Влияние ресурсосберегающей обработки на биологическую активность и токсичность светло-каштановой почвы

Введение. Почва – естественная среда обитания для самых различных микроорганизмов. В каждом грамме верхнего ее слоя обитают миллионы, даже миллиарды микроорганизмов. Эта биомасса с очень большой активной поверхностью оказывает значительное влияние на процессы, происходящие в почве, и на ее плодородие. Микроорганизмы разрушают попадающие в почву органические вещества и переводят их органогенные элементы в формы, усваиваемые растениями. Не меньшее значение имеет синтезирующая деятельность микроорганизмов, а также их участие в образовании гумуса. Параллельно с индустриализацией современных сельскохозяйственных систем все более возрастает роль почвенных 108

микроорганизмов в повышении плодородия почв. Элементы многих минеральных удобрений, вносимых в почву, включаются в клетки микроорганизмов, и таким образом, обеспечение растений питательными веществами в определенной мере зависит от направленности и интенсивности микробиологических процессов. Одна из важных задач сельского хозяйства состоит в максимальном использовании почвенных азотфиксирующих микроорганизмов [4; 10].

Почва и содержание органического вещества в ней обладают сильной физической, химической и биологической динамикой. Биологическая динамика является, скорее всего, самой активной, т.к. у живых организмов ежедневно проходят физиологические, метаболические и дыхательные процессы [1].

Ферментативная активность отражает состояние плодородия почв и внутренние изменения, происходящие при сельскохозяйственном использовании и повышении уровня культуры земледелия. Энзимы можно определить как протеиновые соединения, производимые живыми клетками, которые действуют как катализаторы метаболических процессов. Энзимная активность почвы необходима во всех процессах, превращающих простые формы питательных веществ в сложные, непосредственно участвующие в питании растений. Энзимы участвуют в процессах накопления питательных веществ в растениях [3; 7; 11].

Нулевая обработка почвы предусматривает накопление в почве ферментативных соединений, микроорганизмов. No-till – это технология, которая позволяет восстановить почвенное плодородие, защитить почву от водной и ветровой эрозии, а грунтовые воды от загрязнения химическими препаратами, используемыми в земледелии. При использовании нулевой технологии уменьшается выброс парниковых газов за счёт снижения эмиссии СО 2 , метана и других газов, активизируются микробиологические процессы в корнеобитаемом слое [5; 9].

Данная технология предполагает возделывание сельскохозяйственных культур без обработки почвы при наличии пожнивных остатков на её поверхности и активном использовании покровных культур, а также грамотном чередовании товарных культур в севообороте [8].

Пожнивные остатки – поставщик углерода, который является энергетическим материалом для микрофлоры и мезофауны, основой биологической активности почвы, за счёт чего восстанавливается плодородие. В результате активности бактерий и грибов при разложении пожнивных остатков образуются ферменты, кислоты и другие сложные химические соединения, которые способствуют переводу фосфора, калия, кальция и других элементов, включая микроэлементы, в доступные для усваивания растениями формы. Также идёт активное накопление азота за счёт использования энергетического материала (углерода) симбиотическими и несимбиотическими микроорганизмами, фиксирующими азот из атмосферного воздуха [10; 11].

Материалы и методы. Актуальностью исследования является сравнительный анализ биологической активности и токсичности почвы при традиционной обработке почвы и системе нулевой обработки почвы после посева сахарного сорго.

Цель и задачи исследования: изучить влияние агротехнического приема (обработки почвы, биостимулятора роста и минерального удобрения) на биологическую активность и токсичность почвы после посева сахарного сорго гибрида Славянское приусадебное.

Объект исследования: обработка почвы (отвальная и нулевая) и совместное применение биостимулятора роста Лигногумат и минерального удобрения в дозе N 30 P 30 K 30 .

Обработка семян проводилась перед посевом Лигногуматом 1 %-ным рабочим раствором в дозировке 10 л/т семян. Минеральные удобрения вносились в почву в виде нитрофоски ( Ν 10 Р 10 К 10 ) одновременно с посевом. Оставшаяся доза ( Ν 20 Р 20 К 20 ) вносилась в период вегетации растений.

Исследования проводились в ООО АКХ «Кузнецовская» Иловлинского района Волгоградской области на зональных подтипах светло-каштановых почв в период 2009–2015 гг. Опыт двухфакторный, размещен тремя блоками в четырехкратной повторности. Повторности размещены в два яруса, вариант – методом расщепления в два яруса, вариант – методом расщепления со смещением в каждой повторности на один вариант. Предшественник – сахарная кукуруза.

Целлюлозную активность почвы методом «аппликации» определяли по разложению в ней льняной ткани. Применяе-мые в практике опытного дела способы закладки ткани в почву несколько различаются. Использовали модификацию этого метода, разработанную в НИИСХ ЦРНЗ. Белую льняную ткань разме- ром 0,20 × 0,05 м взвешивали и нитками в нескольких местах прикрепляли к полоске полиэтиленовой пленки такого же размера. На делянках делали равномерно прикопки, к ровной вертикальной стенке каждой из них прижимали ткань и засыпали с другой стороны почвой, уплотняя ее до исходного состояния. Экспозицию определяли интенсивнос-тью разложения полотна, которая зависит от плодородия почвы, погодных условий, удобрений, характера растительности и других условий.

Биологическую токсичность почвы определяли при помощи растительного теста по методу, применяемому на кафедре биологии почв Московского государственного университета [6]. В качестве тест-растения использовали 25 семян яровой пшеницы [2].

Результаты и обсуждение. Определение биологической активности почвы проводилось методом «аппликаций» в слое 0,0–0,3 м. В результате воздействия на почву биостимулятора роста, удобрения, различных обработок почвы наблюдались изменения в степени разложения льняного полотна.

Результаты исследований по разложению льняного полотна показали, что наиболее высокая активность была на варианте отвальной обработки почвы после сахарного сорго с использованием удобрения и биостимулятора роста, процент разложения ткани по истечении трех месяцев к исходному образцу составил 59,09 % (табл. 1).

Таблица 1

Биологическая активность почвы в зависимости от обработки светло-каштановой почвы в среднем за 2009–2015 гг., %

Вариант опыта	Разложилось ткани, в % к исходной массе
	отвальная обработка почвы			система No-till
	через один месяц	через два месяца	через три месяца	через один месяц	через два месяца	через три месяца
Сахарное сорго (контроль)	13,33	26,67	53,33	11,11	25,56	55,56
Сахарное сорго + Лигногумат + Ν 30 Р 30 К 30	20,45	29,55	59,09	21,33	33,00	66,67

Несмотря на высокий процент разложения льняного полотна на контроле по отвальной обработке почвы через один и два месяца, по системе No-till разложение льняного полотна через три месяца протекало интенсивнее, чем на отвальной обработке на 2 %.

На варианте с использованием удобрения и биостимулятора разложение льняного полотна при нулевой обработке почвы изменялось с 21,33 до 66,67 %, что на 11,11 % больше, чем на контроле. Система обработки No-till способствовала увеличению скорости разложения льняной ткани.

Степень разложения льняного полотна свидетельствовала о разной напряженности микробиологических процессов, на которые оказывали влияние способы основной обработки, минерального удобрения и биостимулятора. Наши исследования показали, что наиболее высокая микробиологическая активность наблюдалась на варианте с применением биостимулятора роста и минерального удобрения при обработке почвы по системе No-till.

В противоположность биологической активности, токсичность почвы является отрицательным показателем почвенного плодородия и вызывается физиологически активными веществами различного происхождения. Интенсивность накопления токсических веществ в значительной степени зависит от количества, качества, месторасположения и условий разложения растительных остатков.

Токсичность почвы обусловлена накапливанием физиологически действующих элементов, содержащих фенольные соединения, альдегиды, спирты и др., структура и насыщенность которых зависит от температуры и влаги почвы, от бактерий, микроорганизмов и растений.

Определение токсичности почвы проводили методом биотестов в лабораторных условиях. В качестве контроля использовали всхожесть семян яровой пшеницы на фильтровальной бумаге.

После окончания опыта с контрольным вариантом (фильтровальной бумагой) сравнивали число проросших семян, длину проростков и абсолютно сухую массу общего количества и одного проростка (табл. 2).

В зависимости от обработки почвы, применения удобрения и биостимулятора токсичность варьировала по вариантам. Это объясняется накоплением корневых выделений растениями, растительных остатков и продуктов метаболизма микроорганизмов.

В варианте после отвальной обработки почвы процент проросших семян изменялся в пределах 72–76 %, что в среднем меньше на 18 %, чем на фильтровальной бумаге (контроле). 110

Длина проростка также была меньше, чем на контроле. В бюксах с почвой после No-till наблюдалось увеличение процента проросших семян в пределах 80,0–84,0 %, в варианте с применением минерального удобрения и биостимулятора длина проростка была больше на 7,6 мм. Показатель абсолютно сухой массы всех проростков равен 0,315 г. Токсичность почвы в варианте посева сахарного сорго по технологии No-till снижалась.

Таблица 2

Биологическая токсичность светло-каштановой почвы, в среднем за 2009–2015 гг., %

Вариант	Отвальная обработка почвы				Система No-till
	проросших се мян, %	длин а пророст ка, мм	абсолютно сухая масса, г		проросших се мян, %	длин а проростка, мм	абсолютно сухая масса, г
			всех проростков	одного проростка			всех проростков	одного пророст ка
Филь-троваль-ная бумага (контроль)	92,0	110,3	0,299	0,013	92,0	110,3	0,299	0,013
Сахарное сорго	72,0	108,7	0,216	0,012	80,0	112,4	0,28	0,014
Сахарное сорго + Лигно-гумат 1 % + Ν 30 Р 30 К 30	76,0	109,5	0,228	0,012	84,0	117,9	0,315	0,015

Токсичность почвы на посевах связана с более активными процессами разложения органического вещества и накоплением первичных токсинных продуктов ее микробиологической трансформации.

Выводы. В результате проведенных исследований в Волгоградской области выявлена тенденция повышения активности, снижения токсичности почвы в системе No-till. Традиционная обработка почвы приводит к снижению биологической активности. Наличие растительных остатков на поверхности почвы при No-till технологии медленно восстанавливает естественное состояние органического вещества.

В проведенных исследованиях биологическая активность почвы в посеве после сахарного сорго наиболее высокая была в варианте с применением биостимулятора роста Лигно-гумат и минерального удобрения Ν30Р30К30 при нулевой технологии, разложение льняного полотна – 66,67 %. Закономерность повышения биологической активности от биостимулятора роста и минерального удобрения наблюдалась при отвальной обработке, составив 59,09 %. Следовательно, на биологическую активность оказывали влияние биостимулятор роста и минеральное удобрение, их применение способствовало увеличению интенсивности разложения клетчатки.

Следует отметить, что на биологическую токсичность почвы оказывали подавляющее воздействие нулевая обработка почвы, биостимулятор роста Лигногумат и минеральное удобрение, о чем свидетельствует возросшая до 84 % всхожесть семян.