Содержание к диссертации
Введение
Глава І. Современные представления о влиянии сельскохозяйственных культур, способов их возделывания и биологических приемов повышения плодородия на состояние органического вещества и биологические процессы почв черноземного типа 11
1.1. Послеуборочные остатки, как источник гумуса, питания микроорганизмов и растений 9
1.2. Состояние органического вещества и соединений азота пахотных черноземов, способы его агроэкологической оценки и прогнозирования 20
1.3. Микробиологические процессы в почвах агроценозов 27
1.4. Ферментативная активность почв агроценозов 36
Глава II. Физико-географические условия лесостепной зоны ЦЧР 49
2.1. Климат 49
2.2. Рельеф 54
2.3. Почвообразующие породы 55
2.4. Растительность 55
2.5. Почвенный покров 56
Глава III. Объекты и методы исследований 63
3.1. Объекты исследований 63
3.2. Методы исследований 71
3.3. Методические исследования 72
Глава IV. Влияние сельскохозяйственных культур, способов их возделывания на состояние органического вещества и биологические процессы черноземов выщелоченных 74
4.1. Влияние сельскохозяйственных культур и их различных чередований на состояние органического вещества и соединений азота в черноземах... ..74
4.2. Влияние сельскохозяйственных культур и их различных чередований на биологические процессы в черноземах 83
4.2.1. Роль сельскохозяйственных культур в формировании комплексов почвенных микроорганизмов 83
4.2.2. Биогенность почвы под озимой пшеницей и сахарной свеклой в различных агроценозах 97
4.2.3. Сравнительная характеристика структуры комплексов почвенных микроорганизмов при различных чередованиях возделываемых культур 118
4.2.4. Роль минеральных удобрений в формировании комплексов почвенных микроорганизмов в агроценозах 121
4.2.5. Ферментативная активность почвы в агроценозах 135
Глава V. Влияние разных способов агрогенного воздействия на состояние органического вещества и биологические процессы черноземов выщелоченных 162
5.1. Состояние органического вещества и соединений азота в почве севооборотов с различным насыщением бобовыми культурами 162
5.2. Влияние биологических и техногенных приемов повышения плодородия почв на состояние органического вещества и соединений азота в черноземах 165
5.3. Влияние различных способов повышения плодородия почв на биологические процессы черноземов выщелоченных 174
Глава VI. Урожайность и эффективность энергозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур в условиях длительных стационарных опытов 183
6.1. Продуктивность севооборотов, парных чередований и бессменных посевов 183
6.2. Продуктивность севооборотов с разным насыщением бобовыми культурами 188
6.3. Урожайность культур в севооборотах на среднеокультуренных черноземах выщелоченных 196
6.4. Эффективность энергозатрат при комплексном воспроизводстве плодородия почв и разном насыщении севооборотов бобовыми культурами 198
Основные выводы 203
Предложения по практическому использованию результатов исследования 206
Список литературы 208
Приложения 246
- Состояние органического вещества и соединений азота пахотных черноземов, способы его агроэкологической оценки и прогнозирования
- Роль сельскохозяйственных культур в формировании комплексов почвенных микроорганизмов
- Влияние биологических и техногенных приемов повышения плодородия почв на состояние органического вещества и соединений азота в черноземах
- Эффективность энергозатрат при комплексном воспроизводстве плодородия почв и разном насыщении севооборотов бобовыми культурами
Введение к работе
Актуальность проблемы
Современный этап развития зональных систем земледелия в Центрально-Черноземном регионе предполагает создание сбалансированных, высокопродуктивных и устойчивых агроландшафтов, максимально адаптированных к природным условиям региона и обеспечивающих сохранение и повышение плодородия почв.
Решение проблемы воспроизводства плодородия почвы в традиционном земледелии связано с использованием большого количества энергоемких ресурсов и в первую очередь невосполнимых. Однако при этом недостаточно учитываются уровень и направленность почвенно-биологических процессов, тогда как они в определяющей степени обеспечивают воспроизводство плодородия почвы. С недостаточной оценкой почвенно-биологического аспекта в значительной степени связано то, что интенсивное использование черноземов России привело к снижению содержания гумуса и прежде всего за счет его лабильных форм, к увеличению степени выпаханности, снижению биогенности и биологической активности почв.
В адаптивно-ландшафтных системах земледелия, в условиях резкого снижения инвестиций, направляемых на повышение плодородия почвы, первостепенное значение приобретают приемы интенсификации биологических факторов в процессах воспроизводства плодородия почв.
В этой связи особое значение приобретает рассматриваемая в нашей работе проблема формирования научных основ воспроизводства плодородия почвы за счет комплексного использования приемов биологизации земледелия Центрального Черноземья и активизации на этой основе почвенно - биологического фактора в длительно используемых черноземах.
Сидеральные пары, зеленое удобрение, запашка соломы, насыщение севооборотов бобовыми культурами — перспективные приемы биологизации земледелия на черноземах. Фундаментальное решение этой проблемы находится в области изучения направленного воздействия человека на биологические факторы создания почвенного плодородия, в первую очередь через приемы биологизации земледелия. Однако биологические проблемы повышения плодородия почв в ЦЧР изучены крайне недостаточно. На первый план выходит задача разработки методических подходов к прогнозу состояния органического вещества и соединений азота, особенно их лабильных форм, определения степени выпаханности и степени окультуренности черноземов, установления роли биологических процессов в оптимизации свойств этих почв. Новое значение в современных условиях приобретают чередования культур в парных комбинациях и их влияние на плодородие почв.
Эффективно решить эти вопросы можно только в условиях длительных стационарных опытов.
Цели и задачи исследований
Основная цель исследований заключалась в разработке научных основ воспроизводства плодородия почвы в агроценозах при комплексном использовании биологических приемов в современных системах земледелия Центрально-Черноземного региона.
Задачи исследований:
Изучить влияние различных сельскохозяйственных культур, количества и состава их послеуборочных остатков на состояние органического вещества, соединений азота, численность разных групп микроорганизмов и ферментативную активность почвы.
Установить влияние занятых и сидеральных паров, запашки соломы зерновых культур, насыщения севооборотов бобовыми культурами, различных норм органических и минеральных удобрений на биологические процес-
сы, состояние органического вещества и соединений азота, как основных показателей степени окультуренности черноземов выщелоченных.
Определить предельную величину накопления и скорость трансформации легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) выщелоченных черноземов при разных способах возделывания культур.
Оценить оптимальные запасы азота ЛОВ, масштабы его высвобождения, в результате процессов минерализации, при разных приемах повышения плодородия черноземов выщелоченных.
Разработать способы оценки степени выпаханности черноземов лесостепной зоны по соотношению содержания в почве лабильных и консервативных форм органического вещества. Оценить влияние разных способов возделывания сельскохозяйственных культур на их урожайность и эффективность затрат техногенной энергии.
Положения диссертации, выносимые на защиту
1. Приемы биологизации земледелия (сидеральные пары, зеленое удобрение, насыщение севооборотов бобовыми культурами, запашки соломы зерновых культур, различные нормы навоза) как основные факторы определяющие биогенность, биологическую активность, скорость трансформации органических веществ, масштабы высвобождаемого азота в процессе минерализации ЛОВ в черноземах.
2. Три степени окультуренности черноземов лесостепной зоны по показателям состояния органического вещества, соединений азота и биологической активности почвы.
3. Способ определения степени выпаханности черноземов лесостепной зоны по соотношению лабильных и консервативных форм органического вещества почв.
4. Зависимость показателей предельной величины накопления ЛОВ и гумуса от биологической активности почвы.
5. Высокая эффективность энергозатрат при использовании биологических приемов повышения плодородия черноземов лесостепной зоны и ее снижение при повышенных нормах минеральных удобрений (более 200 кг/га д.в. NPK).
Научная новизна исследований
Впервые в условиях Центрально-Черноземного региона в многолетних стационарных опытах проведены комплексные биологические исследования и дана оценка совокупного действия приемов биологизации зональных систем земледелия на состояние органического вещества, соединений азота, интенсивность и направленность биологических процессов в черноземах выщелоченных.
В приоритетном порядке решены следующие вопросы:
1. Научно обоснованы и разработаны три уровня степени окультуренно-сти черноземов выщелоченных по показателям состояния органического вещества, запасам азота ЛОВ, масштабам его высвобождения и биологической активности.
2.Установлено равнозначное влияние на степень окультуривания выщелоченных черноземов и высокого уровня насыщения севооборотов бобовыми культурами, с одной стороны, запашки соломы, биомассы сидератов в пару и пожнивных посевах на фоне применения минеральных удобрений - с другой.
3. Определены уровни накопления азота ЛОВ в черноземных почвах в зависимости от интенсивности их использования: 250-300 кг/га - в освоенных, 300-500 кг/га - в среднеокулыуренных и 1000-1500 кг/га - в высоко-окультуренных, а также масштабы его высвобождения в годовом цикле, в результате минерализации органических веществ: соответственно 20-40; 50-80 и 100-180 кг/га.
Определен период практически полного обновления ЛОВ (То,9б) в черноземе выщелоченном в зависимости от состава ежегодно поступающего в почву органического вещества, биологической и ферментативной активности почвы.
Разработана 15-балльная шкала оценки степени выпаханности черноземов лесостепной зоны: невыпаханные- 0-3, слабовыпаханные - 3 - 5, сред-невыпаханные-5-10,и сильновыпаханные - 10 - 15 баллов, которая по мере накопления экспериментальных данных может уточняться.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса приемов по совершенствованию систем земледелия Центрально-Черноземного региона в направлении повышения их сбалансированности, экологической устойчивости и снижения потребности в ресурсах. Кроме того, для практического использования разработаны: -модификация способа определения степени выпаханности почв, позволяющая использовать ее показатели проектными организациями в работах при оценке уровней плодородия почв;
полученные материалы по оценке запасов и масштабам высвобождения азота ЛОВ рекомендуется использовать для прогнозирования урожаев культур на черноземных почвах с разным уровнем окультуривания.
установленные зависимости состояния органического вещества от разных способов повышения плодородия черноземов позволяют обеспечивать его прогноз на ближайшие 10-15 лет.
Апробированные в работе приемы биологизации земледелия рекомендуются для широкого внедрения в производство. Теоретические положения диссертации используются в курсах лекций по почвоведению в Московской СХА имени К.А. Тимирязева, по земледелию и почвоведению в Воронежском и Орловском ГАУ.
Автор глубоко признателен своим учителям: члену-корреспонденту ВАСХНИЛ доктору сельскохозяйственных наук, профессору М-И.Сидорову,
доценту В.А. Труновой за добрые советы при выборе научного направления исследований, помощь и поддержку, выражает искреннюю благодарность за творческое сотрудничество своим коллегам,! Н.И.Зезюковуі Н.Н.Королеву,
А.В.Евсееву, В.А.Воронкову, Л.П.Кузнецовой, В.В.Рябчиковой, А.В.Дедову, С.И.Коржову, В.И.Воронину, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Р.Ф.Байбекову и В.И.Заболотному за содействие при работе над диссертацией, научному консультанту, доктору биологических наук, профессору Н.Ф. Ганжаре за ценные советы при проведении экспериментальных исследований, написании и оформлении диссертации, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.И. Придвореву, заведующему кафедрой земледелия Орловского ГАУ доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.Т. Лобкову за практическую помощь на заверщающем этапе работы, доктору сельскохозяйственных наук В.А. Квасову за помощь при проведении аналитических исследований, всем сотрудникам кафедры земледелия, отдела плодородия и коллективу Опытной станции ВГАУ им. К.Д.Глинки за участие в проведении экспериментальных исследований.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений по практическому использованию результатов исследований. Она изложена на 273 страницах машинописного текста, содержит 42 таблиц, 22 рисунков и 18 приложений. Список литературы насчитывает 418 наименований из них 45 на иностранных языках.
Состояние органического вещества и соединений азота пахотных черноземов, способы его агроэкологической оценки и прогнозирования
Черноземы лесостепи включают три подтипа: оподзоленные, выщелоченные и типичные, которые вместе занимают 60% площади ЦЧР. Их распа-ханность составляет 95-96% от общей площади (5, 30). Среди автоморфных типов почв зонального ряда эти почвы характеризуются наиболее высоким уровнем потенциального плодородия.
Для характеристики состояния органического вещества почв используют ряд показателей: содержание и запасы гумуса, его групповой и фракционный состав, содержание, запасы и состав ЛОВ (легкоразлагаемое органическое вещество), содержание подвижных форм гумуса, растворимых в 0,1н. NaOH и в воде, элементный состав гумусовых веществ, их оптические свойства и др.
При распашке целинных черноземов содержание и запасы гумуса в пахотном слое снижаются на 10-30%, по сравнению с аналогичным слоем целинных почв, что связано как с резким уменьшением поступления в почву массы источников гумуса (в 3-5 раз), так и с увеличением биологической активности (172).
Как показали исследования ряда авторов (6, 178, 237, 247), после освоения черноземов под пашню происходят изменения в групповом и фракционном составе гумуса, хотя в целом гуматный характер и преобладание гу-миновых кислот, связанных с кальцием, остаются. В пахотных черноземах снижаются содержание фульвокислот и несколько увеличивается доля гуми-новых кислот, в основном за счет наиболее мобильных форм растворимых в 0,1н. NaOH. При этом, происходит заметное снижение содержания негидролизуемого остатка. Как показали исследования Н.И.Придворева (280), содержание негидролизуемого остатка снижается за счет того, что в нем представлены не только гумусовые вещества, очень прочно связанные с минеральной частью почвы, но и полугумифицированные растительные остатки.
Снижение содержания гумуса и изменение его качественного состава наиболее интенсивно происходит в первые 20-30 лет (82, 92, 169), затем наступает стабилизация, обусловленная новым уровнем квазиравновесного состояния.
Исследования группового состава гумуса почв в нашем стационарном опыте после 10 лет от момента закладки, проведенные Н.И. Зезюковым и В.Е. Острецовым (154) показали, что отношение Спк. к Сф.к. варьировало от 1,3 в почве под бессменным посевом озимой пшеницы до 1,8 - в почве пара. Повышение отношения Сг.к. к Сф.к. в почве пара произошло за счет снижения фракции 2 фульвокислот и негидролизуемого остатка.
В целом же, как показывают исследования ряда авторов (82, 178, 241, 274, 364), групповой и фракционный состав гумуса довольно устойчив и изменяется только при резком изменении условий гумусообразования. Это позволило сделать вывод о том, что групповой и фракционный состав гумуса в основном характеризует генетические свойства почв и в значительно меньшей степени агрономические (82).
В связи с этим начался поиск наиболее информативных лабильных групп органического вещества почв, способных изменяться в зависимости от способов возделывания культур, видов севооборотов, норм удобрений и т.д.
Так, ряд исследователей (11, 133, 175, 176, 348, 349) предложили для агрономической характеристики состава гумуса определять подвижные формы гумусовых веществ, растворяющиеся в воде и 0,1н. NaOH без предварительного декальцирования.
Как отмечает В.И.Кирюшин с соавторами (172), использование этих показателей для агрономической оценки осложняется тем, что растворимость гумуса можно трактовать как положительным его качеством, так и отрицательным. Избыток растворимых гумусовых веществ может приводить к негативным последствиям, таким как усиление процессов выноса оснований и элементов питания за пределы пахотного слоя.
Тем не менее многие исследователи показали закономерное увеличение содержания лабильных форм гумуса в почвах с более высоким поступлением источников гумуса и положительной корреляцией этого показателя с величиной урожая (175, 176, 241, 349, 350). В последние годы широкое распространение получил метод определения содержания легкоразлагаемых органических веществ (ЛОВ) в почвах, разработанный Н.Ф. Ганжарой и др.(91), Н.Ф.Ганжарой и Б.А. Борисовым (92). К легкоразлагаемым органическим веществам авторы относят послеуборочные остатки, органические удобрения, а также промежуточные продукты их разложения и гумификации. ЛОВ почв - наиболее динамичная группа в составе органического вещества почв, она оказывает влияние на биологический, и питательный режимы почв, обеспечивает сбалансированное питание растений.
Период обновления ЛОВ в почвах измеряется годами и десятками лет, тогда как период обновления стабильного органического вещества, прочно связанного с минеральной частью почвы (стабильного) - сотнями и тысячами лет. Содержание ЛОВ в пахотных горизонтах варьирует от 0,1% до 1-1,5% (93, 95). В составе ЛОВ в процессе гумификации накапливается азот (до 2-2,5%), который в процессе минерализации ЛОВ высвобождается и может усваиваться растениями. Установлено (32, 241), что в течении вегетативного периода высвобождается примерно 10-20% азота от общего его содержания в ЛОВ.
Азот - один из главных биофильных элементов. Он входит в состав белков и белков-ферментов, нуклеиновых и аденозинофосфорных кислот. Основные запасы азота в почве находятся в составе гумусовых веществ. Преобладающая часть азота гумусовых веществ содержится в недоступных для растения формах. Круговорот азота в природе сопровождается трансформацией его соединений, включающих газообразные, минеральные и органические формы. При этом главными агентами трансформации являются микроорганизмы. Мобилизация азота в системе «почва-микроорганизмы-растения» происходят по двум каналам - связывание его из атмосферы и извлечения из гумусовых веществ. В первом случае работают бактерии-азотфиксаторы; во втором - гетеротрофные микроорганизмы - минерализаторы.
Роль сельскохозяйственных культур в формировании комплексов почвенных микроорганизмов
В работах Н.Ф. Ганжары с соавторами (90, 92, 95) установлено, что оптимальное содержание ЛОВ в почвах полевых севооборотов составляет 0,4-0,8% или 12-24 т/га в пахотном слое. В целинных дерново-подзолистых почвах относительное содержание ЛОВ, как правило, более 25%, поэтому пахотные почвы, в которых содержание ЛОВ составляет 25% и выше, можно с полной уверенностью отнести к невыпаханным.
По мере снижения относительного содержания ЛОВ степень выпахан-ности почв возрастает. Максимальной она будет в случаях, когда относительное содержание ЛОВ приближается к 1% и ниже. Именно поэтому авторы этого способа предложили 25-балльную шкалу оценки степени выпахан-ности. За 25 баллов была принята максимальная степень выпаханности. Балл степени выпаханности почв при расчетах определяется вычитанием относительного содержания ЛОВ из 25.
Черноземы целинные Стрелецкой степи по многим показателям используют как эталон плодородия (127, 364). Поскольку в целинных черноземах типичных Стрелецкой степи относительное содержание ЛОВ составляет 15,5% (89), то для почв черноземного типа к невыпаханным можно отнести почвы в которых относительное содержание ЛОВ составляет 15% и более. Именно поэтому нами предложена 15-балльная шкала для оценки степени выпаханности черноземов.
В таблице 17 приведены показатели степени выпаханности черноземов выщелоченных при разных видах их использования. Наиболее выпаханными являются почвы бессменного чистого пара (10,5 балла), тогда как почвы залежи и бессменной озимой пшеницы, по нашей классификации, следует соотнести к невыпаханным. Для почв остальных вариантов опыта характерна разная степень выпаханности.
Отсутствие выпаханности в почвах залежи логично, а слабую степень выпаханности почв варианта бессменной озимой пшеницы можно объяснить заторможенностью биологических процессов и почвоутомлением, что хорошо согласуется с составом и численностью микроорганизмов в почвах этого варианта (см. раздел 4.2.1).
На основании представленных в таблице 17 данных можно составить предварительную шкалу степени выпаханности для почв черноземного типа: к невыпаханным относятся почвы, имеющие 0-3 балла; к слабо-выпаханным -3-5 баллов; к средне-выпаханным - 5-10 баллов; к сильно-выпаханным -10-15 баллов. По мере увеличения объема экспериментальных данных эта шкала может уточняться. Следовательно в наших опытах, к невыпаханным почвам следует отнести почвы под бессменный посевами озимой пшеницы, чередовании с кукурузой на силос, что объясняется заторможенностью биологических процессов в почве и как следствие, накопление ЛОВ. Слабо выпаханной оказалась почва под бессменным ячменем, парной комбинацией ячменя с озимой пшеницей и в плодосменном севообороте. Почвы остальных вариантов оказались средневыпаханным.
Предельная величина накопления ЛОВ, рассчитанная как отношение запасов ЛОВ в пахотном слое к среднегодовому количеству послеуборочных остатков, в исследуемых почвах варьирует от 2,2-2,3 в почвах вариантов бессменной сахарной свеклы и зернотравяного севооборота до 4,8 - в почвах варианта бессменной озимой пшеницы. В остальных вариантах, в том числе в почвах залежи, этот показатель имеет промежуточное значение.
Обращают на себя внимание пониженные показатели предельной величины накопления (ПВН) для почв вариантов «бессменный горох» и парной комбинации «пар - озимая пшеница», что можно объяснить интенсивными обработками и более низким поступлением послеуборочных остатков в почвах этих вариантов.
ЛОВ пахотных почв принадлежит ведущая роль в обеспечении растений элементами питания и прежде всего азотом. При этом особо следует отметить значение ЛОВ как регулятора степени сбалансированности питательного режима. По данным ряда авторов (91, 93, 95, 96, 340), азот ЛОВ составляет 1-10% к общему содержанию азота.
В таблице 18 представлены данные по состоянию соединений азота в пахотном слое чернозема выщелоченного при разных видах его использования в условиях длительного опыта. Содержание общего азота в пахотном слое колеблется от 0,14-0,16% в почвах под сахарной свеклой и черного пара до 0,24% в почвах залежи с 1946г.
В остальных вариантах его содержание варьировало в пределах 0,17-0,18%. Запасы общего азота в пахотном слое (0-30 см) составляли 4,2—7,2 т/га. Содержание азота ЛОВ зависело от состава послеуборочных остатков и варьировало от 2,1 до 2,7%, а его запасы в пахотном слое варьировали от 40 кг/га в почвах бессменного чистого пара до 720 кг/га в почвах залежи. Можно отметить в виде тенденции увеличение запасов азота ЛОВ в пахотном слое в ряду: сахарная свекла - горох - зерновые культуры. Обращает на себя внимание высокая степень соответствия показателей содержания азота ЛОВ и нитрификационной способности, несмотря на то, что определение азота ЛОВ и нитрификационной способности проводились в разные годы. Если учесть, что для получения 1т зерна вместе с соломой требуется 30-40 кг азота, то имеющихся запасов ЛОВ достаточно для получения 3-5 т зерна с 1 га даже при бессменном возделывании культур.
Влияние биологических и техногенных приемов повышения плодородия почв на состояние органического вещества и соединений азота в черноземах
Потребность же аммонификаторов в питательных веществах в плодосменном севообороте удовлетворялась в большей мере за счет растительных остатков гороха. Последнее подтверждается данными по содержанию нитратной формы азота на не удобренном фоне этого варианта.
Такая же особенность влияния минеральных удобрений установлена и для вариантов парного чередования озимой пшеницы с черным паром и горохом на зеленый корм, где численность бактерий увеличивалась соответственно на 32,6 и 16,5% в сравнении с не удобренным фоном.
Другой характер действия минеральных удобрений в эту фазу развития растений был в почве под озимой пшеницей при бессменном возделывании и при чередовании ее с ячменем, где отмечено снижение численности аммонифицирующих бактерий на 95 и 108 тыс. на 1 г почвы соответственно. Это, видимо, объясняется слабой буферностью почвы этих вариантов и, как результат, изменением реакции среды в сторону подкисления, которое отмечалось в почве этого стационара на вариантах бессменного возделывания культур без применения минеральных удобрений.
Такой же характер динамики численности микроорганизмов в этот срок определения отмечен и для спорообразующих форм бактерий, с той лишь разницей, что увеличение их численности под влиянием минеральных удобрений было большим в почве севооборотов на 49,7 и 52,4%, а в парных комбинациях на 68,3 и 30,3%, что, видимо, связано с положением их в общей трофической цепи комплексов почвенных микроорганизмов.
В фазу выхода в трубку растений озимой пшеницы отмеченный характер влияния минеральных удобрений по способам возделывания культуры сохранялся. При этом разница в численности бактерий между не удобренным и удобренным фонами возрастала в почве севооборотов для неспоровых форм до 28,7 и 52,3%, а для бацилл - до 47,3 и 75,4%, соответственно в плодосменном и зернопаропропашном.
В парных чередованиях озимой пшеницы с черным паром и горохом на зеленый корм значения этого показателя равнялись соответственно 89,7 и 40,0%. В почве под озимой пшеницей по ячменю и при бессменном её возделывании ингибирующая роль минеральных удобрений сохранялась. В фазу цветения озимой пшеницы в почве севооборотов и парных ее чередованиях с черным паром и горохом на зеленый корм разница в численности комплексов аммонифицирующих бактерий между удобренным и не удобренным вариантами сократилась с 6,8 до 12,9%. Впервые за вегетацию в этот срок в почве под бессменной пшеницей на удобренном фоне отмечено увеличение численности неспорообразующих бактерий на 9,2% и на 15,0% -бацилл. На варианте размещения озимой пшеницы по ячменю значения этих показателей составили соответственно 7,2 и 12,0%. Численность спорообразующих форм на удобренном фоне в почве севооборотов и парных чередованиях пшеницы с черным паром и горохом в этот срок была ниже, чем на не удобренном.
Все это свидетельствует о том, что минеральные удобрения, значительно увеличивая численность аммонифицирующих бактерий до фазы цветения растений в почве севооборотов, (в меньшей мере в почве парных чередований озимой пшеницы с черным паром и горохом на зеленый корм), ускоряют трансформацию послеуборочных растительных остатков и высвобождение элементов питания в почве этих вариантов до наступления фаз развития растений, определяющих величину продукционного процесса. В почве под бессменной культурой озимой пшеницы и при чередовании ее с ячменем установлено ингибирующее влияние минеральных удобрений на численность бактериальной флоры до фазы цветения, где впервые за сезон отмечается увеличение численности аммонификаторов на удобренном фоне.
Перед уборкой культуры стимулирующее влияние минеральных удобрений на рост количества бактерий в почве изучаемых вариантов сохранилось на уровне предыдущего определения, что видимо, уже связано как с массой, так и экстроцеллюлярной деятельностью корней растений.
Характер влияния минеральных удобрений на количество аммонифицирующих бактерий по способам возделывания сахарной свеклы представлен в таблице 20. Под этой культурой в почве севооборотов при внесении минеральных удобрений разница численности спорообразующих бактерий снижалась по мере вегетации растений с 31,3 и 30,6% в первый срок определения до 15,4 и 9,3 в середине августа, а перед уборкой культуры она вновь увеличилась до 22,7 и 25,4% (соответственно для плодосменного и зернопропашного севооборотов).
В парных чередованиях с кукурузой и ячменем численность комплексов аммонификаторов возрастала соответственно для бацилл с 15,0-16,1% в первый срок определения до 18,9% — перед уборкой. Для сравнения следует отметить, что при чередовании озимой пшеницы с ячменем в этот срок отмечено снижение численности бактерий в почве удобренного фона на 257 тыс. Количество не спорообразующих форм в почве этих вариантов уменьшилось за вегетацию соответственно с 30,6 и 21,3% в фазу всходов до 14,0-9,4% - перед уборкой культуры.
Эффективность энергозатрат при комплексном воспроизводстве плодородия почв и разном насыщении севооборотов бобовыми культурами
Наиболее высокие коэффициенты энергетической эффективности были в контрольных вариантах и в вариантах с пониженной нормой минеральных удобрений (NPKioo).
Следует отметить более высокие коэффициенты энергетических затрат во всех вариантах севооборота с сидеральным паром по сравнению с вариантами севооборота с занятым паром. Это хорошо согласуется и с показателями состояния органического вещества в почвах этого севооборота.
При сравнительной оценке двух опытов наибольшая эффективность энергозатрат была в севооборотах с люцерной (№2 и №3). Это проявилось как в урожайности культур этих севооборотов, так и в самой низкой степени выпаханности, повышенном количестве биологического азота и высоком уровне биологической активности.
Наиболее низкие урожаи и их устойчивость по годам были характерны для бессменных посевов культур, что связано в первую очередь с явлениями почвоутомления и замедленной скоростью трансформации органических веществ для зерновых культур и повышенной степенью выпаханности для сахарной свеклы и гороха.
При повышении плодородия выщелоченных черноземов до средне окультуренных за счет насыщения севооборотов бобовыми культурами, увеличения поступления в почву массы растительных остатков существенно повышался урожай сахарной свеклы и кукурузы. Урожаи озимой пшеницы и ячменя в большей степени зависели от предшественников.
На среднеокультуренных выщелоченных черноземах увеличение нормы минеральных удобрений до 200-350 кг д.в. на 1 га не приводило к существенному увеличению урожая всех испытуемых культур, что можно объяснить в первую очередь неудовлетворительными условиями увлажнения. Это подтверждается большим диапазоном колебаний урожайности по годам практически всех культур.
Высокая эффективность энергозатрат проявлялась при воспроизводстве плодородия черноземов выщелоченных биологическими факторами: насыщением севооборотов бобовыми культурами, введением сидеральных и занятых паров, запашкой соломы, зеленого удобрения. Повышенные нормы минеральных удобрений (более 200 кг д.в. NPK на га) приводили к существенному понижению эффективности энергозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур. 1. В системе воспроизводства плодородия черноземных почв в агро-ценозах ЦЧР ведущая роль принадлежит сельскохозяйственным культурам и их различным чередованиям как главному биологическому фактору. При бессменном возделывании под пропашными культурами по сравнению с зерновыми в почве меньше накапливалось легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ), возрастала степень выпаханности, скорость обновления ЛОВ, снижалась предельная величина его накопления от 1 тонны послеуборочных остатков. При возделывании культур в парных комбинациях увеличивалось взаимовлияние культур и их послеуборочных остатков на биологические процессы в почве. 2. В почве под озимой пшеницей, по сравнению с сахарной свеклой, в структуре комплексов почвенных микроорганизмов сокращалась численность бактерий, усваивающих органические и минеральные формы азота, возрастало количество почвенных грибов и спорообразующих бактерий, снижалась ферментативная активность. Возделывание культур в парных комбинациях и различных севооборотах обеспечивало большее численное и видовое разнообразие всех групп микроорганизмов и более высокую ферментативную активность почвы. 3. При определении оптимального сочетания биологических и техногенных факторов в системах земледелия необходимо учитывать почвенно-биологические последствия применения последних. Так, длительное применение минеральных удобрений в умеренных дозах увеличивало количество послеуборочных остатков на 10-15% и обеспечивало повышение численности всех групп микроорганизмов и ферментативной активности почв. При этом почвы оставались на уровне освоенных выпаханных. Увеличение доз минеральных удобрений до 200 - 350 кг. д.в./га снижало основные показатели биогенности почвы. 4. Бобовые культуры в агроценозах наряду с увеличением поступления в почву биологического азота обеспечивали оптимизацию биологического состояния черноземов. Насыщение севооборотов бобовыми культурами, в том числе люцерной, существенно повышало количество послеуборочных остатков в почве, уровень содержания гумуса, легкоразлагаемого и подвижного органического вещества, ускоряло темпы разложения послеуборочных остатков предшествующих культур. Растительные остатки бобовых культур в семипольных севооборотах почти в два раза повышали по сравнению с паропропашными, зернотравя-ными и плодосменными севооборотами нитрифицирующую способность и высвобождение азота легкоразлагаемого органического вещества. 5. В почвах четырехпольных севооборотов с повышенным поступлением послеуборочных остатков (7-11 т/га) а виде соломы зерновых и сидерального удобрения на фоне применения минеральных наблюдался такой же уровень биогенности и биологической активности, как в почвах семипольных севооборотов с бобовыми культурами. При этом снижались показатели предельной величины накопления легкоразлагаемого органического вещества (ПВНдов), период почти полного его обновления (То,9б) и увеличивалась степень выпаханности почв за счет более интенсивных их оброботок и увеличения биологической активности под действием минеральных удобрений.
