Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Способы обработки почв и изменение условий функционирования микробоценозов в них 9
1.2 Влияние агротехнических приемов на состояние микробоценоза почв 22
Глава 2. Объект и методы исследования 31
2.1. Почвенно-климатические условия и особенности района исследований 31
2.2. Объекты исследования 35
2.3. Методы исследования 38
Глава 3. Эколого-микробиологическое состояние почв в агроценозах Красноярской лесостепи 41
3.1.Влияние почвоводоохранных способов обработки почв на микро-боценоз 42
3.1.1. Особенности функционирования микробоценозов пахотных выщелоченных черноземов, находящихся в состоянии гомеостаза 42
3.1.2. Особенности функционирования микробоценозов пахотных выщелоченных черноземов с признаками нарушения гомеостаза 55
3.2. Влияние мелиоративных способов обработки почв на микробо-ценозы пахотных черноземов 59
3.3. Реакция микробного комплекса выщелоченного чернозема на уплотнение пахотного слоя 75
3.4. Реакция почвенного микробного сообщества на внесение минеральных удобрений при различных способах основной обработки... 78
3.4.1. Влияние минеральных удобрений на микробоценоз выщелоченного чернозема при почвоводоохранных способах обработки 78
3.4.2. Влияние минеральных удобрений на микробоценоз выщелоченного чернозема при мелиоративных способах обработки 93
3.5. Реакция почвенного микробного сообщества на обработку семян сульфатом цинка при различных способах обработки почв 97
3.5.1. Влияние сульфата цинка на микробоценоз выщелоченного чернозема при почвоводоохранных способах обработки 98
3.5.2. Влияние сульфата цинка на микробоценоз выщелоченного чернозема при мелиоративных способах обработки 103
Выводы 106
Литература 108
Приложения
- Способы обработки почв и изменение условий функционирования микробоценозов в них
- Почвенно-климатические условия и особенности района исследований
- Влияние мелиоративных способов обработки почв на микробо-ценозы пахотных черноземов
Введение к работе
В конце XX столетия практически во всех почвах нашей страны применялись зональные системы земледелия, которые являлись высшей формой выражения наукоемких технологий и носили интенсивный характер. Несмотря на достигнутые положительные результаты их освоения, в результате несбалансированного и нерационального внедрения этих систем в различных регионах страны и недооценка законов развития природы, т.е. несоответствие агропромышленного производства местным экологическим условиям (Едимеичев, 1996) выяснились негативные факты. Во-первых, мощные и длительные шаблонные нагрузки на агроландшафты, приводили к потере потенциальной продуктивности, а иногда и к экологическому кризису (Сатаров, 1996). Во-вторых, зональные системы земледелия были ориентированы на среднемноголетние (до 50 лет) агроклиматические параметры, которые не обеспечивали стабильности земледелия и экономической эффективности производства, особенно в острозасушливые годы (Власенко, 2002). И, наконец, земледелие базировалось на устаревших теоретических положениях, не уделявших внимания принципам экологической устойчивости и природоохранной направленности (Кислых, 2002).
Вследствие этого процессы деградации гумуса охватили даже такие экологически устойчивые почвы, как черноземы (Туев, 1989), которые представ-
5 ляют собой эталонный образец устойчивости и самовоспроизводимого плодородия и, по данным С.Г. Якубенко (2002), все активнее трансформируются под влиянием естественных и антропогенных процессов.
В агроландшафтах уровень гумификационных процессов снизился в 1,5
- 2 раза по сравнению с экстенсивным земледелием. Ускоренная минерализа
ция и быстрое возникновение в почвах дефицита свежего органического веще
ства значительно усилили микробиологическую нагрузку на гумус, что привело
к более интенсивному его разложению (Туев, 1989). Уже в те годы вопрос регу
лирования биологических процессов в обрабатываемых почвах приобрел пер
востепенную важность.
Поскольку на образование 1 см гумусового слоя уходит 100 - 400 лет, почву относят к невозобновляемым природным ресурсам (Ванин и др., 1985). За последние 100 лет человечество лишилось половины (2 млрд. га) плодородных земель, и в настоящее время ежегодные потери от эрозии составляют 6-7 млн. га. В бывшем СССР каждый второй гектар сельхозугодий являлся эродированным и эрозионно-опасным. По сведениям А.Н. Каштанова (1987), эрозия
- основной фактор потерь урожая (до 30 % и более). Эрозия лишает почву
верхних гумусовых горизонтов, в которых сосредоточено почвенное плодоро
дие.
В лесостепи Средней Сибири, по данным В.В. Чупровой (2003), за последние 150 лет минерализация почвенного органического вещества достигла 43 %. Кроме того, значительная антропогенная нагрузка на почвенный покров Средней Сибири вызывает в последнее десятилетие развитие в почвах многих негативных явлений и ухудшение их экологического состояния (Горбачев, 2002). Широкий набор деградационных явлений в почвенном покрове Средней Сибири требует разработки почвоохранных и ресурсосберегающих технологий использования сельскохозяйственных угодий, учитывающих особенности конкретного агроландшафта (Горбачев, 2002).
Основными причинами снижения содержания гумуса в почвах в результате повышения интенсификации сельского хозяйства являются сокращение
поступления в почвы агроценозов растительных остатков и преобладание процессов минерализации органического вещества над процессами его гумификации. Ведущая роль среди факторов, формирующих плодородие почв, принадлежит биохимической деятельности микроорганизмов, поскольку почвенный микробоценоз принимает участие в формировании практически всех агрономически ценных свойств почвы (Туев, 1989).
Изменение современного земледелия путем его экологизации и биологи-зации возможно на основе представления о ландшафте, оптимального воздействия на него. Агроландшафты разные по устойчивости к антропогенным нагрузкам требуют научных знаний о природных компонентах геокомплексов и их взаимодействии, соответствующего статуса севооборота, организации территории, почвоводоохранной обработки почвы (Едимеичев, 1996).
При смене приоритетов в земледелии и переходе от зональных к адаптивно-ландшафтным системам земледелия становится еще более актуальной проблема управления почвенным плодородием, установление критериев разумных пределов вмешательства, строго индивидуальных для каждого типа почв агроэкосистем, чтобы не допустить распада их как систем экологических. Ресурсосбережение, включающее обоснование допустимой интенсивности обработки почв с учетом использования биологических факторов повышения почвенного плодородия, т.е. почвенных микроорганизмов, знаний о функционировании микробоценозов почв в процессах мобилизации питательных веществ является необходимым условием такой системы земледелия. Цель работы - изучение влияния агротехнических приемов на состав и динамику основных групп почвенных микроорганизмов, и их активность в процессах мобилизации питательных веществ в черноземе выщелоченном агроценозов Красноярской лесостепи. Основные задачи исследования:
1. Определить состав комплекса почвенных микроорганизмов и сукцессию микробных ассоциаций в агроценозах чернозема выщелоченного при глубо-
7 ких почвозащитных и разноглубинных мелиоративных способах основной
обработки почв.
Установить уровень активности почвенных ферментов, участвующих в трансформации соединений углерода и азота.
Дать почвенно-микробиологическую оценку влияния различных способов основной обработки почв в связи с эффективным плодородием.
Выявить влияние предшественника, минеральных удобрений и микроэлементов на направленность микробиологических процессов превращения элементов питания и гумуса при различных способах обработки почв.
Научная новизна
Впервые для выщелоченного чернозема Красноярской лесостепи показаны особенности функционирования микробоценозов и изменения в их составе под воздействием глубоких безотвальных способов основной обработки почв.
Показано совместное действие глубоких безотвальных способов обработки почв, минеральных удобрений и микроэлементов на состояние микробоце-ноза чернозема выщелоченного.
Получены новые данные о реакции почвенного микробного сообщества на посев семян, обработанных сульфатом цинка.
Выявлено влияние предшествующей культуры севооборота на динамику основных групп почвенных микроорганизмов при глубоких безотвальных способах основной обработки почв.
Практическая ценность
Дано почвенно-микробиологическое обоснование целесообразности использования глубоких безотвальных способов основной обработки чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи с точки зрения эффективного и сохранения потенциального плодородия.
Дана основа для дальнейших научных исследований влияния агротехнических приемов на почвенные микроорганизмы и их участие в процессах
8 трансформации питательных веществ и гумуса, необходимых при разработке адаптивно-ландшафтньїх систем земледелия. Положения, выносимые на защиту:
В агроценозах Красноярской лесостепи динамика основных групп почвенных микроорганизмов чернозема выщелоченного зависит от способа основной обработки почв.
Растительные остатки предшествующей культуры севооборота определяют направленность микробиологических процессов при всех исследуемых способах основной обработки почв.
Перестройки, происходящие в микробном комплексе агроценозов выщелоченного чернозема при внесении минеральных удобрений, зависят от способа основной обработки почв.
Предпосевная обработка семян сульфатом цинка определяет динамику численности основных групп почвенных микроорганизмов.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены в 8 публикациях, а также доложены и обсуждены: на TV Всероссийской конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пущино-на-Оке, 1992); на конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ (Красноярск, 1993); на 1-м Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 1998); на III-м Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2002); на Всероссийской научно - практической конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003); на Всероссийской научно - практической конференции «Аграрная наука на рубеже веков» (Красноярск, 2003). Структура работы.
Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, содержит 15 таблиц, 27 рисунков, 8 приложений. Список литературы включает 197 наименований, в том числе 6 зарубежных авторов.
Способы обработки почв и изменение условий функционирования микробоценозов в них
Опыт и знания по влиянию обработки почвы на продуктивность возделываемых растений накапливались многими столетиями. Необходимость в обработке почвы возникла сразу же, как только человек перешел к производству растительных продуктов питания на сравнительно ограниченной площади.
Идея создания мощного окультуренного пахотного слоя в 70-90-е годы 19 столетия получила широкое развитие в России. С ним связывали повышение плодородия почвы К.А. Тимирязев (1948), П.А. Костычев (1951), Д.И. Менделеев (1954), И.А. Стебут (1957). Наиболее совершенной и прогрессивной в 50-е годы была травопольная система земледелия, разработанная академиком В.Р. Вильямсом и его учениками. Фундаментальной основой этой системы земледелия являлось создание мелкокомковатой структуры почвы, на которой возможно получение устойчивых урожаев зерновых за счет посева многолетних трав. Важнейшей составной частью травопольной системы земледелия была ежегодная культурная вспашка плугом с предплужниками, приводившая к оборачиванию пахотного слоя почвы. В.Р. Вильяме считал, что распыленный обработкой поверхностный слой, перемещенный на дно борозды, в условиях относительного анаэробиоза восстанавливал структуру, а образующиеся в нем перегнойные вещества склеивали почвенные частицы. Однако предложение В.Р. Вильямса о синтезе перегноя в нижней части пахотного слоя не получило экспериментального подтверждения. Но его мнение о неравноценности отдельных горизонтов пахотного и подпахотного слоев почвы по составу и физическим свойствам нашло подтверждение в ряде работ. Исследования Е.Н. Мишустина (1956, 1975) на черноземных и дерново-подзолистых почвах, А.И. Бараева (1977), Т.Т. Тазабекова (1985) на темно-каштановых показали, что пахотному слою любого типа почвы присуще эффективное плодородие, которое обусловлено более интенсивным протеканием микробиологических процессов. В аспекте наших исследований важным является мнение о том, что развитие микробиологических процессов и их направленность напрямую связано с основными агрофизическими свойствами почвы: водным, воздушным, питательным и другими режимами, зависит от ее плотности (Ревут, 1968; Слесарев, 1984; Уткаева, 1986). Исследования, проведенные в разных регионах нашей страны, подтвердили, что уплотнение почвы снижает плодородие, в результате чего падает урожайность сельскохозяйственных культур (Бондарев и др., 1985; Слесарев и др., 1985; Во-ронин и др., 1985). Так, повышение плотности на 0,1 г/см от равновесного состояния снижает плодородие на 10 - 15 %, а уменьшение на 0,2 г/см сокращает урожай зерна и соломы на 50 % (Макаров, Юшкевич, 1981). В нашей стране только по этой причине потери урожая зерновых культур достигают 2-4 ц/га (Рабочее, 1984).
Основная обработка почвы является одним из факторов, влияющих на плотность. И.Г. Зинченко (1971) и Р.А. Шмидт (1974) приводят сведения о том, что почва после вспашки более уплотнена, чем после плоскорезного рыхления. Такие же результаты получены в исследованиях Н.И. Картамышева (1999) для черноземных почв Среднего Поволжья. По его данным оптимальные показатели плотности в пахотном слое создаются при естественном уплотнении лишь через 2-3 года после вспашки. Исследованиями же В.В. Лисунова (2002) установлено, что пахотный слой (0-30 см) выщелоченного чернозема Красноярской лесостепи после перепашки на глубину основной обработки почвы имеет меньшую плотность, чем в вариантах с безотвальным рыхлением.
Кроме того, к изменению агрофизических свойств почвы приводит при-катывание - один из способов уплотнения верхнего слоя в целях получения более дружных всходов. По данным Ю.Ф. Олексенко (1991), в уплотненной после прикатывания почве повышается температура и влажность в слое 0-10 см.
Хорошо известно уплотняющее воздействие движителей сельскохозяйственной техники, которому подвержены все почвы. В результате, в почвах, уплотненных сельскохозяйственной техникой, в значительной степени снижается плодородие, падает урожайность культур. Ухудшение водно-воздушного режима обыкновенного чернозема Красноярской лесостепи при изменении плотности почвы под воздействием движителей трактора показано исследованиями В.В. Тарасюк с соавторами (1990). В результате его исследований отмечено, что медленное прогревание почвы в сочетании с уплотнением вызывает снижение урожая пшеницы на 16 %. Ухудшением питательного режима в результате снижения микробиологической активности при уплотнении обыкновенного чернозема в результате 3-5 кратных проходов трактора объясняет В.В. Черенков (1996) снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
Несмотря на то, что в нашей стране травопольная система земледелия, считаясь универсальной много лет, находилась вне официальной критики и не подвергалась пересмотру, существовали и другие точки зрения на основную обработку почвы. К тому же травопольная система земледелия не была принята сельскохозяйственным производством в полном объеме из-за шаблонного ее внедрения в различных природно-экономических зонах.
Активным пропагандистом бесплужных обработок почвы в России еще в 1899 году был И.Е. Овсинский, который признавал только пахоту на 5 - 7 см. Следует отметить мнение Д.И. Менделеева, который в 1954 году писал об ошибочности положения о том, что чем большее число раз вспахивать почву, тем лучше. Идею мелкой поверхностной обработки дисковыми орудиями вместо отвальной плужной обработки на юго-востоке России в 30-х годах отстаивал Н.М. Тулайков (1963).
Сельскохозяйственное освоение территории (распашка) привела к кардинальному нарушению естественного сложения верхнего горизонта почв (разрыхлению его), снижению запасов гумуса в большинстве пахотных почв по сравнению с целинными аналогами. Степень снижения определяется типом почвы, характером ее использования. Основными причинами уменьшения запасов гумуса считают не столько сокращение поступления в почвы агроценозов растительных остатков, сколько усиление процессов его минерализации как следствие механической обработки почвы (Зезюков, 1996; Шарков, 2002). Основные потери гумуса происходят в первые 60 - 70 лет после распашки целины. В дальнейшем, если отсутствует эрозия и не происходит существенных изменений в использовании почвы, темпы падения запасов гумуса замедляются, и его содержание в почве приближается к равновесному (стационарному) уровню. Так, в полуметровом слое старопахотных темно-каштановых почв за 50 лет запасы гумуса снизились на 30 - 50 т/га, т.е. на 15 - 20 % (Рубинштейн, Тазабе-ков, 1985). При этом возросло отношение углерода фульвокислот к углероду гуминовых кислот.
Интенсивное ведение земледелия с повсеместным применением обработки почвы с оборотом пласта привело к значительному усилению процессов минерализации органического вещества в большинстве пахотных почв страны. Так, в почвах Ставрополья баланс гумуса складывается отрицательно. За последние 5-8 лет содержание гумуса в пахотном слое в ряде хозяйств этого района снизилось на 12 - 15 % (Подколзин, 2000). Черноземы за последние 30-40 лет потеряли до 30 % запасов гумуса (Шикула, 1991). А причиной неблагоприятных изменений агрофизических свойств почв может служить даже относительно небольшое изменение общего содержания гумуса. По данным ТСХА, при отвальной вспашке темно-серых лесных почв Северного Зауралья ежегодная суммарная минерализация гумуса в пахотном слое составляет 1 т/га, при поверхностной обработке - 0,7 т/га (Перфильев, 1995). Усиление процессов минерализации органического вещества черноземов северной части Приобъя при ежегодной отвальной их обработке привело к резкому сокращению (в 12 раз) площадей почв с высокой обеспеченностью гумусом (Галеева, 2002). Ю.Б. Мощенко (2002) показывает, что для степной зоны Западной Сибири минерализация по вспашке (22 - 25 см) на 34 % выше, чем при плоскорезном рыхлении на 14 см. Таким образом, по мнению цитируемого выше автора, при отвальной обработке больше готовится и вовлекается питательных элементов для создания урожая; при безотвальной же обработке происходит накопление органики (консервирование), а образующаяся гетерогенность имитирует природный процесс почвообразования.
В начале 60-х годов в полевых севооборотах Красноярского края была потеряна устойчивость земледелия, что привело к обеднению почв. Стало ясно, что традиционная ежегодная вспашка с оборотом пласта обусловливает резкое изменение условий жизнедеятельности микроорганизмов в направлении усиления аэробных процессов, вызывающих разрушение структуры и снижение почвенного плодородия.
Почвенно-климатические условия и особенности района исследований
Земледельческая часть Красноярского края расположена между 53 и 59 градусами северной широты. В соответствии с физико-географическим районированием в земледельческой части края выделяются три природные зоны -степь, лесостепь, зона тайги и подтайги (Лисунов, 2002).
Климат природных зон Красноярского края весьма разнообразен, причем значения крайних пределов основных климатических показателей (температура воздуха, осадки, запасы почвенной влаги) на земледельческой территории отличаются в 2 - 4 раза и более, а внутри каждой из зон - не менее, чем в 1,5-3 раза (Лисунов, 2002).
Красноярский край располагает 3,2 млн. га пашни. В зоне лесостепи расположено 2530 тыс. га (78,7 %). Из общей площади эродированных пахотных земель, равной 1232,5 тыс. га (37,3 % пашни), ветровой эрозии подвержено 684,5 тыс. га, водной - 200,6 и комплексной - 347,4. Ветровая эрозия наносит ущерб в наиболее засушливых, с активным ветровым режимом условиях открытой лесостепи и степи. В целом гидротермические условия вегетационного периода зон проведения исследований характеризуются следующим образом: минимум осадков приходится на май, максимум — на июль, после чего интенсивность их поступления падает, причем амплитуда колебания атмосферных осадков в открытой лесостепи и степи имеет резкий динамический характер. Это является показателем возрастающей от подтайги к степи континентально-сти климата. Наиболее засушливыми в лесостепи являются все три декады июня и первая и вторая декады июля, во второй период вегетации засуха выражена слабее.
Все силы практического земледелия направлены на то, чтобы с меньшими издержками или без отрицательных последствий преодолеть критический для роста и развития растений период, когда фактор их влагообеспеченности находится в минимуме. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях лесостепи и степи.
Таким образом, первостепенное значение должно придаваться накоплению, сохранению и рациональному использованию почвенной влаги и оптимизации питания растений. В лесостепи решение проблемы повышения эффективности и устойчивости земледелия невозможно без разработки технологии возделывания культур, которая была бы почвозащитной (противоэрозионной) и влагосберегающей одновременно.
Реализация поставленных задач должна основываться на разработке и освоении комплекса организационно-технологических мероприятий, в котором повышение уровня использования почвенно-климатических ресурсов средствами обработки почвы является важнейшей составной частью зональных систем земледелия, особенно в районах неустойчивого и недостаточного увлажнения лесостепи.
В связи с суровыми климатическими условиями почвы Красноярского края промерзают на большую глубину: до 2 - 3 м в лесостепной зоне. Мерзлый слой сохраняется длительный период, 7-8 месяцев в году. Этот факт обусловливает целый ряд фациальных особенностей наших почв, таких как малая мощность гумусового слоя и повышенная гумусированность верхнего слоя в связи с препятствием надмерзлотных слоев проникновению корней в глубокие слои и пониженная биологическая активность почв - основная причина замедленной минерализации и дефицита питательных веществ, в первую очередь азота (Бу-гаков, Горбачева, Чупрова, 1981). На долю верхнего слоя (0 - 20 см) приходится большая часть гумуса и азота (55 - 69 %), что отличает их от аналогичных почв Европейской части страны.
Горное обрамление земледельческих массивов, сложность геологического строения являются причиной большого разнообразия почвообразующих пород, различающихся по происхождению, литологическому, гранулометрическому и химическому составу. Почвы, развивающиеся на различных материнских породах, даже при условии равенства климатических условий должны иметь существенные различия (Орловский, 1970). Все это определяет направленность почвообразовательных процессов и формирование почв, отличающихся по физико-химическим свойствам, механическому составу, агрохимической характеристике. Эти особенности необходимо учитывать при разработке приемов окультуривания земель (Танделов, 1998).
Чернозем как генетический тип почв и его подтипы делятся на разновидности по тому или иному свойству. В пределах каждого генетического горизонта, начиная от мощности гумусового слоя и заканчивая гранулометрическим составом каждого подтипа, количественные показатели всех свойств существенно варьируют, что подчеркивает необходимость конкретной оценки плодородия почв каждого поля и дифференцированного использования почвенного покрова (Танделов, 1998).
Основными почвами распаханных массивов Красноярского края являются черноземы - 59,8 %, причем на лесостепную зону приходится 80,7 % (Танделов, 1998). Делятся черноземы на три основных подтипа: оподзоленные, обыкновенные и выщелоченные. Последние являются преобладающим подтипом в лесостепи.
Содержание гумуса в пахотных горизонтах (А) черноземах Красноярского лесостепного округа варьирует от 8,7 до 11,3 %. Более сильное варьирование степени гумусированности наблюдается в переходном горизонте (АВ). В горизонте (В) содержание гумуса резко уменьшается и не превышает обычно 2 %. В составе органического вещества преобладают гуминовые кислоты. Величина соотношения Спс Сфк равна единице или несколько выше. Гумус красноярских черноземов содержит в 2 - 3 раза меньше гуминовых кислот, чем черноземы европейской части страны и отличается слабой растворимостью.
Для выщелоченных черноземов в условиях лесостепи характерно: Сравнительно высокое содержание валового азота, 2 — 3 % его переходит в легкогидролизуемые формы. Максимум нитратов приходится на период всходов, минимум — фазу цветения. Валовое содержание фосфора в пахотном слое 0,18 - 0,25 %, при этом преобладают недоступные для растений формы фосфатов. Среднее содержание Р2О5 в пахотном слое выщелоченных черноземов Красноярского округа равно 0,31 %.
Запасы валового калия в черноземах Красноярского лесостепного округа составляют 1,8 - 1,9 %, при этом преобладают почвы с повышенным и высоким содержанием обменного калия.
На большую пестроту почвенных и агрохимических показателей оказывает влияние температурный фактор Средней Сибири, который в значительной мере определяет биологическую активность почв, мобилизацию питательных веществ до доступного для растений состояния. Среднегодовая температура воздуха колеблется от -1,9 до +1,2С. Температура почвы в июле +24С. Безморозный период в разные годы составляет от 85 до 125 дней. Среднегодовое количество осадков 340 - 420 мм. В мае - июне осадков обычно недостаточно (15- 20% от общегодового), что отрицательно сказывается на развитии зерновых культур и приводит к снижению урожая. Часто повторяются засухи, нередко 2
- 3 года подряд. Вторая половина лета более увлажнена, осадки носят ливневый характер. Осень короткая, с постепенным наступлением низких температур. Зима малоснежная, холодная, продолжительная - от 5 до 7 месяцев, средняя температура января от -36 до -20С. Весна наступает в середине апреля, но ежедневные заморозки сокращают продолжительность вегетационного периода и задерживают развитие растительности.
Почвы имеют глинистый и среднеглинистый гранулометрический состав.
Основные направления сельского хозяйства Красноярского края - производство зерна и продукции животноводства. Главная зерновая культура -яровая пшеница, возделывают также ячмень, овес, кукурузу на силос и другие культуры.
Влияние мелиоративных способов обработки почв на микробо-ценозы пахотных черноземов
Глубокое мелиоративное рыхление является одним из агротехнических приемов разуплотнения почв. Хотя наибольший эффект от глубокого рыхления был получен на почвах избыточного увлажнения, этот агротехнический прием стал применяться на почвах Средней Сибири, подверженных эрозии (Тарасюк, 1989).
По данным В.В. Тарасюк (1989), для нашего региона глубокое мелиоративное рыхление существенно, до 14 %, уменьшает плотность сложения почв, и разрыхленное состояние подпахотных слоев сохраняется в течение 3-4 лет. Однако, по данным этого автора, изменение плотности влечет за собой увеличение водопроницаемости в 2 - 3 раза, что приводит в условиях дефицита влаги к дальнейшему иссушению рыхленных слоев. Поэтому, даже в случае ускорения процессов минерализации растительных остатков в результате улучшения микробиологической деятельности, это может оказать отрицательное влияние на режим питания растений.
Нами на этих же пробных площадях было установлено, что рыхление подпахотных горизонтов обыкновенных черноземов (Новоселово), воздействует на микробный комплекс и проявляется в увеличении в нем доли актиномице-тов, спорообразующих и целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Это существенно ускоряет минерализацию растительных остатков (Отчет, 1989). Поэтому было проведено исследование влияния глубокого мелиоративного рыхления на направленность микробиологических процессов выщелоченного чернозема Красноярской лесостепи с точки зрения возможности оптимизации процессов разложения растительных остатков.
Анализ реакции микробоценоза выщелоченного чернозема на глубокое рыхление, позволил установить, что процессы минерализации растительных остатков в этих почвах также ускоряются. В начале вегетационного сезона, (май, июнь), численность многих групп микробоценоза в вариантах рыхления глубокого на глубину 0,5 и 1,0 м (РГ-0,5 и РГ-1,0) значительно превышает контроль (вспашка, 22 см) (рис. 6, прил. 1). Это, вероятно, связано с изменением воздушного режимов почвы и с особенностью распределения растительных остатков в почвенном профиле. Отмечено увеличение численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота до 7,5 (РГ 0,5) и 13,8 (РГ 1,0) млн. клеток в 1 г почвы, превышающее контроль в 2,9 - 5,3 раза. Так же как и в обыкновенных черноземах (Новоселово), в ответ на глубокое рыхление выщелоченных черноземов, в микробоценозе почвы происходит перестройка: увеличивается доля актиномицетов и целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Это позволяет сказать, что независимо от типа почвы исследуемый способ обработки оказывает аналогичные перестройки в микробном ценозе. В пахотном слое чернозема выщелоченного исследуемых вариантов обработки на разную глубину, (РГ-0,5 и РГ-1,0), пик активности спорообразующих микроорганиз Отмеченное ускорение процессов минерализации растительных остатков в начальные сроки вегетационного периода сопровождается низкой нитри-фикационной способностью почвы (9,7 - 13,6 мг N03 / кг почвы) в отличие от варианта, обработанного плугом чизельным (17,2 мг N03 / кг почвы) (табл.4). Следует отметить, что в случае глубокого мелиоративного рыхления количество доступного фосфора значительно снижается (табл. 3), особенно, в варианте рыхления глубокого на 1,0 м (РГ-1,0). Это, вероятно, связано с имеющей место миграцией подвижных форм органического вещества в нижележащие горизонты. Подобное явление, связанное с обработкой почвы, было отмечено в работах Н.Л. Кураченко (2000, 2003). В.В. Тарасюк (1989), исследуя обыкновенные черноземы и темно-каштановые почвы, также отметил ухудшение питательного режима растений и тенденцию снижения растворимых форм фосфора и обменного калия при глубоком мелиоративном рыхлении. По его мнению, это связано с вымыванием питательных веществ с дренажными водами.
Ускорение процессов минерализации растительных остатков в наших исследованиях, сопровождаемое либо миграцией, либо вымыванием питательных элементов из почвы, не только не способствует повышению урожая (табл. 5), но и усиливает нагрузку на гумус. Так, численность микроорганизмов, выделяемых на нитритном агаре, уже в июне увеличилась до 8,44 (РГ-0,5) и 22,0 млн. клеток в 1 г почвы (РГ-1,0), превышая таковую всех исследуемых в работе вариантов обработки (вспашка, 22 см; плуг чизельный ПЧ-4,5 на 40-45 см и плуг со стойкой СибИМЭ на 30-35 см) (Рис. 6). Всплеск численности этой группы микроорганизмов сопровождается снижением количества ароматического азота гуминовых кислот, а восстановление идет за счет его алифатической части (табл. 6).
Во второй и третий года действия обработок ускорение процессов минерализации растительных остатков сохраняется. А именно, во второй год действия в мае увеличивается численность микроорганизмов, использующих минеральные и органические формы азота, актиномицетов и микроскопических грибов. Эти показатели в 2 раза выше, чем в контрольном варианте (рис. 7). Значение коэффициента минерализации в варианте РГ-1,0, равное 4,7 и превышает таковое в контрольном варианте в течение всего вегетационного периода.
Таким образом, глубокое мелиоративное рыхление, способствует ускорению процессов минерализации растительных остатков. Однако разрыхление подпахотного горизонта в условиях дефицита влаги сопровождается вымыванием или миграцией минеральных элементов, что приводит к ухудшению питательного режима растений агроценоза и не способствует увеличению урожая (табл. 5).
Во второй год действия обработок нами было отмечено изменение хода микробной сукцессии некоторых групп микроорганизмов, а именно, актиномицетов, микроскопических грибов и минерализующих гумус микроорганизмов при одном способе обработки (рис. 8-10). Так, например, если в первый год действия (агроценоз пшеницы с подсевом донника по кукурузе), численность актиномицетов достигает максимума в мае, а затем постепенно снижается, то во второй год действия обработки (агроценоз донника) отмечено снижение численности указанной группы микроорганизмов в начале вегетации растений, и затем постепенное ее увеличение.
