Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1. Биологические основы плодородия почвы 9
1.2. Условия, способствующие проявлению отрицательного влияния микрофлоры на растения 15
1.3. Влияние органического вещества на микрофлору и токсичность почвы 26
1.4. Влияние сидеральних удобрений на микрофлору
почвы и урожай 32
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
2.1. Объекты исследования 33
2.2. Микробиологические методы исследования почвенных образцов 39
2.3. Биохимические методы исследования почвенных образцов 43
2.4. Статистические методы обработки данных 47
3. БЕССИНАЯ КУЛЬТУРА ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОГО
ОПЫТА 49
3.1. Характеристика условий выращивания пшеницы в модельном опыте 49
3.2. Урожай пшеницы в модельном опыте 52
3.3. "Утомление" субстрата при повторных посевах пшеницы 56
4. ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОБНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ПОВТОРНЫХ ПОСЕ
ВАХ ПШЕНИЦЫ И ПРИЧИНЫ ИХ ВЫЗЫВАЮЩИЕ 72
4.1. Особенности шгкробных комплексов при повторном выращивании пшеницы в оптимальных условиях светотеплицы 72
4.1.1. Фитотоксичность субстрата при бессменном выращивании пшеницы 85
4.1.2. Видовой состав бактерий, выделенных из субстрата с бессменным выращиванием пшеницы в модельном опыте 92
4.2. Растительный материал - как регулятор почвенно-
микробиологических процессов ЮО
4.2.1. Влияние растительного материала различных
культур в начальный период его разложения
на токсичность почвы III
4.2.2. Биологическая активность почвы при разложении различного растительного материала 121
4.2.3. Значение зеленых удобрений как регуляторов микробиологических процессов при бессменном выращивании пшеницы в повышении ее урожайности 124
5. РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В УПРАВЛЕНИИ П0ЧВЕНН0-МИКРО-
- ШОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМ В "УТОШЕННОИ" ПОЧВЕ 139
5.1. Урожай пшеницы и биологические процессы в почве, обогащенной различным растительным материалом 140
5.2. Зеленые удобрения и их влияние на восстановление плодородия "утомленной почвы 149
5.2.1. Влияние органического вещества сидерата на уровень токсичности почвы в полевых условиях 160
5.2.2. Интенсификация почвенно-микробиологических процессов при обогащении почвы зеленой массой рапса 168
ВЫВОДЫ 177
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 179
- Биологические основы плодородия почвы
- Микробиологические методы исследования почвенных образцов
- Характеристика условий выращивания пшеницы в модельном опыте
- Особенности шгкробных комплексов при повторном выращивании пшеницы в оптимальных условиях светотеплицы
- Урожай пшеницы и биологические процессы в почве, обогащенной различным растительным материалом
Биологические основы плодородия почвы
Основные факторы определяющие плодородие почвы - наличие гумуса, прочной комковатой структуры и обеспеченность питательными веществами в доступной для растений форме.
Плодородие тесно связано с деятельностью почвенных микроорганизмов, которые наряду с растениями определяют характер почвообразовательного процесса (Мишустин, 1972).
Благодаря деятельности микроорганизмов в почве происходит распад растительных и животных остатков до минеральных веществ, синтез и разложение гумуса, связывание атмосферного азота. Микроорганизмы превращают нерастворимые соединения почвы в доступные для питания растений формы, разрушают токсические для них вещества; кроме того, они синтезируют физиологически активные вещества - витамины, ауксины, гиббереллины, аминокислоты и тем самым способствуют лучшему росту и развитию растений, повышению урожайности сельскохозяйственных культур (Возняковская, 1969; Аристовская, 1980).
Размножение микроорганизмов в почве и их активность значительно зависят от условий среды, они обусловлены наличием минеральных элементов питания, органических остатков, корневых выделений растений, а также условиями аэрации и влажности почвы, уровнем рН и пр. Все эти факторы оказывают на микроорганизмы воздействие как непосредственно, так и косвенно - через растения (Таскина, 1968; Берестецкий, Кравченко, 1981; Ivarson, Sowden, 1969).
В настоящее время почвы обогащаются элементами питания в основном в результате антропогенного вовлечения минеральных удобрений в круговорот веществ. Но внесение большого количества минеральных удобрений вызывает нарушение естественного круговорота основных органогенных элементов в природе, что сильно сказывается на жизнедеятельности агроценозов.
Так, в исследованиях Л.А.Сухавирской (1981) установлена зависимость микробиоценозов почвы от обеспечения ее элементами минерального питания. Депрессивное влияние высоких доз минеральных удобрений на развитие активной микрофлоры связано, вероятно, с повышением концентрации почвенного раствора и наличием в нем больших количеств подвижных форм азота, особенно N-NO .
Микробиологические методы исследования почвенных образцов
Яровая пшеница выращивалась в условиях: модельного опыта на искусственном субстрате в лаборатории заменительных систем культивирования растений Ленинградского агрофизического института (АФРІ); вегетационного опыта на экспериментальной базе ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии и в полевых условиях на стационарном опыте, заложенном в 1959 г. лабораторией севооборотов Северо-Западного научно-исследовательского института сельского хозяйства (СЗШШСХ, Гатчинский район, Ленинградская область).
В модельном опыте, кроме керамзита, была использована дерново-подзолистая почва со следующими показателями: гумус по Тюрину 0,7$; азот - 5 мгДООг почвы; углерод общий - 1,67 мг/ЮОг почвы; фосфор - 18 мгДООг почвы; калий - 5,3 мгДООг почвы; pHg Q - 5,0. Степень насыщения основаниями 41,8; сумма поглощенных оснований - 2,3; N(NH ) - 4,06 мгДООг почвы; N(NO ) - следы/ЮОг почвы. Для повышения рН в почву вносили мел из расчета 2 г на кг почвы; рН водяной вытяжки при этом составляла 7,5.
Керамзит в течение вегетации растений увлажняли питательным раствором Кнопа (двойная норма), в котором содержалось на 200 л воды: Са(Ш,) 4Н20 - 400 г; ШТО - 100 г; KHgPO — 100 г; MgSCL 7Н2о - 100 г; микроэлементы: железо лимоннокислое - 100 мл 0,4 -ного раствора; борная кислота - 10 мл 0,5$-ного раствора; остальные микроэлементы - 10 мл 2,8%-ного раствора. К воде добавлялся отдельно аммоний молибденовокислый -10 мл 0,1$-ного раствора.
В лабораторном опыте использовалась дерново-подзолистая почва двух типов со следующими агрохимическими показателями: I) гумус - 2,62$; рН - 5,5; Р205- 17,0 и К20 - 17,3 мг на 100 г почвы.
2), гумус - 4,0$; рН солевой вытяжки - 5,7; общий азот - 0,25 мгДООг почвы; Р2% по Кирсанову - 31,0 мг/ТООг почвы.
В вегетационном и полевом опыте состав почвы был идентичен с агрохимическими показателями почвы I лабораторного опыта.
class3 БЕССИНАЯ КУЛЬТУРА ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОГО
ОПЫТА class3
Характеристика условий выращивания пшеницы в модельном опыте
Для выполнения исследований использована осветительная установка Ленинградского агрофизического института (рис.1).
Яровую пшеницу Канадского сорта Siete cerros выращивали под лампами накаливания с проточным водяным светофильтром. Удельная электрическая мощность установки составляла 4,8 квт/ wr, облученность - 140-145 вт/шг, продолжительность освещения - 16 ч, температура воздуха днем поддерживалась
Растения выращивали в трехлитровых сосудах, наполненных керамзитом (размер частиц 2-5 мм) и на слабо окультуренной почве, взятой из-под бессменной культуры пшеницы с опытных участков СЗНИИСХ. Почва дерново-подзолистая, агрохимическая характеристика представлена в разделе 2.
В течение всего периода вегетации керамзит дважды в сутки увлажняли питательным раствором Кнопа (двойная норма),который использовался повторно в течение вегетации. Корректировка раствора, то есть восполнение минеральных элементов, производилась через 5-6 дней. Б сосуды с почвой вносили эквивалентное количество удобрений. Повторность опыта 5-кратная. Продолжительность вегетации до получения зерна составляла 60-65 суток.
В опыт были включены следующие варианты: I. Пятикратное повторное выращивание пшеницы по пшенице на керамзите, с сохранением пожнивных остатков (контроль). 2. Пятикратное выращивание пшеницы по пшенице на керамзите, из которого после каждой вегетации удаляли корневые остатки и стерню пшеницы, оставшиеся от предыдущей вегетации.2- 3. Пятикратное повторное выращивание пшеницы по пшенице на почве.
Исследования проводили на протяжении всех пяти вегетации. В конце срока каждой вегетации учитывали массу зерна и надземной части растений.
class4 ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОБНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ПОВТОРНЫХ ПОСЕ
ВАХ ПШЕНИЦЫ И ПРИЧИНЫ ИХ ВЫЗЫВАЮЩИЕ class4
Особенности шгкробных комплексов при повторном выращивании пшеницы в оптимальных условиях светотеплицы
Микроорганизмы почвы чутко отзываются на изменения среды обитания. В этой связи, изучение изменений, происходящих в составе микробных комплексов при повторных посевах, может способствовать выявлению причин почвоутомления.
Как известно, под разными культурами утомляемость почвы при бессменном их выращивании выражена не одинаково; зерновые дают наиболее низкий урожай (Воробьев, 1979). В наших опытах (3.2) снижение урожая наблюдалось не только в поле, но и в условиях модельного опыта, в светотеплице, при выращивании яровой пшеницы на искусственном субстрате (керамзите) и на слабоокультуренной почве в оптимальных условиях выращивания.
Результаты модельного опыта на искусственном субстрате показали, что токсичность, утомляемость почвозаменителя и снижение продуктивности растений при повторных посевах пшеницы были аналогичны данным, полученным в почвенных условиях.
Представляло интерес сравнение особенностей микробных комплексов и направленности микробиологических процессов при выращивании яровой женины бессменно на искусственном субстрате и в почве.
Искусственные корнеобитаемые субстраты по биологической активности приближаются к естественной почве (Ермаков, 1975), поэтому подробное изучение основных факторов, влияющих на микробные ценозы при бессменном выращивании растений в оптимальных условиях на керамзите, могут способствовать разработке приемов регулирования почвенно-микробиологйческих процессов и при насыщении севооборотов зерновыми культурами в поле.
С целью исследования особенностей состава микрофлоры,при неоднократном.повторном выращивании пшеницы на почвозамените-ле (керамзите) и в почве в оптимальных условиях выращивания -полном обеспечении растений элементами питания, оптимальных условиях влажности, температуры и освещения - учитывали разные группы микроорганизмов, участвующих в минерализации растительных остатков, выявляли накопление токсических форм бактерий и грибов, выделяли и идентифицировали доминирующие виды споровых и неспоровых бактерий, наиболее часто встречающихся при бессменном выращивании пшеницы.
class5 РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В УПРАВЛЕНИИ П0ЧВЕНН0-МИКРО-
- ШОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМ В "УТОШЕННОИ" ПОЧВЕ class5
Урожай пшеницы и биологические процессы в почве, обогащенной различным растительным материалом
Для подтверждения важного, а порой решающего значения состава органических остатков, попадающих в почву, для нормализации биологических процессов, кроме вышеописанного модельного опыта (3;4), проведены исследования в вегетационном опыте. В нем выясняли возможность восстановления плодородия "утомленной" почвы, взятой со стационарного полевого опыта СЗНИИСХ из под длительной (19 лет) монокультуры пшеницы, путем внесения в нее зеленой массы сурепицы с добавлением люпина. В качестве контроля служила почва с того же участка, но из под пшеницы в 6-польном севообороте. Емкость вегетационных сосудов 4 кг. При набивке сосудов в почву добавляли 1/2 нормы питательной смеси Гельригеля. Вторую половину внесли через 2 недели после посева в виде подкормки.
В опыт были включены следующие варианты.
I - контроль, почва из под монокультуры пшеницы.
II - Та же почва при добавлении пожнивных остатков пшеницы (корни + солома 2:1) 10 г на 4 кг почвы (0,25% сухого вещества.
III - Та же почва с добавлением сидерата (30 г сурепицы + 10 г люпина) 40 г на 4 кг почвы (1% сухого вещества).
Те же варианты на почве из севооборота.
Повторность опыта 4-кратная. Органические остатки, измельченные до 2-3 см, вносили в почву при набивке сосудов и перемешивали со всей массой почвы. Высевали пшеницу (сорт Ленинградская) наклюнувшимися семенами через 10 дней после набивки сосудов, так как нами было установлено (4.2), что в начальный период разложения органических веществ в почве накапливаются токсические продукты разложения зеленой массы, что является причиной ингибирования роста проростков при посеве сразу после внесения сидерата. Полив сосудов производили по массе. Влажность 60% от полной влагоемкости поддерживали постоянно.
Для изучения микрофлоры в разных вариантах опыта из каждого сосуда брали образцы почвы буром по 3 укола и составляли среднюю пробу. Учитывали количество бактерий неспоровых и споровых, маслянокислых и целлюлозоразлагающих, а также грибов и актиномицетов. Кроме того, из некоторых вариантов выделяли чистые культуры бактерій, изучали их свойства и идентифицировали до вида.
