Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Влияние элементов агротехнологии на плодородие почвы и формирование продуктивности подсолнечника (обзор литературы) 13
1.1. Степень насыщения севооборотов подсолнечником 13
1.2. Роль основной обработки почвы в агротехнологии возделывания подсолнечника 30
1.3. Агрохимические и физиологические аспекты применения минеральных удобрений и молибденсодержащих препаратов при культивировании подсолнечника 50
1.4. Применение гербицидов в технологии возделывания подсолнечника 64
ГЛАВА II. Место, условия и методика исследований 71
2.1. Характеристика почвенно-климатических условий Центрального Черноземья и места проведения исследований 71
2.2. Метеорологические условия периода проведения опытов 74
2.3. Схемы и методика опытов 82
2.4. Методы и техника проведения наблюдений и анализов 87
ГЛАВА III. Научные основы размещения подсолнечника в севооборотах с учетом регулирования плодородия почвы 91
3.1. Влажность почвы под подсолнечником в севооборотах с различной продолжительностью ротации 91
3.2. Влияние севооборотов и бессменной культуры подсолнечника на биогенность почвы 98
3.2.1. Структура микробного ценоза и ферментативная активность почвы в севооборотах с разной продолжительностью ротации 99
3.2.2. Содержание подвижных компонентов гумуса 109
3.2.3. Питательный режим почвы 115
3.3. Фитосанитарное состояние посевов подсолнечника 120
3.4. Продуктивность подсолнечника в севооборотах с различной продолжительностью ротации 132
ГЛАВА IV. Эффективность различных приемов основной обработки почвы под подсолнечник 139
4.1. Динамика агрофизических свойств почвы 139
4.2. Микробиологическая активность почвы в ризосфере
подсолнечника 147
4.3. Скорость разложения клетчатки и биосинтез аминокислот в почве 153
4.4. Режим углекислого газа в почвенном воздухе и интенсивность газообмена в системе "почва - приземный слой воздуха" 156
4.5. Интенсивность окислительных микробиологических
процессов в зависимости от концентрации СОг в газовой фазе почвы 162
4.6. Динамика азота, фосфора и калия в почве 165
4.7. Развитие корневой системы подсолнечника 172
4.8. Урожайность семян подсолнечника 175
ГЛАВА V. Использование средств химизации в технологии возделывания подсолнечника 178
5.1. Эффективность расчетных норм минеральных удобрений при выращивании программированных урожаев 178
5.1.1. Содержание азота, фосфора, калия в почве 182
5.1.2. Биохимическая оценка семян подсолнечника 187
5.2. Продуктивность подсолнечника и обоснование метода определения норм минеральных удобрений 192
5.3. Применение молибдена на посевах подсолнечника 199
ГЛАВА VI. Совершенствование технологических процессов по уходу за подсолнечником 203
6.1. Оптимизация способов внесения гербицидов и их влияние на элементы плодородия почвы и продуктивность растений 203
6.1.1. Водный режим почвы 205
6.1.2. Содержание элементов питания 206
6.1.3. Засоренность посевов подсолнечника 209
6.1.4. Микробиологическая активность почвы 213
6.1.5. Урожайность и качество семян подсолнечника 217 6.2.Технико-эксплуатационная оценка технологии с
использованием направляющих щелей 220
ГЛАВА VII. Биоэнергетическая и экономическая эффективность технологии производства подсолнечника 227
Выводы 235
Предложения производству 243
Список литературы
- Роль основной обработки почвы в агротехнологии возделывания подсолнечника
- Метеорологические условия периода проведения опытов
- Структура микробного ценоза и ферментативная активность почвы в севооборотах с разной продолжительностью ротации
- Скорость разложения клетчатки и биосинтез аминокислот в почве
Введение к работе
Сельское хозяйство играет важную роль в российской экономике, на его долю приходится шестая часть валового внутреннего продукта. Центральное Черноземье - ведущий регион по производству сельскохозяйственной продукции, один из основных производителей подсолнечника и подсолнечного масла в нашей стране. Здесь он занимает площадь более полумиллиона гектаров, пятая часть производственных мощностей масложировой промышленности России расположены в областях Центрального Черноземья.
Урожайность подсолнечника на протяжении последних двадцати лет остается пока еще на низком уровне, и ни в какой мере не согласуется с потенциальными возможностями культуры. В конце XX, начале XXI века произошло изменение структуры использования пашни, посевные площади под подсолнечником существенно увеличились, наметился переход к экстенсивным методам ведения полеводства, что усилило тенденцию к снижению продуктивности культуры (таблица 1).
Основными причинами получения низких урожаев подсолнечника, прежде всего, является недостаточное внимание к изучению зональной агротехнологии, разработке новых и дальнейшему совершенствованию существующих технологических процессов. Наряду с этим, многие хозяйства в рыночных условиях, в связи с сокращением использования удобрений, пестицидов, современной сельскохозяйственной техники как факторов интенсификации земледелия не в состоянии точно соблюдать существующую технологию возделывания, что также влечет за собой снижение урожайности и ухудшение экологической обстановки на полях. Развитие таких негативных процессов в АПК Центрального Черноземья потребовало разработки новой ресурсосберегающей технологии с учетом фитопатологических и биологических аспектов размещения подсолнечника в севооборотах, оптимальной основной обработки почвы и рационального применения средств химизации, усовершенствованных приемов ухода,
Таблица 1 - Посевные площади и урожайность подсолнечника в областях Центрально-Черноземной зоны
Тамбовская
Белгородская
Липецкая
Курская
Посевная площадь — тыс. га, урожайность — ц/га
7 агробиологических особенностей генотипов культуры, обеспечивающих интенсификацию производства.
Характерной особенностью технологии, базирующейся на принципах рационального энерго- и ресурсосбережения, сохранения и повышения плодородия почвы, оптимизации экологической обстановки, высокой рентабельности должно стать формирование высокопродуктивных агрофитоценозов, в которых бы потребность растений подсолнечника в факторах жизни удовлетворялась в максимальной степени. На решение комплекса проблем, связанных с разработкой технологии, отвечающей современным требованиям, и были направлены наши исследования.
Исследования проводили в соответствии с заданиями государственных и ведомственных программ НИР по проблемам: ; 03.01.Н.1; ЗІ.ОІ.ОІ.н.4; 051.03.22.02.Т6; 03.01.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в установлении характера и степени влияния ресурсо- и энергосберегающих элементов технологии на плодородие почвы и продуктивность подсолнечника и на основании комплексных исследований, разработке агротехнологии подсолнечника с элементами адаптивной интенсификации и ресурсосбережения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: обосновать теоретические принципы и практические рекомендации по установлению оптимальной периодичности возврата подсолнечника на прежнее место возделывания в севообороте; изучить закономерности изменения агрофизических, биологических и агрохимических свойств почвы под влиянием различных способов и глубины основной обработки в сочетании с другими технологическими операциями, выявить и рекомендовать производству наиболее рациональный прием обработки в агротехнологии подсолнечника; - определить количественные критерии зависимости показателей пищевого режима почвы, биохимической оценки, масличности и
8 урожайности подсолнечника на фоне расчетных доз удобрений, оценить эффективность различных способов программирования урожая; - усовершенствовать методику оптимизации доз минеральных удобрений под подсолнечник; - исследовать действие технологий с различными способами внесения гербицидов на биологические свойства почвы, пищевой режим, засоренность посевов, продуктивность подсолнечника. Установить возможность снижения гербицидной нагрузки в технологии возделывания культуры. Дать оценку эффективности совмещения технологических операций в весеннем цикле полевых работ; провести технико-эксплуатационную, экономическую и биоэнергетическую оценку технологий. На основании полученных данных предложить производству энерго- и ресурсосберегающую агротехнологию.
Научная новизна. Впервые теоретические и практические положения по повышению эффективности технологии возделывания подсолнечника путем оптимизации севооборотов, доз удобрений, системы защиты растений от сорняков, приемов основной обработки почвы разработаны на основе исследований как в однофакторных, так и в комплексных многофакторных опытах, что позволило выявить наиболее перспективную агротехнологию.
В длительных стационарных опытах в севооборотах с различным насыщением подсолнечником вскрыты закономерности изменения биологических и агрохимических свойств почвы, особенности водопотребления, изучены фитосанитарный и экологический аспекты размещения культуры в севообороте. Установлено нарастание процессов дегумификации, увеличение токсичности и почвоутомления при уменьшении продолжительности ротации севооборотов, включающих подсолнечник.
Разработан метод определения доз минеральных удобрений, существенно повышающий эффективность технологии возделывания подсолнечника. Установлена тесная зависимость величины прибавок урожая при внесении удобрений от обеспеченности почвы подвижным фосфором.
9 Превышение фосфора над азотом в составе удобрений положительно сказывается на продуктивности. Лимитирующим фактором для получения запрограммированного урожая в большинстве районов ЦЧЗ является доступная влага.
Изучено влияние различных технологий возделывания подсолнечника на биогенность почвы, водный и пищевой режимы, степень засоренности посевов, продуктивность культуры. Установлена возможность снижения гербицидной нагрузки в технологическом процессе. Экспериментально подтверждена высокая эффективность совмещения технологических операций.
Доказано первостепенное значение характера распределения остаточной биомассы предшественника по профилю обрабатываемого слоя почвы при различных приемах основной обработки в регулировании структуры микробного ценоза. Вскрыты закономерности продуцирования СОг в почве, подвергаемой различным обработкам и процесса углекислотного газообмена в системе почва-приземный слой воздуха. Установлена депрессионная концентрация СОг.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. В результате проведенных многолетних комплексных исследований и установленных при этом закономерностей решена практическая задача - разработаны ресурсосберегающие, экологически безопасные агроприемы и на их основе создана и предложена сельскохозяйственному производству технология возделывания подсолнечника, обеспечивающая сокращение затрат на единицу продукции, повышение продуктивности, охрану окружающей среды.
Результаты исследований могут использоваться для разработки рекомендаций по построению научно-обоснованных севооборотов, включающих подсолнечник, мероприятий, направленных на повышение плодородия почвы и оптимизацию экологической обстановки в
10 агроландшафтах, принятии технологических и хозяйственных решений при выращивании культуры.
Научные разработки автора были использованы при подготовке: а) рекомендаций «Практическое руководство по освоению интенсивной технологии возделывания подсолнечника в Воронежской области» (г.Воронеж, 1988); «Технология защиты подсолнечника от основных болезней, вредителей и сорняков в условиях ЦЧР» (Рамонь, 1990); «Усовершенствованная антифитопатогенная технология возделывания подсолнечника» (Каменная Степь - Санкт-Петербург, 2000); «Севообороты в эколого-ландшафтном земледелии Воронежской области (Рекомендации)» (Каменная Степь - Санкт-Петербург, 2002); б) методики: «Методика оптимизации севооборотов и структуры использования пашни» (М., Россельхозакадемия, 2004); в) вошли в соответствующие разделы книг «Система ведения агропромышленного производства Воронежской области на 1996-2000 годы» (Воронеж, 1996); «Система ведения агропромышленного производства Воронежской области до 2010 года» (Воронеж, 2005).
При участии автора в 1996-1998 и 2001-2005 гг. проведены производственные проверки и внедрение разработанной технологии возделывания подсолнечника в хозяйствах Воронежской области.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и одобрены на Всесоюзном научно-координационном совещании по земледелию (Куйбышев, 1984); Всесоюзном совещании по защите растений (Орджоникидзе, 1989) Всероссийской конференции молодых ученых (Рамонь, 1988); на зональных совещаниях (Липецк, 1990; НИИСХ ЦЧП, 1992; 2001; 2004), заседаниях координационного совета по проблемам земледелия (НИИСХ ЦЧП, 2002; 2005); на отчетно-плановых сессиях ученого совета ВНИИ масличных культур им. B.C. Пустовойта (Краснодар, 1989, 1990); на заседаниях ученого совета НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (1982-2005).
Публикация результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 40 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту: - биологические и фитопатологические аспекты насыщения севооборотов подсолнечником как научно-практическая основа для установления оптимальной продолжительности их ротации; закономерности изменения основных показателей плодородия почвы и продуктивности подсолнечника под действием различных приемов основной обработки; оценка различных методов программирования урожая и методика определения доз минеральных удобрений в зависимости от обеспеченности почв подвижными формами элементов питания в агротехнологии подсолнечника; - научное обоснование возможности применения комплекса ресурсосберегающих и экологически безопасных агроприемов, совмещающих посев и внесение гербицида, выполняемых комбинированным агрегатом в технологическом процессе.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 313 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений производству, содержит 73 таблицы, 10 рисунков, 16 приложений. Список литературы включает 445 наименований, в том числе 38 иностранных авторов.
Автор лично участвовал в обосновании, закладке и проведении опытов, обобщении материала, написании отчетов, выводов и предложений.
В исследованиях по севооборотной тематике, кроме автора, в разные годы принимали участие доктор сельскохозяйственных наук А.К.Свиридов и кандидат сельскохозяйственных наук [В.В.Черенков|, которым выражаю глубокую признательность. Искренно благодарю сотрудников лаборатории
12 эколого-ландшафтных севооборотов, агропочвенных анализов, микробиологии за помощь в проведении исследований.
Роль основной обработки почвы в агротехнологии возделывания подсолнечника
Важным направлением в мировом земледелии является дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных культур за счет совершенствования агротехнологии. В России внедрение современных адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур позволяет снизить расход топлива в аграрном секторе на 1,5-2,5 млн. т, пестицидов на 35%, увеличить сбор зерна на 12-16 млн. т (П.Н.Бурченко, 2003).
Важнейшим элементом агротехнологии является основная обработка почвы, одна из главных задач которой заключается в придании обрабатываемому слою почвы мелкокомковатого состояния с благоприятными физическими свойствами. На обработку почвы приходится около 40% энергетических и 25% трудовых затрат от всего комплекса полевых работ, необходимых для возделывания и уборки сельскохозяйственных культур. Поэтому интенсификация технологий должна осуществляться не за счет увеличения кратности и глубины механических обработок, а исключительно за счет их минимализации (D.Ermich, B.Hoffman, 1982; М.М.Ломакин, С.А.Семенов, Л.А.Семенова, 1995; Н.И. Картамышев, 1996; Г.Н.Черкасов, 2004).
Трудами А.Г.Дояренко (1963), В.Р.Вильямса (1939) и других ученых были обоснованы теоретические положения учения по обработке почвы.
В настоящий период развития земледелия все острее встает проблема направленного регулирования агрофизических свойств почвы и приведения их в соответствие с требованиями растений. Изучение изменения физических свойств чернозема под влиянием различных способов и глубины обработки почвы даже с учетом уже имеющихся научных разработок и рекомендаций представляет научный и практический интерес. Большое значение при этом придается изучению изменения объемной массы - как наиболее информативному показателю, характеризующему физическое состояние почвы.
Каждой возделываемой культуре в зависимости от почвенно-климатических условий соответствует своя оптимальная плотность, при которой происходит нормальное развитие растений и формируется высокий урожай (П.К.Иванов, Л.И.Коробова, 1968; А.П.Коломиец, 1969; В.ГШарциссов, 1976; М.И.Сидоров, 1981; E.Scheffler und and., 1982; В.И.Кураков и др., 2001).
Для подсолнечника оптимальная плотность находится в пределах 0,9-1,1 г/см3, для зерновых - в диапазоне 1,1-1,3 г/см3. (С.И.Долгов, С.А.Модина, 1969; И.Б.Ревут, 1972).
Н.А.Качинский (1965), В.П.Нарциссов (1972), П.М.Балев, А.И.Бобровский, О.А.Раскутин, (1974), В.В.Медведев (1988) считают, что оптимальное сложение почвы характеризуется некоторым диапазоном ее плотности. По экспериментальным данным С.И.Долгова и С.А.Модиной (1969), для суглинистых почв этот интервал составляет 0,2-0,3 г/см , для почв легкого механического состава - 0,3-0,4 г/см . Изменение плотности почвы в пределах этих диапазонов, как установили авторы, не приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. От плотности почвы зависят величины общей и некапиллярной пористости. Расчеты показывают, что изменение плотности на ±0,1 г/см соответствует изменению общей пористости на ±3,8-3,9%. Увеличение плотности черноземов с 0,8 до 1,5 г/см3 приводит к снижению воздухоемкости почвы с 27,85% до 0,24% (А.П.Коломиец, 1978).
Характер порового пространства почвы (эффективный радиус пор, общий их объем, степень занятости водой), по мнению И.Б.Ревута (1972), определяет газообмен компонентов почвенного воздуха с приземной атмосферой. В опытах А.И.Агапова, Н.И.Моргунова (1957) близкие к анаэробным условия при наличии в почве агрегатов различных размеров наблюдались при воздухоемкости равной 10%. Н.П.Поясов (1960) установил, что отвод углекислого газа из почвы резко снижается при уменьшении пористости и совершенно прекращается при свободной пористости, составляющей 8-11% ко всему объему почвы. По данным С.И.Долгова, С.А.Модиной (1969) степень аэрации 10-15% является критической, ниже ее растения испытывают депрессию в росте.
Отрицательное влияние повышенной плотности почвы на урожай сельскохозяйственных культур проявляется через физико-механическое сопротивление росту и распространению корней, ухудшение водно-воздушного и пищевого режимов (Н.А.Качинский, 1947; И.Б.Ревут, 1962; В.В.Медведев, 1988).
В излишне рыхлой почве, как и в излишне уплотненной для растений, складываются неблагоприятные условия: семена неравномерно распределяются по глубине и плохо контактируют с почвой, всходы получаются слабые, недружные; отмечается повреждение корневой системы при оседании почвы; возрастают потери влаги конвекционно-диффузным путем и, как следствие, снижается урожай (Я.Н.Мухортов, 1979).
Среди многих вопросов земледелия одними из наиболее важных являются вопросы о глубине и способах основной обработки. По данным ряда исследователей, увеличение глубины вспашки приводит к снижению плотности пахотного слоя, повышает общую и некапиллярную порозность, водопроницаемость (Л.И.Храмцов, А.Х.Титов, 1969; А.Н.Соколовский, 1971; П.Тур, Н.Картамышев, 1972; В.М.Новиков, С.М.Селихов, 2004).
В некоторых исследованиях установлено снижение плотности в нижних слоях почвы при одновременном ее росте в слое 0-10 см (П.К.Иванов, Л.И.Коробова, 1969; В.А.Чернышев, Э.Г.Вальдгауз, 1984; В.Б.Базаров, Л.Н.Слышенкова, 2003).
Исследованиями ВНИИ масличных культур (П.Н.Ярославская, А.Я.Максимова, 1975) выявлено, что плотность почвы, вспаханной на различную глубину под подсолнечник, в течение весенне-летнего периода находилась в оптимальных пределах. И лишь в варианте с дисковым лущением объемная масса в слоях 10-20 и 20-30 см превышала оптимальные показатели. В опытах Н.К.Крупского, В.В.Медведева (1969) отмечается ухудшение физических свойств почвы при частом проведении глубоких отвальных обработок под пропашные культуры. Происходит снижение количества водопрочных агрегатов, медленно восстанавливается водопрочная структура в глубоких слоях, повышается способность почвы к уплотнению.
Метеорологические условия периода проведения опытов
В Каменной Степи, где проводились основные исследования почва опытных участков представлена обыкновенным, среднемощным тяжелосуглинистым черноземом с равномерно окрашенным гумусовым горизонтом мощностью 60-80см и следующей агрохимической характеристикой (таблица 2).
Характерной особенностью района проведения исследований является неравномерность распределения осадков в течение вегетационного периода.
Среднегодовое количество осадков выпадающих на территории Каменной Степи составляет 459 мм и колеблется по годам от 333 до 617 мм. Основное их количество выпадает в теплое время года (до 75%) и только 25 % осадков приходится на период ноября - первая половина апреля. Средняя многолетняя сумма осадков за май - сентябрь составляет 211 мм. В летний период иногда выпадают осадки ливневого характера. В течение вегетационного периода в отдельные месяцы бывают длительные абсолютно бездождливые периоды. Засушливые периоды продолжительностью от 10 до 20 дней наблюдаются ежегодно. Большое количество осадков летом приходится на долю дождей интенсивностью до 5 мм, практически не имеющих значения.
Активная вегетация большинства сельскохозяйственных культур протекает при температуре воздуха выше 10 С. Тепловые ресурсы Каменной Степи представлены в таблице 3. Таблица 3 - Теплообеспеченность вегетационного периода в Каменной
Для краткости изложения основные параметры метеоусловий в годы проведения исследований и внедрения разработанных технологических приемов предоставлены в виде таблиц и графиков. Климатические условия в процессе проведения опытов складывались по-разному, что позволило всесторонне выявить особенности и характер воздействия изучаемых элементов технологии на основные показатели плодородия почвы, рост, развитие и урожайность подсолнечника.
Основными факторами, лимитирующими урожай сельскохозяйственных культур в условиях Центрально - Черноземной зоны является влага. За 28-ми летний период осадков меньше среднемноголетней нормы выпало в 1983, 1984, 1986, 1991, 1994, 1996, 2002 годах (рисунок 1). Среднегодовое количество осадков дает лишь общую оценку увлажнения территории, более информативным показателем, характеризующим обеспеченность растений влагой, служит сумма осадков за вегетационный период и равномерность их распределения по периодам роста и развития растений. В течение 14 лет из 28 сумма выпавших осадков за вегетационный период (май - август) была меньше, и 14 лет больше среднемноголетней нормы. Особенно неблагоприятными по увлажнению были 1977, 1979, 1981, 1984, 1987, 1995, 1996, 1997, 2002 годы (рисунок 2, приложение 1). Распределение осадков по месяцам было неравномерным и существенно отклонялось от нормы (рисунок 3).
В мае при средней многолетней норме 43 мм в 15-ти из 28 лет сумма осадков была на 4,4 - 31,7 мм меньше. В июле 14 лет были с дефицитом осадков 1,0 - 49,4 мм, причем в 5 из них количество осадков снижалось в 1,5 - 2,0 раза от средней многолетней. В августе при норме 53 мм только 7 лет сумма осадков превышала это значение, на протяжении 21 года осадков выпадало меньше нормы на 4,2 - 51,9 мм. Эти данные свидетельствуют, что потребности подсолнечника во влаге в период цветения и налива составляющие 75 - 100 мм (Ю.С. Мельник, 1972) в ряде случаев не могут быть удовлетворены в соответствии с физиологическими нормами.
Структура микробного ценоза и ферментативная активность почвы в севооборотах с разной продолжительностью ротации
Работами ряда ученых доказано, что в результате жизнедеятельности различных групп микроорганизмов создается основной питательный фонд почвы, и осуществляется разложение сложных органических и минеральных соединений до более простых, доступных для растений (Е.Н. Мишустин, 1972; О.А. Берестецкий, 1984; Т.С. Демкина, Н.Д. Ананьева, Д.Б. Орлинский, 1997; И.Д. Свистова и др., 2004).
Среди сельскохозяйственных культур микрофлора ризосферы подсолнечника изучена в настоящее время недостаточно. Известны исследования, выполненные во ВНИИ масличных культур, которыми показано, что в ризосфере подсолнечника доминирующую группу составляют бактерии, осуществляющие аммонификацию, на втором месте -участвующие в мобилизации фосфора из недоступных и труднодоступных минеральных и органических соединений (О.В. Енкина, 1983).
Как свидетельствуют результаты исследований, выполненных в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева В.В. Черенковым для численности микроорганизмов характерны сезонные колебания в широких пределах. В умеренно влажные годы максимум их активности приходится на период бутонизации - цветения, в засушливые - сдвигается ближе к весне, к III - V этапам органогенеза. В связи с этим, при оценке специализации микробиологических процессов в ризосфере подсолнечника с учетом различного его чередования в севооборотах мы ограничились средними за вегетационный период показателями. Доминирующими физиологическими группами в исследуемой почве являются типичные представители сапрофитных бактерий - маслянокислые и аммонифицирующие (МПА) и бактерии, утилизирующие минеральные формы азота (КАА). Широкое развитие этих двух групп микроорганизмов говорит об активном разложении послеуборочной биомассы, однако скорость и направленность процессов микробиологической трансформации различалась по вариантам (таблица 10). Наблюдения за численностью отдельных физиологических групп микроорганизмов показали, что в микробных ценозах группа бактерий, ассимилирующих минеральный азот, во всех случаях превышает численность бактерий, усваивающих органические соединения азота. В процессе ротации при размещении подсолнечника как бессменно, так в трех-и четырехпольных чередованиях наблюдалось постепенное снижение количества микроорганизмов этой группы. Так, если при бессменном возделывании их численность составляла 66,2 млн. клеток, то через 11 лет она снизилась на 36,2%; в трехпольном чередовании в звене с черным паром снижение составило 42,4%; в четырехпольном - 38,3%»; в шестипольном -количество их практически не изменилось. Соотношение КАА к МПА указывает на направленность и глубину минерализационных процессов: чем выше величина соотношения, тем активнее протекает минерализация. При размещении подсолнечника в трех-, четырехпольных чередованиях в процессе многолетней ротации наблюдалось как снижение общей численности микроорганизмов ассимилирующих минеральный азот, так и уменьшение величины соотношения КАА: МПА, что свидетельствует о замедлении темпов минерализации и ухудшении показателей плодородия почвы. Это связано с тем, что при бессменном посеве, как и при размещении этой культуры в трех-, четырехпольных чередованиях на протяжении первой ротации поступление в почву биомассы подсолнечника со сравнительно низким отношением C:N вызывало усиление активности минерализационных процессов. Однако, в течение последующих ротаций, преобладание в биомассе однородных по биохимическому составу пожнивно-корневых остатков подсолнечника постепенно снижало ее подвижность и доступность для бактерий, вызвало рост численности микроорганизмов усваивающих азот органических соединений. Существенно ухудшались условия жизнедеятельности клетчатковых микроорганизмов, участвующих в круговороте, как углерода, так и азота, что указывает на замедление мобилизационных процессов и снижение обеспеченности растений минеральным азотом (И.П. Бабъева, Г.М. Зенова, 1983, В.М. Дудкин, 1997). Аналогичная закономерность отмечается в исследованиях А.К. Свиридова (1989).
Нитрификаторы - автотрофы и строгие аэробы. Считается, что в почве с более энергично протекающими мобилизационными процессами численность нитрификаторов увеличивается. По данным таблицы 10 это имеет место в шестипольном севообороте, в короткоротационных чередованиях различия между вариантами были менее выражены.
Численность азотобактера находится в тесной зависимости от наличия в пахотном слое достаточного количества водорастворимых доступных углеводов. Выявлено, что возделывание подсолнечника в двух-, трехпольных чередованиях как по ячменю, так и озимой пшенице, приводило к снижению численности азотобактера, что может свидетельствовать о существенном снижении биологической активности почвы, уменьшении количества доступных для почвенной биоты водорастворимых углеводов как источника питания.
Скорость разложения клетчатки и биосинтез аминокислот в почве
Газообразная фаза почвы - почвенный воздух - имеет большое значение для протекающих в почве биологических процессов и роста растений. Количественное содержание в нем углекислого газа обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов, дыханием корней растений и физико-химическими процессами в почве. Различные приемы основной обработки, изменяя активность микробного ценоза, скорость и направленность процессов микробиологической трансформации органических веществ, оказывают существенное влияние на режим углекислоты в почвенном воздухе. Увеличение глубины вспашки с 20-22 см до 35-37 см приводило к достоверному снижению концентрации СОг в период 2-4 пар настоящих листьев у подсолнечника в слое 0-40 см на 12,8%. На глубине 20 см концентрация СОг снижалось с 0,36 % по вспашке на 20-22 см до 0,27%) по вспашке на 35-37 см; на глубине 40см - соответственно от 0,43 до 0,41 % (таблица 36). Аналогичная закономерность отмечалась и в последующие периоды развития, когда происходило нарастание вегетативной массы растений и закладка репродуктивных органов. Обработка почвы плоскорезом способствовала увеличению содержания углекислоты на глубине 20 см в этот период вегетации на 10 % по сравнению со вспашкой на 20-22 см, однако к фазе образования корзинки эти различия нивелировались.
Снижение концентрации СОг в газовой фазе почвы при увеличении глубины вспашки обусловлено рядом причин. При обычной вспашке на 20-22 см наблюдается равномерное перемешивание почвенных частиц и растительных остатков, достигается высокая степень гемогенности пахотного слоя, причем, как отмечалось выше, 75 % пожнивно-корневых остатков при этом распределяются в слое почвы 0-20 см. В данном случае остаточная биомасса попадает в слой наивысшей биогенности, где она сравнительно быстро вовлекается в процесс микробиологической трансформации, так как здесь создаются оптимальные гидротермические условия для жизнедеятельности почвенной биоты. Увеличение глубины вспашки приводит к перемещению верхнего, обогащенного свежим растительным материалом слоя в нижнюю часть пахотного горизонта и извлечению на поверхность биологически инертной почвы. Этот слой медленно восстанавливает биогенность, что отражается на интенсивности образования СО2. Из данных таблицы 37 видно, что продуцирование углекислоты в период 2-4 пар листьев в слоях 0-10 и 10-20 см замедляется по вспашке на 35 37 см и несколько увеличивается по плоскорезной обработке в сравнении с контролем.
В нижележащем горизонте почвы (20-40 см) наиболее интенсивно продуцирование СОг происходило по вспашке на 20-22 см, по глубоким обработкам нарастание биогенности в этом слое наблюдалось в период цветения подсолнечника. Максимум ее продуцирования по плоскорезной обработке в верхних прослойках почвы обусловлен локализацией энергетического материала и благоприятными гидротермическими условиями в начальный период вегетации. В дальнейшем, к фазе образования корзинки - цветения верхней слой почвы пересыхал, и биогенность его снижалась. Вспашка на 20-22 см в наибольшей степени способствовала повышению биогенности почвы как в фазу 2-4 пар настоящих листьев, так и последующие периоды. Концентрация углекислоты в почвенном воздухе за годы исследований не превышала 0,27-079 % и лишь в 1982, когда почва в период цветения и налива семян была переувлажненной и газообмен с атмосферой замедлялся, отмечалось повышение содержание СОг более 1,0 %. Снижение концентрации углекислоты в газовой фазе почвы по глубоким и двухъярусной вспашкам согласуется с данными по активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов, представляющих важное звено как в цикле азота, так и в продуцировании С02.
Количественные различия в составе почвенного и атмосферного воздуха определяют градиент концентрации отдельных его компонентов. При наличии этого градиента между почвенным и атмосферным воздухом происходит диффузионное передвижение газов в направлении их меньшей концентрации: атмосферный кислород поступает в почву, а из почвы в атмосферу диффундирует углекислый газ. Интенсивность выделения С02 из почвы служит наиболее общим, универсальным показателем биологической активности (В.И. Штатнов, 1952; Л.Д. Козлова, И.Б.Ревут, 1972; Ф.Х. Хазиев и др., 1998). Результаты исследований показали, что увеличение глубины вспашки от 20-22 см до 35-37 см приводило к снижению интенсивности потока С02 из почвы в период 2-4 пар настоящих листьев на 19 % (таблица 38). Это является следствием снижения микробиологической активности и концентрации СОг в газовой фазе. Градиент концентрации углекислоты между почвенным и атмосферным воздухом, а также парциальное давление газа при этом уменьшалось, что замедляло диффузию СОг в атмосферу. Как отмечалось ранее, по вспашке на 35-37 см около 50 % углекислого газа продуцируется в слое почвы 20-30 см и 30-40 см, то есть там, куда перемещается значительная масса органических остатков, служащих пищей для гетеротрофных микроорганизмов. Диффузия С02 из нижних прослоек затрудняется, так как увеличивается толщина слоя почвы, через который должен продиффундировать газ. Снижение интенсивности потока СО2 из почвы по глубоким вспашкам приводило к увеличению времени возможно полного газообмена с атмосферой в слое почвы 0-40 см (В.И. Турусов, 1985).
Обработка почвы плоскорезом, при которой основная масса органических остатков аккумулируется в поверхностном слое почвы, накладывает определенный отпечаток на процессы газообмена.
