Введение к работе
Актуальность исследований
В свете современных тенденций биологизации и экологизации отечественного сельского хозяйства в отрасль растениеводства активно внедряются различные способы модернизации технологий возделывания сельскохозяйственных культур, которые зачастую рассматривают потенциальную возможность агрохимического использования веществ, ранее не учитываемых в качестве удобрительных. Вследствие общего истощения ресурсных факторов как составляющих плодородия пашни, ее нынешнее использование без пополнения запасов биогенных элементов не может обеспечить устойчивого функционирования агроэкоси- стем и высокой урожайности культурных растений. С другой стороны, применение традиционных минеральных удобрений не всегда оправдано с экономических (низкий уровень рентабельности) и экологических (их производство и, в ряде случаев, применение сопряжено с негативным воздействием на окружающую среду; запасы агроруд близки к истощению) позиций. Поэтому изучение в качестве удобрений неклассических для агрохимии веществ актуально при решении вопросов оптимизации питания сельскохозяйственных растений и экологического состояния почвенно-биотического комплекса (ПБК) агроэкосистем.
Многочисленными исследованиями (Матыченков, 2007, 2008; Лобода, 2000, 2002; Куликова, 2003, 2008, 2011; Капранов, 2006, 2008, 2009; Ma J.F., Takahashi E., 2002 и др.) подтверждается положительное влияние нетрадиционных удобрительных веществ, в качестве которых рассматривают, в том числе, кремнийсо- держащие агроруды. Их действие изучается на отдельных культурах агрофито- ценоза, затрагивая особенности питательного режима почвы. Известно, например, что они способствуют повышению урожайности культурных растений, улучшая качество растительной продукции, обладают ростстимулирующей функцией в отношении растительного сообщества, а также приводят к увеличению содержания в почве подвижных форм азота, фосфора и калия.
В литературе, однако, редко встречаются работы, содержащие результаты комплексной оценки влияния кремнийсодержащих материалов на почвенную экосистему, включающую не только культурный фитоценоз, но и микробиоценоз, в значительной степени характеризующий экологическое состояние ПБК.
Это определило необходимость постановки опытов в строго контролируемых лабораторных и вегетационных условиях, направленных на выявление влияния кремнийсодержащего материала диатомита на биопродуктивность озимой ржи, урожайность яровой пшеницы и кукурузы, выращиваемой на зеленую массу, а также на микробиоценоз, как показатель экологического состояния почвы. Цель и задачи исследований
Основной целью исследований явилась интегральная оценка влияния различных доз диатомита на экологическое состояние фитоценоза по продуктивности культурных растений и основным характеристикам почвенно-биотического комплекса светло-серой лесной легкосуглинистой почвы.
Программа исследований предусматривала решение следующих задач:
-
изучить влияние различных доз диатомита на реализацию агробиотическо- го потенциала зерновых (яровая пшеница) и кормовых (озимая рожь и кукуруза, выращиваемые на зеленую массу) культур при использовании его в чистом виде и по фону минеральных удобрений;
-
определить кислотно-щелочные характеристики диатомита, его буферность и потенциальное влияние на устойчивость почвы к изменению реакции среды;
-
выявить действие диатомита на содержание различных форм кремния в светло-серой лесной легкосуглинистой почве, поглощение его яровой пшеницей и кукурузой, а также на изменение основных показателей пищевого режима почвы;
-
оценить экологическое состояние ПБК по изменению численности отдельных групп микробиоценоза при использовании разных доз диатомита, а также по силе и направленности изменений биологической активности почвы;
-
оценить возможность замены минеральных удобрений диатомитом при внедрении в производство ресурсосберегающих технологий с целью снижения нагрузки на окружающую среду.
Научная новизна
В строго контролируемых условиях вегетационных опытов изучен биологический отклик культурных растений (озимая рожь, яровая пшеница и кукуруза) на внесение различных доз диатомита, применяемого в чистом виде или по фону минеральных удобрений.
Впервые оценено влияние диатомита на экологическое состояние светлосерой лесной легкосуглинистой почвы по показателям численности отдельных групп микроорганизмов, обеспечивающих минерализацию азотсодержащих и безазотистых компонентов органического вещества почвы, численности фосфати силикатредуцирующей микрофлоры почвы, а также биологической активности ферментов, участвующих в активизации контролируемых данными группами микробиоценоза процессов.
Определена степень влияния диатомовой агроруды на питательные свойства почвы, содержание в ней различных форм кремния и возможность его поглощения культурами.
Практическая значимость исследований
Полученные результаты могут быть востребованы при разработке элементов биологизации земледелия, предусматривающих повышение продуктивности сель- ско-хозяйственных культур за счет внесения природных кремнийсодержащих материалов при минимизации или стабилизации использования минеральных удобрений.
Данные учетов численности отдельных групп почвенных микроорганизмов и ферментативной активности светло-серой лесной легкосуглинистой почвы позволяют более обоснованно прогнозировать продуктивное состояние биотической составляющей и изменение плодородия почв при использовании в агроэко- системе диатомита.
Основные результаты исследований используются в процессе преподавания дисциплин сельскохозяйственная экология, агрохимия и система удобрения, читаемых в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. Основные положения, выносимые на защиту
-
-
Использование диатомита на светло-серой лесной легкосуглинистой почве увеличивает продуктивность фитоценоза. Эффект зависит от биологических особенностей культур, дозы препарата и наличия минеральных удобрений.
-
Кремнийсодержащий материал диатомит, обладая слабощелочной реакцией и буферной способностью, позволяет улучшить состояние поглощающего комплекса почвы, поддерживая благоприятные кислотно-основные характеристики и высокое содержание в ней доступных растениям основных элементов питания.
-
Внесение диатомита приводит к увеличению содержания различных форм кремния в почве, повышению выноса его почвенных запасов при некотором снижении коэффициентов биоаккумуляции и использования Si на фоне увеличения доз внесения диатомита.
-
Применение диатомита способствует оптимизации экологического состояния светло-серой лесной почвы за счет активного развития агрономически ценных групп микроорганизмов - аммонифицирующих, амилолитических, цел- люлолитических, фосфат- и силикатредуцирующих, что в значительной степени коррелирует с изменениями активности почвенных ферментов, соответствующих данным группам микробиоценоза.
-
Использование диатомита в чистом виде обеспечивает возможность получения высокой продуктивности культурных растений на неудобренной почве, что является значимым элементом ресурсосбережения.
Апробация работы
Результаты исследований ежегодно докладывались на научно-практических конференциях студентов, аспирантов и педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2010-2012 гг.), на межвузовской конференции Ассоциации образовательных учреждений АПК и рыболовства России «Агрообразование», посвященной итогам конкурса «Молодые новаторы аграрной России» (Орел, ОрелГАУ - 2010 г.), на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород, НГСХА - 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, НГСХА - 2011 г.), а также на международной конференции при Московской летней экологической школе M0SES-2012 (Москва, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева - 2012 г.).
Лабораторная часть диссертационной работы частично выполнена при финансовой поддержке Гранта «Молодые новаторы аграрной России» (Москва, 2010 г.).
Общее количество опубликованных работ - 13 наименований (8,6 усл. печ. л., личное участие - 4,8 усл. печ. л.). В журналах списка ВАК опубликовано 3 работы. Объем и структура работы
Диссертация содержит введение, обзор литературы, 7 глав результативной части и выводы. Работа изложена на 182 страницах, содержит 5 формул, 34 таблицы, 24 рисунка и 18 приложений. Список литературы включает 301 наименование, в т.ч. 26 иностранных публикаций. Исследования выполнены в соответствии с комплексным тематическим планом научных исследований Нижегородской ГСХА (номер государственной регистрации темы 0120.0 805769).
Диссертационная работа выполнена автором в течение очного обучения в аспирантуре при кафедре. Общая концепция и программа исследований разработаны под научным руководством доктора с.-х. наук, профессора Титовой В.И., в решении некоторых теоретических и прикладных вопросов работы принимали участие профессора кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА Бусоргин В.Г. и Дабахова Е.В., доцент кафедры Гейгер Е.Ю., аспирант кафедры Бахарев А.В., студентка-дипломница Суслова О.А., а также доктор пед. наук, профессор кафедры биохимии и физиологии растений ННГУ им. Лобачевского Дятлова К.Д., которым автор выражает сердечную благодарность за оказанную помощь.
Похожие диссертации на Экологическая оценка влияния диатомита на фитоценоз и состояние почвенно-биотического комплекса светло-серой лесной легкосуглинистой почвы
-
