С переходом земледелия на почвозащитные бесплужные технологии возделывания зерновых культур важно учитывать микробиологические изменения, происходящие в почве, так как микробоценозы являются чувствительными индикаторами, реагирующими на изменение условий среды обитания.
В отечественной литературе накоплено большое количество научных данных, которые свидетельствуют, что угнетение или стимуляция численности и активности почвенных микроорганизмов обуславливается комплексом факторов, важнейшими из которых являются способы обработки почвы, виды, дозы и способы применения минеральных удобрений.
Большинство авторов убеждены, что при отвальной обработке в почве возрастает численность аэробной микрофлоры, что ведёт к разложению органики с более высокой степенью интенсивности и низким коэффициентом гумификации.
Исследованиями, проведёнными В. И. Кирюшиным, И. Н. Лебедевой и др. на южном чернозёме Западной Сибири и Северного Казахстана, установлено, что сокращение глубины и частоты механической обработки способствует существенному сокращению потерь гумуса за счёт снижения интенсивности процессов эрозии и минерализации органического вещества.
К такому же выводу пришли сибирские ученые В. Г. Холмов, Л. В. Юшкевич, которые отмечают, что при минимизации обработок выщелоченных чернозёмов южной лесостепи Западной Сибири темпы убыли запасов гумуса в пахотном слое идут в 1,5-2 раза слабее по сравнению со вспашкой.
Следовательно, энергосберегающие приёмы обработки почвы (минимальная и нулевая) в сочетании со средствами комплексной химизации могут служить одним из радикальных средств сохранения и повышения потенциального плодородия почв.
В то же время, по данным М. А. Глухих, в условиях Зауралья за 20-летний период исследований существенных различий в содержании гумуса в слое 0-30 см выщелоченного чернозема в зависимости от систем обработки (отвальная, безотвальная, плоскорезная и минимальная) не обнаружено.
В условиях Зауралья данных о влиянии длительного применения минимальных обработок почвы и средств химизации на биологические процессы, происходящие в почве, недостаточно. В связи с этим целью наших исследований являлось установить количество, состав и активность микроорганизмов различных физиологических групп, содержание общего и легкоминерализуемого (лабильного) органического углерода в зависимости от систем почвообработки, минерального питания и других факторов.
Методика
Для лабораторных исследований микробоценоза чернозёма выщелоченного на центральном опытном поле Курганского НИИСХ были взяты почвенные образцы в заключительном поле зернопарового севооборота пар – пшеница – пшеница-пшеница на вариантах: ежегодная вспашка на глубину 20-22 см (с 1968 г.); осенняя поверхностная обработка дисковым орудием на 6-8 см (минимальная технология) с 2007 г. и прямой посев без механической обработки (технология No-till) с 2007 г.
Образцы почвы отбирали весной 2014 года в слое почвы 0-20 см на делянках без удобрений и на фоне N40. Контрольный образец почвы был взят на залежном участке, расположенном рядом с опытом, где в течение 40 лет произрастал кострец безостый без механической обработки и средств химизации.
В первых двух вариантах посевы пшеницы в период вегетации систематически обрабатывали гербицидами избирательного действия, в третьем – дополнительно применяли глифосатсодержащие гербициды за 5-6 дней до посева, которые использовали и при подготовке пара. Минеральные удобрения вносили зерновой сеялкой в верхний слой почвы равномерно по площади и глубине заделки во второй декаде мая.
Посев проводили 20-25 мая стерневой сеялкой СКП-2,1, в первых двух вариантах оборудованной сошниками культиваторного типа, в третьем варианте – узкими анкерными сошниками. Убирали и учитывали урожай комбайном «Сампо-500», оборудованным измельчителем соломы, что позволяло пожнивные и растительные остатки равномерно распределять по поверхности делянок.
Почва опытного участка – маломощный среднесуглинистый выщелоченный чернозём с содержанием гумуса 4,0-5,2 %, подвижных форм фосфора от 7,5 до 11,7, калия свыше 20,0 мг/100 г почвы по Чирикову, рН 5,0-5,4 и суммы поглощенных оснований 19,3-21,5 мг-экв./100 г почвы.
Численность микроорганизмов различных физиологических групп определяли по следующим методикам: микробная биомасса (Смик) - методом регидратации-экстракции; численность физиологических групп микроорганизмов (ФГМ) - методом посева на твёрдые и жидкие питательные среды. Аммонифицирующие (использующие органические формы азота) - среда МПА, амилолитические (использующие минеральные формы азота) – среда КАА (крахмало-аммиачный агар), нитрификаторы - водный агар, денитрификаторы - жидкая среда Гильтая.
Для характеристики почвенного органического вещества (ПОВ) определяли: содержание органического углерода (Сорг) по Тюрину в модификации Никитина со спектрофотометрическим окончанием по Орлову-Гриндель; водорастворимый углерод (Свод) - в водной вытяжке по Панникову; содержание углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв) – по методике Шульц-Кершенса (экстракция углерода – 1-часовым кипячением с H2O); подвижный углерод (Сщ) - в 0,1 NaOH вытяжке по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой; содержание общего азота - по Къельдалю.
Математическую обработку полученных данных проводили с использованием компьютерных программ Exel и Statistica 6,0.
Результаты исследований и их обсуждение
В результате исследований установлено значительное изменение микробоценоза чернозёма выщелоченного под воздействием изучаемых систем обработки почвы и азотных удобрений. Более благоприятные условия для развития микробной биомассы почвы (Смик) сложились на варианте нулевой системы обработки, где количество микроорганизмов составляло 486±1 мг/кг почвы.
По ежегодной поверхностной обработке и вспашке наблюдается незначительное снижение биомассы микроорганизмов до 472±7 и 366±30 мг/кг соответственно. В результате применения азотных удобрений (N40) на стерневом фоне произошло увеличение микробной биомассы до 562±0 мг/кг (16 %), а максимальное количество (855±16 мг/кг) достигло в почве под залежью (таблица 1).
В то же время самое низкое количество микроорганизмов, разлагающих органический азот (среда МПА), в последнем поле севооборота (под пшеницей), оказалось на вариантах нулевой системы обработки. Численность в почве аммонифицирующих бактерий на стерневом фоне без удобрений уменьшилась по сравнению со вспашкой и поверхностной обработкой в 1,5-1,8 раза, что свидетельствует о снижении процесса трансформации азота в пахотном слое почвы.
Уменьшение количества аммонифицирующих микроорганизмов, на наш взгляд, объясняется тем, что измельчённая солома при системе No-till находится на поверхности почвы по сравнению с механическими приёмами, где она перемешивается с верхним (0-10 см) или пахотным (0-20 см) слоями. В связи с этим пожнивные растительные остатки препятствуют быстрому прогреванию почвы стерневого фона и замедляют развитие микрофлоры в весенний период.
Аналогичная закономерность наблюдается и по количеству микроорганизмов (бактерий и актиномицетов), использующих минеральные формы азота. В варианте прямого посева численность микроорганизмов, учитываемых на среде КАА, снизилась с 8721-9747 до 5820 тыс. КОЕ/г почвы, или в 1,5-1,7 раза по сравнению со вспашкой и поверхностной обработкой. При этом общее количество этих микроорганизмов в почве под кострецом составило 25441 тыс. КОЕ/г почвы, это максимальный показатель в опыте.
Максимальное количество нитрификаторов в почве отмечается при ежегодной вспашке, соответственно и содержание нитратного азота здесь увеличивается по сравнению с минимальной и нулевой системами обработки.
Применяемая нами в течение 8 лет технология прямого посева повлияла на содержание в пахотном слое почвы денитрификаторов, их количество закономерно увеличилось, что свидетельствует о возможном усилении газообразных потерь азота и, как следствие, обеднении почвы наиболее ценной для растений формой азотистого питания – нитратами.
Применение азотных удобрений способствовало повышению почвенной микрофлоры по всем системам обработки: утилизирующих органические соединения азота на МПА – на 98-110 % (отвальная, минимальная системы) и 50 % (нулевая); потребляющих минеральный азот на КАА – на 56-75 и 76 %; нитрификаторов – на 98-112 и 110 % по отношению к контролю без удобрений соответственно.
Следовательно, за счёт невысокой дозы азотного удобрения (N40) можно существенно повысить в пахотном слое чернозема выщелоченного численность почвенных микроорганизмов, участвующих в азотном цикле.
Другим важным показателем характеристики почвы является разложение обогащённых азотом органических соединений. Самое высокое содержание углерода органического (3,01 %) отмечено на участке, переведенном в залежь и на протяжении 40 лет занятом мятликовым травостоем.
В полевом севообороте в вариантах без удобрений по мере снижения интенсивности почвообработок содержание органического углерода (Сорг) уменьшалось с 2,16 % по отвальной обработке до 1,92 % по нулевой. Высоким содержанием углерода (2,18%) отличался вариант с нулевой обработкой на фоне азотных удобрений (среднегодовая доза 40 кг д.в./га) и систематического применения прямого посева без осенней обработки (таблица 2).
Эта особенность объясняется тем, что в варианте с нулевой системой обработки на фоне комплексной химизации формировался более высокий урожай пшеницы, особенно в засушливые годы, что обеспечивало поступление в верхний слой почвы большего количества растительных остатков – 3,40 т/га против 3,07-3,16 т/га (отвальная и минимальная обработки) (таблица 3).
На фоне ежегодного применения азота (N40) в вариантах минимальной и нулевой систем обработки почвы, в отличие от традиционной отвальной, содержание общего азота в пахотном слое чернозёма выщелоченного существенно увеличилось по сравнению с соответствующими вариантами без удобрений - с 0,155-0,156 до 0,184-0,188 %, в результате улучшилось соотношение С:N с 12,2-12,3 до 11,5-11,6 (таблица 2).
Следовательно, гумусовое состояние почвы по признаку обогащённости азотом, по шкале В. И. Кирюшина, А. Л. Иванова, повысилось от низкого к среднему уровню, что свидетельствует об улучшении плодородия пахотного слоя чернозёма выщелоченного.
Согласно современным представлениям, почвенное органическое вещество – весьма динамичная сложная гетерогенная система, состоящая как минимум из трёх составляющих (активной, легкоразлагаемой, пассивной и стабильной), характеризующихся различной устойчивостью к деструкционным процессам. В условиях сельскохозяйственного использования утрата или накопление органического вещества почв сопряжено с преимущественной потерей или накоплением легкотрансформируемых компонентов.
Одним из надёжных критериев уровня содержания в почве легкоразлагаемого органического вещества и показателем эффективного плодородия пахотных почв может служить углерод, экстрагируемый горячей водой – Сэгв.
Этот углерод представлен в основном органическими соединениями, образующимися на самых ранних стадиях трансформации растительных остатков, а также микробной биомассой. В наших исследованиях содержание Сэгв было наиболее высоким в варианте нулевой обработки с внесением азотного удобрения и составило 169 мг/кг почвы.
Нулевая обработка обеспечила также самый высокий уровень содержания водорастворимого углерода, которое было в 1,25 и 1,33 раза выше, чем в вариантах с отвальной и минимальной обработкой соответственно.
Подвижный углерод по Тюрину (Сщ) за счет свежих растительных пожнивно-корневых остатков, оставляемых после уборки урожая на делянках, где применялась нулевая система обработки в сочетании с комплексной химизацией, увеличился с 2611 до 3299 мг/кг почвы (26 %) (таблица 2).
Увеличение подвижного углерода в почве, по мнению Н. Ф. Балабановой, Н. А. Воронковой, означает увеличение поступления «доступного гумуса», способствующего дополнительному поступлению питательных веществ и созданию оптимальных условий для повышения продуктивности яровой пшеницы.
Следует отметить, что между содержанием общего углерода и легкоразлагаемыми его формами существует достаточно устойчивая корреляционная связь (коэффициент r=0,89-0,98), причём проявляется она в одинаковой степени, как между различными фракциями органического вещества, так и в целом между изучаемыми системами обработки почвы.
Кроме того, наблюдается тесная корреляционная связь между подвижным углеродом (Сщ) и аммонифицирующими и амилолитическими почвенными микроорганизмами, участвующими в азотном цикле (коэффициент корреляции равен 0,75 и 0,83); между углеродом микробной биомассы (Смик), углеродом, экстрагируемым горячей водой (Сэгв) и амилолитическими бактериями (коэффициент r=0,76) (таблица 4).
Выводы
1. Длительное применение технологии посева яровой пшеницы по необработанной почве в системе нулевой обработки положительно сказывается на накоплении в пахотном слое чернозёма выщелоченного микробной биомассы. В то же время за счёт медленного прогревания стерневого фона микробиологические процессы в почве в весенний период протекают гораздо слабее по сравнению с вариантами глубоких и мелких механических обработок.
Как следствие, идёт снижение количества микроорганизмов, контролирующих процессы аммонификации (использования минеральных форм азота) и нитрификационной активности выщелоченного чернозёма. На этом фоне увеличивается накопление денитрификаторов, свидетельствующее об уплотнении почвы стерневого фона и усилении процесса денитрификации, приводящего к потерям азота.
Повысить рост численности почвенных микроорганизмов, участвующих в азотном цикле, можно за счёт применения средней дозы азотного удобрения (N40). Этот приём является важным элементом технологий с минимальной и нулевой системами обработки почвы в условиях Зауралья.
2. Сравнение различных систем обработок в севообороте с участком, переведённым в залежь, где зафиксированы более высокие уровни всех определяемых фракций ПОВ, особенно легкоразлагаемых, подтверждает, что механическая обработка почв наряду с наличием чистых паров в севообороте, активизируя минерализационные процессы, способствует снижению в первую очередь лабильных форм гумуса.
Нулевая обработка, хотя и характеризуется более высокими уровнями всех форм гумуса - и общего, и легкоразлагаемого, все-таки не позволяет достичь уровня залежи по причине низкого поступления в почву растительных остатков.
Гилев С. Д., Цымбаленко И. Н., Курлов А. П.,
ФГБНУ «Курганский НИИСХ»
Русакова И. В.,
ФГБНУ «Всероссийский НИИ органических удобрений и торфа»
Нивы России №8 (141) сентябрь 2016
.gif)
.gif)
Нет комментариев. Ваш будет первым!