Введение к работе
Актуальность проблемы,На пути создания устойчивых агроценозов стоит проблема почвоутомления,обусловленная нарушением баланса агрономически важных групп почвенного микронаселения и развитием связанных с зтим процессов,определяющих снижение эффективного и потенциального плодородия почвы (Гродзинскик,1979).В связи с-этим является актуальным изучение процессов формирования численности и активности основных аг-рономически важных групп почвенной микрофлоры,родового и видового сос-г.".т!п слг.ггг.-дта уу, мікрссргаг.і-исЕ и осуществляемых ими прсцэссов при бессменном возделывании растений б полевой культуре.Особенно ьахно Поучение Формирования микробоценоьов под растениями,резко снижающими свою продуктивность в бессменных посевах (люцерна,сахарная свекла) и ,.з~тv;,.i*i,ci*0CwUi**-x Дшїтолі/НСїііу Kyju>TnbHpoLaii'uO осо Шісдс^мсііа vkvkv' руза,озимая пшеница).
При плодосмене значительную актуальность приобретает проблема взаимоотношений между чередующимися растениями,имеющими различия в химическом составе корневых выделений,корневого и пожнивного опада и, в силу этого,формирующими в ризосфере и окружающей почве различные сообщества почвенных микроорганизмов.В расшифровке этих сложных взаимоотношений,на наш взгляд,заключена проблема предшественников и в значительной степени понимание механизмов самоочишения почв от фитолатоге-псв.фитотсксинов и воспроизводства аффективного плодородия почв в севообороте.
В работе обобщены материалы исследований,выполненных лично автором и под его научным руководством по проблемам 03.03;б.51.01;ССХ.СЗ.ГКНТ СССР.Экспериментальная часть работы проведена с 1564 по 1965 гг.
Дели и задачи исследований. Целью исследований являлось изучение почвенно-биологических механизмов изменения эффективного и потенциального плодородия г.очв в агроценозах- растений,отрицательно реагирующих на повторное возделывание и растений,способных к длительному бессменному культивированию,а также при их чередовании в системах плодосмена; влияние на эти процессы различных видов удобрений,приемов основной обработки почв и фитомассы растений различного химического состава.
Практическая цель работы - разработка специализированных севооборотов с короткой ротацией и мероприятий по повышению плодородия орсша-
емых сероземов Киргизии.утомленных длительной свеклокультурой.
Для достижения этих целей решались следующие задачи:
1.Изучение влияния длительных монокультур растений. с различным соотношением С:N вфитомассе на формирование сообщества почвенного микронаселения.Влияние этого сообщества на азотный фонд почвы и некоторые ее биохимические показатели.
2.Изучение закономерностей формирования численности и активности жизнедеятельности агрономически важных групп почвенного микронаселения к влияние их на показатели биохимической активности и азотного фонда почв в различных схемах севооборотов.
3.Исследование влияния различных видов,доз и соотношений удобрений на закономерности формирования микробоценозов под различными растениями в монокультурах,севооборотах'и при внесении в почву фитомассы растений с различным соотношением C:N.
4.Изучение влияния различных способов и систем основной обработки почвы на закономерности функционирования агрономически-важных групп почвенного микронаселения.биохимическую активность и азотный фонд почв.
5.Сравнительное исследование процессов воспроизводства эффективного и потенциального плодородия почв,утраченного под влиянием длительных монокультур кукурузы, озимой пшеницы и сахарной свеклы.
Основные положения.выносимые на защиту.
1.Установлено,что неоднозначная реакция на почвоутомление растений в полевой культуре на орошаемых сероземах связана с формированием в их ризосфере и окружающей почве специфических сообществ почвенных микроорганизмов в результате использования в качестве постоянного питательного субстрата прижизненных корневых выделений,корневого опада и послеуборочных остатков фитомассы этих 'культур,имеющих различное соотношение C:N.
2.Установлено,что важнейший принцип плодосмена - чередование растений, резко различающихся по отношению C:N в фитомассе,связан с оптимизацией численности микроорганизмов,осуществляющих трансформацию органического вещества и азотного фонда почвы при периодическом поступлении в почву метаболитов и растительных остатков растений различного химического состава. Оптимизация численности микроорганизмов в системе плодосмена достигается за счет регулярного увеличения их количества при запашке в почву и трансформации фитомассы растений с узким соотношением C:N и снижения.численности.при 8апашке и трансформации фитомас-
сы с широким соотношением C:N.
3.Установлено,что в оптимизированной схеме севооборота поддержание гумусового режима сероземов на бездефицитном уровне происходит в результате закрепления под люцерной,озимой пшеницей и ячменем избытка минерального азота, внесенного с удобрения:,!!! и образовавшегося в результате минерализации органического азота почни под сахарной сл.-клой и кукурузой.
4.Различил в противодействии минеральных удобрений процессам почвоутомления определяются особенностями их елияния на мшфоОоце-ноз,сформированный под той или иной культурой.Под бессменна.!;! культурами сахарной свеклы и люцерны, минеральные удобрення не пргдоті-раїцсіИ развитие почвоутомления, т.к.способствовали активизации доминируюїдщ* гр>.іі; »і;'и;р^-ргак::с:.:с;,формиру";с? год рлиячи^м ряптения.Это снижало конкуренцию медду с.'гтрг^нт'гой ужро*лорой- и 'ч>тч'>»а-и>гьламА, что ^j,u-собствовало развитию корневых гнилей. Под бессменными культурами кукурузы и озимой пшеницы минеральные удобрения усиливали развитие микроорганизмов минерализаторов и азотфиксаторов, активность которых под действием культуры была подавлена.В результате нивелировалось отрицательное влияние этих культур на процессы минерализации-синтеза азотистых соединений в почве и увеличивалась численность микробов-антагонистов к фитопатогенным микроорганизмам.
В севообороте в си."' рэгул::ру!сего воздействия на иочьешшй мик-робоиеноз чередования растений различного химического состава под действием удобрений усиливается общая биогенность почвы без наруи-ния оптимального соотнесения между агрономически вачными групп;'..' : починной микрофлоры.
5.Разработаны приемы оптимизации микробоценоза.гумуесього и азотного режима свеглоутсмленных почв путем возделывания на этих почьач растений с широкім соотношением C:N в фнтомассе,пожнивных и сидераль ных культур,внесения соломы таких культур в сочетании с минеральными удобрениями. '
Научная новизна.
- Предложено обоснование плодосмена с позиций оптимизации микребо-ценозов при чередующемся поступлении в псчЕу растительных остатков с различным соотношением ,C:N,в результате чего исключается односторонняя направленность деятельности сообщества почвенных микроорганизмов,улуч-иготся'условия гумусообразования.фигосанитарные свойства почвы.
"- Показано-,что при» длительных монокультурах формируются специфи-
ческие сообщества олиготрофной микрофлоры.Под бессменной сахарной свеклой увеличивалась численность Микроорганизмов осуществляющих мине-рализационные и имыооилизадаонйые процессы.Наибольших значений она достигала в период максимального угнетения растений.К этому периоду (10-й год монокультуры) содержание гумуса в удобренных вариантах, резко снижавшееся с 1 iio 6-й год монокультуры,восстанавливалось до первоначального уровня,за счет ассимиляции углерода Сахаров корнеплодов, разрушаемых фитопатогенами и иммобилизации азота внесенных.удобрений.
- В бессменных посевіх кукурузы уровень численности агрономически важных групп почвенной микрофлоры изменялся незначительно.Не было отмечено доминирования какой-либо группы над остальными.Этим,видимо,объясняется ее способность выдерживать длительную монокультуру.'
Под озимой пшеницей по мере увеличения срока бессменного возделывания .снижалась активность микроорганизмов,осуществляющих процессы минерализации. С годами увеличивалась численность азотфиксирующих микроорганизмов. Удобрения, как под кукурузой,так и под озимой пшеницей положительно влияли на эффективное плодородие,содержание гумуса и азотный фонд почвы.
Разработаны приемы воспроизводства плодородия почв,утраченного в результате почвоутомления под монокультурами сахарной' свеклы,кукурузы и озимой пшеницы.
Впервые показано,что различия в эффективности действий того ИЛИ иного агроприема на режим азота .содержание гумуса и продуктивность растений тесно взаимосвязаны с направленностью влияния почвенного мик^ рсбоценоза,формируемого под этим растением." ЕСЛИ агроприем активизирует деятельность агрономически важных групп почвенной микрофлоры,развитие которых сдерживалось при повторном возделывании культуры,то его воздействие устраняет отрицательное "влияние монокультуры. Если под влиянием агроприема усиливаются негативные"тенденции в развитии микробного ценоза,формируемого растением,то эффекта нет или же он отрицателен.
Апробация. Основные положения диссертации излагались в докладах и сообщениях на Всесоюзном съезде почвоведов (Ташкент, 1985 г.). Всесоюзных и региональных совещаниях участников географической сети опытов с удобрениями (Фрунзе, 1973 г., Киев, 1977 г.,''Белгород, 1980 г.). Всесоюзной конференций: Микробиологические процессы трансформации
органического вещества и гумуса в условиях интенсивного, земледелия
(Владимир, 1935 г.)., Методической комиссии ВНИИ с/х микробиологии (Ленинград, 1982 г.), Республиканских семинарах, совещаниях, конференциях, посвященных проблемам воспроизводства плодородия орошаемых сероземов (Фрунзе, 1968, 1970, 1975, 1978, 1982 г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 33 статьи в сборниках научных работ, ьо Всесоюзних и Республиканских периодических изданиях.
Внедрение. Научные выводи диссертация послужили теоретической основой рекомендательных изданий:
- Основная обработка почвы .в зерно-пропашном звене севооборота, Фрі/нас, 1983 г.; Рекомендации но ссвор^еистьс^дша ссгосбсрсгст. г Киргизии, Фрунзе, 1934 г.; Рекомендации по пог-шепии пдедередпя пс:в Киргизии, Фрунзе, 1984 г.
Объем работы. Содержание работы изложено на 372 стр. машинописного текста, включая 117 таблиц; 54 рисунка,39 таблиц приложения. Список литературы насчитывает 244 наименования на русском и 39 на иностранном языках.
В основу работы'положены экспериментальные материалы почтен но-микробиологических исследований автора в стационарных полевых и микрополевых опытах опытной сети Киргизского НИИ земледелия.В работе использован данные Корневсй Н.Г.(1976,1933); Черновой Г.Д.(1325,1923); Пироговой Н.Н. (1983,1988); Ореховской Е.П. (1967); Мартыноьсй Л.И.(1985);Качибекова У.Б.(1983);Доценко А.С.(1980,1984);Альховской 1.3.(1577); Кузнецове;"! Л. А. (1970);Кузнецова И.В. (1985),Токпбаева М.М..Матяшова В. Д.(1980);Всем выше перечисленным научным работникам.а также младшему научно-техническому персоналу автор Еыраглет глуСску:? признательность за долголетнее сотрудничество.
Исследования охватывали период с 1964 по 1985 год и включают в себя 16 завершенных НИР по различным аспектам проблемы, в которых автор был ответственным исполнителем и научным руководителем.
-S-
В работе изучалось влияние длительных монокультур сахарной свеклы, озимой пшеницы,кукурузы и люцерны,различных схем севооборотов,органических и минеральных удобрений и приемов основной обработки почвы на численность и активность жизнедеятельности олиготрофнои микрофлоры осуществляющей процессы трансформации азотного фонда почвы,азотфикси-рующих и целлюлозоразру'шаюшда микроорганизмов,биохимической активности и изменение почвенно-агрохимических показателей.
С целью изучения роли фитомассы. различных растений в микробиологических процессах почвоутомления,трансформации гумусового и азотного фонда почвы,биохимической активности почв и продуктивности сахарной свеклы,в течение 3-х лет проводился микрополевой опыт с внесением'в пахотный горизонт фитомассы растений,возделываемых в регионе.Размер микроделянки 70x100 см.Ежегодно почва микроделянки на глубину 30 см вручную извлекалась и тщательно перемешивалась с измельченным растительным материалом изучаемых культур и минеральными удобрениями,Для изоляции от остальной почвы края деляночной ямы армировались полиэтиленовой пленкой и подготовленная почва укладывалась обратно.Проведено Z серии опытов на почве,где предшественниками были длительные монокультуры сахарной свеклы и озимой пшеницы, в течение э лет не получавшие удобрений,и 2 серии - по тем же предшественникам, но ежегодно удобрявшимся минеральными удобрениями и получившими за 9 лет монокультуры Сахарной СВекЛЫ NeioP540K270.ОЗИМОЙ ПШеНИЦЫ - N540P540K2?0.
В диссертации приведены подробные схемы и почвенно-агрохими-ческая характеристика всех длительных стационарных опытов, в которых проводились исследования.
Важной методической особенностью работы, отличающей ее от других подобных работ,было использование идеи Аристовской Т.В. (1965) о введении в лабораторную практику разбавленных питательных сред как одного из путей приближения к природным условиям существования почвенной микрофлоры. Экспериментальные материалы по параллельным посевам почвенной болтушки на богатые и бедные среды (Алехин, 1983) показали принципиальное различие в динамике численности микроорганизмов, усваивающих органические и минеральные формы азота в зависимости от агротехнических условий возделывания сельскохозяйственных растений. Так, например, известный вывод, полученный при посевах на богатые среды о том, что по мере увеличения срока бессменного возделывания сахарной свеклы численность основных агрономически важных .групп микроорганизмов снижается (Геллер, Добротворская, 1966, Геллер, 1968, Халцтова, 1974','
->-
Калмыкова и др., 1936), на бедных средах не получил подтверждения.Нао-
Оорот, отмечалось прогрессирующее с годами увеличение их численности. Параллельные посеЕЫ на те же самые,но богатые среды подтверждали данные вышеуказанных авторов.
".іоучая микроорганизмы,выделяемые на бедных средах,мы впервые установили важные закономерности,играющие заметную роль в почве.Была установлена тегпал коррелятивная зависимость между увеличением численности олиготрефов v. снижением урожайности корнеплодов сахарной свеклы в длительной монокультуре (г - 0,52 і 0,16 ; 0,87 і 0,20). Решающим аргументом в пользу изучения олигстрофной микрофлоры послужило также то, что в силу агроклиматических и почвенных особенностей региона, процессы деструкции свежих растительных остатков и других органических
И Wtii'*i\*bjJJiljiiiju\ ww ' Г.0І«Г "і СІ*1 fC~"'0""~*i" '.""""""^TC^CH ^м.птл.-.тіпттчіл'пг'а т» ППРН-
їіе зпї.'ііо~ jaiuio'еселн.ій чсис-іт ^с ~"С"\'Г! *^сста н ^^.^^итн? ^з^т^нии хо~ тя практически все источники питания для зимогенной микрофлоры использованы, . идут процессы последующей деструкции продуктов ее жизнедеятельности, находящиеся в почве в рассеянном состоянии.
В это время решающее значение имеет ,по определению Заварзи-на/1970,1976/, "микрофлора рассеяния" или олиготрофная микрофлора, под которой Мишустин /1975/ подразумевает функциональную группу микроорганизмов, имеющих систему активного транспорта мономерных соединений внутрь клетки при и-". низкой концентрат; г стгруж-гезей среде.Летально? изучочпе морфологии и циклов развития этой группы микроорганизмов Оылс псоведено Никитиных (1385). Сн такхе показал,что по мере предвидения на юг активность хиэндеятедькссти этой группы микроорганизмов /ьеличива-ется.
В современных представлениях о функционировании саморегулирующей ся микробной системы почвы оллготрофиые микроорганизмы характеризуются как наиболее стабильная,устойчиво и длительно находящаяся в активном состоянии функциональная группа микроорганизмов,осуществляющая основную часть работы в процессах минерализации-синтеза (Гусев 1937 1933 Кс".евин 1989^.
Такім образом,в период планирования и организации дачного исследования (19S4-1955 г.г.) мы на основании анализа литературных источников и собственных экспериментальных материалов теоретически предсказали перспективность олиготрефов, как наиболее агрономически важной функциональной систем почвенных микроорганизмов. В результате к моменту рассифровки ее-СЕСйств и значения в функционировании микробного сооб-
-?-
щества другими исследователями мы получили материал,характеризующий роль этой группы микроорганизмов в процессах воспроизводства-расходования плодородия почв под влиянием агротехнических систем и приемов.
Одновременно изучалась ежегодная сезонная динамика азотфиксирую-вдх (азотобактер на почвенных пластинках по Виноградскому,микроорганизмов учитываемых на безазотистой среде ЗабиЬцеллюлозоразрутзюїдих микроорганизмов на ср.Гетчинсона,видовой состав аммонифицирующих бацилл на ША+СА,микромицэтов на подкисленном СА.актиномицетов на КАА.
Поскольку в работе в основном изучалась микрофлора,определяющая трансформацию азотного фонда-почвы,то для характеристики промежуточных и конечных стадий процессов определялась ежегодная сезонная динамита подвижных форм азота (М02,Ш|),легкоминерализуемый азот' (по Ваксма-ну),валовый азот по Къельдалю,гумус по Тюрину,фракционный состав гумуса по Пономаревой-Плотниковой.
Для характеристики изменений,происходящих в почвенно-биологичес-кой системе,особенно в функциональной группе гидролитиков,которая в основном определяет ферментативный пул почвы (Заварзин,1976,Гу-зев,1987,1988),изучалась ежегодная сезонная динамика амилазной.уреаз-ной,протеазной,каталазшй,фосфатазной (по Галстяну,1974),целлюлазной (по Кислициной,1971),инвертазной (по Щербаковой) активности почвы.Кроме того,изучалась токсичность почвы,количество фитотоксичных микроорганизмов, а такие фитотокс;'чность штаммов микроорганизмов,выделенных из почвы и ризосфера растений.В качеств? Окотестов использовались проростки кукурузы,сахарной свеклы и культура хлореллы.
Статистическая обработка экспериментальных дачных проводилась по
Доспехову (1968) и Лакину (1930). _-- "'
Чуйская долина в морфо-генетическом отношении представляет собой межгорную впадину, расположенную между Киргизским хребтом на юге и западной оконечностью Заилийского Ала-Тау с Чу-Илийскими горами на севере с географическими координатами 4240' - -4315'с.ш. и 7315' -7545 в.д. Коренные породы, слагающие хребты окружающие долину,представлены различными гранитами с большим содержанием плагиоклазов, мик-ропернтов, ортоклазов и микроклинов. Местами встречаются порфиры и порфириты. Коренные породы прикрыты четвертичными отложенями, в состав которых входят щебнистый элювий, галечниковий и хрящевато-суглинистый пролювий, лессы и аллювиальные наносы.
Северные обыкновенные сероземы расположены в средних и нижних частях предгорного шлейфа а" высотами от 600-650 до 1000-1100 м. Мате-
ринскими породами являются палево-бурые, хрящеватые и крупнопесчанные
суглинки и глины, которые на глубине 20 м переходят в каменисто-галеч-никогые отло>:енид. В отличие от обыкновенных сероземов,северные обыкновенные сероземы имеют укороченный профиль, отсутствует хорошо выра-
хс.іКий "дырчатуй" горизонт и слаба; ко;.бонами: jtl поверхностного гори-о:с;:тс. Коли'-іестьо гуму;г. верх;-их гер/еонтс:, иолеблетсн ь пр-.-дел.^. 1,Ь - С,5 Т.. сйшего азот.і 0,1 - 0,13". "отчество СО^-дс 6*. Содержание во.\.-.орао творимых содей до гл>бины іоС ом не превышает 0,1 X, что характеризует эти почвы как незасоленые.
тяжелосуглинистые и глинистые. Объемная масса колеблется в пределах
і У wye і,О " i,b/ /в, СОДсрлсйіИс; Оииіол'С C*Ow*d u,uJ' -,-_.„.-» ГПТОПСГС
фосфора 0,151 - 0,1737., валового калия 2,7 - 3,07., РН- 7,5 - 8,4. Содержание подвижного фосфора 7 - 15, калия - 00- 350 мг/кг почвы.
Район проведения исследований характеризуется континентальным климатом.Самая высокая средняя месячная температура в Чуйской долине в июле - 23-24С,а самая низкая среднемесячная в январе -6,-7С.Продолжительность безморозного периода 166-185 дней. Абсолютный максимум температуры воздуха от 30 до 40С,минимум - -35С. Среднегодовая темпера-основном ь осенне-зимче-весеннин период. Лето сухое и .y.dpKuf. Относп-тель^ал нлачность рсодухл летом понижается »-;о 10-1С?. Среднегодовая сумма эффективных температур изменяется от 3300~40СО0.
Б диссертации дана характеристика погодных уео'оепі 75.-х .>;нтн*--"и периода исследований, которые отличались довольно значительном разнообразием, особенно в осенний и весенний периоды.