Введение к работе
Актуальность проблемы. В утвержденных XXVII съездом КПСС Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено проведение работ по повышению почвенного плодородия (Материалы XXVII съезда Коммунистической партии Советского Союза, J987), которое является регулируемым условием формирования урожая и, следовательно, выполнения Продовольственной программы СССР. В этой связи приобретает значение изучение всех проявлений плодородия, в частности, способности газовой фазы почвы обеспечивать кислородом корни растений и почвенную микрофлору. Регулирование кислородного обеспечения сельскохозяйственных культур возможно лишь на основе информации 6 потребности в кислороде системы почва — растение. Практически полное отсутствие в литературе такой информации, полученной на основе прямых измерений, делает ее накопление крайне необходимым для создания в дальнейшем системы регулирования процесса формирования урожая путем применения свободного кислорода.
Весьма важным представляется то обстоятельство, что потребность системы почва — растение в кислороде меняется в зависимости от характера внешних воздействий на растение и почву. Изучение указанной связи определяет актуальность исследований, так как открывает возможность использования интенсивности потребления кислорода системой в качестве критерия, позволяющего в сравнительно быстрые сроки в условиях лаборатории вести отбор воздействии, которые могут способствовать повышению урожая. Такой отбор можно проводить из гораздо большего числа вариантов, чем при учете урожайных данных.
Цель и задачи исследований. Перспектива практического применения функциональных характеристик газовой фазы почвы определила цель настоящей работы, которая заключалась в теоретическом обосновании и экспериментальной реализации возможно гтгт jicno чь зов а шіЯі особенностей логлоще-
і—-ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. соль;кокол ачадомии t им..К. А. їимирл-/ии;и
[&#№
ния кислорода системой почва—растение для разработки новых способов повышения урожая сельскохозяйственных культур. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
обобщить известные данные, отражающие роль кислорода почвенного воздуха как незаменимого фактора жизни растений, а также данные об особенностях дыхания почвы н дыхания растения;
разработать способы измерения интенсивности потребления кислорода системой почва — растение;
разработать экспериментальную модель, позволяющую осуществлять оценку воздействий на растение и почву но особенностям поглощения кислорода системой почва — растение;
. . — дать экспериментальное обоснование интенсивности поглощения кислорода почвой как показателю общей биологической активности почвы;
—г изучить влияние корней растений на потребление кислорода из газовой фазы почвы;
..' — изучить особенности влияния ряда известных факторов урожая на поглощение кислорода системой почва — растение;
разработать концептуальную модель взаимодействия растения с почвенной микрофлорой на основе изучения особенностей поглощения кислорода системой почва — растение и сопутствующих наблюдений;
разработать новые способы повышения урожая растений на основе особенностей поглощения кислорода системой почва — растение в условиях модельных опытов и подтвердить выводы урожайными данными.
Научная новизна. Новый подход к изучению функциональных особенностей газовой фазы почвы заключался в распространении исследований на систему почва — растение в условиях модельных опытов. Это определило новизну полу- ченных результатов, так как максимально приблизило объект изучения к реальным условиям. Использование модификации аппарата Л и пса, защищенной авторским свидетельством на 'изобретение, впервые позволило измерять скорость потребления кислорода почвой с развившимися в ней корнями не-' расчлененного растения. Впервые были получены экспериментальные данные, отражающие влияние факторов урожая на поглощение кислорода почвой при наличии в ней корней жи-"вых растений. На основании указанных материалов и сопутствующих наблюдений была разработана концепция взаимо-- отношений растения н почвенной микрофлоры в условиях -применения стимулирующих начал на культуре огурца, а -также концепция регулирования стимулирующей способности
: 2
почвы как фактора почвенного плодородия. Сформулированы принципы оценки скорости поглощении кислорода системой почва — растение как информационного сигнала, отражающего реакцию системы на внешние воздействия.
Практическая ценность работы. Реализация модели, позволяющей вести поиск новых резервов повышения урожая, основанный на оценке интенсивности поглощения кислорода почвой с корнями, определила практическую значимость исследований. Установлена активность нового стимулятора Симбионт-2, защищенного авторским свидетельством на изобретение, показана возможность его практического использования путем введения в почву, уточнена доза медного купороса, применяемого совместно с указанным препаратом, установлена возможность совместного применения лимонной кислоты и кобальта путем предпосевной обработки семян огурцов. Эффективность действия указанных факторов, установленная по скорости потребления кислорода из газовой фазы почвы, подтверждена урожайными данными, полученными в условиях деляночных опытов. На основании указанных.положений разработаны рекомендации для практического использования.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации были доложены на научных конференциях ТСХЛ (1971, 1980, 1983, 1984, 1985, 1986, 1987 гг.), а также представлены на международной выставке «Химия-1987» (Москва, 1987).
Основные результаты исследований опубликованы в 24 печатных работах, в том числе в официальных описаниях к двум авторским свидетельств а м на изобретения.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из вве
дения, 9 глав, заключения, выводов, рекомендаций для
практического использования, библиографического списка и
7 приложений. Работа изложена на 366 страницах маши
нописного текста, включает 75 таблиц, 4. рисунка и 10 фото
графин. Библиографический список включает 445 названий,
в том числе 62 на иностранных языках. '. ; ,
При проведении экспериментов были использованы образцы из пахотных горизонтов дерново-подзолистых почв южной тайги, черноземов лесостепи, а также органических и минеральных тепличных грунтов. Для определения почвенных характеристик использовались общепринятые методы (Г. Г. Венднло и др., 1973; Практикум по" почвоведению, 1980). Определение численности микроорганизмов в- почве проводилось по методикам, описанным Е; 3. Телпер и др.
Измерение интенсивности поглощения кислорода почвой, а также почвой с развившимися в ней корнями растений, проводили в условиях модельных опытоп. Для этой цели была разработана модифицированная конструкция аппарата Варбурга (Н. II. Игнатьев, 1972), а также модифицированная конструкция аппарата Лннса (Н. Н. Игнатьев и В. А. Шу-ваев, 19&4, 1987-а). Последняя дает возможность вести определения, не отрезая стебля. При этом возраст растений может достигать 30 дней и более. Работа па модифицированном аппарате Варбурга менее трудоемка, но перед определением скорости потребления кислорода необходимо удаление стеблей. Возраст растений не должен превышать двух недель. Объем рабочих сосудов модифицированного аппарата Лииса, заполняемых почвой, составлял примерно 330 мл. Объем почвы в рабочих контейнерах модифицированных сосудов Варбурга составлял, как правило, 40 мл. Скорость поглощения кислорода в большинстве случаев определялась при 25. Объемы поглощенного кислорода и выделившегося углекислого газа отнесены к 1 кг абсолютно сух. почвы и приведены к 0 и нормальному давлению. В опытах использовались растения пшеницы, огурцов и др.
Для изучения влияния совокупности факторов на потребление кислорода из газовой фазы почвы и другие показатели применялась методика математического планирования эксперимента (В. Н. Максимов и В. Д. Федоров, 1969 и др.), которой предусматривается действие каждого фактора на двух уровнях. Опыты заканчивались расчетом уравнений регрессии, где под каждым коэффициентом регрессии представлена соответствующая величина фактического критерия Стью-дента (іф). Оценка достоверности воспроизведения уравнением фактического выхода процесса проводилась по величине фактического критерия Фишера (F$), Теоретические критерии достоверности обозначены tT н FT. Рядом даны уровни значимости. В представленных уравнениях нельзя подставлять вместо аргументов их значения в натуральных величинах без предварительного кодирования. Анализ полученных данных с помощью уравнений регрессии более результативен, чем анализ таблиц.
Часть расчетов была проведена на ЭВМ с использованием программы регрессионного анализа «ПРЛ-3» (О. М. Ду-карский и Л. Г, Закурдаев, 1971). За некоторым исключением опыты проводились в шести повторностях.
В работе термин система почва — растение использован для обозначения почвы с развившейся в ней корневой системой. Термины потребление и расход кислорода, а также дыхание почвы и системы почва — растение, использованы как синонимы слова поглощение.
Рисі. .Возігожньїв-пути влияния стпкуякрукхххх. факторов на поглощение кислорода
'у'-"-' ' 'РОЧВеННОЙїМИКрОфЛОрОЙ ;;-"_.'...;. ..'.'-
При изложении материалов были использованы следую
щие сокращения: модиф.— модифицированный; п, — почва;
ПА— пористость аэрации; сух. — сухая; ч — час ..
Экспериментальная часть работы проведена на кафедре почвоведения ТСХА и в теплицах (деляночные опыты) Овощной опытной станции им. В. И. Эдельштейна (ТСХЛ), совхоза «Марфино» (Москва), совхоза. «Московский» Ленинского района, подсобного хозяйства «Березовое» Красногорского района, колхоза «Память Ильича» Щелковского района Московской области.
В работе представлены результаты исследований., полу-ченные автором самостоятельно, а также при участии аспирантов под руководством автора. Отдельные фрагменты работы, выполненные в творческом содружестве, отмечены ссылками на соавторов.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность руководству и всему коллективу кафедры почвоведения ТСХЛ, руководству кафедры овощеводства ТСХЛ и указанных выше хозяйств за содействие в выполнении настоящей работы, а также непосредственным участникам исследований: доценту Ф.-Н. Пилыцикову, ассистенту Н. П. Покровскому, аспирантам - М. С. Холодецкому, Л. И. Передковой, Н. В. Дозорцевой, В. Л. Шуваеву, Г. Н. Егриной, И. Л. Рябовой, инженеру С, М. Полянской, студентам Л. Н. Суше и П. Н. Веденину.
