Содержание к диссертации
Введение
1.0 Обзор литературы 8
1.1. Обеспеченность дерново-подзолистых почв азотом 8
1.2. Влияние внешних условий на микробиологическую активность почвы
1.3. Экологические аспекты использования биологического азота при возделывании зерновых культур
1.4. Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы .
1.5. Взаимоотношения злаковых и зернобобовых культур в смешанных посевах
2.0 Методика и условия проведения исследований
2.1. Климат региона и погодные условия в годы исследований 46
2.2. Почвенный покров региона и почва опытного участка 52
2.3 Схемы опытов и методика проведения исследований 53
3.0 Результаты исследований
3.1. Влияние почвенных условий на микробиологическую 58 активность, аммонифицирующую и нитрифицирующую способность почвы
3.1.1. Влияние почвенных условий на микробоценоз азотного цикла 5 8
3.1.2. Влияние почвенных условий на аммонифицирующую и нитрифицирующую способность почвы
3.1.3. Динамика агрофизических свойств дерново-подзолистой почвы при возделывании яровой пшеницы
3.2 Эффективность использования на яровой пшенице биопрепарата Азотовит
Условия азотного питания и формирование биомассы яровой пшеницы
Урожайность зерна яровой пшеницы 97
Качество зерна и химический состав урожая яровой пшеницы
Продуктивность смешанных посевов яровой пшеницы с бобовыми культурами
Урожайность и качество яровой пшеницы в смешанных посевах с бобовыми культурами
Экономическая эффективность 119
Выводы 121
Рекомендации производству 122
Список литературы 123
Приложения
- Влияние внешних условий на микробиологическую активность почвы
- Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы
- Почвенный покров региона и почва опытного участка
- Влияние почвенных условий на аммонифицирующую и нитрифицирующую способность почвы
Введение к работе
Стабильное развитие сельскохозяйственного производства на основе современных научных достижений - гарантия продовольственной и экологической безопасности страны. Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур наряду с получением стабильных и качественных урожаев должны обеспечивать рациональное использование и экологическую сохранность почвы. В последние десятилетия сохранение природной среды рассматривается в качестве главного условия социально-экономического прогресса человеческой цивилизации. Причиной этого является все возрастающее антропогенное воздействие на биосферу. Сельское хозяйство, как никакая другая отрасль общественного производства, тесно связано с охраной окружающей среды от разрушения и загрязнения (А. А. Жученко (1990). Поиск экологически безопасных путей, увеличивающих урожайность культур и улучшающих качество продукции, является важной научной и практической задачей современного земледелия.
Основным элементом питания, определяющим урожайность сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистой почве, является азот. Роль азота в плодородии почвы и формировании урожайности многогранна. Применение азотных удобрений в научно обоснованных дозах увеличивает урожайность и повышает качество продукции, активизирует микробиологические процессы в почве и повышает плодородие. Завышенные дозы приводят к загрязнению почвы, грунтовых вод и сельскохозяйственной продукции нитратами (Е. Н. Мишустин, 1972; В. Н. Кудеяров, 1989; В. Г. Минеев, 1990; В. Ф. Ладонин, 1991; В. И. Макаров, 1998; С. И. Новоселов, 1998; Д. Г. Звягинцев, 1999; Д. А. Кореньков, 1999; А. А. Завалин, 2003; В. Г. Сычев, 2005). В последние годы, в связи со сложной экономической ситуацией, применение минеральных удобрений, в том числе и азотных, резко снизилось (В. А. Захаренко, 2000). В связи с этим возникла необходимость поиска путей максимального использования биологического азота (А. А. Завалин, 1999; Е. П. Трепачев, 1999).
Известно, что вклад биологического азота в формирование урожайности растений зависит от почвенных и климатических условий, биологических особенностей культуры, способов использования и других факторов. Выявление оптимальных условий, обеспечивающих максимальное вовлечение биологического азота в агроценозы, является одной из актуальных проблем современной агрохимии и экологии.
Цель и задачи исследований.
Целью исследований являлось изучение влияния биологического азота на урожайность и качество зерна яровой пшеницы на дерново- подзолистой почве востока Нечерноземной зоны.
В соответствии с целью исследований предусматривалось решение следующих задач:
определить оптимальные почвенные условия по температуре, влажности, плотности для микробиологической активности, нитрифицирующей и аммонифицирующей способности почвы, обеспечивающие максимальное вовлечение в агроценоз биологического азота;
установить зависимости микробиологической активности, содержания минерального азота в почве от почвенных условий;
выявить отзывчивость яровой пшеницы на способы использования биопрепарата Азотовит;
дать экономическую оценку эффективности применения на яровой пшенице биопрепарата Азотовит;
изучить влияние бобовых культур на урожайность и качество зерна яровой пшеницы при возделывании их в смешанных посевах.
Научная новизна. Впервые для дерново-подзолистой почвы востока Нечерноземной зоны определены оптимальные показатели (влажность 20-25%, температура +15...+25 С и плотность 1,1-1,2 г/см ), обеспечивающие максимально возможное вовлечение в агроценозы биологического азота. Установлены и выражены в виде математических моделей зависимости микробиологической активности почвы, содержания минерального азота от влаж-
ности, плотности, температуры, содержания органического вещества. Выявлено, что наиболее эффективным способом использования биопрепарата Азотовит, повышающим урожайность и качество зерна яровой пшеницы, является инокуляция семян. Установлен лучший бобовый компонент - горох, повышающий качество зерна яровой пшеницы, при совместном их возделывании.
Положения, выносимые на защиту:
Микробиологическая активность, нитрифицирующая и аммонифицирующая способность, обеспечивающие продуцирование биологического азота, находятся в зависимости от содержания органического вещества, влажности, плотности, температуры почвы.
Эффективность биопрепарата Азотовит на яровой пшенице зависит от способов его использования.
Использование на яровой пшенице биопрепарата Азотовит экономически эффективно.
Возделывание яровой пшеницы в смешанных посевах с бобовыми культурами увеличивает выход кормовых единиц, повышает качество зерна.
Практическая значимость работы. Результаты исследований служат теоретической и практической основой для разработки технологий возделывания сельскохозяйственных культур, максимально использующих биологический потенциал почвы. Внедрение рекомендованных способов использования биологического азота при возделывании яровой пшеницы обеспечивает повышение урожайности, улучшение качества зерна, приводит к увеличению чистого дохода и повышает рентабельность производства. Результаты работы используются в учебном процессе при чтении курса лекций по дисциплине Агрохимия на специальности «Агрономия».
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам (Москва, МГУ, 2001), III Российско-Американской региональной конференции «Пути развития образования в XXI веке» (Йошкар-Ола, 2002);
7 международной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003); региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», (Йошкар-Ола, 2001-2006). По материалам диссертации опубликовано 8 работ. Диссертация изложена на 122 страницах, включает 4 главы, выводы и рекомендации производству. Работа содержит 32 таблицы, 33 рисунка и 52 приложения. Список литературы включает 228 работ отечественных и зарубежных авторов.
Автор благодарит доцента МарГТУ Гордееву Т.Х. и сотрудников кафедры агрохимии и земледелия МарГУ за помощь в выполнении и оформлении работы.
Влияние внешних условий на микробиологическую активность почвы
Важнейшая роль в трансформации азота принадлежит почвенным микроорганизмам. Микробиологические процессы в почве обуславливают мобилизацию питательных веществ, регулируют их подвижность и доступность растениям (Авдонин Н. С, 1969; 1972). На развитие в почве отдельных микроорганизмов и их сообществ, а, следовательно, и на характер почвообразовательных процессов, оказывает влияние ряд факторов (Ландина М. М., 1984; Добровольская Т. Г., 1997). Среди них важная роль принадлежит почвенным условиям: наличию органического вещества, гидротермическому режиму и гранулометрическому составу, плотности.
Анализ численности физиологических групп дает возможность составить представление о соотношении микроорганизмов, осуществляющих различные биохимические процессы (Добровольская Т. Г., 1997). Численность микроорганизмов, определяющая как интенсивность круговорота веществ в экосистеме, так и направление почвообразовательного процесса, является составной частью почвенного органического вещества, его наиболее подвижной и активной частью. Полученные данные свидетельствуют о том, что микрофлора почвы довольно динамична и меняется в течение вегетационного периода растений (Дегтярева И. А., Ильясов М. М, 2003). Наблюдаются различия в активности роста и развития микроорганизмов и протекании микробиологических процессов по сезонам года в связи с различиями гидротермического режима и сроков поступления органических остатков в почву (Бабьева И. П., Зенова Г. М., 1989). По данным Т. X. Гордеевой, С. И. Новоселова (1996), общая численность бактерий в ризосфере озимой ржи изменяется в онтогенезе растений. Максимальное их количество отмечается в фазу выхода в трубку независимо от системы агротехнических мероприятий.
Существенное влияние на динамику микроорганизмов в почве оказывает ее влажность. Наличие достаточного количества влаги является необходимым условием для активизации микробиологических процессов в почве (Бабьева И. П., Зенова Г. М. 1989).
Вода, составляющая жидкую фазу почвы, содержит в себе то или иное количество растворенных веществ, так как растения и микроорганизмы усваивают питательные вещества в основном из раствора. В почвенном растворе могут содержаться многие органические и минеральные вещества: аминокислоты, органические кислоты, различные соли, перегнойные соединения и т.д. (Бабьева И. П., Зенова Г. М., 1989).
Установлено, что максимальная активность несимбиотических азот-фиксаторов проявляется при влажности не ниже 60 % от полной влагоемко-сти (Трепачев Е. П., 1999). Если влажность почвы опускается до минимальной гигроскопичности, то жизнедеятельность всех бактерий приостанавливается, а жизнедеятельность актиномицетов и плесневых грибов, хотя и продолжается, но протекает очень медленно (Федоров М. Ф., 1954). По данным Е. Н. Мишустина (1972), с возрастанием почвенной влажности и переходом ее через максимальную гигроскопичность различные группы почвенных бактерий из покоящегося состояния переходят в активное и начинают образовывать бактериальные пленки типа микроколоний. При дальнейшем увеличении влажности почвы вплоть до 60 % от общей влагоем-кости почвы, активность микробиологических процессов все более возрастает, пока не достигает своего максимума. При дальнейшем подъеме влажности вновь начинается постепенная инактивация многих микробиологических процессов, связанная уже с недостатком кислорода (Карякина А. А., 1983).
Сильное увлажнение приводит к вытеснению воздуха из почвы, что подавляет аэробные микробиологические процессы. Так как различные процессы минерализации органического вещества наиболее интенсивно происходят в аэробных условиях, то избыточная влажность или же слежалость почвы создает для них неблагоприятные условия. По данным Е. Н. Мишустина (1972), нитрификация и аммонификация лучше всего идут при влажности почвы 60 % от полной влагоемкости. Оптимум азотфиксации несколько сдвинут в сторону более высокой влажности, что объясняется связыванием молекулярного азота многими бактериями, склонными к анаэробиозу.
В исследованиях А. А. Карякиной (1983) выявлена прямая зависимость между влажностью почвы и численностью аммонифицирующих и спорооб-разующих бактерий. Плесневым грибам и актиномицетам благоприятствует относительно сухая почва. В периоды общего спада в развитии бактериального микронаселения в почве обнаруживали высокое содержание нитратов, обусловленные в значительной мере отсутствием их потребления микрофлорой и высшими растениями.
Влияние температурного фактора на продуктивность почвенных микроорганизмов выявлено менее определенно. По данным ряда исследователей, температура почвы не оказывает влияние на численность бактерий, то есть не является ограничивающим фактором, так как пределы выносливости микроорганизмов по отношению к температуре весьма широки. Однако, в большинстве работ (Звягинцев Д. Г., 1986; 1999), ограничивающее влияние температуры на микробиологические процессы связано с конкретными интервалами температур. Так низкая положительная (менее 20 С) и высокая температура (более 30 С) угнетают азотфиксацию (Трепачев Е. П., 1999). В определенные промежутки времени численность бактериальных клеток коррелирует с температурным фактором прямо пропорциональной зависимостью. С повышением у культур температурного режима на 10 С их биохимическая активность примерно удваивается. В зоне подзолистых почв при температуре выше +7 С численность бактерий меньше зависит от температурного фактора, чем при низких его значениях. При температуре около +5...+8 С в почве практически перестает накапливаться С02, то есть приостанавливаются процессы распада органических соединений. Ниже +5 С практически приостанавливается процесс нитрификации. Существенное влияние температуры почвы на почвенное микронаселение обусловлено действием географического фактора (Мишустин Е. Н., 1968). До некоторой степени на температурный режим в почве влияет способность поглощать тепловые лучи, теплоизлучение, экспозиция, характер растительности и т.д. Поэтому в одних и тех же климатических условиях разные почвы несколько отличаются по своим тепловым свойствам. В течение небольших отрезков времени при неизменных значениях влажности почвы роль лимитирующего фактора отводится температуре, а при постоянных значениях температуры -влажности. Эти данные подтверждены и Е. П. Трепачевым (1999), который, обобщая многолетние исследования, сделал заключение, что при оптимальной для процесса азотфиксации влажности решающую роль приобретает температура.
Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы
Хорошо известно, что яровая пшеница - наиболее требовательная зерновая культура к условиям питания и плодородию почв. Применение минеральных удобрений в условиях Нечерноземной зоны РФ является одним из наиболее значимых средств, оказывающих влияние на увеличение продуктивности яровой пшеницы (Ненайденко Г. Н., 1984; Макарова В. М., 1995). С помощью применения минеральных удобрений можно управлять ростом и развитием растений, а, следовательно, получать более высокие урожаи (Новоселов С. И., Алметов Н. С, 1996). Путем воздействия на биохимические процессы можно влиять на накопление белков в зерне (Толстоусов В. П., 1974; Лекомцев П. В., 2002; Лекомцев П. В. и др., 2002;)
Теоретические основы системы удобрения яровой пшеницы разработаны Д. Н. Прянишниковым (1963), А. В. Петербургским (1967), В. Д. Паннико-вым и В. Г. Минеевым (1987), Б. А. Ягодиным (1981; 1989).
Сокращение применения минеральных удобрений вызывает настоятельную необходимость поиска наиболее эффективных способов их использования. Существенное влияние на эффективность применения удобрений и качество продукции оказывает обеспеченность почв питательными веществами в доступных формах, погодные условия в период вегетации, предшественники и реакция почвенной среды.
Изменение условий минерального питания затрагивает самые разные стороны метаболизма субклеточных структур растений. Реакция растения на характер минерального питания выражается в специфических процессах, протекающих в ядрах, пластидах, митохондриях и рибосомах. Условия минерального питания определяют характер накопления белков, нуклеиновых кислот, азота, фосфора и других элементов. Исключение отдельных элементов из питательной среды ведет, прежде всего, к нарушению структуры хлоро-пластов. При оптимальных условиях минерального питания проявляется прямая связь между фотохимической активностью хлоропластов и ассимиляцией углекислого газа листьями растений (Соколов О. А., 1980).
По мнению ряда авторов, на дерново-подзолистых почвах при формировании урожая яровой пшеницы азот является основным лимитирующим элементом (Артюшин А. М., 1967; Сапожников Н. А., Корнилов М. Ф., 1977).
Высокая эффективность азотных удобрений в Нечерноземной зоне обусловлена низкой естественной продуктивностью и биологической активностью дерново-подзолистых почв, низкими валовыми запасами азота почвы а также тем, что основная масса азота входит в состав недоступных и малодоступных для растений соединений (Тюрин И. В., 1965; Петербургский А. В., 1973; Лебедева Л. А., 1991; Новоселов С. И., 1998; Завалин А. А. и др., 2000).
Несбалансированность азотного питания может привести к снижению урожая и качества зерна (Ненайденко Г. Н., 1984). Азотные удобрения, внесенные в повышенных дозах, практически всегда увеличивают урожайность, содержание белка и сырой клейковины и улучшают технологические и хлебопекарные качества зерна пшеницы (Воллейдт Л. П. и др., 1973; Захаров А.А., 1974; Коданев И. М., 1974; 1976; Беркутова Н.С., 1991). Их эффективность повышается при комплексном использовании с фосфорно-калийными удобрениями. При дальнейшем увеличении доз азота урожай не увеличивается, но содержание белка в зерне повышается, что объясняется торможением роста растений и повышением концентрации азота в вегетативных органах растения (Павлов А. Н., 1982; 1984).
Увеличение урожая под действием азотных удобрений повышается за счет увеличения количества продуктивных стеблей, числа колосков и их озерненности, увеличения массы 1 000 семян (Волкова В. Ф., 1974).
Изучая физиолого-биохимические аспекты азотного питания растений, О. А. Соколов (2001) делает вывод, что азоту удобрений принадлежит ведущая роль в определении характера физиолого-биохимических процессов, протекающих в вегетативных и репродуктивных органах растений. Особенно важна роль азота в формировании эндогенного пула азотсодержащих компонентов различной сложности, состоящего из предшественников и продуктов их биохимической трансформации, уровень содержания которых во многом определяет качество урожая возделываемых культур.
При оптимальном азотном питании у растений происходит усиление синтеза белковых веществ, увеличивается продолжительность жизнедеятельности (Аникст Д. М., 1980). Анализируя отзывчивость разных сортов яровой пшеницы, Пасынкова Е. Н. (1997; 1999) делает заключение, что при возделывании яровой пшеницы по пласту клевера азотные удобрения обеспечивали существенное повышение урожайности всех изучаемых сортов яровой пшеницы.
При наличии оптимального азотного питания растения интенсивно развиваются, при этом происходит усиленное формирование листового аппарата и репродуктивных органов. Увеличение доз азотных удобрений повышает массу 1 000 зерен, натуру и стекловидность зерна. Возрастающие уровни азотного питания повышают также содержание сырого белка и клейковины в зерне яровой пшеницы (Пасынкова Е. Н., 1999).
В. Г. Сычев и др. (2004; 2005) отмечают, что эффективность азотных удобрений во многом зависит от засоренности посевов сорными растениями и пораженности растений болезням. Авторы рекомендуют на окультуренной дерново-подзолистой почве при возделывании яровой пшеницы применять минеральные удобрения в дозе Нз0РбоКбо, гербицид «Ковбой» в количестве 160 г/га в фазе кущения и фунгицид «Альто» в дозе 150 г/га в конце кущения - начале выхода в трубку с нормой расхода водного рабочего раствора 300 л/га.
Установлено, что в условиях Поволжья оптимальной дозой удобрений является Ы60РбоКбо Эти дозы рекомендованы и исследованиями А. В. Ивой-лова (1995). Он установил, что средние дозы удобрений эффективны в различные по погодным условиям годы, как благоприятные, так и экстремаль 36 ные. Д. М. Аникст (1980) также рекомендовала на дерново-подзолистых почвах для основного внесения под яровые зерновые культуры азотные удобрения в дозе N60.
Наибольшее использование азота удобрений для всех культур отмечено при внесении средней дозы азота (Кудеяров В. Н., 1980). Рациональные дозы и сроки внесения удобрений и особенно соотношение между N, Р и К в удобрении с учетом потребности яровой пшеницы для определенных зон позволяют получить высокий урожай зерна с повышенным содержанием белка, клейковины и с высоким их качеством (Покровская Н. Ф., 1972).
Результаты исследований ряда авторов показали, что азот поздних подкормок используется растением, главным образом, на синтез белков в зерне. Применение метода меченых атомов позволило установить, что если азот вносят в один срок, в начале роста, растения в большей степени используют азот удобрений, а к концу вегетации - азот почвы (Кореньков Д. А., 1976; Смирнов П. М., 1977). Путь поступления экзогенного азота после цветения направлен к месту активного синтеза - в развивающееся зерно. В это же время интенсивно используется на синтез белка в зерне и азот, ранее накопленный в вегетативных органах до фазы формирования зерна.
В засушливые и сухие годы азотные удобрения обеспечивают сравнительно низкие прибавки зерна, но улучшают его качество (Павлов А. Н., 1980; 1984; Минеев В. Г., Павлов А. Н., 1981; Ивойлов А. В., 1995). Известно, что максимальное содержание сырого белка и клейковины достигается при преобладании или одинаковом соотношении азота над фосфором и значительном преобладании азота и фосфора над калием (Ниловская Н. Т. и др., 1982; Завалин А. А., 1994; Павлов А. Н., 1984).
Исследованиями Н. Т. Ниловской, И. Н. Арбузовой, (1982) установлено, что величина урожая в тех или иных условиях выращивания определяются не столько соотношением элементов питания в удобрении, сколько общим уровнем питания.
Почвенный покров региона и почва опытного участка
Почвенный покров республики Марий Эл представлен достаточно бедными по природе почвами, наиболее распространенными являются дерново-подзолистые почвы различного гранулометрического состава (Смирнов В.Н., 1968). Они занимают 552,2 тыс. га из 632, 2 тыс. га пашни, или 88,6 %. Серые и светло-серые лесные почвы занимают только 2,3 % (Шорин В.М., 1990). В зависимости от гранулометрического состава преобладают суглинистые почвы. Песчаные и супесчаные почвы занимают только 87,5 тыс. га, или 13,9 % пашни. Тяжелосуглинистые почвы занимают 64 тыс. га или 19,4 %, средне-суглинистые - 352,8 тыс. га или 56,6 %, а легкосуглинистые - 117,3 (18,8 %) тыс. га. Преобладающими являются дерново-подзолистые среднесуглини-стые малогумусные почвы.
Почвенный покров опытного участка представлен малогумусной дер-ново-среднеподзолистой среднесуглинистой почвой на опесчаненом бескарбонатном покровном среднем суглинке (Денисова Е. А., 2001).
Почвенный профиль резко дифференцирован на генетические горизонты. Верхние горизонты почвы обеднены илистой фракцией и содержат значительное количество крупной и средней пыли, опесчанены, малосвязны и бесструктурны. Нижние горизонты, наоборот, уплотнены, связны и трудно проницаемы для воздуха и воды. При выпадении осадков почва быстро заплывает и уплотняется, затрудняется воздухообмен и ослабляются микробиологические процессы (табл. 2). Исследования выполнены на кафедре агрохимии и земледелия Марийского государственного университета. Микрополевые, вегетационные и лабораторные исследования проводили на дерново-подзолистой среднесугли-нистой малогумусной почве. Модельный лабораторный опыт В модельных лабораторных опытах изучали влияние почвенных условий на микробоценоз, нитрифицирующую и аммонифицирующую способность почвы. В модельном опыте № 1 целью исследований являлось установление оптимальных условий для развития почвенных микроорганизмов. Изучаемые факторы: 1. температура почвы: -10; -5; 0; +15; +25; +35; +45 С ; 2. влажность почвы: 0; 5; 10; 15; 20; 25; 30 % к абс. сухой почве; 3. плотность почвы: 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 2 г/см . 4. органическое удобрение (навоз КРС) из расчета: 0; 40; 80; 120; 160; 200; 240 т/га. В качестве органического удобрения использовался навоз КРС с содержанием N - 0,45 %; Р205 - 0,21 %; К20 - 0,50 %.
В модельном опыте № 2 изучалось влияние реакции среды на нитрифицирующую и аммонифицирующую способность почвы. Дозы извести вносили из расчета: 0; 2,6 (0,5 Нг); 5,2 (1 Нг); 7,8 (1,5 Нг); 10,4 (2,0 Нг) т/га. В опыте использовалась известь второго сорта с содержанием СаС03 86 %. Фактически дозы навоза и извести были пересчитаны на 50 г сухой почвы. Повторность опытов - 4-6 кратная.
Для проведения исследований использовали дерново-подзолистую, среднесуглинистую малогумусную почву стационарного опыта кафедры. Минеральный азот (нитратный + аммонийный) определяли после двух недельного компостирования. Нитратный азот определяли потенциометриче-ским методом с использованием ионо-селективного электрода, а аммонийный - колориметрическим с реактивом Несслера.
Учет численности микроорганизмов проводили путем посева различных разведений на агаризованные питательные среды. Аммонифицирующие бактерии, использующие органические формы азота, учитывали на мясопеп-тонном агаре; нитрифицирующие бактерии - на агаризованной среде Скер-мана; целлюлозоразлагающие бактерии - на среде Гатчинсона с целлюлозным порошком; азотобактер - методом обрастания комочков почвы на среде Эшби (Сэги И., 1983; Методические рекомендации по оценке токсического действия пестицидов на микрофлору почвы, 1981; Некоторые новые методы количественного учета микроорганизмов и изучение их свойств, 1987).
Нитрифицирующую и аммонифицирующую способность почвы определяли после двухнедельного компостирования (Методические указания по определению нитрификационной способности почв, 1984; Александрова Л. Н., Найденова О. А., 1976).
Для моделирования почвенных условий почву уплотняли ручным прессом до расчетных значений. Необходимую влажность создавали высушиванием или увлажнением почвы. Высушивание почвы проводили в сушильном шкафу. Для получения различной влажности приливали к образцам почвы расчетное количество дистиллированной воды. Влияние температуры изучали путем помещения образцов в холодильные шкафы и термостаты, установленные на заданную температуру.
Влияние почвенных условий на аммонифицирующую и нитрифицирующую способность почвы
Содержание минерального азота в корнеобитаемом слое почвы, по мнению ряда исследователей (Гамзиков Г. П., 1981; Гамзиков Г. П., Кулагина М. Н., 1992) в значительной мере определяет условия азотного питания растений пшеницы на протяжении всего вегетационного периода.
На содержание минерального азота большое влияние оказывают нитрифицирующая и аммонифицирующая способность почвы. В зависимости от температуры, влажности, плотности, содержания органического вещества эти процессы идут по-разному. Установление оптимальных условий для их протекания и факторов, позволяющих регулировать данные процессы, является важной научной задачей, так как от этого зависят условия азотного питания, количество и эффективность применяемых удобрений, величина и качество урожая.
При отрицательных температурах (-10-5 С) содержание нитратного азота было невысоким и не превышало 4,39 мг/100 г, что объясняется пассивностью нитрифицирующих микроорганизмов. В этих же вариантах содержание аммонийного азота не превышало 1,6 мг/ЮОг (табл. 7, прил. 21-23).
С повышением температуры до 15-35С увеличивалось содержания нитратного азота, а аммонийного - снижалось. Максимальное содержание нитратного азота наблюдалось при температуре 15 С и составляло 7,44 мг/ЮОг. При данной температуре нитрифицирующая способность почвы была 3,19 мг/ЮОг.
При температуре 45 С, с уменьшением численности микроорганизмов всех изучаемых групп, наблюдалось резкое увеличение содержания аммонийного азота. Очевидно, это объясняется их гибелью и высвобождением азота в аммонийной форме. Таблица 7
Исследования показали, что процесс нитрификации в почве начинается уже при влажности 5 % (15 % ПВ). При дальнейшем увеличении влаги в почве содержание N-NO3" увеличивается, достигая максимума при влажности 20-25 % (60-75 % ПВ), (табл. 8, прил. 24-26).
При этом содержание аммонийного азота снижалось. Дальнейшее увеличение влажности почвы до 30 % (91 % ПВ) приводило к торможению процесса нитрификации, что проявилось в снижении содержания нитратного и увеличении содержания аммонийного азота.
Зависимости содержания нитратного, аммонийного и минерального азота от влажности носили криволинейный характер и описывались уравнением второго порядка (рис. 24-26). Таблица 8
Наибольшее содержание нитратного азота 6,35 мг/100 г было при плотности 1,1 г/см , а наименьшее - 3,21 мг/100 г при плотности 2,0 г/см . Нитрифицирующая способность почвы снижалась аналогичным образом. Влияние уплотнения приводило к увеличению содержания аммонийного азота и аммонифицирующей способности почвы. Так при плотности 1,1 г/см3 содержание аммонийного азота составляло 0,71 мг/100 г, а при плотности 2,0 г/см3 -1,38 мг/100 г.
Обобщая проведенные исследования, можно сделать вывод, что наилучшими условиями для развития микроорганизмов и накопления нитратного азота в почве были температура: + 15 С; влажность почвы 20-25 %; плот-ность почвы 1,1 г/см .
Содержание нитратного азота в почве коррелировало с численностью нитрифицирующих бактерий. Между этими показателями установлена сильная корреляционная связь. Эти зависимости носили прямолинейный характер в опытах с влажностью (коэффициент корреляции 0,88), и плотностью (коэффициент корреляции 0,92). В этих опытах с увеличением численности нитрифицирующих бактерий содержание нитратного азота увеличилось (табл. 10).
Исходя из полученных данных, следует вывод, что содержание нитратного азота в большей степени коррелировало с численностью нитрификато-ров, что подтверждается опытами по влажности и плотности. Об этом свидетельствуют высокие коэффициенты корреляции 0,88-0,92. Высокое значе 84 ние коэффициента корреляции содержания нитратного азота от численности других групп микроорганизмов (актиномицетов, целлюлозоразлагающих бактерий, азотобактера) доказывают определенное участие всех изучаемых групп микроорганизмов в азотном цикле (табл. 10).
С увеличением численности нитрифицирующих бактерий, содержание аммонийного азота уменьшалось. Содержание минерального азота в большей степени коррелировало с численностью нитрификаторов, что подтверждается опытами с влажностью, плотностью, температурой (табл. 12).
Выявлены зависимости содержания минерального азота и от других групп микроорганизмов (табл. 12). Исследованиями Е. Н. Мишустина (1982), Д. А. Коренькова (1985), И. А. Шильникова (1987) и др. установлено, что известкование оказывает многостороннее действие на свойства почвы, создает благоприятную среду для роста растений и жизнедеятельности полезных микроорганизмов. На известкованных почвах повышается жизнедеятельность свободноживущих азотфиксаторов и клубеньковых бактерий, повышается обогащение почвы азотом за счет азота воздуха. При известковании активизируется деятельность нитрификаторов, усиливаются процессы минерализации органических соединений, в результате чего улучшается азотное питание растений.
В тоже время многочисленными исследованиями установлено, что эффективность известкования в значительной степени определяется почвенно-климатическими условиями, агротехникой возделываемых культур и другими факторами (Шильников И. А., 1981; Шорин В. М. и др. 1990, и др.).
НСРоз 0,14 0,12 ОД 0,13 Влияние извести на нитрифицирующую и аммонифицирующую способность было различным. С увеличением дозы извести величина рН возрастала с 5,4 до 7,0; при этом нитрифицирующая способность почвы увеличивалась с 0,1 до 1,0 мг/100 г, а аммонифицирующая - снижалась. Однако это снижение следует оценивать как результат двух процессов: аммонификации и нитрификации. Преобладающим в данных условиях являлся процесс нитрификации. Учитывая то, что с увеличением почвенной кислотности общее содержание минерального азота возрастало, можно сделать заключение, что и содержание аммонийного азота увеличивалось, но он тут же переходил в нитратный азот.
В целом, после двухнедельного компостирования суммарная нитрифицирующая и аммонифицирующая способность почвы увеличилась с 0,37 до 0,67 мг/100 г, что увеличивало содержание минерального азота в почве.
