CC BY
68
УДК 631.51:579.64
Технология прямого посева и микробиологическая активность чернозема выщелоченного
С.Д. гИЛЕВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. директора И.Н. цыМБАЛЕНКО1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник А.П. КУРЛОВ1, старший научный сотрудник
И.В. РУСАКОВА2, кандидат биологических наук, зам. директора
Курганский НИИСХ, ул. Ленина, 9, с. Садовое, Кетовский район, Курганская область, 641325, Россия 2ВНИИ органических удобрений и торфа, ул. Прянишникова, 2, п. Вяткино, Судогодский район, Владимирская обл., 601390, Россия E-mail: kniish@ketovo.zaural.ru
Для эффективного управления продукционным процессом очень важно учитывать микробиологические изменения, происходящие в почве. Кчислу основных факторов, непосредственно влияющих на почвенную микрофлору, относятся обработка почвы и использование азота. Прямой посев яровой пшеницы в стерню (нулевая система) обеспечивает увеличение общего количества микробной биомассы чернозема выщело-
ченного, по сравнению с ежегодной вспашкой (отвальная система обработки), с 366±30 до 486± 1 мг/кг. В то же время на стерневом фоне отмечается снижение численности ряда физиологических групп микроорганизмов: аммонифицирующих бактерий - с 7011 тыс. до 3842 тыс. КОЕ/г почвы (в 1,8 раза); ами-лолитических бактерий и актиномицетов - с 9747до 5820 (1,7раза); нитрификаторов - с 6,4 тыс до 3,0 тыс. КОЕ/г почвы (2,1 раза). Количество денитрификаторов, наоборот, увеличивается с456тыс. до 10740 тыс. КОЕ/г почвы, что свидетельствует о нехватке азота в почве. При этом содержание микроскопических грибов уменьшается с 48,2 тыс. до 24,3 тыс. КОЕ/г почвы. С применением азотных удобрений (среднегодовая доза 40 кг д. в./га) на фоне нулевой системы обработки повышается общее количество микробной биомассы (на 16%), микроорганизмов, утилизирующих органические соединения азота (на 50%) и потребляющих минеральный азот (на 76%), а также нитрификаторов (на 110%), по сравнению с вариантами без удобрений.
Ключевые слова: система обработки ю почвы, микробная биомасса, физиологические группы микроорганизмов, азотные ° удобрения.
со Для цитирования: Технология прямого Z посева и микробиологическая активность 0» чернозема выщелоченного /С.Д. Гилев, i И.Н. Цымбаленко, А.П. Курлов, И.В. Руса-gj. кова // Земледелие. 2015. № 3. С. 28-30. О
S С переходом земледелия на по-$ чвозащитные бесплужные технологии
возделывания зерновых и других культур очень важно учитывать микробиологические изменения, происходящие в почве, так как микробоценозы считаются чувствительными индикаторами, реагирующими на изменение условий среды обитания. Управление продуктивностью и плодородием почвы - это, прежде всего, контроль микробиологических процессов [1, 2].
Численность, динамика и специфика различных видов микроорганизмов в почвах зависят от возделываемых культур, систем земледелия и других факторов [3, 4].
При этом реакция почвенной микрофлоры на агрогенное воздействие неоднозначна, поскольку обусловливается комплексом факторов, продолжительностью их воздействия и сочетанием с другими параметрами.
Цель исследований - установить различия в численности физиологических групп микроорганизмов после длительного применения различных по интенсивности систем почвообработки.
Мы изучали микробоценоз чернозема выщелоченного на Центральном опытном поле Курганского НИИСХ в длительном многофакторном стационарном эсперименте, где в течение 8 лет применяли различные по интенсивности системы обработки почвы. Исследования проводили в 4-польном зернопаровом севообороте (пар - яровая пшеница - яровая пшеница - яровая пшеница - яровая пшеница) на фоне трех систем обработки почвы: ежегодная вспашка на глубину20-22 см под все культуры (отвальная система обработки); осенняя поверхностная обработка дисковым орудием на 6-8 см под все культуры севооборота (минимальная); прямой посев в стерню без механической обработки (нулевая система).
В первых двух вариантах посевы пшеницы в период вегетации систематически обрабатывали гербицидами избирательного действия, в третьем - за 5-6 дн. до посева дополнительно применяли гли-фосатсодержащие препараты, которые использовали и при уходе за паром.
Гербицидный пар в засушливых условиях Зауралья лучше сохраняет влагу и наиболее эффективно уничтожает многолетние корнеотпрысковые сорняки, поэтому он нужен в севообороте, как и другие виды пара, в которых проводится механическая обработка почвы.
Минеральныеудобрения вносили во второй декаде мая зерновой сеялкой,
равномерно распределяя по площади и глубине заделки. Посев осуществляли 25 мая стерневой сеялкой, оборудованной узкими анкерными сошниками. Уборку и учет урожая во всех вариантах проводили с использованием комбайна «Сампо-500», оборудованным измельчителем соломы, что позволяло оставлять пожнивные остатки на поле.
Образцы почвы отбирали в слое 0-20 см на делянках без удобрений и на фоне
в двукратной повторности с каждого варианта опыта, контрольный образец -на залежном участке, где в течение 40 лет произрастал кострец безостый без удобрений. Пробы отбирали (в начале первой декады июня 2014 г) в условиях повышенных положительных температур (13,7°С) и при полном отсутствии осадков (средняя многолетняя норма - соответственно 10,6°С и 10 мм).
Почва опытного участка - маломощный среднесуглинистый выщелоченный чернозем с содержанием гумуса 4,0-5,2%, подвижных форм фосфора и калия (по Чирикову) - 7,5-11,7 и более 20,0 мг/100 г почвы соответственно, рН 5,0-5,4, сумма поглощенных оснований -19,3-21,5 мг-экв/100 г почвы.
Микробную биомассу определяли методом регидратации-экстракции. Численность физиологических групп микроорганизмов - путем посева на твердые и жидкие питательные среды: аммонифицирующих - на среде МПА (мясо-пептонный агар), амилолитиче-ских - на КАА (крахмало-аммиачный агар), целлюлозолитических - на среде Гетчинсона, микроскопических грибов -на среде Чапека, нитрификаторов - на водном агаре, денитрификаторов - в жидкой среде Гильтая [5, 6].
Математическую обработку полученных данных осуществляли с использованием компьютерных программ Ехе1 и Statistica 6,0.
В результате проведенных исследований установлено значительное влияние систем обработки почвы и минерального азота на микробиоценоз чернозема выщелоченного. Более благоприятные условия для развития микробной биомассы почвы отмечали в варианте с нулевой системой обработки, где в конце мая - начале июня количество микроорганизмов достигало 486±1 мг/кг почвы (см. табл.). При ежегодных поверхностной обработке и вспашке в этот же период величина этого показателя была ниже - 472±7 и 366±30 мг/кг соответственно. В результате применения минерального азота (среднегодовая доза 40 кг д.в./ га) на стерневом фоне микробная биомасса почвы увеличилась до 562±0 мг/ кг (на 16%), по сравнению с вариантом без удобрений. Максимальная в опыте величина этого показателя (855±16 мг/ кг) отмечена в почве залежи. Низкая его вариабельность обусловлена изначаль-
Влияние систем обработки почвы на микробоценоз чернозема выщелоченного*
Показатель Система обработки Залежь (кострец, 40 лет)
отвальная минимальная нулевая
N0 N40 N0 N40 N0 N40
Микробная биомасса, мг/кг 366±30 444±3 472±7 455±16 486±1 562±0 855±16
Численность физиологических
групп микроорганизмов, тыс.
КОЕ/г почвы:
аммонифицирующие 7011 14720 5985 11832 3842 5772 21978
амилолитические, общая 9747 15180 8721 15254 5820 10212 25441
в том числе:
бактерии 6897 9948 5358 10299 3108 7326 22333
актиномицеты 2850 5232 3363 4955 2712 2886 3108
целлюлозолитические, общая 63,8 118,5 92,0 123,0 59,5 89,6 77,7
в том числе:
бактерии 3,0 2,3 1,1 4,6 1,1 3,4 0,8
грибы 3,8 1,2 0,4 1,2 1,1 2,6 2,2
актиномицеты 57,0 115,0 90,5 117,2 57,3 83,6 74,7
микроскопические грибы 48,2 62,7 31,4 59,2 24,3 28,9 40,5
Нитрификаторы 6,4 12,7 4,2 8,9 3,0 6,3 5,2
Денитрификаторы 456 2880 2080 2900 10740 27800 27800
* НСР05=29; Р=
1,63%; коэффициент детерминации - 99,53%.
ной однородностью почвенного покрова участка под стационарным опытом и равномерностью внесения удобрений.
В то же время самое низкое количество микроорганизмов, разлагающих органический азот (среда МПА), отмечено в последнем поле севооборота (под пшеницей) при нулевой системе обработки. Численность в почве аммонифицирующих бактерий на стерневом фоне без удобрений была меньше, по сравнению со вспашкой и поверхностной обработкой, соответственно в 1,5 и 1,8 раза, что свидетельствует о снижении интенсивности процесса трансформации азота в пахотном слое почвы. Это можно объяснить тем, что в вариантах с механическим рыхлением почвы измельченная солома перемешивалась с верхним (0-8 см) или пахотным (0-22 см) ее слоями, а при прямом посеве пожнивные остатки препятствовали быстрому прогреванию почвы, что замедляло развитие микрофлоры в начале вегетационного периода.
Ученые Сибирского НИИ земледелия и химизации считают, что на фоне вспашки чернозема выщелоченного, вследствие более ранней активизации биоты почвы, запас легко минерализуемых азоторганических веществ повышается в первой половине сезона, однако при благоприятных для развития микроорганизмов условиях он достаточно быстро (к июлю) исчерпывается. На стерневом фоне микробиота, наоборот, «раскачивается», и ее эффективность проявляется в более поздние сроки вегетационного периода [7]. Аналогичная закономерность в нашем опыте наблюдается и по количеству микроорганизмов (бактерий и актиномицетов), использующих минеральные формы азота. В варианте с прямым посевом их численность была в 1,5-1,7 раза ниже, чем при вспашке и поверхностной обработке. При этом в почве под кострецом общее количество этих микроорганизмов оказалось наибольшим - до 25441 тыс. КОЕ/г почвы.
Внесение минерального азота повышало массу почвенной микрофлоры, по отношению к контролю без удобрений, при всех изучаемых системах обработки: микроорганизмов, утилизирующих органические соединения азота, стало больше на 98-110% (отвальная, минимальная системы) и 50% (нулевая система); потребляющих минеральный азот, - на 56-75 и 76%; нитрификато-ров - на 98-112 и 110% соответственно. Это, на наш взгляд, обусловлено тем, что при улучшении условий минерального питания содержание растительных остатков в почве на 20-21% больше, чем на фоне без удобрений [8].
Кроме того, уменьшение численности микрооранизмов, участвующих в азотном обмене, при нулевой системе обработки почвы в весенний период может быть связано с многократным применением разноплановых гербицидов (в паровом поле, до посева и по вегетации). Так, в предыдущих исследованиях установлено, что после обработки парового поля баковой смесью гербицидов, содержащих глифосат и 2,4-Д сложного 2-этилгексилового эфира, количественный состав почвенных микроорганизмов, усваивающих и синтезирующих азот, уменьшался [9]. При этом по мере увеличения дозы и сокращения продолжительности периода от применения гербицида до взятия почвенных образцов негативное воздействие на микрофлору возрастало. Например, через 5 дн. после применения смесевых гербицидов Ураган (2 л/га) + Элант (1 л/га) общее количество микроорганизмов во взятых образцах почвы уменьшилось, по сравнению с механическими приемами обработки, на 49-54%, а при использовании Урагана в дозе 4 л/га - на 63%. Причем аммонификаторов стало меньше на 50-57%, нитрификаторов -на 50-65%, азотофиксаторов - 1020%. Но уже через 55 дн. (в середине
лета) после обработки гербицидами в меньших дозах количество микроорганизмов достигало значений, зафиксированных в варианте с механической обработкой пара [9].
В условиях Оренбуржья в период парования при однократном использовании гербицидов по вспашке количество грибов снижалось на 15,6%, на фоне безотвальной обработки - на 33,6%, в сравнении с контролем без средств защиты растений. Двукратное применение гербицидов угнетающе действовало на грибы Pénicillium glaucum, численность остальных видов микроорганизмов снижалась, относительно вариантов с механической обработкой южного чернозема, в 2-4 раза [10].
В то же время длительное использование гербицидов не оказывает существенного негативного воздействия на микрофлору. При систематической вспашке уменьшение численности микроорганизмов в пахотном слое составляло 12-27%, при почвозащитных обработках ухудшения экологической ситуации на гербицидном фоне не наблюдали [11].
Расширение соотношения микроорганизмов, разлагающих органический азот и использующих его минеральную форму, свидетельствует о снижении плодородия почвы [12]. Согласно результатам нашего анализа, на фоне нулевой системы обработки почвы без удобрений величина этого показателя составляла 0,66, с N40 - 0,56; при ежегодной вспашке - 0,72 и 0,96 соответственно. То есть процесс разложения органического вещества почвы интенсивнее идет при ежегодной отвальной обработке.
Максимальное количество нитрификаторов в почве отмечается при ежегодной вспашке, соответственно, и содержание нитратного азота здесь больше, чем при минимальной и нулевой системах обработки.
Прекращение механической обработки резко ухудшает аэрацию почвенного слоя, особенно в начальный период перехода на нулевую технологию, что в первую очередь сказывается на активности нитрифицирующих микроорганизмов [13]. Отсюда нехватка нитратного азота. Так, ученые Карагандинского НИИРС, в начале освоения нулевой системы земледелия при посеве пшеницы по химическому пару наблюдали признаки недостаточности азотного питания растений (бледная окраска листьев), в сравнении с традиционным механическим паром. е Внесение азотных удобрений нивели- | ровало этот эффект. Поскольку в сильно ® засушливые годы действие азотных удо- е брений не проявляется, а их внесение | удорожает получаемую продукцию, для № улучшения азотного режима почвы, по 3 мнению упомянутых исследователей, м при нулевой технологии более рациона- 1 лен посев бобовых культур [13]. 5
На фоне 8-летнего использования прямого посева содержание в пахотном слое почвы денитрификаторов оказалось закономерно выше, чем в вариантах с механической обработкой почвы, что свидетельствует о возможном усилении газообразных потерь азота и, как следствие, - обеднении почвы наиболее ценной для растений формой азотистого питания - нитратами.
Количество целлюлозоразлагаю-щих микроорганизмов при внесении N40 возросло, по сравнению с вариантом без удобрений, на фоне всех системах обработки почвы в 1,3-1,9 раза. Увеличение общего количества целлю-лозоразлагающих микроорганизмов в вариантах с поверхностной обработкой и стерневым фоном происходило за счет бактерий, грибов и актиноми-цетов. Это свидетельствует о том, что при увеличении массы растительных остатков и соломы, особенно на фоне внесения азотного удобрения, в почве создаются благоприятные условия для деятельности таких микроорганизмов. Следовательно, применение азотного удобрения при минимальных и нулевых системах обработки почвы повышает численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов, способствующих формированию положительного баланса гумуса, в пахотном слое чернозема выщелоченного.
Количество микроскопических грибов (на среде Чапека) при минимальной и нулевой системах (24,3-28,9тыс. КОЕ/г почвы) оказалось меньше, чем в варианте с ежегодной вспашкой (48,2-62,7 тыс.). Такая ситуация обусловлена тем, что в последнем случае почва обогащалась кислородом, необходимым для жизнедеятельности большей части грибов, представленной строгими аэробами.
Снижение численности микроскопических грибов при минимальной и комбинированной обработках свидетельствует о нарушении почвенной биоты [12]. Изменяется и видовой состав фикомице-тов: начинают доминировать плесневые грибы из рода Fusarium и Pénicillium, обладающие высокими токсикогенными и фитотоксичными свойствами. Основная роль в образовании токсических веществ в почве принадлежит представителям рода Pénicillium. Этому способствует накопление основной массы растительных остатков на глубине 0-10 см. Токсины этого гриба плохо адсорбируются почвой, слабо инактивируются и могут ■я длительное время находиться в активном о состоянии. Поступая в растение, они на-^ рушают обмен веществ и отрицательно g влияют на урожайность [12]. о» Таким образом, при посеве яровой | пшеницы по необработанной почве в системе нулевой технологии стерневой ® фон прогревается медленно, весной ми-S кробиологические процессы в почве про-$ текают гораздо слабее, чем в вариантах
с глубокими и мелкими механическими обработками. Как следствие, снижается количество микроорганизмов, контролирующих процессы аммонификации (использования минеральных форм азота), и нитрификационная активность выщелоченного чернозема. На этом фоне увеличивается накопление дени-трификаторов, свидетельствующее об уплотнении почвы и потерях азота.
Повысить численность почвенных микроорганизмов, участвующих в азотном цикле, можно путем внесения средней дозы азотного удобрения (N40), применение которого становится важным элементом нулевой системы обработки почвы. Этот прием способствует повышению содержания в пахотном слое почвы стерневого фона количества целлюлозоразлагающих микроорганизмов, обеспечивающих минерализацию органического вещества соломы, пожнивных и корневых остатков.
Негативное влияние плесневых грибов можно снизить, применяя средства комплексной химизации.
Литература.
1. Иванов А.Л. Сельскохозяйственная микробиология и проблемы повышения эффективности и экологической безопасности земледелия наландшафтной основе // Тезисы докл. Всерос. конф. СПб., 2001. С. 9-11.
2. Тихонович И.А., Круглов Ю.В. Микробиологические аспекты плодородия почвы и проблемы устойчивого земледелия // Плодородие. 2006. №5(32). С. 9-12.
3. Свешникова А.А., Полянская Л.М., Лукин С.М. Микробные комплексы почв различных угодий Владимирской области // Почвоведение. 2001. № 4. С. 461-468.
4. Телегин В.А. Влияние длительного применения азотных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и плодородие чернозема выщелоченного в Курганской области: дис. ...канд. с.-х. наук. М., 2007. 139 с.
5. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве / С.А. Благодатский, Е.В. Благодатская, А.А. Горбенко, Н.С. Паников // Почвоведение. 1987. № 4. С.71-81.
6. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Пере-верзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Агропромиздат, 1987. 239 с.
7. Данилова А.А. Оценка динамики мобильных органических веществ при различных способах основной обработки почвы по показателям ее ферментативной активности / Материалы научно-практ. конф., посвященной 115-й годовщине со дня рождения Т.С. Мальцева. Курган, 2006. С. 298-304.
8. . Эффективность технологий прямого посева в условиях Зауралья / С.Д. Гилев, И.Н. Цымбаленко, А.А. Замятин, А.П. Курлов // Земледелие. 2014. № 6. С.19-22.
9. Копылов А.Н. Эффективность использования гербицидов при подготовке чистого пара в лесостепи Зауралья: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук, Курган, 2008. С. 124.
10. Павлова О.Г Почвозащитная влагосбе-регающая технология основной обработки и ухода за паром под озимую пшеницу на южных черноземах Оренбуржья: дис. ... канд. с.-х. наук. Оренбург, 2000. 253 с.
11. Хамова О.Ф. Влияние многолетней минимизации обработки и применения средств химизации на биологическую активность лугово-черноземной почвы: Материалы Междунар. научно-практ. конф., посвященной 75-летию со дня рождения
B.Г. Холмова. Омск, 2012. С. 188-194.
12. Майсямова Д.Р., Абрамов Н.В. Биологический режим чернозема обыкновенного в процессе сельскохозяйственного использования // Аграрный вестник Урала. 2008. № 5. С. 35-37.
13. Ющенко Н.С. Нулевые технологии в Центральном Казахстане // Аграрный сектор. 2012. № 2-3. С.16-18; 50-53.
Technique of direct seeding and microbiological activity of leached chernozem
C.D. Gilev1, i.N. Tsymbalenko1, A.p. Kurlov1, i.V. Rusakova2
1Kurgansky agricultural research Institute, Lenin street, 9, v. Sadovoe, Ketovo district, Kurgan region, 641325, Russia 2All-Russian Research Institute of Organic Fertilizers and Peat, Pryanishnikov str., 2, set. Vyatkino, Sudogda district, Vladimir region, 601390, Russia
Summary. For effective management of pro-ductional process it is very important to consider the microbiological changes in the soil. One of the main factors directly effects soil microflora. It is use of soil cultivation and nitrogen application systems, various on intensity. With transition from annual plowing (moldboard plowing) to direct seeding of spring wheat (zero system) the total microbial biomass count of the leached chernozem increases from 366±30 till486±1 mg/kg. At the same time on a stubble background the number of physiological groups of microorganisms decreases: ammonifying bacteria - from 7011 thousand to3842thousand CFU/g of soil(by 1.8 times); amylolytic bacteria and actinomycet-es - from 9747till5820(1.7times); nitrate bacteria- from 6.4 thousand till 3.0 thousand CFU/g of soil (2.1 times). The quantity of denitrifiers, on the contrary increased from 456 thousand to 10740 thousand CFU/g of soil, that testified to shortage of nitrogen in the soil. Thus the maintenance of microscopic mycophyta decreased from 48.2 thousand to 24.3 thousand CFU/g of soil. WWith use of nitric fertilizers (an average annual dose of 40 kg active ingredient per hectare) at zero system the total of microbic biomass (increases by 16%), the microorganisms utilizing organic compounds of nitrogen (50%) and consuming mineral nitrogen (76%), and also nitrate bacteria (by 110%), in comparison with options without fertilizers.
Keywords: system of soil cultivating, microbial biomass, physiological groups of microorganisms, nitrogen fertilizers.
Author Details: C.D. Gilev, Cand.Sc.(Agr.), Deputy Director (e-mail: kniish@ketovo.zaural. ru); I.N. Tsymbalenko, Cand.Sc.(Agr.), Leading Researcher; A.P. Kurlov, Senior Researcher; I.V. Rusakova, Cand.Sc.(Biol.), Deputy Director
For citation: Gilev C.D., Tsymbalenko I.N., Kurlov A.P., Rusakova I.V. Technique of direct seeding and microbiological activity of leached chernozem. Zemledelie. 2015. No. 3. pp. 28-30 (in Russ.).
