CC BY
51
УДИ: 631.87:633.16
10.18286/1816-4501 -2015-4-36-39
ВЛИЯНИЕ СОЛОМЫ НА ПОКАЗАТЕЛИ ПЛОДОРОДИЯ И БИОЛОГИЧЕСКИЙ УРОЖАЙ ЯЧМЕНЯ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ В УСЛОВИЯХ ЦЧР
Лукин Алексей Леонидович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Биология и защита растений»
Мараева Ольга Борисовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Биология и защита растений»
Селявкин Сергей Николаевич, магистр кафедры «Биология и защита растений» ФГБОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I
394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1; тел.: 8 (4732) 2537788, e-mail: [email protected]
Ключевые слова; микроорганизмы, активность ферментов, показатели плодородия
почвы
Изучены показатели численности различных групп микроорганизмов и активности ферментов при выращивании ячменя на черноземе выщелоченном. Полученные значения подтверждают корреляции между содержанием и активностью почвенной микробиоты и показателями плодородия почвы. В работе определены основные группы почвенной микробиоты, влияющие на коэффициент минерализации органического вещества. Установлена взаимосвязь коэффициента минерализации с показателем структуры урожая при выращивании ячменя на черноземе выщелоченном.
Введение
Актуальной проблемой современных агротехнологий остается контроль уровня плодородия почвы. Важной задачей при этом является учет численности и активности почвенных микроорганизмов [1, 2, 3, 4]. При интенсивном земледелии баланс гумуса в почве зависит не только от количества поступившей в нее органики, но и эффективности ее последующей трансформации [5]. Оценка влияния органического удобрения в виде соломы, обработанной микроорганизмами, на численность и активность почвенной микробиоты представляет интерес и позволит всесторонне оценить эффективность процесса выращивания растений [6, 7, 8]. Активность почвенных ферментов также является одним из показателей биологического состояния почвы [9]. В каждом типе почвы складывается характерный определенный для нее качественный и количественный состав ферментов, оценка которого - существенный элемент биологического состояния почвы.
Объекты и методы исследований
Для решения поставленных задач на территории Ботанического сада ВГАУ имени Б.А. Келлера в 2012-2014г.г. был заложен ми-
кроделяночный опыт по изучению элементов биологической активности чернозема выщелоченного.
Микроделяночная схема содержала варианты:
1. Фон; 2. Фон+ячмень; 3. Фон+солома; 4. Фон+солома+ микроорганизмы (м.о.) +яч-мень; 5. Фон+солома+ м.о.+ячмень+м.о.
В качестве фона использовалась почва, обработанная по типу пара, заделка соломы и обработка соломы микроорганизмами препарата Байкал ЭМ 1 из расчета 300 л/га рабочего раствора проводилась осенью. Семена обрабатывались микроорганизмами 10 л/т рабочего раствора при норме высева 500 шт/м2.
Почва в месте проведения эксперимента относится к чернозему выщелоченному среднегумусному с повышенным содержанием фосфора и калия и считается одной из наиболее плодородных (таблица 1).
Микроорганизмы, использующие органические формы азота, выращивались на мясопептонном агаре (МПА), актиномицеты, использующие минеральные формы азота, определялись на крахмало-аммиачном агаре (КАА). Миромицеты учитывались на
Таблица 1
Агрохимические показатели чернозема выщелоченного в месте проведения эксперимента (2012-2014 гг.)
Вариант Содержание гумуса,% PH , kcl Мг-экв на 100 г почвы V,°/o Содержание мг/кг
Hr S Р О 2 5 к2о
1 3,61 5,25 2,67 27,3 91,1 115 78
2 4,05 5,26 2,62 29,9 91,9 112 83
3 4,72 5,53 2,35 29,7 92,7 128 101
4 4,37 5,49 2,46 29,8 92,4 117 111
5 4,39 5,42 2,52 29,8 92,2 118 109
Таблица 2
Ферментативная активность почвы*
Вариант Уреаза Каталаза Фосфатаза Инвертаза
1 20,0 2,20 20,7 6,0
2 32,0 1,75 18,9 11,7
3 42,0 2,35 21,6 8,7
4 36,0 2,45 23,9 13,5
5 40,0 2,75 30,6 17,1
‘Единицы активности Ьерментов'.Уреаза - мг N-NH4ho Юг почвы за 24 час, Каталаза
- мл 0,1М НМп04 на 1г почвы за 20 мин, Фосфатаза - мгР205на Юг почвы в час, Инвертаза -мг глюкозы на1г почвы за 24 час
среде Чапека. Азофилы и олигонитрофиль-ные микроорганизмы (в том числе дрожжи Lipomyces) выращивались на среде Эшби. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы определялись на среде Гетчинсона. Для учета бациллярных форм микроорганизмов использовался смешанный агар: МПА + сусло в отношении 1:1. МПА готовили обычным способом - из семибаллингового сусла (pH 7,0) и 2% агар-агара, непосредственно перед посевом [3;4]. Сроки учета микроорганизмов зависели от состава питательной среды и группы учитываемых микроорганизмов. На МПА учет споровых и не споровых форм бактерий проводили на 2-3 сутки роста, на КАА - на седьмой - десятый день, на среде Чапека и сусло-агаре на 5-7 сутки инкубации, а питательной среде Эшби проводят на 5-6 сутки. Активность ферментов определяли по общепринятым методикам [9].
Результаты исследований
В таблице 1 представлены результаты изменения агрохимических показателей почвы при выращивании ячменя и использовании соломы в качестве органического удобрения. На всех вариантах произошло повышение содержания гумуса, при этом увеличение этого показателя на 0,5 % отмечено
уже на варианте с внесением только соломы. Ежегодное внесение соломы повысило содержание органического вещества в целом в 1,3 раза.
На варианте с использованием препарата Байкал ЭМ 1 для обработки соломы и семян перед посевом также отмечено повышение содержания гумуса в 1,2 раза, а увеличение доступных форм фосфора и калия достигло на вариантах 4 и 5 на 2 и 42 % соответственно.
В таблице 2 приведена ферментативная активность почвы по вариантам.
Во всех вариантах наблюдается высокая активность уреазы, которая связана со значительным поступлением в почву органического вещества, являющегося субстратом для фермента и источником питания микроорганизмов. Исследования показали, что максимальная активность фермента в почве отмечена на варианте 3. В этом же варианте определена и высокая численность аммонифицирующих бактерий (табл. 3). На вариантах с внесением соломы (вар. 2;5) активность этого фермента в 1,2 раза ниже, чем в варианте 3.
Активность каталазы незначительно варьирует в почве разных вариантов. При вне-
Таблица 3
Количество микроорганизмов в почве (шт. 104КОЕ в 1г абс. сухой почвы на различных типах питательных сред) 2012-2014 гг.
Вариант Тип питательной среды
МПА КАА Чапек Гетчинсон Эшби КАА/МПА
1 103 235 54 10 35 2,3
2 134 186 23 56 8 1,4
3 110 163 73 18 58 1,4
4 176 168 51 53 27 0,9
5 189 153 72 88 55 0,8
сении в почву соломы активность каталазы незначительно уменьшается, что связано недостаточной численностью анаэробных целлюлозоразлагающих бактерий. На вариантах 3;4;5 была выявлена повышенная численность (до 2 раз) микроорганизмов, разлагающих клетчатку в аэробных условиях (табл. 3).
Важную роль в обеспечении растений элементами минерального питания играет фосфатаза, повышение активности которой отмечено на вариантах 3;4;5, при внесении соломы, обработанной микроорганизмами.
Активность инвертазы определяется уровнем содержания органического вещества в почве, и определение инвертазной активности почвы является одним из главных критериев оценки ее общей биологической активности. Почва варианта 5 показала возрастание значений активности этого фермента по сравнению с другими вариантами, что свидетельствует об увеличении содержания в почве легкогидролизуемых углеводов при внесении соломы.
Изучение численных групп микроорганизмов при выращивании различных культур, в том числе и ячменя, является важным показателем биологического состояния почв и свидетельствует о динамичном состоянии углерод- и азотсодержащих соединений в прикорневой зоне растений. В таблице 3 приведены данные по содержанию различных групп микроорганизмов в почве.
По соотношению общей численности микроорганизмов, утилизирующих минеральный азот, к численности микроорганизмов, ассимилирующих азот органических соединений (КАА : МПА), т.е. по коэффициенту напряженности можно судить о процессах трансформации органического вещества почвы. При внесении соломы в почву наимень-
шее значение этого соотношения отмечено при обработке соломы препаратом Байкал ЭМ 1, а наибольшее значение (в 2,8 раза) получено на варианте, находящемся под паром (фон), что свидетельствует о высоком уровне процессов минерализации.
Численность различных групп микроорганизмов, как видно из таблицы 3, существенно ниже для данного типа почвы, однако данные свидетельствуют о достаточно высоком уровне окультуренности почвы, при котором численность микромицетов в 3-5 раз ниже численности почвенных бактерий. К концу вегетации происходит постепенное увеличение численности азотфиксирующих микроорганизмов, однако процессы деструкции соломы на почве, находящейся под паром, вызывают снижение их численности. Количество азотобактера в почве было наибольшим как при выращивании ячменя на исходном фоне, так и при обработке соломы и семян Байкалом ЭМ 1, что свидетельствует об отсутствии фитотоксического эффекта почвы на окружающую микробиоту, а увеличение численности целлюлозоразрушающих бактерий подтверждает усиление процессов гумификации органики на вариантах с внесением и соломы, и микроорганизмов.
Данные таблице 4 подтверждают положительное действие обработки семян и соломы микроорганизмами препарата Байкал ЭМ 1 на элементы структуры урожая. На вариантах с внесением соломы и обработкой микроорганизмами увеличивалось число продуктивных стеблей, озерненность и продуктивность колосьев. Наиболее стабильным показателем оказалась масса 1000 штук, но в результате улучшения других показателей масса зерна с делянки увеличилась с 148,2 до 185 г. на 1 м2 к уборке на варианте 1 сформи-
Таблица 4
Формирование элементов структуры урожая ячменя
Вариант Число растений в пробе, шт., Число продуктивных стеблей в пробе, шт., Продуктивная кустистость Число всех стеблей (продуктивный, подгон, подсед) Общая кустистость Высота., см. Число зерен., шт.* Масса зерна., гр.* Озерненность* Продуктивность колосьев.,гр* Масса зерна в пробе., гр. Продуктивность 1 растения Масса 1000 зерен., гр.
1 226 203 0,9 514 2,3 55 539 24,4 21,6 1,0 148,2 0,66 41,6
2 233 214 0,9 540 2,3 65 825 37 33,0 1,5 171,4 0,74 43,2
3 235 215 0,9 560 2,4 65 894 44,8 35,8 1,8 185,0 0,79 44,2
где : 1. Фон+ячмень; 2. Фон+солома+ м.о.+ячмень; 3. Фон+солома+м.о. +ячмень+м.о. * Анализ 25 колосьев
ровалось 514 продуктивных стеблей, а при использовании микроорганизмов (варианты 2 и 3) - 540 и 560 шт. соответственно.
Масса зерна с одного колоса на варианте без обработки микроорганизмами составила 0,98 г, а при использовании увеличилась до 1,48-1,79 г. Наибольший показатель урожайности получен при использовании микроорганизмов для обработки семян и соломы - 1,85 т/га, а на варианте 1 составил только 1,48 т/га.
Выводы
Таким образом, изучено влияние соломы на изменение показателей плодородия чернозема выщелоченного. Установлено, что при выращивании ячменя максимальное значение показателя органического вещества достигается на варианте с использованием препарата Байкал ЭМ 1 при совместной обработке соломы и семян. На варианте применения соломы и микроорганизмов выявлено увеличение ферментативной активности. Соотношение групп зимогенной и автохтонной микробиоты уменьшается постепенно от контрольного варианта. Наименьшие значение 0,8 получено при внесении соломы и семян, обработанных микроорганизмами. В работе показано, что обработка семян и соломы препаратом Байкал ЭМ 1 способствовала увеличению озерненности, повышению продуктивности колосьев и в результате этого увеличению урожайности.
Библиографический список
1. Звягинцев, Д.Г. Почва и микроор-
ганизмы / Д.Г.Звягинцев- М.: Изд-во МГУ, 1987.-256 с.
2. Мишустин, Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия / Е.Н. Мишустин- М.: Наука, 1972.- 343 с.
3. Мишустин, Е.Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов/ Е.Н. Мишустин. - М.: Наука, 1975. - 107 с.
4. Мишустин, Е.Н. Микробиология / Е.Н. Мишустин, В.Т. Емцев - Агропромиздат, 1987-368 с.
5. Верзилин, В.В. Биология почв среднерусского Черноземья (диагностика и пути решения) / В.В. Верзилин, С.И. Коржов, Н.И. Придворев.- Воронеж: Истоки, 2005. - 247 с.
6. Куликова, А.Х. Влияние минеральных удобрений, биологических препаратов Байкал ЭМ-1 и Ризоагрин на свойства почвы и урожайность ячменя / А.Х. Куликова, С.А. Никифорова, В.С. Смывалов // Агрохимия.-2013.-№5.-С. 31-39.
7. Колсанов, Г.В. Солома в системе удобрения культур на черноземах лесостепи Поволжья / Г.В. Колсанов, А.Х. Куликова, Н.В. Хвостов // Научные разработки и научноконсультационные услуги Ульяновской ГСХА: сборник. Информационно-справочный указатель. - Ульяновск, 2006. - С. 14-15.
8. Безлер, Н.В. Солома ячменя как органическое удобрение в зернопаропропашном севообороте / Н.В. Безлер, И.В. Черепухина // Сахарная свекла. - 2012. - №6. - С. 24-27.
9. Хазиев, Ф.Х. Ферментативная активность почв / Ф.Х. Хазиев. - М.: Наука, 1976. -179 с.
