Введение к работе
Актуальность темы. Среди, зерновых культур, возделываемых на земном шаре, рис занимает второе место как.по площади посева, так и по урожайности. Рис является основным продуктом питания почти половины населения планеты. Это прежде всего страны Южной и Юго-Восточной Азии, Латинской Америки, Африки.
В СССР посевы риса занимают около 700 тыс. га, а производство зерна составляет 2,5 млн. тонн.
В СССР интенсивно осваиваются дельта Кубани и долины в устьях рек Дальнего Востока. Приуралья и Южного Прибалхашья, все активнее вовлекаются под рис ранее не используемые засоленные земли.
Продовольственен программой СССР предусмотрено довести производство риса в 1990 г..до 3,3—3,5 млн. тонн. Рост валового сбора зерна этой культуры в СССР предполагается обеспечить в основном за счет повышения урожайности. .
Однако возделывание риса в затопленном режиме приводит иногда к нежелательным изменениям свойств почвы, особенно при монокультуре риса. С ухудшением физико-химических . свойств почв под влиянием затоітления связано резкое снижение урожая риса не только при бессменной культуре, но н заметное падение его после 4—5 лет возделывания на вновь осваиваемых участках.
Для разработки теоретически обоснованной системы агротехнических мероприятий по поддержанию и повышению плодородия почв, используемых под рис, необходимо изучение процессов, протекающих в рисовых полях, в их взаимосвязи и постоянном взаимодействии.
Одним из путей повышения урожайности риса в условиях затопления является регулирование окислительно-восстановительного (ОВ) состояния в системе «почва — растение», направленное на усиление биохимических и микробиологических процессов.
Исследований по изучению изменений естественного рав
новесия почвенных и биологических процессов под влияни
ем длительного использования почв под рисом и взаимо-
j—.. ......... - і
| і!- ... .: . ." -?;:'.2
связи ОВ-режима, обмена веществ и микробиологической активности лугово-черноземовидной почвы крайне недостаточно.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы бы-, ло проведение комплексных наблюдений за изменением естественного равновесия почвенных процессов, обусловленных экстремальным гидрологическим режимом поля при бессменном возделывании культуры риса с 1937 г. Результаты исследовании могли бы дать возможность- прогнозировать изменения свойств лугово-черноземовидной 'почвы и снизить отрицательное действие ряда факторов на плодородие почв под рисом.
Для выполнения этого необходимо было решить следующие конкретные задачи. -
-
Изучить динамику, окислительно-восстановительного режима лугово-чернозезмовидной почвы под монокультурой риса и на целине.
-
Определить содержание гумуса, основных питательных элементов (азот, фосфор, калий) и динамику количества подвижных форм соединений (железо, марганец) и обменных оснований (кальций и магний) исследуемой почвы.
-
Выяснить содержание и динамику численности аэробных и анаэробных микроорганизмов в лугово-черноземовидной почве в течение летнего сезона.
-
Исследовать зависимость ОВ-режима, биохимической активности почвы и содержания анаэробных микроорганизмов, от срока компостирования образцов лугово-черноземовидной почвы, используемой под монокультурой риса, и целины.
-
Установить связь биохимических процессов и физико-химических свойств почвы рисовых полей и дать оценку их возможных изменений.
Научная новизна. В работе показана корреляционная зависимость изменения физико-химических свойств и микробиологической активности ' лугово-черноземовидной почвы под влиянием бессменного ее использования под рисом с учетом сезонной динамики процессов.
Впервые установлено, что монокультура риса приводит к обеднению лугово-черноземовидной почвы подвижными фракциями кальция. При этом наблюдается расширение отношения Fe : Ca + Mg в верхнем слое пахотного горизонта и увеличение этого показателя в течение вегетационного периода, начиная от появления всходов риса до молочно-восковой спелости зерна. Это следует учитывать при расчете элементов минерального питания, необходимых для этой культуры, и обязательном известковании почв. 2
Выявлено, что при длительном бессменном возделывании риса развитие анаэробных бактерий рода Clostridium находится в отрицательной зависимости от ОВ-режнма луго-во-черноземовидной почвы (r =—0,63...—0,56). В условиях длительного бессменного возделывания затопляемого риса математически достоверно установлена зависимость между биохимической способностью почвы восстанавливать железо и активностью микроорганизмов (г = 0,52... 0,94).
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для разработки эффективных приемов направленного регулирования интенсивности биохимических процессов в почвах при длительном использовании их в рисосеянии.
Данные по содержанию Са, Mg и Fe и их перераспределение по горизонтам рекомендуется использовать для создания оптимальных условий при внесении органических и минеральных удобрений в монокультуре риса. Эти данные наряду с показателями биологической активности верхнего .0—10 см слоя (уменьшение активности каталазы, увеличение содержания железоредуцирующих и маслянокислих бактерий) почв иод монокультурой риса могут быть использованы для оценки влияния агротехнических приемов на плодородие почв при возделывании риса.
' Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на Республиканской конференции молодых ученых Казахстана в г. Кокчетаве (18—20 июля 1985 г.) и на секции почвоведения научной конференции ученых Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева (июнь 1986 г.). Результаты исследований обсуждались на заседании кафедры микробиологии (Москва, 1984, 1985 гг.) и совместном заседании кафедр микробиологии и почвоведения ТСХА (1986 г.).
По материалам диссертации опубликованы 2 статьи. Объем и структура работы. Содержание диссертации изложено на 142 страницах, включая 27 таблиц. Она состоит из введения, обзора литературы, раздела «Объекты и методы исследования», 10 глав экспериментальной части, заключения, выводов и приложения. Список литературы содержит 242 источника, в том числе 58 зарубежных авторов.
Автор выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность заведующим отделов ВШШриса, кандидатам сельскохозяйственных наук В. Ф. Шашенко, В. Т. Ры-марь, директору института, ' академику ВЛСХНИЛ, Е. П. Алешину за помощь и предоставленную возможность выполнить отдельные разделы диссертации.
Полевые опыты были выполнены в 1984 г. на экспериментальной базе ВНИИриса в элитно-семеноводческом хозяйстве «Красное» (Кубань). Почва опытного участка лу-гово-черноземовидная среднесуглинистая, сорт риса Крас-нодарский-424. Образцы для анализов отбирали по вариантам: целина (участок, не включенный в рисовую систему) и монокультура риса с 1937 года: 1 — контроль--(без удобрений); 2 — 1S0X120P60K; 3 — 120№0Р60К+сидера-ты 280—290 ц/га; 4 — сидсраты 280—290 ц/га.
Отбор образцов почвы по слоям 0—10 и 10—20 см проводили в течение вегетационного периода растений и анализировали в Институте риса. ВАСХНИЛ.
Лабораторные опыты проводили-на кафедре микробиологии ТСХА с соблюдением заданных стандартных условий при разной влажности (оптимальная — 60% от ПВ, избыточная — в I см слое воды над почвой) с использованием отобранных образцов почвы из пахотного горизонта. Пов-торность опыта 4-кратная.
Химические и. физико-химические исследования. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом; (Ка-уричев, 1980); реакцию почвенного раствора (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh, мв) — потен-циометрически на универсальном иономере ЭВ-74. В качестве электродов сравнения использовали хлорсеребряные электроды, . в качестве измерительных — соответственно стеклянные и платиновые электроды.
Водорастворимые формы соединений железа, марганца, содержание кальция и магния определяли на атомно-адсорб-ционном спектрофотометре фирмы Parkin Elmer 503.
Гумус почвы определяли по Тюрину, обший азот — по Кьельдалю, фосфор — по Кирсанову, калий — в уксусио-аммоннйной вытяжке; сумму обменных оснований и гидро-литическую кислотность — по Каппену (Кауричев, 19S0).
Ферментативную активность почвы определяли по методике А. Ш. Галстян (1978). Активность каталазы измеряли газометрическим методом; активность фсрриредуктазы основана на учете количества образующегося двухвалентного железа.
Количественный учет микроорганизмов. Для учета аэробных микроорганизмов были использованы твердые питательные среды (Красильников, 1966; Егоров, 1976). Микроорганизмы, усваивающие органические формы азота, определяли на мясопептонлом згаре (МПА); потребляющие минеральный азот — на крахмало-аммиачном' (КАЛ); повтор-ность 3:кратная. Результаты опыта обрабатывали методом
вариационной статистики (Савич, 1972). Количество ана
эробных бактерий:, железоредуцируюших.ш (Бромфильд,
1954), маслянокислых (Виноградский, 1952) и ацетонобу-
тиловых (Омелянский, \0Щ определяли в жидких пита
тельных средах методом предельных разведений, повтор-
ность 4-кратная. Число микроорганизмов устанавливали по
таблицам Мак Креди, разработанным на основе методов
вариационной статистики. ' - * '.
.Математическая обработка результатов активности ка-талазы и ферриредуктазы проведена методом дисперсионного анализа; учитывали корреляционную зависимость "между. ОВП, рН, численностью аэробных и анаэробных микроорганизмов, активностью ферментов и содержанием железа, марганца и обменных оснований (кальция и магния). Вся математическая обработка проводилась в электронно вычислительной лаборатории ТСХЛ.
