Содержание к диссертации
Введение
Глава I Обзор литературы
1.1 Почва как среда обитания микроорганизмов 10
1.2 Взаимодействие почвенных микроорганизмов с растениями 16
1.3 Влияние чередования культур в севообороте на биологическую активность почвы 22
1.4 Влияние удобрений почвы на ее микрофлору 30
Глава II Условия и методика проведения опытов
2.1 Почвенно-климатические условия 38
2.2 Агрохимическая характеристика почвы опытных участков 39
2.3 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований..42
2.4 Объекты и методика исследований 46
Глава III Микрофлора и агрофизические свойства почвы
3.1 Влажность, питательный режим почвы и микроорганизмы 50
3.2 Влияние минеральных удобрений и культур, возделываемых в севообороте, на общее число микроорганизмов, их биомассы и численность азот-фиксирующих микроорганизмов 70
3.3 Влияние чередования культур в севообороте и удобрений на биологическую активность почвы 86
3.4 Урожайность кормовых культур в севообороте 105
3.4.1 Урожайность зерна ячменя, зеленой массы кукурузы, зеленой массы и сена люцерно-клеверной травосмеси 112
3.4.2 Оценка севооборота по количеству пожнивных и корневых остатков 119
3.5 Потребление элементов питания, состав и качество корма смеси лцерны с клевером 125
Глава IV Экономическая и энергетическая эффективность возделывания люцерно-клеверной травосмеси, кукурузы и ячменя 130
Выводы 135
Библиографический список 137
- Взаимодействие почвенных микроорганизмов с растениями
- Агрохимическая характеристика почвы опытных участков
- Влияние минеральных удобрений и культур, возделываемых в севообороте, на общее число микроорганизмов, их биомассы и численность азот-фиксирующих микроорганизмов
- Экономическая и энергетическая эффективность возделывания люцерно-клеверной травосмеси, кукурузы и ячменя
Введение к работе
В современных системах земледелия Южной лесостепной зоны республики Башкортостан при регулируемом пищевом режиме микробиологическая активность почвы имеет большое значение и должна учитываться при разработке систем севооборотов. Определение закономерностей влияния отдельных сельскохозяйственных культур на комплекс почвенных микроорганизмов и их биологическую активность открывает возможность путем определенного чередования культур в севообороте управлять развитием и активностью микроорганизмов в целях повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Изучение изменения микробиологических процессов в почве под влиянием обработки почвы, удобрений, севооборота позволит разработать мероприятия, способствующие вовлечению в круговорот естественных запасов азота, фосфора, калия и микроэлементов, необходимых для питания растений.
Исследования ряда авторов показывают, что растительный покров является мощным фактором в жизни микроорганизмов. Биологические особенности растений накладывают свой определенный отпечаток на количественный и качественный состав микрофлоры почв. Растения создают и формируют микробные ценозы и сообщества, оказывают влияние на микробные население корневой системы и пожнивных остатков.
Насыщение севооборотов различными сельскохозяйственными культурами существенно влияет на количество микроорганизмов и почвенномикробиологические процессы, что отражается и на биологической активности почвы.
Включение в севооборот многолетних трав, после которых в почве остается большая масса богатого азотом, легкоразлагающегося органического вещества, способствует значительному повышению биологической активности почвы.
В процессе жизнедеятельности растения через корневую систему выделяют в почву минеральные соли, содержащие фосфор, кальций, натрий и др., а также органические соединения (сахара, органические кислоты, витамины, аминокислоты, ростовые вещества, ферменты и т.д.).
Материальную основу плодородия почвы составляют комплекс почвенных компонентов, объединенных по мнению ряда авторов (А.Н. Каштанов, 1983; Н.Н. Розов, 1985; А.П. Щербаков, 1983) в три группы: биологические (содержание и состав микрофлоры, нитрифицирующая и азотфиксирующая активность почвы, интенсивность выделения С 0 2 и разложения целлюлозы в почве); агрохимические (гумус, рН, показатели почвеннопоглощающего комплекса, содержание и формы элементов питания растений); агрофизические (механический состав, структура и строение пахотного слоя, мощность гумусового горизонта, плотность, пористость, запасы продуктивной влаги, воздушные, тепловые свойства и их режимы).
Ф.Х. Хазиев (1982), А.П. Щербаков, И.Д. Рудай (1983) установили достаточно тесные коррелятивные связи ферментативной активности с запасами в почве валового гумуса, азота, фосфора и другими агрохимическими и агрофизическими свойствами и с величиной урожая сельскохозяйственных культур.
Имеющиеся в литературе экспериментальные данные, полученные с использованием биохимических и микробиологических методов определения биологической активности почвы, показывают, что связь между содержанием в почве гумуса и ее биологическими свойствами очень тесная, а поэтому можно предположить существование функциональной зависимости между этими показателями (А.М.Лыков, 1982; Н.А. Киреева, 2001).
Многими исследованиями установлено, что под влиянием применения оптимальных доз, соотношений и способов внесения удобрений количество почвенного микронаселения, как правило, увеличивается. Особенно большое значение имеют эти процессы в ризосфере и прикорневых слоях почвы.
Огромное практическое значение имеет проблема биологической фиксации азота атмосферы. В окультуренных почвах свободноживущие микроорганизмы ежегодно связывают около 15-20 кг/га, а бобовые растения - 50- 200 кг азота на 1 га посева. Эта проблема обстоятельно рассмотрена в монографии Е.Н. Мишустина и В.И. Шильниковой «Клубеньковые бактерии и инокуляционный процесс».
Разработка приемов интенсификации азотфиксации основана на знании оптимальных условий для развития свободноживущих азотфиксаторов, клубеньковых бактерий и их симбиоза с растениями. Для интенсивного накопления биологического азота существенное значение имеет инокуляция семян активными штаммами бактерий, влага, содержание в почве доступного для растений фосфора, калия, кальция и других макро- и микроэлементов. Из микроэлементов особенно важным являются бор, молибден, марганец.
Настоящая работа является попыткой комплексного изучения и повышения биологической активности почв для увеличения урожайности кормовых культур. Автором разработаны агроэкологические основы повышения микробиологической активности почв лесостепи Предуралья выбором севооборотов и удобрений. Основное внимание уделено изучению микрофлоры почвы, процессов ферментативного превращения в ней азота, углерода, пищевого режима и урожайности кормовых культур.
Актуальность проблемы. Одной из главнейших задач в области сельского хозяйства является повышение плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Для повышения плодородия почвы и получения высоких и устойчивых урожаев решающее значение имеет рациональная система земледелия, включающая все ее основные приемы. Ведущая роль принадлежит системе обработки почвы, севооборотам, удобрениям, с которыми тесно связана количественная и качественная сторона жизнедеятельности микроорганизмов в почве, создающих благоприятные условия для корневого питания растений. Поэтому изучение их влияния на почвенную микрофлору и активность микробиологических процессов в системе почва — микроорганизмы — растения дает возможность глубже понять причины изменения почвенного плодородия и придти к направленному регулированию микробиологических процессов, от которых зависит плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
В работах А.П. Щербакова, И.Д. Рудай (1983),И.К. Хабирова (1993), Ф.Х. Хазиева и др. (1997), И.К. Хабирова, Л.М. Габбасовой, Ф.Х. Хазиева (2001), Н.М. Нурмухаметова (2001; 2007), Н.Ф. Ганжары (2001) показана важность биологических факторов в оптимизации почвенного плодородия и экологизации земледелия в целом. Однако оптимизация микробиологических процессов под действием минеральных удобрений в кормовом севообороте для лесостепи Предуралья изучена недостаточно. В частности, остаются неисследованными такие аспекты, как характер влияния различных сообществ микроорганизмов на планируемую урожайность при внесении различных доз и соотношений минеральных удобрений, а также доля участия биологического азота в формировании урожайности кормовых культур.
Цель и задачи исследований. Цель наших исследований - выявление влияния кормового севооборота и системы удобрений на биологические свойства и плодородие чернозема выщелоченного лесостепи Предуралья. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
• установить влияние севооборота и системы удобрений на численность основных групп почвенных микроорганизмов;
• выявить влияние кормовых культур и удобрений на биологическую активность почвы;
• изучить влияние севооборота и системы удобрений на питательный режим почвы и урожайность культур;
• дать биоэнергетическую оценку способов и приемов активизации биологической активности почвы и повышения урожайности кормовых культур в севообороте.
Научная новизна. В условиях лесостепи Предуралья на черноземах выщелоченных получены и обобщены экспериментальные данные о биологической активности почвы и урожайности кормовых культур в севообороте.
Показана возможность использования микроорганизмов как биологических факторов воспроизводства плодородия почвы. Выявлена активная роль комплекса почвенной микрофлоры в повышении эффективности минеральных удобрений.
Основные положения, выносимые на защиту.
• уровень биологической активности почв зависит от основных элементов адаптивно-ландшафтного земледелия (севооборот, обработка почвы, минеральные удобрения). Биологическая активность почвы и урожайность кормовых культур тесно связаны с внесением расчетных доз минеральных удобрений в севообороте;
• урожайность и качество кормовых культур находится в прямой зависимости от уровня минерального питания;
• экономическая и биоэнергетическая эффективность приемов возделывания кормовых культур зависят от доз вносимых удобрений.
Практическая значимость. Результаты исследований и выявленные закономерности способствуют путем комплексного использования агротехнических приемов активизации микробиологических процессов в почве и повышению продуктивности пашни.
Рекомендованные приемы могут быть использованы при активизации микробиоценозов почвы, азотфиксации и повышении урожайности кормовых культур.
Предложенная производству система удобрений в севообороте способствует повышению урожайности кормовых культур и обеспечивает наибольший условный чистый доход и максимальный выход валовой и обменной энергии.
Основные биологические пути повышения эффективности плодородия почв, усовершенствованные технологии возделывания кормовых культур внедрены при непосредственном участии автора в научно-исследовательском центре БГАУ. Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова «Вавиловские чтения» (Саратов, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции «Растительные ресурсы: опыт, проблемы и перспективы» (Бирск, 2005), на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»» (Уфа, 2006), на Международной научно-практической конференции «Агроэкологическая роль плодородия почв и современные технологии» (Уфа, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 в издании, включенном в перечень ВАК. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству. Она включает 162 страницу машинописного текста, 35 таблицу и 20 рисунков. Список литературы включает 271 наименований, в том числе 19 иностранных.
Взаимодействие почвенных микроорганизмов с растениями
Взаимоотношения между почвенными микроорганизмами и высшими растениями, произрастающими в ценозах, представляют собой одну из сложных проблем биологии, к решению которой в последние десятилетия привлечено внимание исследователей (В.П. Иванов, 1973; Н.В. Мешков, 1971; Е.Х. Ремпе, 1972). Многолетний опыт и научные исследования показывают, что высшие растения и почвенные микроорганизмы взаимодействуют, главным образом, через корневые выделения и продукты минерализации пожнивно-корневых остатков.
В присутствии растений в почве численность и состав микрофлоры значительно меняются, особенно в прикорневой зоне. Корни растений, улучшая химические и физические условия в почве, способствуют значительному повышению численности микрофлоры в этой зоне. Активное размножение микрофлоры ризосферы, состоящей в основном из бактерий, обусловлено наличием веществ, выделяемых корнями растений в течение вегетационного периода. Корневые выделения содержат различные органические кислоты, аминокислоты, углеводы и т. д., служащие источником питания для ризосферной микрофлоры, численность которой на возделываемых участках в несколько раз больше, чем в почве без растений. В ризосфере, где накапливаются корневые выделения и разлагаются корневые волоски, влажность примерно на 1—2% выше, а реакция среды нейтральная даже в кислой почве. В ней содержится больше продуктов метаболизма и выше концентрация ферментов, ауксинов, витаминов, аминокислот и других биологически активных веществ. В зоне ризосферы в результате увеличения численности микрофлоры значительно возрастает интенсивность микробиологических процессов. По данным Н.А. Красильникова (1958), трикальцийфосфат, находящийся в недоступном состоянии в стерильной почве, благодаря ризосферной микрофлоре становится доступным. В этой зоне также повышается растворимость железистых и магниевых соединений. Эти данные свидетельствуют о способности микроорганизмов ризосферы менять интенсивность процессов, связанных с улучшением условий питания растений.
Старые и разлагающиеся корни обеспечивают пищей большую и разнообразную популяцию видов, из которых обычно не все встречаются в более избранном сообществе микроорганизмов молодых здоровых корней; это позволяет предполагать, что остатки растительных клеток представляют со 18 бой менее избирательный субстрат, чем выделение корней. Зона удлинения корней в 1-3 см от кончика — это главный участок выделения, но более старые части корней также поставляют органические соединения, хотя и в меньшем количестве. Несомненно, активные здоровые корни выделяют достаточно органического материала для питания большой популяции микроорганизмов. Например, корни двух- и восьминедельных растений пшеницы, растущей в поле, поддерживают существование 1.5 106 бактерий на 1 мг сухих корней. У молодых растений пшеницы 1-2 % углерода, поступающего в корни, выделяется в почву 0.2 — 0.4 % в виде водорастворимого экссудата и 0.8 - 1.6 % в виде нерастворимых слизистых материалов, включая отслаивающиеся клетки корневого чехлика. Высушенные корни пшеницы содержат приблизительно 40 % углерода. Таким образом, общее количество освобождаемого органического материала может составлять 4-8 мкг на 1 мг сухих корней. Различные опыты с одновозрастными растениями, выращенными в одинаковых культуральных условиях, показывают, что качество и количество выделяемых соединений значительно отличаются у разных видов, каждый из которых располагает характерной для него корневой микрофлорой. Количество питательных веществ определяет размер популяции, а их качество определяет природу сопутствующей микрофлоры (A.D. Rovira, 1956; Н. Bowen, 1973; S.C. Datta, 1974).
Решающая роль в концентрации микроорганизмов в корнеобитаемой зоне почвы принадлежит корневым выделениям. Однако как количество, так и качество корневых выделений зависят от вида растений, фазы роста и развития, а также физиологического состояния всего растительного организма. Корни растений и микроорганизмы выделяют в почву различные биологически активные вещества: витамины, ауксины, пантотеновую и никотиновую кислоту и ферменты, находящиеся в активном состоянии и стимулирующие развитие микрофлоры. В почве присутствуют и выделяемые микроорганизмами антибиотики, которые ингибируют или полностью подавляют жизне 19 деятельность некоторых вредных видов, способствуя развитию полезных микроорганизмов (В.Т. Емцев, 1993; 2005).
Поэтому естественно было предположить, что и ризосферная микрофлора как по численности, так и видовому составу в течение периода вегетации растений, произрастающих в разных экологических условиях, должна претерпевать соответствующие изменения (А.С. Zagallo, 1957).
В кратких чертах историческую последовательность в исследовании почвенных микроорганизмов можно представить в следующем виде. Сначала ученые определяли общую численность микроорганизмов в зоне распространения корней и вне этой зоны. Затем стали устанавливать зависимость численности микрофлоры в ризосфере почвы от видового состава растений, физиологического состояния растительного организма (Н.В.Мешков, 1971). И, наконец, усовершенствование методов исследований влияния отдельных видов корневой и ризосферной микрофлоры на рост и развитие культурных растений (Н.А. Красильников, 1958; А.В. Манорик, 1968; Н.М. Нурмухаме-тов, 1972, 1974, 1976; В.П. Иванов, 1973).
В зависимости от вида растения, фазы его развития, почвенных условий и агротехнических приемов складываются взаимоотношения микроорганизмов с растениями. Например, взаимоотношения азотобактера с растениями в основном определяются видом растений и в меньшей степени типом почвы. Бобовые, рис, табак и другие культуры стимулируют развитие этих бактерий, а хлопчатник — тормозит (О. А. Берестецкий, 1984; Н.П. Проворов, 2003).
Агрохимическая характеристика почвы опытных участков
Почвенный покров Предуралья разнообразен. Преобладающую часть территории занимают черноземы выщелоченные - более 45% и типичные -около 30%, остальная доля приходится на оподзоленные, темно-серые и серые лесные почвы.
В условиях региона черноземы отличаются рядом специфических черт, налагаемых особенностями природных факторов в сравнении с почвами ЦЧО и Поволжья. Одной из характерных особенностей является высокое содержание органического вещества в горизонте А1 и высокая степень его гумификации.
Почвам республики характерна короткопрофильность. Мощность гумусового горизонта в среднем составляет около 60 см. Они имеют ограниченную мощность корнеобитаемого слоя, небольшую пахотоемкость. Тяжелый гранулометрический состав является следующей особенностью черноземов.
По гранулометрическому составу встречаются средне- и легкоглинистые, тяжело, средне- и легкосуглинистые разновидности. Количество песка в пределах гумусового горизонта не превышает 10%, содержание ила 22.1-26.2%.
Структура гумусового горизонта (А) выщелоченных чернозёмов обычно зернистая или зернисто-комковатая, иллювиального комковато-призматическая или мелко-призматическая с более округлой формой. Уровень вскипания в зависимости от степени выщелоченности карбонатов наблюдается на глубине 60-120 см, содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое составляет 62.6-68.35%. Структура подпахотных горизонтов характеризуется высокой водопрочностью.
Они имеют также хорошо выраженную микроструктуру. Количество водопрочных микроагрегатов размером более 0,01 мм в пахотном горизонте колеблется в пределах 44-50%. Отмечается почти полное участие илистой фракции в образовании микроструктуры.
Плотность сложения пахотного горизонта составляет 0.92-1.06 г/см , в подпахотных горизонтах А\ и АВ она несколько возрастает до 1.06-1.18 г/см . Общая пористость 55-70% в гумусовом, 45-50% в нижней части профиля. Всё это создает довольно благоприятные условия водного режима: водопроницаемость составляет от 1,0 до 4,6 мм/мин за 6 часов наблюдений, полевая влагоёмкость 30-50%, в основном в капиллярной форме.
Выщелоченные черноземы отличаются высоким содержанием гумуса. В среднем в пахотном горизонте они содержат 8,0% гумуса, а в целинных 10%. Содержание гумуса вниз по профилю уменьшается плавно по сравнению с оподзоленными черноземами. А в пахотном слое содержится 0.036-0.043% водорастворимого гумуса, который составляет 0.34-0.41% от валового. В составе гумуса преобладает фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием — 70%. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульво-кислот в них 2,6-3,2. Количество валового азота колеблется от 0.33 до 0.71%. Относительное содержание минерального азота небольшое — 0.6-0.9% от общего. Доля гидролизуемого азота составляет 75-180 мг/кг почвы.
Почвы по содержанию подвижного фосфора и обменного калия относятся в основном к среднеобеспеченным. Содержание валового фосфора колеблется от 0.12 до 0.25%о, подвижного в среднем - 5-12 мг/100 г почвы, нередко снижаясь до 2.0 мг/100 г почвы. Валовый калий в пахотном слое составляет в среднем 1.58 %, а обменный - 20-35 %, что соответствует хорошей степени обеспеченности этими элементами почв. Величина суммы поглощенных оснований в зависимости от степени гумусированности гранулометрического состава колеблется от 30 до 60 мг.экв/100г почвы. При этом содержание обменного кальция в глинистых и тяжелосуглинистых разновидностях варьирует от 35 до 49 мг.экв, а магния от 6 до 13 мг экв/100г почвы. Степень насыщенности основаниями равна 87-95 %, реакция среды рН находится в пределах от 5.5 до 6.2, гидролитическая кислотность достигает 5.5-9.7 мг экв/100 г почвы. Содержание в почве доступных форм марганца - 58.6 мг/кг (средняя обеспеченность), молибдена - 0.08 мг/кг (очень низкая), меди -0.47 мг/кг (низкая) и бора - 0.71 мг/кг (средняя).
Таким образом, на основании приведенных характеристик по основным водно-физическим, физико-химическим, агрохимическим параметрам можно отметить, что черноземы выщелоченные Предуралья обладают достаточно высоким уровнем потенциального плодородия. Однако за последние годы из-за снижения объемов применения удобрений в почвах наблюдается отрицательный баланс гумуса и элементов питания, что вызывает уплотнение, ухудшение структурно-агрегатного состава, физико-химических свойств и снижения эффективного плодородия почв.
Почвенный покров учебно-опытного хозяйства Башкирского государственного аграрного университета, где проводились наши исследования, представлен черноземами выщелоченными средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. В средне - суглинистом выщелоченном чернозёме учхоза БГАУ содержание гумуса в среднем составляет 8.0-8.4%, азота -0.44%, фосфора - 0.16%, реакция почвенного раствора слабокислая, обеспеченность подвижным фосфором средняя, обменным калием повышенная .
Влияние минеральных удобрений и культур, возделываемых в севообороте, на общее число микроорганизмов, их биомассы и численность азот-фиксирующих микроорганизмов
Важным показателем, характеризующим "напряженность метаболизма в почве" является общее микробное число, поэтому его также необходимо измерять в исследуемых образцах почвы (Д.Г. Звягинцев, 1973).
В.Пейн (Payne, 1970) считает, что отдельные виды микроорганизмов в природных популяциях находятся не в стационарном, а в переходном состоянии, т.е. число их может увеличиваться или уменьшаться в связи с сезонными и другими периодически изменяющимися факторами окружающей среды. Кроме того, микробиоценоз почвы представляет собой ансамбль, в котором все виды микроорганизмов связаны между собой и существует иерархия видов с проявлением самых разнообразных форм межвидовых взаимоотношений.
Согласно данным Э. Рассела (1955), живая масса бактериальных клеток в 1 га пахотного слоя почвы в Ротамстеде (Англия) составляет от 1.68 до 3.9 т, что в пересчете на сухой вес дает соответственно 336 и 780 кг на 1 га. По данным Е.Н. Мишустина (1972), в почвах живая бактериальная масса колеблется в пределах от 0.6 до 5.0 т на 1 га пахотного слоя (или от 0.1 до 1.3 т в пересчете на сухой вес). Н.А. Красильников (1958) определил размеры живой биомассы бактерий в 7-9 т на 1 га для некоторых почв Средней Азии и около 4 т для почв Подмосковья.
Наибольшее же значение для размножения большинства видов бактерий и грибов имеют содержание и время попадания в почву необходимых для их питания веществ. Ввиду того, что в наших климатических условиях такие вещества попадают в почву преимущественно в конце вегетации, численность почвенных микроорганизмов, питающихся в основном растительными остатками и продуктами их разложения, достигает максимума чаще всего именно осенью (П. Рахно, 1972).
Многие исследователи отмечают положительное влияние на почвенную микрофлору минеральных и органических удобрений. В удобренных почвах возрастает общая численность микроорганизмов, а также наблюдается смена доминантных видов, входящих в те или иные физиологические группы (А.В. Петербургский, 1981; Р.Е. Елишев, 1984; И.В. Кузьмина, 1987; Г.В. Меренюк, 1989; В.Г. Минеев, 1990 А; 1990 Б; И.А. Дегтярева, 1999; Д.Г. Звягинцев, 1999).
Общее число микроорганизмов в течение вегетационного периода может изменяться от десятков тысяч до нескольких миллионов клеток на 1 г почвы (Тен Хак Мун, 1977). Проведенные нами исследования свидетельствуют о неодинаковом влиянии различных доз минеральных удобрений и чередование культур в севообороте на общее количество микроорганизмов и их биомассу, как в начале вегетации, так и в конце вегетации (таблицы 3.3-3.6).
Необходимо отметить, что в ходе проведения опытов прослеживалась закономерность увеличения количества микроорганизмов к концу вегетационного периода культур и их уменьшение к концу ротации севооборота, то есть под посевом ячменя с подсевом многолетних трав.
Наиболее благоприятные почвенно-климатические условия для развития микроорганизмов были в 2006 году. Их количество к концу вегетации под люцерно-клеверной травосмесью второго года пользования достигла 290.519 млн./г почвы, что больше по сравнению с 2004 и 2005 гг. соответственно на 57 и 52 %.
В 2004 году под многолетними травами первого и второго годов пользования наблюдалось уменьшение количества микроорганизмов при увеличении доз минеральных удобрений. Это, по—видимому, объясняется с увеличением численности грибов, что, несомненно, может оказать свое влияние на развитие бактерий. Такое же явление наблюдалось и под посевами кукурузы и ячменя (прямое действие минеральных удобрений).
Несколько иная картина отслеживалась в 2005 и 2006 годах (последействие минеральных удобрений). Внесение увеличивающих доз минеральных удобрений способствовало увеличению общей численности микроорганизмов, как в весенний период, так и в осенний период. Наибольшее увеличение количества микроорганизмов к концу вегетационного периода отмечена в 2005 году под люцерно-клеверной травосмесью третьего года пользования. Если в начале вегетации в варианте внесения минеральных удобрений на планируемую урожайность сена 7 и 9 т/га их количество было 230.519 и 259.627 млн./г почвы, то к концу вегетации увеличилась на 14.8 и 19.2 %, соответственно, а их биомасса возрастала на 14.8 и 14.5 %.
Развитие микроорганизмов под кукурузой и ячменем происходит менее активно, чем под люцерно-клеверной травосмесью. Это, по-видимому, связано более интенсивным корневым выделением трав, способствующих развитию почвенных и ризосферных микроорганизмов. С развитием почвенных микроорганизмов связана интенсивность микробиологических процессов, их биомасса и содержание в них питательных элементов. Биомасса же напрямую связана с количеством микроорганизмов. В наших опытах она варьировала по годам и по вариантам от 1341.3 до 2606.1 кг/га в сыром весе и от 268.2 до 521.1 кг/га в пересчете на сухую массу, который согласуется с данными Е.Н. Мишустина (1972). Также необходимо отметить, что в посевах ячменя внесение минеральных удобрений способствовало увеличению биомассы на 5.5...11.1% в 2004 году (прямое действие), на 4.4...14.7 и 5.3...29.1 % в 2005 и 2006 гг. (последействие удобрений) соответственно. Под посевом кукурузы в 2004 году в начале вегетации наблюдается снижение биомассы при увеличении доз минеральных удобрений, но к концу вегетации на удобренных фонах биомасса повышается по сравнению с базовым контролем. В остальные годы увеличение биомассы соответствует увеличению вносимых удобрений на планируемую урожайность и составляет 12.6.. .45.6 % от контроля.
Соответственно с увеличением микробной массы увеличивается и содержание азота, фосфора и калия в них. Меньше всего элементов питания наблюдалось в посевах покровной культуры ячменя и наибольшее количество под люцерно-клеверной травосмесью третьего года пользования. Таким образом, гидротермические условия, минеральное питание и возделываемые культуры являются определяющими факторами в развитии почвенных микроорганизмов. Важнейшим источником поступления азота является биологический, фиксируемый микроорганизмами азот атмосферы, составляющий более половины общего количества этого элемента, поступающего в почву. В отличие от азота минеральных удобрений биологический азот практически полностью усваивается растениями и не загрязняет окружающую среду, что обуславливает необходимость разработки приемов, повышающих доли биологического азота в урожае культурных растений. Здесь, кроме фиксации азота клубеньковыми бактериями на корнях бобовых культур, большой интерес представляют исследования по азотфиксации в ризосфере небобовых растений, а также изучение свободноживущих в почве азотфиксаторов (В .Г. Ми-неев, 2004).
Скорость и специфика развития минерализационных процессов в почвах зависят от многих факторов, важнейшие из которых - химический состав разлагаемого органического материала, особенности почвенных и климатических условий, состав микробных ассоциаций. Различные исследователи дают неодинаковые количественные показатели этой группы микроорганизмов. При различных почвенных и климатических условиях деятельность азотфиксирующих микроорганизмов, как отмечает Р.Н.Ушаков (2006), неодинакова и поэтому в почву поступает различное количество азота.
Экономическая и энергетическая эффективность возделывания люцерно-клеверной травосмеси, кукурузы и ячменя
За основу экономической оценки возделывания кормовых культур нами взят комплекс показателей: производственные затраты и стоимость валовой продукции, суммарный и дополнительный условно чистый доход от после действия минеральных удобрений, себестоимость и рентабельность производства продукции.
Из таблицы видно, что наибольшая стоимость валовой продукции с единицы севооборотной площади получена на 3 уровне планируемой уро жайности и составила 15652 руб./га. Внесение минеральных удобрений на втором и третьем планируемых уровнях урожайности культур увеличила выход кормопротеиновых единиц на 0.54 и 1.15 т/га (контроль — 4.87) и дополнительную прибыль в размере 1404 и 2990 руб. Уровень рентабельности от последействия удобрений составил 227...347 %. Кормовой севооборот был экономически эффективным. Себестоимость 1 т продукции составила 426.6...493.0 руб./га, уровень рентабельности производства 185.5...203.0 %.
Расчет энергетической эффективности технологии возделывания кормовых культур в севообороте в среднем за 2005-2006 гг. приведены в таблицах 4.2, 4.3. Из таблицы видно, что наибольшие затраты совокупной энергии на 1 га были под люцерно-клеверной травосмесью при внесении расчетных доз минеральных удобрений на планируемую урожайность 9 т сена с 1 га и составили 12767.9...18415.7 Мдж. Наибольший выход сухого и переваримого протеина отмечен под люцерно-клеверной травосмесью третьего года пользования соответственно 41.2...54.4 и 32.9...42.4 ц/га. Наименьшая энергоемкость 1 ц сухого вещества и переваримого протеина была во втором году пользования. При этом был максимальный энергетический коэффициент полезного действия технологии (ЭК= 6.05...6.38), а также коэффициент энергетической эффективности производства кормов (КЭЭ= 3.05. ..3.15).
Следует отметить, что с повышением уровня минерального питания увеличивалось приращение валовой энергии. Так, в первом году пользования трав увеличивалось на 15.0 и 17.1 ГДж/га по сравнению с контролем, во втором и третьем годах пользования увеличение составило 21.8 и 58.0 ГДж/га и 38.0 и 37.5 ГДж соответственно. Наименьшие затраты совокупной энергии на 1 га в посеве ячменя были на втором уровне планируемой урожайности (2.0 т/га зерна). При этом был максимальный выход валовой и обменной энергии — 40.5 и 23.5 ГДж, а также приращение валовой энергии на 1 га - 22.4 ГДж. Наименьшая энергоемкость 1 ц сухого вещества и переваримого протеина в посеве кукурузы была на 1 уровне планируемой урожайности - 20 т/га зеленой массы (ЭЕ=0.316 и 1.6 ГДж). При этом был максимальный энергетический коэффициент или коэффициент полезного действия технологии (ЭК= 6.61), а также коэффициент энергетической эффективности производства кормов (КЭЭ= 4.8). 1. Внесение в почву минеральных удобрений под культуры кормового севооборота способствует увеличению количества микроорганизмов, использующих органический и минеральный азот в качестве источника питания, а также свободноживущих азотфиксаторов, олигонитрофилов, актиномицетов. 2. При внесении минеральных удобрений урожайность культур кормового севооборота положительно коррелирует с интегральным показателем биологической активностью почвы - интенсивностью «дыхания» почвы (г= 0.81-0.85) 3. Последействие расчетных доз минеральных удобрений оказывает положительное влияние на ферментативную активность почвы, в частности активность каталазы повышается на 18-38%, уреазы — на 9-22%, фосфатазы — на 11-29%, инвертазы - на 5-21%. 4. В посевах люцерно-клеверной травосмеси минеральные удобрения увеличивают количество активных клубеньков, что способствует усилению симбиотического потенциала. 5. Установлена положительная корреляционная взаимосвязь между численностью почвенных микроорганизмов, содержанием подвижных форм питательных элементов и урожаем кормовых культур (г=0.76). 6. В условиях лесостепи Предуралья на черноземе выщелоченном наи более энергетически эффективным является внесение минеральных удобре ний под урожай 7 и 9 т сена с 1 га, 40 т зеленой массы кукурузы, 2.0 и 2.5 т зерна ячменя.
