CC BY
17БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
УДК 631.8 : 631.46 : 631
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО
Н.Н. Шулико, О.Ф. Хамова, к.б.н., Е.В. Падерина, к.с.-х.н., Е.В. Тукмачева, к.б.н., СибНИИСХ
В условиях длительного стационарного опыта (25 лет) установлено положительное влияние систематического применения минеральных удобрений и соломы в сочетании с инокуляцией семян ассоциативными азотфиксаторами на численность микроорганизмов и нитрификационную способность чернозема выщелоченного под ячменем.
Ключевые слова: минеральные удобрения, солома, инокуляция, численность микроорганизмов,
нитрификационная способность, чернозем, ризосфера, ячмень.
Почвенная микрофлора определяет интенсивность и направленность мобилизационных биологических процессов в почве, накопление и обеспеченность её элементами питания. Применение минеральных удобрений в умеренных дозах в целом положительно влияет на численность и активность почвенной микрофлоры, улучшая питание микроорганизмов и возделываемых растений. После уборки культур остается дополнительное количество растительных остатков и соломы, перерабатываемых различными группами микроорганизмов. Эффективность удобрения соломой заметно возрастает при дополнительном внесении азота. По данным СибНИИСХ, в южной лесостепи и степной зоне прибавка урожая пшеницы достигала от мульчирования соломой и внесения азота в дозе 10 кг на 1 т соломы 3,0 ц/га. Ежегодные поступления с соломой в почву могут составлять около 200 тыс. т азота, фосфора и калия [3, 7].
Приемом, способствующим увеличению в почве доступного азота, является бактеризация семян злаковых культур биопрепаратами на основе штаммов ассоциативных азотфиксаторов.
По результатам исследований в условиях юга Западной Сибири и Алтая, инокуляция семян зерновых ассоциативными диазотрофами стимулирует рост культуры, усиливает устойчивость к фитопатогенам, экологическим стрессовым ситуациям, дает прибавку урожая зерна до 0,31 т/га, повышает долю биологического азота в питании растений [2, 6].
Цель исследований - оценить влияние длительного (25 лет) применения минеральных удобрений и соломы в сочетании с бактеризацией семян на биологическую активность, плодородие чернозема выщелоченного и дать экологическую оценку изучаемым агроприемам.
Методика. Исследования проводили в 2012-2013 гг. под ячменем - заключительной культурой пятипольного зернопарового севооборота: 1 - пар чистый; 2 - пшеница; 3 - соя; 4 - пшеница; 5 - ячмень в условиях многофакторного стационарного опыта закладки 1989 г. Почва - чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусовый тяжелосуглинистый, сумма поглощенных оснований 26-32 мг-экв/100 г, рН почвенного раствора - нейтральная.
Схема опыта: 1. У0С0И0; 2. УДИо; 3. УоСй; 4. Икодородие №4 2015
УДИь 5. УДоИо; 6. УАИо; 7. ^СОИь 8. И!.
Фактор А - внесение минеральных удобрений: Уо -без удобрений (контроль); У! - МзоР54К18. За ротацию севооборота вносят ^5оР27оК9о кг д.в/га. Фактор В -солома: Со - без применения соломы; С1 - внесение соломы (вносят систематически при уборке каждой культуры севооборота в количестве, соответствующем её урожаю на фоне питания). Фактор С -бактериальные удобрения: Ио - без инокуляции, И1 -инокуляция семян ячменя биопрепаратом ризоагрин (производство ВНИИСХМ на основе штамма Agrobacterium гаёюЪа^ег, штамм 204). Сорт ячменя Омский 95. Площадь делянки - 40 м2. Образцы почвы на микробиологический анализ отбирали в течение вегетации, по фазам развития растений - кущение, колошение, налив зерна.
В свежих образцах почвы (слой 0-20 см) учитывали численность микроорганизмов на твердых питательных средах согласно общепринятым методам [5]. Общее количество микроорганизмов - условная суммарная величина всех определяемых групп в млн КОЕ/г абсолютно сухой почвы. Нитрификационную способность почвы определяли по Кравкову с инкубацией 21 день, азот нитратов - по Грандваль-
Ляжу [1].
Погодные условия в период исследований были различны. Вегетационный период 2012 г. характеризовался как засушливый, ГТК за май - август составил 0,69. Острозасушливым был июль с суммой осадков 8 мм при норме 67 мм. В 2013 г. лето было прохладным (недобор тепла за май - август составил о,4оС), с количеством осадков 218 мм при норме 197 мм, ГТК - 1,11.
Результаты и их обсуждение. Продуктивность сельскохозяйственных культур, эффективность удобрений, численность и активность различных групп почвенных микроорганизмов в значительной степени зависят от содержания элементов питания и влагообеспеченности почвы.
Увеличение влажности почвы оказывает стимулирующее действие на бактерии, наоборот, снижение влажности приводит к уменьшению их количества.
Исследования показали, что в 2012 г. применение минеральных удобрений положительно влияло на общее количество определяемых микроорганизмов, как раздельно, так и в сочетании с соломой (табл. 1).
Вегетационный период 2012 г. в целом характеризовался как засушливый. Возможно этим объясняется отсутствие существенных различий по факторам внесения соломы и инокуляции семян ячменя.
Острозасушливые условия июля 2012 г. негативно повлияли на численность почвенной микрофлоры. В
фазе колошения по сравнению с июньским сроком отбора проб (фаза кущения) проявилась тенденция к снижению аммонифицирующих бактерий на МПА до 45%, фосфатмобилизующих в 3-5 и более раз, нитрификаторов и грибов - более, чем в 2 раза.
На удобренном фоне в фазе кущения количество определяемых микроорганизмов превышало контроль без внесения удобрений почти на 60,0%. В период засухи, в июле, различия в численности бактерий между фонами несколько сгладились. В то же время количество грибов на удобренном фоне возросло в сравнении с контролем в 2-3 раза, что свидетельствует об их большей устойчивости к неблагоприятным условиям.
В начале августа (налив зерна) наблюдалось увеличение численности определяемых групп микроорганизмов, что связано с выпадением осадков (94% к норме) и поступлением в почву дополнительных источников питания для микроорганизмов в виде корневого и листового опада, корневых выделений растений и т.д. В вариантах с применением соломы и минеральных удобрений численность грибов
увеличилась в 2-3 раза по сравнению с предыдущим сроком отбора проб, так как улучшились условия минерализации органических остатков (табл. 2).
1. Влияние применения минеральных удобрений, соломы и инокуляции семян ризоагрином на общую численность микроорганизмов под ячменем (в среднем за вегетацию 2012 г., _слой 0-20 см)_
Общее количество микроорганизмов, млн КОЕ/г
Фактор влияния Среднее из трех определений Среднее по фактору
Удобрен ие (А) Солома (В) Инокуля ция (С) А В С
Без удобрен ий Уо Со Ио 231,3 227,3 268,2 292,1
И1 221,5
С1 Ио 232,4
И1 223,8
№оР54К1 8 У1 Со Ио 334,9 319,8 278,9 255,о
И1 285,о
С1 Ио 369,6
И1 289,6
НСРоз 61,1 Рф<Бо5
2. Численность микроорганизмов под посевом ячменя в зависимости от применения минеральных удобрений, внесения соломы и
Вариант опыта Бактерии на МПА, млн КОЕ/г Микроорганизмы на КАА, млн КОЕ/г Олигонитрофилы, млн КОЕ/г Нитрификаторы, тыс. КОЕ/г Грибы, тыс. КОЕ/г
куще ние колоше ние налив зерна куще ние колош ение налив зерна куще ние колош ение налив зерна кущен ие колош ение налив зерна кущен ие колош ение налив зерна
УоСоИо 35,9 25,7 25,8 26,9 4о,2 29,1 77,5 76,2 123,2 о,56 о,15 2,55 56,6 27,5 92,4
УАИо 4о,2 22,о 5о,6 26,4 2о,8 54,1 74, о 44,2 144,5 о,58 о,15 1,27 31,3 19,6 24,2
УоСоИ1 42,9 24,5 29,3 33,4 26,1 32,о 77,4 47,7 127,2 о,51 о,26 1,46 41,5 19,8 55,3
УАИ1 43,о 28,8 35,6 43,о 31,5 34,6 Ю3,2 59,1 85,5 о,47 о,2 1,55 44,8 21,9 39,1
У1Со Ио 61,1 26,6 31,3 47,6 32,5 34,6 176,5 45,о 172,1 о,64 о,14 2,62 53,о 76,о 63,о
УАИо 49,8 3о,4 43,6 37,1 37,6 42,7 2о6,9 64,о 182,3 о,65 о,33 1,95 33,3 37,6 71,о
У1Со И1 36,8 27,о 39,5 35,о 3о,6 4о,1 Ю6,3 54,9 153,2 о,65 о,29 2,о7 3о,5 58,9 69,3
У1С1И1 47,3 29,8 38,5 56,3 37,о 42,5 154,8 71,7 Ю6,3 о,75 о,17 1,о9 73,5 4о,9 139,8
НСРо5 5,9 7,5 27,7 о,3 17,9
Численность автотрофных нитрификаторов в августе 2012 г. увеличилась в контрольном варианте в 17 раз, в варианте с внесение удобрений в 18,7 раза по сравнению с предыдущим сроком отбора. Количество олигонитрофилов возросло в августе по сравнению с июльским сроком определения в контрольном варианте в 1,4-3,2 раза, при внесении удобрений в 1,5-3,8 раза. Высокая численность олигонитрофилов
свидетельствует о нехватке азота растениям для продукционного процесса [4]. Такая ситуация действительно сложилась в почве под растениями ячменя в конце вегетационного периода.
Таким образом, динамика численности микроорганизмов по фазам развития растений отражает изменяющееся во времени действие удобрений, растительных остатков и увлажнение почвы.
В 2013 г., вегетационный период которого характеризовался выпадением осадков выше нормы на 10%, общее количество микроорганизмов в среднем за вегетацию ячменя превышало контроль 2012 г. в 2 раза, удобренный фон - в 1,4 раза, составляя 366-560 млн КОЕ/г. При использовании соломы в качестве удобрения в 2013 г. наблюдалась тенденция к росту общей численности микроорганизмов до 52% к варианту без соломы. Инокуляция семян ячменя ассоциативными диазотрофами практически не влияла
на численность бактерий в сравнении с контролем.
В этой связи наряду с исследованиями почвы междурядий анализировали также почву ризосферы ячменя.
В среднем за годы исследований наибольшее достоверное влияние на общую численность микроорганизмов в ризосфере из трех изучаемых факторов оказало применение минеральных удобрений (табл. 3).
3. Общая численность микроорганизмов ризосферы ячменя,
млн КОЕ/г
Фактор влияния 2о12 г. 2о13 г. Среднее Среднее по фактору
Удобрен ие (А) Солома (В) Иноку ляция (С) А В С
Без удобрени й Уо Со Ио 272,6 354,4 313,5 319,2 412,2 399,6
И1 398,6 384,9 391,8
С1 Ио 2о5,2 315,1 26о,2
И1 318,о 3о5,1 311,6
К3оР54К18 У1 Со Ио 335,4 682,4 5о8,9 462,7 369,7 382,4
И1 513,9 355,6 434,8
С1 Ио 38о,5 65о,9 515,7
И1 376,3 4о6,5 391,4
НСРоз 136,3 Рф<Бо5
Итогом деятельности почвенной микрофлоры является накопление в почве подвижных элементов питания для растений, в частности, азота нитратов.
В условиях засухи 2012 г. количество нитратного азота в почве в период кущения ячменя было повышенным, а на удобренном фоне - высоким, так как в жаркую и сухую погоду потребление его растениями снижается. При достаточном увлажнении в 2013 г. содержание азота нитратов в период кущения ячменя было низким, на удобренном фоне - средним, уменьшаясь в период налива зерна до следов.
Количество азота нитратов, мобилизующееся в благоприятных условиях температуры и влажности почвы (нитрификационная способность), в 2013 г. было наиболее высоким в период колошения ячменя и на фоне удобрений превышало контроль на 25%. Внесение соломы повышало накопление азота в благоприятных условиях на 8-11 мг/кг азота нитратов (табл. 4).
4. Нитрификационная способность почвы в зависимости от применения удобрений и инокуляции семян ячменя, мг/кг N-N03,
2013 г.
Вариант Исходное содержание N-NO3 Нитрификационная способность
опыта авгус т авгус т в среднем
июнь июль июнь июль за вегетацию
У0С0И0 5,8 2,2 1,4 15,2 22,9 20,6 19,6
У0С0И1 10,6 5,7 след ы 23,7 35,4 13,2 24,1
У0С1И0 8,8 2,5 0,2 24,7 30,9 19,7 25,1
У0С1И1 8,2 3,2 след ы 18,6 22,6 15,5 18,9
Среднее У0 8,4 3,4 0,4 20,6 28,0 17,3 21,9
У1С0И0 13,2 7,5 0,4 28,0 36,0 18,6 27,6
У1С0И1 8,7 7,7 след ы 29,2 31,6 12,3 24,3
У1С1И0 11,4 5,4 0,5 38,2 43,6 16,3 32,7
У1С1И1 8,3 5,5 след ы 22,0 28,9 13,5 21,5
Среднее У1 10,4 6,5 0,2 29,4 35,0 15,2 26,5
Таким образом, установлено положительное влияние факторов длительного применения минеральных удобрений и внесения соломы на численность агрономически важных групп микроорганизмов. Наибольшее влияние минеральных удобрений на численность микроорганизмов отмечено в ризосфере ячменя. Увлажнение почвы в течение вегетационного периода стимулировало рост численности микроорганизмов.
Нитрификационная способность почвы была наиболее высокой в период колошения ячменя и на удобренном фоне превышала контроль на 25%.
Литература
1. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: МГУ, 1970. -325 с. 2. Воронкова, Н.А. Биологические ресурсы сохранения плодородия черноземов и повышения продуктивности агроценозов в южной лесостепи Западной Сибири. - Автореф. дис... д.с.-х. наук: 06.01.04 / Воронкова Н.А. - Омск, 2011. - 36 с. 3. Гамзиков, Г.П. Агрохимические проблемы сибирского земледелия / Г.П. Гамзиков // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета.- 2011. - Т.5. - №21. - С. 5-20. 4. Коробова, Л.Н. Научно-методические рекомендации по использованию микробиологических показателей для оценки состояния
пахотных почв Сибири / Л.Н. Коробова, А.В. Таранова, С.А. Ферапонтова, А.В. Шинделов // Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2013. - 39 с. 5. Теппер, Е.З. Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. - М.: Колос, 1993. - 175 с. 6. Шотт, П.Р. Биологическая фиксация азота в однолетних агроценозах лесостепной зоны Западной Сибири. - Автореф. дис... д.с.-х. наук/ П.Р. Шотт. - Барнаул, 2007. - 30 с. 7. Юшкевич, Л.В. Применение соломы в засушливом земледелии Западной Сибири / Л.В. Юшкевич и др. - Омск: Вариант-Омск, 2013. - 28 с.
EFFECT OF LONG-TERM FERTILIZATION ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF LEACHED CHERNOZEM
N.N. Shuliko, O.F. Khamova, E. V. Paderina, E. V. Tukmacheva Siberian Research Institute of Agriculture, pr. Koroleva 26, Omsk, 644012, Russia, E-mail: sibniish@bk.ru
Positive effect of the systematic application of mineral fertilizers and straw in combination with seed inoculation by associative nitrogen-fixing bacteria on the abundance of soil microorganisms and the nitrifying capacity of leached chernozem under barley plants has been determined in a long-term (25 year-long) field experiment.
Keywords: mineral fertilizers, straw, inoculation, microbial abundance, nitrifying capacity, chernozem, rhizosphere, barley.
