CC BY
37
УДК 631.445.41:631.582:631.8
ВЛИЯНИЕ ЗЕЛЕНЫХ УДОБРЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ГРЕЧИХИ В ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Е. А. Нарушева, канд. с.-х. наук; В. Б. Нарушев, доктор с.-х. наук,
Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова, т. (8452) 26-00-15, е-таП: [email protected]
Рассматривается влияние различных сидеральных культур на биологические свойства чернозема выщелоченного. Показано, что использование сидератов активизирует почвенную биоту, положительно влияет на агрохимические и биологические свойства почвы, что повышает ее плодородие. Зеленое удобрение стабилизирует и улучшает состояние посевов и почвы и увеличивает урожайность гречихи. Рациональное сочетание сидерации с другими приемами биологизации обеспечивает ведение экологически сбалансированного и безопасного земледелия.
Ключевые слова: сидераты, биологическая активность почвы, ферментативная активность почвы, целлюлозоразрушающая способность почвы, плодородие почвы, продуктивность гречихи, экологически безопасное земледелие.
За минувшие сто лет уменьшение запасов гумуса в распаханных почвах многих регионов России достигло 40...50 % [13]. По мнению ряда исследователей, проблему воспроизводства гумуса можно решить за счет активизации почвенных биологических процессов [8, 10]. В настоящее время необходим переход на биологические системы земледелия, в которых воспроизводство гумусового вещества почвы может быть достигнуто за счет вовлечения в биологический круговорот всех имеющихся органических веществ и в том числе фитомассы сидератов [2, 6, 15].
Применение сидератов позволяет вернуть почве утраченную структурность, обогащает почву элементами питания, так как при разложении органического вещества в верхних горизонтах почвы выделяется углекислота, которая по каналам спускается в нижние горизонты и соединяется с почвенной влагой, образуя угольную кислоту, хорошо растворяющую недоступные растениям вещества. За счет корневых выделений растений и при разложении органики образуются органические кислоты и ферменты, позволяющие растворяться минералам. За счет органического вещества сидератов в почве накапливается биологический азот.
В полевых опытах изучалось влияние зеленых удобрений (сидератов), как отдельно, так и в сочетании с другими видами удобрений, на биологическую активность чернозема выщелоченного лесостепи Среднего Поволжья и продуктивность гречихи.
Наблюдения за почвой осуществляли по общепринятым методикам: интенсивность дыхания - по В. И. Штатнову [16], целлю-
лозоразрушающую способность - аппликационным методом по Е. Н. Мишустину и
А. П. Петровой [12], протеолитическую активность - аппликационным методом по Е. Н. Мишустину, Д. И. Никитиной, И. В. Во-стровой; активность почвенных ферментов
- уреазы по Т. А. Щербаковой, амилазы по Е. Н. Мишустину, ксиланазы по Sorensen [17, 18].
Урожай учитывался методом пробного снопа. Статистическую обработку данных проводили по Б. А. Доспехову [4].
В 2004-2006 гг. в условиях лесостепи Саратовского Правобережья изучалось влияние зеленых удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного при выращивании гречихи. После уборки озимой пшеницы, которая являлась предшественником гречихи, высевались пожнивные сидеральные культуры, надземная масса которых скашивалась, измельчалась и запахивалась в почву в фазе бутонизации. В качестве сидератов изучали фацелию, донник белый однолетний, рапс яровой, горчицу белую и редьку масличную.
Наиболее достоверно интенсивность разложения органических соединений почвенными микроорганизмами характеризует выделение из почвы углекислого газа [5]. По данным наших исследований, из почвы под гречихой при возделывании по крестоцветным сидератам выделялось 1010... 1106 мг СО2, что на 15.26 % превышало показатель контрольного варианта (табл. 1). Повышение суммарной биогенности почвы на вариантах с сидератами связано с поступлением в нее значительного количества легкоразлагаемого органического материала, который служит пищей для микробов.
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 35
Таблица 1
Влияние сидератов на показатели биологической активности почвы под посевами гречихи, среднее за 2004-2006 гг.
Несколько по-иному в опыте проявилось действие сидератов на целлюлозоразрушающую способность почвы, по которой можно судить о степени мобилизации азота. Исследования показали, что процесс разложения клетчатки в черноземе выщелоченном протекал более интенсивно на делянках с запашкой донника -61,9 %. Несколько ниже (58,4.61,2 %) интенсивность разложения была на делянках с крестоцветными сидератами.
Важный показатель, позволяющий оценить влияние тех или иных агротехнических приемов на почву, - ее протеолитиче-ская активность. В результате наших исследований было установлено, что наименее активная почва по выделению аминокислот была на контрольном варианте -37,4 %. Запаханная зеленая масса сиде-ральных культур способствовала накоплению в почве доступных форм минерального азота и белков, необходимых для нормального функционирования жизнедеятельности протеолитических микроорганизмов, разрушающих желатиновый слой фотобумаги.
Улучшение водного режима при запашке сидератов способствовало усилению ферментативной активности почвы (табл. 2). Исключительно важная роль в превращении поступающих в почву органических форм азота в доступное для сельскохозяйственных культур состояние принадлежит гидролитическим ферментам - амилазе, уреазе, ксиланазе и инвертазе.
Высокая активность уреазы в почве -существенный фактор ее азотистого обмена [3, 7, 14]. Установлено, что активность уреазы в почве заметно повышается при внесении органического [7,9] и минерального [1,3] вещества. Наши исследования
36
позволили впервые получить данные по активности уреазы в ризосфере гречихи на черноземе выщелоченном лесостепи Саратовского Правобережья при запашке си-деральных культур.
Таблица 2
Влияние сидератов на активность ферментов почвы под посевами гречихи, среднее за 2004-2006 гг.
Вариант опыта Активность ферментов
Уреаза, мг мочевины/ 10 г почвы/сут. Амилаза, мг мальтозы/10 г почвы/сут. Ксиланаза, мг/ 1 мл реакции-онной смеси Инвертаза, мг глюкозы/1 г почвы/4 ч
Контроль 107 12,2 7,26 16,0
Фацелия 128 21,4 7,74 24,2
Донник 151 25,0 8,80 18,8
Рапс 144 28,5 9,10 32,8
Горчица 135 23,8 8,40 28,6
Редька 135 26,9 8,10 27,2
Главным продуцентом амилазы являются корневые выделения растений. Наибольшая корневая масса отмечалась у рапса и редьки масличной, что и сказалось на высокой активности этого фермента в почве. Большая доза органического вещества вызывала значительное повышение активности инвертазы. На вариантах с донником значение этого фермента было почти на уровне контроля, что согласуется с данными Л. А. Карягиной [7] о том, что злаковые и крестоцветные культуры в большей мере повышают инвертазную активность почвы, чем бобовые. Активность ксиланазы зависит от количества и состава органической массы, запаханной в почву. Этот фермент играет чрезвычайно важную роль в разложении как почвенного органического вещества, так и свежих растительных остатков.
В нашем опыте активность ферментов азотного и углеродного обмена в почве под гречихой, идущей по сидератам, оказалась в 1,2-2,1 раза выше, чем на контроле. Причина этого преимущества та же, что и при выделении СО2, - поступление в почву богатого азотом растительного материала.
Положительное влияние запашки си-дератов на свойства почвы, в свою очередь, благоприятно отразилось на ростовых процессах и фотосинтезе растений гречихи (табл. 3). При этом наилучшие показатели фотосинтетической деятельности посевов гречихи отмечены на варианте запашки ярового рапса: площадь листьев в цветение - 28,0 тыс. м2/га; сухая надзем-
Агрономия
Вариант опыта Численность микроорганизмов, млн. шт./1 г почвы Выделение СО2, мг/м2/час Целлюлозоразрушающая способность, % Протеолитическая активность, %
Контроль 7,1 878 40,5 37,4
Фацелия 7,5 966 55,5 50,6
Донник 9,8 1102 61,9 56,5
Рапс 9,6 1106 61,2 55,7
Горчица 8,4 1054 59,4 54,3
Редька 8,2 1010 58,4 52,9
ная масса - 8,79 т/га; фотосинтетический потенциал посева - 1624 тыс. м2 . сутки/га; чистая продуктивность фотосинтеза - 5,41 г/м2 . сутки.
Таблица 3
Влияние сидератов на показатели фото-синтетической деятельности посевов гречихи в условиях лесостепного Поволжья (среднее за 2004-2006 гг.)
Вариант опыта Площадь листьев в цветение, тыс. м2/га Фотосинтетический потенциал, тыс. м2 сут./га Сухая надземная масса в период уборки, т/га Чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2, сут.
Контроль 20,9 1212 6,31 5,20
Фацелия 24,5 1421 7,46 5,25
Донник 27,2 1577 8,46 5,36
Рапс 28,0 1624 8,79 5,41
Горчица 26,0 1508 7,97 5,29
Редька 25,6 1485 7,82 5,27
Запашка зеленой массы сидератов, являясь недорогостоящим приемом, стимулировала биологические почвенные процессы, позволила улучшить условия для роста и развития гречихи и получить более высокий урожай. В среднем за 2004-2006 гг. урожайность гречихи при возделывании ее по сидератам составила 1,66.1,88 т/га, что превышало контроль на 0,26.0,48 т/га, или 18,6.34,3 % (табл. 4). Наивысшая урожайность зерна гречихи получена при использовании в качестве сидерата ярового рапса - 1,88 т/га.
Таблица 4
Влияние сидератов на урожайность гречихи, т/га, среднее за 2004-2006 гг.
Вариант опыта Урожайность по годам, т/га Приб к конт авка ролю
2004 2005 2006 Сред- нее т/га %
Контроль 0,93 1,62 1,65 1,40 - -
Фацелия 1,05 1,80 2,12 1,66 0,26 18,6
Донник 1,09 2,13 2,21 1,81 0,41 29,3
Рапс 1,15 2,24 2,26 1,88 0,48 34,3
Горчица 1,11 1,94 2,17 1,74 0,34 24,3
Редька 1,18 1,77 2,18 1,71 0,31 22,1
НСР05 0,03 0,05 0,06
В следующем опыте в 2007-2009 гг. изучалось влияние лучшего сидерата - ярового рапса на биологическую активность чернозема выщелоченного лесостепи Среднего Поволжья при его сочетании с другими видами органо-минеральных удобрений.
Схема опыта включала следующие варианты: 1. М30Р30 (под предпосевную культивацию) - контроль; 2. Ы30Р30 + запашка измельченной соломы предшественника (озимой пшеницы) + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизо-рин; 3. И30Р30 + пожнивный посев сидерата (ярового рапса) + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин; 4. ^0Р30 + запашка измельченной соломы предшественника + пожнивный посев сидерата; 5. И30Р30 + запашка измельченной соломы предшественника + пожнивный посев сидерата + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин; 6. ^0Р30 + обработка измельченной соломы предшественника перед запашкой биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + пожнивный посев сидерата + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин; 7. Обработка измельченной соломы предшественника перед запашкой биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + пожнивный посев сидерата + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин.
Площадь учетной делянки 100 м2, повторность опыта четырехкратная, размещение вариантов рандомизированное. Измельченная солома озимой пшеницы обрабатывалась перед запашкой биопрепаратом АКРАМ (0,6 л препарата + 200 л воды на 1 га), ускоряющим ее разложение. Семена гречихи в день посева инокулиро-вали биопрепаратом Мизорин из расчета 300 г и 0,5 л воды на гектарную норму семян (50 кг).
Исследования показали, что использование сидерации в комплексе с другими органо-минеральными удобрениями обеспечило наибольшее формирование фото-синтетического потенциала (ФП) посевов гречихи. Активизация фотосинтетического аппарата обеспечивала наибольшее накопление сухого вещества. Максимальное его накопление наблюдалось на 5, 6 и 7 вариантах с использованием сидерации, биопрепаратов АКРАМ и Мизорин - 8,80. 9,96 т/га, или на 33,9.51,6 % выше, чем на контроле.
Важнейшим показателем биологической активности почвы является степень разложения целлюлозы, которая в нашем опыте была наибольшей на 5, 6 и 7 вариантах с биопрепаратами и использованием соломы и сидерата - 75,1.82,2 %. Исследования показали, что наиболее интенсивное выделение углекислого газа наблюдалось на 5, 6 и 7 вариантах - 1070.1090 мг СО2/час/м2. Наименьшее значение отмече-
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 37
но на контрольном варианте с минеральными удобрениями - 900 мг СО2/час/м2 (табл. 5).
Таблица 5
Влияние различных удобрений на показатели биологической активности чернозема выщелоченного в посевах гречихи (среднее за 2007-2009 гг.)
Вариант опыта Разложение целлюлозы, % Дыхание почвы, мг СО2/час/м2
1 51,5 900
2 66,3 968
3 74,5 996
4 69,1 994
5 75,1 1070
6 82,2 1090
7 79,0 1070
F факт 162,8 345,1
НСР05 1,6 25,4
Различия в прохождении физиологических и биохимических процессов оказали существенное влияние на урожайность гречихи. Наименьшая урожайность отмечена на контрольном варианте, где применялись только минеральные удобрения М30Р30 -1,81 т/га в среднем за три года (табл. 6).
Таблица 6
Влияние биопрепаратов и органоминеральных удобрений на урожайность гречихи в лесостепном Поволжье, т/га
Ва- риант опыта Урожайность зерна по годам, т/га Приб к конт авка ролю
2007 2008 2009 сред- нее т/га %
1 1,82 2,54 1,07 1,81 - -
2 2,05 2,86 1,18 2,03 0,22 12,2
3 2,12 2,91 1,21 2,08 0,27 14,9
4 2,25 3,06 1,26 2,19 0,38 21,0
5 2,42 3,14 1,34 2,30 0,49 27,1
6 2,57 3,52 1,38 2,49 0,68 37,6
7 2,36 3,15 1,32 2,28 0,47 26,0
F факт 289,4 438,3 178,7
НСР05 0,08 0,10 0,06
Применение ярового рапса в качестве сидерата в различных сочетаниях с другими видами удобрений по-разному влияло на урожайность гречихи. Так, применение пожнивного сидерата на фоне М30Р30 и использования биопрепарата Мизорин (вариант 3) дало небольшую прибавку урожайности зерна гречихи по отношению к контролю - 0,27 т/га. Значительно повысилась эффективность сидерации на фоне М30Р30 + запашка измельченной соломы предшественника + биопрепарат Мизорин (вариант 5): урожайность увеличилась на 0,49 т/га.
Максимальное увеличение урожайности получено при применении сидерата на фоне ^0Р30 + обработка измельченной соломы предшественника перед запашкой биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин (вариант 6): прибавка урожайности достигла 0,68 т/га, или 37,6 %.
Включенный в исследования седьмой вариант, где сидерация сочетается со всеми видами органических удобрительных веществ (обработка измельченной соломы биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом мизорин), также показал очень высокую эффективность при возделывании гречихи в лесостепи Среднего Поволжья - обеспечил прибавку урожайности по сравнению с минеральными удобрениями в размере 0,47 т/га, или 26 %. При этом необходимо отметить, что данный вариант обеспечивает одновременно и снижение стоимости продукции, и наилучшее сохранение плодородия почвы.
Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Применение сидератов в 1,2.2,1 раза повышает показатели биологической активности чернозема выщелоченного, что способствует воспроизводству органического вещества и позволяет улучшать условия для роста, развития и фотосинтеза растений в посевах гречихи.
2. В среднем за три года урожайность зерна гречихи при возделывании по пожнивным сидератам составила 1,66.1,88 т/га, что превышало контроль на 0,26.0,48 т/га, или на 18,6.34,3 %. Наивысшая урожайность гречихи была получена при использовании в качестве сидерата ярового рапса - 1,88 т/га.
3. При использовании пожнивного сидерата в комплексе с другими органоминеральными удобрениями максимальное увеличение урожайности гречихи получено на фоне Ы30Р30 + обработка измельченной соломы предшественника перед запашкой биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом мизорин
- прибавка урожайности достигла 0,68 т/га в среднем за три года, или 37,6 %.
4. Наилучшее сохранение плодородия почвы обеспечивает сочетание сидерации с применением других органических удобрительных веществ: обработка измельченной соломы предшественника перед запашкой биопрепаратом АКРАМ + запашка соломы + предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратом Мизорин. При этом при-
38 Агрономия
менение сидератов не только сохраняет плодородие почвы и увеличивает урожайность гречихи, но и обеспечивает значительное повышение экономической эффективности за счет уменьшения применения дорогостоящих минеральных удобрений.
Литература
1. Власюк, П. А. Влияние растений и удобрений на активность некоторых ферментов почвы / П. А. Власюк, А. П. Лисовал // Сб. докл. симпозиума по ферментам почвы. - Минск, 1968. - С. 10-23.
2. Воробьев, С. А. Пожнивные культуры и солома как органическое удобрение на дерново-подзолистой почве / С. А. Воробьев. - М.: Изд. ТСХА. - 1972. - Вып. 3. -С.38-46.
3. Галстян, А. Ш. Об активности ферментов и интенсивности дыхания почвы /
А. Ш. Галстян // Доклады АН СССР. - 1959.
- № 5. - Т. 127. - С. 1099-1102.
4. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - М.: Колос, 1979. - 416 с.
5. Дудкина, Т. А. Роль севооборота и удобрений в формировании биологических свойств почвы / Т. А. Дудкина, И. В. Дудкин // Земледелие. - 2006. - № 2. - С.12-13.
6. Казанцев, В. П. Использование капустных культур на зеленое удобрение в Сибири / В. П. Казанцев // Земледелие. -1998. - № 4. - С. 22-23.
7. Карягина, Л. А. Оценка плодородия почвы по биологическим показателям / Л. А. Карягина // Микробиологические основы повышения плодородия почв. - Минск: Наука и техника, 1983. - С. 101-103.
8. Кружков, Н. К. Совершенствование систем земледелия в центральной лесостепи на основе активизации биологиче-
ских факторов: автореф. дис. . д-ра с.-х. наук / Н. К. Кружков. - Орел, 2007. - 40 с.
9. Купревич, В. Ф. Почвенная энзимоло-гия / В. Ф. Купревич, Т. А. Щербакова. -Минск: Наука и техника, 1966. - 246 с.
10. Лошаков, В. Г. Промежуточные культуры - фактор экологически чистого земледелия / В. Г. Лошаков // Аграрная наука.
- 1994. - № 6. - С. 24-26.
11. Лошаков, В. Г. Влияние длительного применения пожнивного зеленого удобрения на агрофизические свойства почвы /
В. Г. Лошаков, В. А. Николаев // Доклады ТСХА. - 1999. - Вып. 2. - С. 29-40.
12. Мишустин, Е. Н. Определение биологической активности почвы / Е. Н. Мишу-стин, А. П. Петрова // Микробиология. -1963. - С.479-483.
13. Моргун, Ф. Т. Почвозащитное земледелие / Ф. Т. Моргун, Н. К. Шикула, А. Г. Та-рарико // Почвозащитное земледелие. -Киев: Урожай, 1983. - 240 с.
14. Пешкова, А. А. Влияние уровня азотного питания на активность нитратре-дуктазы и накопление нитратов в органах растений редьки масличной / А. А. Пешкова, Н. В. Дорофеев, Е. В. Бояркин // Агрохимия. - 2005. - № 7 - С. 19-24.
15. Тужилин, В. М. Донник на сидерат в Нечерноземье / В. М. Тужилин // Земледелие. - 1995. - № 2. - С. 8-9.
16. Штатнов, В. И. К методике определения биологической активности почвы /
В. И. Штатнов // Доклады ВАСХНИЛ. -1952. - Вып. 6. - С. 27-33.
17. Щербакова, Т. А. К методике определения активности инвертазы и амилазы в почве / Т. А. Щербакова // Сб. докладов симпозиума по ферментам почвы. - Минск: Наука и техника, 1968. - С.453-455.
18. Хазиев, Ф. Х. Методы почвенной энзимологии / Ф. Х. Хазиев. - М.: Наука, 2005. - 252 с.
Нива Поволжья № 4 (21) ноябрь 2011 39
