целина.
Численность и активность физиологических групп почвенных микроорганизмов изучали методами посевов на элективные плотные и жидкие питательные среды: МПА, КАА, Эшби, ГНД, Виноградского, Гетчинсона.
Количество аммонификаторов учитывали на среде МПА. Эти микроорганизмы являются активными деструкторами белка животного, растительного и микробного происхождения. С их помощью накапливаются аминокислоты, которые могут в дальнейшем служить источником аммония, т.е. доступного для растений азота (рис. 1а).
Численность аммонификаторов была высокой во всех вариантах (от 1,3 х 105 до 2,4 х 105 КОЕ на 1 г почвы). Достоверной разницы по численности не обнаружено (т. е. в пределах ошибки опыта). Следовательно, обыкновенные черноземы не зависимо от их использования являются биологически активными.
Контроль N10,5P10,5K10,5 N56,5P56,5K56,5 Целина
Микрофлору, развивающуюся на КАА (крахмалоаммиачный агар), можно отнести к зимогенной группе микроорганизмов, поскольку она может вступать в процесс разложения растительного опада или более простых углеродистых соединений типа крахмала. Их можно считать активными иммобилизаторами легкодоступного углерода.
Достоверная разница по численности амилолитиче-ских микроорганизмов была зафиксирована между вариантами «Контроль» (без удобрений) и «Целина» (рис. 1б). Можно сказать, что сельскохозяйственное использование чернозема без пополнения его запасами питательных веществ в виде минеральных удобрений ведет к активной минерализации лабильных гумусовых веществ. Целинные почвы являются самыми консервативными.
Актиномицеты, которые также учитывают на среде КАА, могут разлагать вещества более сложного углеродистого происхождения вплоть до гумусовых веществ. Наличие актиномицетов в почве говорит об активных процессах его разложения (рис. 2).
По результатам мы можем говорить только о тенденции большей активности актиномицетов в контроле, и, соответственно, о вероятной тенденции минерализации гумусовых веществ в почве.
Процессы, связанные с превращениями азота являются чрезвычайно важными как для развития микрофлоры, так и для сельскохозяйственных растений, следовательно, для формирования урожая. Нами были рассмотрены группы микроорганизмов, участвующие в процессах как накопления, так и потери азота из почвы.
Наличие аэробной фиксации азота мы оценивали по встречаемости в почве бактерий рода Лю(оЬас(вг. Критерием их численности был процент обрастания комочков почвы на среде Эшби (рис. 3). Азотобактер считается показателем степени окультуренности и плодородия почвы, так как он для своего развития требует нейтральной среды, благоприятного водно-воздушного режима и достаточного содержания фосфора и микроэлементов в почве. Так как исследуемые почвы удовлетворяют всем этим показателям, процент обрастания комочков почвы во всех вариантах опыта был высоким (от 86 до 96 %). Низкий процент обрастания в целинной почве связан с
Контроль N10,5P10,5K10,5 N56,5P56,5K56,5 Целина
а (среда МПА) б (среда КАА)
Рис. 1. Численность аммонификаторов (а) и амилолитиков (б), (100 тыс/1 г почвы)
Контроль N 10,5P10l5K10,5 N56,5P56,5K56i5 Целина
Рис. 2. Актиномицеты (1G тыс/1 г почвы)
Контроль N 10,5P10l5K10,5 N56,5P56,5K56i5 Целин
Рис. 3. Аэробные азотфиксаторы, Эшби, %
контроль N10l5P10l5K10l5 N56l5P56l5K56l5 целина
Рис. 4. Анаэробные азотфиксаторы, среда Виноградского
Контроль N10.5P10.5K10.5 N56 . 5P56. 5K56 ,5 Цели
Рис. 5. Денитрификаторы, ГНД (lg)
Контроль N10 , 5P10, 5K10 , 5 N56,5P56,5K56 ,5 Целин
Рис. 6. Анаэробная клетчатка, среда Гетчинсона (lg)
анаэробиозисом этого варианта.
На среде Виноградского развиваются анаэробные азотфиксаторы - Clostridium pasterianum (рис. 4). Так как образцы почвы отбирали весной перед началом полевых работ, на активность этих микроорганизмов оказали влияние не столько анаэробные процессы, сколько общая микробиологическая активность различных вариантов опытов. Самой высокой она была при внесении высоких доз удобрений, а самой низкой в контроле и целине.
Денитрификация - последнее звено биохимического цикла азота, в котором связанный микроорганизмами азот вновь превращается в атмосферный резерв в виде N2. Денитрификация протекает при разложении органического вещества почвы как нативного, так и экзогенного в условиях недостатка атмосферного кислорода. В этих условиях многие из микроорганизмов переходят к анаэробному дыханию - окислению органического вещества за счет нитратов, которые при этом восстанавливаются (рис. 5).
Процесс денитрификации, с одной стороны, - негативный, поскольку способствует потерям азота из почвы, с другой - позитивный, так как регулирует уровень нитратов в почве и улучшает экологическую обстановку в природе. Кроме того, при высокой активности процессов денитрификации повышается качество урожая - снижается процент содержания нитратов, улучшаются вкусовые качества и пролонгируются сроки хранения.
С наибольшей активностью процесс денитрификации протекает в вариантах с применением удобрений, а в контроле он значительно ниже (на пять порядков). Вероятно из-за низкого содержания азота.
Процессы разложения труднодоступных органических веществ и закрепления их при связывании с минеральным азотом почвы наиболее активны на целинном участке. Так, численность анаэробных целлюлозолитических микроорганизмов на 1-3 порядка выше (рис. 6).
Надземный и корневой опад нативной почвы, а также продукты метаболизма высших растений дают основной материал для разложения его целлюлозолитическими микроорганизмами. В агрочерноземных почвах весь урожай (надземная часть растений) отторгается. Кроме того, при обработке почвы возрастает ее аэрация. Поэтому активность разложения клетчатки в анаэробных условиях на среде Гетчинсона наибольшая в варианте целинной почвы, где преобладают анаэробные процессы разложения растительных остатков, из продуктов которых затем формируется гумусовые вещества.
Таким образом, высокая активность микроорганизмов практически всех эколого-трофических групп при агрономическом использовании черноземов, особенно при повышенных дозах минеральных удобрений, говорит об интенсивности почвенных процессов. Необходимо отметить трансформацию, разложение сложных органических, в том числе гумусовых веществ гидролитическими микроорганизмами. Процессы азотного цикла также все очень активны. Наряду с азотфиксацией, как аэробной, так и анаэробной, наибольшей активности достигает и обратный процесс - денитрификация, что ведет к потерям азота почвой, в том числе азота гумусовых веществ. В контроле без внесения минеральных удобрений процесс анаэробной денитрификации значительно ниже, а азот-фиксация идет интенсивно. Следовательно, при внесении минеральных удобрений в такую плодородную почву как чернозем, необходимо ограничить применение азотсодержащих удобрений.
14
12
10
lg
