Влияние приемов интенсификации в земледелии на альгофлору чернозема выщелоченного

Введение. Микроорганизмы почвы – обязательная составная часть любой экосистемы. В окультуренной почве их численность может доходить до нескольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса – до 10 т на 1 гектаре [1–3]. Микроорганизмы имеют мощный ферментативный аппарат, в функции которого входит контроль круговорота веществ и обеспечение постоянного функционирования экосистем [4–7]. В онтогенезе растения значение микроорганизмов многофункционально. Согласно исследованиям Ю.М. Возняковской [8], иммобилизация, трансформация биогенных элементов, процессы гумификации, выветривания первичных ми- нералов и другое осуществляются почвенными микроорганизмами. Важным фактором, определяющим гомеостаз почвенной биоты в агроэкосистеме, является применение агрохимических средств, в частности удобрений. Стимулирующее влияние минеральных удобрений на общее количество микроорганизмов в почве отмечено многими исследователями [4, 6, 9–11]. Увеличение численности микроорганизмов, по мнению Е.Н. Мишустина и др. (1983), связано с поступлением энергетического материала в почву на удобренных делянках: листовой опад, корнепожнивные остатки растений [12]. Установлено, что активность почвенной биоты зависит от фор- мы, вида минеральных удобрений, сочетания элементов питания в них и дозы [10–14].

Обязательным компонентом наземных экосистем являются почвенные водоросли. Наиболее распространены представители четырех отделов: из эукариотов – зеленые (Chlorophyta), желто-зеленые (Xanthophyta) и диатомовые (Diatomeae) водоросли , из прокариотов – цианобактерии (Cyanobacteria), или сине-зеленые водоросли. Реже встречаются пирофитовые, эвгленовые, золотистые и красные водоросли.

Около 1195 видов водорослей встречаются в почвах России [15]. Они являются автотрофной частью почвы, активно взаимодействуя с компонентами биоценоза. Функционал почвенных водорослей широк: гумусонакопление, транслокация элементов питания, участие в процессах почвообразования [16–17]. В целинных почвах умеренной полосы России водоросли накапливают биологический азот в количестве 17–24 кг/га. Особенностью ценозов почвенных водорослей являются дополнительные характеристики почвы, дающие возможность заметить начинающиеся в ней изменения, в том числе и антропогенные. Таким образом, почвенные водоросли могут быть использованы для биоиндикации и биотестирования почвы [18]. Преимущество водорослей как инструмента мониторинга перед гетеротрофной микрофлорой состоит в том, что они легко исследуются микроскопированием [15, 18].

Цель исследования – изучение реакции аль-гофлоры чернозема выщелоченного на агротехнологию с разным уровнем применения средств химизации в зернотравяном севообороте.

Задачи: выявление действия и последействия минеральных и органических удобрений на альгофлору почвы, определение наиболее чувствительной группы водорослей на агрохимическую нагрузку почвы.

Объекты и методы. Объектом исследования была численность альгофлоры чернозема выщелоченного в зависимости от интенсивности применения средств химизации в зернотравяном севообороте. Стационарный многофакторный опыт был заложен в 1986 г. в южной лесостепной зоне Западной Сибири на основе шестипольного зернотравяного севооборота, развернутого во времени и пространстве (люцерна 3 г.ж. – пшеница – пшеница – овес), методом расщепленных делянок по схеме 3×2×2, повторность вариан- тов – 4-кратная. Изучались три фактора: средства химизации (минеральные удобрения в умеренной и повышенной дозах раздельно и в комплексе с гербицидами), навоз, солома. На их основе при раздельном внесении и в различных сочетаниях оценивались технологии возделывания сельскохозяйственных культур: биологическая, комбинированная и интенсивная. Минеральные удобрения вносились локально до посева. Почвенный гербицид «Трефлан» применяли перед посевом люцерны для защиты от однолетних злаковых и некоторых двудольных сорняков. Навоз КРС в дозе 10 т/га севооборотной площади вносили после уборки замыкающей севооборот культуры осенью, под основную обработку почвы. Солома вносилась после уборки зерновых в количестве, соответствующем урожаю в вариантах опыта [14].

Опытный полигон представлен черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым со следующими характеристиками: содержание гумуса (по Тюрину) – 6,4–6,6 %, валовых форм азота и фосфора – 0,32 и 0,20 %, подвижных фосфора и калия – 104–119 и 350–420 мг/кг почвы (по Чирикову) соответственно, рН– 6,5–6,7.

Отбор альгологических проб проводился специальным буром в поверхностном слое почвы с повторностями на каждом варианте опыта в фазу бутонизация – начало цветения люцерны в 2000–2003 гг. Для оценки влияния средств химизации использовали количественный показатель, применяемый в альгологии, – численность клеток цианобактерий и почвенных водорослей, включая зеленые, желто-зеленые и диатомовые. Число клеток определяли методом прямого счета на микроскопе МБИ-6 [18]. Обработку результатов вели методом С.И. Виноградского в модификации Э.А. Штиной с дополнениями К.А. Некрасовой и Е.А. Бусыгиной [19].

Результаты и их обсуждение. Исследования, проведенные в стационарном опыте, показали, что максимальная общая численность живых клеток (102,4 тыс. клеток/г почвы) отмечена в почве на неудобренном фоне минерального питания. При внесении минеральных удобрений в дозе N 20 P 90 общая численность водорослей снизилась на 29 %, в варианте N 40 P 120 K 40 в комплексе со средствами защиты растений («Треф-лан») от сорной растительности – на 70 % в сравнении с неудобренным фоном (табл. 1).

Таблица 1

Численность цианобактерий и почвенных водорослей под люцерной первого года вегетации в зависимости от применения минеральных и органических удобрений, тыс. клеток/г почвы

Внесено удобрений, кг д.в./га	Органические удобрения	Систематическая группа			Общая численность
		Зеленые и желто-зеленые	Синезеленые	Диатомовые
Биологическая технология
Без удобрений	Контроль	91,4	5,5	5,5	102,4
	Навоз	96,7	–	–	96,7
	Солома	81,7	5,1	3,3	95,6
	Навоз+солома	90,5	–	5,5	96,0
Комбинированная технология
N 20 P 90	Контроль	62,3	3,3	7,2	72,8
	Навоз	70,9	–	–	70,9
	Солома	54,6	–	3,3	57,9
	Навоз+солома	66,7	–	3,3	70,0
Интенсивная технология
N 40 P 120 K 40 + гербициды	Контроль	25,6	–	5,6	31,2
	Навоз	49,5	5,5	5,5	60,5
	Солома	45,6	6,2	5,5	57,3
	Навоз+солома	51,3	7,2	8,8	67,3

Здесь и далее: прочерк – отсутствие клеток водорослей.

Внесение минеральных удобрений и средств защиты растений уменьшило общую численность живых клеток водорослей с 102,4 до 31,2 тыс. клеток/г почвы. Это связано с ингибированием их роста минеральными веществами и гербицидом. К тому же мощная биомасса растений на удобренных фонах затеняет почву, снижая тем самым фотосинтетическую продуктивность водорослей.

Использование органических удобрений (навоза, соломы) фактически не повлияло на численность живых клеток водорослей в почве при использовании биологической и комбинированной технологий в сравнении с контролем. Однако следует отметить, что внесение органических удобрений не сняло депрессирующего действия азотно-фосфорных удобрений на альгофлору почвы. На фоне N40P120K40 + гербициды применение навоза и соломы способствовало увеличению численности почвенных водорослей на 84–114 % по отношению к удобренному контролю.

Для оценки последействия минеральных, органических удобрений и гербицидов на альгоф-лору чернозема выщелоченного были выполнены исследования почвы под люцерной третьего года вегетации (табл. 2).

Таблица 2

Численность цианобактерий и почвенных водорослей под люцерной третьего года вегетации в зависимости от применения минеральных и органических удобрений, тыс. клеток/г почвы

Внесено удобрений кг д.в./га	Органические удобрения	Систематическая группа			Общая численность
		Зеленые и желтозеленые	Синезеленые	Диатомовые
1	2	3	4	5	6
Биологическая технология
Без удобрений	Контроль	63,8	9,2	19,0	92,0
	Навоз	104,3	13,5	20,3	138,1
	Солома	99,9	17,6	37,2	154,7
	Навоз+солома	161,6	9,6	48,1	219,3

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5	6
Комбинированная технология
N 20 P 90	Контроль	200,1	13,4	25,0	238,5
	Навоз	160,1	25,7	25,7	211,4
	Солома	188,1	–	2,9	191
	Навоз+солома	201,2	–	14,2	215,4
Интенсивная технология
N 40 P 120 K 40 + гербициды	Контроль	210,7	–	8,7	219,2
	Навоз	102,8	–	5,9	108,7
	Солома	109,7	–	11,5	121,2
	Навоз+солома	79,4	–	8,5	87,9

Общая численность живых клеток водорослей в варианте без удобрений составила 92,0 тыс. клеток/г почвы. На второй год последействия применения минеральных удобрений, а также минеральных удобрений и гербицидов токсикологического эффекта на альгофлору почвы не наблюдалось, напротив, отмечено увеличение биогенности почвы. Количество почвенных водорослей возросло на 159 и 138 % соответственно. Сравнение численности живых клеток в почве под люцерной первого года вегетации с аналогичными вариантами показало увеличение их на 228 % в варианте N 20 P 90 и на 603 % в варианте N 40 P 120 K 40 . Последействие органических удобрений в большей степени проявилось на фоне биологической технологии. Применение навоза и соломы как раздельно, так и в сочетании было достаточно эффективно.

Максимальная численность клеток почвенных водорослей наблюдалась в варианте навоз + солома – 219,3 тыс. клеток/г почвы. Это выше на 138 %, чем в варианте без удобрений. Для вариантов раздельного внесения навоза и соломы количество клеток увеличилось на 50 и 68 % к контролю соответственно. На интенсивном (N 40 P 120 K 40 + гербициды) и комбинированном (N 20 P 90 ) фонах численность клеток почвенных водорослей в этих же вариантах изменилась незначительно.

Из рисунка 1 видно увеличение численности клеток почвенных водорослей при внесении навоза и соломы и стимулирующее влияние органических удобрений на количество клеток на второй год последействия агрохимических средств.

Навоз+солома

Солома

Навоз

Без органических удобрений

тыс клеток/г

□ Люцерна 1г. ж.

□ Люцерна 3г. ж

Рис. 1. Численность цианобактерий и почвенных водорослей под люцерной первого и третьего года вегетации в зависимости от вида органических удобрений, тыс. клеток/г почвы

Доминирующее место в общей численности альгогруппировки черноземной почвы под люцерной третьего года вегетации принадлежит виду зеленых и желто-зеленых водорослей, их доля составляет 66–97 % от общего количества. Наиболее чувствительной группой водорослей к агрохимикатам являются синезеленые (цианобактерии).

Интегральным показателем эффективности применения агрохимических средств является урожайность сельскохозяйственных культур. Научно обоснованный выбор вида, дозы и срока использования их позволяет получить максимальный прирост растениеводческой продукции и контролировать экологическое состояние агроценоза [20–26]. В исследованиях установлено положительное влияние удобрений, с увеличением суммарной их дозы урожайность сухого вещества люцерны возрастала на 0,24–0,58 т/га (рис. 2).

Рис. 2. Влияние минеральных и органических удобрений на урожайность люцерны третьего года вегетации (НСР 05 частных средних – 0,21 т/га сухого вещества)

Максимальный прирост урожайности культуры получен от последействия навоза КРС в дозе 10 т/га севооборотной площади – 0,90 т/га сухого вещества. Солома не оказывала существенного влияния на продуктивность люцерны. Минимальное проявление дигрессии альгогруп-пировки почвы на второй год последействия агрохимических средств подтверждает их экологическую безопасность, а прирост урожайности культуры – эффективность.

Заключение. Краткая характеристика био-генности чернозема выщелоченного и анализ имеющихся материалов по влиянию агрохимических средств на микробиологические процессы в почве свидетельствуют о дигрессии численности клеток водорослей непосредственно в год внесения; на второй и третий год вегетации люцерны численность альгогруппировки почвы под культурой значительно увеличилась. Установлено, что от общего количества живых клеток на долю зеленых и желто-зеленых приходилось 66–97 %. Наиболее чувствительной группой водорослей на применение средств хими- зации являлись синезеленые (цианобактерии). Определение численности водорослей почвы позволяет проводить экологический мониторинг безопасности и целенаправленный контроль эффективности применения минеральных, органических удобрений и средств защиты растений в агроценозе.