Микробиологические и агрофизические критерии экологической устойчивости почвы и эффективности почвозащитных технологий

Введение . Производство экологически безопасной продукции с наименьшими затратами и минимальным риском для окружающей среды является крайне актуальным для современного сельского хозяйства. Без принятия мер по сохранению и повышению плодородия почв оно уже в ближайшем будущем может быть необратимо утрачено на обширных земледельческих территориях. Актуальной становится разработка наиболее экологических почвозащитных энергосберегающих систем обработки почвы в севооборотах, способствующих расширенному воспроизводству ее плодородия, устойчивому росту урожайности сельскохозяйственных культур и получению качественной экологически безопасной продукции.

Зарубежный и отечественный опыт позволяет уже сравнительно четко сформулировать основные требования к почвам, на которых возможна и целесообразна минимизации обработки с учетом биологических факторов микробиоты и возделываемых сельскохозяйственных культур, механического состава, устойчивости к уплотнению, мощности корнеобитаемого слоя, обеспеченности питательными веществами по профилю и т.д. [3, 4, 7].

Целью проводимых исследований являлся микробиологический и агрофизический мониторинг при ресурсосберегающей основной обработке почвы в севообороте.

Материалы и методы исследований . Полевые исследования проводились в стационарном опыте (территория землепользования ООО «Чураково» Буинского района РТ), который был заложен в 2000 году, там изучались различные системы основной обработки почвы при органоминеральной системе удобрений: отвальная вспашка – контроль, мелкая обработка, а также безотвальное рыхление, ярусная вспашка, чизельная обработка – один раз за ротацию с последующими мелкими обработками. Перед закладкой опыта в чистом пару в 2000 году было внесено 60 т/га подстилочного навоза КРС. Ежегодно вносились компенсирующие дозы минеральных удобрений.

Почва тяжелосуглинистый выщелоченный чернозем - имела следующую агрохимическую характеристику: содержание гумуса в пахотном слое 4,7-7,0%; запасы гумуса в слоях 0-20 и 0-50 см - 103-140 и 172-230 т/га; Р 2 О 5 – 46-70 мг/кг почвы; К 2 О – 100-150 мг/кг почвы; гидролитическая кислотность – 3,1-3,5 мг экв./100г; рН сол. 4,9-5,5.

Чередование культур в севообороте было следующим: 2000 год – чистый пар, 2001 – озимая рожь; 2002 – яровая пшеница, 2003 – кукуруза, 2004 – яровая пшеница, 2005 – ячмень, 2006 – озимая пшеница, 2007 – яровая пшеница, 2008 – однолетние травы, 2009 – озимая пшеница.

Все наблюдения и анализы проводили по общепринятым методикам. В почве определяли следующие показатели: содержание гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-98); подвижный фосфор и обменный калий - по Чирикову (в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26204-91); сумму поглощенных оснований - по Каппену (ГОСТ 27821-88); гидролитическую кислотность - по Каппену (в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26212-91); рН_сол . - на рН-метре (ГОСТ 26483-85). Влажность почвы в метровом слое определяли термостатно-весовым методом; объемную массу, структурно-агрегатный состав почвы - по методике Н.И. Савинова [1], а также химический состав культурных растений [6].

Комплексное исследование микробоценоза включало определение количества жизнеспособных микроорганизмов различных экологотрофических групп методом посева соответствующих разведений на элективные среды [5]. В качестве микробиологического контроля использовали почву без растений. Проводили поиск и выделение микроорганизмов, определяющих почвенное плодородие. Чистота культур периодически проверялась микроскопированием с фазовым контрастом и высевом на элективную питательную среду. Биологическую активность почвы оценивали газохроматографически по интенсивности дыхания почвы (базальное дыхание) при часовой инкубации 2 г почвенных образцов в герметично укупоренных флаконах [2]. Измерение всех параметров проводили не менее, чем в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.

Результаты исследований . Деятельность микроорганизмов имеет огромное значение в формировании почвы и создании ее плодородия. Поэтому в микробно-растительной системе нами проводились исследования по выделению и изучению микроорганизмов, определяющих почвенное плодородие.

В процессе многолетних комплексных исследований было установлено, что возделываемые культуры оказывают стимулирующее действие на микрофлору выщелоченного чернозема, которая довольно динамична и меняется в течение вегетационного периода растений. Количество микроорганизмов изученных групп было значительно больше в ризосфере по сравнению с почвой, не занятой растительностью. Возможной причиной является секреция в почву различных органических соединений.

Для анализа воздействия разных приемов обработки почвы, удобрений и растений оценивали уровень биологической активности почвенной экосистемы. Такими параметрами являлись интенсивность дыхания почвы, а также численность микромицетов, аммонифицирующих, азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов.

Максимальное количество СО 2 выделялось из почвы в момент наиболее интенсивного роста растений, когда масса корней достигала наибольшей величины. Исследование различных приемов обработки почвы на жизнедеятельность микрофлоры выявило стимулирующее воздействие на интенсивность дыхания при рыхлении, чизельной обработке и ярусной вспашке.

Видовой состав исследуемой почвы был представлен разнообразными микроскопическими грибами. Следует отметить, что микромицеты рода Trichoderma доминировали только при комбинированных обработках (плоскорезное рыхление, ярусная и чизельная обработки с мелкой обработкой в последующие годы). Это является позитивным фактом, так как представители этого рода обладают высокой антагонистической активностью к фитопатогенным грибам.

По данным микробиологического мониторинга на фоне органоминеральной системы удобрений наибольшее количество азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов, снижение численности микромицетов отмечено в ризосферной зоне исследуемых культур на вариантах с плоскорезным рыхлением, ярусной вспашкой и чизельной обработкой один раз за ротацию севооборота с последующими мелкими обработками.

Необходимо подчеркнуть, что только в этих вариантах был обнаружен Azotobacter chroococcum , штаммы которого обладают не только способностью фиксировать молекулярный азот, но и синтезировать ростовые и другие биологически активные вещества, таким образом, увеличивая поглотительную способность корней и усиливая ростовые процессы. Присутствие в почве азотобактера является показателями плодородия почвы, так как он развивается при хорошей аэрации и при нейтральной реакции почвы.

Было установлено, что актиномицеты, бактерии, использующие минеральные формы азота, денитрифицирующие и целлюлозоразлагающие микроорганизмы оказались не особо чувствительными к исследуемым факторам.

Нами были выделены аборигенные микроорганизмы, которые в последующем вошли в коллекцию. При отборе учитывались многие их свойства, в частности нитрогеназная, антагонистическая активность, способность продуцировать ауксины и витамины группы В, способность давать высокие титры на недорогих питательных средах и т.д.

Диазотрофные и фосфатмобилизующие микроорганизмы, обладающие полезными признаками, использовались в дальнейшем для обработки различных зерновых, кормовых, овощных и бобовых культур в вегетационных и полевых опытах. Значительный положительный ответ на инокуляцию был отмечен, если внесенный микроорганизм успешно конкурировал с природной популяцией. Было установлено, что бактеризация благоприятно сказывается на их развитии и все исследуемые микроорганизмы способны длительное время сохраняться в ризосфере инокулированных растений.

Основная обработка – мощный фактор антропогенного воздействия на строение пахотного слоя, однако слабая изученность этой проблемы может привести к недобору урожая. Интересен тот факт, что максимальная урожайность была отмечена в тех же вариантах, где наблюдалась наибольшая численность агрономически значимых микроорганизмов – на вариантах с ярусной и чизельной обработками один раз за ротацию с последующими мелкими обработками.

За годы исследований более высокие достоверные урожайности сельскохозяйственных культур получены в системе с ярусной обработкой – 40,5 ц/га зерн. ед. По сравнению с ежегодной вспашкой этот показатель был выше на 5,4 ц/га зерн. ед.

Можно предположить, что высокая урожайность определяет большой вынос питательных элементов с растениями, поэтому при этих обработках наиболее активно функционирует микроорганизмы, мобилизирующие связанные или малодоступные формы минерального питания. При этом ярусная вспашка и чизельная обработка в системе оказывают щадящее действие и на почву, и на микроорганизмы.

Агрофизический мониторинг показал эффективность применения ярусной и чизельной обработок в системе основной обработки почвы в звене паро-зернопропашного севооборота. Так, было установлено, что в все опытные варианты имели достаточное количество влаги в метровом слое почвы. Наибольшие запасы были отмечены там, где в качестве основной обработки применялись ярусная (175,8 мм) и чизельная обработки в системе (173,8 мм). Традиционная ежегодная отвальная вспашка уступала ярусной обработке в системе на 6,8 мм. Аналогичная закономерность наблюдалась в слое 0-50см.

Способы и глубина основной обработки в различной степени воздействовали на объемную массу почвы в течение вегетационного периода возделываемых растений. Определение объемной массы почвы показало, что в конце вегетации по мелкой ежегодной обработке плотность слоя 0-40 см увеличилась до 1,26 г/см3 по сравнению с ярусной вспашкой (1,20 г/см3). Увеличение глубины до 40 см при использовании чизельного рыхления снижало объемную массу почвы в течение всей вегетации растений, особенно в слое 0-40 см на глубине хода лапы чизеля.

Оценка почвенной структуры связана, с одной стороны, с биологической ролью почв как среды обитания растений, почвенной биоты, с другой – почвенная структура является показателем уровня протекающих в ней деградационных процессов в зависимости от различных способов ее обработки. В системе с ярусной и чизельной обработками значительно возрастает содержание фракций размером 10-5 и

3-1 мм. При ежегодной мелкой обработке отмечаются более низкие показатели оструктуренности, о чем свидетельствует низкий коэффициент структурности (1,5%). При ярусной и чизельной обработках один раз за ротацию севооборота показатели структурности были значительно выше. При этом различные системы основной обработки почвы влияли на естественные процессы структурообразования и приводили к изменению содержания агрономических ценных агрегатов размером от 10,0 до 0,25 мм.

Необходимо отметить, что агрегаты при ярусной и чизельной системах обработки почвы более водопрочные и в наименьшей степени подвержены разрушающему действию воды. В этих вариантах проявлялась тенденция к увеличению водопрочности за счет повышения агрономических ценных частиц и снижения фракций размером <0,25 см, что можно объяснить более высоким содержанием гумуса.

Содержание гумуса зависело от систем основной обработки почвы. Повышенное его содержание наблюдалось по ярусной (7,0%) и чизельной обработкам в системе (6,4%). По остальным вариантам его содержание было значительно ниже. Кислотность почвенной среды по всем вариантам опыта составила 5,2-5,4 рН единиц. Гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований в пахотном слое почвы существенно не изменялись, системы обработки почвы не оказывали существенного влияния на эти показатели.

Лучшая обеспеченность подвижным фосфором наблюдалась в системе, где проводилось ярусная и чизельная обработка (75 и 74 мг/кг почвы) по сравнению с контрольным вариантом (65 мг/кг почвы). В остальных вариантах в системе отмечено среднее количество подвижного фосфора (54-63 мг/кг почвы).

Содержание калия оказалось выше при сочетании ярусной вспашки и чизельной обработки с мелкой обработкой (136 и 131 мг/кг почвы) по сравнению с традиционной ежегодной вспашкой (122 мг/кг почвы).

У исследуемых зерновых культур содержание белка в зерне сильно изменялось под влиянием условий выращивания, зависело от предшественников, удобрений, сроков сева, нормы высева, условий перезимовки, засоренности посевов, болезней и вредителей, способов обработки почвы и сроков уборки. В наших исследованиях система обработки почвы повлияла на химический состав зерна и соломы. Лучшее содержание белка в зерне получено на вариантах с ярусной обработкой в системе. На остальных вариантах этот показатель был ниже.

Необходимо отметить, что качество сырой клейковины также зависело от многих факторов и условий произрастания зерновых. На варианте, где были лучшие условия для роста и развития растений, которые определялись слаженной системой основной обработки почвы, при использовании ярусной вспашки с последующей мелкой обработкой, отмечалось улучшение количества и качества клейковины.

Заключение. Практическая ценность представленной работы состоит в создании высокоэкономичной, ресурсосберегающей системы основной обработки черноземной почвы в паро-зернопропашном севообороте, при которой существенно улучшается структура микробоценоза и агрофизических параметров почвы, что отражается в повышении урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур и повышении качества получаемой продукции. Основанная на современном уровне энерговооруженности, серийно выпускаемых ярусного и чизельного типа орудий, она может найти широкое распространение в условиях Республики Татарстан, где обеспечит устойчивую урожайность основных сельскохозяйственных культур.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Балахчев, Г.Н. Практикум по физике почв./ Г.Н. Балахчев, А.Ш. Фаткулин. // – Казань: Изд-во КГУ, 1982. – С. 29-31. 2. Гарусов, А.В. Газохроматографический метод анализа в биомониторинге почвы. Методическое пособие / А.В. Гарусов, Ф.К. Алимова, Н.Г. Захарова // Казань: Изд-во КГУ, 1998. – 28 с. 3. Дегтярева, И.А. Микробиологический мониторинг выщелоченного чернозема при различных системах основной обработки почвы. / И.А. Дегтярева, М.М. Ильясов. // Труды Межд. конф. «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов». – Казань: «Фэн», 2003. – С. 320-322. 4. Ильясов, М.М. Влияние системы основной обработки свойства выщелоченного чернозема и урожайность сельскохозяйственных культур. / М.М. Ильясов. // Достижения науки и техники АПК, 2005. – №5. – С. 2225. 5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева.- М.: МГУ, 1991. - 304 с. 6. Практикум по агрохимии: Учебное пособие / Под ред. В.Г. Минеева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. – 689 с. 7. Manian, R. Influence of deep tillage on in-sity moisture conservation in dry farming / R. Manian, K. Kathirvel, G.B. Meenakshi // Agr. Mech. Asia. Afr. and Lat. Amer, 1999. – 30, №4. – Р. 16-21.

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И АГРОФИЗИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЫ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Дегтярева И.А., Ильясов М.М., Дмитричева Д.С.

Резюме

Приведены микробиологические и агрофизические критерии эффективности ресурсосберегающей системы основной обработки черноземной почвы в паро-зернопропашном севообороте. Отмечено повышение урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур и улучшение качества получаемой продукции.

MICROBIOLOGICAL AND AGROPHYSICAL CRITERIA OF ECOLOGICAL STABILITY OF SOIL AND EFFICIENCY OF SOIL-PROTECTIVE TECHNOLOGIES

Degtereva I.A., Il’yasov M.M., Dmitricheva D.S.