CC BY
15Научная статья
УДК 633.853.52:631.8:631.4
ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПОД ПОСЕВАМИ СОИ, СВЯЗАННУЮ С МОБИЛИЗАЦИЕЙ ФОСФАТОВ
Евгения Валерьевна Банецкая1, Кристина Юрьевна Разумова2
1 Всероссийский научно-исследовательский институт сои, г. Благовещенск, Россия;
2 Дальневосточный государственный аграрный университет, г. Благовещенск, Россия, bev@vniisoi.ru
Аннотация. В статье представлены результаты исследования, проведенного в длительном стационарном опыте ФГБНУ ФНЦ ВНИИ сои. Были выбраны варианты с разной обеспеченностью почвы подвижным фосфором, сложившейся за 12 ротаций пятипольного соево-зернового севооборота. Цель исследования - установить влияние длительного применения удобрений на микробиологическую и биохимическую активность луговой черноземовидной почвы под посевами сои, связанную с мобилизацией труднодоступных форм фосфора. Выявлено, что в контрольном варианте, где содержание доступных форм Р2О5 было на 41...63% меньше, чем при длительном применении фосфорных удобрений, произошло увеличение фосфатазной активности в 2...3 раза. В контроле и варианте с совместным использованием органических и минеральных удобрений отмечена наибольшая средняя численность фосфатмобилизующих микроорганизмов (ФММ) в каждой фазе роста и развития сои (5,26...5,28 млн. кОе/г почвы), тогда как при использовании только минеральных удобрений она составила 3,76...4,22 млн. КОЕ/г почвы. Установлена достоверная прямая связь численности ФММ с фосфатазной активностью (г = 0,45, гк ит = 0,37). Сделан предварительный вывод о ключевой роли микробиологической активности в обеспечении растений сои доступными формами фосфора за счет разложения почвенных фосфатов, особенно в контроле. Подтверждением этого может служить способность сои, как культуры, в значительной мере обеспечивающей себя азотом, к формированию относительно высокой урожайности на неудобренном фоне.
Ключевые слова: фосфатаза, фосфатмобилизующие микроорганизмы, соя, подвижный фосфор, длительное применение удобрений.
Для цитирования: Банецкая Е. В., Разумова К. Ю. Влияние удобрений на биологическую активность почвы под посевами сои, связанную с мобилизацией фосфатов // Агронаука. 2023. Том 1. № 1. С.146-151.
Original article UDC 632.9
THE EFFECT OF FERTILIZERS ON THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE SOIL ASSOCIATED WITH THE MOBILIZATION OF PHOSPHATES UNDER SOYBEAN CROPS
Evgeniya V. Banetskaya1, Kristina Yu. Razumova2
1 All-Russian Research Institute of Soybean, Blagoveshchensk, Russia;
2 Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk, Russia, bev@vniisoi.ru
Abstract. The article presents the results of a study conducted in a long-term stationary experiment of the FSBCI FSC ARRI of Soybean. Variants with different soil supply of mobile phosphorus, formed during 12 rotations of the five-field soybean-grain crop rotation, were selected. The aim of the study is to establish the effect of prolonged use of fertilizers on the microbiological and biochemical activity of meadow chernozemic soil under soybean crops associated with the mobilization of difficult to access forms of phosphorus. It was revealed that in the control variant, where the content of available forms of P2O5 was 41...63% less than with prolonged use of phosphorus fertilizers, there was an increase in phosphatase activity by 2...3 times. In the control and the variant with the combined use of organic and mineral fertilizers, the largest average number of phosphate-mobilizing microorganisms (PMM) was noted in each phase of soybean growth and development (5.26...5.28 million CFU/g of soil), whereas when using only mineral fertilizers, it
© Банецкая Е.В., Разумова К.Ю., 2023
146 - - Агронаука. 2023. Том 1, № 1 / Agroscience. 2023. Vol. 1, no. 1
amounted to 3.76-4.22 million CFU/g of soil. A reliable direct relationship between the number of PMM and phosphatase activity was established (r = 0.45, rcrit = 0.37). A preliminary conclusion is made about the key role of microbiological activity in providing soybean plants with available forms of phosphorus due to the decomposition of soil phosphates, especially in control. This can be confirmed by the ability of soybean, as a crop that largely provides itself with nitrogen, to form a relatively high yield against an unfavorable background.
Keywords: soy; phosphatase, phosphate-mobilizing microorganisms, soy, mobile phosphorus, long-term use of fertilizers.
For citation: Banetskaya E.V., Razumova K,Yu. Vliyanie udobrenij na biologicheskuyu aktivnost' pochvy pod posevami soi, svyazannuyu s mobilizaciej fosfatov [The effect of fertilizers on the biological activity of the soil associated with the mobilization of phosphates under soybean crops]. Agronauka. - Agroscience. 2023; 1; 1: 146-151. (in Russ.)
Введение
Микроорганизмы играют центральную роль в динамике содержания почвенного фосфора, способствуя переводу его труднорастворимых форм в подвижные за счет секреции в почву экзогенных гидролаз, включая фосфатазы [1, 2]. Фосфатазная активность связана с деятельностью практически всех почвенных микроорганизмов, но только некоторые из них образуют большое количество внеклеточных фосфатаз [3]. Считается, что относительная часть фосфатмобилизи-рующих микроорганизмов достаточно постоянна (около 30%) и не зависит от степени подвижности фосфора, обусловленной дозой фосфорных минеральных удобрений [4]. Однако многие исследователи отмечают, что более высокая обеспеченность почвы подвижным фосфором ингибирует фосфа-тазную активность, связывая это с тем, что минеральный фосфор необходим для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов [5-7]. Поэтому почвенная микрофлора при избытке доступного фосфора уменьшает выработку фосфатаз, а при его недостатке усиленно продуцирует для более эффективного превращения труднодоступных органических форм фосфора в легкодоступные минеральные формы [8]. В связи с этим, на наш взгляд, активность фосфатазы отчасти может служить
показателем обеспеченности почвы подвижным фосфором.
Исследованиями по вопросам питания сои установлено, что для сои содержание в почвенном растворе фосфат-иона, в отличие от N03- и NН4+, в значительной степени определяет оптимальные условия минерального питания [9-11]. Однако продуктивность этой культуры зачастую не сопряжена с содержанием в почве подвижного фосфора, а внесение фосфорных удобрений не всегда эффективно [12]. В связи с этим цель данного исследования - установить влияние длительного применения удобрений на микробиологическую и биохимическую активность луговой черноземовидной почвы под посевами сои, связанную с мобилизацией труднодоступных форм фосфора.
Материал и методы
Исследования проводили в длительном стационарном опыте с удобрениями, заложенном в 1962-1964 гг. Опыт включает в себя контроль (без удобрений) и 8 вариантов применения различных доз удобрений. Были выбраны 5 вариантов, отличающихся по уровню обеспеченности почвы подвижным фосфором, сложившейся за 12 ротаций пятипольного соево-зернового севооборота: овес - соя - пшеница - соя - пшеница (таблица).
Таблица - Схема опыта
Вариант Среднегодовая доза удобрений на 1 га севооборотной площади Внесено удобрений под сою в 2022 г., кг/га
1 Контроль(без удобрений) -
2 -
4 N2/30 Р60
6 N P |ч42' 48 -
9 + навоз 4,8 т P60 + навоз 12 т
Почва опытного участка - луговая чер-ноземовидная маломощная в комплексе со среднемощной (Классификация почв СССР, 1977). Отбор почвенных образцов проводили с глубины пахотного слоя (0-20 см) по фазам развития сои (классификация W.R. Fehr [13]) сорта Сентябринка, идущей 4-й культурой севооборота: 4-й тройчатый лист (V5R1), полное цветение ^2), начало образования бобов ^3), формирование бобов ^4) и налив семян ^6). Численность фосфатмобилизующих микроорганизмов определяли классическим чашечным методом на глюкозоаспарагиновом агаре Муромцева с внесением фосфатов Fe методом осаждения, предложенным Геррет-сеном в модификации Муромцева [14]. Определение активности нейтральной фосфатазы проводили методом гидролиза фенолфталеин фосфата [15], подвижного фосфора - методом А.Т. Кирсанова (ГОСТ 26207 - 91), степени его подвижности - методом Н.П. Карпинского и В.Б. Замятиной [16]. Экспериментальные данные обработаны методом корреляционного анализа.
Результаты и обсуждение. В результате
проведенных исследований выявлено, что в варианте без применения удобрений содержание в почвенном растворе фосфат-иона (экстрагируемого в 0,03 Н ^04) было низким (0,054-0,061 мг/л) на фоне наибольшей фос-фатазной активности (рисунок 1). В варианте с последействием длительного применения одних фосфорных удобрений количество доступных форм Р2О5 было на 41...63% больше, чем в контроле, а активность фосфатазы в 2-3 раза ниже. Этот факт согласуется с данными других исследователей, отмечающих тенденцию уменьшения фосфатазной активности ризосферной зоны при внесении фосфорного удобрения по сравнению с контрольной почвой без удобрений [17]. Однако, при внесении Р60 на фоне длительного использования азотно-фосфорных удобрений степень подвижности Р2О5 и фосфатазная активность были выше, чем в варианте со среднегодовой нагрузкой Р30, что свидетельствует о продолжении биохимической мобилизации органического фосфора почвы даже при внесении минеральных удобрений и требует более детального исследования.
Рисунок 1 - Влияние удобрений на содержание подвижного фосфора, степень его подвижности, активность нейтральной фосфатазы и численность фосфатмобилизующих микроорганизмов в почве под посевами сои (фазы развития сои указаны в методике исследования)
Микроорганизмы могут растворять и минерализовать фосфор из неорганических и органических пулов валового его содержания в почве [18]. Результатами исследований выявлено, что количество фосфатмобилизу-ющих микроорганизмов напрямую не связано с содержанием в почве доступного Р2О5 и степенью его подвижности, а, вероятно, определяется наличием углерода [4]. Так, в почве вариантов 4 и 9 в фазу цветения отмечено одинаковое количество микроорганизмов, мобилизующих фосфаты железа ^е-Р), тогда как степень подвижности фосфат-иона в почве девятого варианта (применение ежегодно ^4Р30 + 4,8 т/га навоза на 1 га с/о площади) превышает на 50% соответствующий показатель варианта с ежегодным внесением Ы24Р30 на 1 га с/о площади. В почве вариантов 1 (контроль без удобрений) и 2 (ежегодно Р30 на 1 га с/о площади) величина содержания подвижного Р2О5 почти равна, однако численность фосфатмобилизующих почвенных микроорганизмов варианта 1 в течение вегетации превышала соответствующий показатель варианта 2 на 9...104%.
Наибольшая средняя численность ФММ во все фазы роста и развития сои отмечена в контроле и варианте с совместным использованием органических и минеральных удобрений (5,26-5,28 млн. КОЕ/г почвы), тогда как при
использовании только минеральных удобрений она составила 3,76...4,22 млн. КОЕ/г почвы. В контрольном варианте повышенное количество микробов связано с недостатком подвижных форм фосфора, в связи с чем и идет интенсивная работа по его мобилизации. Вероятно, наличие мобилизованных таким образом фосфатов послужило источником формирования повышенной урожайности сои (2,52 т/га) даже без внесения удобрений, тогда как на фоне их длительного применения она составляла 2,48...2,67 т/га. При внесении органических удобрений, по-видимому, активизируется работа микробов по мобилизации органофосфатов, часть которых постепенно переходит в доступные (лабильные) формы и долгое время остается в высокой степени усвояемыми культурами севооборота [19].
Оценка взаимосвязи микробного пула почвы, способного мобилизовать фосфаты железа, с активностью фосфатазы показала достоверную связь (г = 0,45, гкрит = 0,37) в течение всей вегетации сои (рисунок 2), особенно наглядно это проявилось в фазу 4-го тройчатого листа (г = 0,96, гкрит = 0,88). Связь численности микроорганизмов с урожайностью сои была средняя обратная (г = -0,60, гкрит = 0,88), с содержанием подвижного фосфора - практически отсутствовала, что согласуется с многочисленными исследованиями, результаты ко-
=
о 2
ь
3 £
Он Н
О С С -
а
О
С
1—1 -
♦
♦ а ♦
♦ * ♦
♦ ♦
ч ♦
♦ 1
у= 1.53Р5х + 2,2529
R1 = 0Д04 1 1 1 1 1
0.5 1 1.5
Фосфатаза. мг Р;0;; на 1 г за 1 час
2.5
Рисунок 2 - Взаимосвязь численности микроорганизмов, мобилизующих труднорастворимые фосфаты Fe, с нейтральной фосфатазой в почве под посевами сои
торых не смогли продемонстрировать четкую связь между улучшенной доступностью фосфора в почве за счет фосфатмобилизующих микроорганизмов и продуктивностью сельскохозяйственных культур [20]. Отсутствие связи отчасти можно объяснить и тем, что ФММ солюбилизируют (высвобождают) фосфаты не только для удовлетворения потребностей растений, но и для своих собственных.
Выводы
В луговой черноземовидной почве под посевами сои наибольшая биологическая активность, связанная с мобилизацией фосфора, отмечена в варианте без применения
удобрений ввиду дефицита доступных для растения форм фосфора и в варианте с ор-ганоминеральной системой удобрений, обоснованная длительным разложением органического фосфора до его лабильных форм. Установлена достоверная корреляционная зависимость содержания нейтральной фос-фатазы от численности фосфатмобилизую-щих микроорганизмов. Формирование урожайности сои в размере 2,52 т/га возможно без применения фосфорных удобрений за счет активной деятельности почвенной микрофлоры, мобилизующей труднорастворимые формы фосфора.
Список источников
1. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука, 1982. 203 с.
2. Stewart J.W.B., Tiessen H. Dynamics of soil organic phosphorus // Biogeochemistry. 1987. V. 4. P. 41-60.
3. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. 445 с.
4. Малиновская И.М. Влияние системы удобрений на количество фосфатмобилизирующих микроорганизмов в черноземе луговом // Ольськогосподарська мкробюлопя: Мiжвiд. темат. наук. зб. ЧернИв. 2008. Вип. 8. С. 62-70.
5. Пилецкая О.А., Прокопчук В.Ф. Фосфатный режим и фосфатазная активность черноземовидной почвы // Вестник КрасГАУ. 2014. № 8. С. 47-50.
6. Наими О.И., Кузерубова О.Ю. Динамика подвижного фосфора в черноземе обыкновенном карбонатном при запашке соломы // Вестник Донского государственного аграрного университета. 2018. № 3-1 (29). С. 69-75.
7. Ферментативная активность чернозема обыкновенного при разложении соломы в почве / О.С. Безуглова [и др.] // Успехи современного естествознания. 2019. № 12. С. 199-204.
8. Пшеничная С.И. Фосфатный режим и фосфатазная активность почвы // Вопросы растениеводства. Киев, 1964. Т. 8. С. 210-219.
9. Биологическая активность орошаемой лугово-черноземной почвы и продуктивность сои в зависимости от условий минерального питания в южной лесостепи Западной Сибири / О.Ф. Хамова, В.С. Бойко, А.Ю. Тимохин, Н.Н. Шулико // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2018. № 4 (176). С. 96-100.
10. Синеговская В.Т., Урюпина А.А., Ануфриева И.В. Фотосинтетическая деятельность и формирование урожая нового скороспелого сорта сои Сентябринка в зависимости от уровня минерального питания // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2021. № 4. С. 48-52.
11. Наумченко Е.Т., Банецкая Е.В. Влияние длительного применения удобрений на плодородие луговой черноземовидной почвы и урожайность сои // Агрохимия. 2022. № 2. С. 28-33.
12. Ковшик И.Г., Науменко А.В. Соя в Амурской области. Агротехника выращивания в современных условиях: научная монография. Благовещенск: Изд-во "Деловое Приамурье", 2018. 248 с.
13. Stages of development descriptions for soybeans, Glycine max. (L) Merr. / W.R Fehr, C.E. Caviness, D.T. Burmood, J.S. Pennington // Crop Sci. 1971. № 11. Р. 929-930.
14. Методы почвенной микробиологии и биохимии: учеб. пособие / под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
15. Малахов С.Г. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв. М.: Московское отделение гидрометеоиздата, 1984.
16. Агрохимические методы исследования почв / отв. ред. А.В. Соколов. М.: "Наука", 1975. 656 с.
17. Влияние фосфорного и стартовых доз азотных удобрений на фосфатазную активность в ри-зосферной почве и нелигнифицированных корнях сои в условиях засухи / Е.Е. Емнова, О.В. Дарабан, Я.В. Бызган, С.И. Тома // Почвоведение. 2014. № 2. С. 217-224.
18. Richardson A.E. Prospects for using soil microorganisms to improve the acquisition of phosphorus by plants // Australian Journal of Plant Physiology. 2001. № 28 (9). Р. 897-906.
19. Phosphorus characterization and plant availability in soil profiles after long-term urban waste application / N. Gl^sner [et al.] // Geoderma. 2019. № 338. Р. 136-144.
20. Phosphate-solubilising-microorganisms (PSM) for improved crop productivity: A critical assessment / N.S. Raymond [et al.] // New Phytologist. 2021. № 229. Р. 1268-1277.
References
1. Xaziev F.X. Fermentativnaya aktivnost" pochv. M.: Nauka, 1982. 203 s.
2. Stewart J.W.B., Tiessen H. Dynamics of soil organic phosphorus // Biogeochemistry. 1987. V. 4. P. 4160.
3. Zvyagincev D.G., Bab"eva I.P., Zenova G.M. Biologiya pochv. M.: Izd -vo Mosk. un-ta, 2005. 445 s.
4. Malinovskaya I.M. Vliyanie sistemy" udobrenij na kolichestvo fosfatmobiliziruyushhix mikroorganizmov v chernozeme lugovom // Sil"s"kogospodars"ka mikrobiologiya: Mizhvid. temat. nauk. zb. Chernigiv. 2008. Vip. 8. S. 62-70.
5. Pileczkaya O.A., Prokopchuk V.F. Fosfatnyj rezhim i fosfataznaya aktivnosf chernozemovidnoj pochvy" // Vestnik KrasGAU. 2014. № 8. S. 47-50.
6. Naimi O.I., Kuzerubova O.Yu. Dinamika podvizhnogo fosfora v chernozeme oby"knovennom karbonatnom pri zapashke solomy" // Vestnik Donskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 3-1 (29). S. 69-75.
7. Fermentativnaya aktivnost" chernozema oby"knovennogo pri razlozhenii solomy" v pochve / O.S. Bezuglova [i dr.] // Uspexi sovremennogo estestvoznaniya. 2019. № 12. S. 199-204.
8. Pshenichnaya S.I. Fosfatny"j rezhim i fosfataznaya aktivnost" pochvy" // Voprosy" rastenievodstva. Kiev, 1964. T. 8. S. 210-219.
9. Biologicheskaya aktivnost" oroshaemoj lugovo-chernozemnoj pochvy" i produktivnost" soi v zavisimosti ot uslovij mineral"nogo pitaniya v yuzhnoj lesostepi Zapadnoj Sibiri / O.F. Xamova, V.S. Bojko, A.Yu. Timoxin, N.N. Shuliko // Maslichny"e kul"tury". Nauchno-texnicheskij byulleten" Vserossijskogo nauchno-issledovatel"skogo instituta maslichny"x kul"tur. 2018. № 4 (176). S. 96-100.
10. Sinegovskaya V.T., Uryupina A.A., Anufrieva I.V. Fotosinteticheskaya deyatel"nost" i formirovanie urozhaya novogo skorospelogo sorta soi Sentyabrinka v zavisimosti ot urovnya mineral"nogo pitaniya // Vestnik rossijskoj sel"skoxozyajstvennoj nauki. 2021. № 4. S. 48-52.
11. Naumchenko E.T., Baneczkaya E.V. Vliyanie dlitel"nogo primeneniya udobrenij na plodorodie lugovoj chernozemovidnoj pochvy" i urozhajnost" soi // Agroximiya. 2022. № 2. S. 28-33.
12. Kovshik I.G., Naumenko A.V. Soya v Amurskoj oblasti. Agrotexnika vy"rashhivaniya v sovremenny"x usloviyax: nauchnaya monografiya. Blagoveshhensk: Izd-vo "Delovoe Priamur"e", 2018. 248 s.
13. Stages of development descriptions for soybeans, Glycine max. (L) Merr. / W.R Fehr, C.E. Caviness, D.T. Burmood, J.S. Pennington // Crop Sci. 1971. № 11. R. 929-930.
14. Metody" pochvennoj mikrobiologii i bioximii: ucheb. posobie / pod red. D.G. Zvyaginceva. M.: Izd-vo MGU, 1991. 304 s.
15. Malaxov S.G. Vremenny"e metodicheskie rekomendacii po kontrolyu zagryazneniya pochv. M.: Moskovskoe otdelenie gidrometeoizdata, 1984.
16. Agroximicheskie metody" issledovaniya pochv / otv. red. A.V. Sokolov. M.: "Nauka", 1975. 656 s.
17. Vliyanie fosfornogo i startovy"x doz azotny"x udobrenij na fosfataznuyu aktivnost" v rizosfernoj pochve i nelignificirovanny"x kornyax soi v usloviyax zasuxi / E.E. Emnova, O.V. Daraban, Ya.V. By"zgan, S.I. Toma // Pochvovedenie. 2014. № 2. S. 217-224.
18. Richardson A.E. Prospects for using soil microorganisms to improve the acquisition of phosphorus by plants // Australian Journal of Plant Physiology. 2001. № 28 (9). R. 897-906.
19. Phosphorus characterization and plant availability in soil profiles after long-term urban waste application / N. Gl^sner [et al.] // Geoderma. 2019. № 338. R. 136-144.
20. Phosphate-solubilising-microorganisms (PSM) for improved crop productivity: A critical assessment / N.S. Raymond [et al.] // New Phytologist. 2021. № 229. R. 1268-1277.
Информация об авторах
Е.В. Банецкая - канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр.; К.Ю. Разумова - аспирант
Information about the authors
E.V. Banetskaya - Cand. Agr. Sci., Senior Researcher; K.Yu. Razumova - Postgraduate Student
Статья поступила в редакцию 16.02.2023; одобрена после рецензирования 27.02.2023; принята к публикации 15.03.2023
The article was submitted 16.02.2023; approved aftee reviewing 27.02.2023; accepted for publication 15.03.2023
