CC BY
2
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
Научная статья УДК 631.41
doi: 10.18522/1026-2237-2024-1-151-161
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИТОМЕЛИОРАНТОВ НА ПЛОДОРОДИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АГРОГЕННЫХ ПОЧВ ПРИМОРЬЯ
Л.Н. Пуртова1, И.В. Киселева2В, Я.О. Тимофеева3, А.Н. Емельянов4, Н.Л. Клочкова5
1,2, 3 Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, Владивосток, Россия
4 5 Федеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки, Тимирязевский, Россия
1 Purtova@biosoil.ru
2 Kiseleva-iv@inbox.ruB
3 Timofeeva@biosoil.ru
4 Emelyanov.prim@yandex. ru
5 Klochova128@mail.ru
Аннотация. Исследовано влияние различных фитомелиорантов на содержание и запасы гумуса, микроэлементов, микрофлору и оптические показатели агрогенных почв Приморья. Посев бобовых трав с однолетними и многолетними культурами способствовал активизации процессов гумусонакопления, увеличению биогенности и каталазной активности почв. Наиболее позитивное влияние на увеличение содержания гумуса, каталазной активности и биогенности почв в опыте с однолетними травами отмечено для варианта «овес + вика». Запасы гумуса достигали уровня средних значений. На варианте опыта «овес + бобы» количество гумуса и его запасы в слое 20 см снижались в связи с переувлажнением почв и ослаблением процессов трансформации органического вещества микрофлорой. В опыте с многолетними травами наибольшее содержание гумуса и показатели каталазной активности зафиксированы на варианте «тимофеевка + люцерна», наибольшими запасами гумуса и биогенностью отличался вариант «тимофеевка + клевер + люцерна». В связи с уменьшением показателей плотности сложения почв на варианте с посевом травосмеси тимофеевка + люцерна запасы гумуса в слое 20 см несколько снижались (до 108,6 т/га). Установлена тесная обратная корреляционная связь между содержанием гумуса и интегральным отражением. При сопоставлении с региональными кларковыми значениями выявлена несбалансированность микроэлементного состава исследованных образцов верхнего горизонта почв.
Ключевые слова: почва, содержание гумуса, микрофлора, каталазная активность, оптические показатели почв, фитомелиорация, макро- и микроэлементный состав почв
Для цитирования: Пуртова Л.Н., Киселева И.В., Тимофеева Я.О., Емельянов А.Н., КлочковаН.Л. Влияние различных фитомелиорантов на плодородие и оптические показатели агрогенных почв Приморья // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2024. № 1. С. 151-161.
Благодарности: работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № 124012400285-7, тема № 122022600068-5).
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Original article
EFFECTS OF VARIOUS PHYTOMELIORANTS ON FERTILITY AND OPTICAL INDICATORS OF AGROGENIC SOILS OF PRIMORYE
L.N. Purtova1, I.V. Kiseleva2BI, Ya.O. Timofeeva3, A.N. Emelyanov4, N.L. Klochkova5
2■3 Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia
4'5 A.K. Chaika Federal Scientific Center ofAgrobiotechnology of the Far East, Timiryazevsky, Russia
© Пуртова Л.Н., Киселева И.В., Тимофеева Я.О., Емельянов А.Н., КлочковаН.Л., 2024
1 Purtova@biosoil.ru
2 Kiseleva-iv@inbox. ru я 3timofeeva@biosoil.ru
4 Emelyanov.prim@yandex.ru
5 Klochova128@mail.ru
Abstract. The influence of various phytomeliorants on the content and reserves of humus, the content of microelements, microflora and optical parameters of agrogenic soils of Primorye were studied. Sowing legumes with annual and perennial crops activates the processes of humus accumulation, increases the biogenicity and catalase activity ofsoils. The most positive effect on the increase in humus content, catalase activity and soil biogenicity in the experiment with annual grasses was notedfor the "oats + vetch guide. Humus reserves reached the level of average values. In the variant of the experiment, "oats + beans'', the amount of humus and its reserves in the 20 cm layer decreased due to waterlogging of the soil and the weakening of the processes of transformation of organic matter by microflora. In the experiment with perennial grasses, the highest humus content and indicators of catalase activity were recorded for the "timothy grass + alfalfa" variant, the "timothy grass + clover + alfalfa" variant differed in the largest reserves of humus and biogenicity. Due to the decrease in the density of soil composition, in the variant with the sowing of the grass mixture of timothy "grass + alfalfa", the humus reserves in the 20 cm layer decreased slightly (to 108.6 t/ha). A close inverse correlation was established between the addition of humus and the integral reflection. When considering with regional clarke values, an imbalance in the microelement composition of the studied soil samples of the upper horizon was revealed.
Keywords: soil, humus content, microflora, catalase activity, optical indicators of soils, phytomelioration, macro- and microelement composition of soils
For citation: Purtova L.N., Kiseleva I.V., Timofeeva Ya.O., Emelyanov A.N., Klochkova N.L. Effects of Various Phytomeliorants on Fertility and Optical Indicators of Agrogenic Soils of Primorye. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2024;(1):151-161. (In Russ.).
Acknowledgments: the work was carried out within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic No. 124012400285-7, topic No. 122022600068-5).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Территория Приморского края относится к зоне рискованного земледелия. Многолетние обильные и длительные осадки с последующими затяжными наводнениями вызывают существенные негативные изменения в состоянии почвенного покрова. Усиливается напряженность разнообразных миграционных процессов (от внутрипрофильной миграции гумуса до смыва пахотных горизонтов), что приводит к негативному экологическому прессингу на почвенный покров большинства земледельческих районов края. К наиболее эффективно используемым почвам в земледелии края относятся агротемногумусовые подбелы, в которых в последнее время отмечена тенденция к снижению содержания гумуса [1]. Возникает необходимость проведения мониторинговых исследований экологического состояния этих почв. При этом сохранение гумуса, улучшение его состава и увеличение содержания выступают одной из актуальных задач в земледелии региона наряду с разработкой экологически чистых малозатратных приемов увеличения плодородия. К таким комплексным приемам относится фитомелиорация - повышение почвенного плодородия, при котором используется природный потенциал самих растений [2]. Фитоме-лиорация, наряду с агротехническими приемами обработки почвы, нашла широкое применение в России и за рубежом [3, 4]. Зарубежными авторами роль фитомелиорации рассматривается в основном как фиторемедиация - очищение почв, ила, грунта от тяжелых металлов с помощью посева трав. Многочисленными исследованиями [5, 6] отмечено позитивное влияние фитомели-орации на улучшение свойств почв и повышение их плодородия. В последнее время обращено внимание на эффективное использование сеносеменных смесей на основе бобовых и злаковых трав [7]. Установлено положительное влияние многолетних трав с бобовыми культурами на структурно-агрегатное состояние и снижение эрозионных процессов в черноземах степного Зауралья Республики Башкортостан, Северного Казахстана [3]. Выявлено улучшение физических
и водно-физических свойств засоленных черноземно-луговых почв под действием искусственно посеянных многолетних трав [8].
Таким образом, фитомелиорация эффективно используется для повышения плодородия довольно широкого спектра почв. Этот метод весьма актуален и для восстановления плодородия почв Приморья, длительное время используемых в рисосеянии (агроабраземы), в которых выявлены негативные закономерности в снижении содержания гумуса и изменении его качественного состава [9]. Выявлено позитивное влияние фитомелиорантов на плодородие агроабраземов суходольной части мелиоративной системы [10].
Однако приёмы использования фиторесурсов для восстановления плодородия почв с помощью травосмесей изучены недостаточно полно [11]. В работах ряда авторов неоднократно отмечалась тенденция к снижению содержания гумуса в пахотных горизонтах и негативным изменениям в его качественном составе. Поэтому необходимо уделять более пристальное внимание изменениям в показателях их гумусного состояния, а также в процессах трансформации органического вещества, связанных с функционированием микрофлоры, и выбору параметров для индикации их изменения. К одним из таких показателей относится интегральное отражение почв. Для выбора наиболее эффективных фитомелиорантов нужен как всесторонний анализ физико-химических показателей почв, так и исследование её микробиологической активности.
Цель данной работы - изучение влияния различных фитомелиорантов на содержание и запасы гумуса, содержание микроэлементов, микробиологические и оптические показатели агрогенных почв Приморья.
Основные задачи:
1. Выявление изменений в содержании и запасах гумуса в условиях полевого опыта с посевами различных фитомелиорантов.
2. Изучение микрофлоры и каталазной активности почв.
3. Исследование оптических параметров почв.
4. Анализ изменений микроэлементного состава почв с посевами различных фитомелиорантов.
Объекты и методы исследований
Объектом исследований послужил агротемногумусовый подбел глееватый (лугово-бурая отбеленная почва, или Luvic Albic Stagnosol (Loamic, Aric)). Почвы сформированы на равнинном участке опытного поля (пос. Тимирязевский Уссурийского района Приморского края). В работе использованы названия почв согласно российской классификации 2004 г. [12], Г.И. Иванову [13] и международной (WRB) 2014 г. [14]. Почва имеет следующее морфологическое строение профиля: PU (0-25 см) - Elnng (25-47 см) - BTg (47-102 см) - Cg (102 см и ниже).
Отбор смешанных почвенных образцов с исследуемых участков до закладки опыта осуществляли методом конверта из агротемногумусового горизонта (PU).
В работе применены методы, общепринятые в почвоведении и микробиологии почв: рН почв определены потенциометрически, содержание гумуса - по методу Тюрина, подвижные соединения фосфора - по Гинзбург - Артамоновой, калия - по Кирсанову [15]. Оценка содержания и запасов гумуса дана по градациям, предложенным Д.С. Орловым с соавт. [16], основных физико-химических и агрохимических свойств почв - по оценочным шкалам, разработанным В.И. Озно-бихиным, Э.П. Синельниковым [17]. Запасы гумуса (т/га) рассчитаны по формуле rxHxd, где Г - содержание гумуса, %; H - мощность горизонта, см; d - плотность сложения почвы, г/см3. Плотность сложения почв исследована весовым методом [18].
Изучение оптических свойств почв, связанных с содержанием гумуса, проводилось на спектрофотометре СФ-18. На приборе производилась запись спектрального отражения (р, %) в диапазоне видимого спектра от 420 до 740 нм, с шагом 20 нм, и на их основе рассчитывались параметры интегрального отражения почв (R, %) [19].
При определении ферментативной активности основное внимание уделялось ферменту из класса оксидоредуктаз - каталазе. Каталазная активность (Ка) исследована газометрическим методом по А.Ш. Галстяну. Микробиологические показатели почв определены общепринятыми в почвенной микробиологии методами [20].
Элементный состав почв определяли методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцент-ной спектроскопии (EDX) на анализаторе EDX 800HS-P (Shimadzu, Япония), оснащенном родиевым катодом, в формате количественного анализа в вакуумной среде с использованием государственных стандартных образцов сравнения (ГСО 901-76, ГСО 902-76, ГСО 903-76, ГСО 249883, ГСО 2499-83, ГСО 2507-83). Измерение содержания элементов проводили в соответствии с методикой М-02-0604-2007 в трехкратной повторности [21].
Математическая обработка данных проводилась по общепринятым методикам с применением программ Statistica и Microsoft Ехсе1 2007.
Исследования были проведены на полевых опытах с посевом многолетних и однолетних трав и их травосмесей с бобовыми культурами, заложенных на опытных полях ФНЦ агробиотехноло-гий ДВ им. А.К. Чайки по схеме: I. Однолетние культуры: 1. Овес (контроль). 2. Овес + вика. 3. Овес + горох. 4. Овес + бобы; II. Многолетние культуры: 1. Тимофеевка (контроль). 2. Тимофеевка + клевер. 3. Тимофеевка + люцерна. 4. Тимофеевка + клевер + люцерна.
Результаты и обсуждение
Исследуемые почвы приурочены к Приморской юго-западной гидротермической провинции, для которой характерны высокие среднегодовые показатели выпадения осадков (до 800 мм), радиационного баланса (52,2 ккал/см2 в год) и затрат энергии на почвообразование (44,9 ккал/см2 в год) [22, 23]. Неравномерное выпадение осадков в течение года вызывает сильное переувлажнение почв летом и иссушение в осенне-зимний период. За период вегетации растений сумма активных температур свыше 10 °С составила 2778 °С, сумма осадков 657,8 мм (ГТК=2,37 - избыточно-влажный). Количество осадков в июне, июле и августе превысило в 1,2-2,3 раза средние многолетние нормы выпадения осадков. Складывающиеся метеорологические условия отразились на протекании процессов гумусонакопления.
В горизонте PU на участке до посева однолетних трав и их травосмесей содержание гумуса варьировало от 5,1 до 6,0 %. Значение рНн2О изменялось от 6,58 до 7,02; рНка - от 5,87 до 6,36. На участке, подготовленном для посева многолетних трав и их травосмесей, рНн2О составил 6,90-7,05, рНка - 6,00-6,20. На этом участке содержание гумуса изменялось от 4,4 до 6,3 %. Содержание подвижного калия в горизонте PU на исследованных участках соответствовало уровню очень высоких значений - от 48,0 до 51,4 мг/100 г почвы, количество подвижного фосфора в основном достигало средних значений от 12,5 до 13,7 мг/100 г почвы.
На вариантах с посевом трав гумусообразование в исследуемых почвах протекало в основном в условиях слабокислой реакции среды: рНшО под посевами однолетних трав составил от 6,16 до 6,37, под многолетними - от 6,25 до 6,33. Отмечалось незначительное снижение показателей рН по сравнению с участками без посева трав. Содержание гумуса в горизонте PU, согласно оценочным градациям Д.С. Орлова с соавторами [16], в исследуемых вариантах опыта находилось на уровне ниже средних значений. В посевах травосмесей с бобовыми травами установлено повышение содержания гумуса по сравнению с чистой культурой овса (рис. 1). Для вариантов «овес + вика», «овес + горох» выявленные различия по сравнению с контролем статистически значимы (значения t-критерия Стьюдента составили 3,61 и 2,78 соответственно). Однако для вариантов «овес» и «овес + бобы» статистически значимых различий в содержании гумуса не установлено.
Увеличение содержания гумуса, на наш взгляд, обусловлено дополнительным поступлением азота в результате азотфиксации бобовыми культурами и усилением процессов трансформации органического вещества микрофлорой. Наиболее высокие показатели содержания гумуса и его запасов зафиксированы на варианте опыта с посевом травосмеси «овес + вика». Запасы гумуса достигали уровня средних значений на вариантах опыта «овес + вика» и «овес + горох». В связи с переувлажнением почв и ослаблением процессов трансформации органического вещества микрофлорой на варианте опыта «овес + бобы» количество гумуса и его запасы в слое 20 см снижались (рис. 2).
Для вариантов опыта с более низким содержанием гумуса (овес, овес + бобы) свойственна бедная обогащенность почв каталазой. При возрастании гумусированности горизонта PU обога-щенность почв каталазой возрастала до средних показателей (табл. 1).
Рис. 1. Изменение содержания гумуса в агротемногумусовых почвах в условиях фитомелиоративного
опыта: по оси абцисс - варианты опыта; по оси ординат - содержание гумуса, % / Fig. 1. Changes in the content of humus in Luvic Albic Stagnosol (Loamic, Aric) under the conditions of a phytomeliorative experiment: on the abscissa axis - variants of the experiment; on the ordinat axis - humus content, %
Опыт с посевами многолетних трав и травосмесей с бобовыми культурами показал, что содержание гумуса в горизонте PU возрастало и изменялось в диапазоне от нижесредних до средних значений. Наибольшее содержание гумуса зафиксировано на варианте опыта «тимофеевка + люцерна» и «тимофеевка + клевер». По сравнению с чистой культурой тимофеевки на вариантах с посевами травосмесей установлены статистически значимые различия в содержании гумуса (значения t-критерия Стьюдента составили 3,28; 3,81 и 3,07). Наибольшие запасы гумуса в слое 20 см свойственны опытам «тимофеевка + клевер» и «тимофеевка + клевер + люцерна». Под посевом травосмеси «тимофеевка+люцерна» запасы гумуса в слое 20 см несколько снижаются -до 108,6 т/га, оставаясь на уровне средних показателей (рис. 2). Связано это с уменьшением показателей плотности сложения почв (с 0,87 до 0,82 г/см3) в данном варианте опыта.
Рис. 2. Запасы гумуса в агротемногумусовых почвах в условиях фитомелиоративного опыта: по оси абцисс - варианты опыта; по оси ординат - запасы гумуса, т/га / Fig. 2. Humus reserves in Luvic Albic Stagnosol (Loamic, Aric) under conditions of phytomeliorative experiment: on the abscissa axis - variants of the experiment; on the ordinat axis - humus stock, t/ha
В вариантах «овес + бобы» и «тимофеевка + клевер + люцерна» установлено увеличение содержания гумуса после посева трав с 5,3 до 5,5 % и с 5,9 до 6,4 % соответственно, что явно указывает на позитивное влияние посева травосмесей на плодородие почв.
Различия в содержании гумуса подтверждались данными оптических показателей почв - интегральным отражением (R). Согласно полученным данным, более высокие значения R свойственны вариантам опыта с посевом однолетних трав и их травосмесей: овес - 27,6; овес + вика -27,3; овес + горох - 27,2; овес + бобы - 27,1 %. Связь между содержанием гумуса и интегральным отражением имела обратный характер. Коэффициент корреляции (г) составил -0,75.
В вариантах опыта с посевами травосмесей бобовых и многолетних трав, в связи с большим содержанием гумуса (от 6,4 до 6,6 %) в горизонте PU, интегральное отражение снижалось и составило в вариантах опыта: «тимофеевка» - 26,8 %; «тимофеевка + клевер» - 27,3; «тимофеевка + люцерна» - 25,1; «тимофеевка + клевер + люцерна» - 25,1 %. Для корреляционной пары Г-R значения г составили -0,41. Снижение степени выраженности связи, на наш взгляд, обусловлено избыточным переувлажнением почв, приводящим к уменьшению параметров R [19].
Наряду с изучением физико-химических параметров почв в условиях полевого опыта проведены исследования микробиологической активности почв. Степень обогащенности почв катала-зой (Ка) достигала в основном средних показателей. Более высокие значения Ка были свойственны горизонту PU со средними показателями содержания гумуса (тимофеевка + люцерна). Средние значения Ка зафиксированы на варианте с посевами травосмеси «тимофеевка + люцерна» (табл. 1).
Установлено, что из всех вариантов в однолетнем фитомелиоративном опыте наибольшей биогенностью отличался вариант «овес + вика» (табл. 2). В составе микрофлоры доминируют бактерии, использующие для своей жизнедеятельности минеральные формы азота, что характерно и для других вариантов опыта. Вариант «овес + вика» отличался высокой численностью аммонифицирующих микроорганизмов (среда МПА), участвующих в разложении азотсодержащих органических соединений. Количество олигонитрофилов во всех вариантах опыта отличалось незначительно. Наименьшая биогенность свойственна варианту с посевами овса. Низкой численностью аммонифицирующих микроорганизмов отличался вариант «овес + горох».
Таблица 1 / Table 1
Каталазная активность (Ка) в горизонте PU агротёмногумусовых подбелов глеевых в условиях полевого опыта с посевом различных фитомелиорантов / Catalase activity (Ca) in the PU horizon of Luvic Albic Stagnosol (Loamic, Aric) under the conditions of a field experiment with the sowing of various phytomeliorants
Вариант опыта Ка, млО2/1 мин/1 г почвы
Однолетние культуры и их травосмеси с бобовыми травами
Овес (контроль) 2,7 +0,13
Овес + вика 4,4+0,20
Овес + горох 3,8+0,19
Овес + бобы 2,9+0,10
Многолетние культуры и их травосмеси с бобовыми травами
Тимофеевка (контроль) 3,5+0,16
Тимофеевка + клевер 2,9+0,14
Тимофеевка + люцерна 4,7+0,20
Тимофеевка + клевер + люцерна 3,6+0,17
Таблица 2 / Table 2
Микрофлора горизонта PU агротемногумусовых подбелов в условиях фитомелиоративного опыта / Microflora of the PU horizon of Luvic Albic Stagnosol (Loamic, Aric) under conditions
of phytomeliorative experiment
Вариант опыта Аммони-фикаторы на МПА Грибы на среде Чапека Микроорганизмы на КАА Олигонитро-филы на среде Эшби Биогенность Коэффициент минерализации Мишустина
Бактерии Актино-мицеты
тыс. КОЕ
Однолетние травы и их травосмеси
Овес (контроль) 5000 85 12950 150 9800 27985 2,6
Овес + вика 10500 115 21200 Не обн. 11650 43465 2,0
Овес + горох 4350 125 19500 200 12950 37125 4,5
Овес + бобы 7600 80 17100 100 11200 36080 2,3
Многолетние травы и травосмеси
Тимофеевка (контроль) 9900 95 16500 200 10400 37095 1,7
Тимофеевка + клевер 6700 120 14900 100 12900 34720 2,2
Тимофеевка + люцерна 7450 120 19350 100 11350 38370 2,6
Тимофеевка + Клевер + люцерна 30500 75 80600 400 42800 154375 2,6
В многолетнем фитомелиоративном опыте наибольшая биогенность свойственна варианту «тимофеевка + клевер + люцерна». Это, на наш взгляд, обусловлено значительным поступлением азотсодержащих органических соединений за счет посева бобовых трав. Более низкие показатели биогенности установлены в варианте «тимофеевка + клевер». В составе микрофлоры всех вариантов опыта доминируют микроорганизмы, использующие минеральные формы азота (среда КАА). Наиболее высокая численность аммонификаторов отмечена в вариантах «тимофеевка» и «тимофеевка + клевер + люцерна». Судя по содержанию аммонификаторов в варианте «тимофеевка» относительно других групп микроорганизмов, здесь активно протекают процессы минерализации органического вещества, что подтверждается более низкими значениями коэффициента Мишустина.
Наряду с исследованием органического вещества и микрофлоры почв проведены исследования по изучению их микроэлементного состава. При сравнении уровня содержания валовых форм микроэлементов в верхнем горизонте исследованных почв со значениями российских кларковых концентраций [24] очевидно, что содержание большинства исследованных элементов превышает кларковую величину. Наибольшее превышение отмечено для Си, РЬ (до 3,4 раза выше величины российского кларка) и Со (до 2,2 раза). Содержание валовых форм Сг и Мо находится в пределах российских кларковых значений и близко к оптимальной величине.
Концентрация валовых форм 2п в верхнем горизонте исследованных почв большинства вариантов опыта незначительно превышает российский кларк, за исключением почв варианта опыта «тимофеевка + клевер», на котором для 2п отмечено 1,7-кратное превышение российского кларкового значения. Верхний горизонт почвы данного варианта опыта также характеризуется максимальным уровнем содержания Си и РЬ. Содержание № в опытных образцах почв всех вариантов опыта до 2,1 раза ниже величины российских кларковых концентраций (табл. 3).
Таблица 3 / Table 3
Содержание микроэлементов в горизонте PU в условиях фитомелиоративного опыта, мг/кг почвы / The content of microelements in the PU horizon under the conditions of the phytomeliorative experiment,
mg/kg of soil
Вариант опыта Микроэлементы
Cr Co Cu Zn Mo Pb Ni
Овес (контроль) 86,1±4,3 18,8±0,94 41,0±2,00 57,0±2,85 2,8±0,12 11,4±0,57 26,5±1,32
Овес + вика 91,0±4,55 21,6±1,08 46,9±2,34 61,8±3,09 3,0±0,15 23,6±1,18 25,0±1,25
Овес + горох 92,1±4,60 21,2±1,06 59,1±2,95 62,5±3,12 2,9±0,14 30,7±1,53 35,9±1,79
Овес + бобы 89,2±4,46 22,0±1,1 43,0±2,15 66,9±3,34 3,0±0,15 11,1±0,55 28,2±1,41
Многолетние травы и их травосмеси с бобовыми культурами
Тимофеевка (контроль) 86,6±4,30 15,3±0,76 55,1±2,75 61,3±3,06 2,9±0,14 31,5±1,57 29,2±1,46
Тимофеевка + клевер 87,0±4,40 17,2±0,86 62,1±3,10 89,4±4,47 2,9±0,14 34,2±1,71 18,5±0,92
Тимофеевка + люцерна 87,9±4,39 17,6±0,88 59,6±2,98 59,6±2,98 2,9±0,14 34,5±1,72 23,5±1,17
Тимофеевка + клевер + люцерна 86,1±4,30 18,8±0,94 41,0±2,05 57,0±2,85 2,8±0,13 11,4±0,57 26,5±1,32
Кларк для почв России [24] 83,0 10,0 20,0 50,0 2,6 10,0 40,0
Кларк для пахотных почв региона [25] 66,0 22,0 20,0 70,0 1,6 32,0 46,0
При сопоставлении с региональными кларковыми значениями [25] установлена несбалансированность микроэлементного состава исследованных образцов верхнего горизонта почв. К элементам, находящимся в недостаточном количестве, относится М. Содержание Сг, Мо и Си в 1,53 раза превышает региональный кларковый уровень. Содержание Со, 2п и РЬ варьирует в почвах разных вариантов опыта, и в одних случаях оно меньше кларковой величины или находится на уровне, а в других незначительно превышает уровень кларка.
Содержание Сг и Мо в пахотных горизонтах исследованных вариантов опыта варьировало незначительно, указывая на отсутствие значимого влияния различных комбинаций посева трав на изменение содержания данных элементов в почве. При добавлении в состав фитоме-лиорантов бобовых растений отмечено незначительное увеличение содержания в почве Со. Одной из причин увеличения содержания может являться участие Со в процессах активизации ферментов белкового обмена и накопление Со в клубеньках бобовых культур [26]. По сравнению с контрольными вариантами опыта в почвах вариантов «овес + бобовые культуры» отмечено увеличение содержания №, Си и 2п, что может быть частично обосновано участием элементов в процессах связывания атмосферного азота бобовыми культурами. Схожая тенденция обнаружена в отношении Си и 2п в отдельных вариантах опыта с посевом тимофеевки. Наибольшее увеличение содержания Си и 2п отмечено для варианта «тимофе-евка+клевер». В почвах вариантов опыта с посевом овса и добавлением вики и гороха зафиксировано значительное увеличение содержания валовых форм РЬ (до 2,7 раза по сравнению с содержанием элемента в контрольном варианте). Также незначительное увеличение содержания РЬ отмечается в почвах варианта опыта «тимофеевка + клевер» и «тимофеевка + люцерна». Для варианта опыта «тимофеевка + клевер + люцерна» отмечено значительное снижение содержания Си и РЬ, вероятно, это связано с усилением выноса элементов вегетативной массой растений.
Выводы
1. Гумусообразование в исследуемых почвах протекало в основном в условиях слабокислой реакции среды. Почвы средне обеспечены подвижными формами калия и фосфора, что снижает необходимость применения фосфор- и калийсодержащих удобрений.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
2. Посев бобовых трав с однолетними и многолетними культурами способствовал активизации процессов гумусонакопления, увеличению биогенности и каталазной активности почв. На варианте опыта с посевами однолетних культур и их травосмесей с бобовыми травами наиболее благоприятные условия для процессов гумусонакопления складывались в варианте «овес + вика» (5,8 %). В посевах многолетних трав большее содержание гумуса отмечено в вариантах «тимофеевка + клевер» (6,6 %) и «тимофеевка + клевер + люцерна» (6,5 %). Установлены достоверно значимые различия с контролем. Значения t-критерия Стьюдента составили 3,61; 3,28; 3,81.
3. Различия в содержании гумуса подтверждались данными оптических показателей почв (интегральное отражение). Коэффициент корреляции (г) между содержанием гумуса и интегральным отражением составил -0,75. Это позволяет использовать показатели интегрального отражения для мониторинга изменения содержания гумуса в почвах с посевами различных фитомелио-рантов. При этом следует учесть, что переувлажнение почв вносит свои коррективы и способствует снижению параметров R. Это отражается на связи между содержанием гумуса и интегральным отражением.
4. Исследованиями микрофлоры почв установлено, что во всех исследуемых вариантах опыта активно протекают процессы иммобилизации азота. В опыте с посевом однолетних трав наиболее высокая численность аммонифицирующих микроорганизмов зафиксирована для варианта «овес+вика». Тогда как в опыте с посевами многолетних трав наибольшим количеством аммонификаторов отличался вариант «тимофеевка+клевер+люцерна», что свидетельствовало об активизации процессов разложения органического вещества.
5. Выявлена несбалансированность микроэлементного состава исследованных почв. Установлено превышение регионального кларкового уровня по содержанию валовых форм Cr и Mo, но находящихся в пределах российских кларковых значений. В почвах отдельных вариантов опыта установлено превышение регионального кларкового уровня содержания валовых форм Pb. Использование различных комбинаций фитомелиорантов сопровождалось варьированием содержания микроэлементов в почвах. Добавление бобовых культур в посев овса сопровождалось увеличением содержания в почвах Co, Ni, Cu и Zn. Увеличение содержания Cu и Zn также отмечено в почвах отдельных вариантов опыта с посевом тимофеевки.
Список источников
1. Щапова Л.Н., Пуртова Л.Н., Киселева И.В. Микрофлора, ферментативная активность и показатели гумусного состояния агротемногумусовых подбелов в условиях фитомелиоративного опыта // Региональные проблемы. 2019. № 3. С. 38-44.
2. Suyundukov Ya. T., Mirkin B.M., Abdullin M.R., Sal'manova E.F, Hasanova G.R. The effect of phytoame-lioration on the fertility of chernozems in the Trans-Ural part of Bashkiria // Eurasian Soil Science. 2007. Vol. 40, № 10. P. 1087-1094.
3. Сагалбеков У.М., Сагалбеков Е.У., КусановаМ.Е. Агрофизические показатели черноземов обыкновенных под многолетними травами (Северный Казахстан) // Почвоведение. 2013. № 10. С. 1234-1238. Doi: 10.7868/S0032180X13100110.
4. Thori T., BurkeI C., Lauenroth W.K., Coffin D.P. Effect of cultivation and abondenment of soil on soil organic matter in Northeastern Colorado // Soil Sci. Soc. America J. 1995. Vol. 59, № 4. Р. 1112-1119.
5. Евсеев В.В. Микробиологическая активность чернозема выщелоченного в зернопаровом и кормовом севооборотах лесостепной зоны Зауралья // Аграр. вестн. Урала. 2005. № 1 (25). С. 54-56.
6. Пуртова Л.Н., Киселева И.В., Тимофеева Я.О., Емельянов А.Н., Тимошинов Р.В. Изменение содержание гумуса и биологической активности агротемногумусовых подбелов при различных агротехнических приемах обработки почв // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2022. № 3. С. 139-150. Doi: 10.18522/1026-2237-2022-3-139-150.
7. Суюндуков Я.Т., Хасанова Р.Ф., Сальманова Э.Ф. Фитомелиоративный способ восстановления свойств почв степных экосистем // Вестн. Оренбургского гос. ун-та. 2014. № 6 (167). С. 144-147.
8. Kursakova V.S. The effect of perennial herbs of the physical properties of saline soil // Eurasian Soil Science. 2010. Vol. 39 (7). P. 748-752.
9. Хавкина Н.В. Гумусообразование и трансформация органического вещества в условиях переменно-глеевого почвообразования. Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2004. 270 с.
10. Иншакова С.Н., Емельянов А.Н. Использование фитомелиорантов в земледелии Приморского края. Уссурийск: Изд-во Приморская ГСХА, 2016. 125 с.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
11. Шестеркин Д.Г. Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье: автореф. дис. ... канд. с.-х. н. Саратов, 2013. 18 с.
12. Классификация и диагностика почв России / авт. и сост.: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
13. ИвановГ.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. М.: Наука, 1976. 200 с.
14. IUSS Working Group WRB, World Reference Base for Soil Resources. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome: Food and Agriculture Organization, 2014.
15. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 487 с.
16. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., РозановаМ.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918-926.
17. Ознобихин В.И., Синельников Э.П. Характеристика основных свойств почв Приморья и пути их рационального использования. Уссурийск: ПСХИ, 1985. 72 с.
18. Агрофизические методы исследования почв. М .: Наука, 1966. 256 с.
19.Михайлова Н.А., Пуртова Л.Н. Оптико-энергетические методы в экологии почв. Владивосток: Даль-наука, 2005. 81 с.
20. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под общ. ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 303 с.
21. М-02-0604-2007. Методика выполнения измерений массовой доли кремния, кальция, титана, ванадия, хрома, бария, марганца, железа, никеля, меди, цинка, мышьяка, стронция, свинца, циркония, молибдена в порошковых пробах почв и донных отложений рентгеноспектральным методом с применением энергодисперсионных рентгенофлуоресцентных спектрометров типа EDX фирмы Shimadzu. СПб., 2007. 17 c.
22. Пуртова Л.Н., Костенков Н.М. Содержание органического углерода и энергозапасы в почвах природных и агрогенных ландшафтов юга Дальнего Востока России. Владивосток: Дальнаука, 2009. 124 с.
23. Степанько А.А. Агрогеографическая оценка земельных ресурсов и их использование в районах Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1992. 115 с.
24. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 238 c.
25. Голов В.И. Микроэлементный состав почв Приморья // Характеристика агроземов Приморья. Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2002. С. 76-84.
26. Битюцкий Н.П. Микроэлементы высших растений. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2011. 368 с.
References
1. Shchapova L.N., Purtova L.N., Kiseleva I.V. Microflora, enzymatic activity and indicators of the humus state of agro-dark-humus podbels in the conditions of phytomeliorative experiment. Regional'nye problemy = Regional Problems. 2019;(3):38-44. (In Russ.).
2. Suyundukov Ya.T., Mirkin B.M., Abdullin M.R., Sal'manova E.F., Hasanova G.R. The effect of phytoame-lioration on the fertility of chernozems in the Trans-Ural part of Bashkiria. Eurasian Soil Science. 2007;40(10):1087-1094.
3. Sagalbekov U.M., Sagalbekov E.U., Kusanova M.E. Agrophysical indicators of ordinary chernozems under perennial grasses (Northern Kazakhstan). Pochvovedenie = Eurasian Soil Sci. 2013;(10):1234-1238. (In Russ.).
4. Thori T., Burkel C., Lauenroth W. K., Coffin D. P. Effect of cultivation and abondenment of soil on soil organic matter in Northeastern Colorado. Soil Sci. Soc. America J. 1995;59(4):1112-1119.
5. Evseev V.V. Microbiological activity of leached chernozem in grain-fallow and fodder crop rotations of the forest-steppe zone of the Trans-Urals. Agrarnyi vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals. 2005;(1):54-56. (In Russ.).
6. Purtova L.N., Kiseleva I.V., Timofeeva Ya.O., Emelyanov A.N., Timoshinov R.V. Changes in the content of humus and the biological activity of agro-dark-humus underbelly under various agrotechnical methods of tillage Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki = Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2022;(3):139-150, doi: 10.18522/1026-2237-2022-3-139150. (In Russ.).
7. Suyundukov Ya.T., Khasanova R.F., Salmanova E.F. Phytomeliorative method for restoring the properties of steppe ecosystem soils. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of Orenburg State University. 2014;(6):144-147. (In Russ.).
8. Kursakova V.S. The effect of perennial herbs of the physical properties of saline soil. Eurasian Soil Science. 2010;39(7):748-752.
9. Khavkina N. V. Humus formation and transformation of organic matter under conditions of variable gley soil formation. Ussuriysk: Primorsky State Agrarian Academy Press; 2004. 270 p. (In Russ.).
10. Inshakova S.N., Emelyanov A.N. The use of phytomeliorants in agriculture of Primorsky region. Us-suriysk: Primorsky State Agrarian Academy Press; 2016. 125 p. (In Russ.).
11. Shesterkin D. G. Efficiency ofphytomelioration in increasing the fertility of southern chernozem and the yield of grain crops in the Volga region. Dissertation thesis. Saratov, 2013. 18 p. (In Russ.).
12. Shishov L.L., Tonkonogov V.D., Lebedeva I.I., Gerasimov M.I., comp. Classification and diagnostics of Russian soils. Smolensk: Oikumena Publ.; 2004. 342 p. (In Russ.).
13. Ivanov G.I. Soil formation in the south of the Far East. Moscow: Nauka Publ.; 1976. 200 p. (In Russ.).
14. IUSS Working Group WRB, World Reference Base for Soil Resources. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps, World Soil Resources Reports No. 106. Rome: Food and Agriculture Organization Press; 2014.
15. Arinushkina E. V. Guidelines for the chemical analysis of soils. Moscow: Moscow State University Press; 1970. 487 p. (In Russ.).
16. Orlov D.S., Biryukova O.N., Rozanova M.S. Revised system of the humus status parameters of soils and their genetic horizons. Pochvovedenie = Eurasian Soil Sci. 2004;37(8):798-805. (In Russ.).
17. Oznobikhin V.I., Sinelnikov E.P. Characterization of the main properties of the soils of Primorye and ways of their rational use. Ussuriysk: Primorsky State Agrarian Institute Press; 1985. 72 p. (In Russ.).
18. Agrophysical methods of soil research. Moscow: Nauka Publ.; 1966. 256 p. (In Russ.).
19. Mikhailova N.A., Purtova L.N. Optical-energetic methods in soil ecology. Vladivostok: Dal'nauka Publ.; 2005. 81 p. (In Russ.).
20. Zvyagintsev D.G., ed. Methods of soil microbiology and biochemistry. Moscow: Moscow State University Press; 1991. 303 p. (In Russ.).
21. M-02-0604-2007. Method for measuring the mass fraction of silicon, calcium, titanium, vanadium, chromium, barium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, arsenic, strontium, lead, zirconium, molybdenum, in powder samples soils and bottom sediments by X-ray spectral method using energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometers of the EDX type from Shimadzu. St. Petersburg, 2007. 17 p. (In Russ.).
22. Purtova L.N., Kostenkov N.M. Content of organic natural and energy reserves in soils and agrogenic landscapes of the south of the Russian Far East. Vladivostok: Dal'nauka Publ.; 2009. 124 p. (In Russ.).
23. Stepanko A.A. Agrogeographic assessment of land resources and their use in the regions of the Far East. Vladivostok: Dal'nauka Publ.; 1992. 115 p. (In Russ.).
24. Vinogradov A.P. Geochemistry of rare and trace elements in soils. Moscow: Academy of Sciences of the USSR Press; 1957. 238 p. (In Russ.).
25. Golov V.I. Microelement composition of the soils of Primorye. Characteristics of agrozems of Primorye. Ussuriysk: Primorsky State Agrarian Academy Press; 2002:76-84. (In Russ.).
26. Bityutsky N.P. Microelements of higher plants. St. Petersburg: St. Petersburg University Press; 2011. 368 p. (In Russ.).
Информация об авторах
Людмила Николаевна Пуртова - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории почвоведения и экологии почв.
Ирина Владимировна Киселева - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории почвоведения и экологии почв.
Яна Олеговна Тимофеева - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией почвоведения и экологии почв.
Алексей Николаевич Емельянов - кандидат сельскохозяйственных наук, директор.
Наталия Леонидовна Клочкова - младший научный сотрудник отдела полевого и лугопастбищного кормопроизводства.
Information about the authors
Lyudmila N. Purtova - Doctor of Science (Biology), Leading Researcher, Laboratory of Soil Science and Soil Ecology.
Irina V. Kiseleva - Candidate of Science (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Soil Science and Soil Ecology. Yana O. Timofeeva - Candidate of Science (Biology), Leading Researcher, Head of Laboratory of Soil Science and Soil Ecology.
Аlexey N. Emelyanov - Candidate of Science (Agriculture), Director.
Natalia L. Klochkova - Junior Researcher, Department of Field and Grassland Forage Production.
Статья поступила в редакцию 05.09.2023; одобрена после рецензирования 14.10.2023; принята к публикации 19.02.2024. The article was submitted 05.09.2023; approved after reviewing 14.10.2023; accepted for publication 19.02.2024.
