Введение к работе
Актуальность темы. В условиях специализации и концентрации сельскохозяйственного производства наряду с внедрением севооборота интенсивного типа часто экономически более выгодно ряд культур выращивать бессменно или в значительной степени насыщать ими севооборот. Однако отечественный и зарубежный опыт (Нарциссов, 1976; Воробьев, 1979; Берестецкий и др. 1980; Возняковская и др., 1986; Arfire, 1975; Wentura, Watanabe, 1978 и др.) показал, что большинство сельскохозяйственных растений при бессменном выращивании значительно снижает урожай и, вследствие нарушения функционирования отдельных элементов почвенного ценоза, получает широкое распространение явление почвоутомления, в результате чего по данным ФАО ежегодно теряется около 25% мирового урожая. В связи с этим важное значение имеет изучение факторов, снижающих урожай растений при бессменном выращивании, и разработка мероприятий, предотвращающих почвоутомление, среди которых микробиологическим исследованиям принадлежит особая роль.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы явилось изучение закономерностей развития микрофлоры и микробиологических процессов в выщелоченном черноземе в условиях монокультуры и севооборота. В соответствии с целью исследований были .поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние выращиваемых сельскохозяйственных
-культур в севообороте и бессменно на состав, активность и
сезонную динамику почвенных микроорганизмов.
-
Сравнить влияние естественной и культурной растительности на численность и сезонную динамику микрофлоры почвы.
-
Выяснить роль органических и минеральных удобрений и химической мелиорации при бессменном выращивании сельскохозяйственных растений и в севообороте.
-
Изучить нитрогеназную активность выщелоченного чернозема и анаэробных диазотрофов под монокультурой яровой пшеницы и в севообороте. /?—P
I Нсктреды'ал I
I [' чия Ї, ..Заиотг-.га I
5 г.!:-".; .>*. .v!:i--ji J-.c->.!-r. І
і t«i. .. : .',*.с _;и. э-: z*r*- j
І км. К. Л. 1ачЯ'.:»г». І
5. Изучить эффективность процесса азотфиксацин в выщелоченном черноземе под влиянием антропогенных факторов.
Научная новизна. Впервые в условиях Башкирской АССР проведена оценка микробиологических факторов снижения продуктивности растений при их бессменном выращивании. Показаны специфические изменения внутри сообщества почвенной микрофлоры под монокультурой яровой пшеницы. Впервые для изученных почв выявлена прямая корреляционная зависимость урожая яровой пшеницы от численности микроорганизмов, принимающих участие в трансформации соединений азота — аммонификаторов, денитрификаторов, бактерий, ассимилирующих органический и минеральный азот. Доказано, что азотфиксирующий генофонд выщелоченного чернозема достаточно богат, а интенсивность процесса азотфиксацин почвенных диазотрофов лимитирована, главным образом, недостатком легкодоступного энергетического субстрата. Впервые в пределах одного биотопа изолировано 66 штаммов микроорганизмов рода Clostridium и определена их нитрогеназная активность.
Практическая значимость. Сравнительное изучение микро-боценоза и микробиологических процессов в почве под монокультурой и в севообороте дало возможность научного обоснования подбора и чередования культур с учетом биологических свойств почв и особенностей возделывания сельскохозяйственных растений.
Результаты наших исследований явились теоретической основой для практических рекомендаций по прогнозу воспроизводства гумусовых запасов в изученной системе земледелия на выщелоченном черноземе, что в определенной степени позволяет воздействовать на процессы гумусообразова-ния.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на конференциях молодых ученых и специалистов Башкирского филиала АН СССР (Уфа, 1983, 1985), юбилейном заседании Башкирского отделения ВОП АН СССР, посвященного 100-летию книги В. В. Докучаева «Русский чернозем» (Уфа, 1983), республиканской научно-технической конференции «Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса в сельскохозяйственном производстве» (Уфа, 1985), VII съезде Всесоюзного микробиологического общества (Алма-Ата, 1985), конференции «Пути повышения эффективности факторов интенсификации сельскохозяйственного производства» (Вильнюс, 1986), республиканской конференции (Роль молодых ученых и специалистов ускорении научно-технического прогресса в сельскохозяйственном производстве» (Уфа, 1986).
Публикация. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 245 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 4 глав- экспериментальной части, основных выводов, списка использованной литературы, включившего 301 работу отечественных и 53 зарубежных авторов и приложения. В тексте помещено 49 таблиц, 14 рисунков, 2 фотографии.
Объектами исследований явились микроорганизмы и микробиологические процессы выщелоченных тяжелосуглинистых черноземов учебного хозяйства Башкирского сельскохозяйственного института. На опытном участке введен специализированный пятипольный севооборот со следующим чередованием культур: горох—озимая рожь—кукуруза—яровая пшеница—картофель. Опыт заложен в 1958 году. Первая ротация севооборота прошла в 1963 г. вторая — в 1968 г., третья — в 1973 г., четвертая — в 1978 г., пятая — 1983 году. Севооборот развернут в пространстве, площадь полей севооборота 0,35 га, размер делянок — 0,09 га. Участки бессменных культур: яровая пшеница, горох, кукуруза, картофель, бессменный пар, залежь. Размеры делянок в бессменных посевах 130—400 м2. Схема опыта: 1 — контроль, 2 — N35P4sK4i+ навоз 40 т/га (1 раз за ротацию); 3 —'N6oPsoK7o+ Ч-навоз 40 т/га (1 раз за ротацию); 4 — N6oPsoK7oi+навоз 40 т/га (1 раз за ротацию) + известь (по 0,5 ГК). На фоне севооборота и бессменных посевов изучалась эффективность известкования, а также минеральных и органических удобрений под планируемый урожай. Высевались следующие сорта сельскохозяйственных культур: яровая пшеница «Московская 35», горох «Чишминский 242», кукуруза «Краснодарская 303», озимая рожь «Чулпан», картофель «Лорх». Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур — обычная для данной зоны — северной лесостепи Предуралья Башкирской АССР. Основные удобрения вносились под зябь в виде двойного суперфосфата, 40% калийной соли и аммиачной селитры.
Почвенные образцы отбирались в течение вегетационного периода по фазам развития растений под монокультурами и под культурами в севообороте. Из пяти индивидуальных проб, взятых почвенным буром на глубине О—20 см и 30— 40 см в междурядьях растений равномерно по всей площадке, используя «принцип конверта», составляли смешанный и помещали его в стерильный пакет. Анализ проводили сразу же после отбора проб во влажных образцах.
Для определения численности микроорганизмов и их группового состава в почве применяли методы посева почвенной суспензии на стандартные твердые и жидкие питательные среды. Для выделения и количественного учета анаэробных азотфиксаторов p. Clostridium были использованы среды, предложенные В. Т. Емцевым (1962). Спорообразую-щие" микроорганизмы учитывались на среде, предложенной Е. Н. Мншустнным (1956). Для выявления доминирующих видов использовали показатели частоты встречаемости и обилия (плотности) видов (Tresner et. al., 1954). Идентификацию до вида проводили по определителям Н. Л. Красиль-никова (1949) и Берги (Bergey, 1957, 1974). Несимбиотиче-скую потенциальную и актуальную азотфиксацню в .почве определяли ацетиленовым методом (Stewart et. al., 1968; Умаров, 1984). Фиксацию азота чистыми культурами рода Clostridium изучали на модифицированной среде Виноград-ского.
Фунгистатический потенциал почвы определяли по степени прорастания спор Aspergillus niger в мембранных камерах (Берестецкий и др., 1973). Определение аммиачного азота, нитритов и нитратов в почве проводили по общепринятым методам (Аринушкнна, 1970)'. Общий азот в высушенных образцах определяли методом Кьельдаля. Количество растительных остатков, необходимое для расчета и .обоснования отдельных статей баланса элементов питания растений и гумуса, рассчитывали по формулам регрессии, предложенным А. М. Лыковым (Лыков, 1979).
Результаты экспериментов были подвергнуты статистическому анализу в рамках одно-, двух-, и трехфакторного дисперсионного и корреляционного анализов (Плохинский, 1970). Оценка нелинейности осуществлялась с использованием критерия нелинейности. Сравнение частотных средних величин оценивали по критерию Стьюдента. Все вычисления проводились на ЭВМ «Наири-К» по программе. Г. С. Розенберга (Розенберг, 1976).