Фитотоксичность чернозема выщелоченного при выращивании ячменя ярового

При определенных условиях может возникать токсичность почвы. Образование-токсичных продуктов жизнедеятельности, межорганизменные взаимодействия, неблагоприятные физико-химические условия среды, загрязнение почвы в результате хозяйственной деятельности человека – причины возникновения токсичности почвы [1].

Проявляется она в торможении роста корней, хлорозе растений, нарушении обмена веществ, задержке поступления питательных веществ, подавлении дыхательного процесса и как следствие снижение урожайности сельскохозяйственных культур.

Распространены фитотоксичные микроорганизмы практически во всех почвах. Их содержание зависит от типа почвы. По данным О.А. Берестецкого (1978), на территории Украины большее количество грибов-продуцентов фитотоксических веществ содержится в дерново-подзолистых почвах, бактерий – в торфяно-глеевых, а также в дерново-подзолистых и серых лесных оподзоленных, актиномицетов – в темно-каштановой почве. Уменьшение количества фитотоксичных форм грибов и бактерий наблюдается в черноземных почвах, актиномицетов – в дерново-подзолистых и серых лесных [2].

Фитотоксичные формы микроорганизмов, особенно микроскопических грибов, поселяются на неразложившихся послеуборочных остатках сельскохозяйственных культур. Так, инкубированные в почву с соломой озимой пшеницы фитотоксические формы микроскопических грибов в опыте Берестецкого (1978) хорошо прижились и выделяли токсины, ингибирующие рост и развитие растений озимой пшеницы. Установлено, что фитотоксины почвенных микроорганизмов относятся к разным группам органических соединений. Это производные фенолов, хинонов и нафтизина, полипептиды, белки, полисахариды, стероиды, терпеноиды, ароматические кислоты, пептиды

и другие соединения. Эти вещества могут при значительных количествах в почве повышать ее токсичность [2].

При разложении в почве в условиях анаэробнозиса соломистых остатков образуются фитотоксические вещества фенольной природы [3]. Накапливаясь в почве, они значительно повышают ее токсичность. Это приводит к угнетению роста сельскохозяйственных культур и снижению их урожайности.

Кроме того, благодаря микроорганизмам фитотоксические вещества, содержащиеся в послеуборочных остатках растений, переходят в почве в активное состояние. Это делает микробиологический фактор токсичности почвы еще более важным. Длительное возделывание одной культуры и повторное возделывание однотипных также способствует усилению токсичных свойств почвы.

В связи с этим нами была поставлена цель исследований – изучить фитотоксичность почвы при различных фонах питания и обработке семян.

Объекты и методы

Опыт заложен на основе пятипольного зернопарового севооборота с чередованием культур: чистый пар – пшеница – соя – пшеница – ячмень. Исследования проводились под заключительной культурой севооборота – ячменем.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусовый тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 6,68–6,72% (по Тюрину), подвижного фосфора и обменного калия 101–120 и 350–420 мг/кг почвы (по Чирикову) соответственно.

В опыте изучались три фактора. Фактор А – внесение минеральных удобрений: вариант без удобрений (контроль); N 18 P 42 . За ротацию севооборота вносится N 150 P 270 K 90 кг д.в./га. Фактор В – солома: без применения соломы, внесение соломы (вносится систематически при уборке каждой культуры севооборота в количестве, соответствующем ее урожаю на фоне питания). Фактор С – бактериальные удобрения: без инокуляции, инокуляция семян ячменя ризоагрином (биопрепарат ВНИИСХМ на основе штамма Agrobacterium radiobacter 204). Размещение вариантов – систематическое.

Погодные условия вегетационного периода 2012 г. были засушливыми, количество осадков – 72,6% от нормы при ГТК = 0,69. В 2013 г., за исключением засушливого июня, метеоусловия вегетационного периода для зерновых культур благоприятные. Количество осадков за май – август составило 218 мм (111% от нормы) при ГТК = 1,16. В 2014 г. засушливым были май и июнь, количество осадков за май – август – 135 мм (68% от нормы), ГТК = 0,68.

В течение вегетационного периода 3 раза в основные фазы развития растений ячменя (кущение, колошение, налив зерна) отбирали почвенные пробы на анализ токсичности почвы с помощью биотеста. Варианты: 1. Чистая вода; 2. Контроль; 3. Солома; 4. Инокуляция; 5. Инокуляция + солома; 6. N 18 P 42 ; 7. N 18 P 42 + солома; 8. N 18 P 42 + инокуляция; 9. N 18 P 42 + инокуляция + солома. В каждую чашку Петри раскладывали по 25 семян тест-культуры. Повторность четырехкратная. После прорастания семян измеряли общую длину корней проростков, затем рассчитывали среднюю длину корней взошедших семян, а также процент снижения длины по сравнению с контролем. Контролем служили семена, замоченные в том же объеме стерильной водопроводной воды. Уменьшение длины корней проростков по отношению к контролю (чистой воде), выраженное в процентах, и является показателем общей токсичности почвы, по отношению к почвенному контролю показателем биологической токсичности при применении средств интенсификации. Токсичными следует считать почвы, снижающие всхожесть семян или угнетающие рост проростков и корней не менее чем на 20% (Методика ВИУА, Минеев, 1991) [4].

Результаты исследований

В 2012 г. не отмечено снижения длины корешка редиса по отношению к чистой воде (общая токсичность).

В фазу кущения зафиксировано угнетение длины корешков у проростков в вариантах N 18 P 42 + инокуляция и N 18 P 42 + инокуляция + солома, возможно, из-за роста почвенных грибов в ризосфере ячменя в последнем варианте более чем в 4 раза к контролю (контроль – 26,2 тыс. КОЕ/г, N 18 P 42 + инокуляция + солома – 119,9 тыс. КОЕ/г). Исследования О.И. Гамзиковой (1966) показали, что обогащение почвы элементами минерального питания, а также поступление большого количества растительных остатков культурных и сорных растений на удобренном фоне способствует росту численности почвенных микроорганизмов и их активности [5]. В варианте солома в фазу колошения и налива наблюдалось уменьшение корешка в сравнении с почвенным контролем (биологическая токсичность), однако снижение меньше 20%. Возможно, это связано с обработкой посевов гербицидом (баковая смесь дротик 0,4 л/га + магнум 5 г/га + ластик экстра 0,8 л/га) в фазу кущения. В период налива зерна небольшое снижение длины корешка отмечено в вариантах N 18 P 42 + солома и N 18 P 42 + солома + инокуляция по отношению к почвенному контролю, параллельные исследования численности почвенной микрофлоры показали увеличение количества грибов в последнем варианте на 50% в сравнении с контролем [6].

Рис. 1. Длина корешка редиса, см, слой 0–20, 2012 г.:

1 – чистая вода; 2 – контроль; 3 – солома; 4 – инокуляция; 5 – инокуляция + солома;

6 – N 18 P 42 ; 7 – N 18 P 42 + солома; 8 – N 18 P 42 + инокуляция; 9 – N 18 P 42 + инокуляция + солома

В 2013 г. в фазы кущения и колошения угнетения длины корешков у проростков не обнаружено. В исследованиях, проведенных И.А. Корчагиной с соавторами (2015), также отмечен рост корешков тест-культуры в почвенной вытяжке под ячменем как замыкающей культуры зернопарового пятипольного севооборота при применении средств интенсификации [7]. Ко времени созревания урожая (налив зерна) отмечено небольшое (в пределах 20%) снижение длины корешка редиса в вариантах N 18P42 и N18P42 + солома, в удобренном контроле в данную фазу наблюдался рост численности грибов (30% в сравнении с контролем) (рис. 2). Фитотоксичные формы имеются у всех основных групп почвенных микроорганизмов, но максимальное количество обнаружено среди микроскопических грибов. Наибольшее количество фитотоксичных видов найдено среди родов бактерий Bacillus, Pseudomonas, грибов Penicillium, Aspergillus, Fusarium. Среди актиномицетов большая токсичность у микробов с серым воздушным мицелием [2].

■ кущение

■ колошение

■ налив

Рис. 2. Длина корешка редиса, см, слой 0–20, 2013 г.:

1 – чистая вода; 2 – контроль; 3 – солома; 4 – инокуляция; 5 – инокуляция + солома;

6 – N 18 P 42 ; 7 – N 18 P 42 + солома; 8 – N 18 P 42 + инокуляция; 9 – N 18 P 42 + инокуляция + солома

В 2014 г. проявился слабовыраженный фитотоксический эффект в фазу кущения в варианте инокуляция по отношению к чистой воде и почвенному контролю, вероятно, это связано с обработкой посевов гербицидом. К периоду колошения и налива зерна угнетения длины корешка редиса не выявлено, снижение сменилось стимуляцией роста (рис. 3).

■ кущение

■ колошение

■ налив

Рис. 3. Длина корешка редиса, см, слой 0–20, 2014 г.:

1 – чистая вода; 2 – контроль; 3 – солома; 4 – инокуляция; 5 – инокуляция + солома;

6 – N 18 P 42 ; 7 – N 18 P 42 + солома; 8 – N 18 P 42 + инокуляция; 9 – N 18 P 42 + инокуляция + солома

Рис. 4. Зависимость длины корешка редиса (У, см) от численности почвенных грибов (Х, тыс. КОЕ/г), 2013 г.

Проведенная математическая обработка показала наличие средней корреляционной зависимости (r = 0,40) между длиной корешка и численностью почвенных грибов в 2013 г.; в 2012 и 2014 гг. связь отсутствовала (r = 0,05 и r = 0,04 соответственно) (рис. 4).

Выводы

Таким образом, в годы исследований отмечен слабовыраженный фитотоксичный эффект в некоторых вариантах, как правило, при увеличении численности почвенных грибов либо после обработки посевов гербицидами. Однако к фазе налива зерна угнетения длины корешков проростков не обнаружено.

N.N. Shuliko, O.F. Khamova, E.V. Tukmacheva

Phytotoxicity of leached chernozem soil under growing of spring barley