CC BY
67
УДК 631.461:632.934
Л.Н. Коробова, А.В. Шинделов
МИКРОБНЫЙ ОТКЛИК ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА НА ПРЕВЫШЕНИЕ НОРМЫ ГЕРБИЦИДНОЙ НАГРУЗКИ
Ключевые слова: гербициды, выщелоченный чернозем, гербицидный стресс, микроорганизмы, численность, структура сообщества, микроскопические грибы, токсикогенные виды, фитотоксичность почвы.
Пестициды относят к существенным загрязнителям среды, но применение их обусловлено объективной необходимостью. В Западной Сибири в условиях значительной засоренности посевов яровой пшеницы обязательным технологическим приемом стало применение гербицидов. Считают, что в ближайшие двадцать лет другой альтернативы для получения высоких урожаев не будет [1]. При этом химическая прополка является резервом повышения продуктивности посевов при строгом соблюдении норм и условий применения препарата. Если гербицидная обработка сопровождается превышением дозы препарата или его двойным наложением на посев при проходах опрыскивателя, в агроценозе может возникнуть пестицидный стресс.
В этом случае задачей экологизации земледелия становится выяснение реальных издержек химизации растениеводства, уровень которых можно определить по чувствительному к малейшим изменениям среды микробному сообществу почвы [2, 3]. Оно является неотъемлемым компонентом биогеоценозов, формирует структуру почвы и определяет интенсивность биологического круговорота веществ в агроландшафте и уровень продуктивности растений [4, 5].
Цель работы — изучить отклик микробного сообщества выщелоченного чернозема на применение гербицидов в дозах, рекомендованных производителями и завышенных в 2 и 3 раза.
Объекты и методы
Исследования провели в 2011-2012 гг. в северной лесостепи Приобья в полевом и лабораторном опытах. Почва — чернозем
выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 4,47% и рН 7,6.
В 2011 г. (тёплом и недостаточно увлажнённом) в полевом опыте высевали сорт яровой пшеницы Новосибирская 29. Срок посева — 18 мая, норма высева семян — 5 млн/га. Предшественник — пшеница по пшенице. В опыте применяли баковую смесь гербицидов дианата и гренча в дозах
0,15 г/га + 10 г/га, а также превышенных в 2 и 3 раза. Дианат (дикамба, ВР, д.в. ди-метиламинная соль) и гренч (СП, д.в. мет-сульфурон-метил) рекомендованы в зональных технологиях для подавления двудольных сорняков. Контролем служил вариант без гербицидной обработки. Размер делянок — 230 м2, повторность — трехкратная, размещение — рендомизированное.
Изучали численность микроорганизмов, участвующих в круговоротах азота и углерода, и структуру сообщества микромице-тов. Микробиологические учеты провели 3 раза за вегетацию: до посева семян, через один и два месяца после химической прополки. Образцы отбирали из слоя почвы 0-20 см. В лабораторных опытах исследовали фитотоксическое последействие изученных гербицидов на тест-растения редиса.
Результаты исследований
Весной исходная почва отличалась относительной сбалансированностью процессов минерализации и микробиологического синтеза почвенного органического вещества, невысокой азотфиксацией, нитрификацией и денитрификацией и слабым разложением легкодоступных углеродсодержащих соединений, о чем косвенно свидетельствовала высокая численность разлагающих гумус олигокарбофильных микроорганизмов. Основную роль в минерализации органического вещества играли активные гидролитики: бактерии и актиномицеты, в то время как роль грибного сообщества в этом процессе была ослаблена.
(табл. 2). Изменился видовой состав микроорганизмов. Так, в контроле среди актино-мицетов преимущественно встречались группы бело- и желтоокрашенных, а в почве с рекомендуемой дозой препаратов — белые и черные. Увеличение дозы препаратов выше рекомендуемой привело к устойчивому развитию только группы Albidus.
В грибном сообществе применение повышенных доз дианата и гренча привело к уменьшению общего видового богатства и развитию видов, образующих фитотоксические вещества: Penicillium rubrum,
P. purpurogenum, Р. funiculosum, Fusarium oxysporum и др. (табл. 2, рис.). Токсины данных грибов негативно влияют на микроорганизмы почвы и через почву угнетающе действуют на растения [9], снижая фотосин-тетическую активность растений и нарушая обменные процессы, что для сельскохозяйственных культур влечет падение урожайности.
Суммарное присутствие токсинов в почве через месяц после применении препаратов выявили по их биологическому действию на проростки редиса сортов Парат и Ризенбут-тер. На фоне завышенных доз препаратов ростовые процессы редиса и его всхожесть нарушались сильнее, чем при рекомендованной дозе, что свидетельствует о наличии в почве к моменту формирования зерновки слабого токсикоза (табл. 3).
Таблица 1
Влияние гербицидной нагрузки на численность микрофлоры почвы через месяц после применения препаратов
Эколого-трофические группы микроорганизмов Контроль, без гербицидов Рекомендуемая доза гербицидов Превышение дозы в 2 раза Превышение дозы в 3 раза
Бактерии, усваивающие органический азот, КОЕ, млн/г сух. почвы 8,3 2,6* 2,0* 0,8*
Азотфиксаторы, % обрастания комочков 89,3 40,0* 32,0* 34,7*
Нитрифицирующие бактерии, тыс/г почвы 4,3 1,1* 0,7* 1,3*
Денитрификаторы, тыс/г почвы 140,0 30,0* 3,5* 3,5*
Актиномицеты, КОЕ, млн/г сух. почвы 2,0 0,7* 1,0* 0, 05*
Примечание. Р0 05 по сравнению с контролем.
Таблица 2
Влияние повышенной гербицидной нагрузки на почвенные грибы через месяц после химической прополки
Показатель Контроль, без гербицидов Рекомендуемая доза препаратов Превышение дозы в 2 раза Превышение дозы в 3 раза
Видовое разнообразие
Общее число видов 10 11 8 8
Виды Fusarium 1 2 2 2
Виды Penicillium 5 6 6 7
Численность, КОЕ, тыс/г сух. почвы
Всего 6,3 5,3 13,0* 34,0*
Fusarium 0,6 0,6 1,6 * m 4,
Penicillium 4,3 4,0 11,3 25,3*
Из них токсикогенные P. rubrum + P. purpurogenum 0 0,6 2,3 20,7*
Примечание. Р0 05 по сравнению с контролем.
К середине июля в структуре микробов-минерализаторов контрольного варианта доминирующую роль стали играть актино-мицеты. Азотфиксация, нитрификация и особенно денитрификация в почве усилились, увеличилось обилие олигонитрофилов (величина КОЛИГОтВОфности возросла с 0,9 до 4,1) и снизилось содержание доступного для растений азота.
Гербицидная нагрузка замедлила развитие всех групп почвенных бактерий, участвующих в круговороте азота: аммонифика-торов, азотфиксаторов, денитрифицирующих и нитрифицирующих бактерий (табл. 1). Численность этих микроорганизмов на фоне рекомендуемой дозы препаратов оказалась сниженной в 2,2-4,0 раза, на фоне двойной и тройной дозы — в 2,8-40 раз. Чувствительностью к степени гербицидной нагрузки отличались бактерии родов Azotobacter, Bacillus, Clostridium,
Nitrosomonas и Nitrobacter, что согласуется с данными других исследований [6-8].
Микроорганизмы круговорота углерода на внесение повышенных доз гербицидов отреагировали по-разному: обсемененность почвы актиномицетами уменьшилась (табл. 1), а микроскопическими грибами существенно увеличилась: на фоне двойной дозы — в 2,1 раза, тройной — в 5,4 раза
Таблица 3
Фитотоксические эффекты в выщелоченном черноземе через месяц после применения повышенных доз гербицидов
Вариант Параметры роста редиса
всхожесть, % длина корней, см длина ростков, см
Контроль, без гербицидов 96,7 4,28 4,12
Рекомендуемая доза препаратов 86,7 3,93 3,73
Превышение дозы в 2 раза 86,0 3,71 3,45
Превышение дозы в 3 раза 83,3 3,53 3,44
НСР05 9,3 0,44 0,49
Степень влияния, % 38,5 51,3 44,9
В почве с нарушенным регламентом гербицидной обработки, судя по значениям коэффициентов минерализации и олиго-трофности, в середине июля шла более глубокая минерализация органического вещества, активно размножались олигонит-рофильные микроорганизмы, довольствующиеся небольшим количеством доступного азота в почве, а также олигокарбофи-лы, сами участвующие в разложении перегнойных и гумусовых веществ (рис.).
Баланс между разложением остатков и микробным синтезом органического вещества почвы под влиянием гербицидной нагрузки нарушился. Микробная трансформация органических остатков в органическое вещество почвы (о которой судили по ко-
эффициенту Пм [10]) оказалась сильно подавленной (табл. 4): на фоне рекомендуемой и двойной дозы препаратов — в 3,8-4,9 раз, на фоне тройной дозы — в 10,4 раз. Резкое снижение скорости трансформации связано с угнетением гербицидами развития аммонификаторов (табл. 1) и процесса иммобилизации азота. Его характеризует соотношение численности микробов, усваивающих органический азот, к микробам, усваивающим минеральный азот
(МПА/КАА). В контроле соотношение составило 0,059, на фоне рекомендуемой дозы гербицидов — 0,017, при превышении дозы в 2 раза — 0,009, при превышении дозы в 3 раза — 0,005 (что меньше контроля на порядок).
0-
□ Июль □ Август
Примечание. Колиготрофности = (НА+ГА)/ МПА
Рис. Активность микробного сообщества чернозема выщелоченного через 1 и 2 месяца после применения повышенных доз гербицидов
Таблица 4
Интенсивность трансформации органических соединений (Пм) в черноземе выщелоченном при превышении дозы гербицидов
Вариант Июль Август
Контроль, без гербицидов 7,3 11,7
Рекомендуемая доза гербицидов 1,5 11,6
Превышение дозы гербицида в 2 раза 1,9 9,5
Превышение дозы гербицида в 3 раза 0,7 8,8
Примечание. Пм = (МПА+КАА)х(МПА/КАА).
К августу различия в активности почвенного микробного сообщества между вариантами опыта постепенно снизились (рис. 3), лишь скорость микробиологических превращений азотсодержащих соединений в вариантах с нарушением регламента применения гербицидов восстановилась частично. На фоне рекомендуемой дозы гербицидов она выровнялась с контролем, на фоне двойной дозы гербицидов достигла 81,2% от контрольных значений, на фоне тройной дозы — 75,2% (табл. 6). Для вариантов с гербицидными остатками сохранились обеднение видовой структуры грибного сообщества и выраженное доминирование численности токсикогенных видов.
Выводы
1. Гербицидная нагрузка ухудшает экологическое состояние выщелоченного чернозема, снижая численность агрономически полезных микроорганизмов и повышая насыщенность фитотоксичными формами грибов.
2. В микробном сообществе, испытавшем гербицидный стресс, идет глубокая минерализация органического вещества, активно размножаются олиготрофные микроорганизмы и снижается пул аммонифика-торов.
3. Дестабилизация микрофлоры под влиянием повышенных гербицидных нагрузок продолжается менее 60 сут. Более длительные негативные последствия установлены для процесса трансформации растительных остатков в органическое вещество почвы и для структуры грибного сообщества.
Библиографический список
1. Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. — М., 2000. - 473 с.
2. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. — М.: Изд-во МГУ, 1987. — 256 с.
3. Мишустин Е.Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов. — М.: Наука, 1975. — 106 с.
4. Емцев В.Т. Почвенные микробы и деградация ксенобиотиков // Перспективы развития почвенной биологии. — М.: МАКС-Пресс, 2001. — С. 77-78.
5. Полякова А.В. Бактерии азотного обмена как индикаторы химического загрязнения // Экология и биология почв. — Ростов-на-Дону, 2003. — С. 75.
6. Коробова Л.Н., Танатова А.В. Реакция почвенной микрофлоры на длительное применение разных по уровню интенсификации технологий // Сиб. вестник с.-х. науки. — 2010. — № 2. — С. 17-21.
7. Seyboldм C.A., Herrick J.F., Brejda J.J. Soil resilience: a fundamental component of soil quality // Soil Sci. — 1999. — № 164. — P. 224-234.
8. Szabolcs I. The concept of soil resilience. In: Soil resilience and sustainable land use // Eds. D.J. Greenland, I. Szabolcs. — Wallingford: CAB International, 1994. — P. 3339.
9. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. — М.: Изд-во МГУ, 1988. — 220 с.
10. Муха В.Д. О показателях, отражающих интенсивность и направленность почвенных процессов // Сб. науч. тр. Харьковского СХИ. — Харьков, 1980. — Т. 273. — С. 13-16.
+ + +
УДК 633.1:631.527:581.5 В.А. Сапега,
С.В. Сапега ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ ПУНКТА ИЗУЧЕНИЯ СОРТОВ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
Ключевые слова: продуктивность среды, дифференцирующая способность среды, типичность среды, урожайность, зерновые культуры.
Введение
Важным принципом адаптивной селекции и ее существенной отличительной особенностью должна быть единая стратегия сред на всех этапах селекционного процесса [1].
Основными параметрами, характеризующими пригодность среды как фон для отбора, являются следующие: типичность
среды (^); дифференцирующая способность среды (52дССк); продуктивность среды ^к); повторяемость вышеперечисленных параметров среды по годам и при изменении набора генотипов.
Под типичностью конкретной среды (^) понимается ее способность сохранять ранги генотипов, полученные при их усредненной
