Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 . Биологические показатели почвы и факторы, на нее влияющие 10
1.1. Почвенный биотический комплекс и биологическая активность... 10
1.2. Влияние внешних условий на биологические процессы, протекающие в почве 17
1.3. Влияние растений на микробиоценоз почв 21
ГЛАВА2 . Биологическая активность почв агроландшафтов и антропогенное влияние 24
2.1. Влияние механической обработки на биологическую активность почв 24
2.2. Удобрения и биологическая активность почв 33
2.2.1 Влияние минеральных удобрений на биологическую активность почв 33
2.2.2 Влияние органических удобрений на биологическую активность почв 39
2.3. Влияние известкования на биологическую активность почв 44
Экспериментальная часть 49
ГЛАВА 3. Материалы и методы 49
3.1. Объекты исследования 49
3.2 Типы антропогенных воздействии 49
3.2.1 Системы удобрений 49
3.2.2 Основная обработка почвы 50
3.2.3 Известкование 51
3.3 Учет количества микроорганизмов в почве 51
3.4 Определение общей микробной биомассы в почве 52
3.5 Определение потенциальной респираторной активности 54
3.6 Определение активности азотофиксации 55
3.7 Ферментативная активность почв 55
3.7.1 Дсгидрогеназная активность 55
3.7.2 Фосфатазная активность 56
3.7.3 Целлюлазная активность 56
3.8 Определение качественного состава органических кислот в почве. 57
3.9 Оценка качества зеленой массы кукурузы 58
3.10 Статистическая обработка результатов 59
Результаты исследований и их обсуждение 60
ГЛАВА 4. Влияние различных систем удобрений на биологическую активность тяжело суглинистого выщелоченного чернозема рт 62
4.1 Влияние различных систем удобрений на количественные характеристики биоценоза изучаемой почвы 63
4.2 Биологическая активность выщелоченного чернозема на третий год после внесения различных систем удобрений 66
4.3 Оценка силосуемостн зеленой массы кукурузы 73
4.4 Обсуждение результатов по оценке влияния различных систем удобрений на биологические показатели выщелоченного чернозема РТ 77
ГЛАВА 5 . Влияние разных способов основной обработки почвы на биологическую активность тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема рт 86
5.1 Различные типы основной обработки и количественные характеристики биоценоза изучаемых почв 86
5.2 Влияние различных способов основной обработки на ферментативные активности и дыхание 91
5.3 Оценка силосуемостн зеленой массы кукурузы, выращенной на почве с различной основной обработкой 99
5.4 Обсуждение результатов по изучению влияния различных способов основной обработки почвы на биологические показатели выщелоченного чернозема 102
ГЛАВА 6 Последействие известкования на биологические свойства изучаемой почвы 104
6.1 Последействие известкования на количественные характеристики биоценоза почвы 104
6.2 Биологическая активность выщелоченного чернозема на третий год после известкования 107
6.3 Оценка силосуемостн зеленой массы кукурузы 113
6.4 Обсуждение результатов по оценке последействия известкования на биологические показатели выщелоченного чернозема РТ 116
Заключение 120
Выводы 126
Литература 127
Приложение 152
- Влияние внешних условий на биологические процессы, протекающие в почве
- Влияние минеральных удобрений на биологическую активность почв
- Биологическая активность выщелоченного чернозема на третий год после внесения различных систем удобрений
- Влияние различных способов основной обработки на ферментативные активности и дыхание
Введение к работе
В современных экономических условиях, для устойчивого развития сельскохозяйственного производства необходимо эффективное использование пахотных земель, сохранение плодородия почв, сбалансированное использование почвенно-климатических ресурсов и биологических факторов интенсификации растениеводства.
Вовлечение почвенного покрова в сельскохозяйственное использование при непрерывной интенсификации сельскохозяйственного производства оказьюает большое влияние на свойства практически всех типов почв, изменяя их химический состав, физическую структуру, содержание и качественный состав гумуса. Этим обусловлены значительные нарушения в функционировании почвы как природного тела, в формировании и активности ее живой фазы, в первую очередь микрофлоры, поскольку микроорганизмы являются исключительно чуткими реагентами на изменения, происходящие в окружающей среде. Микробиологические процессы являются основой круговорота веществ и энергии в природе, в результате, которого рождается и сама почва и ее плодородие. Поэтому обращение к изучению почвенной микрофлоры и мониторинг изменений в этой важнейшей части почвенного покрова при его сельскохозяйственном использовании является в высшей степени актуальным и практически значимым [Паринкина, Клюева, 1995].
При выборе технологии обработки почв, агромелиоративных мероприятий необходимо помнить, что функционирование и реакция почвенных биоценозов на антропогенное вмешательство имеет как общие закономерности для всех типов почв, так и типовые особенности. Именно поэтому для каждого типа почв и определенных географических условий необходимо проведение отдельных, специальных исследований с целью установления эффективности применяемых систем удобрений и определения доз их внесения, приемов и сочетания основной и дополнительной обработки почвы, создание оптимальных севооборотов.
Несомненный интерес с точки зрения прогнозирования состояния агроэкоценозов, сохранения плодородия представляет оценка продолжительности действия различных мелиоративных и агрохимических приемов обработки на биологическую активность почвы в течение нескольких лет.
Цель настоящей работы - анализ состояния и биологической активности микробиоценоза тяжелосуглинистого выщелоченного-чернозема юго-западного
і РОС. НАЦИОНАЛЬНА»
Предволжья Республики Татарстан при {испоф||0д^ф|їі9азличньіх приемов
1 с
3 \ 99
гх№М
почвенной обработки (основная обработка, внесение удобрений, известкование) на третий год севооборота.
В задачи исследования входило:
1. Оценить последействие (на третий год после внесения) органических,
органоминеральных, минеральных систем удобрений на микробиологические
показатели изучаемой почвы;
2. Определить ряд показателей биологической активности почвы -
респираторную и азотфиксирующую активность, а также активность почвенных
ферментов дегидрогеназ, целлюлаз и фосфатаз, - при использовании различных
систем удобрений через три года после внесения основной дозы удобрений;
-
Оценить влияние различных типов механической обработки (отвальная вспашка, безотвальное рыхление, ярусная вспашка, чизельная обработка) на микробиологические показатели изучаемой почвы;
-
Изучить влияние различных способов основной обработки почвы на уровень респираторной и азотфиксирующей активности, активности почвенных дегидрогеназ и фосфатазы, и распределение этих активностей по профилю почвы;
-
Оценить последействие (через три года после внесения) известкования на микробиологические показатели и биологическую активность изучаемой почвы.
Новизна
Впервые проведен комплексный микробиологический и биохимический мониторинг состояния тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема юго-западного Предволжья республики Татарстан, отличающегося от аналогичных почв других зон сравнительно низким содержанием подвижных фосфатов, калия, гидролизуемых форм азота, более низким рН почвенной среды.
Впервые сделана попытка оценить влияние и эффект последствия различных типов антропогенного воздействия (механическая и химическая обработка) на биологическую активность изучаемой почвы.
В результате комплексного исследования тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема получены результаты, демонстрирующие благоприятное влияние смешенных удобрений на активацию процессов дыхания, азотофиксации и активности фосфатазы. Впервые выявлен доза зависимый эффект последействия высоких доз органических и органоминеральных удобрений на изучаемые показатели биологической активности.
Впервые проведен микробиологический мониторинг последействия минимальных обработок, приближенных к современной системе «No-till»
технологий. Показана предпочтительность использования на тяжелосуглинистых выщелоченных черноземах Татарстана ярусной и чизельной обработок почвы.
Впервые оценено последействие высоких доз известкования на биологическую активность изучаемого типа почв.
Практическая значимость
Результаты, проведенных исследований могут быть использованы для биологического мониторинга состояния почв сельскохозяйственного назначения.
Кроме того, выявленные особенности могут быть использованы для создания алгоритма экологически безопасных систем агротехники для получения высоких урожаев на тяжелосуглинистых выщелоченных черноземах юго-западного Предволжья Республики Татарстан, на основе полученных данных.
Предложен более глубокий анализ органических кислот почвенных образцов, как дополнительный показатель биологической активности почвенных процессов.
Впервые дана оценка различных типов антропогенного влияния на микробиоценоз филосферы кукурузы, в том числе молочнокислых бактерий, что является важным показателем качества консервируемого растительного сырья, используемого в животноводстве.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научно-практической конференции «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» КГУ (г.Казань 2004г); на 8-ой Путинской школе-конференции молодых ученных " Биология- наука XXI века (г.Пущино, 2004г), на XIII международной научной конференции "Ферменты микроорганизмов: структура, функции, применение"(г.Казань, 2005), на 9-ой Пущинской школе-конференции молодых ученных " Биология- наука XXI века (г.Пущино,2005г.), на Международной научно-практической конференции по развитию сотрудничества между Республикой Татарстан и Германией в рамках Президентской программы «Дни Германии в Татарстане и перспективы развития экологического сельского хозяйства и природопользования в республике Татарстан», (г Казань, 2004).
Публикации. По материалом диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах, состоит из обзора литературы, описания материалов и методов исследования, раздела собственных исследований, обсуждения результатов, заключения, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 21 рисунком и 30
Влияние внешних условий на биологические процессы, протекающие в почве
Экологические факторы играют важную роль в почвенном метаболизме и формировании плодородия почв. Направленность и интенсивность микробиологических процессов, протекающих в почве, определяется, прежде всего, химическими и физико-механическими свойствами почвы: содержанием органического вещества, гранулометрическим составом, степенью насыщенности основаниями, кислотностью (рН), ее природой и составом катионов почвенного поглощающего комплекса [Галстян, 1968]. По мнению Ф.Х. Хазиева [Хазиев, 1972; Хазиев, 1982; Хазиев, 1976] основными экологическими факторами, регулирующими деятельность микроорганизмов, равно как и активность почвенных ферментов, являются влажность, температура, рН, присутствующие в среде различные соединения, играющие роль активаторов и ингибиторов биохимических реакций. Рассмотрим подробнее наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на микробиологические свойства почвы и определяющие ее продуктивность. Важным фактором, определяющим микробиологические свойства почвы, является гранулометрический состав. Исследованиями установлено, что почвы тяжелого гранулометрического состава в пределах одно типа обладают более высокой биологической активностью, чем почвы легкого гранулометрического состава. Это объясняется, прежде всего, тем, что основная часть гумуса и метаболически активной микрофлоры, с количеством которых коррелирует как ферментативная, так и биологическая активность почвы в целом, содержится в мелкопылеватых и иловатых частицах твердой фазы почвы. Кроме того, гранулометрическим составом определяется и сорбционная емкость почвы. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, тем больше адсорбируются в ней микроорганизмов и выделяемых ими и растениями ферментов [Галстян, 1968; Галстян, 1974; Величко с сотр., 1966, Hoffman et.al., 1965]. Т.В. Аристовская [Аристовская, 1965] исследуя микробиологическое состояние подзолистых почв показала, что наиболее жесткие условия для развития микрофлоры складываются в песчаных подзолах и поверхностно подзолистых почвах, в то время как в дерново-подзолистых почвах более тяжелого суглинистого гранулометрического состава условия относительно более благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов. Таким образом, гранулометрический состав почвы является одним из почвенно-экологичсскнх параметров, контролирующих активность почвенной бпоты.
К наиболее важным факторам, регулирующим почвенные процессы, относятся температура и влажность. Режимы температуры и влажности функционально связаны со многими физическими и химическими свойствами почв и определяют функционирование всех звеньев процесса формирования и динамики биологической активности почвы [Eyre, 1963].
Температура может быть оптимальной, т.е наиболее благоприятной для развития, а также максимальной, когда подавляются жизненные процессы, и минимальной, ведущей к замедлению и прекращению роста. Зоны роста для разных групп микроорганизмов колеблются в довольно широком диапазоне [Никулин, 1999, Имшенецкий, 1953; Жукова, 1962; Никитина, 1972; Starrier, 1947; Went Et.al., 1966]. Так, А.И. Чундерова с соавт. [1974] показали, что суммарная азотфиксирующая активность почвы (дерново-подзолистой) находится и прямой достоверной зависимости с численностью свободноживущнх микроорганизмов, которая изменяется под влиянием температуры, влажность влияет меньше. Е.А. Симоновой (1997) установлена экспоненциальная зависимость скорости деструкции органического вещества от среднегодовых и суммы активных температур на Европейской территории России. A.M. Мамилов и др. (1999) считают, что биомасса почвенных микроорганизмов и интенсивность дыхания во многом определяются естественными колебаниями температуры.
Гидротермическим режимом определяются тонус жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, растений, активность биохимических процессов почвы, Развитие микроорганизмов в почвах возможно только при достаточной влажности почв [Никитина, 1972]. Ведущее значение влажности почвы обусловлено тем, что, во-первых, влага определяет состояние микроорганизмов и в целом почвенной биоты; во-вторых, свободная вода необходима для превращения или поддержания в активном состоянии ферментов в почве пли их субстратов [Гузев, 1986]. Кроме того, ферментативные реакции, в значительной степени, обуславливающие биологическую активность почвы, всегда протекают в водной среде, а в реакциях с участием гидролитических ферментов вода принимает непосредственное участие в самой реакции [Хазиев, 1982]. Как избыток, так и недостаток влажности негативно влияют на рост и развитие растений и микроорганизмов, отрицательно сказываются на биологической активности почвы.
Порогом критической влажности для основной части почвенного микробного населения является влажность, превышающая максимальную гигроскопическую влажность в 1,5-3,0 раза [Епикеева, 1952, Рахно, 1972], или 5-10% от полной влагоемкости [Мишустин, 1966]. Увеличение влажности до 70% полной полевой влагоемкости способствует резкому повышению азотфиксирующей, нитрифицирующей способности почвы и ее дыханию (в 1,5-2,0 раза) [Ларионова и сотр., 1993, Великанов с сотр., 1970, Худяков, 1972], Максимальная микробиологическая активность и активность сахаразы ф - фруктофураназы), протеазы, каталазы и целлюлазы отмечается при влажности почвы 60-80 % от полной влагоемкости [Спицина, 1996; Алексеев, 1999]. Дальнейшее увеличение влажности до 100% снижает биологическую активность почвы [Дульгерон, 1981].
Можно считать, что мобилизационные, агрономически желательные процессы лучше всего протекают при влажности почвы, приближающейся к 60 % ее полной влагоемкости. При таком увлажнении в почве достаточно воды и воздуха, находящихся между почвенными агрегатами. При более сильном увлажнении воздух из почвы вытесняется, что подавляет аэробные микробиологические процессы. Подобная обстановка, например, создается на залитых водой рисовых полях, где относительно аэробные условия имеются лишь в самом поверхностном слое почвы.
Для биологической активности почв существенным фактором является рН среды. Исследования, проведенные Т.В. Аристовской [Аристовская Т.В, 1965] по микрофлоре нескольких разновидностей подзолистых почв Ленинградской и Волгоградской областей, показали, что с понижением кислотности почвенного раствора общая биогсшюсть почв возрастает. Аналогичные закономерности изменения биологической активности в зависимости от кислотности подзолистых почв обнаружили А.Ш. Галетян [Галстян, 1968], Е,Н. Мишустин [Мишустин, 1966], Н.Н. Наплекова [Наплекова, 1974], Л.С. Шугалей [Шугалей, 1980]. Я.В. Пейве [Пейве, 1961] в своей работе по биохимии почв указывает на то, что повышение концентрации водородных ионов снижает активность бактерий, разлагающих органические вещества почв, а также негативно сказывается на процессах нитрификации.
Влияние минеральных удобрений на биологическую активность почв
Длительное применение различных видов удобрений в агроэкосистемах оказывает глубокое воздействие на химические, физико-химические и биологические свойства почвы, определяет степень ее плодородия и способность конкретного севооборота обеспечивать получение экологически высококачественной продукции сельскохозяйственных культур.
В настоящее время во всех странах с развитым сельским хозяйством получение основного объема продукции растениеводства (до 50 -60%) обусловлено применением минеральных удобрений - экономически наиболее выгодным и эффективным фактором повышения урожайности [Звягинцев, 1989]. Основные используемые формы минеральных удобрений - аммиачная селитра, мочевина, двойной суперфосфат, хлористый калий и др. Наиболее высокие дозы минеральных удобрений (до нескольких сотен кг/га) в СССР вносили под хлопчатник, сахарную свеклу, картофель, овощи.
В условиях интенсификации сельского хозяйства применение органических и минеральных удобрений оказывает значительное влияние на распространение и жизнедеятельность почвенных микроорганизмов [Егорова, Чимтдоржиева, 1997; Минеев, 1998].
Эффективное использование минеральных удобрений возможно только на основе комплексного подхода в непосредственной связи с биологическими процессами, происходящими в почве. Внесение минеральных удобрений интенсифицирует микробиологические процессы в почвах, улучшает развитие растений, повышает их устойчивость к болезням. Кроме того, применение удобрений значительно увеличивает бионаселение почвы, среди которого присутствуют антагонисты [Ширская с соав., 1996; Ладони, 1999].
Однако, использование высоких доз удобрений, а также их длительное применение может вызвать токсикоз почв в агробиоценозах, минерализацию гумуса, потерю азота в ходе нитрификации и деннтрифнкацни, накопление нитратов в почве и грунтовых водах, вызывающих заболевания человека и животных [Лемму, 1996].
Повышение дозы азотных удобрений может послужить фактором, способствующим распространению болезней растений. Под влиянием азотных удобрений происходит существенное изменение процентного содержания токсичных форм грибов. Так, в дерново-подзолистых почвах резко увеличивается при внесении минерального азота встречаемость токсинообразующего гриба Penicillium funiculosum, намного чаще обнаруживаются фитотоксичные штаммы P.janthineUum, P.martensii, а на известкованных вариантах встречаемость токсичных штаммов этих грибов уменьшается в 10 раз по сравнению с контролем [Звягинцев, 1989]. В штате Оригон отмечено, что внесение минеральных удобрений улучшало физиологическое состояние растений, но вместе с тем наблюдалось увеличение пораженностн корневой гнилью гвоздик и пшеницы [Соколов с соав., 1998]. Результаты опытов показали, что азотные и фосфорные удобрения используются патогеном S.sclerotiorum и Helmintosporium sativum как элемент питания [Дурынина, Великанова, 1988]. Некоторые исследователи отмечают, что повышенные дозы азотных удобрений усиливают рост и развитие патогенных грибов p. Fusarium, и увеличивают их агрессивность в отношении растений, поэтому необходимо сбалансированное внесение удобрений с учетом баланса С и N в почве для борьбы с фузариозом [Минеев, 1999; Храмцов, Безвиконный, 1998; Лемму, 1996].
Характер действия минеральных удобрений на численность микроорганизмов определяется рядом экологических факторов: влажностью, температурой [Минеев, 1999; Захаренко, 1999]. При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, а вследствие этого увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов [Мишустин и Емцев, 1987, Емцев и Мишустин., 1993]. Известно, что при внесении повышенных доз минеральных удобрений изменяется структура микробиоценозов [Патыков, 1993; Полянская с соавт., 1994; Наумов с соавт., 1997]. Длительное применение в севообороте высоких доз минеральных удобрений оказывает существенное влияние на биологическую активность почв - повышает численность грибов и актиномицетов. Увеличение численности указанных выше микроорганизмов приводит к усилению токсических свойств почв, поскольку многие представители этих микроорганизмов являются активным продуцентами фитотоксических веществ. Кроме того, внесение высоких доз удобрений не обеспечивает получение более высоких и достоверных прибавок урожая по сравнению с умеренными дозами [Чеботарь, 1985]. В частности, в исследованиях Н.С. Авдонина и Л. А. Лебедевой [1970] показано, что длительное применение азотных и калийных удобрений приводит на дерново-подзолистых почвах к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Двойственная природа действия минеральных удобрений в том, что, снабжая растения питательными веществами, удобрения обеспечивают повышение урожая и, ухудшая свойства почвы, "скрыто" понижая его. Поэтому в первый год их применения наблюдается значительная прибавка урожая, при повторных внесениях эффект от них снижается, затем они могут оказывать даже отрицательное действие. Это явление называется скрытым негативным действием удобрений [Звягинцев, 1989].
Исследование влияния удобрений (N120, Р120, К12о) на черноземах показало, что происходил сдвиг в микробиоценозе — снижалась численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов, в сообществе которых преобладали сапротрофные грибы PeniciIlium, Trichoderma, Fusarium и актиномицеты. При однократном внесении высоких доз минеральных удобрений увеличивалась численность грибов, нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий. При этом в составе микробного пейзажа доминировали грибы, спороносные бактерии и снижалась численность неспороносных бактерии. Последнее объяснялось увеличением концентрации почвенного раствора, особенно нитратного азота. Методом почвенной накопительной культуры определили что, N и К сокращают разнообразие экониш [Лемму, 1996].
В ряде случаев внесение минеральных удобрений вызывало некоторое снижение численности актиномицетов и бактерий и увеличение грибного населения, что может быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесения физиологически кислых солей: актиномицеты плохо переносят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в более кислой среде [Емцев, Мишустин, 1993, Звягинцев, 1989]. Причем в этих условиях происходит снижение разнообразия почвенных грибов и сохраняются преимущественно виды, обладающие активным метаболизмом и способностью выделять токсические вещества. Например, при длительном внесении азотных и азотно-калийных удобрений в бедные дерново-подзолистые почвы происходит развитие PeniciUium fimiculosum, P.purpurogenum и т.д. С развитием этих фитотоксичных грибов, вероятно, связано явление токсикоза почв, проявляющееся в снижении прорастания семян и интенсивности развития растений. Токсины этих грибов могут действовать и на почвенных беспозвоночных как токсины животных [Марфешша, 1991].
Биологическая активность выщелоченного чернозема на третий год после внесения различных систем удобрений
Одним из основных показателей биохимической деятельности биоценоза почв является его способность к процессу дыхания. В наших экспериментах изучение данного процесса проводилось, как на уровне базального, так и на уровне субстратного дыхания. Базалыюе дыхание отражает количество доступного углерода для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов и является мерой скорости оборачиваемости углерода в почве. Как правило, под влиянием удобрений дыхание почв усиливается в результате ускоренного разложения органических соединений почвы, в том числе гумуса [Емцев, Мишустин, 1999, Звягинцев, 1987].
В наших опытах, на третий год после внесения удобрений, базалыюе дыхание выщелоченного чернозема в окультуренных почвах было выше, чем в целинной в вариантах с различными дозами навоза. В вариантах с минеральными удобрениями или органо-минеральными удобрениями были близки к фоновому (целины). Для большинства вариантов опыта характерно снижение интенсивности дыхания к осени (табл.5).
Достаточно интересны данные по субстрат индуцированному дыханию. Так, весной 2003 года наибольшая активность была выявлена на участках с внесением только органических удобрении, причем явно носила дозо-завпепмый эффект, тогда как при использовании только минерального или дополнительного минерального фона к органическим удобрениям эта активность была сопоставима и даже ниже таковой почвы без внесения каких-либо удобрении (табл.5). К осени показатель данной активности в вариантах с навозом снизился, тогда как на минеральном фоне вырос на 50-150%. Существенный рост активности к концу лета был выявлен и в варианте с ежегодным внесением полного минерального удобрения. От всех вариантов по респираторной активности отличались делянки, куда три года назад была внесена солома - также как и базальное дыхание, субстрат индуцированное к осени достоверно снижалось на 15-30%. Возможно, что в отличие от всех других вариантов, именно солома оказывает длительное положительное действие на такой агрохимический параметр как доступный органический углерод в почве.
Отличительно положительный доза-эффект последействия органических удобрений в дозе 80 т/га на Vsir весной и органоминеральных удобрений в дозе 60 т/га осенью. Отрицательный доза эффект описан только для Vsir весной в дозе 40 и бОт/га (Рис.3 приложения). Важный процесс, характеризующий интенсивность протекающих микробиологических процессов в почве, -азотофиксацпя. Это один из основных процессов, способствующий плодородию почв. Исследования показали, что, как и дыхание, к началу третьего вегетационного периода активность азотфиксации в большинстве вариантов сопоставима. Исключение составили варианты «навоз 60т/га+ N]5o» и «навоз 80т/га+ Ni5o» , где активность была существенно ниже (рис.1, столбец 7, 8). Достоверно выше активность была выше в почве с внесенной три года назад соломой (рис.1, столбец 9, 10), К концу третьего вегетационного периода активность фиксации азота возрастала во всех вариантах без исключения. Причем рост активности на делянках с минеральными удобрениями (столбец 12, 13) составил почти 300% и достоверно отличался от контролен. Однако, наиболее существенно активность фиксации азота выросла в некоторых вариантах с органическими удобрениями, внесенными в 2000 году. Так, существенно выросла активность в вариантах с соломой - в 4-6 раз (столбец 10, 11 рис.1), и в ряде вариантов с внесением навоза (столбец 3, 5) и навоза и компенсирующей дозы азотного питания (столбец 7, 8) до десяти и более раз.
Отмечен положительный доза эффект последействия органических удобрений и отрицательный - органоминеральных удобрений на интенсивность азотофиксации в дозе 80т/га (Рис. 2 приложение). Очевидно, что уровень азотфиксирующеи активности в изучаемой почве не имеет прямой корреляции с вносимым минеральным фоном. Потенциальная активность азотфиксации изучаемой почвы на третий год после внесения различных систем удобрений. Что касается ферментативных активностей, то на третий год после внесения различных систем удобрений их влияние на изучаемые параметры было различным. Так, дегидрогеназная активность в этих вариантах практически не отличалась, понижаясь к периоду созревания урожая (табл.6).
Me были отмечены и различия в фосфатазной активности почв по вариантам к весне третьего года. Однако, к концу лета фосфатазная активность в большинстве образцов снижалась, тогда как в почве без удобрений показатель вырос в 1,5 раза (табл. 6), что может свидетельствовать о вовлечении в микробный метаболизм связанных форм фосфора. Именно в этом варианте определено наименьшее содержание подвижного фосфора (табл.11).
Достоверный доза зависимый эффект для фосфатазы в весенний период отмечен только для вариантов с органическими удобрениями в дозе бОт/га и выше. Перед уборкой урожая картина меняется. Отмечено достоверное отрицательное влияние доз удобрений на активность фосфатаз (Рис. 4 приложение).
Аналогичная картина отмечена для целлюлаз. Как видно из рисунка положительный доза эффект наблюдается в опытах с органическими удобрениями уже с 40т/га навоза. В опытах с органоминеральными удобрениями доза зависимого эффекта не отмечено (Рис. 5 приложение).
Для деггидрогеназы отмечен отрицательный доза эффект органоминеральных удобрений весной в дозе 80т/га и осенью в дозе 40т/га (Рис. 6 приложение). Интересен тот факт, что не смотря на выявленное увеличение показателей фосфатазной активности к концу вегетативного периода (табл.6) при всех дозах навоза, в целом наблюдалась тенденция к снижению активности при возрастании доз удобрений. Что касается дегидрогеназы, тот достоверное отрицательный доза зависимый эффект был выявлен весной при использовании органоминеральных удобрений.
Влияние различных способов основной обработки на ферментативные активности и дыхание
Традиционно микробная популяция используется как индикатор изменений состояния почвы. Однако, довольно часто сложно подсчитать почвенные организмы даже при использовании селективных сред (ошибка может составлять 0.5 log ,. Мониторинг ферментативной активности позволяет оценить состояние микробиоценоза, в том числе его потенциальные способности.
В этой серии опытов биохимическая активность почвы оценивалась и в динамике (апрель-август), и по горизонтам после сбора урожая. Дегндрогеназная активность тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема весной 2003 года в окультуренной почве превышала значения целинной почвы на 10-40%. Наибольшие показатели на опытных участках отмечены на почвах, где использовали в качестве основной обработки отвальную вспашку на фоне ОМСУ, наименьшие - при рыхлении на фоне ОМСУ (рис.3).
После сбора урожая (конец лета) уровень дегидрогеназной активности снизился в 2-3 раза во всех вариантах, что свидетельствует о снижении напряженности окислительно-восстановительных процессов в почве. При этом активность почвенных дегидрогеназ на участках отвальной вспашки и рыхления были сопоставимы с таковыми целинной почвы. Достоверно выше изучаемая активность была при ярусной обработке на обеих системах удобрений и чизельной на фоне ОМСУ
К - целинная почва, В - вспашка, Р - рыхление, Я - ярусная вспашка, Ч - чизельная обработка, 1 - на фоне ОМСУ, без индекса - на фоне МСУ. Динамика изменения дегидрогеназнои активности выщелоченного чернозема при различных способах основной обработки. Дегидрогеназная активность (мг формазана/г почвы/ сут) выщелоченного чернозема юго-западного Предволжья республики Татарстан в конце вегетационного сезона при различных способах основной обработки.
В числителе представлены данные, полученные на фоне МСУ, в знаменателе - на фоне ОМСУ. Последействие разных способов механической обработки в случае дегидрогеназпой активности по слоям было различным. Так, при чизельной и ярусной обработках выявлены наибольшие активности дегидрогеназы в верхних горизонтах, тогда как при отвальной вспашке - на глубине (табл.15). Изменение активности по профилю почвы в случае ярусной и чизельной обработки были сходны с изменениями в целинной почве - постепенное снижение с глубиной, тогда как при отвальной вспашке наибольшая активность биохимических процессов переместилась в нижний пахотный и подпахотный слои. Можно, в целом, отметить более высокие показатели дегидрогеназпой активности на фоне ОМСУ в верхних горизонтах при всех способах основной обработки почвы. В целом можно говорить об отсутствии выраженного влияния различных способов обработки на дегидрогеназную активность.
Что касается фосфатазной активности, то ее изменение в течение вегетационного сезона в различных вариантах было разнонаправленным. Весной активность достоверно превышала уровень целинной почвы на делянках отвальной вспашки с ОМСУ и рыхлении на фоне МСУ, а на делянках с ярусной и чизельной обработками на фоне МСУ была достоверно ниже контроля. К началу осени фосфатазная активность выросла в большинстве вариантов, включая необрабатываемую почву (рис.4). При этом наибольший прирост активности был выявлен на делянках ярусной и чизельной обработки на фоне МСУ - на 35-40%. Снижение отмечено в вариантах отвальной вспашки и рыхления на фоне МСУ.
Что касается изменения активности по слоям пахотного горизонта, то для фосфатазной активности (табл.16), так же как и для дегидрогеназпой, наиболее благоприятной оказалась чизельная безотносительно к использованной системе удобрений. Интересно, что именно в этом варианте содержание подвижного фосфора в почве было наибольшим по всему профилю [Отчет..., 2003]. В целом, наименьшая активность фосфатазы была выявлена в почве на фоне МСУ, особенно при отвальной вспашке.
К - целинная почва, В - вспашка, Р - рыхление, Я - ярусная вспашка, Ч - чизельная обработка, 1 - на фоне ОМСУ, без индекса - на фоне МСУ. Динамика изменения фосфатазной активности выщелоченного чернозема при различных способах основной обработки. Таблица 16 Фосфатазная активность (мг фенолфталеинфосфата/г почвы ч) выщелоченного чернозема юго-западного Предволжья республики Татарстан к концу третьего вегетационного сезона на при различных способах основной обработки является показател азотфиксации. Что касается азотфиксацип, то отмечено стимулирующее действие всех видов механической обработки почвы на эту активность. При всех способах основной обработки на фоне ОМСУ активность азотфиксации была выше практически во всех горизонтах. Наибольшая активность выявлена при чизельной и ярусной обработках
