CC BY
20
УДК 632.95.024.4
Микромицеты и фитотоксичность пахотных
дерново-подзолистых почв северо-восточного
Нечерноземья России
О.Г. Марьина-Чермных, Г.С. Марьин, С.А. Замятин
Марийский государственный университет, Йошкар-Ола
Исследовано микробно-растительное взаимодействие в условиях аграрной экологической системы на уровне полевого севооборота на территории Республики Марий Эл северо-восточного Нечерноземья РФ. В прикорневой зоне растений возделываемых культур, в сравнении с растениями залежной почвы, при увеличении общей численности сапротрофных микромицетов отмечены значительное снижение и рекомбинация их видового состава. Установлено, что в ходе развития этой группы микроорганизмов в прикорневой зоне растений в условиях пахотных земель при повышенном отторжении из системы органического вещества наблюдается негативный эффект за счет продукции микотоксинов.
Microorganisms and their interaction with plants in the crop rotation were explored in the Republic of Mari El in the north-eastern part of the Russian non-chernozem zone. The article claims that if the number of useful microorganisms in the root zone of cultivated plants grows their species diversity decreases. It demonstrates that the lack of organic substance in ploughed fields has a negative effect on the root zone because of toxins secreted by microorganisms.
Ключевые слова: микробный токсикоз, отторжение органического вещества, синтезированные химические вещества, фитотоксичность почвы.
ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ
Изучение влияния технологического воздействия в полевых агроэкосистемах на фитосанитарное состояние пахотных почв имеет важное теоретическое и практическое значение. Это связано, прежде всего, с тем, что при эксплуатации агроэкосистем интенсивные технологические приемы наряду с положительными факторами несут и отрицательный эффект (Звягинцев, 1989; Гузев и др., 1989; Марьин, 1996). При этом основными факторами негативного эффекта являются токсическое действие от применения синтезированных химических средств (Кураков, 1989), накопление патогенного потенциала (Марьин, 1996; Марьина-Чермных, 2002), уплотнение почвы движителями сельскохозяйственных тракторов и машин (Марьин, 1996; Пупонин, 1990) и изменение физико-химических свойств почвы (Каштанов, 1988). В ряде работ показано, что при повторном возделывании однородных культур и при недостаточном внесении органических удобрений наблюдается почвоутомление (Гродзинский, 1991; Минеев, 1989).
Однако до сих пор остается малоизученным фактор взаимосвязи микробного токсикоза и роста патогенного потенциала пахотой почвы на уровне агро-экосистемы в условиях различного отторжении из экосистемы органического вещества.
Целью работы является изучение влияния отторжения и возврата органического вещества (дейтрита) из агроэкосистемы на фитотоксичность и патогенный потенциал почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили в условиях лабораторного, модельного и полевых опытов. Основным объектом работ были микромицеты ризосферы и ризопланы возделываемых растений в различных севооборотах (принятых за элементарные агроэкосистемы). Взято три вида севооборота (агроэкосистемы) с различным количеством отторгаемого из экосистемы органического вещества. На возделываемые культуры в севооборотах накладывали технологические приемы борьбы с болезнями. В настоящей работе рассматривается влияние отторжения из агроэкосистемы органического вещества на микромико-ценозы и процессы взаимосвязанные с ним.
Почва дерново-подзолистая, среднесуглинистая. Содержание гумуса 5,3%, рН водной вытяжки - 5,6-5,8, щелочно-гидролизуемого азота - 89, подвижных форм фосфора и калия соответственно 121 и 166 мг на 1 кг сухой почвы. Опыты проводили в 3-кратной повторно-сти при систематическом расположении опытных делянок, величина опытной делянки - 72 м2, учетной -41 м2, модельных и микрополевых - 1 м2.
Почвенные образцы для учета численности и видового состава микромицетов в эдафосфере и прикорневой зоне растений отбирали в период всходов (10 дней после прорастания семян), кущения (2/3 от
общего числа всходов), колошения (2/3 от общего числа растений), после уборки (на 2-й день).
Фитотоксичность почвы оценивали по всхожести, выживаемости и по количеству сухой биомассы растений (Вавилов и др., 1986; Гродзинский, 1991; Халимов и др., 1996; Петухов и др., 2000). В качестве тест-культуры для изучения фитотоксичности почвы использовали ячмень, в севооборотах - возделываемую культуру.
Микробиологический анализ эдафосферы (почвы, находящейся вне влияния корней растений), ризосферы (почвы, на которую воздействуют корни растений) и ризопланы (поверхности корней растений) проводили согласно методикам Д.Г. Звягинцева (1991). Определение количества микромицетов осуществляли чашечным методом (Егоров, 1995). Идентификацию почвенных микромицетов проводили по определителям (Кириленко, 1977; Билай, 1990). Количество мик-ромицетов учитывали на среде Чапека.
Рабочие суспензии препаратов Агат 25К, фунда-зола, рекса готовили согласно инструкциям «Списка пестицидов и агрохимикатов».
При проведении статистической обработки данных исследований использовали дисперсионный анализ и метод корреляции (Доспехов, 1985).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что величина отторжения (возврата) органического вещества из экосистемы оказывает существенное воздействие на структуру, численность почвенных микромице-тов и выживаемость возделываемых растений агро-экосистем. Как правило, с увеличением отторжения и уменьшением возврата в систему органического вещества происходили негативные изменения в функционировании микромикоценоза почвы. Однако эти изменения в значительной степени зависели от вида и количества отторженного и возвращенного в экосистему органического вещества (табл. 1).
Таблица 1 - Численность микромицетов (тыс. шт. живых
начал/г почвы) в зависимости от возврата в почву экосистемы органического вещества, (тест-культура — ячмень, модельный опыт, среднее за 3 года, анализ 8-10 мая)
Продолжение табл. 1
1 2 3 4 5 6 7
Культивация осенью, на глубину 8-10 см
Контроль 71,5 85,1 90,1 1,19 1,26 1,06
Оз. рожь (1) 69,3 84,5 95,7 1,22 1,38 1,13
Яр. пшеница 75,1 96,2 102,1 1,28 1,36 1,06
Горох (2) 94,2 151,7 131,9 1,61 1,40 0,85
(1+2) 99,0 162,4 135,6 1,64 1,37 0,84
Без обработки, солома, разложенная осенью на поверхности почвы (мульча)
Контроль 49,1 52,4 58,4 1,07 1,19 1,11
Оз. рожь (1) 54,4 63,1 66,9 1,16 1,23 1,06
Яр. пшеница 55,7 70,7 83,0 1,27 1,49 1,17
Горох (2) 69,1 131,3 117,5 1,90 1,70 0,89
(1+2) 92,1 163,1 122,4 1,77 1,33 0,75
НСР05 (тыс. шт. /г почвы) в эдафосфере: 2001 = 2,1; 2002 = 2,2; 2003 = 1,8; ризосфере: 2001 = 15,4; 2002 = 22,0: 2003 = 19,2; ризо-плане: 2001 = 19,8; 2002 = 28,5; 2003 = 26,4.
На фоне весенней культивации с последующим посевом тест-культуры соломенная резка, заделанная в почву осенью, по сравнению с контролем, практически, не изменив общую численность микромицетов при внесении ржаной и пшеничной соломы в эдафосфере, существенно повысила этот показатель в ризосфере и ризоплане. Солома бобовой же культуры оказывала положительное влияние на развитие микромицетов во всех случаях. А положительный эффект наблюдался уже в начале вегетации в ризосфере, особенно в зоне ризопланы. Использование соломенной резки осенью в виде «мульчи» с последующей заделкой ее весной при общем положительном эффекте, хотя и несколько низкого по сравнению с осенней заделкой в почву соломы, способствовало значительному увеличению ри-зосферного эффекта в зоне ризопланы тест-культуры, наибольший эффект наблюдался при использовании мульчи соломы гороха. При этом, сравнивая возврат органического вещества в экосистему с осенней и весенней заделкой соломы, следует отметить положительный ризосферный эффект весенней заделки (мульчи) соломы гороха, в том числе и при совместном внесении гороховой соломы с ржаной. Роль функции грибной флоры в почве исследователями объясняется по-разному. А.М. Гродзинский (1991) считает, что повышение численности почвенных микромицетов способствует росту утомляемости почвы, в этом случае токсичность почвы проявляется уже в период всходов и интенсивной вегетации растений. При этом изменяется соотношение между отдельными группами и сообществами микроорганизмов с доминированием фи-тотоксичных видов. Е.Н. Мишустин (1972) находит, что усилению биогенности почвы способствуют агротехнические мероприятия, снижая ее фитопатоген-
Варианты используемой соломы Численность, тыс. шт. ж. начал /г почвы в слое 0-10 см Ризосферный эффект
эдафо-сферы ризосферы ризо-планы ризосферы ризо-планы ризо-плана/ ризосфера
1 2 3 4 5 6 7
Зяблевая вспашка на глубину 20-22 см
Контроль 72,7 84,0 90,1 1,16 1,24 1,07
Оз. рожь (1) 73,1 88,5 91,4 1,21 1,25 1,03
Яр. пшеница 72,9 111,1 93,3 1,26 1,29 1,02
Горох (2) 88,1 133,0 134,8 1,51 1,53 1,01
(1+2) 91,3 140,9 143,3 1,54 1,57 1,02
ность. Другие (Берестецкая и др., 1978; Гущин и др., 2004) связывают функциональную роль грибов с видом культуры, объясняя это особенностью минерализации органического вещества и доступностью остатков растений для микромицетов. По нашим данным (табл. 2), с ростом численности в почве микромицетов изменение функциональных групп микромицетного сообщества зависит от условий среды экосистем: вида растительных остатков и технологического приема, влияющего на заселение их почвенными микромице-тами. Как правило, численность токсикогенов и патогенов в корнеобитаемой зоне почвы с внесением соломы независимо от обработки почвы (заделки соломы) снижалась. При этом следует отметить, что в корневой зоне наибольшее снижение их численности наблюдалось в зоне ризопланы по сравнению с контролем (8-9 раз), а по сравнению с озимой рожью - в 4-7 раз. Патогенный потенциал снизился соответственно на 60-70%.
генами, то в ризосфере и ризоплане растений это соотношение было обратное, причем независимо от вида органического вещества и формы его заделки. Осеннее мульчирование почвы резкой соломы способствовало снижению патогенного потенциала в ри-зоплане растений. Это происходило, по-видимому, из-за длительного нахождении соломы в зимний период непосредственно под снегом и более благоприятных условий для растений тест-культуры в весенний период (обеспечение влагой и более высокой температурой почвы под мульчей), что в определенной степени подтверждают данные таблицы 3, где при одинаковой предпосевной обработке почвы весной в виде культивации в два следа на вариантах с мульчей были более высокие показатели всхожести семян, сохранности растений и урожайности биомассы растений тест культуры.
Таблица 3 - Влияние дейтрита на состояние растений
и урожайность биомассы тест-культуры (ячмень), среднее за 2001-2003 годы
Таблица 2 - Влияние дейтрита и его заделки на фитосанитарию почвы, тыс. шт. живых начал/г почвы
Фитосанитарное состояние по сферам растения Вид дейтрита и его заделка
сфера микромицеты контроль соломенная резка
оз. ржи (1) яр. пшеницы гороха (2) 1+2
Зяблевая вспашка
Эдафосфера патогены 15,2 6,7 2,8 2,5 2,0
токсикогены 9,1 6,1 1,9 1,3 1,2
Ризосфера патогены 10,1 4,9 2,0 1,5 1,5
токсикогены 6,3 10,0 4,3 2,0 2,0
Ризоплана патогены 6,9 2,0 1,8 1,6 1,6
токсикогены 3,0 2,6 2,3 2,1 2,1
Осенняя культивация
Эдафосфера патогены 15,2 3,8 2,0 3,8 2,5
токсикогены 8,8 6,3 0,6 1,4 1,0
Ризосфера патогены 9,0 2,0 1,9 1,8 1,8
токсикогены 9,5 3,1 1,8 2,0 1,9
Ризоплана патогены 3,3 1,5 1,6 1,5 1,0
токсикогены 3,5 2,1 1,7 1,6 1,5
Без осенней обработки почвы, солома, внесенная осенью как мульча
Эдафосфера патогены 10,5 9,4 3,8 2,8 2,5
токсикогены 7,8 5,8 1,2 0,8 0,9
Ризосфера патогены 7,1 4,5 3,0 1,8 1,9
токсикогены 7,5 4,6 3,3 2,4 2,2
Ризоплагна патогены 3,1 4,0 1,2 1,0 0,8
токсикогены 3,2 4,5 2,1 1,6 1,6
Показатели Виды дейтрита
контроль оз. рожь (1) яр. пшеница горох (2) 1+2
Зяблевая вспашка, глубина 20-22 см
Всхожесть, % 72,6 74,5 75,9 78,9 78,8
Сохранность, % в дни после всходов: 14 91,1 91,6 91,4 93,1 93,7
28 84,6 91,0 91,1 93,0 93,4
56 75,5 81,2 82,1 91,0 96,8
Урожай биомассы, кг/м2 74,9 87,2 85,9 96,8 98,6
Осенняя культивация, глубина 8-10 см
Всхожесть, % 72,6 75,4 76,3 78,8 78,3
Сохранность, % в дни после всходов: 14 91,9 90,8 91,5 93,7 93,9
28 80,9 90,8 91,5 93,7 93,5
56 72,3 88,0 88,4 90,6 93,3
Урожай биомассы, кг/м2 75,5 87,4 88,0 97,8 98,8
Без осенней обработки, солома внесена как мульча
Всхожесть, % 71,4 74,9 77,0 78,5 79,1
Сохранность, %, дни после входов: 14 90,1 92,6 92,9 96,4 96,6
28 79,4 91,4 92,0 95,8 96,1
56 72,0 98,9 89,7 95,0 95,5
Урожай биомассы, кг/м2 74,1 88,9 88,8 102,4 104,6
Кроме того, следует заметить, что если в эдафо-сфере потогены в основном преобладали над токсико-
НСР05 всхожесть (%) - 2001 = 2,4; 2002 = 2,6; 2002 = 2,1. Сохранность (%) - 2001 = 2,9; 2002 = 3,4; 2003 = 3,1. Урожайность (кг/м2) - 2001 = 2,9; 2002 = 3,8; 2003 = 2,7.
В условиях полевого опыта (табл. 4) в зернопро-пашном севообороте по сравнению с зерновым при дополнительном внесении озимой соломы последнее поле севооборота (яровая пшеница) характеризуется увеличением общей численности микромицетов в пахотном слое почвы, снижением токсикантов и патогенов и повышением его средней продуктивности (на 8,1%).
Таблица 4 - Структура микромицетов почвы
и средняя урожайность культур севооборота в зависимости от возврата в 6-польный севооборот органического вещества, опытное поле, 1999-2004 годы
Возврат органического вещества в травопольном севообороте в виде клеверного сидерата в сравнении с фоном способствовал дальнейшему росту численности почвенных микромицетов, снижению в почве числа токсикантов и значительному уменьшению патогенного потенциала. Продуктивность севооборота выросла на 26%. При возврате в севооборот органического вещества (один год соломы, другой - бобового сидерата) с увеличением общей численности
микромицетов наблюдалось дальнейшее снижение в ризосферной зоне количества токсикантов и особенно патогенных организмов (почти в 5 раз). Эти показатели были близки к варианту «залежь с использованием зеленой массы на сено». Наиболее высокая продуктивность севооборота получена при внесении бобового сидерата и соломы. Она была выше по сравнению с фоном на 40,2%, а по сравнению с контролем (зерновой севооборот) - в 1,8 раз.
ВЫВОДЫ
1. Фитосанитарное состояние аграрной экологической системы и ее продуктивность на уровне севооборота в значительной степени зависят от величины соотношения в севообороте «отторжение / возврат» органического вещества.
2. Разовый возврат органического вещества (в одном поле 6-польного севооборота) в виде соломы или сидерата способствует активизации развития почвенного микромицетного сообщества, оптимизации фи-тосанитарии почвы и росту продуктивности возделываемых культур в севообороте.
3. Двухразовый возврат органического вещества в агроэкосистему (один раз клеверный сидерат под озимую рожь, другой - резка соломы озимой ржи под яровую пшеницу), оптимизируя фитосанитарную обстановку в агроэкосистеме, повышая продуктивность севооборота, приближает аграрную экосистему по фи-тосанитарным показателям к естественной экосистеме.
ЛИТЕРАТУРА
1. Берестецкий О.А., Надкеречный С.П. Содержание грибов продуцентов фитотоксических веществ в почве при бессменном выращивании и в севообороте // Фитотоксические свойства почвенных микроорганизмов. - Л.: ВНИИСХМ, 1978. - С. 94-104.
2. Билай В.И., Курбацкая З.А. Определитель токсинообра-зующих микромицетов. - Киев: Наукова думка, 1990. - 236 с.
3. ГродзинскийА.М. Аллелопатия растений и почвоутомление. - Киев: Наукова думка, 1991. - 429 с.
4. Гузев В.С., Левин С.В., Селецкий Г.И. и др. Роль почвенной микробиоты в рекультивации нефтезагрезненных почв // Микроорганизмы и охрана почв. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - С. 121-150.
5. Гущин Ю.М., Марьина-Чермных О.Г., Марьин Г.С. и др. Фитосанитарная роль мульчирования почвы // Защита и карантин растений. - 2004. - № 10. - С. 24-25.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М.: Агропром-издат, 1985. - 352 с.
7. Марьина-Чермных О.Г. Влияние удобрений и средств защиты растений на фитосанитарное состояние посевов яровой пшеницы на северо-востоке Нечерноземной зоны РФ: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - М.: ТСХА, 2002. - 20 с.
Севооборот и вид возврата органического вещества Количество дейтрита, ГДж/га Микромицеты, тыс.шт. живых начал/г почвы В том числе Средний урожай, ГДж/га
всего в т.ч. бобовых токсиканты патогены
Зерновой севооборот 7,0 2,4 120,0 10,4 8,3 35,7
Зернопропашной + солома озимых 27,0 1,5 134,9 10,1 7,0 38,6
Травопольный севооборот - фон 7,5 2,9 149,5 8,3 5,4 45,0
Фон + сидерат. клевера 2-го г.п. 69,1 67,6 166,2 5,1 2,2 56,7
Фон + 1/2 сидерат клевера 2-го г.п. 36,8 34,8 155,0 5,2 2,5 49,1
Фон + 1/2сид.кл. 2-го г.п.+ сол. озим. 90,9 34,8 180,1 2,5 1,1 63,1
Залежь с использованием вегетативной массы на сено 11,3 1,8 155,3 1,9 0,8 50,7
НСР05 = число микромиц. 13,3 тыс. живых начал; средний урожай 2,4 ГДж/га.
