CC BY
5ПЛОДОРОДИЕ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКЕ
А.Н. Мавленко, О.Ф. Хамова, к.б.н., Л.В. Юшкевич, д.с.-х.н., СибНИИСХ
Периодическое оборачивание пахотного слоя при комбинированной обработке черноземной почвы способствовало некоторому усилению её биологической активности в сравнении с ежегодной плоскорезной и стабилизации урожайности зерна пшеницы на уровне отвальной технологии при снижении затрат до 20-30 %.
Ключевые слова: обработка почвы, удобрения, пестициды, биологическая активность, микроорганизмы, яровая пшеница.
Применение различных систем основной обработки почвы в сочетании с интенсивной технологией возделывания яровой пшеницы повышает урожайность культуры и существенно влияет на состояние почвенного плодородия, одним из основных показателей которого является биологическая активность.
Методика. Микробиологические исследования проводили в 2007-2008 гг. в длительном стационарном многофакторном опыте закладки 1972-1973 гг. (ОПХ «Омское», южная лесостепь) в зернопаровом пятипольном севообороте под яровой пшеницей, размещенной второй культурой после пара.
Из шести систем обработки почвы с разной интенсивностью механического воздействия по числу комбинаций и глубине для наблюдений были выбраны следующие: 1) ежегодная отвальная на глубину 20-22 см; 2) ежегодная плоскорезная на глубину 10-12 см; 3) комбинированная с чередованием отвальной на глубину 20-22 см в пару и под третью культуру и плоскорезной обработки под остальные зерновые на глубину 10-12 см.
Исследования по микробиологии проводили на двух фонах минерального питания : 1) контроль (без удобрений и пестицидов); 2) применение комплексной химизации (^4Р36, гербициды, фунгициды, ретарданты). Почва - лугово-черноземная среднемощная среднегумусовая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 6-7 %, нейтральной реакцией среды.
Почвенные образцы отбирали 3 раза в течение вегетации пшеницы: в период кущения (июнь), колошения (июль), налива зерна (конец августа - сентябрь) послойно 0-10 и 10-20 см в стерильные пергаментные пакеты. Количественный учёт микроорганизмов проводили на твердых питательных средах общепринятыми методами [1]. Общее количество микроорганизмов - условная суммарная величина всех определяемых групп в млн/г абсолютно-сухой почвы. Азот нитратов, мобилизуемый почвенной микрофлорой, определяли по Гран-дваль-Ляжу, нитрификационную способность почвы по Крав-кову с инкубацией 21 сутки [2]. В естественных полевых условиях учитывали целлюлозолитическую активность почвы методом Тихомировой [8].
Годы проведения исследований различались по погодным условиям. Вегетационный период 2007 г. был теплым с благоприятным увлажнением. Количество осадков за май-август превысило норму на 205 %. 2008 г. был засушливым с повышенной температурой (+ 1,20С) и недобором осадков (66-82 % от нормы) за вегетационный период. ГТК за май-август составил 0,69 при норме 1,10.
Результаты и их обсуждение. Погодные условия лет исследований отразились на величине урожайности зерновых культур, а сложившийся температурный режим и увлажнение почвы на интенсивности биологических процессов. В увлажненной почве, содержащей пожнивные остатки, минерализа-ционные процессы активизируются [6]. Так, интенсивность разложения целлюлозы в 2007 влажном году в среднем за вегетационный период в слое 0-20 см составляла 52-86 %, а в 2008 засушливом году на этих же агрофонах снижалась до 2846 %. Урожайность яровой пшеницы, размещаемой второй
культурой после пара, в 2007 г. на контроле была 1,49 т/га, а в 2008 г. уменьшилась до 0,94 т/га.
В среднем за годы наблюдений существенных изменений в численности определяемых групп бактерий в пахотном слое между вариантами обработок почвы без внесения агрохимических средств (контроль) не наблюдалось. Количество микроскопических почвенных грибов возрастало на 23-46 % при почвозащитных обработках в сравнении с отвальной. Запасы органических остатков в слое 0-20 см на ресурсосберегающих почвозащитных обработках в стационаре в конце ротации севооборота больше, чем на вспашке: на фоне без средств химизации на 21-26 %, комплексной химизации - на 32-35 % [9], что объясняет увеличение численности грибной микрофлоры, являющейся деструктором целлюлозы.
Комплексное применение средств химизации незначительно влияло на численность микроорганизмов в сравнении с контролем. Колебания в численности гетеротрофов часто сложно уловить из-за их большого количества в почве, когда быстрый рост одной ассоциации сменяется гибелью других [4]. Наибольшей вариабельностью отличались группы автотрофных нитрифицирующих бактерий и почвенных микроскопических грибов. Достоверное увеличение числа этих групп микроорганизмов наблюдали в вариантах почвозащитных обработок, что связано с внесением азотно-фосфорных удобрений и повышенным количеством органических остатков в верхних слоях почвы (табл. 1). При комбинированной обработке почвы плоскорезная под зерновые чередуется со вспашкой в пару и под третьей культурой после пара, в связи с чем происходит перераспределение негумифицированного органического вещества в пахотном слое в сравнении с систематической плоскорезной обработкой. Как известно, после оборота пласта биологическая активность подповерхностного 10-20 см усиливается, разнока-чественность пахотного слоя по плодородию сглаживается [7].
1. Численность микроорганизмов в 0-20 см слое почвы в зависимости от системы обработки почвы и комплексного применения
средств химизации (среднее из 3-х определений за вегетацию
Микроорганизмы Контроль Комплексная химизация
отвальная ком-бини-рован-ная плоскорез-ная отвальная ком-бини-рован-ная плоско-резная
Утилизирующие азот органический на МПА, млн/г 33,3 34,1 32,8 32,7 35,5 34,7
Утилизирующие азот минеральный на КАА, млн/г 22,7 24,8 23,3 24,5 25,4 24,5
Нитрификаторы, тыс./г 4,0 3,9 3,9 3,2 7,6* 6,0*
Грибы, тыс./г 36,8 53,7 * 45,1 48,7 76,7* 79,1 *
Общее количество микроорганизмов, млн/г (условно) 56,0 59,0 56,1 57,2 61,0 59,3
*' Различия достоверны на 0,95 % уровне
В этой связи для установления степени дифференциации нами было рассчитано количество микроорганизмов в подповерхностном 10-20 см слое почвы относительно верхнего 0-10 см слоя, взятого за 100 %, в зависимости от способов обработки и применения средств химизации (табл. 2). На фоне без
внесения удобрений общая численность микроорганизмов в относительных процентах в слое 10-20 см существенно не различалась по видам обработок. Среди групп микроорганизмов в наибольшей степени снизилось в слое 10-20 см по отношению к верхнему (0-10 см) количество нитрификаторов при плоскорезной обработке, что видимо, связано с ухудшением условий аэрации в почве.
При комплексном применении средств химизации в варианте вспашки общее количество микроорганизмов в слое 1020 см относительно верхнего слоя увеличилось в сравнении с контрольным вариантом, что позволяет судить о равномерном их распределении в слое 0-20 см. При снижении интенсивности воздействия на почву при плоскорезной обработке дифференциация по численности микроорганизмов между слоями возрастала, на фоне комплексной химизации - больше, чем на контроле. В наибольшей степени в 10-20 см слое, по отношению к верхнему, снизилось количество нитрификаторов (4654 %), что можно объяснить ухудшением аэрации подповерхностного слоя [9]. При комбинированной системе обработки разница в общем количестве микроорганизмов между верхним (0-10 см) и подповерхностным (10-20 см) слоями была меньше, чем при ежегодной плоскорезной, составляя, соответственно, 25 и 39 %.
2. Количество микроорганизмов в подповерхностном слое 10-20 см лугово-черноземной почвы, в % относительно
Микроорганизмы* Контроль Комплексная химизация
отвальная ком-бини-рован-ная плос корез ная от-валь-ная комби-ни-рованная плос ко-резная
Утилизирующие азот органический на МПА 71 73 72 82 72 63
Утилизирующие азот минеральный на КАА 74 63 77 105 79 57
Нитрификаторы 103 94 63 85 54 46
Грибы 87 73 88 103 79 50
Общее количество микроорганизмов 72 69 74 91 75 61
удобрений и пестицидов при систематической плоскорезной обработке с локализацией растительных остатков в поверхностных слоях почвы повышало интенсивность их разложения в сравнении с другими вариантами обработки.
3. Биологическая активность лугово-черноземной почвы под влиянием систем обработки и применения средств химизации,
Контроль Комплексная химизация
Показатель отваль- ком-бини- плоско- отваль- комби-ни- плоско-
ная рован- рез- ная рован- рез-
ная ная ная ная
Нитрификационная способность, мг/кг 19,2 20,7 22,0 17,0 20,4 23,5
Разложение целлюлозы, % 42,7 53,4 43,5 57,1 54,8 66,2
Суммарная биологическая актив- 100 114 109 106 126 127
ность, %
Суммарная биологическая активность почвы, определяемая по Л.А. Карягиной [5], возрастала в слое 0-20 см в ряду отвальная - плоскорезная - комбинированная обработка. Применение средств химизации усиливало биологическую активность почвы по отношению к контролю (вспашке) от 6 до 27 %.
На фоне без средств химизации наибольшей урожайностью выделялся вариант с отвальной обработкой почвы в сравнении со стерневыми фонами, отличающимися высокой засоренностью посевов. По данным [9] при сокращении интенсивности основной обработки почвы в севообороте без средств химизации доля сорного компонента возрастает от отвальной до минимально-нулевой системы обработки в среднем с 9,3 до 17,4 % или в 1,9 раза. При комплексном применении средств химизации (удобрения + гербициды + фунгициды + ретарданты) и менее затратных системах обработки почвы под зерновые культуры урожайность возрастала в 2,85 раза в сравнении с контролем. Наиболее высокая продуктивность яровой пшеницы при использовании средств интенсификации была в варианте с комбинированной системой обработки почвы - 3,67 т/га (табл. 4).
4. Урожайность яровой пшеницы при различных системах обработки почвы и применении средств химизации, т/га (2007-2008 гг.)
*) За 100 % принято количество микроорганизмов в слое 0-10 см
Нитрификационная способность почвы, или потенциальная возможность к накоплению нитратов в оптимальных условиях компостирования, зависит в основном от количества легкомо-билизуемых азотсодержащих соединений в пахотном слое [3].
В контроле накопление нитратного азота при вспашке и комбинированной обработке в условиях компостирования почвы было одинаково, при плоскорезной обработке - превышало вспашку на 15 %. На фоне комплексной химизации нитратонакопление при плоскорезной обработке было в 1,4 раза выше, чем при вспашке, что связано со значительно большим количеством систематически поступающих органических остатков при минимизации обработки. При прерывании плоскорезной обработки оборотом пласта показатели нитрификационной способности были более выравнены по отношению к вспашке, превышая этот вариант в контроле -на 8 %, при комплексной химизации - на 12 % (табл. 3). Таким образом, чередование плоскорезной и отвальной обработок в полях севооборота способствовало уменьшению дифференциации пахотного слоя в сравнении с ежегодной плоскорезной, усилению минерализационных процессов, накоплению азота нитратов в полевых условиях.
Интенсивность разложения целлюлозы является интегрированным показателем биологической активности почвы, зависящим от сложившегося плодородия, её агрофизического состояния, условий температуры, влажности и т.д. [6, 8]. Вспашка стерневого фона при паровании способствовала улучшению аэрации почвы и усилению целлюлозолитической активности при комбинированной обработке. Применение
Система обработки почвы (ф. А) Уровень химизации (ф. Б) Среднее по обработке почвы НСР05 (ф. А)- 0,1
контроль (без средств химии-зации) гербициды+удобрения+ фунгициды+ретарданты (комплексная химизация)
Отвальная 1,41 3,49 2,45
Комбинированная 1,17 3,67 2,42
Плоскорезная 1,13 3,29 2,21
Среднее по химизации НСР05 (ф. Б) -0,19; для частных средних - 0,46 1,24 3,45
Таким образом, изменения в численности и активности микроорганизмов зависели от складывающихся погодных условий вегетационного периода, водно-физического состояния почвы (увлажнение, аэрация, температурный режим), запасов органического вещества в верхнем слое. При периодическом оборачивании пахотного горизонта (комбинированная система обработки почвы) наблюдалась тенденция усиления микробиологической активности в слое 0-20 см в сравнении с ежегодной плоскорезной и происходила стабилизация урожайности зерна пшеницы на уровне отвальной технологии при снижении энергозатрат до 20-30 %.
Рациональное применение удобрений и пестицидов в рекомендованных для зоны нормах (дозах) способствовало повышению биогенности почвы, снижению засоренности агро-фитоценоза и существенному повышению урожайности зерна яровой пшеницы в лесостепи Западной Сибири.
Литература 1. Аристовская Т.Е., Владимирская М.Е., Голлербах М.М. и др. Большой практикум по микробиологии. М.: Высшая школа. 1962. - 490 с. 2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ. 1970. - 325 с. 3. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука, 1981. - 267 с. 4. Данилова А.А. Биологические свойства чернозёма выщелоченного при многолетней минимизации механической обработки: Автореф. дис...докт. биол. наук.- М., 2007 г. - 38 с. 5. Карягина Л.А. Микробиологические основы повышения плодородия почвы. Минск: Наука и техника, 1983. - 180 с. 6. Наплекова Н.Н. Аэробное разложение целлюлозы
микроорганизмами в почвах Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1974. - 250 с. 7. Сдобников С.С. О периодическом оборачивании пахотного слоя в системе безотвальной обработки / Теоретические вопросы обработки почвы. Л.,1968. - С. 79-86. 8. Тихомирова Л.Д. Биологический метод определения плодородия почвы // Сиб. вестник с.-х. науки. 1972. - № 5 - С. 15. 9. Юшкевич Л.В. Ресурсосберегающая система обработки и плодородие чернозёмных почв при интенсификации возделывания зерновых культур в южной лесостепи Западной Сибири: Автореф. дис...докт. с.-х. наук. - Омск, 2002.-31 с.
EFFECT OF RESOURCE-SAVING COMBINED TILLAGE ON MEADOW-CHERNOZEMIC SOIL FERTILITY AND SPRING WHEAT YIELD IN THE SOUTHERN FOREST-STEPPE ZONE OF WESTERN SIBERIA
A.N. Mavlenko, O.F. Khamova, L. V. Yushkevich Siberian Research Institute of Agriculture, pr. Koroleva 26, Omsk, 644012 Russia, e-mail:sibniish@bk.ru
Periodical turning of soil at the combined tillage increased the biological activity of meadow-chernozemic soil compared to annual subsurface plowing, stabilized the yield of spring wheat at the level of moldboard plowing, and reduced production expenses by 20—30%. Key words: soil tillage, fertilizers, pesticides, biological activity, microorganisms, spring wheat.
