ВЛИЯНИЕ КУЛЬТУР СЕВООБОРОТА НА МИКРОБИОЦЕНОЗ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

DOI:10.24412/2225-2584-2023-1-13-17 УДК 631.445.25

ВЛИЯНИЕ КУЛЬТУР СЕВООБОРОТА НА МИКРОБИОЦЕНОЗ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ

М.К. ЗИНЧЕНКО, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, (e-mail: popel62@yndex.ru)

Верхневолжский федеральный аграрный научный центр

ул. Центральная, д. 3, п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., 601261, Российская Федерация

Резюме. В процессе длительного мониторинга (2006 -2020 гг.) за биологическим состоянием серой лесной почвы, выявлено влияние отдельных культур севооборотов на микробиоценоз почвы агроландшафтов в стационарном полевом опыте по усовершенствованию адаптивно-ландшафтных систем земледелия Владимирской области. Микробиологический комплекс серой лесной почвы изучали на минеральных и органоминеральных фонах различного уровня интенсификации во 2, 3 и 4 ротации 6-польных севооборотов. Целлюлозолитическая активность почвы в большой степени определялась технологией возделывания культур севооборота. Наиболее интенсивная минерализация клетчатки отмечена в паровых и пропашных полях и значительно меньше - под культурами сплошного сева и занятых паром. На всех фонах интенсификации каталазная активность достоверно возрастает ко времени репродуктивного периода развития зерновых культур (фаза колошения - цветения). Это вызвано возрастанием суммарной метаболической активности корневой системы возделываемых культур и почвенных микроорганизмов, развивающихся в ее ризосфере, в период репродуктивного роста растений. На вариантах черного пара сезонной динамики в активности каталазы не отмечено, как и увеличения ее активности в июле. Численность азотфиксирующих микроорганизмов (диазотрофов) возрастает в почве занятой бобовыми культурами. Количество их на фонах интенсификации под клевером было в 1,9 - 2,8 раза выше, чем при выращивании зерновых культур. Аналогичная тенденция отмечена и в распространении свободноживущего азотфиксатора Аю^ЬаЛег Фгсюссссит, что является подтверждением того, что биологизация земледелия может способствовать повышению уровня микробиологической фиксации азота микробным комплексом серой лесной почвы.

Ключевые слова: серая лесная почва, микробиоценоз, севообороты, целлюлозолитическая активность почвы, каталазная активность, численность диазотрофов.

Для цитирования: Зинченко М.К. Влияние культур севооборота на микробиоценоз серой лесной почвы Верхневолжья // Владимирский земледелец. 2023. №1. С. 13-17. DOI:10.24412/2225-2584-2023-1-13-17.

В современных условиях воспроизводство и сохранение плодородия почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, являются приоритетными задачами. К одному из методов улучшения плодородия почв (в том числе и их гумусного состояния) при котором задействован природный потенциал растений, относятся севообороты. Чередование культур в севообороте, наряду с агротехническими приемами обработки почвы, является важной научной и практической задачей, от решения которой зависят почвенное плодородие, эффективность применения удобрений, а также

величина и качество урожая сельскохозяйственных культур. В связи с этим возрастает экологическая значимость диагностики биологического состояния почв, являющегося одним из основных критериев оценки изменений плодородия почв, вызываемых агротехнической деятельностью.

Ежегодный мониторинг биологического состояния серой лесной почвы агроэкосистем проводился (20052020 гг.) с целью оценки степени агротехнической нагрузки на почву, что дало возможность определить зоны повышенного экологического риска в системе адаптивно- ландшафтного земледелия Владимирского ополья.

Анализу экспериментальных данных по реакции почвенного микробиоценоза на уровни агротехнической нагрузки в агросистемах серой лесной почвы посвящены работы [1-5]. При этом мы базировались на оценке влияния уровней интенсификации, обусловленных различными системами удобрений и приемами основной обработки. Однако в процессе многолетних исследований удалось выявить тенденции по влиянию отдельных культур севооборотов на микробный комплекс и биологическую активность серой лесной почвы агроэкосистем.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в многофакторном стационарном полевом опыте по усовершенствованию адаптивно-ландшафтных систем земледелия, заложенном в 1996 году на базе Верхневолжского федерального аграрного научного центра, в период с 2006 по 2020 гг. Микробиологический комплекс серой лесной почвы изучали на минеральных и органоминеральных фонах различного уровня интенсификации во 2, 3 и 4 ротации 6-польных севооборотов по двум приемам основной обработки - отвальной вспашке (ОВ) на глубину 20-22 см и плоскорезной обработке (ПО) на глубину 10-12 см (табл.1).

Почвенный покров опытного участка представлен серой лесной слабооподзоленной среднесуглинистой почвой. Содержание гумуса в пахотном слое (0-20 см) варьирует от 3,9 до 4,2 % (по Тюрину), обеспеченность подвижным фосфором (по Кирсанову) - 100-150 мг/кг почвы, обменным калием (по Масловой) - 100-120 мг/кг почвы, pHkcl - от 5,9 до 6,3.

Образцы почвы отбирали ежегодно в мае, июле и сентябре по вариантам опыта из слоя 0-20см.

Микробиологические исследования проводили согласно общепринятым в микробиологии и биохимии методикам [6, 7].

Статистическую обработку данных выполняли методом дисперсионного анализа с использованием компьютерных программ Microsoft Ехсе1, Statistica 6.

1. Изучаемые варианты опыта

свойства

Фоны интенсификации

Количество удобрений за ротацию севооборота Н И ИМ ВИМ ИОМ ВИОМ

Навоз 40 т/га одной дозой Навоз 40 т/га одной дозой + N P K 100 220 160 N P 350 80 K390 N P 480 280 K575 N P 310 150 K310 + навоз 60 т/га одной дозой N P 430 160 K360+ навоз 80 т/га одной дозой

Чередование культур в севооборотах Овес + мн.тр. Мн. тр. 1 г.п. Мн. тр. 2 г.п. Ячмень Чистый пар Озимая пшеница Овес + мн.тр. Мн. тр. 1 г.п. Мн. тр. 2 г.п. Яровая пшеница Занятый пар Озимая рожь Ячмень + мн.тр. Мн. тр. 1 г.п. Мн. тр. 2 г.п. Озимая пшеница Картофель Яровая пшеница Картофель Ячмень + мн.тр. Мн. тр. 1 г.п. Озимая пшеница Зернобобовые Яровая пшеница

Примечание. Н- нулевой; И - интенсивный; ИМ - интенсивный минеральный; ВИМ - высокоинтенсивный минеральный; ИОМ - интенсивный органоминеральный; ВИОМ - высокоинтенсивный органоминеральный.

2. Целлюлозоразлагающая активность почвы в зависимости от культур севооборота, % разложения полотна

Фон интенсификации Культура с/о Глубина, см ОВ Среднее в слое 0-20 см ПО Среднее в слое 0-20 см

Нулевой (Н) черный пар 0-10 10-20 23,0 19,0 21,0 31,8 25,5 28,6

Интенсивный (И) занятый пар 0-10 10-20 9,0 7,4 8,2 10,5 11,1 10,8

Интенсивный минеральный (ИМ) картофель 0-10 10-20 13.0 25.1 19,0 16,6 17,3 16,9

Высокоинтенсивный минеральный (ВИМ) картофель 0-10 10-20 24,2 30,0 27,1 17,7 22,7 20,2

Интенсивный органоминеральный (ИОМ) зернобобовые 0-10 10-20 12,1 9,5 10,8 6,3 5,5 5,9

Высокоинтенсивный органоминеральный (ВИОМ) зернобобовые 0-10 10-20 13,7 14,2 14,0 7,9 5,0 6,4

Нср0 5, % - - - 3,7 - 4,3

Результаты и обсуждение. Интенсивность разложения целлюлозы, как одна из характеристик биологической активности почвы, является важным показателем ее экологического состояния и определяется жизнедеятельностью микробоценоза. Разложение целлюлозы микрофлорой занимает первое место среди почвенных микробиологических процессов, и степень ее активности определяет скорость круговорота питательных веществ и энергии в почве.

В агроландшафтах интенсивность разрушения клетчатки определяется комплексом агротехнических воздействий на почву. Прежде всего, способом обработки почвы, влияющим на распределение растительных остатков и определяющим водно-

физические

почвы. Влияние культур

севооборота на особенности целлюлозолитической активности отмечали И.Г. Мельцаев и Н.В. Шрамко на дерново- подзолистых и серых лесных почвах Верхневолжья [8]. Наиболее интенсивная микробиологическая деятельность целлюлозоразрушающей микрофлоры оказалась под картофелем. На серой лесной почве явное превосходство в разложении льняной ткани было по варианту вспашки и дисковой обработке.

В наших исследованиях разложение льняного полотна в большой степени определялось технологией возделывания культур. Наиболее интенсивная минерализация клетчатки

отмечена в паровых и пропашных полях и значительно меньше -под культурами сплошного сева и занятых паром. В таблице 2 приводятся данные разложения целлюлозы по фонам интенсификации в засушливый период 2007 года.

В посадках благодаря междурядным обеспечивающим сложение пахотного слоя в течение вегетационного периода, минерализация

льняной ткани в среднем составила 23 % по отвальной вспашке и 19 % по плоскорезному рыхлению. Максимальная

целлюлозолитическая активность отмечена на высокоинтенсивном минеральном фоне по отвальной вспашке - 27,1 % в слое 0-20 см. Степень разложения клетчатки в слое 10-20 см этого варианта составила 30 %. Внесение минеральных удобрений в дозах N Р90 К175 и хорошая аэрация почвы способствовали активизации этого процесса.

Интенсивная микробиологическая деятельность целлюлозоразлагающей микрофлоры отмечена также в почве черного пара. Убыль льняного полотна в слое 0-20 см составили по вспашке 21 %, плоскорезному рыхлению - 28,6 %. Повышенную минерализационную способность этих вариантов обусловили санитарные агротехнические обработки по уничтожению сорной

картофеля интенсивным обработкам, рыхлое

№ 1 (103) 2023

Владимгрскш Земледелец!)

растительности. При этом создавалась хорошая аэрируемость и влагопроницаемость почвы, что явилось определяющим фактором в формировании биологической активности.

Самые низкие показатели минерализации полотен отмечены под культурами сплошного сева - зерновыми и зернобобовыми культурами. По отвальной вспашке в слое 0-20 см средние значения составили 11,0 %, плоскорезному рыхлению - 7,7 %, что более чем в 2 раза ниже, приведенных выше значений.

Таким образом, агротехнические приемы возделывания культур севооборота и ухода за паровыми участками в год с засушливым вегетационным периодом оказали решающее влияние на минерализацию клетчатки в почве.

Самым длительно изучаемым ферментом в рамках наших исследований являлась каталаза, относящаяся к классу оксиредуктаз. Она наиболее изучена в агрогенных почвах различных регионов страны. В основе синтеза гумусовых компонентов почвы лежат окислительно- восстановительные процессы, в которых участвует фермент каталаза.

Ингибирование активности каталазы высокими дозами удобрений отмечали исследователи в почвах различных типов и климатических зон [9-11]. Такая же закономерность выявлена в дерново- подзолистой почве бессменных посевов [12].

На серой лесной почве Владимирского ополья анализ динамики каталазы за вегетационный период показал, что активность фермента возрастает ко времени репродуктивного периода развития сельскохозяйственных культур. На всех фонах интенсификации при возделывании в севооборотах зерновых культур каталазная активность достоверно выше при отборе почвенных образцов в июле (рис. 1).

Это обусловлено нарастанием оптимальных температур в почве для работы фермента и ризосферным эффектом, который достигает максимума в период репродуктивного развития растений. Суммарная метаболическая активность корневой системы возделываемых культур и почвенных микроорганизмов, развивающихся в ее ризосфере, возрастает в период репродуктивного роста растений. Увеличивается экскреция корневых экссудатов, которые стимулируют развитие микроорганизмов и активность каталазы на расщепление вредной перекиси водорода. Кроме того в наших исследованиях не наблюдалось аллелопатических эффектов, связанных с почвоутомлением, выделением токсических веществ в условиях агроэкосистем, которые способны ингибировать активность каталазы.

Следует отметить, что на вариантах черного пара сезонной динамики в активности каталазы не отмечено, как и увеличения ее активности в июле (рис. 2). Это служит косвенным подтверждением влияния микрофлоры ризосферы и ризоплана сельскохозяйственных культур на активацию

ферментативной активности каталазы.

Таким образом, активность каталазы достоверно возрастает ко времени репродуктивного периода развития культур - фазе колошения - цветения у зерновых и зернобобовых не зависимо от фона интенсификации применения удобрений и приема основной обработки.

Благоприятное воздействие на развитие азотфиксирующей микрофлоры (диазотрофов) оказывало возделывание бобового компонента (викоовсяной смеси, гороха, клевера). Обогащение почвы органическими веществами в виде корневых экссудатов бобовых культур, которые служат источниками энергии и питания для микроорганизмов, способствовало увеличению пула аборигенной группировки азотфиксаторов. Так, в 2016-2017гг. на агрофонах серой лесной почвы возделывался клевер, который оказал положительное влияние на численность диазотрофной микрофлоры (табл. 3).

При низких значениях влажности почвы, предшествующих отбору почвенных проб, количество этих микроорганизмов на всех фонах интенсификации было в 1,9 - 2,8 раза выше, чем при выращивании зерновых культур. Подобная закономерность наблюдалась в почве как обработанной отвально, так и безотвально на глубину 10-12 см. Возрастание пула азотфиксаторов при возделывании клевера в большей степени произошло из-за увеличения численности

Рис. 1. Сезонная динамика активности каталазы, 2018 г.

Н - пар черный; И - занятый пар; ИМ и ВИМ - яровая пшеница; ИОМ и ВИОМ - зернобобовые. Рис. 2. Активность каталазы под культурами севооборота, 2007 г.

3. Влияние культур севооборота на численность почвенных диазотрофов, тыс. КОЕ/1г почвы

Фон Отвальная вспашка Плоскорезная обработка

20112015гг. зерновые 20162017гг. клевер 20112015гг. зерновые 20162017гг. клевер

Н 2121 3762 2417 5430

И 2204 5178 2551 4548

ИМ 1937 4519 1854 4051

ВИМ 1703 3403 2189 4724

ИОМ 2229 5048 2400 6814

ВИОМ 2514 6496 2557 6657

Примечание. Обозначение вариантов как в табл. 2.

Рис. 3. Плотность заселения азотобактером серой лесной почвы в зависимости от культуры севооборота, %

свободноживущих и ассоциативных бактерий, так как перед посевом не проводили инокуляцию семян клевера симбиотическими бактериями рода

Rhizobium trifoШ. Аналогичная тенденция отмечена и в распространении свободноживущего азотфиксатора Azotobacter ^юососсит (рис. 3).

Благоприятные эколого - трофические условия для развития диазотрофов, создаваемые при возделывании многолетних бобовых трав, свидетельствуют о необходимости комплексного подхода в изучении агрономических аспектов азотфиксации с адаптацией мероприятий по активизации процесса фиксации атмосферного азота к технологиям возделывания полевых культур.

Выводы. В результате длительного мониторинга за микробиоценозом в стационарном опыте были выявлены ряд закономерностей по влиянию культур севооборотов на показатели биологической активности серой лесной почвы. Несмотря на высокую зависимость почвенной микрофлоры от эдафических условий, наблюдается влияние культур севооборотов на целлюлозоразлагающую и каталазную активность почвы. В первом случае технология возделывания пропашной культуры (картофель) и технологический уход за черным паром активизировали минерализацию клетчатки на этих вариантах. Активность каталазы возрастала в период репродуктивного развития культур, оставаясь на низком уровне на вариантах черного пара.

Активное развитие группа диазотрофов получила на всех фонах интенсификации при возделывании бобовых культур. Тем самым биологизация земледелия может способствовать повышению уровня микробиологической фиксации азота микробным комплексом серой лесной почвы.

Литература.

1. Зинченко М.К. Мониторинг почвенно - биологических процессов в серой лесной почве по микробиологическим и биохимическим показателям //Владимирский земледелец. 2020. №1. С. 34-39.

2. Зинченко М.К. Действие приемов основной обработки на микробный потенциал агроландшафтов серой лесной почвы // Земледелие. 2016. №1. С. 16-19.

3. Зинченко М.К., Федулова И.Д. Шаркевич В.В. Распространение диазотрофных микроорганизмов в агроландшафтах серой лесной почвы //Владимирский земледелец. 2017. №2. С. 11-15.

4. Зинченко М.К., Зинченко С.И. Мониторинг экологического состояния агрофонов серой лесной почвы по совокупности микробиологических и биохимических показателей//Успехи современного естествознания. 2019. №4. С. 14-19.

5. Зинченко М.К. Трансформация биологических свойств серой лесной почвы агроландшафтов в системе адаптивно-ландшафтного земледелия: монография/ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ». Иваново: ПреСсто, 2020.144 с.

6. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Агропромиздат, 1987. 238 с.

7. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии, 2005.252 с.

8. Мельцаев И.Г., Шрамко Н.В. Экологизация земледелия в Верхневолжье. Иваново, 2006.291 с.

9. Ахмедагаев А.М. Биологическая активность почв предгорий Дагестана и пути повышения их плодородия: автореф. дисс.... к. с.-х. наук. Баку, 1977.28 с.

10. Воинова В.И. Окислительно- восстановительные ферменты серой лесной почвы и влияющие на их активность внесения органического вещества и условия увлажнения: автореф. дисс.... к. б. наук. М., 1987.22 с.

11. Джанаев З.Г. Агрохимия и биология почв юга России. М.: Изд-во МГУ, 2008.526 с.

12. Лыков А.М., Емцев В.Т., Сафонов А.Ф. Биологические показатели плодородия почвы при возделывании зерновых культур // Итоги научных исследований: Длительному полевому опыту ТСХА - 90 лет: материалы конф. М.: МСХА, 2002. С. 148-163.

№ 1 (103) 2023

Владимгрскш Земледелец!)

References.

1. Zinchenko M.K. Monitoring of soil biological processes in grey forest soil by microbiological and biochemical parameters //Vladimir farmer. 2020. No. 1. pp. 34-39.

2. Zinchenko M.K. The effect of basic treatment methods on the microbial potential of agricultural landscapes of grey forest soil // Agriculture. 2016. No. 1. pp. 16-19.

3. Zinchenko M.K., Fedulova I.D. Sharkevich V.V. Distribution of diazotrophic microorganisms in agricultural landscapes of grey forest soil // Vladimir farmer. 2017. No.2. pp.11-15.

4. Zinchenko M.K., Zinchenko S.I. Monitoring of the ecological state of agricultural backgrounds of grey forest soil in terms of a combination of microbiological and biochemical characteristics // Successes of modern natural science. 2019. No. 4. pp.14-19.

5. Zinchenko M.K. Transformation of the biological properties of grey forest soil of agricultural landscapes in the system of adaptive landscape agriculture: monograph/FGBNU "Verkhnevolzhsky FANTS". Ivanovo: PreSsto, 2020.144 p.

6. Tepper E.Z., Shilnikova V.K., Pereverzeva G.I. Practical course on microbiology. Moscow: Agropromizdat, 1987. 238 p.

7. Khaziev F.H. Methods of soil enzymology, 2005.252 p.

8. Meltsaev I.G., Shramko N.V. Ecologization of agriculture in the Upper Volga region. Ivanovo, 2006. 291c.

9. Akhmedagaev A.M. Biological activity of soils in the foothills of Dagestan and ways to increase their fertility: abstract. diss.... candidate of agricultural Sciences. Baku, 1977. 28c.

10. Voinova V.I. Redox enzymes of grey forest soil and the addition of organic matter and moistening conditions affecting their activity: abstract. diss.... candidate of Biological Sciences.M., 1987.22 p.

11. Dzhanaev Z.G. Agrochemistry and biology of soils in the south of Russia. Moscow: Publishing House of Moscow State University, 2008. 526s.

12. Lykov A.M., Emtsev V.T., Safonov A.F. Biological indicators of soil fertility in the cultivation of grain crops // Results of scientific research: Long-term field experience of TLC - 90 years: materials of conf. M.: MSHA, 2002. pp. 148-163.

INFLUENCE OF ROTATION CROPS ON MICROBIOCENOSIS OF GREY FOREST SOIL IN THE UPPER VOLGA

M.K. ZINCHENKO

Upper Volga Federal Agrarian Research Center ul. Tsentralnaya 3, poselok Noviy, Suzdalsky rayon, Vladimir Oblast, 601261, Russian Federation

Abstract. In the long-term monitoring (2006 - 2020) of the biological state of grey forest soil, the impact of individual crop rotations on the soil microbiocenosis of agricultural landscapes was revealed. The stationary field experiment aimed to improve adaptive-landscape farming systems in the Vladimir region. The microbiological complex of grey forest soil was studied on mineral and organomineral backgrounds of various levels of intensification in rotations 2, 3, and 4 of 6-field crop rotations. The cellulolytic activity of the soil was determined to a large extent by the technology of the crop. The most intense mineralization of cellulose was noted in fallow and tilled fields, and much less - under close-growing crop and fallow land. On all backgrounds of intensification, the catalase activity significantly increased by the reproductive period of grain crop development (earing-flowering phase). This was caused by a growth in the total metabolic activity of the root system of cultivated crops and soil microorganisms developing in its rhizosphere during the reproductive growth of plants. On the black fallow variants, seasonal dynamics in catalase activity was not observed, as well as an escalation in its activity in July. A number of nitrogen-fixing microorganisms (diazotrophs) grew in the soil under legumes. Their number against the background of intensification under clover was 1.9 - 2.8 times higher than when growing grain crops. A similar trend was noted in the distribution of the free-living nitrogen fixer Azotobacter chroococcum, which confirmed that the biologization of agriculture can increase the level of microbiological nitrogen fixation by the microbial complex of grey forest soil.

Keywords: grey forest soil, microbiocenosis, crop rotations, the cellulolytic activity of soil, catalase activity, number of diazotrophs.

Author details: M.K. Zinchenko, Candidate of Sciences (biology), leading research fellow, (e-mail: popel@yandex.ru).

For citation: Zinchenko M.K. Influence of rotation crops on microbiocenosis of grey forest soil in the Upper Volga // Vladimir agricolist. 2023. №1. pp. 13-17. D0I:10.24412/2225-2584-2023-1-13-17.

D0I:10.24412/2225-2584-2023-1-17-22 УДК 632.937.12: 631.582

ВИДОВОЙ СОСТАВ НАСЕКОМЫХ В ЗЕРНОТРАВЯНОМ

СЕВООБОРОТЕ

С.А. КАСАТКИН1, кандидат сельскохозяйственных наук (e-mail: ivniicx@rambler.ru)

О.А. КАЛЕНОВА2, ведущий агроном

1Ивановский НИИСХ- филиал ФГБНУ "Верхневолжский ФАНЦ"

ул. Центральная, д.2, с. Богородское, Ивановский р-н, Ивановская обл.,153506, Российская Федерация

2Ивановский филиал ФГБУ «Всероссийский центр карантина растений»

ул. Молодых рабочих, д.1, г. Иваново, 153007, Российская Федерация

Резюме. Изложены результаты исследований, проведенных в 2022 году в третьей ротации шестипольного зернотравяного севооборота, с целью изучения видового состава насекомых на зерновых культурах и клевере луговом. Закладка длительного стационарного опыта была проведена в 2009 году в 3- кратной повторности со следующим чередованием культур: пар сидеральный (вика - овёс), яровая пшеница с подсевом клевера лугового, клевер 1 года пользования, клевер 2 года пользования, озимая пшеница, овёс. С помощью метода клеевых ловушек на всех изучаемых культурах выявлен 31 вид насекомых, в том числе вредителей - 19 и энтомофагов 12 видов. Наибольшее количество как всех видов насекомых -18, так и полезных - 6, было выявлено на клевере луговом. Представители отряда Жесткокрылые обеспечили наибольшее разнообразие - 15 видов. Среди фитофагов отряд Жесткокрылых представлен