Аллелопатические свойства почвы как фактор плодородия

О плодородии почвы принято судить по содержанию в ней элементов минерального питания, органического вещества, воды и т.д. При этом процессам формирования аллелопатических свойств почвы уделяется недостаточно внимания. Между тем имеются сведения, свидетельствующие о том, что продуктивность агроэкосистем в значительной степени определяется аллелопатическим состоянием почвенной среды, связанным с характером накопления и превращения в почве биологически активных веществ. Почвоутомление, фитотоксичность растительных остатков, дифференциация почвенных горизонтов по плодородию и другие явления во многом определяются аллелопатическими эффектами в почвенной среде (1-4). Поэтому разработка приемов регулирования физиолого-биохимического состояния почвы представляет собой практически неиспользованный дополнительный резерв повышения эффективного плодородия последней и продуктивности возделываемых культур.

Аллелопатические эффекты возникают в результате поступления в почву прижизненных выделений высших растений, продуктов разложения пожнивных остатков и метаболизма почвенных микроорганизмов (5-7). Относительно роли каждого из этих факторов в литературе имеются немногочисленные, зачастую противоречивые сведения. Корневые выделения растений, попадая в почву, оказывают влияние в первую очередь на метаболизм корней растений-акцепторов, что необходимо учитывать при оценке аллелопатических свойств почвы (8). В биологизированных системах земледелия в качестве органических удобрений используют навоз, растительные остатки сельскохозяйственных культур и сидераты. Изучение процессов деструкции внесенных в почву органических веществ, а также взаимоотношений между почвенной средой и продуктами разложения имеет большое значение для практической работы.

В связи с этим целью нашей работы было изучение физиологобиохимической активности прижизненных корневых выделений и продуктов разложения растительных остатков различных культур, а также аллелопатических свойств почвы при использовании в качестве удобрений биомассы растений.

Методика . Исследования проводили в лабораторных и полевых условиях. В первом лабораторном опыте растения-доноры (ячмень, горох и кукуруза — соответственно 20, 15 и 5 шт.) выращивали на питательной смеси Кноппа (для песчаных культур) в воронках, заполненных прокаленным песком, промытым дистиллированной водой; трубку воронки закрывали стекловатой. Влажность песка поддерживали на уровне 80-90 % НВ; после полива влажность была на 50-70 мл выше НВ. Избыток питательного раствора, содержащего корневые выделения, собирали и поливали им проростки ячменя, кукурузы и гороха (растения-акцепторы), выращиваемые на прокаленном песке в чашках Петри. Длину проростков определяли в возрасте 10 и 20 сут. Физиолого-биохимическую активность корневых выделений растений-доноров оценивали по методике Иванова (9). В контрольном варианте для полива проростков использовали чистый питательный раствор.

Во втором лабораторном опыте оценивали аллелопатическую активность разлагающейся биомассы различных культур (солома ячменя, солома и зеленая масса гороха) в зависимости от свойств почвы. Сосуды заполняли смесью, состоящей из почвы и остатков растений (соответственно 400 и 20 г). В таком же соотношении готовили компосты с промытым прокаленным песком. В контроле в почву и песок не добавляли растительных остатков. Влажность в сосудах поддерживали на уровне 70

% НВ, температуру — 20-22 оС; продолжительность опыта составляла 71 сут. В водной вытяжке из почвы и песка определяли содержание водорастворимых колинов. Показателем фитотоксичности субстрата служила степень ингибирования роста проростков редиса.

Полевые опыты проводили в учхозе «Лавровский» Орловского государственного аграрного университета. Почва опытного участка — темно-серая лесная среднесуглинистая, почвообразующие и подстилающие породы — покровные суглинки; рН солевой вытяжки 5,6; содержание гумуса в пахотном слое — 4,76 %, подвижного фосфора и обменного калия — соответственно 12,1 и 19,6 мг/100 г почвы, сумма поглощенных оснований — 29,4 мг-экв/100 г почвы. Оценивали воздействие различных видов органического вещества (корневые остатки, зеленая фитомасса, навоз, а также смеси этих удобрений) на физиолого-биохимическое состояние почвенной среды. Для определения токсичности почвы возделывали озимую пшеницу по следующим предшественникам: сидеральный пар + навоз; занятый пар + навоз; черный пар + сидеральная масса + навоз; черный пар + навоз; сидеральный пар; занятый пар; черный пар + сидеральная масса; черный пар (контроль); доза навоза составляла 60 т/га.

Токсичность почвы и промывных вод из песчаных культур определяли по Гродзинскому (1).

Результаты . Характер воздействия корневых выделений изучаемых культур на рост и развитие растений-акцепторов зависел от периода онтогенеза последних (табл. 1). Так, наибольшее ингибирующее действие оказывали корневые выделения растений ячменя и кукурузы на 10-суточные проростки. В этот период корневые выделения растений гороха оказывали стимулирующее действие на рост проростков кукурузы и гороха.

1. Высота проростков растений-акцепторов разного возраста под влиянием корневых выделений различных сельскохозяйственных культур

Растение-донор	Растение-акцептор
	ячмень		кукуруза	горох
	см	% к контролю	см     % к контролю	см	% к контролю
Ячмень	7,26	В о з р а с т 40,15	п р о р о с т к о в — 10 с у т 11,38             93,28	14,76	72,00
Кукуруза	13,71	70,30	12,43            101,89	16,52	80,59
Горох	17,75	98,17	12,75            104,51	22,16	108,10
Контроль	18,08	100,00	12,20            100,00	20,50	100,00
Ячмень	13,22	В о з р а с т 92,74	п р о р о с т к о в — 20 с у т 41,50           105,73	29,65	123,13
Кукуруза	15,89	109,81	35,33             90,01	21,66	89,95
Горох	14,36	99,23	37,89            96,53	27,76	115,28
Контроль	14,47	100,00	39,25           100,00	24,08	100,00
НСР 05	0,19		0,23	0,17

При оценке высоты 20-суточных проростков ингибирующий эффект не выявлен в следующих вариантах опыта: ячмень—горох, ячмень—кукуруза, кукуруза— ячмень, горох—горох. По остальным вариантам опыта корневые выделения растений-доноров оказывали ингибирующее действие на проростки ячменя, кукурузы и гороха. Однако в 20-суточном возрасте разница между контролем и вариантами опыта была меньше, чем таковая в возрасте 10 сут. Следовательно, на ранних стадиях онтогенеза растения наиболее уязвимы; по мере развития проростков ингибирующий эффект снижается, а стимулирующее действие колинов проявляется в большей степени.

В возрасте проростков 20 сут наблюдалось большее угнетение развития в тех случаях, когда растение служило одновременно донором и акцептором, за исключением гороха. По нашему мнению, это свидетельствует о необходимости соблюдения принципа биоразнообразия в агроэкосистемах с целью оптимизации состояния почвенной среды (10).

Мы оценивали активность продуктов разложения биомассы различных культур, которая различалась по химическому составу (солома злаковых содержала 68

больше лигнина, гемицеллюлозы и меньше водорастворимых колинов, чем солома бобовых), а следовательно, и по интенсивности разложения органических и образования физиологически активных веществ. Наибольший ингибирующий эффект отмечен при использовании вытяжки из почвы, содержащей зеленую массу гороха (табл. 2).

2. Содержание водорастворимых колинов в

Ингибирующая активность

почвенных и песчаных компостах и длина проростков тест-культуры в зависимости от состава компоста

Вариант опыта	Содержание колинов, условно кумариновые ед.	Длина проростков редиса, мм
Контроль:
песок	8,40	59,08
почва	16,50	42,85
Почва:
солома ячменя	20,20	40,97
солома гороха	25,00	34,18
зеленая масса гороха	100,00	29,17
Песок:
солома ячменя	25,00	55,43
солома гороха	27,20	49,36
зеленая масса	41,00	50,68
НСР 05	2,01	3,23

растительных остатков гороха в песке была меньше по сравнению с таковой в почве, однако и в этом случае она выше, чем при использовании других культур, что, по-видимому, объясняется образованием большего количества колинов при разложении соломы бобовых.

За одинаковый период в компостах с песком накапливалось больше фитотоксинов, чем в таковых с почвой. Это свидетельствует о возможности почвы несколько снижать фитотоксичность разлагающихся растительных остатков; при деструкции зеленой массы го- роха наблюдалась обратная закономерность. По данным оценки длины проростков редиса, фитотоксичность растительных остатков в песчаном субстрате была ниже, чем в почве. Следовательно, сделанный нами ранее вывод о том, что фитотоксиче- ское действие сильнее проявляется на начальных этапах онтогенеза, нашел подтверждение и в опыте с посмертными выделениями растений.

Интенсификация биологических факторов предусматривает прежде всего создание замкнутого цикла веществ в агроэкосистемах. Одним из направлений био- логизации земледелия является вовлечение максимально возможного количества биомассы, образовавшейся в агрофитоценозе, в систему почва—растение, то есть использование нетоварной части урожая на удобрение и сидерацию (11). При этом особое значение приобретает аллелопатический фактор.

Органическое вещество навоза разлагается постепенно, поэтому в вариантах, где предшественником озимой пшеницы служил занятый и си-

3. Содержание водорастворимых колинов в темно-серой лесной почве под посевами озимой пшеницы в зависимости от периода вегетации растений и предшественника (условно кумариновые ед.)

Вариант опыта (предшественник озимой пшеницы)	Фенофаза
	цветение	уборка
Черный пар	18,15	12,6
Сидеральный пар	22,0	30,0
Занятый пар	19,0	6,5
Занятый пар + навоз	26,0	32,3
Сидеральный пар + навоз	29,0	55,0
Чистый пар + зеленая масса	25,0	20,0
Черный пар (контроль)	8,4	8,4
НСР 05	7,15	7,31

деральный пар, при внесении этого органического удобрения токсичность почвы к концу периода вегетации несколько увеличивалась (табл. 3).

Наибольшее содержание водорастворимых колинов наблюдалось при внесении навоза и зеленой массы как в начале, так и в конце вегетационного периода, что обусловлено высокой интенсивностью разложения органического вещества этих удобрений и образованием физиологически активных соединений. В то же время фитотоксичность поч- вы при запахивании корневых остатков и внесении зеленой массы существенно не различалась.

На более поздних этапах деструкции органической массы токсичность почвы под посевами озимой пшеницы уменьшалась, тогда как при внесении зеленой массы и навоза существенно увеличивалась.

Следовательно, при использовании сидератов и навоза в качестве дополнительного источника органического вещества существенно повышается токсичность почвенной среды, особенно в течение первых 2 мес. При микробиологической деструкции органического вещества со временем токсическое действие последнего снижается. Поэтому при использовании сидератов, навоза и занятого пара необходимо учитывать динамику разложения органического вещества во избежание аллелопатического эффекта при выращивании последующих культур.

Таким образом, нами показано, что в условиях песчаной культуры корневые выделения сельскохозяйственных растений обладают физиологической активностью; при этом аллелопатический эффект усиливается, когда растения одного вида служат одновременно в качестве акцептора и донора корневых выделений. Физиологобиохимическая активность разлагающейся фитомассы зависит от ее состава; наивысшей активностью характеризуются остатки бобовых культур. При этом почва оказывает существенное влияние на активность пожнивных остатков высших растений, например, темно-серая лесная почва несколько снижает фитотоксичность разлагающихся остатков растений. Аллелопатические эффекты проявляются в наибольшей степени на ранних стадиях онтогенеза высших растений. Вещества, образующиеся при разложении сидеральных культур, зеленых удобрений, навоза могут повышать токсичность почвы. На начальных стадиях деструкции органического вещества максимальное количество водорастворимых колинов содержится в почве под сидеральным паром, а также при совместном внесении сидеральных культур и навоза. При отсутствии органических удобрений парование почвы способствует снижению ее аллелопатической активности. Поэтому при планировании мероприятий по воспроизводству плодородия почвы необходимо принимать во внимание аллелопатический фактор, который может оказывать существенное влияние на эффективность применяемых агроприемов. Особое значение это имеет при использовании биомассы растений с целью повышения плодородия почвы.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• 1.   Г р о д з и н с к и й А.М. Аллелопатическое почвоутомление. Киев, 1979.

• 2.   Р а й с Э. Аллелопатия. М., 1978.

• 3.   Л о б к о в В.Т. Почвоутомление при выращивании полевых культур. М., 1994.

• 4.   Л о б к о в В.Т. Аллелопатический фактор и плодородие. Земледелие, 1988, 10: 26-28.

• 5.    Л о б к о в В.Т. О роли биологических факторов в токсичности почвы под бессменными посевами полевых культур. С.-х. биол., 1989, 5: 80-85.

• 6.    E d n e y N o r r i s A l l e n, R i z v i M u h a m m a d. Phytotoxicity of fatty acids present in dairy and hog manure. J. Environ.: Sci. and Health. B, 1996, 31, 2: 269-281.

• 7.    S a t o K y o, L e e S a n d - B o k. Effect of glycine, glutamate, and glucose on proliferation of PCP (Pentachlorophenol) — degrading microorganisms in soil. Soil Sci, and Plant Nutr., 1996, 42, 4: 905-910.

• 8.    Л о б к о в В.Т. О физиолого-биохимической активности почвы в связи с бессменным возделыванием культурных растений и в севооборотах. C.-х. биол., 1997, 5: 101-105.

• 9.    И в а н о в В.П. Растительные выделения и их значение в жизни фитоценозов. М., 1973.

• 10.    Л о б к о в В.Т. Биоразнообразие в агроэкосистемах как фактор оптимизации биологической активности почвы. Почвоведение, 1999, 6: 732-737.

• 11.    Л о б к о в В.Т. Почвенно-биологический фактор в земледелии. Орел, 1998.

Орловский государственный аграрный университет,            Поступила в редакцию

302019, Орел, ул. Генерала Родина, 69                                         25 _сентябр_я 2003 _год_а

ALLELOPATIC EFFECTS OF THE SOIL AS A SOIL PERFILITY FACTOR

V.T. Lobkov, S.N. Konoshina

S u m m a r y

The authors investigated the physiologo-biochemical activity of root’s secretion and products of decomposition of agricultural plants biomass and also estimated the soil allelopatic effects during use of different organic fertilizers varied in content of organic substances. It was shown, that the stronger allelopatic effects are observed at the earlier stages of plant ontogenesis and also when the donor-plants and acceptor plants are of the same species. The addition of a great amount of organic substances in to the soil leads to the higher soil toxicity during the first period, under the organic destruction the phyto-inhibiting effect can develop into phytostimulation.

Новые книги

Методические рекомендации по созданию искусственных инфекционных фонов и оценке озимой ржи на устойчивость к фуза-риозным болезням /Подг. Т.К. Шешеговой, Л.И. Кедровой. Под ред. В.Д. Кобылянского. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2003, 28 с.

В рекомендациях рассматривается эффективность применения искусственных инфекционных фонов при создании устойчивых сортов озимой ржи. Дано обоснование использованию инфекционных фонов при оценке устойчивости к снежной плесени, корневой гнили, фузариозу колоса. Описаны методики создания искусственного инфекционного фона и инокуляции растений, а также состав инокулятов. Отмечено, что предлагаемые оптимизированные методы создания провокационных и искусственных фонов для оценки устойчивости озимой ржи к фузариозным заболеваниям легковоспроизводимы, технически и материально доступны и позволяют объективно выявлять генотипическую дифференциацию генофонда по устойчивости к болезням.

К а ц ы Е.И. Молекулярно-генетические процессы, влияющие на ассоциативное взаимодействие почвенных бактерий с растениями /Под ред. В.В. Игнатова. Саратов: изд-во Саратовского ун-та, 2003, 172 с.

В монографии представлены методы и результаты исследований регуляции азотного метаболизма, подвижности, образования двигательных органелл, фитогормонов, полисахаридных компонентов клеточной поверхности, свойств и функций плазмид у бактерий рода Azospirillum . Рассматриваются гомологичные гены, определяющих взаимодействие с растениями у ассоциативных, симбиотических и фитопатогенных бактерий, значение продуцирования фитогормонов бактериями при взаимодействии с растениями. Обсуждаются перспективы молекулярно-генетических исследований феномена ассоциативности.

В о й т о в и ч Н.В., К о с т и н Я.В., Ч у м а ч е н к о И.Н. и др. Формы минеральных удобрений при длительном применении . М.: ЦИ-НАО, 2002, 208 с.

В монографии рассматриваются проблемы использования азотных, фосфорных, калийных и микроудобрений в современном земледелии. Обсуждается возможность длительного применения разных форм минеральных удобрений. Уделено внимание функциям и трансформации элементов питания в агроэкосистемах. Изложены основные принципы рационального и природоохранного использования удобрений, способствующего повышению плодородия почв, увеличению урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в различных системах севооборотов.