Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Биохимические процессы почв и их регулирование (краткий обзор литературы) 6-29
ГЛАВА 2. Почвенно-климатическая характеристика объекта и методы исследования 30-37
2.1. Почвенно-климатическая характеристика объекта 30-37
2.2. Методы исследования 37-40
ГЛАВА 3. Ферментативные процессы в мелиорируемых сероземно-луговых почвах в хлопково-люцерновом севообороте 41-45
3.1. Инвертаза 45-57
3.2. Уреаза 57-66
3.3. Каталаза 66-73
3.4. Дегидрогеназа 73-81
ГЛАВА 4. Нитрификационная активность почв в хлопково-люцерновом севообороте 82-90
ГЛАВА 5. Интенсивность разложения органического вещества в почвах в хлопково-люцерновом севообороте 91-99
ГЛАВА 6. Аминокислоты почв в хлопково-люцерновом севообороте 100-100
6.1. Количество и качественный состав аминокислот почв под люцерной 100-101
6.2. Количество и качественный состав аминокислот под хлопчатником 101-116
ГЛАВА 7. Взаимосвязь ферментативных процессов почв и продуктивности сельскохозяйственных культур 117-І23
Производственные опыты и рекомендации 124-125
Выводы 126-128
Список использованной литературы 129-145
- Почвенно-климатическая характеристика объекта
- Интенсивность разложения органического вещества в почвах в хлопково-люцерновом севообороте
- Количество и качественный состав аминокислот почв под люцерной
- Количество и качественный состав аминокислот под хлопчатником
Введение к работе
Актуальность темы. Важной проблемой сельского хозяйства в свете Продовольственной программы СССР, принятой майским (1982г.) Пленумом ЦК КПСС,является разработка технологических систем повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур.
При разработке эффективных приемов повышения плодородия почв первостепенное значение имеют изучение и целенаправленное регулирование биохимических процессов почв с целью создания управляемых почвенных режимов,обеспечивающих оптимальные условия для роста продуктивности сельскохозяйственных культур.
Несмотря на широкое развитие хлопководства в Азербайджанской ССР, биохимические процессы почв и приемы их регулирования при внесении минеральных и органических удобрений на полях хлопков о-люцерновых севооборотов и особенно на мелиорированных почвах до настоящего времени оставались недостаточно изученными.
Исследования выполнены на примере мелиорируемых сероземно-луговых почв Муганской опытно-мелиоративной станции АзНИИГиМа Ш и ВХ СССР, которая представляет уникальный объект сельскохозяйственного освоения мелиорированных земель на фоне закрытого горизонтального дренажа,исключающего возможность реставрации засоления.
Актуальность исследования бесспорна,и разрабатываемые вопросы имеют теоретическое и практическое значение.
Цели и задачи работы:
I. Изучить активность гидролитических (инвертаза,уреаза) и окислительно-восстановительных (дегидрогеназа,каталаза) фер-
- 4 -ментов и других биохимических процессов (разложение органического вещества, интенсивность нитрификации,количественный и качественный состав аминокислот) на мелиорируемых сероземно-луговых почвах на полях хлопково-люцернового севооборота на фоне различных доз и соотношений минеральных и органических (навоз) удобрений.
2. Изучить динамику ферментативных и других биохимических
процессов по фазам развития люцерны и хлопчатника на фоне минеральных и органических удобрений.
Установить коррелятивные взаимосвязи между характером и интенсивностью ферментативных процессов и гидротермическим режимом почв,урожайностью люцерны и хлопчатника.
Разработать рекомендации по применению минеральных и органических удобрений на полях хлопково-люцернового севооборота для повышения активности биохимических процессов почв и продуктивности сельскохозяйственных культур.
Научная новизна работы.
Впервые изучены закономерности изменения режимных ферментативных процессов,превращения органического вещества почв,нитри-фикационных процессов,накопления аминокислот на мелиорируемых сероземно-луговых почвах на фоне закрытого горизонтального дренажа.
Выявлены изменения характера и интенсивности ферментативных и других биохимических процессов под влиянием различных культур хлопково-люцернового севооборота,доз и соотношений минеральных и органических удобрений. Мелиорируемые почвы в этом отношении почти не изучены.
Установлены коррелятивные взаимосвязи между активностью ферментов, гидротермическим режимом и урожаем сельскохозяйствен-
_ 5 -ных культур на фоне минеральных и органических удобрений.
Практическая значимость.
Результаты исследования внедряются в колхозе им.В.И.Ленина Сабирабадекого района,позволяют разработать рекомендации по эффективному использованию минеральных и органических удобрений на полях хлопково-люцернового севооборота с целью создания управляемых технологических систем,обеспечивающих регулирование биохимическими процессами и повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Отдельные положения работы доложены и обсуждены на конференции молодых ученых,посвященной 60-летию образования Азербайджанской ССР и Коммунистической партии Азербайджана, по теме: "Регулирование биологическими процессами на сероземных мелиорируемых почвах - Баку,1980г.
Публикация. По материалам диссертационной работы опубликовано две статьи, четыре тезиса докладов.
Структура. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста и состоит из 7 глав и выводов. Иллюстрированный материал содержит 26 таблиц и 8 рисунков. Библиография - 166 наименований, в том числе 17 работ зарубежных авторов.
- б -
Почвенно-климатическая характеристика объекта
Началом научного изучения почв Азербайджана являются маршрутные исследования в 1898г. основателя генетического почвоведения В.В.Докучаева Кура-Араксинской низменности, ленкоранской области, Кубинской долины, склонов Большого и Малого Кавказа.
В связи с ростом засоления орошаемых земель в 1900г. под руководством ЩС.Косеовича проведено изучение почв Мугани, а в 1909г. для разработки мероприятий по мелиорации засоленных почв на Мугани организована Муганская солончаковая станция (ныне Му-ганская опытно-мелиоративная станция АзНИИГиМа).
Под руководством Л.Л.Ножина проведены крупномасштабные съемки отдельных регионов Кура-Араксинской низменности, в том числе и в Муганской опытно-мелиоративной станции. С.И.Тюремновым (1928) разработаны первое почвенное районирование,классификация почв и карта засоленности почв Кура-Араксинской низменности.Важное значение для решения вопросов мелиорации Муганской степи имели консультации В.Р.Вильямса.
Кура-Араксинской экспедицией Почвенного института им.В.В. Докучаева,руководимой В.А.Ковдой при участии В.В.Егорова,Ю.П.Лебедева и др.,проведены на Мугани почвенно-геоморфологические исследования.
В оазисных почвах Кура-Араксинской низменности (Салаев,Бабаев и др., 1974) изучено влияние на культурный почвообразовательный процесс ирригационных наносов и земледельческой культуры, предложена генетическая классификация и диагностика орошаемых почв; Водно-физические свойства почв изучены в Южной %гани (Ма-медов, Каралов,197б).
На Муганской опытно-мелиоративной станции (1958-1964гг.) проведены стационарные исследования гидротермического режима,продуктивности агроценозов,накопления и разложения растительной массы и превращения органического вещества почв и др.,которые обобщены в виде сезонных фаз биологических процессов (Алиев,I960, 1966), В последние годы на станции Институтом почвоведения и агрохимии АН Азерб.ССР проведены опыты по управлению почвенными режимами,микробиологическими и ферментативными процессами,по почвенной фауне, испытанию влияния различных доз и соотношений минеральных органических и микроудобрений на продуктивность агробио-ценозов.
Азниигим мшвх СССР проводит научнцй анализ производственного опыта мелиорации и освоения засоленных земель Мугано-Сальян-ского массива на основе изучения миграции солей,водно-солевого баланса и типизации земель по химическим и физико-химическим свойствам. В условиях Южной Мугани изучены процессы солеотдачи засоленных почвогрунтов.На Муганской опытно-мелиоративной станции разработаны рекомендации по промывке земель с различными формами засоления и значительным содержанием гипса,система сельскохозяйственного освоения мелиорированных земель. В настоящее время опытно-мелиоративная станция является уникальным объектом закрытого горизонтального дренажа, исключившего возможность реставрации засоления. На станции изучен режим рассоления почвогрунтов при различных вариантах глубины заложения междренных расстояний закрытых и открытых горизонтальных дрен (Бехбутов, Шошин, Варунцян и др.).
Особенно важные почвенно-мелиоративные работы проводятся в Азербайджанской ССР в связи с реализацией крупных программ водохозяйственного строительства и интенсивного использования мелиорированных орошаемых земель в сельском хозяйстве.
Исследования по критическому режиму минерализованных грунтовых вод позволили уточнить параметры дренажа и промыва,разработать принципы мелиоративного районирования Кура-Араксинской низменности, Стационарными исследованиями выявлены типы водно-солевого режима почв,разработаны принципы группировки почв по агромелиоративным разрядам,развито представление о генетических формах засоления почв (Волобуев,І95І, 1965).
М.П.Бабаевым (1982) получены материалы по характеристике почв на разных стадиях развития и степени окультуренности,предложена систематика почв Муганской опытно-мелиоративной станции. На территории МОЮ АзНИИГиМа выделены и характеризованы следующие подтипы сероземно-луговых почв: а) целинные, б) орошаемые и в) оазисно-орошаемые. Дальнейшее разделение на роды,виды и разновидности произведено по степени окультуренное ти (слабо-средне- и высокоокультуренные), по мощности окультуренного слоя (среднемощные, мощные), по уплотнению подпахотного горизонта,засолению, солонцеватости и механическому составу.
Территория МОШ АзНИИГиМа, где проводились наши исследования, расположена на Северной Дугани. Рельеф характеризуется весь ма сложным строением и связан своим происхождением с аккумулятивной деятельностью рек Куры и Нового Аракса. Современная поверхность территории участка ровная в результате капитальной планировки и представляет вполне зрелый культурный ландшафт, действует закрытая коллекторно-дренажная сеть.
Интенсивность разложения органического вещества в почвах в хлопково-люцерновом севообороте
Следует отметить, что наибольшее накопление нитратного азота среди изученных вариантов отмечается в варианте,где минеральные удобрения вносились в дозе Н200 Р200 КІ50. По-видимому, в этом варианте создаются наилучшие благоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и протекания биохимических процессов, которые способствуют накоплению нитратного азота в почве. В этом варианте в начальной фазе развития хлопчатника накопление нитратного азота составляет в изученных слоях (0-Ю, 10-30, 30-60 см) почв соответственно 13,8-11,6-7,9 мг /V//V&. Однако следует отметить, что при повышении дозы минеральных удобрений до/V250 Р250 К200 в почве замедляется ход биохимических процессов и ухудшаются условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, вследствие чего и уменьшается нитрификационная активность серо-земно- луговых почв І Однако полученные результаты в этом варанте несколько выше по сравнению с контрольным вариантом. Как видно из таблицы 14, отрицательный эффект,полученный при применении высоких доз минеральных удобрений,несколько снимается при совместном внесении их с органическими удобрениями ( /VI25 РІ25 KIOO + 20 т/га навоза). Видимо, в этом варианте энергетическим материалом для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов служит добавленное в почву органическое вещество. В вышеуказанном варианте накопление нитратного азота в начальной фазе развития хлопчатника в слоях 0-Ю, 10-30, 30-60 см соответственно составляет 12,7; 10,3 и 6,8 мг /У/Щна I кг почвы. Этот процесс довольно интенсивно протекает и в варианте,где применяется только органическое вещество в дозе 40 т/га навоза. Однако показатели этого варианта по сравнению с вариантом/V200 Р200 KI50 несколько ниже (табл. 14), тогда как с вариантом N125 PI25 КЮО + 20 т/га навоза резкого отличия не наблюдается.
Результаты исследований показывают,что в фазе цветения хлопчатника нитрификационная активность сероземно-луговых почв как в контрольном, так и в удобренных вариантах достигает наибольших величин. Вероятно,такое положение,обнаруженное в фазе цветения хлопчатника, можно объяснить тем,что при орошении хлопковых полей в июне месяце создаются в почве благоприятные гидротермические условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и протекания биохимических процессов,которые, в свою очередь, накладывают определенный отпечаток на превращение азотистых веществ под хлопчатником. Кроме того это может быть связано также с физиологическими особенностями хлопчатника,поскольку в фазе цветения потребность растений в азотном питании несколько повышена. Среди изученных вариантов наименьшая нитрификационная активность отмечается в контрольном и при внесении повышенных доз минеральных удобрений.
Если в фазе цветения хлопчатника нитрификационная активность почв наибольшая,то в фазе коробкообразования растений происходят значительная депрессия биохимических процессов и снижение количества нитратного азота. Как в предыдущих фазах,в этой фазе развития растений высокая активность превращения азотистых веществ и накопление нитратного азота также наблюдаются в вариантах #200 Р200 KI50 H/VI25PI25 КЮО + 20 т/га навоза. Следует отметить, что в конце вегетации растений благодаря созданным благоприятным гидротершческим условиям вновь интенсифицируются биохимические процессы в почве и увеличивается накопление нитратного азота в почве под хлопчатником.
Результаты исследований под хлопчатником второго года возделывания показывают,что, несмотря почти на одинаковый гидротермический режим, накопление нитратного азота под хлопчатником во второй год несколько снижается во всех изученных вариантах. Такое положение можно объяснить тем,что под хлопчатником первого года, возделываемого после вспашки люцерны,биохимические процессы протекают более интенсивно,чем под хлопчатником второго года. Однако закономерности,отмеченные под хлопчатником первого года, сохраняются и под хлопчатником второго года.
Таким образом, при изучении нитрификационной активности сероземно-луговых почв под хлопчатником установлено,что минеральные и органические удобрения положительно влияют (особенно под хлопчатником первого года) на ход этого процесса. Выявлены оптимальные дозы внесения удобрений по фазам развития растений. Отмечен о, что повышенные дозы удобрений отрицательно влияют на накопление нитратного азота.
Количество и качественный состав аминокислот почв под люцерной
Внесение навоза 40 т/га благоприятствует накоплению аминокислот в значительно большем количестве,чем в других вариантах (исключением является лишь вариант /V200 Р200 KI50). Количество аминокислот в нижнем слое (Ю-30 см) почв во всех вариантах уменьшается.
Таким образом, установлено,что внесение оптимальных доз минеральных и органических удобрений под хлопчатник положительно влияет на накопление аминокислот и тем самым улучшает азотный режим почвы. Существуют несколько способов классификации аминокислот и все они основаны на различиях боковой цепи и в структуре в целом (Ленинджер, 1974).
Для понимания свойств белков исключительно важное значение имеют кислотно-основные свойства аминокислот. При низких значениях рН моноаминомонокарбоновые аминокислоты представляют собой двухосновные кислоты ( ЫНлСНR&OOH ). При повышении рН приблизительно до б карбоксильных групп теряют протон, в результате чего образуется электрически нейтральный дипольный ион fiCHRCOO Дальнейшее повышение рН приводит к утрате второго протона и образованию иона ЫН СНЦС ОО Величина рК первой стадии ионизации равна 2-2,5, а величина второй стадии ионизации равна 9-Ю. Аминокислоты,содержащие R -группы,способные к ионизации, могут существовать также и в других ионных формах, образование которых зависит от величины рК данной R -группы (Ленинджер, 1974).
В связи с вышеизложенным можно предполагать, что внесение в почву минеральных и органических удобрений может отразиться на кислотно-основных свойствах аминокислот, что может привести к изменению их группового состава по характеру функциональных групп в алифатической боковой цепи.
Как видно из таблицы,под действием минеральных и органических удобрений количество отдельных подгрупп аминокислот в почве под хлопчатником изменяется (табл.20). Из моноаминокарбоновых аминокислот количество глицина,аланина,валина,лейцина,серина и треонина в варианте д/150 РІ50 КІ00 составляет от общего количества в верхнем (0-Ю см) слое 43,28%, а в нижнем (10-30 см) слое - 41,95%, тогда как количество этих аминокислот в варианте Л/200 Р200 КІ50 соответственно составляет 45,95% и 37,48$.
Наибольшее количество (47,41%) этих подгрупп аминокислот обнаружено в варианте,где минеральные и органические удобрения вносили совместно в дозе 125 РІ25 КЮО + 20 т на га навоза. Моноаминодикарбоновые (кислые) аминокислоты - аспарагиновая и глютаминовая кислоты изменяются в удобренных вариантах в верхнем слое (0-Ю см) 14,53-19,54%. Наибольшее количество этих подгрупп аминокислот отмечается в варианте,где вносили в почву 40 т/га навоза. В нижнем (10-30 см) количество их меняется в пределах 12,8-16,10% от общей суммы аминокислот. Диаминомонокарбоновых - основных аминокислот - лизина и аргинина в изученных вариантах больше в нижнем (10-30 см) слое почвы. Такое же положение отмечается по отношению к серосодержащим группам аминокислот. Ароматических аминокислот - фенилаланина и тирозина больше содержится в контрольном и в варианте N125 PI25 КЮО + 20 т/га навоза и соответственно составляет 15,47% и 14,33% от общей суммы аминокислот. Остальные варианты занимают промежуточное положение. Из класса гетероциклических аминокислот гистидина и пролина в верхнем (0-10 см) слое почв больше,где удобрение применяется в повышенных дозах (13,54%).
Изучение влияния минеральных удобрений на изменение отдельных групп аминокислот показывает (табл.21), что моноаминокарбо-новые кислоты в контрольном варианте в верхнем слое почв составляют 38,95% от суммы общих аминокислот. Этот показатель при применении минеральных удобрений увеличивается. Следует отметить, что количество диаминомонокарбоновьк кислот в удобренных вариантах в нижнем слое почв уменьшается по сравнению с контрольным вариантом, тогда как в этом же слое (10-30 см) количество серосодержащих и гетероциклических аминокислот увеличивается.
Как видно из приведенных данных,применение минеральных удобрений под хлопчатником и люцерной приводит к изменению соотношения отдельных подгрупп аминокислот как в верхнем,так и в нижнем слоях почвы.
Количество и качественный состав аминокислот под хлопчатником
Проведенные в 1979-1982гг. производственные опыты в колхозе им.В.И.Ленина Сабирабадского района показали,что по сравнению с производственным фоном//120 PI20 КбО внесение под хлопчатник рекомендуемых доз минеральных и органических удобрений обеспечило значительное повышение урожая хлопка-сырца. Так,внесение под хлопчатник/V200 Р200 KI50 позволило повысить урожай хлопка-сырца на 7,9 ц/га по сравненио с производственным фоном. При этом поднялся чистый и общий доход хозяйства (табл.26).
Совместное внесение/У125 PI25 КЮО + 20 т/га навоза обеспечивает еще большее повышение урожайности хлопка-сырца на 10,2 ц/га, но при этом несколько снизился чистый и общий доход хозяйства. Вместе с этим понятно,что внесение навоза значительно улучшает водно-физические свойства, биохимические и микробиологические процессы почв и в целом повышает плодородие почв. В этом варианте хозяйство имеет возможность ожидать высокое последействие удобрений и в последующие годы повышение доходов.
Нами рекомендуется внедрение обеих доз удобрений в зависимости от возможности хозяйств.
Производственные опыты показали,что внесение под люцерну /V50 Р50 КЗО дает значительную прибавку воздушно-сухой массы люцерны и повышает активность ферментативных процессов почв.
В повышении плодородия почв первостепенное значение имеет целенаправленное регулирование их биохимических процессов с целью создания управляемых почвенных режимов,обеспечивающих оптимальные условия для роста продуктивности сельскохозяйственных культур.
При применении минеральных и органических удобрений,отдельно и совместно,активность гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов в мелиорированных сероземно-луговых почвах под хлопчатником увеличивается. Наибольшая активность ферментов наблюдается в вариантеУ200 Р200 KI50. Повышенные дозы удобрений (/V250 Р250 К200), по-видимому, оказывают ингибирующее действие на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов,что в свою очередь отрицательно влияет на активность почвенных ферментов. Высокие показатели ферментативной активности почв достигается при совместном внесении минеральных и органических удобрений -А/125 PI25 КІ00 + 20 т/га навоза.
Минеральные удобрения, внесенные под люцерну+ ячмень, осо-бенно в дозе /V50 Р50 КЗО, повышают ферментативную активность сероземно-луговых почв, в меньшей степени это проявляется при дозе /VIOO PIOO КбО. Активность ферментативных процессов под люцерной второго года пользования выше,чем первого. Минеральные удобрения в малых дозах положительно влияют на накопление нитратного азота в почве под люцерной. При повыше нии дозы минеральных удобрений до/УЮО РЮО КбО нитрификационная активность сероземно-луговых почв под люцерной несколько снижается. Под люцерной второго года пользования активность процесса нитрификации несколько выше,чем под люцерной первого года + ячмень. В почве под хлопчатником наибольшее накопление нитратного азота отмечается при внесении минеральных удобрений в дозе /V200 Р200 KI50. По-видимому, при этом создаются наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и протекания биохимических процессов. Близкие к этому варианту показатели наблюдаются при совместном внесении минеральных и органических удобрений (А/125 PI25 КЮО + 20 т/га навоза). С повышением дозы минеральных удобрений до/1/250 Р250 К200 в почве замедляется ход биохимических процессов,вследствие чего уменьшается и тарификационная активность. При применении минеральных удобрений общая биологическая активность сероземно-луговых почв значительно интенсифицируется. Наибольшее разложение целлюлозы отмечается при дозе удобрений /V200 Р200 КІ50. С повышением ее ДО/У250 Р250 К200 интенсивность разложения целлюлозы снижается. Высоки показатели биологической активности также при совместном внесении минеральных и органических удобрений (#125 РІ25 КЮО + 20 т/га навоза). Под люцерной первого и второго года пользования при внесении оптимальных доз минеральных удобрений (/V 50 Р50 КЗО) происходит не только накопление аминокислот,но и улучшается их качественный состав,повышается содержание незаменимых аминокислот, улучшается азотный режим почв. С повышением дозы минеральных удобрений (Л100 РІ00 КбО) снижается по сравнению с оптимальной дозой накопление и ухудшается качественный состав аминокислот. В почве под хлопчатником количество аминокислот при внесении /VI50 PI50 КІ00 по сравнению с контролем повышается и достигает максимума при дозе /V200 Р200 KI50. В течение вегетационного периода наибольшая активность всех изученных биохимических процессов наблюдается в фазе бутонизации хлопчатника (июнь), когда в почве складывается наиболее благоприятный гидротермический режим (высокая температура при оптимальнрм увлажнении) и корневая система достигает максимального развития. Установлена коррелятивная зависимость между характером и интенсивностью ферментативных процессов и гидрометрическим режимом почв, урожайностью люцерны и хлопчатника. Используя минеральные и органические удобрения в рекомендуемых дозах на полях хлопково-люцернового севооборота, можно создавать управляемые технологические системы, обеспечивающие ре-гулирование биохимических процессов мелиорированных сероземно-луговых почв и повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.
