Биологическая активность орошаемой лугово-черноземной почвы и продуктивность сои в зависимости от условий минерального питания в южной лесостепи Западной Сибири

Введение. Для решения проблемы кормового белка в Сибири необходимо расширение посевов высокобелковых культур, в том числе одной из ценнейших – сои. Она содержит 39– 40 % и более белка, около 18 % жира и по сбалансированности аминокислотного состава белка относится к числу высокоценных [1]. Возделывание скороспелых сортов сои на орошаемых землях при оптимизации минерального питания позволяет в условиях Сибири с коротким вегетационным периодом получать достаточно высокие урожаи [2; 3]. Кроме того, соя является одним из лучших предшественников для основной зерновой культуры края – пшеницы, поскольку накапливает в почве дешевый и экологически безопасный азот, улучшает ее структуру и физические свойства.

В этой связи целью исследований было изучить потенциал продуктивности сои при использовании интенсивной технологии возделывания, устраняющей лимитирующие факторы роста – дефицит влаги и элементов минерального питания, а также влияние интенсификации возделывания культуры на биологические свойства лугово-черноземной почвы.

Материалы и методы. Исследования проводились в южной лесостепной зоне Омского Прииртышья в течение 2015–2017 гг. в многолетнем полевом многофакторном опыте стационара орошаемого земледелия на основе 8-польного севооборота со следующим чередованием культур: 1) козлятник 16–17 годы жизни (гг. ж.); 2) свербига восточная + кострец + козлятник 16–17 гг. ж.; 3) просо + рапс; 4) соя (Эльдорадо); 5) бобы кормовые; 6) ячмень яровой; 7) козлятник + кострец 12–17 гг. ж.; 8) люцерна + кострец 1–6 гг. ж.

Почва опытного участка – лугово-черноземная среднемощная среднегумусовая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса в слое 0–40 см 6,0–6,4 %, рН водн. 7,0–7,2. Глубина залегания грунтовых вод 3,0–3,5 м.

Погодные условия 2015 и 2016 гг. исследований сложились относительно благоприятными для развития растений. ГТК за май – август составил 1,08 и 1,09 соответственно. Вегетационный период 2017 г. был засушливым. Количество осадков составило лишь 70 % к норме, превышение температуры за май – август было +0,6 ° С при ГТК равном 0,7.

Площадь элементарной делянки в опыте – 360 м2, учетной – 36 м2.

Соя высевалась по фону без внесения удобрений ( фон 0 ) и по удобренному N 30 P 60 + Мо ( фон 2 ). Фосфоросодержащие удобрения (аммофос, P 60 ) и азотные (аммиачная селитра, N 30 ) вносили до предпосевной культивации. Молибденовокислый аммоний (200 г/га) добавляли при внесении азотных удобрений перед посевом.

Агротехника в опытах общепринятая для зоны. Возделывалась соя местной селекции (Сибирский НИИ сельского хозяйства) – сорт Эльдорадо. Вегетационный период 92–99 суток. Высота прикрепления нижних бобов в среднем 15,6 см, урожайность – 2,86 т/га, в отдельные годы – до 3,28 т/га, устойчив к поражению бактериозом. Положительным моментом сорта Эльдорадо является сочетание скороспелости с повышенным потенциалом продуктивности и высоким прикреплением нижних бобов, что позволяет возделывать его в суровых климатических условиях Сибири и получать кондиционные семена с минимальными потерями при уборке урожая [1].

Микробиологические исследования проводились на твердых питательных средах: 97

бактерий-сапрофитов – на мясо-пептонном агаре (МПА); микроорганизмов, потребляющих азот в минеральной форме, – на крахмало-аммиачном агаре (КАА); олигонитрофилов – на среде Мишустиной; фосфатмобилизующих – на среде Муромцева; целлюлозоразлагающих микроорганизмов – на среде Гетчинсона; нитрификаторов – на водном выщелоченном агаре с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты, почвенных грибов – на подкисленной среде Чапека [4].

Нитратный азот определяли с дисульфофеноловой кислотой по Грандваль-Ляжу, подвижный фосфор – по Францесону, нитрификационную способность почвы – по Кравкову с инкубацией 21 день [5].

Интенсивность разложения целлюлозы определяли в полевых условиях методом Тихомировой (1972, а.с. № 338196) [6].

В воздушно-сухих образцах проводили анализ ферментативной активности почвы: инвертазы – по Купревичу, с конечным определением сахаров по Бертрану, уреазы – по Гофману, каталазы – газометрически [4].

Для оценки суммарной биологической активности почвы был использован метод относительных величин Ацци в изложении Карягиной Л.А. [7].

Результаты и обсуждение. Общая численность почвенных микроорганизмов под культурой сои в среднем за вегетационные периоды лет исследований благодаря орошению различалась незначительно, составляя в благоприятные по увлажнению годы 249–412 млн КОЕ/г, в засушливом 2017 г. – 236 млн КОЕ/г.

На фоне внесения азотно-фосфорных удобрений общее суммарное количество определяемых микроорганизмов возрастало на 6–21 % к контролю, составляя 250– 358 млн КОЕ/г. При этом следует отметить рост количества нитрифицирующих и фосфат-мобилизующих бактерий под соей на на удобренном фоне – 47 и 23 % к контролю соответственно. Наиболее благоприятные условия для роста численности нитрификато-ров сложились летом 2015 г.: увеличение составило 144 % – от 3,0 тыс. КОЕ/г на контроле до 4,3 тыс. КОЕ/г – на фоне с внесением удобрений. Под влиянием удобрений увеличилось количество микроорганизмов, потребляющих минеральный азот: в 2015 г. – на 32, в 2017 г. – на 25 % к контролю. Благодаря этому соотношение групп микроорганизмов КАА/МПА, или коэффициент минерализации, в 2015–2016 гг. превысил значение 1, т.е. в почве преобладали минерализационные процессы. 98

Судя по значению КАА/МПА в 2017 г., интенсивность минерализационных процессов была выше на удобренном фоне (45 % в сравнении с контролем).

Численность почвенных грибов, участвующих в более глубокой трансформации органических остатков, в 2015 г. на удобренном фоне превышала контроль на 70 %. В 2016– 2017 гг. их количество уменьшилось и, в среднем за 3 года исследований, было на одном уровне с фоном без удобрений (табл. 1).

Таблица 1

Численность микроорганизмов в орошаемой лугово-черноземной почве под культурой сои при внесении удобрений, среднее из трех определений за вегетацию, слой 0-20 см

Год иссле-дова-ния	Численность микроорганизмов
	млн КОЕ/г					тыс. КОЕ/г			млн КОЕ/г
	бактерии на МПА	микроорга-низ-мы на КАА	КАА/ МПА	олигонитрофилы	фосфоро-мобилизую-щие	цел-лю-лозо-разрушаю-щие	нит-ри-фика-торы	грибы	общее коли-чест-во
Без удобрений (фон 0)
2015	34,3	30,2	0,88	105,0	79,3	188,3	3,01	19,7	249,0
2016	47,2	44,2	0,94	227,1	93,7	114,0	2,10	25,7	412,3
2017	41,2	25,7	0,62	117,4	51,3	92,4	1,72	21,8	235,7
Среднее	41,0	33,4	0,81	149,8	74,8	131,6	2,28	22,4	299,0
N 30 P 60 + Мо (фон 2)
2015	34,9	39,8	1,14	123,2	104,3	202,1	4,33	33,6	302,5
2016	40,3	43,0	1,07	166,8	108,2	85,3	3,78	25,3	358,3
2017	35,7	32,0	0,90	119,4	62,6	100,2	1,94	24,6	249,7
Среднее	37,0	38,2	1,03	136,5	91,7	129,2	3,35	27,8	303,5
НСР 05	F факт < F 05		0,22	F факт < F 05	17,8	57,1	1,89	F факт < F 05

Судя по численности микроорганизмов в опыте по контрольному фону (без внесения удобрений) лугово-черноземная почва при длительном орошении обладает достаточно высоким уровнем плодородия.

Содержание нитратного азота в период всходы – образование первого тройчатого листа на контроле было низким, а на фоне с внесением удобрений превышало контроль в 2–3 раза, достигая высокой обеспеченности. В течение вегетации сои количество нитратного азота снижалось до очень низкого в обоих вариантах.

Нитрификационная способность почв позволяет судить не только об их общем плодородии, но и возможностях обеспечения расте-ний доступной азотной пищей, поскольку в виде нитратов учитывается не только окисленный азот восстановленных минеральных форм, но и образованный за счет минерализации мобильных соединений органического вещества [8].

Нитрификационная способность луговочерноземной почвы под соей была наиболее высокой в июле – августе, составляя 32–36 мг/кг N-NO 3 . Легкомобилизуемые органические соединения пополнялись за счет корневых выделений культуры, отмирающих микроорганизмов, корневых волосков, клубеньков, листового опада и т.д. и последующего разложения их биомассы.

Обеспеченность почвы под соей подвижным фосфором была низкой в течение трех лет исследований. На фоне с внесением азот-но-фосфорных удобрений содержание Р 2 О 5 в пахотном слое возрастало до очень высокого, составляя в период всходов 39–62 мг/кг. В течение вегетации количество подвижного фосфора снижалось на 21–32 % к первоначальному определению за счет использования растениями сои, оставаясь на уровне высокой обеспеченности (табл. 2).

Таблица 2

Влияние минеральных удобрений на режим элементов питания в орошаемой луговочерноземной почве под соей, среднее за 2015–2017 гг., слой 0–20 см

Показатель	Без удобрений (фон 0)			N 30 P 60 + Мо (фон 2)
	июнь	июль	август	июнь	июль	август
Азот нитратов, мг/кг	9,8	1,8	0,3	22,2	7,4	2,2
Нитрификационная способность, N-NO 3, мг/кг	17,9	23,8	21,8	30,0	32,1	36,3
Р 2 О 5 , мг/кг	3,0	2,5	2,0	49,2	36,0	36,3

Факторы, влияющие на состав и численность почвенной микрофлоры, определяют ее ферментативную активность, т.е. интенсивность различных биохимических процессов в почве.

Внесение азотно-фосфорных удобрений под культуру сои не оказало стимулирующего влияния на активность фермента инвертазы, осуществляющей гидролиз углеродсодержащих соединений, на 11–14 % снизило активность уреазы, разлагающей мочевину в почве. Возможно, активность ферментов ингибировал дополнительный азот, фиксированный культурой из воздуха, значительное количество которого остается в почве [2]. Известно, что избыток минерального азота снижает активность гидролитических ферментов [9].

Активность окислительно-восстановительного фермента каталазы под соей на удобренном фоне снизилась на 15–22 % в сравнении с контролем, что связано с ингибирующим влиянием анионов удобрений [10].

Интенсивность разложения целлюлозы в почве является интегрированным показателем ее биологической активности, поскольку зависит от агрофизических свойств почвы, гидротермического и питательного режимов. В среднем за годы исследований в пахотном слое целлюлозолитическая активность под соей на удобренном фоне была на 33 % выше в сравнении с контролем.

Для оценки микробиологического статуса варианта применения азотно-фосфорных удобрений под культуру сои и воздействия на биологические показатели почвы рассчитали суммарную биологическую активность почвы, включающую все исследуемые биологические тесты в относительных величинах методом Ацци в интерпретации Л.А. Карягиной (1983) [7].

Суммарная биологическая активность лугово-черноземной почвы при орошении под соей под влиянием внесенных азотно-фосфорных удобрений возросла в сравнении с контролем (100 %) на 14–29 %, в среднем за годы исследований – на 21 %.

Урожайность семян сои была наиболее высокой в 2017 г., самом теплом из трех лет исследований. Прибавка от внесения азотно-фосфорных удобрений составила 50 % к контролю при урожае зерна 2,88 т/га. В целом, улучшение условий минерального питания культуры на фоне с высоким содержанием фосфора способствовало росту урожайности семян сои в среднем на 38 % (табл. 3).

Таблица 3

Влияние средств интенсификации на биологическую активность лугово-черноземной почвы и урожайность семян сои

Год ис-следо-ва-ния	Раз-ложе-ние цел-люло-зы, %	Активность ферментов				Суммарная биоло-гиче-ская активность, %	Урожай-ность семян сои, т/га
		Инвертаза, мг инвертного сахара/г		Уреаза, мгNH 3 /г почвы	Каталаза, О 2 (см3/мин)/г
Без удобрений (фон 0)
2015	58,6		14,3	0,61	1,62	100	1,33
2016	37,8		16,3	0,96	1,88	100	1,60
2017	49,0		15,8	0,70	1,74	100	1,92
Среднее	48,5		15,5	0,76	1,75	100	1,62
N 30 P 60 + Мо (					он 2)
2015	55,6		14,3	0,54	1,28	129	1,84
2016	64,7		16,8	0,84	1,36	114	2,00
2017	74,1		14,6	0,60	1,35	120	2,88
Среднее	64,8		15,3	0,66	1,32	121	2,24
НСР 05	F факт < F 05		2,2	0,06	0,23	-	0,41

По данным Тимохина А.Ю. (2017), внесение 1 кг д.в. аммиачной селитры на фонах с высоким содержанием P 2 O 5 в условиях орошения на лугово-черноземной почве окупалось прибавкой 7,7 кг/га семян сои [3].

Проведенные исследования позволили рассчитать зависимость урожайности семян сои с показателями питательного режима и биологической активности почвы. Выявлена связь средней степени тесноты между урожайностью семян сои и нитрификационной способностью (r = 0,37), достаточно тесная между урожайностью семян сои и содержанием подвижного фосфора в почве (r = 0,55), целлюлозолитической активностью почвы (r = 0,68), высокой степени зависимость между урожайностью семян сои и содержанием азота нитратов в почве (r = 0,76). Тесная связь между показателем интенсивности разложения целлюлозы в почве и урожайностью зерновых культур была установлена в местных условиях впервые 1972 г. Л.Д. Тихомировой – автором метода определения целлюлозолитической активности почвы. Полученная взаимосвязь позволяет использовать показатель целлюлозолитической активности почвы для сравнительной оценки фонов по эффективному плодородию в полевых условиях [11].

Заключение. Таким образом, семенная продуктивность сои при орошении тесным образом связана с внесением азотно-фосфорных удобрений, что позволило повысить урожайность культуры на 25–50 % к контролю.

Применение удобрений оказало положительное влияние на биологическую активность лугово-черноземной почвы под соей, которая усилилась (по сумме всех определяемых показателей в относительных процентах) на 21 % в сравнении с контролем.

Установлена средней и высокой степени зависимость между содержанием азота нитратов в почве (r = 0,76), подвижного фосфора (r = 0,55), целлюлозолитической активностью почвы и урожайностью семян сои (r = 0,68).