Содержание к диссертации
Введение
1 Изменение свойств черноземов при сельскохозяйственном использовании (обзор литературы)
1.1 Изменение свойств черноземов под влиянием сельскохозяйственного использования
1.2 Изменение микробиологических показателей черноземов при вовлечении их в сельскохозяйственное производство
1.3 Влияние распашки почв на их ферментативную активность 44
2. Объекты и методы исследований 52
3. Условия почвообразования черноземов центрального предкавказья
3.1 Рельеф и гидрология зоны исследований
3.2 Климат
3.3 Растительность
3.4 Материнские породы
3.5 Погодные условия в годы проведения исследований 84
4. Изменение свойств черноземов при сельскохозяйственном использовании
4.1 Морфологические признаки
4.2 Физические свойства
4.3 Физико-химические свойства
4.4 Органическое вещество 108
4.5 Содержание элементов питания 112
4.5.1 Макроэлементы 112
4.5.2 Микроэлементы 137
5. Изменение микробиологических показателей черноземов в агроценозах и биоценозах 160
5.1 Динамика численности азотпреобразующей микрофлоры 160
5.1.1 Аэробные и анаэробные азотфиксаторы 160
5.1.2 Аммонификаторы 184
5.1.3 Микроорганизмы, преобразующие минеральные формы азота 196
5.2 Динамика численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов 208
5.3 Динамика численности микроскопических грибов 221
5.4 Ферментативная активность черноземов 239
6. Продуктивность угодий и экономическая эффективность производства озимой пшеницы 248
Заключение 254
Предложения производству 258
Список использованной литературы 259
- Изменение микробиологических показателей черноземов при вовлечении их в сельскохозяйственное производство
- Материнские породы
- Физико-химические свойства
- Динамика численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Почвообразование – это процесс взаимодействия «живой» и «косной» материи. Живая материя, представленная микроорганизмами, в процессе своей жизнедеятельности разрушает минеральную основу почвы и снабжает растения элементами минерального питания. «Косная» минеральная материя, таким образом, постоянно видоизменяется.
В настоящее время основной задачей сельскохозяйственного производства является получение все большего количества продукции с единицы пахотной площади. Достичь этого можно лишь проявляя постоянную заботу о расширенном воспроизводстве почвенного плодородия, под которым понимается прогрессивное повышение потенциального плодородия почв путем применения комплекса почвенно-мелиоративных мероприятий, направленных на прогрессивное наращивание искусственного и мобилизацию естественного плодородия почвы, что обеспечивает экологическую устойчивость всей биосферы планеты.
Почва и ее плодородие созданы в результате взаимодействия растений, микроорганизмов, природных условий и времени.
Почвообразование в естественных условиях работает по замкнутому типу. В итоге, происходит накопление лабильных элементов питания и энергии химических связей органического вещества. Почвообразование в условиях агроценозов имеет разомкнутый характер, вызванный, прежде всего отчуждением элементов питания вместе с урожаем. В итоге, в значительной степени трансформируется минеральная основа почвы и весь комплекс свойств с ней связанных. Это является причиной обеднения почв элементами минерального питания и снижения продуктивности обрабатываемых угодий.
На целине произрастает целое сообщество разнообразных трав, что обеспечивает сменяемость циклов всходов, нарастания, цветения и отмирания в течение всего вегетационного периода. Это способствует формированию богатого микробного разнообразия почв.
На пашне – монокультура, где вс микробное население контролируется не только фазой развития сельскохозяйственных растений, но также количеством и качеством однообразных корневых выделений. Это приводит к трансформации микробных сообществ, почвоутомлению и перераспределению в самом сообществе сапрофитных и патогенных микроорганизмов. Качественные и количественные показатели таких изменений влияют на продуктивность агроценозов и рентабельность производимой продукции. К тому же по изменению микробиологических показателей можно судить о направленности почвообразовательного процесса.
С производственной точки зрения также необходимо знать ход почвообразования в агроценозах. Это необходимо для прогнозирования возможных последствий снижения почвенного плодородия, его масштабов и выработки эффективных мер по восстановлению и повышению плодородия почв.
Степень разработанности темы. Изучению плодородия черноземов Центрального Предкавказья и направленности почвообразовательного про-
цесса в агроценозах посвящены труды В.И. Тюльпанова (1998), В.С. Цховребова (2003, 2004, 2005, 2007, 2008, 2011, 2012, 2013), А.Н. Есаулко (2007, 2015), М.Т. Куприченкова (1982, 1983, 2012, 2013), Е.И. Годуновой (1982, 1983, 2002, 2011, 2013), А.И. Подколзина (2001, 2007, 2008), В.В. Агеева (2008, 2013, 2015), Л.Н. Петровой (1983, 2013), И.Ф. Горбунова (1978), Н.П. Чижиковой (2004, 2012), Ф.Р. Зайдельмана (1998, 2003, 2005, 2007), А.В. Бурлая (2001, 2008, 2015), Ф.Я. Гаврилюка (1953) и ряда других ученых. В настоящее время для предотвращения проявления агрогенной деградации почв, связанной с трансформацией их живой и косной составляющей необходимо проведение дальнейших наблюдений и оценки уровня плодородия.
Исследования проводились в рамках плана научно-исследовательских работ ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет» по теме «Разработать сберегающую биологизированную систему земледелия на адаптивно-ландшафтной основе, обеспечивающую рост урожайности возделываемых культур, снижение себестоимости производимой продукции, повышение почвенного плодородия и улучшение экологической обстановки» (номера госрегистрации – 01.256182301; 01.273000123), а также тематики кафедры почвоведения «Изучение агрогенной деградации почв Центрального Предкавказья» утвержденной Ученым советом Ставропольского ГАУ.
Цель заключалась в агроэкологической оценке изменения свойств и состоянии микробных ценозов основных подтипов чернозмов Центрального Предкавказья при их сельскохозяйственном использовании и научном обосновании рекомендаций по сохранению плодородия почв.
Задачи исследований:
– выявить ключевые участки исследований в чернозмной зоне Центрального Предкавказья, отражающие типичность почвенного покрова;
– установить изменения морфологических признаков почв целины и пашни различных подтипов чернозмов;
– дать сравнительную оценку изменения физических и физико-химических показателей черноземов в условиях агрогенной нагрузки;
– изучить изменения в содержании органического вещества и элементов питания на пашне по сравнению с целиной;
– дать агроэкологическую оценку степени трансформации микробных сообществ чернозмов Центрального Предкавказья при вовлечении их в длительное сельскохозяйственное использование;
– изучить изменение ферментативной активности почв целины и пашни.
– определить экономическую эффективность производства озимой пшеницы на чернозмах Центрального Предкавказья;
– дать практические рекомендации по предотвращению проявления негативных процессов, связанных с изменениями живой и косной материи изучаемых почв в агроэкологическом аспекте.
Научная новизна результатов исследований. В работе впервые для зоны Центрального Предкавказья экспериментально выявлены, проанализи-
рованы, обобщены и теоретически обоснованы изменения свойств и микробиологических показателей различных подтипов черноземов при их длительном использовании в сельскохозяйственном производстве в системе пашни. Установлена общая направленность развития деградационных процессов почв пашни. Впервые для почв Ставрополья выявлены закономерности сезонной динамики численности микроорганизмов различных физиологических групп и проведена их сравнительная оценка на целине и пашне.
Получены новые сведения для основных подтипов чернозмов Центрального Предкавказья об изменении ферментативной активности, разнообразию и обилию грибной микрофлоры как сапрофитных, так и фитопатоген-ных групп на пашне по сравнению с целиной.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований лягут в основу рекомендаций по предотвращению проявлений негативных процессов в почвах, исключению почвоутомления и обновления видового разнообразия всего сообщества почвенных микроорганизмов. Экспериментальные данные о содержании органического вещества, нитратного азота, обменного фосфора, подвижного калия, обменной серы и микроэлементов в различных подтипах черноземов изучаемого региона могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований, рас-чта доз применения минеральных удобрений, составления паспортов полей и справочно-нормативной документации.
Полученные данные о количестве микроорганизмов различных физиологических групп позволят разработать математические модели для определения возможной численности почвенной микрофлоры в зависимости от экологических факторов и различных агроприемов возделывания сельскохозяйственных культур.
Полученная база данных по количеству микроорганизмов различных физиологических групп в исследуемых почвах послужит основой для разработки и применения в производстве программы оздоровления почв Ставрополья, которая позволит снизить в них патогенную инфекцию.
Результаты исследований применяются при чтении лекций по направлению «Агрономия», войдут в учебные пособия для подготовки бакалавров, магистров и аспирантов.
Положения, выносимые на защиту:
-
В результате сельскохозяйственного воздействия чернозмы теряют свои первозданные и приобретают новые признаки, свидетельствующие о деградации их состава и свойств, снижении уровня плодородия.
-
Происходит существенная трансформация состава микробных сообществ чернозмов пашни по сравнению с целинными угодьями, выраженная в изменении численности микроорганизмов, появлении значительной динамики сезонных показателей, снижении индекса разнообразия и обилия видов микромицетов, появлении и увеличении количества фитопатогенов.
-
Ферментативная активность микроорганизмов в почвах агроцено-зов снижается по сравнению с целинными угодьями на всех подтипах черноземов.
-
Состав, свойства черноземов и состояние их живой фазы имеют взаимное влияние друг на друга.
Методология исследований. Теоретической и методологической основой исследований явились труды российских и зарубежных ученых посвященные проблеме плодородия почв и анализу их микробной составляющей. Исходная информационно-эмпирическая база исследований основана на научных трудах ведущих специалистов в области почвоведения и почвенной микробиологии, материалах научно-практических конференций и данных полученных в ходе проведения собственных исследований. Методологической основой научной работы явились лабораторные, лабораторно-полевые и полевые исследования с использованием общепринятых методов изучения морфологических, физических, агрохимических свойств почвы и статистической обработки полученных данных на ПЭВМ с использованием пакета программы «Statistica» и « Excel».
Степень достоверности полученных результатов. Обоснованность и
достоверность выводов и рекомендаций производству определена большим
количеством полевых и лабораторных исследований, системным подходом,
точностью аналитических работ и подтверждена статистической обработкой
полученных данных, публикациями основных результатов в изданиях,
включенных в Перечень российских рецензируемых научных журналов, апробацией материалов на съезде почвоведов и конференциях различных уровней. Достоверность полученных данных обеспечена применением методик входящих в базу ГОСТов Общероссийского классификатора стандартов Российской Федерации.
Апробация результатов работы. Материалы исследований были доложены на ежегодных научных конференциях Ставропольского государственного аграрного университета (г. Ставрополь, 2004-2016 гг.); на всероссийских и региональных научно-практических семинарах и конференциях: г. Воронеж, 2005; пос. Персиановка, 2006; г. Ставрополь, 2003, 2007, 2008, 2010, 2011, 2013, 2015, 2016; Международной научно-практической конференции «Аграрная наука, творчество, рост» (г. Ставрополь, 2004 - 2012 г.), на международных III и IV конференциях «Эволюция и деградация почвенного покрова». Основные положения прошли апробацию на V и VI Съездах общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на Дону, 2008 г., Петрозаводск-Москва, 2012 г.), на международных научно-практических конференциях: г. Москва, 2006, 2010; г. Краснодар, 2012; г. Волгоград, 2013; г. Ростов-на-Дону, 2013, 2014; г. Пермь, 2015.
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 68 научных работах, в том числе 2 монографиях, 6 статьях на иностранном языке, из которых 3 статьи в базе Scopus и 19 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, 14 выводов, предложений производству, списка использованных литературных источников. Диссертация изложена на 480 страницах печатного текста и содержит 41 таблицу, 35 рисунков и 96 приложений. Список литературных источников включает 611 наименований, в том числе 20 иностранных авторов.
Личный вклад автора. Многолетние научные исследования, составившие основу диссертационной работы, выполнялись автором лично на всех этапах ее написания. Автору принадлежит более 90 % результатов, приводимых в диссертации. Лабораторные исследования проводились на базе научной инновационной лаборатории «Мониторинга почв» Ставропольского ГАУ в сотрудничестве с коллективом кафедры почвоведения.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, заведующему кафедрой почвоведения СтГАУ доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.С. Цховребову за помощь в проведении исследований и публикации научных работ.
Автор выражает благодарность ректору, профессору Трухачеву В.И. и декану агрономического факультета, профессору Есаулко А.Н. Коллективу кафедры почвоведения СтГАУ: доцентам В.Я. Лысенко, А.Н. Марьину, Андрею Анатольевичу Новикову, Д.В. Калугину, А.М. Никифоровой, ст. преподавателю Л.Ю. Чистоглядовой. Во время выполнения работы автору оказывали помощь родители Онацкий Иван Иванович и Онацкая Татьяна Георгиевна – врачи-микробиологи, а также брат, Онацкий Алексей Иванович, профессор экономики Кембриджского университета (Великобритания), которым автор выражает особую благодарность.
Изменение микробиологических показателей черноземов при вовлечении их в сельскохозяйственное производство
Проводя обзор литературных источников по теме наших исследований, нельзя не отметить тот факт, что во все времена черноземы являлись объектом пристального внимания ученых [Л.И. Прасолов, 1947; Д.Н. Прянишников, 1965; Н.Е. Редькин, 1969; В.П. Егоров, Н.И. Дюрягина, 1972; Е.В. Рубилин, 1974; А.П. Щербаков и др., 1983, 2000;С.В. Чебаненко, 1999; Д.И. Щеглов, 1999, 2000; Ю.Г. Чендев, 2000; В.А. Рожков, 1989, 2006; Н.П. Чижикова, 1992, 2001; Ю.Н. Зборищук с соавторами, 2007; А.Л. Иванов, Н.Г. Ковалев, 2008; И.И. Лебедева,М.И. Герасимова, 2009].
Термин «чернозм» в научной литературе впервые применил М.И. Ломоносов (1793) в своем трактате «О слоях земных», где было дано научное толкование этому понятию. В последствие, усилия почвоведов были направлены на накопление новых фактов в основном по географии и исследованию агрономических свойств черноземов.
Уровень накопления в почве органического вещества, его качественный состав и профильное распределение, миграционная способность, соотношение основных составляющих и другие показатели характеризуют гумусное состояние почв [Л.Е. Родин, Н.И. Базилевич, 1965; В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, 1965, 1975, 1980; Д.С. Орлов и др., 2004; Б.М. Когут, 1996, 1998; Л.О. Карпачевский, 1997; В.М. Назароюк, 2002, 2004; М. Кершенс, 2002; И.И. Карманов и др., 2002; З.С. Артемьева, 2008, 2010; Л.Л. Мухортова, 2013; В.А. Безносиков, 2014].Набор показателей меняется в зависимости от поставленной перед ученым задачи.
В целом основной экологической функцией почвы является процесс аккумуляции в ней органического вещества. Оно является важным элементом биосферы и принимает участие в реализации различных геохимических функций (концентрационной, деструктивной, газовой, окислительно-восстановительной и информационной), а так же осуществлении процессов почвообразования и развития плодородия. Многие исследователи [В.А. Ковда, 1981; Д.С. Орлов и др., 2005; Б.Г. Розанов,1990; М.А. Глазковская, Н.Г. Добровольская, 1984] свидетельствуют о том, что по запасам углерода гумус превышает биомассу живых организмов и атмосферу.
Почвы различного вида использования, типа и уровня окультуренности значительно отличаются по количеству и качеству органического вещества [И.В. Тюрин, 1948, 1956, 1965; А.А. Гришина, Д.С. Орлов, 1978; В.А. Ковда, 1975, 1983; М. Кершенс, 1992; В.М. Семенов, 2004; В.И. Кирюшин, 1996, 2010; С.И. Коржов, Н.Н. Королев, 2000]. Как подтверждают многочисленные исследования, проведенные в Сибири, ЦЧР, на Украине для гумусного состояния черноземов характерно высокое содержание органического вещества и его значительные запасы, фульватно-гуматный и гуматный тип гумуса, постепенное убывание его по профилю почвы.
Мощность гумусовых горизонтов черноземов в среднем составляет 1,0-1,5 м, а в почвах Предкавказья достигает 2 метра и более [А.Х. Шеуджен, К.Т. Куркаев, Н.С. Котляров, 2006]. В других почвенных подтипах протяженность гумусных горизонтов снижается и в сероземах не превышает 30-40 см [М.М. Кононова, 1963].
Ресурсная функция органического вещества выражается в том, что она является накопителем азота, углерода, серы, фосфора и микроэлементов. В целинных, не затронутых антропогенными преобразованиями, почвах активное развитие получил дерновый процесс, который заключается в накоплении значительного количества гуматного гумуса связанного с минеральной частью почвы. Именно, большие запасы химической энергии(3 4 109ккам/га) в органическом веществе способствует проявлению высокой
биологической продуктивности черноземных почв, а также их значительной
буферной способности, в результате чего черноземы способны
противостоять резким изменениям экологических условий [В.А Ковда,1983]. Оптимальным условием для гумусонакопления в естественных биоценозах черноземов являлось то, что этот процесс происходит под разнотравной растительностью, которой свойственна высокая продуктивность фитоценоза (16-36 т/га), обогащенность зольными элементами и азотом, нейтральная и слабощелочная реакция среды. В условиях целины распределение органического вещества по горизонтам носит аккумулятивный характер и определяет их морфологию, физические, химические и биологические свойства.
В черноземной зоне Центрального Предкавказья под влиянием различных факторов почвообразования сформированы почвы с различными запасами и средним созреванием гумуса и качественно различным его составом.
Благодаря разнообразным природным условиям района исследований целинные черноземы дифференцированы по содержанию органического вещества по подтипам и по почвенно-климатическим зонам. По данным А.И. Подколзина, (2001), В.В. Агеева, (2004) максимальное содержание гумуса зафиксировано в черноземе выщелоченном.
Внутризональные отличия в содержании органического вещества на целине чернозема южного и выщелоченного составили 12%,а между их пахотными аналогами 7 %. Таким образом, сельскохозяйственное освоение черноземов в течение 100-150 лет, приводит к стиранию различий в содержании гумуса на уровне подтипов.
Материнские породы
Ключевой участок № 1 находится на черноземе южном среднемощном слабогумусированном тяжелосуглинистом на лессовидных суглинках в СХП «Победа» Красногвардейского района. Его географическое положение определяется следующими координатами: 45о48 44 северной широты и 41о53 15 восточной долготы. Разрезы на целине и пашне расположены друг от друга на расстоянии 140 метров.
Разрез №1 заложен на целине. Он находится в 164 метрах на юго-восток от грунтовой дороги, ведущей на второе отделение хозяйства и в 218 метрах на запад от окончания лесополосы. Естественная растительность представлена разнотравно-дерновинно-злаковой обедненной ассоциацией, количество видов трав на 1 аре составляет до 35 единиц.
Разрез №2 расположен на пашне в 383 метрах на юго - запад от высоковольтной линии электропередачи и 59 метрах на север от грунтовой дороги, ведущей на второе отделение. Возраст пашни составляет 150 лет. За годы исследований высевались следующие культуры: в 2004 и 2011 годах – подсолнечник сорта Лидер; 2005 год – пар черный; в 2006, 2007, 2010 и 2012 годах – озимая пшеница соответственно сортов Украинка Одесская, Петровчанка и Таня; в 2008 году – озимый ячмень сорта Эспада; 2009 год – озимый рапс сорта Метеор.
Средняя урожайность озимой пшеницы за годы исследований составила 4,75 т/га. Основная обработка почвы - дисковое лущение на глубину 10-12 см.
Система удобрений выглядит следующим образом: под основную обработку почвы в 2004 и в 2005 году удобрения не вносили. В последующие годы при посеве вносили аммофос в дозе 90-100 кг/га, а при ранневесенней подкормке применяли аммиачную селитру в дозе 100-125 кг/га.
Ключевой участок № 2 расположен на черноземе обыкновенном карбонатном мощном малогумусном тяжелосуглинистом на лссовидных суглинках в СПК - колхозе «Московский» Изобильненского района. Его географическое положение определяется следующими координатами: 45о17 18 северной широты и 41о55 18 восточной долготы. Разрезы на целине и пашне расположены друг от друга на расстоянии 89 метров.
Разрез №3 заложен на целине. Он находится в 55 метрах на северо-восток от 3-го километра грунтовой дороги соединяющей отделение №3 и хутор Беляевский. Естественный биоценоз представлен разнотравно-типчаково-ковыльной ассоциацией. Количество растений на 1 аре доходит до 65 видов.
Разрез №4 расположен в 120 метрах на северо-запад от разреза № 3. Возраст пашни составляет 100-120 лет. За годы исследований высевались следующие культуры: в 2004, 2005, 2007, 2008, 2010 и 2011 годах – озимая пшеница сорта Писанка; в 2006, 2009 и 2012 годах – кукуруза на зерно, гибрид Флоренция. Основной обработкой почвы являлась вспашка на глубину 20 см. Под основную обработку почвы при выращивании озимой пшеницы вносили 90 кг/га нитрофоски, а в фазу весеннего кущения в качестве подкормки - 100 - 110 кг/га аммиачной селитры. При возделывании кукурузы на силос удобрения не применялись.
Ключевой участок № 3 расположен на черноземе обыкновенном обычном среднемощном малогумусном тяжелосуглинистом на лессовидных суглинках и находится на территории ГНУ «Россельхозакадемия» (СНИИСХ), г. Михайловск. Его географическое положение определяется следующими координатами: 45о08 05 северной широты и 42о03 45 восточной долготы.
Разрез №5 заложен на целине. Он находится в 163 метрах на юг от поворота асфальтированной дороги соединяющей СНИИСХ и г. Ставрополь и в 127 метрах на юго-запад от газозаправочной станции. Естественный биоценоз представлен разнотравно-дерновинно-злаковой и разнотравно типчаково-ковыльной ассоциацией, включающей 65-70 видов трав. В ботаническом составе на долю злаков и осок приходится 60%, разнотравья 26 %, бобовых 5% . Разрез №6 расположен на пашне в 71 метре на северо-запад от шестого километра линии асфальтированной дороги соединяющей г. Ставрополь и СНИИСХ и в 200 метрах от разреза №5. Возраст пашни составляет 150 лет.
За годы исследований на пашне высевалась озимая пшеница. Основная обработка почвы - дисковое лущение на глубину 12 см.
Под основную обработку почвы во все годы исследований вносили 90 кг/га аммофоса. Подкормка озимой пшеницы проводилась в фазы весеннего кущения и выхода в трубку аммиачной селитрой в дозе 100 кг/га. Ключевой участок № 4 чернозема выщелоченного мощного малогумусного тяжелосуглинистого на лссовидных суглинках находится на левом берегу Кубани в АО «Балахоновское» Кочубеевского района в зоне Армавирского коридора, заключнного между Ставропольской возвышенностью и отрогами Большого Кавказа. Его географическое положение определяется следующими координатами: 44о46 36 северной широты и 41о46 54 восточной долготы.
Разрез №7 заложен в естественном биоценозе. Он находится в 73 метрах на северо-восток от 56-го километра асфальтированной трассы Ставрополь-Армавир и в 57 метрах на юго-запад от начала лесополосы. Естественная растительность представлена бобово-разнотравно-злаковой ассоциацией, количество видов растений на 1 аре составляет 75 единиц.
Разрез №8 расположен на пашне. Он находится в 154 метрах на северо-восток от 56-го километра асфальтированной трассы Ставрополь-Армавир, в 27 метрах на юго-запад от начала лесополосы и в 70-ти метрах от разреза №7. Возраст пашни составляет 150 лет.
За годы исследований на пашне высевались следующие культуры: в 2004 и 2005 годах – озимая пшеница сорта Зерноградка 9; в 2006 и 2012 годах – подсолнечник; в 2007 и 2009 годах – озимая пшеница сорта Лебедь; в 2008 и 2010 годах – кукуруза на зерно. Средняя урожайность озимой пшеницы за годы исследований составила 3,7 т/га.
Физико-химические свойства
Для подсолнечника наименее благоприятным оказался 2008 год, а лучшими условиями в период вегетации данный культуры были 2004 и 2011 годы.
По данным метеостанции г. Изобильного погодные условия в зоне исследования чернозема обыкновенного карбонатного в 2004 году характеризовались большим по сравнению со средними многолетними значениями количеством осадков. В целом за год их выпало 868 мм, что превысило норму на 151%. Наиболее влажными были февраль, март, июнь, июль, август и октябрь, когда количество осадков на 129-319 % превышали средние многолетние значения. Также достаточно влажными были 2006, 2009, 2011, 2012 годы. При этом в 2006 году наиболее влажным был осенний период. В 2011 по рассматриваемому показателю можно особо выделить периоды с февраля по июнь и с августа по октябрь. В 2012 году весенне-летний период был влажным за исключением апреля, когда выпало 60% осадков от нормы и июня (81 % от нормы). Также необходимо отметить тот факт, что осенью этого года количество осадков было низким и колебалось по месяцам от 23% до 75% от средних многолетних показателей.
Наиболее засушливыми за период проведения исследований оказались 2007 и 2010 годы. Сумма осадков за год составила соответственно 462 мм и 496 мм (80% и 86% от нормы). Однако, ранней весной количество осадков в эти годы превышало средние многолетние значения.
Количество осадков в 2005 и 2008 годах приближалось к показателю средних многолетних значений. Необходимо выделить, как наиболее влажные месяцы, в 2005 году – март (338% от нормы), май (141% от нормы), октябрь (185% от нормы), в то время как сентябрь был засушливым. В течение месяца выпало лишь 4 мм осадков или 10% от среднего многолетнего значения. Температура воздуха за все годы исследований незначительно превышала средний многолетний показатель. Как наиболее жаркие можно выделить 2007 и 2010 годы. Это согласуется с данными по выпадению осадков. Как правило, при снижении увлажненности возрастает теплообеспеченность территории.
В связи со сложившимися погодными условиями, наиболее благоприятными для роста и развития озимой пшеницы были 2004, 2008, 2009, 2011 годы. Оптимальные условия для кукурузы на зерно сложились в 2004 и 2009 годах, тогда как 2005, 2007 и 2010 годы были неблагоприятными.
Данные по погодным условиям метеостанции г. Ставрополя свидетельствуют, что на черноземе обыкновенном обычном 2005, 2007, 2008 и 2012 годы были засушливыми. Среднегодовое количество осадков составило 472-480 мм или 86-87% от нормы. Однако, наиболее сухими были летние месяцы, за исключением июля 2008 года. Исключение составляет также 2012 год, когда в апреле выпало лишь 27 % осадков от средних многолетних значений, а в мае-60%. В летние месяцы выпало осадков большее, чем по средним многолетним наблюдениям: в июне-111%, в июле-152% и в августе 142%от нормы.
Наиболее влажным за весь период наблюдений был 2004 год, когда количество осадков превысило среднемноголетние показатели на 136%. Среди наиболее влажных месяцев за период вегетации можно выделить март, апрель, июнь, июль и август с превышением нормы осадков от 130 до 207%.
Наиболее жарким был 2010 год. Среднегодовая температура воздуха составляла 127% от среднего многолетнего значения.
В остальные годы проведения исследований показатели погодных условий были приближены к среднемноголетним значениям.
Для озимых колосовых культур наиболее благоприятными оказались 2004, 2009, 2011 годы, а неблагоприятными 2010 и 2012 годы.
На основании показателей влажности метеостанции г. Невинномысска на черноземе выщелоченном, также как и на чернозме обыкновенном, наиболее засушливыми были 2005 (81% осадков от средних многолетних значений) и 2007 (86% осадков от средних многолетних значений) годы. В 2005 году меньше всего осадков выпало летом, а в 2007 году - в весенне-летний период.
Средняя температура воздуха за год также превышала норму. В 2005 году особенно теплыми были зимние месяцы. Так, например, в декабре температура воздуха превышала среднее многолетние показатели на 360 % от нормы и составляла 2,6С. Температуры воздуха весенне-летнего периода были близки к норме.
Также можно выделить 2006 год, когда, несмотря на то, что сумма осадков соответствовала среднемноголетнему значению, сухой период продолжался с мая по сентябрь, что негативно отразилось на росте и развитии сельскохозяйственных культур.
Наиболее жарким из всех лет проведения исследований был 2010 год. Температура воздуха летом и осенью была выше среднего многолетнего значения. Сумма осадков за год в 2004, 2008, 2009 и 2012 годах превышали среднемноголетний показатель на 110-128%.
Погодные условия остальных лет были типичными для зоны исследования.
В районе исследований черноземов обыкновенных солонцеватых и солонцевато-слитых, как следует из показателей погодных условий метеостанции г. Минеральные Воды, в целом наиболее влажными за весь период проведения исследований были 2004, 2005, 2009 и 2012 годы. Среднегодовое количество выпавших осадков составляло соответственно 636 мм, 620 мм, 698 мм и 620 мм (от 126% до 142% от нормы).
В 2004 году количество осадков превышало норму во все месяцы, за исключением мая и августа. Температура воздуха в среднем за год превысила норму (116%) и составила 10,8 С. Необходимо отметить, что за весь период проведения исследований на данных подтипах черноземов температура воздуха в среднем за год превышала среднее многолетнее значение.
В 2005 году летние месяцы отличались недостаточным количеством влаги за исключением июня, когда осадков выпало около нормы, хотя и ниже средних многолетних значений (94% от нормы). Температура воздуха в летние месяцы превысила норму.
В 2007 и 2011 годах также выпало больше средней многолетней нормы осадков, соответственно 115% и 118% от нормы. За период вегетации растений в 2007 году особо влажными были июнь и август. Недостаток осадков особенно ощущался в апреле и ноябре. В 2011 году можно выделить апрель, май, август и сентябрь, когда количество осадков превышало средние многолетние показатели. Погодные условия остальных лет были приближены к среднемноголетним показателям. Для озимых пшеницы и ячменя наиболее благоприятными по погодным условиям оказались 2004, 2005, 2006 и 2011 годы, а неблагоприятными 2007 и 2010 годы. Таким образом, погодные условия на всех изучаемых подтипах черноземов за период проведения исследований были различными. Наряду с типичными показателями для каждой зоны ежегодно можно наблюдать отклонения от средних многолетних значений по количеству выпавших осадков и температуре, что неизбежно оказывает влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур и состояние почвенной микрофлоры.
Динамика численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов
На пашне всегда наблюдается увеличение количества микроорганизмов рода Azotobacter преимущественно в фазы цветения и молочной спелости (приложение 62)
На чернозмах обыкновенном карбонатном, обычном и выщелоченном наблюдается та же картина (приложения 62, 63). Можно лишь отметить общее увеличение количества данной группы микроорганизмов на этих подтипах чернозмов по сравнению с черноземом южным. Наиболее значительно это выражено на чернозме обыкновенном карбонатном, а менее существенно - на выщелоченном. При анализе изучаемой динамики на этих подтипах черноземов по годам исследований выявлена аналогичная чернозему южному закономерность. Разница заключается лишь в численности азотфиксаторов, которая обусловлена погодой текущего года.
На чернозме солонцеватом наблюдаются значительные колебания в сезонных показателях на целинном участке (приложение 64). Наименьшее значение приходится на ранневесенний период, а наибольшее на начало лета, когда на пашне озимая пшеница проходила фазу молочной спелости, и составляетсоответственно 13,8 тыс. КОЕ/1г и 81,6 тыс. КОЕ/1г. Разница между максимальным и минимальным показателем достигала 5,9 раза.
При анализединамики численности азотфиксаторов по годам наблюдаются более значительные различия между минимальными и максимальными показателями. Так, в 2012 году в фазу весеннего кущения на целине и пашне их количество составляло 0,3 тыс. КОЕ/1г и 4 тыс. КОЕ/1г соответственно, а в фазе молочной спелости 104,3 тыс. КОЕ/1г и 25,3 тыс. КОЕ/1г соответственно. Таким образом, разница составляет на целине 347 раз, на пашне 6,3 раза.
В 2005 году столь существенной разницы не обнаружено. Минимальные значения в преиод проведения исследований, приходящиеся на фазу кущения озимой пшеницы, составили 24,6 тыс. КОЕ/1г на целине и 14,6 тыс. КОЕ/1г на пашне. Максимальные значения в период, соответствуюий молочной спелости озимой пшеницы равны 118,3 тыс.
КОЕ/1г на целине и 43,6 тыс. КОЕ/1г на пашне. В итоге, разница между минимальными и максимальными показателями на целине составляет 4,8 раза, а на пашне 3,0 раза.
Таким образом, на черноземах солонцеватых различия в численности этой группы микроорганизмов очень существенны (НСР = 3,54) (приложение 90) .
На пашне солонцевато-слитого чернозема происходит увеличение количества аэробных азотфиксаторов от ранней весны до конца исследований (приложение 64). Возрастание это менее значительное по сравнению с черноземом солонцеватым и составляет 5,4 раза.
На целине солонцевато-слитого чернозма картина резко меняется. Наиболее высокие показатели приходятся на осенний и ранневесенний периоды и находятся в пределах 16,0 тыс. КОЕ/1г и 16,1 тыс. КОЕ/1г соответственно. Затем в течение вегетации происходит снижение исследуемого показателя, достигающее наименьших значений в конце срока исследований. Как было указано ранее в главе 4.2 данные почвы резко изменяют показатели плотности. Наиболее высокие значения в осенний и ранневесенний периоды связаны с недавно проведенной обработкой почвы, которая способствует е разрыхлению и значительно улучшает физические свойства. Бывали случаи, когда плотность почвы в этот период была меньшей, чем на остальных изучаемых подтипах чернозмов. Почвам, сформированным на глинах морского генезиса, свойственно довольно быстрое уплотнение и как следствие снижение пористости. Уже в поздневесенний период плотность можно считать неудовлетворительной, а летом почвы сильно уплотнены и имеют показатель плотности около 1,6 г/см3 и выше, являясь переуплотннными, что и дат основание считать их слитыми. Пористость приобретает совершенно низкие значения (менее 50 %, а иногда близка к 40 %). В этих условиях строгие аэробы, которыми являются микроорганизмы рода Azothobacter, значительно снижают свою численность.
Заслуживает внимание и тот факт, что если на чернозмах, сформированных на лессовидных отложениях, максимальное количество азотобактера было высоким (100-180 тыс. КОЕ/1г), то на чернозме обыкновенном солонцеватом не превышало 82 тыс. КОЕ/1г, а на солонцевато-слитом 16 тыс. КОЕ/1г. Таким образом, данный показатель снижается более чем в 11 раз. Наименьшее значение численности этих микроорганизмов на солонцевато-слитом чернозме достигало всего 2,2 тыс. КОЕ/1г. Это свидетельствует о сильной депрессии азотобактера и значительном преобладании гидроморфных условий над автоморфными.
Таким образом, погодные условия и свойства почв играют решающую роль в формировании популяции данной группы микроорганизмов. Наглядно оценить степень изменения количества микроорганизмов позволяют статистические расчеты и построенные на их основе графические модели по методу Тьюки. Диаграмма размаха, применяемая в данном методе - это график, использующийся в описательной статистике, компактно изображающий одномерное распределение вероятностей. Такой вид диаграммы в удобной форме показывает медиану, нижний и верхний квартили, минимальное и максимальное значение выборки и выбросы. График «ящик с усами», или «ящичковая диаграмма», был разработан Джоном Тьюки в 1970-х годах. По сути, ящик с усами — это быстрый способ изучения одного или нескольких наборов данных в графическом виде. Границами ящика служат первый и третий квартили (25-й и 75-й процентили соответственно), линия в середине ящика — медиана (50 й процентиль). Концы усов — края статистически значимой выборки.Данные, выходящие за границы усов (выбросы), отображаются на графике в виде точек. Анализируя полученные данные по годам исследований в сезонной динамике по методу Тьюки, установили, что черноземы южный, обыкновенный карбонатный и обычный имеют относительно сходные показатели (рисунок 17).