Влияние последействия органических удобрений на состояние мезобиоты и некоторые свойства почв в условиях Красноярской лесостепи

Введение. На современном этапе, в эпоху технического прогресса и развития инновационных технологий, площади антропогенно преобразованных почв приобретают все больший вес в структуре земельного фонда страны. Их исследование и оценка их состояния в свете этого становятся все более значимыми. Интерес к таким почвам, как с точки зрения особенностей их эксплуатации в сельском хозяйстве и промышленности, так и в экологическом аспекте, постоянно возрастает. Использование в сельскохозяйственном производстве удобрений и средств химизации приводит к существенным изменениям почвенных свойств и режимов. Биологическая активность почв отражает активность и динамику процессов трансформации в них органических веществ и напряженность биологического круговорота в целом [7]. Мезобиота, объединяя разнообразную и многочисленную часть почвенного населения, участвует в формировании почвенного плодородия, что во многом определяет биологическую активность почв [2]. Поэтому ее изучение с целью улучшения экологического состояния и повышения плодородия почв весьма актуально.

Цель исследования : охарактеризовать состояние мезобиоты в условиях последействия органических удобрений.

Задачами исследования являлся анализ количественных характеристик почвенной мезофауны черноземов в третий – четвертый год последействия органических удобрений; характеристика изменений ее группового разнообразия и определение особенностей сезонной и годичной динамики педофауны на фоне различных вариантов внесения удобрений.

Методы исследования . Исследование проводили на черноземе выщелоченном среднемощном, тяжелосуглинистом на желто-бурой глине в учебном хозяйстве Красноярского ГАУ «Миндерлинское» в полевом опыте, заложенном по следующей схеме: 1) К – контроль (без удобрений); 2) ПП – птичий помет 3 т/га; 3) ПП+ОП 1 – помет 3 т/га + опилки 1 т/га; 4) ПП+ОП 2 – помет 6 т/га + опилки 2 т/га; 5) ОП – опилки 3 т/га; 6) ОП+Nм – опилки 3 т/га + мочевина эквивалентно 3т/га ПП; 7) Nм – мочевина эквивалентно 3 т/га ПП. Опыт закладывали осенью 2011 (были внесены опилки и птичий помет) и весной 2012 года (перед посевом пшеницы вносилась мочевина). Опыт заложен в трехкратной повторности, размещение делянок площадью 100 м² рендомезированное [4]. В опыте высевался сорт яровой пшеницы – Но-восибирская-15, использовались опилки хвойных пород деревьев. Отбор проб проводился в 2014 (третий год последействия) и 2015 (четвертый год последействия) трижды за сезон (начало июня, середина июля и вторая половина августа). Отбирались пробы почв по вариантам с глубины 0–10, 10–20 и 20–30 см. Анализировали в динамике содержание органического вещества методом Тюрина, pH H2O – потенциометрически и влажность почвы – весовым методом. Полученные данные использовались для оценки связи почвенных свойств с характеристиками почвенной биоты. Биометрические параметры определяли в лаборатории с использованием бинокуляра МСБ-10 и аналитических весов CITIZEN CY-64.

Результаты исследования. Важным фактором, влияющим на плодородие, является почвенная мезофауна. Каждый вид мезобион-тов характеризуется определенными требованиями в отношении условий своего обитания. Изменения группового состава могут рассматриваться как индикационный показатель комфортности почвенных условий. Таксономический состав мезофауны рассмотренных почв наиболее обильно представлен классами: Olygochaeta (малощетинковые черви), Insecta (насекомые), Arachnida (паукообразные) и другими [8, 9]. Среди них выявлены представители, относящиеся к 14 таксонам в 2014 г. и 12 таксонам в 2015 г. на уровне отряда или семейства. Анализируя групповой состав мезобиоты по вариантам опыта, можно отметить, что наибольшее разнообразие мезофауны отмечено в контрольном варианте и вариантах с пометом и опилками в разных дозах. В последний год наблюдения наибольшим числом групп характеризуются контрольный вариант и варианты с внесением ОП+Nм и Nм. В них отмечены соответственно 10, 11 и 10 таксономических групп, среди которых преобладают энхитреиды, жужелицы, стафилины, двукрылые, щелкуны, муравьи, пауки и другие. Это говорит о том, что сочетание помета и мочевины формирует благоприятные условия для развития различных представителей почвенной биоты.

Варианты с внесением ПП, ПП+ОП 1 и ПП+ОП 2 (см. схему опыта) по качественному составу достоверно не отличаются от контроля, хотя разнообразие представителей мезофауны здесь меньше на 1–3 единицы. При этом по общей численности они не уступают контролю. Видимо, в этих вариантах отмечаются недостаточно благоприятные условия для развития ряда групп мезобионтов, чувствительных к высокой концентрации органического удобрения (помет) и подщелачивания среды (pH 8,3–8,4). В варианте 5 – с опилками (ОП) было выявлено минимальное таксономическое разнообразие: 6 групп педофауны на третий год последействия удобрений и 5 групп – на четвертый. В основном здесь отмечены представители отр. Aranei, сем. Enchytraeidae, Staphylinidae, Elateridae. Эти группы менее чувствительны к неблагоприятному химическому составу опилок хвойных пород деревьев (эфирные масла, смолы, алкалоиды, фенол, толуол, дубильные вещества и другие). В целом создается специфическая среда обитания. Например, в 2015 г. этот вариант имел минимальную среди исследованных почв влажность (17,8 %) и наименее щелочную реакцию почвенной среды (рН 7,8).

В 2015 г. разнообразие групп и их встречаемость значительно снижаются. Это уменьшение разнообразия почвенной мезобиоты объясняется как сроком последействия удобрений, проявляющегося снижением содержания органического вещества почв от 7,5 % в 2014 до 5,2 % в 2015 г., так и неравнозначностью климатических условий среды (уменьшение осадков в 2015 г.), что отразилось на влажности почвы.

Анализируя общую численность почвенной мезобиоты на рассмотренных пробных площадях на третий и четвертый год последействия удобрений, можно отметить, что в целом на третьем году последействия количество почвенных обитателей было выше, что особенно явно заметно в июньский срок отбора (табл. 1). Надо отметить, что тенденция к снижению общего обилия мезобиоты наблюдается в почвах всех вариантов на протяжении всего периода наблюдений. Это может быть связано, по нашему мнению, с уменьшением запасов доступных органических остатков.

Так, на третий год последействия максимум обилия отмечен в начале лета – в июне, чему способствовало большее количество осадков в этом месяце (50 мм в 2014 г. по сравнению с 33 мм в 2015 г.). Кроме того, в этот период сохранилось последействие внесенных в 2011 г. органических удобрений, что определило, в значительной мере, обилие мезобиоты в почвах. Сезонная динамика почвенного населения в этот год имеет типичную структуру. Наблюдается снижение населенности почв в середине лета, когда многие почвенные обитатели из-за жары и снижения влажности переходят в состояние временного анабиоза. В весеннеосенний период отмечается повышение общего обилия мезофауны почв.

Динамика общей численности мезофауны, экз/м2

Таблица 1

Вариант опыта	Численность
	2014 г.			2015 г.
	Июнь	Июль	Август	Июнь	Июль	Август
1. К	1488±637,4	184±56,5	652±73,5	234±97,3	464±208,0	843±84,6
2. ПП	592±253,7	144±34,0	128±28,3	80±20,7	224±80,0	704±69,7
3. ПП+ОП1	706±155,5	389±80,6	432±90,5	86±38,6	181±42,3	453±214,8
4. ПП+ОП 2	1624±11,3	312±56,5	549±113,1	63±25,3	288±84,6	523±126,9
5. ОП	168±56,5	80±22,6	296±67,8	117±24,4	293±56,1	496±121,7
6. ОП +Nм	544±90,5	326±36,7	528±45,2	68±18,4	336±69,7	676±75,6
7. Nм	1266±651,9	192±90,5	520±45,2	107±25,6	277±40,2	373±136,0

Для четвертого года последействия максимальная численность мезобионтов была отмечена в августовский срок отбора. Однако традиционно отмечаемого многими авторами [1, 3] июньского пика численности не наблюдалось. Наоборот, количество мезобиоты в июньский срок наблюдения было достоверно ниже, чем в июле и августе. Такая динамика численности закономерно обусловлена чрезмерно низким поступлением осадков в мае-июне и накоплением свежего органического опада в почве к августу. В третий год последействия эффект проявления влияния удобрений сохранялся только для варианта с двойной дозой внесения совместно помета и опилок, тогда как в год внесения и первый год последействия стимулирующее влияние органики на почвенную биоту было достоверным в большинстве рассмотренных вариантов [5, 6]. При анализе биомассы почвенной биоты (табл. 2) можно отметить схожую тенденцию снижения рассматриваемого показателя в четвертом году последействия удобрений по сравнению с третьим.

Таблица 2

Биомасса мезобионтов, г/м2

Вариант опыта	Биомасса
	2014 г.			2015 г.
	Июнь	Июль	Август	Июнь	Июль	Август
1. К	0,44±0,42	0,059±0,01	2,0±0,91	0,31±0,20	0,54±0,23	0,68±0,62
2. ПП	0,35±0,21	0,44±0,42	0,73±0,31	0,04±0,06	0,17±0,13	0,47±0,51
3. ПП+ОП 1	0,25±0,04	0,58±0,21	1,26±0,58	0,36±0,49	0,28±0,26	0,16±0,11
4. ПП+ОП 2	0,15±0,03	0,50±0,33	1,96±0,16	0,11±0,10	0,12±0,08	0,43±0,53
5. ОП	0,27±0,19	0,16±0,04	0,26±0,05	0,26±0,29	0,08±0,02	0,12±0,07
6. ОП +Nм	1,20±0,82	0,36±0,20	3,15±1,46	1,20±0,32	0,82±1,19	1,30±0,74
7. Nм	0,31±0,22	1,66±0,22	1,24±0,16	0,42±0,39	0,08±0,01	0,08±0,03

Особенно заметна эта особенность для вариантов 6 и 7, где были внесены, соответственно, опилки с мочевиной и мочевина. Сезонная динамика биомассы в большинстве случаев адекватна динамике численности. По этому показателю для третьего года последействия в июльский срок наблюдения отмечается увеличение биомассы почвенных обитателей на опытных вариантах, по сравнению с контроль- ным. Для варианта с опилками и мочевиной (6) достоверно выше биомасса и в августе, хотя в остальных вариантах осенний пик этого параметра не превышает контроль. Обращает на себя внимание, что в четвертый год последействия удобрений биомасса мезобиоты для разных вариантов относительно выравнивается, кроме варианта с мочевиной и опилками (Nм+ОП), где выявлены наибольшие показате- ли этого параметра по всем срокам наблюдения. Это может свидетельствовать о том, что в почве данного варианта еще сохраняются оптимизирующие воздействия опилок и мочевины, возможно за счет снижения плотности и сохранения запаса доступной органики, которая в остальных вариантах расходуется быстрее из-за иного состава.

Анализ зависимости общего обилия мезобиоты от влажности, кислотности и содержания гумуса почв рассмотренных вариантов показал (табл. 3), что не все рассмотренные параметры почв оказывают значимое влияние на численность и биомассу почвенной мезофауны.

Таблица 3

Корреляция численности и биомассы мезобиоты с некоторыми свойствами почв 2014 г.

Год	Свойства почвы	Численность, экз/м2			Биомасса, г/м2
		Июнь	Июль	Август	Июнь	Июль	Август
2014	рН	0,342	0,244	0,435	-0,772	0,298	0,636
	Гумус, %	0,592	0,147	0,670	-0,099	0,045	0,428
2015	рН	0,411	0,768	0,655	-0,836	-0,840	-0,647
	Гумус, %	0,329	0,835	0,424	0,403	0,524	0,617
	Влажность, %	-0,106	0,331	0,649	0,557	0,137	0,167

На третий год последействия удобрений численность мезобионтов имеет значимую положительную корреляцию с содержанием гумуса в почве. Причем, значимость связи неодинакова в разные сроки наблюдения. Значимая корреляция биомассы и гумуса в этот год не выявлена.

В четвертый год последействия была отмечена положительная корреляция численности (0,76–0,65) и отрицательная корреляция биомассы (0,84–0,65) мезобиоты с реакцией почвенного раствора. Органическое вещество оказывало значимое положительное влияние на численность мезобиоты в июле, а на биомассу – в июле и августе. Влажность была неоднозначно связана с показателями численности и величины биомассы: на численность она оказывает значимое положительное воздействие в августе, а на биомассу – отрицательное в июне. В остальные периоды наблюдений рассмотренные параметры почв не оказывают значимого влияния на почвенную биоту, о чем свидетельствуют коэффициенты корреляции ниже 0,5.

Выводы

• 1.    Численность, биомасса и таксономическое разнообразие почвенной мезофауны снижается в третьем году последействия удобрений по сравнению с предыдущим, что обусловлено за-

• туханием стимулирующего воздействия органических удобрений, внесенных ранее.

• 2.    Сезонная динамика численности и биомассы мезобиоты определяется, в первую очередь, гидротермическими показателями сезона и интенсивностью трансформации органических соединений в почве.

• 3.    Показано отсутствие стимулирующего воздействия внесенных органических удобрений на третий год последействия.

• 4.    Наиболее продолжительно эффект последействия проявлялся в четвертом варианте опыта с двойной дозой совместно внесенных помета и опилок.

• 5.    Биомасса мезобионтов в почвах разных вариантов в последний год наблюдений выравнивается. Достоверное превышение биомассы педобиоты в варианте с мочевиной и опилками свидетельствует о том, что в почве данного варианта еще сохраняется оптимизирующее последействие внесенных удобрений.

• 6.    Взаимосвязь почвенного населения с рассмотренными факторами среды не однозначна. Для ряда сроков выявлена значимая положительная корреляция численности и биомассы мезобионтов с содержанием гумуса и влажностью.