CC BY
16
7. Капустин С.И., Капустин А.С., Барановский А.В. Крупяные культуры: монография. -Луганск: ЛНАУ, 2012. 130 с.
8. Ванин Д.Е. Изучение основы природоохранных, ресурсосберегающих, интенсивных систем земледелия //Земледелие. 1986. № 11. С. 26-30.
9. Randall G.W. Manching tillage and cropping systems to Ckarion-Nicollet-Webster soil /G.W. Randall; пер. М. Ажигаев //Conservation tillage on wet soil. Clear Lake (Iowa). 1987. P. 93-99.
10. Andreini M.S. No-till may solve compaction problems in your heavy soils /M.S. Andreini; пер. М. Верещак // No-till farmer. 1985. P. 7.
11. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия: Учебное пособие. - М.:Колос, 1996. 366 с.
12. Кирпа М.Я. Ефективнють рiзких технологш тсля збирально! обробки зерна кукурудзи //Енергозберiгаючi технологи вирощування зернових культур у Степу Украши. -Дшпропетровськ, 1995. С. 22-27.
13. Циков В.С. Состояние и перспективы развития системы обработки почвы (обзор-исследования-опыт). - Днепропетровск: ООО «ЭНЭМ», 2008. 168 с.
14. Батурин В. No-till: шаг к идеальному земледелию. - Киев: изд-во «Зерно», 2007. 128 с.
15. Хромяк В.М., Капустин С.И., Капустин А.С. Базовые технологические схемы выращивания основных полевых культур. - Луганск, 2010. 107 с.
16. Посев по технологии No-till в рамках почвозащитного земледелия. Пер с англ. (печатается по изданию No-tillage seeding in conservation agriculture. Second edition, 1996). - Днепропетровск, 2007. 356 с.
Капустин С.И., кандидат с.-х. наук, доцент ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ», г. Михайловск, Ставропольский край, ул. Никонова, д. 49 , E-mail: sniish@mail.ru
Kapustin S.I., Cand. Agr. Sci., Assistant Professor of the FSBSI "North Caucasus FARC", Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonov St., 49. E-mail: sniish@mail.ru
DOI: 10.25930/003.2.12.2019 УДК 631.445.4:631.5:631.46
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ НА ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТЬ И АКТИВНОСТЬ ЭКОЛОГО-ТРОФИЧЕСКИХ ГРУПП МИКРООРГАНИЗМОВ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
Е.А. Менькина
В современном земледелии отмечается все большее вмешательство человека в природные процессы, что приводит к изменению естественного функционирования экосистем. Изучали влияние способов обработки почвы, предшественников и удобрений на влажность почвы и микробиологическую активность чернозема обыкновенного зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края. На вариантах с традиционной технологией обработки почвы влаги меньше после предшественника горох. Запасы продуктивной влаги в 2018 году оказались ниже очень плохих, в 2017 году они классифицировались как плохие. По предшественнику горох в технологии no-till активность протеолитических микроорганизмов в среднем выше, чем в традиционной технологии. В более засушливый год при внесении аммиачной селитры активность данной группы микроорганизмов увеличивается на вариантах с обработанной почвой. По предше-
ственнику кукуруза в увлажненной почве активность аминоавтотрофов выше в технологии no-till на 33%. В засушливый год только на варианте с полным внесением минерального удобрения активность данной группы микроорганизмов превышает по традиционной обработке на 12%. Наибольшую численность аммонификаторов мы наблюдали по предшественнику кукуруза (в среднем 424,8 ><Ю5КОЕ/г АСП), после гороха их содержится всего 197,6 ><Ю5КОЕ/г АСП. Аминоавтотрофов, наоборот, больше после гороха - 425,7 ><Ю5КОЕ/г АСП, что в 2,5 раза больше, чем количество колоний после кукурузы. Установлено наибольшее значение коэффициента минерализации на контрольном варианте в почве с влажностью 19,45% в технологии без обработки почвы по предшественнику кукуруза (4,13). Несколько медленнее эти процессы протекают при внесении полной дозы удобрения (от 0,63 до 1,70).
Ключевые слова: влажность почвы, микроорганизмы, коэффициент минерализации, предшественник, обработка почвы, удобрения
INFLUENCE OF ELEMENTS IN THE CULTIVATION TECHNOLOGY ON MOISTURE AVAILABILITY AND ACTIVITY OF ECOLOGICAL TROPHIC GROUPS IN COMMON CHERNOZEM MICROORGANISMS
E.A. Menkina
In modern agriculture, the increasing intervention of the person in natural processes is noted that leads to a change of natural functioning of ecosystems. We studied the influence of tillage methods, predecessors and fertilizers on humidity of the soil and microbiological activity of the common chernozem in the unstable moisture zone of the Stavropol Territory. On the variants with the traditional technology of tillage, moisture is less after pea as a predecessor. Reserves of productive moisture in 2018 were lower than very poor; in 2017 they were classified as poor. In the case of pea predecessor in the technology of No-till, the activity of proteolytic microorganisms is on average higher than in traditional technology. In more dry year, at introduction of ammonium nitrate, the activity in this group of microorganisms increases on the variants with treated soil. On the corn predecessor in the humidiаfied soil, the activity of aminoautotrophs is 33% higher in No-till technology. In a dry year, only on the variant with full introduction of mineral fertilizer, the activity of this microorganisms group exceeds traditional treatment by 12%. We observed the greatest abundance of ammonifiers on the corn predecessor (on average 424,8 x 105 units in absolutely dry soil), after pea there are only
197.6 x 105 units in absolutely dry soil. Aminoautotrophs, on the contrary, are more after pea:
425.7 x 105 units in absolutely dry soil that is 2,5 times more than the number of colonies after corn. The highest value of mineralization coefficient was found on the control variant in soil with humidity of 19,45% in the technology without tillage for the corn predecessor (4,13). Slightly more slowly, these processes proceed at introduction of a full dose of fertilizer (from 0,63 to 1,70).
Key words: humidity of the soil, microorganisms, mineralization coefficient, predecessor, treatment of the soil, fertilizers
Введение. В современном земледелии отмечается все большее вмешательство человека в природные процессы, что приводит к изменению естественного функционирования экосистем. Антропогенное воздействие на экосистемы можно оценить на основании многих показателей, в том числе и по реакции на них микроорганизмов [1]. По современным представлениям, почва - это биологическая и биохимическая система, одним из главных компонентов которой является почвенная микрофлора [2]. Микроор-
ганизмы активно участвуют в разложении растительных остатков, фиксации азота, фи-тосанитарном состоянии почвы, благодаря им накапливаются в почве активные вещества [3]. В современном земледелии все большее распространение получает технология прямого посева, без обработки почвы (no-till), но получено мало данных об изменении численности микроорганизмов, трансформирующих соединения азота.
Цель исследований - изучить численность эколого-трофических групп микроорганизмов в почвах с разной технологией возделывания, по разным предшественникам и с различным уровнем минерального питания.
Материал и методы. Исследования проводили на экспериментальном поле ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ», которое расположено в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья. В год осадков выпадает от 550 до 570 мм, в течение вегетационного периода - 350-400 мм, ГТК 0,9-1,1. Сумма эффективных температур составляет 3000-3200°С. Максимальная температура воздуха может достигать +400С, лето жаркое.
Исследуемые почвы - чернозем обыкновенный среднемощный слабогумусиро-ванный тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках. Изучали четыре варианта рядкового внесения разных видов и доз минеральных удобрений - контроль (без удобрений), N12P52 (аммофос, 1,0 ц/га), N52P52K52 (нитроаммофоска, 3,3 ц/га), N52 (аммиачная селитра, 1,5 ц/га). Два варианта обработки почвы: прямой посев, без обработки почвы (No-till) и традиционная технология обработки почвы для данной зоны края. Озимую пшеницу высевали по двум предшественникам - гороху и кукурузе. Повторность опыта трёхкратная. Площадь делянки 132 м . Размещение вариантов опыта систематическое в двух ярусах.
Микроорганизмы выявляли по общепринятым методикам, на плотных питательных средах. Отбор почвенных образцов проводили осенью из слоя 0-20 см с каждой повторности.
Результаты исследований. Основой для жизни растений, почвенной микрофлоры и фауны является почвенная влага. Не случайно ее сравнивают с кровеносной системой организма. Произрастающие растения расходуют много воды в процессе своей жизнедеятельности, ведь для создания 1 грамма сухого вещества потребляется от 200 до 1000 г воды. Все происходящие в почве процессы протекают при достаточном количестве влаги в ней.
Таблица 1 - Влияние предшественника и способов обработки на влажность почвы в _слое 0-20 см в посевах озимой пшеницы, %_
Вариант Горох Кукуруза
No-till традиционная No-till традиционная
2017 2018 2017 2018 2017 2018 2017 2018
Контроль 20,41 10,61 16,28 8,18 19,45 10,86 18,01 10,78
N12P52 20,32 12,42 16,04 8,85 19,85 11,50 17,39 11,06
N52P52K52 20,47 9,67 14,73 7,54 19,90 11,29 18,26 9,84
N52 18,93 10,92 17,80 9,22 19,77 10,72 16,74 8,36
Наличие в почве воды чаще всего обусловлено количеством атмосферных осадков. Из данных таблицы 1 следует, что в период отбора почвенных образцов в 2017 году почва была более насыщена влагой, чем в 2018 году. В покрытой пожнивными остатками почве, в технологии без обработки почвы, влаги сохраняется больше, чем в
почвах, которые были подвержены механической обработке. Кукуруза является предшественником, который хорошо иссушает почву, но на вариантах с традиционной технологией обработки почвы влагообеспеченность меньше после гороха, возможно, после уборки культуры сорняки интенсивно использовали влагу из почвы.
По классификации Куприченкова [4], запасы продуктивной влаги в почве в 2018 году были ниже очень плохих, что сказалось на активности микрофлоры. В 2017 году они классифицировались как плохие.
Микроорганизмы являются идеальными биоиндикаторами изменений почвы. Обработка почвы, минеральные удобрения вызывают значительные изменения в комплексе микроорганизмов, которые не всегда имеют положительный характер (табл. 2).
Таблица 2 - Численность микроорганизмов в посевах озимой пшеницы в зависимости _от ^ предшественника и способа обработки почвы, 105 в 1 г АСП_
Вариант Го рох Кукуруза
No-till традиционная No-till традиционная
2017 2018 2017 2018 2017 2018 2017 2018
Протеолитические микроорганизмы
Контроль 47,8 56,2 62,8 47,8 39,5 53,8 52,4 56,4
N12P52 54,0 69,5 49,3 65,3 157,6 59,1 46,7 73,2
N52P52K52 1022,9 140,0 392,3 136,7 2329,5 138,9 1554,2 100,3
N52 679,4 87,8 134,3 115,1 1605,3 73,4 373,9 82,2
Амилолитические микроорганизмы
Контроль 54,1 71,5 163,2 75,1 76,0 65,4 66,6 50,0
N12P52 109,7 86,3 93,5 88,1 150,6 87,1 80,5 59,7
N52P52K52 649,5 145,4 1632,9 145,7 666,7 108,2 522,6 121,1
N52 974,5 96,3 2312,1 113,3 309,9 90,3 236,7 71,2
Следует отметить, что отбор почвенных образцов в 2017 году проводили после внесения удобрений и посева озимой пшеницы, а в 2018 году до посева культуры, поэтому активность почвенной микрофлоры в 2017 году в среднем по вариантам была существенно выше.
Микробный пул почв на вариантах с полным минеральным удобрением достаточно высок, активны процессы минерализации органического вещества, отмечается возрастание численности микроорганизмов, трансформирующих азотсодержащие соединения.
Проведенные исследования показали, что численность протеолитических микроорганизмов в технологии no-till и в традиционной технологии отличается между собой. По предшественнику горох в технологии no-till их активность в среднем выше, чем в традиционной технологии. В более засушливый год при внесении аммиачной селитры активность данной группы микроорганизмов увеличивается на вариантах с обработанной почвой. По предшественнику кукуруза мы также наблюдали более высокую численность на вариантах без обработки почвы.
Важным компонентом почвенной микробиоты являются микроорганизмы-аммонификаторы, использующие органические формы азота и участвующие в деструкции растительных остатков и отмерших корней растений. В год, когда отбор проводили после внесения удобрений, отмечалась более высокая активность данной группы микроорганизмов по предшественнику горох с традиционной обработкой (разница по вариантам в среднем составила 2,3 раза). Достаточное количество влаги и измельченные
растительные остатки гороха способствовали повышению активности аммонификато-ров. В засушливый год такой разницы не обнаружено. По предшественнику кукуруза в увлажненной почве активность бактерий выше на вариантах с технологией no-till на 33%. В засушливый год только при полном внесении минерального удобрения активность данной группы микроорганизмов выше на традиционной обработке почвы (на 12%).
Если сравнивать влияние предшественников на микрофлору почвы, то можно сделать вывод, что в сухой почве она выше после гороха. Внесение нитроаммофоски и аммиачной селитры значительно увеличивает активность изучаемых групп микроорганизмов по сравнению с контрольными вариантами. Сравнивая эти данные по годам, видим, что аммонификаторов больше в среднем по предшественнику кукуруза (424,8 хЮ5КОЕ/г АСП), а после гороха их содержится всего 197,6 хЮ5КОЕ/г АСП. В то же время аминоавтотрофов больше после гороха - 425,7 *105 КОЕ/г АСП, что в 2,5 раза превышает их число колоний после кукурузы.
Процесс минерализации усиливается при интенсивном земледелии, поэтому очевидна необходимость оценки отношения численности микроорганизмов, развивающихся на поздних стадиях минерализационного процесса и утилизирующих низкомолекулярные соединения и гумусовые вещества, к численности микроорганизмов, разрушающих свежие растительные и животные остатки. Такое отношение представляет собой коэффициент минерализации.
Таблица 3 - Коэффициент минерализации почвы в зависимости от предшественника и способов её обработки, 2017-2018 гг._
Вариант Го рох Кукуруза
No-till традиционная No-till традиционная
2017 2018 2017 2018 2017 2018 2017 2018
Контроль 1,13 1,27 1,21 1,57 4,13 1,21 1,27 0,89
N12P52 2,03 1,24 3,05 1,35 0,59 1,48 1,72 0,81
N52P52K52 0,63 1,04 1,70 1,07 0,70 0,78 0,34 1,21
N52 1,43 1,10 2,31 0,98 1,44 1,23 0,63 0,87
В почвах разных вариантов наблюдается колебание содержания числа аммонифицирующих и аминоавтотрофных микроорганизмов, что, в свою очередь, влечет за собой колебание коэффициента минерализации. На контрольном варианте в почве с влажностью 19,45% в технологии без обработки почвы по предшественнику кукуруза установлено наибольшее значение этого показателя (4,13). Несколько медленнее эти процессы протекают при внесении полной дозы удобрения (от 0,63 до 1,70).
На вариантах с традиционной технологией после гороха при внесении N12P52 и N52, а также в технологии no-till при внесении аммофоса и на контрольном варианте после кукурузы на no-till отмечается высокий уровень минерализации органического вещества (от 2,03 до 4,13) по сравнению с остальными вариантами. Возможно, это связано с более высокой биогенностью этих участков.
Нами проведен трехфакторный дисперсионный анализ полученных результатов исследований. Факторами выступали способы обработки, предшественники и удобрения. В более увлажненной почве все факторы оказали существенное влияние для изучаемых групп микроорганизмов. Для аммонификаторов доминирующим был фактор удобрения (БФакт 235,5 при Ртаб095 2,7), несколько меньшее влияние было у фактора
предшественник ^факт 134,5 при FTa6095 4,0). Фактор обработка почвы также имел влияние на изучаемые группы (Бфакт 103,7 при Бтаб095 4,0). Для аминоавтотрофов факторы обработка почвы и удобрения оказали существенное влияние, а фактор предшественник, хотя и показал достоверное влияние, но оно было незначительным (Бфакт32,2 при Fto6095 4,0).
В засушливый год обработка почвы не оказала достоверного влияния на активность эколого-трофических групп микроорганизмов. Наиболее значительным было влияние различных доз удобрений, которое составило у аминоавтотрофов 53,1%, ами-ногетеротрофов - 61,5%. Фактор предшественник достоверен, но не оказал значительного влияния.
Выводы. Таким образом, комплексы бактерий в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании, отличаются между собой из-за разного антропогенного влияния на них. Численность микроорганизмов зависит от многих факторов: погодных условий, вносимых минеральных удобрений, предшественника, обработки почвы. В наших опытах в засушливые годы разные способы обработки почвы не оказали существенного влияния на активность изучаемых групп микроорганизмов, тогда как в годы с хорошей влагообеспеченностью при разных способах обработки почвы оно было существенно.
После внесения удобрений отмечается всплеск активности микроорганизмов, трансформирующих соединения азота. Важную информацию об интенсивности и направленности почвенно-микробиологических процессов дают абсолютные числа количества различных микроорганизмов и их соотношения между собой. В технологии без обработки почвы коэффициент минерализации выше, чем на обрабатываемых почвах.
Литература
1. Менькина Е.А., Воропаева А.А. Изменение агрохимических и микробиологических свойств чернозема обыкновенного при разных технологиях возделывания озимой пшеницы //Сельскохозяйственный журнал. 2018. №1 (11). С. 35-42. DOI: 10.25930/0372-3054-2018-1-1141-500.
2. Звягинцев Д.Г. Современные проблемы почвенной микробиологии. Микроорганизмы в сельском хозяйстве //Тезисы докладов III Всесоюзной науч. конф. - М.: Изд-во МГУ, 1986. С. 4.
3. Менькина Е.А., Куприченков М.Т. Сезонная динамика биологической активности в агро- и биогенных почвах Ставропольского края //Таврический вестник аграрной науки. №2 (14). 2018. С. 64-76.
4. Куприченков М.Т. Методика расчета запасов влаги в почвах Ставропольского края. - Ставрополь: ГУП «Ставропольская краевая типография», 2005. 42 с.
Менькина Елена Александровна, к.с.-х.н. старший научный сотрудник лаборатории почвоведения и агрохимии ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ».
Menkina Elena Aleksandrovna, Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Soil Science and Agrochemistry, FSBSI "North Caucasus FARC".
