Статья: Гидроморфизм дерново-подзолистой почвы смешанных культур разных сроков высева

Важной составляющей почвенного плодородия, связанной с азотным циклом в почве, является активность азотобактера. Наличие аэробной фиксации азота оценивается по встречаемости в почве бактерий рода Azotobacter [8, 9]. В пахотном горизонте почвы выявлено незначительное варьирование количества колоний азотофиксирующих бактерий рода в агрегатах различного размера. Численность их изменялась в пределах 28-73 колоний в 50 г почвы. Необходимо отметить наиболее высокую численность азотобактера в глыбистых частицах (>10 мм) и во фракции 1-2 мм: 65 и 73 колонии в 50 г почвы (рис. 3).

Исследования показали различие биологических процессов, происходящих в почвах всех четырёх севооборотов.

В первом четырехпольном севообороте высокая насыщенность средообразующих культур - безалкалоидные люпины на зерно и зеленую массу, вика кормовая и озимая.

Рис. 3. Состав микробного ценоза во фракциях различного размера

почвенных частиц дерново-позолистой почвы

Севооборот второй - пятипольный, из средообразующих культур - люпин, озимая вика и кормовой горох.

Основная культура севооборота - озимая пшеница, предшественник - люпин сидератный на зелёное удобрение. Урожай зелёной массы люпина (до 508,8 ц/га) измельчили и запахали в почву в июле 2016 года. Спустя два месяца посеяли озимую пшеницу, которая активно использовала накопленные в почве продукты питания. Весной, спустя 10 месяцев после запахивания зелёной массы люпина, продолжалось его разложение, на что указывают: коэффициент минерализации 1,67; численность бактерий, использующих минеральный азот - 50 млн./га; органический азот - 30; споровых - 9, активность разложения целлюлозы - 18%.

Это также подтверждают 33 млн./г олиготрофных бактерий, потребляющих углерод на конечной стадии разложения органики, и коэффициент олиготрофности 0,41. Общая биогенность почвы составила 168 млн./г, дыхание почвы - 38 СО2 мг/кг. Наблюдалась активизация нитрифицирующих бактерий, их потенциальное нитратонакопление составило 40,7 мг/100 г. Численность олигонитрофилов, фиксирующих азот из атмосферы, 29 млн./г (рис. 4).

Рис. 4. Коэффициенты, отражающие активность биологических процессов в почвах севооборотов

Активная деятельность полезной почвенной микрофлоры приводила к повышению почвенного плодородия и урожайности. Так, общая урожайность зерна озимой пшеницы сорта Зентос составила 54,7 ц/га.

Севооборот третий - пятипольный, из сидеральных и средообразующих культур - люпин алкалоидный и безалкалоидный, озимая и яровая вика. Основные культуры севооборота - пшеница, тритикале, овес и картофель, предшественники - вико-овсяная смесь на корм, сидеральный люпин на зелёное удобрение.

В момент отбора почвенных образцов наблюдалась начальная стадия минерализации органического вещества. Так, коэффициент минерализации составил 0,94, численность бактерий, использующих минеральный азот, - 16, споровых - 1 млн./г почвы. Наличие олиготрофных бактерий (5 млн./г) и коэффициент олиготрофности (0,16) подтвердили это.

Трансформация органического вещества способствовала потенциальному накоплению азота: 35,2 мг/100 г. Актуальный азот в почве составил 7,7 мг/100 г, активность разложения целлюлозы - 16% (см. табл. 4).

Общая биогенность почвы (58 млн./г) была ниже, чем в остальных севооборотах, соответственно, в 3,6-2,9-1,8 раза. Активное размножение денитрифицирующих бактерий (56 тыс./г почвы) привело к потерям азота.

В процессе роста яровой пшеницы сорта «Дарья» деятельность почвенной микрофлоры продолжалась, снабжая пшеницу питательными веществами, в результате урожай составил 37,2 ц/га.

Таблица 4. Влияние органического вещества на активность микроорганизмов и ферментов, принимающих участие в трансформации гумусовых веществ

Севооборот четвертый - четырехпольный, из средообразующих культур - люпины безалкалоидные на зерно. Основные культуры севооборота - озимая пшеница и картофель, предшественник - люпины.

Люпины на зерно оставляют в поле от 8,4 до 13,2 ц растительных остатков с клубеньковыми бактериями на корнях, благодаря которым почва обогащается органическим веществом и азотом.

Активная деятельность 22 млн./г азотфиксирующих олигонитрофилов, обогативших почву азотом, нитрифицирующих бактерий, накопивших в почве 9,62 мг/100 г нитратов, активность разложения целлюлозы (20%) указывают на повышение плодородия почвы. В результате урожайность ячменя составила 34,4 ц/га.

В почве изучаемых севооборотов наблюдалась трансформация и гумификация органического вещества, в том числе и гумусовых кислот, осуществляемая почвенной микрофлорой. Эти процессы зависели от вида и доз растительных остатков, минеральных удобрений, сроков запахивания органики.

Поскольку в соломе зерновых культур С:N=98:1, в корнях 50:1, а наиболее благоприятное соотношение С:N для развития почвенных микробов, принимающих участие в процессах гумусообразования, составляет 25-30:1, недостаток азота микроорганизмы восполняют за счёт минерализации гумусовых кислот, С:N у которых 10:1.

Наименее устойчивые гумусовые кислоты служат самым доступным источником питания и энергии для микроорганизмов. Отношение Сгк:Сфк, выраженное в процентах, указывает на степень гумификации органики.

Определение гумуса в почве изучаемых севооборотов показало, что его содержание в гумусовом слое дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы с мощностью пахотного горизонта 0-30 см составило 2,53-2,67 %.

Лучшим по показателям органического вещества оказался также первый севооборот. В нём, наряду с высокой биологической активностью, увеличилась численность микроорганизмов, принимающих участие в процессах гумификации. Коэффициенты педотрофности (0,41) и гумификации (0,27) указывали на преобладание процесса минерализации над синтезом гумусовых кислот (табл. 4).

Доля лабильного гумуса от общего составила 48,8%, в том числе гуминовой кислоты - 22%. В составе лабильного гумуса гуминовой кислоте принадлежали 45%, фульвокислоте - 55%, степень гумификации органического вещества - 82%, что указывало на повышение плодородия почвы и урожайности основных злаковых культур и картофеля.

Несколько ниже показатели органического вещества были во втором севообороте. В то же время численность педотрофов составила 13, актиномицетов - 4 млн./г, грибов - 69 тыс./г почвы. Коэффициент педотрофности на 5% выше, чем в севообороте I, а коэффициент гумификации на 26% ниже, что показывает преобладание минерализации гумусовых кислот. Так, при содержании гумуса в почве на 4% ниже, чем в севообороте I, количество лабильного гумуса также снизилось на 4%. Доля гуминовой кислоты составила 21 против 22% от общего гумуса и 44% от лабильного. Степень гумификации снизилась до 78%. Урожайность озимой ржи составила 42,7 ц/га (табл. 5).

Таблица 5. Влияние органического вещества на процессы гумификации в севооборотах

Севооборот четвертый по биологической активности и процессам гумификации стоит на третьем месте. Активное использование микроорганизмами гумусовых кислот привело к снижению лабильного гумуса на 4%, доля гуминовой кислоты также уменьшилась на 8%. Увеличение доли фульвокислоты, менее ценной для растений, снижало эффективное плодородие почвы.

Севооборот третий по биологической активности почвы и гумификации органики занял последнее место.

Хотя численность педотрофов была на 21% ниже, чем в вариантах I и 2, коэффициент педотрофности увеличился на 60-68 %. Активизация этих микроорганизмов указывала на минерализацию гумусовых кислот, в результате доля лабильного гумуса снизилась на 4%. Доля гуминовой кислоты в лабильном гумусе составила 38% против 45-44-39 %, увеличив долю фульвокислоты на 7-8 %. Соответственно, снизилась степень гумификации: до 61 против 82-78-64 % (см. табл. 5).

Полученные результаты показали, что трансформация гумусовых веществ, происходящая в почве под влиянием сидеральных и средообразующих культур и их растительных остатков, повышала эффективное плодородие почвы в севооборотах, что сказалось на урожае сельскохозяйственных культур.

Кроме повышения плодородия, зелёные удобрения из высокоалкалоидных люпинов оказывали также оздоравливающее действие на почву. Зелёная масса стимулировала размножение бактерий всех трофических групп. В то же время конкуренция за питательные вещества задерживала размножение грибов по сравнению с бактериями, численность которых снизилась в 500, 435, 308 и 613 раз. Наблюдалось снижение числа конидий Helminthosporium sativum, вызывающих корневую гниль злаковых культур, до 20-30 штук/г почвы против 55-40 в севооборотах без высокоалкалоидных люпинов.

Уменьшение инфекционного потенциала почвы вследствие активизации бактериоценоза снизило заболевание корневой гнилью озимой пшеницы до 15%, ярового ячменя - до 20%, что привело к повышению урожайности. Происходило это не только за счёт поступления в почву дополнительных питательных веществ, но также благодаря улучшению почвенно-микробиологических условий и нормализации её фунгистатического потенциала.

Выводы

Установлена, что макроструктура дерново-подзолистой почвы зависит от степени её гидроморфизма.

Растительные остатки безалкалоидного люпина и зелёная масса высокоалкалоидного люпина, яровой и озимой вики, кормового гороха в качестве органического субстрата стимулировали размножение агрономически полезной микрофлоры, нескольких трофических групп в почвенных агрегатах различного размера (1-2 мм; 2-3 мм; 3-5 мм; 5-10 мм; больше 10 мм). Количество аммонификаторов и иммобилизаторов углерода было больше в мелких фракциях. В мелких фракциях общая биогенность почвы возрастала до 207-58 млн./г, интенсивность дыхания почвы увеличивалась до 42-27 СО2 мг/кг. Размер почвенных агрегатов определяет количество и состав почвенных микроорганизмов, развивающихся в них.

Выявлено, что под влиянием сидеральных и средообразующих культур в летних и смешанных посевах из-за обилия растительных остатков в почве происходила активная трансформация гумусовых веществ.

В почвах изучаемых севооборотов численность микроорганизмов, принимающих участие в трансформации гумусовых кислот, составила: педотрофов - 11-14, актиномицетов - 1-5млн./г, грибов - 31-69 тыс./г почвы.

Низкие коэффициенты педотрофности (0,41-0,69) и гумификации (0,17-0,27) указывают на преобладание процесса минерализации гумусовых кислот над их синтезом.

В севооборотах 3 и 4 наблюдалось уменьшение в лабильном гумусе доли гуминовой кислоты до 38-39 % и возрастание доли менее ценной для растений фульвокислоты до 61-62 %. Степень гумификации органического вещества в изучаемых севооборотах соответствовала 82, 78, 61 и 64 %.

Фитомасса сидератов летних и смешанных посевов, активизируя бактериальную почвенную микрофлору, повышала фунгистазис, снижала инфекционный потенциал и предохраняла растения от поражения фитопатогенами. В результате заболеваемость корневой гнилью озимой пшеницы снизилась до 15%, ярового ячменя до 20%. Урожайность сельскохозяйственных культур в севооборотах достигла 199,6-42,7-35,25- 34,4 ц/га.

Регулируя режим гидроморфизма дерново-подзолистой почвы, можно влиять на количество почвенных микроорганизмов, определяющих интенсивность почвенно-биологических процессов, происходящих в дерново-подзолистой почве, и, как следствие этого, на её плодородие.

Список использованных источников

Куркина М.В., Ващейкин А.С., Дедков В.П., Красноперов А.Г. Сравнительный анализ групп микроорганизмов в естественных и антропогенно измененных бурых лесных почвах калининградского полуострова // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Естественные и медицинские науки. - 2013, № 7. - С. 8-14.

Самсонова В.П. Пространственная изменчивость почвенных свойств: на примере дерново-подзолистых почв. - Москва. - 2008. - 160 с.

Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. - М. - 2004. -157 с.

Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ. - 1991. - 304 с.

Полянская Л.М., Горбачева М.А., Милановский Ю.И., Звягинцев Д.Г. Оценка развития микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях в черноземе // Почвоведение. - 2010, № 3. - С. 356-360.

Красноперов А.Г., Буянкин Н.И., Анцифирова О.А. Корректировка агротехнологических приемов возделывания бобово-злаковых посевов с учетом гидроморфизма почвы // Зернобобовые и крупяные культуры. - 2017, № 3 (23). - С. 75-81.