Продуктивность агроэкосистем в связи с изменением интенсивности и направленности на биологические процессы под влиянием современных обработок почвы

благоприятных водного , теплового , воздушного и питательного режимов почвы , борьба с засоренностью полей . В настоящее время более распространена глубокая обработка почвы с оборотом пласта . Но такой прием вызывает отрицательное последствие , такое как разрушение структуры почвы . Она становится менее плодородной вследствие глубокой заделки растительных остатков .

Все эти негативные последствия привели к разработке и внедрению ресурсосберегающих систем земледелия .

В основе сберегающих технологий лежат следующие принципы :

• - минимизация механической обработки почвы ;

• - сохранение    растительных остатков на

поверхности почвы ;

• - создание мульчирующего верхнего слоя почвы ;

• - создание    благоприятных условий для

гумусообразования ;

• - повышение   плодородия почвы , за счет

сокращения процесса минерализации ;

• - интегрированный подход к вредителям и болезням ;

• - применение научнообоснованных севооборотов .

Сегодня в мире более 400 млн га обрабатываются по системе сберегающего земледелия .

Однако в практике земледелия в настоящее время преимущественно применяют отвальную вспашку с оборотом пласта . В результате этого происходит усиленная минерализация органического вещества , уменьшение содержания гумуса , что приводит к снижение продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур . Кроме этого отвальная обработка почвы очень энергоемка и затратная . Одним из важнейших факторов , характеризующих эффективность изучаемых приемов обработки почвы является продуктивность сельскохозяйственных культур .

Микрофлора обрабатываемой почвы рассмотрена как биологический фактор земледелия . Многочисленными исследованиями доказано , что состав и численность почвенной биоты служит информативным индикатором экологического состояния биоценозов [2]. Анализ основных тенденций развития сельского хозяйства в наиболее развитых странах вызывает интерес к биологизации , экологизации и устойчивости земледелия . Ведущее место при этом принадлежит почвенной микробиологии , поскольку микроорганизмы являются ключевым фактором почвообразовательного процесса , питания растений и фитосанитарного состояния почвы .

В почве в результате жизнедеятельности микроорганизмов одновременно происходят разнообразные процессы , а плодородие почвы является равнодействующей этих процессов ( табл . 1).

В естественных экосистемах , находящихся в состоянии гомеостаза , все процессы сбалансированы и сдвинуты в сторону постепенного накопления почвенного плодородия . В агроэкосистемах это нарушается не в положительную сторону .

В повышении плодородия почвы огромное значение имеет биохимическая деятельность различных микроорганизмов .

В настоящее время в сельском хозяйстве наблюдается насыщение посевных площадей культурами схожими по агротехнике, что в свою очередь требует внесения повышенных доз минеральных удобрений и использования большого количества средств защиты растений. В результате происходит перестройка в структуре микробиоценоза, сокращается численность микроорганизмов, что изменяет биологическую активность почвы .

Таблица 1 – Результат жизнедеятельности микроорганизмов

Положительное	Отрицательное
Почвообразование
Гумификация растительных остатков. Формирование структуры почвы. Биохимическая деструктация минералов.	Минерализация гумуса. Разрушение водопрочной структуры почвы. Биохимическая трансформация минералов.
Питание растений
Мобилизация биогенных элементов из органических веществ и минералов.	Иммобилизация биогенных элементов. Восстановление нитратов до N 2 O и N 2 . Накопление фитотоксичных веществ и т.д.
Фитосанитарное состояние почвы
Подавление развития патогенных микроорганизмов. Разложение и минерализация фитотоксинов. Иммобилизация тяжелых металлов и радионуклидов.	Развитие фитопатогенных грибов и бактерий. Болезни растений . Биосинтез фитоксинов. Почвоутомление. Увеличение подвижности тяжелых металлов и радионуклидов.

Сложившиеся условия требуют углубления знаний в области биологии почв .

Известно , что формирование плодородия почвы неразрывно связано с протекающими в ней биологическими процессами . В результате жизнедеятельности микроорганизмов в почве образуются структурные фрагменты молекул гумусовых кислот , являющиеся продуктами полураспада сложных полимерных соединений , например , таких как целлюлоза , лигнин и др .

Процессы синтеза молекул гумусовых кислот в почве осуществляет сапрофитная микрофлора ( разлагает органические соединения ). Автохтонная группа микроорганизмов способна использовать гумусовые вещества почв в качестве источника углерода , азота и энергии . По соотношению этих двух групп можно судить о направленности процессов гумификации в почве ( коэффициент гумификации ).

Кроме этого в почве обнаруживаются микроскопические грибы , которые являются показателем , определяющим ее фитосанитарное состояние . Наиболее значительное количество таксинообразователей и фитопатогенов выявлено среди микромицетов рода Penicillum, Aspergillus, Fusarium, Alternaria.

Материалы и методика исследований

Исследования на определение продуктивности сельскохозяйственных культур проводились в 20102011 годах на стационарном опыте кафедры земледелия по изучению технологий обработки почвы с использованием современных энергосберегающих почвообрабатывающих орудий.

Нами исследовалось два фактора : вид обработки почвы и посевной комплекс , которым проводился посев изучаемой культуры .

Схема опыта :

А – вид обработки :

• 1.    Вспаш ка оборотным плугом LEMKEN;

• 2.    Вспаш ка обычным плугом ( ПЛН -3-35);

• 3.    Обработка почвы KOS ом ;

• 4.    Обработка почвы плоскорезом ;

• 5.    Нулевая обработка .

В – посев :

• 1.    Отечественная сеялка СЗ -5,4

• 2.    Импортный посевной комплекс John Deere 730.

Исследования по определению урожайности проводились по общепринятой методике .

Изучаемыми культурами были :

• - в    2010 году викоовсяная смесь на корм скоту - сорт овса - Привет , пелюш ка - Алла ; в соотнош ении 2:1.

в 2011 году – озимая пш еница , сорт - Московская 39.

Погодные условия в годы проведения исследований были различными , как с недостатком осадков и повышенной температурой (2010), так и с нормальными погодными условиями (2011), что позволяет объективно рассматривать и оценивать современную ресурсосберегающую обработку почвы .

Анализ агрохимических свойств почвы выявил различия в зависимости от обработки почвы .

Почва опыта характеризуется следующими показателями :

• 1.    Содержание количества элементов питания :

• -    содержание гумуса колеблется в пределах 2,694,46%

• -    содержание подвижного фосфора -8,1 мг \100 гр почвы ;

• -    содержание подвижного калия -5,8 мг \100 гр почвы ;

• 2.    Кислотность почвы составляет 5,2.

• 3.    Сумма обменных оснований 30-32 мг . экв \100 гр почвы ;

• 4.    Емкость катионного обмена 33-36 мг . экв \100 гр почвы ;

• 5.    Степень насыщенности основаниями – 83-86%.

При этом по плоскорезной обработке почвы наблюдалась четкая дифференциация пахотного слоя почвы по плодородию с выделением более плодородного (0-10 см ) слоя . В нем концентрировалась основное количество питательных элементов . На фоне вспашки питательные вещества распределялись равномерно по слоям пахотного слоя почвы .

Изучаемые системы обработки не оказали существенного влияния на структурно - агрегатный состав почвы . Содержание агрономически ценных агрегатов колебалось по вариантам обработки почвы от 60,2 до 64,7%.

Определение плотности почвы выявило существенные различия в зависимости от обработки почвы и времени определения объемной массы почвы .

Объемная масса верхнего слоя почвы (0-10 см ) перед посевом культур колебалась от 0,80 до 0,90 г до г / см ³ . Более плотное сложение почвы наблюдалось в нижних слоях почвы 10-20 и 20-30 см . К концу вегетации плотность сложения повышала свое значение , но колебалась по обработкам почвы 1,30 г / см ³.

Учетная площадь делянки составляет 360 м ², а общая площадь всего опыта 6 гектар .

Исследования по обследованию почвы на жизнедеятельность микроорганизмов проводились в 2011 году на стационарном опыте кафедры земледелия по изучению технологий обработки почвы с использованием современных почвообрабатыва ющих орудий .

Нами исследовалось два фактора : вид обработки почвы и посевной комплекс , которым проводился посев изучаемой культуры .

М етодика определения микрофлоры почвы :

Состав групп микроорганизмов может быть уточнен посевом почвенной суспензии на различных по составу твердых питательных средах , на которых затем развиваются зародыши различных групп микроорганизмов .

В нашем опыте были следующие питательные среды :

• 1.    На среде Чапека мы определяли количество микроскопических грибов .

• 2.    На мясопептонном агаре ( МПА ) мы определяли численность аэробных бактерий , усваивающих органические формы азота , что указывает на активность процессов аммонификации .

• 3.    На крахмалоамиачном агаре ( КАА ) мы определяли численность бактерий , усваивающих минеральные формы азота .

После инкубации засеянных чашек в термостате подсчитывают выросш ие на твердой среде колонии .

Результаты и их обсуждение

Изучаемые в работе обработки почвы оказали различное влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур о чем свидетельствуют полученные нами данные ( табл . 2).

Таблица 2 – Продуктивность культур

Вариант опыта	Продуктивность , ц\га
	Викоовсяная смесь	Озимая пшеница
Вспашка оборотным плугом	55,93	27,4
Вспашка ПЛН–3-35	46,94	35,2
Обработка КОСом	54,46	25,6
Обработка плоскорезом	50,80	28,9
Нулевая обработка	31,34	28,3
Вспашка оборотным плугом*	54,54	32,6
Вспашка ПЛН–3-35*	58,55	34,8
Обработка КОСом*	32,35	34,9
Обработка плоскорезом*	30,95	34,3
Нулевая обработка*	30,80	32,3
НСР 05	3,87	4,13

*-сев производился импортным посевным комплексом (John

Deere 730)

Из таблицы видно , что наиболее продуктивна викоовсяная смесь при вспашке ПЛН -3-35 посев производился импортным посевным комплексом (John Deere 730) и составляет 58,55 ц / га , а наименее дает нулевая обработка при посеве импортным посевным комплексом (John Deere 730) - 30,8 ц / га . Это можно объяснить тем , что при вспашке улучшаются следующие режимы почвы : воздушный , водный , питательный , уменьшается уплотнение почвы , что создает хорошие условия для роста и развития растений . При нулевой обработке почвы наблюдается обратная тенденция . При высокой плотности почвы создаются неблагоприятные условия для развития растений , ухудшается воздушный , водный , питательный режимы почвы . При анализе продуктивности озимой пшеницы можно сделать вывод , что наибольшая урожайность наблюдается в варианте опыта со вспашкой ПЛН –3-35 при посеве озимой пшеницы СЗ -5,4 и достигает значения 35,2 ц / га , а наименьшая при обработке КОС - ом при посеве озимой пшеницы СЗ -5,4 – 25,6 ц / га . Если анализировать урожайность при посеве импортным посевным комплексом John Deere 730, то можно сказать следующее : урожайность по всем вариантам опыта практически не изменяется . Средняя урожайность озимой пшеницы по всем вариантам обработки почвы составляет 31,43 ц / га Она увеличивается при посеве John Deere 730 практически по всем вариантам обработки почвы по сравнению с сеялкой СЗ -5,4,. Это можно объяснить более точной нормой высева и заделкой семян на заданную глубину по сравнению с отечественной сеялкой СЗ –5,4.

Изучаемые в работе обработки почвы оказали благоприятное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов , использующих для питания органический азот ( табл . 3), их численность изменяется под воздействием обработок почв .

Подобным образом вели себя и бактерии амонификаторы , синтезирующие белок из минеральных соединений .

Таблица 3 – Влияние различных способов основной обработки почвы на почвенную микрофлору

Глубина взятия пробы почвы, см Вариант обработки почвы	Численность, тыс/гр а.с.п.
	Грибная микрофлора	Аэробные бактерии
		МПА	КАА	КАА\ МПА
Вспашка оборотным плугом: - СЗ-5,4	46,4	5597	5865	1,05
- John Deere 730	45,9	5740	5973	1,04
Обработка почвы плоскорезом: - СЗ-5,4	42,7	4570	4749	1,04
- John Deere 730	42,1	4619	4778	1,04
Нулевая обработка почвы: - СЗ-5,4	41,5	5360	5962	1,11
- John Deere 730	40,5	5490	6135	1,12

Об интенсивности процессов минерализации можно судить по соотношению численности бактерий , использующих для своего питания минеральный азот к численности бактерий , использующих органический азот ( КАА \ МПА ).

При различной обработке почвы состав и численность почвенной микрофлоры подвергается изменению ( таблица 3).

Интенсивность минерализации органического вещества зависят от биогенности почвы , от наличия в ней грибной микрофлоры , способной минерализовать внесенную органику .

Количество в почве грибов – важнейший диагностический показатель обеспеченности почвы органическим веществом .

Почвы , имеющие кислую реакцию , наиболее богаты грибами .

Определение почвенной микрофлоры нами было произведено после уборки озимой пшеницы ( табл . 3).

Как видно из таблицы , количество грибной микрофлоры было наибольшим в варианте вспашке оборотным плугом и обработка почвы плоскорезом при посеве нашей отечественной сеялкой , наименьшим при нулевой обработке почвы . Из таблицы видно , что обработка плоскорезом по содержанию грибов и бактерий занимает среднее положение . Это можно объяснить тем , что при обработке почвы плугом разлагается наибольшее количество органического вещества , а при нулевой обработке наоборот наименьшее . Кроме этого можно объяснить тем , что почвенная микрофлора развивается при обороте пласта почвы меньше , так как при этом почвенные микроорганизмы попадают в условия , когда их деятельность замедляется . Так же можно сделать вывод , что при внесении не разложенного органического вещества изменяются почвенно - биологические процессы в сторону минерализации полученной органики , что позволяет сохранить и увеличить запасы гумуса в почве . Если анализировать численность микрофлоры по посевному комплексу , то можно сделать вывод , что при посеве нашей сеялкой наблюдается большее количество микрофлоры , чем при использовании импортной сеялки . Подсчитанные коэффициенты минерализации свидетельствуют о высокой его минерализующей способности микроорганизмов темно – серой лесной почвы в конце вегетационного периода . Разница коэффициента минерализации составляет чуть больше 1.

Вывод

В результате проведенной работы можно сделать выводы : на продуктивность агроэкосистем и биологические процессы , протекающие в почве влияют современные агротехнологии .

Если анализировать ресурсосберегающие технологии обработки почвы , то можно сделать вывод , что при наименьших затратах топлива и труда была получена примерно такая же урожайность как и при вспашке почвы .

Исследования показали: почвенная микрофлора под влиянием различных современных обработок почвы и при использовании разных посевных машин имеет тенденцию к изменению своей численности.