Содержание к диссертации
Введение
1. Агротехнические основы регулирования условий азотфиксирующей активности и продуктивности бобовых культур 8
1.1. Роль биологического азота бобовых культур в производстве растительного белка и сохранении плодородия почвы 8
1.2. Эффективность обработки почвы в оптимизации условий азотфиксации и формирования урожайности бобовых культур 21
2. Почвенно-климатические условия и методика проведения исследований 37
2.1.Агрометеорологические условия 37
2.2,Почвенный покров 42
2.3. Обоснование схемы опытов и агротехника возделывания гороха 44
2.4.Объекты и методы исследований 46
3. Влияние систем основной обработки почвы на показатели почвенного плодородия и засоренность посевов гороха 50
3.1. Агрофизические свойства 50
3.2. Запасы продуктивной влаги 57
3.3. Содержание гумуса и питательных элементов 66
3.4. Биологическая активность 73
3.5. Засоренность посевов 81
4. Азотфиксирующая активность, урожайность и качество зерна гороха в зависимости от систем основной обработки почвы 89
4.1. Продолжительность функционирования и величина симбиотического аппарата 89
4.2. Активный симбиотический потенциал, удельная активность симбиоза и размер фиксации горохом воздушного азота 98
4.3. Урожайность и ее структура 105
4.4. Качество зерна и вынос основных элементов питания продукцией 115
5. Значение и использование азотфиксирующего и продукционного потенциалов гороха в земледелии лесостепи Поволжья 124
6. Экономическая эффективность систем основной обработки почвыв технологиях гороха 129
7. Энергетическая оценка систем основной обработки почвы при возделывании гороха 134
Выводы 139
Предложения производству 142
Список литературы 143
Приложения 176
- Эффективность обработки почвы в оптимизации условий азотфиксации и формирования урожайности бобовых культур
- Обоснование схемы опытов и агротехника возделывания гороха
- Содержание гумуса и питательных элементов
- Активный симбиотический потенциал, удельная активность симбиоза и размер фиксации горохом воздушного азота
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие земледелия в перспективе немыслимо без учета в производстве экологических принципов, которые предусматривают более широкое использование возможностей природы при сохранении ее ресурсного потенциала за счет сокращения техногенных нагрузок и энергетических затрат. С этой точки зрения особую актуальность приобретает проблема вовлечения в агроценозы биологически фиксированного азота атмосферы посредством симбиотической азотфиксации бобовых культур и, в частности, гороха. В современных условиях нарастающего дефицита белка и продовольствия в целом, энергокризиса, деградации плодородия почв и загрязнения окружающей среды биологический азот выступает в качестве одного из наиболее значимых факторов биологизации и экологизации земледелия. Однако, реализация азотфиксирующего и продукционного потенциалов бобовых растений зачастую ограничивается комплексом неблагоприятных почвенно-климатических факторов. В их оптимизации ведущее значение имеет агротехника возделывания культур, включая основную обработку почвы, которая позволяет направленно регулировать многие почвенные свойства и режимы.
В лесостепи Поволжья комплексное влияние на культуру гороха основной обработки почвы изучено недостаточно, что определяет важность оценки ее эффективности в данных экологических условиях.
Исследования являются составной частью плана научной работы Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновская ГСХА».
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось изучение эффективности основной обработки почвы в регулировании азотфиксирую-щей активности и продуктивности гороха в условиях лесостепи Поволжья.
Основные задачи исследований:
— установить эффективность систем обработки в регулировании ос-
новных агрофизических и агрохимических свойств пахотного слоя почвы, ее биологической активности и фитосанитарного состояния в посевах гороха;
изучить динамику формирования и функционирования симбиотиче-ского аппарата, определить размер азотфиксации гороха и долевое участие биологического азота в формировании величины и качества урожая культуры в зависимости от систем основной обработки почвы;
оценить роль обработки почвы в формировании урожайности, ос-
новных элементов ее структуры, качества зерна и белковой продуктивности гороха;
- провести агрономическое и экологическое обоснование, экономиче
скую и энергетическую оценку систем основной обработки почвы под горох.
Научная новизна. Впервые применительно к агроклиматическим условиям лесостепи Поволжья проведено комплексное изучение влияния систем основной обработки почвы на симбиотическую активность и продуктивность гороха, выявлено значение ряда абиотических и биотических факторов в реализации азотфиксирующего и продукционного потенциалов культуры. Установлены связи между продолжительностью, активностью, размером азотфиксации и продуктивностью растений; дано агроэкологическое обоснование, проведена оценка энергетической и экономической эффективности применения различных систем основной обработки почвы под горох.
Практическая значимость. Результаты исследований являются теоретической и практической основой для совершенствования агротехники гороха на черноземе выщелоченном лесостепи Поволжья. Практическое внедрение в технологию возделывания гороха перспективных вариантов основной обработки почвы будет способствовать повышению его урожайности на 0,2-0,4 т/га, увеличению валовых сборов зерна и белка соответственно на 6—23 и 11-13 % и сохранению почвенного плодородия за счет вовлечения в агроце-
У *
нозы биологического азота ежегодно не менее 50 кг/га. На защиту выносятся следующие положения:
- изменение основных показателей почвенного плодородия под воз-
действием систем обработки почвы при возделывании гороха;
продолжительность и активность бобово-ризобиального симбиоза, размер фиксации азота воздуха и доля его участия в формировании урожайности и качества продукции гороха в зависимости от систем основной обработки почвы;
формирование урожайности, качества зерна гороха и вынос основных элементов питания культурой на фоне разных систем обработки почвы;
агрономическое и экологическое обоснование, энергетическая и экономическая оценка систем основной обработки почвы в технологиях возделывания гороха.
Личный вклад соискателя. Соискателем лично разработана программа исследований, проведены полевые опыты, наблюдения, учеты и лабораторные анализы, сделаны обзор источников литературы по изучаемой проблеме, теоретические обобщения полученного экспериментального материала, а также выводы и рекомендации производству.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, рассматривались и обсуждались на ежегодных внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА в 1998-2004 гг., Ульяновского государственного университета в 1998 году, Пензенской ГСХА в 1999 году, VI Международной научной конференции «Медико-биологические проблемы экологической безопасности АПК» (Сергиев Посад, 2000), VIII Международной научной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001» (Москва, 2001), областной межвузовской научно-практической конференции «Молодые ученые - агропромышленному комплексу» и Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России», проходивших в Ульяновской ГСХА соответственно в 2002 и 2003 гг.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 175 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений
производству, включает 25 таблиц, 11 рисунков, имеет 49 приложений. В список литературы входят 367 источников отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук профессору Куликовой Алевтине Христофоровне, коллективу кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии, а также студентам-дипломникам, принимавшим участие в проведении опытов, за поддержку и помощь в выполнении работы.
Эффективность обработки почвы в оптимизации условий азотфиксации и формирования урожайности бобовых культур
Симбиотическая активность и продуктивность бобовых культур напрямую зависят от параметров основных факторов окружающей среды, а также от особенностей биологии макро- и микросимбионтов (растений и клубеньковых бактерий рода Rhizobiwri). При этом азотфиксация и урожайность редко достигают потенциально возможных величин вследствие неблагоприятного влияния на организмы именно почвенно-климатических условий зоны, конкретного поля (Мишустин Е.Н., Шильникова В.К., 1968; Миль-то Н.И., 1982; Вавилов П.П., Посыпанов Г.С., 1983; Hardy R.W. et al., 1971), что определяется специфическими особенностями симбиотических процессов (Мишустин Е.Н., 1971).
В оптимизации соответствующих условий симбиоза, роста и развития растений ведущее значение приобретает агротехника возделывания бобовых культур (Прянишников Д.Н., 1945; Ягодин Б.А., 1981; Мильто Н.И., 1982; Вавилов П.П., Посыпанов Г.С., 1983). Поэтому одним из главных и актуальных направлений исследований сегодня и в будущем остается разработка и совершенствование комплекса агротехнических способов активизации азот-фиксирующей способности и повышения продуктивности бобовых растений. По мнению Г.С. Посьшанова (1993), при создании благоприятных условий для бобово-ризобиального симбиоза сельское хозяйство России может получать ежегодно 7 млн. т биологически фиксированного азота без затрат ископаемой энергии, что эквивалентно производству и применению 63 млн. т аммиачной селитры.
В настоящее время в вопросе использования в земледелии биологического азота многое не вызывает сомнений. Однако в современных условиях изменения производственных технологий в растениеводстве с учетом пересмотра устаревших подходов на основе новых принципов требуется дальнейшее комплексное изучение всех особенностей симбиотической фиксации азота и возможностей ее регулирования. В экологических условиях Заволжья Ульяновской области на горохе проводились основательные исследования в различных севооборотах, а также изучались эффективность предпосевной обработки его семян и применение удобрений под культуру (Морозов В.И., 1985; Дозоров А.В., Костин О.В., 2003; Голомолзин Р.С., 2003). В то же время не изучен такой важнейший агротехнический фактор регулирования азот-фиксирующей активности и продуктивности гороха, как обработка почвы, которая, составляя фундамент большинства агротехнологий и изменяя многие показатели почвенного плодородия, способна обеспечить соответствие его параметров специфическим потребностям бобовых культур.
Для активной азотфиксации необходим сложный комплекс условий, в той или иной степени прямо либо косвенно регулируемых системами обработки почвы. Влияние различных факторов на активность симбиоза и фиксацию воздушного азота бобовыми растениями изучено и описано в работах М.В. Федорова (1952), Л.М. Доросинского (1970), Е.Н. Мишустина, В.К. Шильниковой (1968), О.А. Берестецкого (1983), Г.С. Посыпанова (1985, 1993) и др.
Одним из главных условий для интенсивной симбиотической фиксации азота воздуха является наличие специфического, вирулентного и активного штамма клубеньковых бактерий (ризобий). Такие штаммы образуют крупные клубеньки розового цвета, располагающиеся в основном на главном корне или около него. Соответствующий цвет определяется наличием в клубеньках красного пигмента — леггемоглобина, который является показателем их активности и индикатором складывающихся условий бобово-ризобиального симбиоза (Доросинский Л.М., Афанасьева Л.М., 1972; Посыпанов Г.С., 1983; Топунов А.Ф., 1995; Посыпанова В.Н. и др., 1996; Fischer Н.М. et al, 1992; Layzell D.B. et al, 1992). Авторами отмечается, что только с участием леггемоглобина происходит симбиотическая фиксация азота воздуха. Он появляется в клубеньках через 3-4 дня после их образования. По мере роста клубеньков концентрация леггемоглобина увеличивается, как правило, до начала образования бобов на растениях, а затем он постепенно переходит в холегло-бин, имеющий зеленоватую окраску, и процесс азотфиксации прекращается. Далее происходит разрушение клубеньков, и ризобии высвобождаются из них в почву. Неактивные штаммы бактерий образуют клубеньки белого, серого или зеленого цвета, мелкие и разбросанные по всей корневой системе, которые не участвуют в фиксации азота воздуха.
В научной литературе отмечается, что ризобии широко распространены в различных почвах, особенно в районах давнего возделывания бобовых растений (Мишустин Е.Н., Шильникова В.К., 1968; Доросинский Л.М., Чунде-рова А.И., 1979; Кожемяков А.П., 1982; Петухов Г.Д., 1995). Приспособленные к местным условиям дикие спонтанные расы бактерий не всегда обладают необходимыми для эффективного бобово-ризобиального симбиоза качествами. Но, несмотря на это, естественные популяции микроорганизмов настолько многочисленны, что формируют основное число клубеньков даже при инокуляции семян бактериальными препаратами, если культура выращивается в данном регионе постоянно, например, горох, вика и др. (Посыпанова В.Н. и др., 1981; Посыпанов Г.С., 1983). С отмеченным связана противоречивость результатов, получаемых в исследованиях по влиянию на симбиоти-ческую активность, продуктивность и качество урожая бобовых растений предпосевной обработки их семян инокулянтами, среди которых в России наиболее распространены нитрагин и ризоторфин.
Положительное значение инокуляции на горохе отмечают многие уче ные (Петренко Г.Я., 1966; Бадина Г.В., 1974; Руинская Н.С., Осмоловский В.В., 1987, Кашукоев М.В., 1994; Стукалов М.Ю., 1999; Chamber А.А., 1983; Hoflich G., 1989). Многолетними исследованиями ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии установлено, что при обработке семян препаратом клубеньковых бактерий увеличивается содержание белка в растениях гороха и люцерны в среднем на 2,3 %, сои - на 5,6 %, люпина - на 2,9 %, клевера -на 1,2 % (Базилинская М.В., 1985). В то же время имеются и данные о том, что на традиционно возделываемых бобовых растениях, включая горох, прием инокуляции оправдывается далеко не всегда (Доросинский Л.М., 1970; Кожемяков А.П., Афанасьева Л.М., 1986; Петухов Г.Д., 1995; Ефимов В.Н. и др., 1996; Азаров Б.Ф. и др., 1997). Однако, если культура в данном регионе ранее не выращивалась, то в почве нет спонтанных специфичных для нее клубеньковых бактерий, и, следовательно, в этом случае обработка семян ри-зобиальными препаратами должна быть обязательной.
Обоснование схемы опытов и агротехника возделывания гороха
В соответствии с особенностями природных условий, являющихся факторами почвообразования, почвенный покров лесостепи Поволжья, и в частности, Ульяновской области, отличается большим разнообразием. Он представлен сложным сочетанием различных черноземов (69,1 %), не менее разнообразных серых лесных почв (23 %), солонцов и других почвенных разностей.
Изучение и описание почвенного покрова территории, занимаемой ныне Ульяновской областью, началось с экспедиций В.В. Докучаева конца XIX века и было продолжено целым рядом исследователей, которые отмечали значительную пестроту черноземных и др. почв Поволжья (Колосов И.П., 1948, 1953; Нолль И.Ф., 1966; Селютин А.В., 1973; Щербаков А.П., Ру-дайИ.Д., 1983; и др.).
В целом почвы региона, особенно черноземы, в естественном состояний характеризуются благоприятными агрофизическими свойствами, водным и питательным режимом, реакцией почвенного раствора, высоким потенциальным плодородием, определяемым как значительным содержанием гумуса, так и его хорошим качественным составом (Нолль И.Ф., 1966).
Опытное поле Ульяновской ГСХА находится в Чердаклинском районе Ульяновской области. Он относится к левобережному Приволжскому агро-почвенному району, расположенному на надпойменной террасе реки Волга. Основными почвообразующими породами здесь являются древнеаллювиаль-ные отложения в виде разнообразных суглинистых осадков. Землепользование по рельефу характеризуется ел або волнистой равниной с высотой над уровнем моря 45-50 м, представленной комплексом древних (среднечетвер-тичных) террас долины реки Волга. Характерной чертой агроландшафта являются линейные и блюдцеобразные понижения (Почвы Поволжья, 1974).
Опытное поле по изучению систем обработки почвы представлено черноземом выщелоченным среднемощным среднегумусным среднесуглини-стым со следующими морфологическими признаками: Апах. 0-25 см. Темный, зернистопылевато-комковатый, среднесуглинистый, густо пронизан корнями растений, переход постепенный. А] 25-38 см. Темный с сероватым оттенком, зернисто-комковатый, среднесуглинистый, имеются ходы червей, кротовины, полуразложившиеся остатки растений, переход постепенный. АВ 38-55 см. Серовато-коричневатый, комковато-ореховидный, среднесуглинистый, уплотнен, переход книзу заметен слабо. В[ 55-84 см. Светлокоричневато-бурый, комковатый или призмовидно-комковатый, среднесуглинистый, плотнее, чем АВ, с ясным глянцем на структурных отдельностях, переход слабыми языками и более заметен. Вз 84-143 см. Желтовато-коричневатый, бесструктурный, легкосуглинистый, рыхлый, слабоувлажнен, выражены гумусовые языки и потеки до 115 см, бурное вскипание с 84 см. С0 143 см и глубже. Желтый, бесструктурный, легкосуглинистый, рыхлый, наблюдаются слабые псевдомицелии карбонатов. Исходное содержание гумуса на данном участке составляло 4,91-5,28 %, подвижных форм P2Os и КгО по Чирикову соответственно 21,4 и 13,3 мг/100 г почвы (очень высокая и высокая обеспеченность), рН солевой 6,3-6,7 (1987 г.). Сумма поглощенных оснований в верхнем горизонте находилась в пределах 28,8-39,0 мг-эквивалент на 100 г почвы, степень насыщенности ими достигала 94,2-98,2 %.
Средняя дата готовности почвы опытного поля к проведению весенних полевых работ-21 апреля. Грунтовые воды в данном районе располагаются на глубине 12-15, а водоносный горизонт — от 35 до 55 метров и не оказывают влияния на формирование урожайности сельскохозяйственных культур. К моменту их сева в метровом почвенном слое накапливается в среднем 170-200 мм продуктивной влаги.
Достаточно высокий уровень плодородия черноземов опытного поля и учхоза Ульяновской ГСХА позволяет получать урожаи зерновых культур до 3,5-4,5 т/га и более, что в отдельные годы при благоприятной для растений погоде наблюдается на значительных площадях. Однако в то же время характерной для хозяйства является неустойчивость урожайности культур по годам, что прежде всего объясняется негативным влиянием гидротермических условий.
Исследования в 1997-2003 гг. проведены на базе полевого стационарного опыта кафедры почвоведения, агрохимии и агроэкологии Ульяновской ГСХА. Изучение систем основной обработки почвы осуществлялось в шестипольном полевом зернопропашном севообороте: пар сидеральный (вико-овсяная смесь) - озимая рожь - кукуруза - яровая пшеница - горох - овес. Схема опыта включала 4 варианта систем основной обработки почвы: 1. Отвальная: послеуборочное лущение стерни БДТ-7 на 8-Ю см и вспашка ПЛН-4-35 под сидеральный пар и горох на 25-27 см, кукурузу на 28-30 см, яровую пшеницу и овес на 20-22 см. Вариант принят за контроль. 2. Плоскорезная: послеуборочное поверхностное рыхление комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3 на 8-10 см и плоскорезная основная обработка КПГ-2,2 на ту же глубину, что и в первом варианте. 3. Комбинированная в севообороте: послеуборочное рыхление КПШ-5 + БИГ-3 на 8-10 см и безотвальная основная обработка плугом со стойкой СибИМЭ под сидеральный пар на глубину 25-27 см; лущение стерни БДТ-7 на 8-10 см и вспашка ПЛН-4-35 под кукурузу и горох соответственно на 28-30 и 25-27 см; поверхностная обработка КПШ-5+БИГ-3 на 8-10 см и плоскорезное рыхление КПГ-2,2 под яровую пшеницу и овес на 20-22 см; 4. Поверхностная: двухкратная обработка комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3 под все культуры севооборота с интервалом 10-15 дней: первая на глубину 8-10 см, вторая - на 10-12 см. Общая схема опыта приведена в таблице 1. Полевой опыт заложен в трехкратной повторности, севооборот с чистым паром освоен в 1988 году. Посевная площадь делянки 350 м2 (35x10 м), учетная 280 м2 (35x8 м), их расположение систематическое. Возделывание культур осуществлялось при минимальном использовании минеральных удобрений (30-40 кг д.в. на гектар), гороха - на неудобренном фоне. Заделывались пожнивно-корневые остатки растений и солома всех зерновых культур севооборота. Сидеральный пар введен в севооборот вместо чистого в 1996 году. В сидеральном пару выращиваются однолетние травы (смесь вики и овса). Измельченная масса сидерата заделывалась в почву двухкратной обработкой БДТ-7 на глубину 10-12 см.
Содержание гумуса и питательных элементов
Отвальная система основной обработки почвы в опыте имела устойчивое преимущество перед остальными вариантами по сохранению влаги только при избыточном количестве осадков, что отчетливо проявилось в 2003 году и вполне объяснимо лучшей фильтрацией в этом случае выпадающих дождей в глубокие почвенные слои.
Таким образом, оптимизации водного режима почвы в опыте в большей степени отвечала комбинированная в севообороте обработка, значение которой особенно возрастало в условиях засух. Это подтверждается и увеличением влагонакопления перед посевом гороха по данному варианту после недостаточно увлажненных лет. Менее продуктивный расход влаги в течение вегетации гороха в опыте обеспечивали безотвальные рыхления почвы. При этом особенно неблагоприятный водный режим складывался по поверхностной обработке в засушливые годы. Следует отметить, что и в случаях избыточного увлажнения по плоскорезной и минимализированной обработкам свойства почвенной среды также ухудшались. Последнее необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с и без того неблагоприятными для растений и, прежде всего, бобово-ризобиального симбиоза гороха условиями аэрации, складывающимися по этим вариантам опыта,
К моменту уборки запасы влаги в почве в зависимости от ее обработки различались менее, чем в другие сроки и в целом выравнивались. Однако и в это время заметно некоторое увеличение остаточных влагозапасов в почве в избыточно и равномерно увлажненные в течение вегетации растений годы (2000, 2002, 2003 гг.) по отвальной, а в другие - по комбинированной в севообороте и плоскорезной системам обработки.
Обобщающим критерием оценки расхода воды на формирование урожая служит коэффициент водопотребления культуры, расчет которого указывает на предпочтение применения под горох вспашки (табл.5). В среднем за 1998— 2003 годы исследований его величина по отвальной и комбинированной в севообороте обработкам со вспашкой под горох изменялась мало и составила соответственно 14,4 и 14,0 м3/т сухого зерна. Значения коэффициентов водопотребления по безотвальным обработкам почвы, заметно уступая отмеченным вариантам, между собой тоже значительно не различались, составив 16,1-17,2 м3/т. Следовательно, плоскорезные рыхления почвы, включая поверхностное, характеризуются большими непродуктивными потерями влаги.
Таким образом, в целом более благоприятный водный режим при возделывании гороха, включая накопление перед посевом и расход запасов продуктивной влаги в течение вегетации культуры, наблюдался по комбинированной в севообороте системе основной обработки почвы.
Гумус - важнейший показатель почвенного плодородия. Его содержание и качественный состав во многом определяют агрохимические свойства почвы, ее водный, воздушный и тепловой режимы, строение и сложение.
Обработка почвы является одним из наиболее мощных факторов воздействия на почвенное плодородие, включая гумусное состояние. Она напрямую определяет направление трансформации поступающих в почву растительных остатков через их соответствующее размещение и регулирование процессов минерализации и гумификации (Александрова Л.Н., 1980; Дьяконова К.В. и др., 1981; Куликова А.Х., 1997). Интенсивное разрыхление почвы в процессе обработки, улучшая доступ кислорода, вызывает усиление жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и приводит к разложению непосредственно гумуса (Лыков A.M., 1985; Берестецкий О.А., 1984; Фокин А.Д., 1989; Долотов В.А., 1990; Кирюшин В.И. и др., 1993; Баранчук Ю.Е., 1999; Фрид А.С., Воронин А.Я., 2000; Яковлев А.С., 2000). Поэтому баланс гумуса в почве, определяемый его новообразованием, с одной стороны, и распадом, с другой, в зависимости от обработки почвы может складываться далеко неоднозначно. Об этом свидетельствуют многочисленные опыты, данные которых чрезвычайно разнообразны.
Одни исследователи считают, что оптимизации гумусного состояния почв более благоприятствует вспашка (Саранин К.И., 1981; Витер А.Ф., 1984; Никифоренко Л.И., 1985; Трофимова Т.А., 1995; Беленков А.И., 1998), тогда как другие отмечают, что лучшие условия для накопления гумуса и уменьшение его потерь обеспечивает безотвальная обработка (Палецкая Г.Я., Холмов В.Г., 1982; Акентьева ЛИ., Чижова М.С., 1986; Берестецкий О.А., 1986; Лактионов Н.И. и др., 1989; Плишко М.К. и др., 1992). Не менее распространены рекомендации снижения интенсивности механического воздействия на почву и перехода к поверхностной обработке вплоть до нулевой в целях стабилизации гумусного режима (Лыков A.M., 1985; Каштанов А.Н. и др., 1983; Макаров И.П., 1983; Пупонин А.И., Кирюшин В.И., 1989; Туев Н.А., 1989; Кочетов И.С. и др., 1990; Казаков Г.И., 1997). В то же время исследования И.В. Тюрина (1957), Э. Рюбензама и К. Рауэ (1969), Л.Н. Александровой (1980) показали, что поверхностно заделанные растительные остатки и удобрения минерализуются быстрее, что приводит к потере питательных веществ и не обеспечивает накопления гумуса. Таким образом, вопрос о влиянии разных обработок почвы на ее гумусное состояние является одним из наиболее спорных в земледелии.
Результаты наших исследований показали, что в зависимости от систем основной обработки почвы в 2002 году в посевах гороха заметных различий в содержании гумуса не наблюдалось (табл.6, рис.5). В среднем по слою почвы 0-30 см оно изменялось от 4,24 % по отвальной до 4,42 % по поверхностной системам обработки. Можно говорить лишь о небольшом увеличении гуму-сированности почвы под влиянием минимализированной и комбинированной в севообороте обработок в сравнении с другими. Однако интересны сравнения этих данных, полученных в 3 ротации севооборота с результатами исследований, проведенных в период закладки опыта в 1987 году А.Х. Куликовой (1997). Исходное содержание гумуса на этом участке в 1987 г. составляло 4,97-5,13 %.
Активный симбиотический потенциал, удельная активность симбиоза и размер фиксации горохом воздушного азота
Таким образом, обработка почвы больше влияет на рост (величину) симбиотического аппарата гороха, чем на его формирование, определяемое инфицированием растений, в основном, сразу после всходов. В дальнейшем, до периода бутонизации некоторое повышение количества клубеньков (на 3-10 штУраст. в 2001-2003 гг.) обеспечивало поверхностное рыхление почвы в сравнении с другими вариантами обработки. Однако во время бутонизации -цветения, несмотря на значительную массу клубеньков по минимальной обработке, их число на растении снижалось. Это связано с хорошим развитием симбиотического аппарата гороха в поверхностном почвенном слое наряду с почти полным отсутствием активных клубеньков в почве на глубине ниже 10-15 см на фоне мелкого рыхления. В то же время по плоскорезной системе обработки, напротив, к фенофазе цветения в 2001 и 2002 гг. увеличивалось количество клубеньков, но они были гораздо мельче, чем по другим вариантам опыта. Вспашка под горох (отвальная и комбинированная системы обработки), способствуя увеличению массы активных клубеньков, приводила и к равномерному повышению их количества.
Представляет интерес сравнение величины симбиотического аппарата гороха по годам исследований. Более интенсивное его формирование происходило в 2001 и 2002 гг., когда максимальная масса активных клубеньков за период симбиоза в зависимости от систем обработки почвы составляла соответственно 101,9-191,7 и 161,0-202,4 кг/га (в воздушно-сухом состоянии). Меньшее развитие симбиотического аппарата в порядке убывания обеспечивали 1997, 1999, 2003, 2000 и 1998 гг., характеризующиеся либо недостатком или избытком увлажнения. При этом особенно сильно жизнедеятельность ризобиальных бактерий подавлял дефицит влаги в почве. Так, в условиях сильнейшей засухи мая-июня 1998 года переход клубеньков в активное состояние практически совпал с началом их отмирания. Поэтому уже в момент ветвления в варианте с плоскорезным рыхлением почвы КПГ-2,2 функционирующий симбиотический аппарат отсутствовал, а максимальное накопление активных клубеньков в это время не превысило 6,7 кг/га, что отмечалось в условиях дифференцированной в севообороте обработки. Общая продолжительность активного симбиоза тогда составила всего 9-Ю дней (табл.11, прил.З).
Своеобразным в отношении формирования и функционирования сим-биотического аппарата гороха стал 1999 год, в котором замедление из-за прохладной погоды их до 24 мая при всходах культуры в конце первой декады месяца и значительное количество майских осадков (97 мм) обусловили интенсивное накопление клубеньков к началу июня. Однако затем июньская засуха этого года привела к резкой приостановке роста и развития клубеньков уже к середине месяца и последующему их отмиранию. Еще более поздний переход симбиотического аппарата гороха в активное состояние из-за майских холодов наблюдался в 2000 и 2002 гг. При этом небольшие осадки мая 2000 года не позволили гороху накопить достаточную массу клубеньков, и лишь выпавшие во второй декаде июня дожди несколько продлили продолжительность активного симбиоза. Поэтому в 1999 и 2000 году она была почти одинакова, составляя соответственно 22—24 и 19-21 дней. Равномерное распределение осадков в период симбиоза в 2002 году привело к формированию наибольшего за все время исследований симбиотического аппарата гороха при достаточно длительном его функционировании. Активный бобово-ризобиальный симбиоз в данном году продолжался в течение 30—32, а в 1997, 2001 и 2003 гг. соответственно 35-38, 32-39 и 34-38 дней.
Согласно приведенным в таблице 11 данным, увеличению продолжительности бобово-ризобиального симбиоза гороха за счет более длительного (на 1-7 дней) функционирования симбиотического аппарата почти во все годы исследований способствовала вспашка под культуру, проводимая в севообороте как постоянно, так и периодично в сочетании с другими способами обработки почвы. Это закономерно связано с относительно длительным сохранением благоприятных для гороха, в первую очередь, агрофизических свойств пахотного слоя вследствие более позднего перехода почвы в естественное равновесное состояние в условиях отвальной обработки в сравнении с плоскорезными. Отмеченное доказывают результаты проведенного корреляционно-регрессионного анализа. Наиболее тесные связи при этом установлены между массой активных клубеньков на протяжении всего периода их функционирования и структурным состоянием почвы, которое во многом определяет формирование других ее агрофизических свойств. Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид: X - количество агрономически ценных агрегатов в почве, %.
Таким образом, формированию симбиотического аппарата гороха, а также активному и длительному его функционированию более благоприятствовали варианты со вспашкой и поверхностной обработкой почвы.
Количество симбиотически фиксированного азота воздуха зависит как от массы клубеньков с леггемоглобином, так и от продолжительности их функционирования. Объединяет эти критерии величина активного симбиотического потенциала (АСП), который является наиболее полным показателем, характеризующим бобово-ризобиальный симбиоз. Общий симбиотический потенциал (ОСП), рассчитанный исходя из массы всех клубеньков, включая активные, и продолжительности их жизни, как указывает Г.С.Посыпанов (1983), имеет скорее теоретическое значение.
Результаты наших исследований показали, что более высокий активный симбиотический потенциал гороха, определяемый произведением наибольшей массы активных клубеньков и длительности их функционирования, почти во все годы исследований реализовывался по отвальной системе основной обработки почвы. Кроме того, в благоприятно увлажненных 2001 и 2002 гг. очень близкие значения АСП обеспечили не только варианты со вспашкой под горох, в том числе в условиях комбинированной в севообороте системы обработки, но и поверхностное рыхление под культуру. Величины АСП гороха, сложившиеся в эти годы, изменялись в зависимости от систем обработки почвы в пределах 2143 4112 единиц и стали самыми большими за все время проведения опытов, что позволяет считать их наиболее приближенными к потенциальным возможностям культуры (табл.13). Дифференцированная в севообороте обработка почвы менее всего уступала отвальной по показателю АСП и в другие годы, а в 1999 г. даже обеспечила некоторое его превышение в сравнении со всеми вариантами опыта. Плоскорезное рыхление почвы КПГ-2,2 приводило к снижению активного симбиотического потенциала гороха в большинстве из 7 лет исследований.
