Биологические и агрохимические свойства лугово-черноземной почвы Омского Прииртышья в связи с продуктивностью кормовых культур при применении минеральных удобрений
Автор: Шулико Н.Н., Тимохин А.Ю., Хамова О.Ф., Бойко В.С., Тукмачева Е.В., Корчагина И.А., Вейнбендер А.А.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Микробиология почвы
Статья в выпуске: 1 т.59, 2024 года.
Бесплатный доступ
Мировой опыт выращивания агрокультур свидетельствует о необходимости рационального использования как природных (почвенное плодородие, биопотенциал растений), так и агрогенных (применение удобрений, современные системы земледелия) факторов. Минеральные удобрения оказывают воздействие на количество, активность и разнообразие почвенной микрофлоры за счет увеличения продуктивности системы, возврата растительных остатков и содержания органического вещества в почве. В настоящей работе мы показали, что в результате систематического применения минеральных удобрений биологическое состояние лугово-черноземной почвы остается благоприятным по ряду микробиологических показателей, при этом продуктивность кормовых трав в двух изученных агроценозах повышалась. Целью исследований была оценка влияния удобрений на изменение свойств почвы под различными культурами и на продуктивность этих культур в условиях лесостепной зоны юга Западной Сибири. Исследования проводили в 2020-2022 годах в Омской области в полевом стационарном опыте на участке со средней обеспеченностью подвижным фосфором (по Чирикову). В восьмипольном зернотравяном севообороте под многолетними травами (ежа сборная Dactylis glomerata L. в смеси с эспарцетом песчаным Onobrýchis arenária (Kit.) DC.) и однолетними травами (сорго-суданковый гибрид Sorghum ½ drummondii (Steud.) Millsp. & Chase) определяли численность различных групп микроорганизмов, ферментативную активность, содержание азота нитратов и нитрификационную способность пахотного слоя почвы, а также урожайность культур. Изучение микробного пула лугово-черноземной почвы в стационарном опыте показало, что развитие ценных в агрономическом отношении групп микроорганизмов происходило интенсивнее под однолетними травами, чем под многолетними. Оптимизация минерального питания (N60P60) смеси ежи сборной с эспарцетом в наибольшей степени стимулировала рост численности фосфатмобилизующих микроорганизмов и почвенных микромицетов соответственно на 118 и 122 % к контролю, под сорго-суданковым гибридом достоверно увеличилось количество амилолитической и олигонитрофильной микрофлоры на 57-90 % к контролю. Анализ изменения общей численности определяемой микрофлоры показал стимулирующее влияние минеральных удобрений на состояние микробоценоза почвы под изученными посевами. Применение минеральных удобрений повлияло на общую численность микробного ценоза в равной степени под многолетними и однолетними травами: увеличение составило 51-52 % по отношению к контролю. Установлено негативное влияние длительного применения минеральных удобрений на активность окислительно-восстановительного фермента каталазы (снижение показателя по отношению к контролю составило до 14 % в зависимости от культуры). На активность гидролитических ферментов (уреаза, инвертаза) использованный агроприем существенного влияния не оказал. Наблюдения за нитратным режимом лугово-черноземной почвы показали, что применение минеральных удобрений в посевах сорго-суданкового гибрида и травосмеси в дозе N60P60 повышало содержание азота нитратов в среднем за вегетацию в два и более раз по отношению к неудобренному варианту. Урожайность многолетних трав в годы исследований составляла 3,84-4,57 т/га сухого вещества в контрольном варианте, 4,82-4,89 т/га с удобрениями Изучаемый агроприем способствовал достоверному увеличению урожайности сорговой культуры на 1,65 т/га сухого вещества, или 39 %, в сравнении с контролем. Урожайность культур имела наиболее сильную прямую корреляционную связь с микрофлорой азотного цикла - амилолитической и протеолитической (соответственно r = 0,98 и r = 0,85; p function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Почвенные микроорганизмы, ферментативная активность, минеральные удобрения, нитратный азот, нитрификационная способность, севооборот, многолетние травы, сорго-суданковый гибрид, урожайность
Короткий адрес: https://sciup.org/142241612
IDR: 142241612 | DOI: 10.15389/agrobiology.2024.1.156rus
Список литературы Биологические и агрохимические свойства лугово-черноземной почвы Омского Прииртышья в связи с продуктивностью кормовых культур при применении минеральных удобрений
- Капустин С.И., Володин А.Б., Капустин А.С. Гетерозисная селекция гибридов сорго и суданской травы. Таврический вестник аграрной науки, 2022, 3(31): 76-84.
- Бойко В.С., Тимохин А.Ю., Володин А.Б., Нижельский Т.Н. Потенциал продуктивности сорго сахарного в южной лесостепи Западной Сибири. Кормопроизводство, 2022, 4: 29-33.
- Hamidi N.H., Ahmed O.H., Omar L., Ch’ng H.Y., Johan P.D., Paramisparam P., Musah A.A., Jalloh M.B. Co-application of inorganic fertilizers with charcoal and sago bark ash to improve soil nitrogen availability, uptake, use efficiency, and dry matter production of sorghum cultivated on acid soils. Sustainability, 2023, 15: 827 (doi: 10.3390/su15010827).
- Чернявских В.И. Продуктивность бобово-злаковых травосмесей и эффективность их возделывания на склоновых землях юго-запада ЦЧЗ. Достижения науки и техники АПК, 2009, 7: 42-45.
- Siebielec S., Siebielec G., Klimkowicz-Pawlas A., Gałązka A., Grządziel J., Stuczyński T. Impact of water stress on microbial community and activity in sandy and loamy soils. Agronomy, 2020, 10(9): 1429 (doi: 10.3390/agronomy10091429).
- Le Guillou C., Chemidlin Prévost‐Bouré N., Karimi B., Akkal‐Corfini N., Dequiedt S., Nowak V., Terrat S., Menasseri-Aubry S., Viaud V., Maron P.A., Ranjard L. Tillage intensity and pasture in rotation effectively shape soil microbial communities at a landscape scale. Microbiologyоpen, 2019, 8 (4): e00676 (doi: 10.1002/mbo3.676).
- Nannipieri P., Greco S., Ceccanti B. Ecological significance of biological activity in soil. Biochemistry of soil, 2017, 7: 293-337 (doi: 10.1201/9780203739389-7).
- Wolyejko E., Jablonska-Trypuc A., Wydro U., Butarewicz A. Soil biological activity as an indi-cator of soil pollution with pesticides. Applied Soil Ecology, 2020, 147: 103356 (doi: 10.1016/j.ap-soil.2019.09.006).
- Garg N., Saroy K., Cheema A., Bisht A. Microbial diversity in soil: biological tools for abiotic stress management in plants. In: Plant biotic interactions /A. Varma, S. Tripathi, R. Prasad (eds.). Springer, Cham. 2019
- Jezierska-Tys S., Wesolowska S., Galazka A., Joniec J., Bednarz J., Cierpiala R. Biological ac-tivity and functional diversity in soil in different cultivation systems. International Journal of En-vironmental Science and Technology, 2020, 17: 4189-4204 (doi: 10.1007/s13762-020-02762-5).
- Oszust K., Frac M., Gryta A., Bilinska N. The influence of ecological and conventional plant production systems on soil microbial quality under hops (Humulus lulus). International Journal of Molecular Sciences, 2014, 15(6): 9907-9923 (doi: 10.3390/ijms15069907).
- Baсmaga M., Wyszkowska J., Kucharski J. The effect of the Falcon 460 EC fungicide on soil microbial communities, enzyme activities and plant growth. Ecotoxicology, 2016, 25(8): 1575-1587 (doi: 10.1007/s10646-016-1713-z).
- Mommer L., Kirkegaard J., Ruijven J. Root-root interactions: towards a rhizosphere framework. Trends in Plant Science, 2016, 21(3): 209-217 (doi: 10.1016/j.tplants.2016.01.009).
- Абдурашитова Э.Р., Мельничук Т.Н., Абдурашитов С.Ф., Еговцева А.Ю., Турин Е.Н., Гонгало А.А. Адаптивность микробоценоза ризосферы Sorghum bicolor под влиянием микробных агентов в условиях чернозёма южного. Российская сельскохозяйственная наука, 2022, 2: 67-72 (doi: 10.31857/S2500262722020132).
- Дмитриев Н.Н., Гамзиков Г.П. Систематическое применение удобрений как фактор стабилизации плодородия серых лесных почв и продуктивности зерновых культур в зернопаровом севообороте. Агрохимия, 2015, 2: 3-12.
- Bünemann E.K., Schwenke G.D., Zwieten L.Van Impact of agricultural inputs on soil organisms-a review. Australian Journal of Soil Research, 2006, 44 (4): 379-406 (doi: 10.1071/SR05125).
- Конова А.М., Гаврилова А.Ю. Влияние длительного применения возрастающих доз минеральных удобрений на продуктивность севооборота. Международный научно-исследовательский журнал, 2016, 11-5 (53): 27-30 (doi: 10.18454/IRJ.2016.53.059).
- Wang G-Y., Hu Y-X., Liu Y-X., Ahmad S., Zhou X-B. Effects of supplement irrigation and nitrogen application levels on soil carbon-nitrogen content and yield of one-year double cropping maize in subtropical region. Water, 2021, 13(9): 1180 (doi: 10.3390/w13091180).
- Артамонова В.С., Курачев В.М., Игнатьев Л.А., Науменко Ю.В. Микробиологические особенности антропогенно преобразованных почв Западной Сибири. Новосибирск, 2002.
- Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей. Почвоведение, 1978, 6: 48-52.
- Берестецкий А.О. Фитотоксины грибов: от фундаментальных исследований — к практическому использованию (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 2008, 5: 501-514.
- Kallenbach C., Grandy A.S. Controls over soil microbial biomass responses to carbon amend-ments in agricultural systems: a meta-analysis. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2011, 144(1): 241-252 (doi: 10.1016/j.agee.2011.08.020).
- Воронкова Н.А. Биологические ресурсы и их значение в сохранении почвенного плодородия и повышении продуктивности агроценозов Западной Сибири. Омск, 2014.
- Shuliko N.N., Khamova O.F., Timokhin A.Yu., Boiko V.S., Tukmacheva E.V., Krempa A. In-fluence of long-term intensive use of irrigated meadow-chernozem soil on the biological activity and productivity of the arable layer. Scientific Reports, 2022, 12: 14672 (doi: 10.1038/s41598-022-18639-1).
- Гамзикова О.И. Этюды по физиологии, агрохимии и генетике минерального питания растений. Новосибирск, 2008.
- Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М., 1982.
- Калашников Р.П., Семенова Е.А., Фокин С.А., Захаров Е.Б. Влияние минеральных удобрений на ферментативную активность черноземовидной почвы под посевами кукурузы. Дальневосточный аграрный вестник, 2020, 3(55): 26-34 (doi: 10.24411/1999-6837-2020-13030).
- Храмцов И.Ф., Воронкова Н.А., Балабанова Н.Ф. Современное состояние плодородия почвы и продуктивности агроценозов при длительном применении приёмов биологизации и средств химизации. Современные проблемы науки и образования, 2012, 2: 392.
- Егорова Е.В. Изучение ферментативной активности почв в длительных опытах с применением агрохимических средств. В сб.: Агрохимия в XXI веке. М., 2018: 119-122.
- Хамова О.Ф., Юшкевич Л.В., Воронкова Н.А., Бойко В.С., Шулико Н.Н. Биологическая активность лугово-чернозёмных почв Омского Прииртышья. Омск, 2019.
- Земледелие на равнинных ландшафтах и агротехнологии зерновых в Западной Сибири (на примере Омской области): монография /Под ред. И.Ф. Храмцова, В.Г. Холмова. Новосибирск, 2003.
- Теппер Е.З., Шильников В.К. Практикум по микробиологии. М., 2004.
- Методы почвенной микробиологии и биохимии /Под ред. Д.Г. Звягинцева. М., 1991.
- Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М., 2005.
- Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
- Гамзиков Г.П. Агрохимия азота в агроценозах. Новосибирск, 2013.
- Агрохимические методы исследования почв /Под ред. А.В. Соколова. М., 1975.
- Новоселов Ю.К., Киреев В.Н., Кутузов Г.П. и др. Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами. М., 1997.
- Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: с основами статистической обработки результа-тов исследований. М., 1985.
- Бойко В.С., Якименко В.Н., Тимохин А.Ю. Изменение калийного состояния почв лесо-степи Западной Сибири при длительном сельскохозяйственном использовании. Экология и промышленность России, 2019, 11: 66-71 (doi: 10.18412/1816-0395-2019-11-66-71).
- Ge G., Li Z., Fan F., Chu G. Soil biological activity and their seasonal variations in response to long-term application of organic and inorganic fertilizers. Plant and Soil, 2010, 326(1): 31-44 (doi: 10.1007/s11104-009-0186-8).
- Kallenbach C.M., Grandy A.S. Controls over soil microbial biomass responses to carbon amend-ments in agricultural systems: a meta-analysis. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2011, 144 (1): 241-252 (doi: 10.1016/j.agee.2011.08.020).
- Breaz-Boruta B. Effect of cropping system on development dynamics of cellulolytic microorgan-isms in soil. Environmental Protection and Natural Resources, 2013, 24(2): 41-44 (doi: 10.2478/oszn-2013-0021).
- Кураков А.В., Гузев В.С., Степанов А.Л. и др. В сб.: Микроорганизмы и охрана почв. М., 1989: 47-85.
- Li J., Li Y.-T., Yang X.-D., Zhang J.-J., Lin Z.-A., Zhao B.-Q. Microbial community structure and functional metabolic diversity are associated with organic carbon availability in an agricul-tural soil. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(12): 2500-2511 (doi: 10.1016/S2095-3119(15)61229-1).
- Lemtiri A., Degrune F., Barbieux S., Hiel M-P., Chelin M., Parvin N., Vandenbol M., Francis F., Colinet G. Crop residue management in arable cropping systems under temperate climate. Part 1: Soil biological and chemical (phosphorus and nitrogen) properties. A review. Biotechnologie, Agronomie, Societe and Environment, 2016, 20(S1): 236-244 (doi: 10.25518/1780-4507.13015).
- Rusakova I.V. Microbiological and ecophysiological parameters of sod-podzolic soil upon long-term application of straw and mineral fertilizers, the correlation with the yield. Agricultural Biol-ogy, 2020, 55(1): 153-162 (doi: 10.15389/agrobiology.2020.1.153eng).
- Breza-Boruta B., Paluszak Z. Occurrence of amylolytic microorganisms in soil depending on the type of cultivation. Ecohydrology and Hydrobiology, 2006, 6 (s 1-4): 175-180 (doi: 10.1016/S1642-3593(06)70140-9).
- Roljeviс S., Zeljko D., Kovacevic D., Oljaca S., Majstorovic H. Soil biogenicity in the rhizosphere of different wheat genotypes under the impact of fertilization treatment. Journal of Agricultural Sciences Belgrade, 2022, 67(4): 367-380 (doi: 10.2298/JAS2204367R).
- Савич В.И., Мосина Л.В., Норовсурэн Ж., Сидоренко О.Д., Аникина Д.С. Микробиоло-гическая активность почв как фактор почвообразования. Международный сельскохозяй-ственный журнал, 2019, 1: 38-42 (doi: 10.24411/2587-6740-2019-11010).
- Anilkumar R.R., Edison L.K., Pradeep N.S. Exploitation of fungi and actinobacteria for sustain-able agriculture. In: Microbial biotechnology. Applications in agriculture and environment /J.K. Pa-tra, Ch.N. Vishnuprasad, G. Das (eds.). Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2017, 135-162 (doi: 10.1007/978-981-10-6847-8_6).
- Crouzet O., Batisson I., Besse-Hoggan P., Bonnemoy F., Bardot C., Poly F., Bohatier J., Mallet C. Response of soil microbial communities to the herbicide mesotrione: a dose-effect microcosm ap-proach. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42(2): 193-202 (doi: 10.1016/j.soilbio.2009.10.016).
- Sebiomo A., Ogundero V.W., Bankole S.A. Effect of four herbicides on microbial population, soil organic matter and dehydrogenase activity. African Journal of Biotechnology, 2011, 10(31): 770-778 (doi: 10.5897/AJB10.989).
- Frаc M., Jezierska-Tys S., Yaguchi T. Occurrence, detection, and molecular and metabolic char-acterization of heat-resistant fungi in soils and plants and their risk to human health. Advances in Agronomy, 2015, 132: 161-204 (doi: 10.1016/bs.agron.2015.02.003).
- Рукавицина И.В. Биология и экология возбудителей альтернариоза, фузариоза и гельминто-спориоза пшеницы. Шортанды, 2008.
- Hartmann A.A., Barnard R.L., Marhan S., Niklaus P.A. Effects of drought and N-fertilization on N cycling in two grassland soils. Oecologia, 2013, 171: 705-717 (doi: 10.1007/s00442-012-2578-3).
- Кочергин А.Е., Гамзиков Г.П. Эффективность азотных удобрений в чернозёмной зоне Западной Сибири. Агрохимия, 1972, 6: 3-10.
- Гамзиков Г.П. Почвенная диагностика азотного питания растений и применения азотных удобрений в севообороте. Плодородие, 2018, 1: 8-14.
- Lang M., Cai Z. Effects of chlorothalonil and carbendazim on nitrification and denitrification in soils. Journal of Environmental Sciences, 2009, 21(4): 458-467 (doi: 10.1016/S1001-0742(08)62292-5).
- Шулико Н.Н., Хамова О.Ф. Биологические и агрохимические свойства чернозема выщелоченного при применении удобрений. Омск, 2023.
- Балабанова Н.Ф., Воронкова Н.А., Дороненко В.Д., Волкова В.А., Цыганова Н.А. Содер-жание лабильного органического вещества в лугово-черноземной почве при длительном применении удобрений. Земледелие, 2020, 2: 7-9 (doi: 10.24411/0044-3913-2020-10202).
- Jezierska-Tys S., Wesolowska S., Galazka A., Joniec J., Bednarz J., Cierpiala R. Biological ac-tivity and functional diversity in soil in different cultivation systems. International journal of Envi-ronmental Science and Technology, 2020, 17(10): 4189-4204 (doi: 10.1007/s13762-020-02762-5).
- Tonitto C., Ricker-Gilbert J. Nutrient management in African sorghum cropping systems: apply-ing meta-analysis to assess yield and profitability. Agronomy for Sustainable Development, 2016, 36(1): 10 (doi: 10.1007/s13593-015-0336-8).
- Buah S., Kombiok J.M., Abatania L. Grain sorghum response to NPK fertilizer in the Guinea Savanna of Ghana. Journal of Crop Improvement, 26(1): 101-115 (doi: 10.1080/15427528.2011.616625).
- Liu Z., Rong Q., Zhou W., Liang G. Effects of inorganic and organic amendment on soil chem-ical properties, enzyme activities, microbial community and soil quality in yellow clayey soil. PLoS ONE, 2017, 12(3): e0172767 (doi: 10.1371/journal.pone.0172767).
- Zhang C., Liu G., Xue S., Wang G. Soil bacterial community dynamics reflect changes in plant community and soil properties during the secondary succession of abandoned farmland in the Loess Plateau. Soil Biology and Biochemistry, 2016, 97: 40-49 (doi: 10.1016/j.soilbio.2016.02.013).
- Gul S., Whalen J.K., Thomas B.W., Sachdeva V., Deng H. Physico-chemical properties and microbial responses in biochar-amended soils: mechanisms and future directions. Agriculture, Eco-systems and Environment, 2015, 206: 46-59 (doi: 10.1016/j.agee.2015.03.015).
- Chaudhry V., Rehman A., Mishra A., Chauhan P.S., Nautiyal C.S. Changes in bacterial com-munity structure of agricultural land due to long-term organic and chemical amendments. Micro-bial Ecology, 2012, 64(2): 450-460 (10.1007/s00248-012-0025-y).