Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
мян наблюдается положительная корреляция более тесная, чем
при достаточном увлажнении в весенний период 2005 года и со-
ставляет +0,765±0,016.
Блэк (1973) подтверждает, что какой бы температурой и
другими факторами исследователь ни воздействовал на малооводненные семена, они не выходят из состояния покоя. Лишь
обеспечение их необходимым количеством воды создает условия
для прорастания. Эта особая роль воды состоит в том, что при ее
непосредственном участии происходит гидролиз запасных веществ и синтез новых соединений, активирование и новообразование рибосом и митохондрий, нуклеиновых кислот и белков.
Так, при распаде белка у прорастающих семян гидроксильная
группа воды присоединяется к карбональному углероду, а водород – к азоту полипептида.
Овчаров (1976) отмечает, что большое влияние на поступление воды в семена оказывают температура и влажность почвы.
С повышением температуры до определенного предела увеличивается интенсивность поглощения воды семенами, хотя и в значительной степени зависит от температуры, но она иная, чем для
химических реакций. Так, скорость поглощения воды семенами
кукурузы при повышении температуры от 50С до 550С возрастала
в 8 раз, а если исходить из того, что коэффициент ускорения реакций для химических процессов равен Q10, эта скорость должна
увеличиться не в 8, а в 32 раза.
Во время цветения гречихи в июне 2005 года выпадали
осадки, которые обеспечили хорошие запасы продуктивной влаги
в почве, особенно при использовании жома – 32,3; 35,1 мм (0-20;
20-40) и жома с дефекатом – 33,1; 34,9 мм, что превышало контрольный вариант на 29,2; 33,9 % и 32,4; 33,2% соответственно.
Урожайность сухой биомассы на вариантах жом и жом +
дефекат достигала 49,1 и 50,5 ц/га, что превышало контроль на
24,9; 28,4 %.
Коэффициент корреляции между сформированной биомассой гречихи и запасами продуктивной влаги составил
+0,882±0,049, между запасами продуктивной влаги и урожайностью зерна – +0,769±0,008.
Во время цветения гречихи в 2006 году наблюдалась теплая
погода с недостаточным количеством осадков. Запасы продук-
151
тивной влаги на изучаемых вариантах колебались от 15,3 до
22,1 мм в слое 0-20 см и максимальной величины достигали при
использовании жома 22,1; 25,2 мм (0-20; 20-40 см) и смеси жом +
дефекат 23,1; 24,9 мм, что превышало контрольный вариант на
44,4; 55,5% и 50,9; 53,7% соответственно.
Коэффициент корреляции между запасами продуктивной
влаги на IX этапе органогенеза гречихи и урожайностью зерна
гречихи составил +0,802±0,229.
Летний период 2007 года характеризовался дефицитом
осадков и высоким температурным режимом. Запасы продуктивной влаги на IX этапе органогенеза гречихи колебались по вариантам от 19,2 до 20,4 мм в слое 0-20 см. Достоверной разницы по
данному показателю между вариантами не установлено.
В начале созревания зерна гречихи в 2005 году максимальные запасы продуктивной влаги наблюдались при использовании в агроценозах свекловичного жома 18,2; 20,0 мм (0-20; 20-40
см) и жома с дефекатом 17,8; 20,0 мм.
В 2006 году при выпадении обильных осадков в конце вегетации гречихи разница между вариантами по запасам продуктивной влаги была существенной и изменялась в пределах от 18,2;
19,4 мм (слой 0-20; 20-40 см). В 2007 году на ХII этапе органогенеза гречихи наибольшими запасами продуктивной влаги характеризовался вариант с жомом – 16,3; 17,8 мм (0-20;20-40 см) и вариант «жом + дефекат» 16,4; 16,9 мм. Превышение над контрольным вариантом составило 5,1; 7,0%; 5,8; 7,6% соответственно.
Динамика реакции почвенного раствора при внесении
в агроценозы свекловичного жома
Реакция почвенного раствора (активная реакция почв)
является весьма важным свойством почвы. Данное свойство почвы
можно рассматривать в двух аспектах; в одном случае как условие
протекания процессов почвообразования и функционирования
почв, в другом – как фактор роста и развития организмов, главным
образом растений и микроорганизмов. Реакция почвенного
раствора определяется концентрацией иона водорода (Круглов,
2002).
152
Показатель рН почвенного раствора – один из основных параметров почвенного плодородия, определяющий продуктивность растений, так как реакция среды влияет на подвижность и
скорость поступления анионов и катионов в корни растений.
Поэтому введение новых удобрений или агротехнических
приёмов в агроценоз контролируется данным показателем.
Известно, что на слабоокультуренных малобуферных почвах
азотные и калийные удобрения, особенно при систематическом
внесении, подкисляют почву. В литературе такое явление носит
название «скрытого отрицательного действия». Напротив, качественные органические удобрения и мелиоранты сохраняют исходные кислотно-основные свойства почвы или подщелачивают
почвенный раствор за счёт содержащегося в них кальция (Ягодин, 2004).
Реакция почвенного раствора оказывает на растение прямое
и косвенное действие. Прежде всего изменяется количество
ионов Н+, НСО
-
, ОН- на поверхности корневых волосков и, со-
3
ответственно, их концентрация в клеточном соке, а отсюда и характер поступления питательных веществ из почвы. Повышенная
кислотность или щелочность почвенного раствора нарушает физиологическую уравновешенность ионов (Роде, Смирнов, 1972;
Graberr, 1997).
В результате внесения осенью свекловичного жома с ре-
акцией 3,7; 4,0 в весенний период проведенных исследований наблюдалось подкисление почвенного раствора до 4,8, что превышало контрольный вариант на 0,4 единицы (табл. 58).
Высокая кислотность свекловичного жома обусловлена образованием органических кислот в процессе разложения целлюлозы. Соотношение кислот следующее: молочной – 20-25%, масляной – 30-35%, уксусной – 45-50% (Флейман, 1984).
Важно отметить, что процесс окисления, который происходит в почвенном растворе, в значительной степени зависит от
температурного режима и влажности почвы. Чем выше температура атмосферы и больше содержание влаги в почве, тем быстрее
происходят окислительные процессы.
В 2005 году в ранневесенний период при повышенном температурном режиме и обильном выпадении осадков реакция почвенного раствора на III этапе органогенеза гречихи при внесении
153
в систему жома снижалась с 5,0 до 4,7 (на 6,0%). В 2006 году при
повышенном температурном режиме в ранневесенний период, но
дефиците осадков на данном варианте снижение реакции почвенного раствора было менее существенным (с 5,1 до 4,9 или 3,9%). В
2007 году при повышенном температурном режиме, но при большем содержании влаги в почве, чем в 2006 году, рН снизилась с
5,1 до 4,8 (на 5,8 %).
Таблица 58. Реакция почвенного раствора по этапам
органогенеза гречихи, pH
Вариант
Контроль 5,1 5,1 5,2
Дефекат 5,6 6,0 5,7
Свекловичный жом 4,8 4,9 5,0
Жом+дефекат 5,0 5,2 5,5
III этап IX этап XII этап
, 2005-2007 гг.
KCl
Этапы органогенеза
По своему химическому воздействию на окружающую среду
отдельные группы веществ весьма различны. Одни из них, обладая
кислыми свойствами, например, органические кислоты и аминокислоты, наряду с физиолого-биохимическим воздействием на живые организмы участвуют в переводе труднодоступных элементов
минерального питания в усвояемую растениями форму. Другие органические соединения, например, сахара, хотя и не обладают этой
способностью, но, как и все органические вещества корневых выделений, служат источником пищи ризосферных микроорганизмов
и через продукты метаболизма последних оказывают существенное влияние на рост и развитие растений (Иванов, 1970; Maier,
1992).
Возможно, что при внесении свекловичного жома наблюдался эффект суммации органических кислот на почвенно-биотический комплекс.
Органические кислоты распадаются в почве под действием
аэробных и анаэробных микроорганизмов. В дальнейшем за вегетационный период на этом варианте наблюдается восстановление
реакции среды до 5,0, что практически соответствует контрольному варианту. Это объясняется тем, что образующиеся органи-
154
ческие кислоты, в большей степени уксусная кислота, вступают в
реакцию нейтрализации с поглощенными основаниями (Са, Mg,
Na), а также карбонатами кальция и магния (Стекольникова,
2005).
При внесении в агроценозы дефеката, который характеризуется высоким содержанием кальция – 42,30%, реакция почвенного раствора повышалась с 5,1.
Важно отметить, что при подщелачивании почвенного раствора для растений и микроорганизмов становится доступным
кремний, который именуется «живым элементом». Кремний благоприятно влияет на прорастание семян и развитие растений, что
приводит к увеличению экзоосмоса.
Шеуджен (2003) отмечает, что кремний способен стимулировать естественные защитные реакции растений на различные
стрессы, выполняет тем самым биологически активную роль.
Этот элемент может входить в состав нуклеотидов, тем самым
образовывая в скелете нуклеиновых кислот сахаросиликатные
участки и придавая им повышенную прочность (Wagner, 1940;
Emadian, 1989).
Кремний в составе почвенной матрицы образует активные
адсорбционные и каталитические центры. На них закрепляются с
разной силой связи питательные элементы, органические соединения, микроорганизмы, ферменты (Зубкова, 2001).
Динамика органического вещества и элементов
питания в агроценозах
Почва относится к открытым системам, существующим в
условиях притока вещества и энергии извне. Поэтому при изучении открытых систем целесообразнее пользоваться данными об
увеличении энтропии и диссипативных структур, для существования которых необходим постоянный обмен энергии и вещества,
т.е. они сохраняют свои параметры до тех пор, пока имеется связь
с окружающей средой.
Этим обосновывается необходимость постоянного притока
органического материала независимо от содержания гумуса в
почве для поддержания соответствующего уровня стабилизации
как состояния гумуса, так и самой ее структуры. Благодаря по-
155
стоянному потоку вещества и энергии, проходящему через почву,
флуктуации могут стабилизироваться и обеспечивать поддержание структуры гумусовых соединений (Тюрин, 1965).
При внесении в агроценозы свекловичного жома, дефеката,
а также смеси жома с дефекатом содержание органического вещества почвы повышалось незначительно (табл. 59).
В опытах Косолаповой, Стулина (1999) также в результате
применения дефеката отмечается тенденция к повышению содержания органического вещества в почве. Данное обстоятельство они объясняют увеличением содержания азота микробной
биомассой в почве.
Таблица 59. Содержание органического вещества в почве,
% на III этапе органогенеза гречихи
Вариант 2005 г. 2006 г. 2007 г.
Контроль 3,8 3,7 3,8
Дефекат 4,0 3,8
Свекловичный жом 3,9 3,8
Жом +дефекат 4,1 3,9 3,9
3,8
3,8
Содержание общего азота при внесении свекловичного жома, дефеката и других материалов увеличилось незначительно
(табл. 60).
Таблица 60. Динамика содержания азота, фосфора и калия
по этапам органогенеза гречихи, 2005-2007 гг.
N
, % Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг
Вариант
Контроль
III IX XII III IX XII III IX XII
0,20 0,19 0,18 100 89 78 128 127 112
общ
Дефекат
Жом 0,21 0,19 0,19 114 109 87 172 149 129
Жом
+дефекат
0,21 0,20 0,19 114 100 89 112 106 98
0,21 0,18 0,16 103 87 63 137 121 103
Внесение свекловичного жома в агроценозы повышало содержание подвижного фосфора в весенний период на 14 мг/кг,
что связано с тем, что при подкислении почвенного раствора на
первых этапах его разложения двузамещенные соли двухвалент-
156
ных катионов фосфора растворяются и становятся доступными
для растений.
Динамика подвижных фосфатов в течение вегетационного
периода достаточно стабильна. Но, как правило, несколько больше их накапливается ранней весной.
В 2005 году в весенний период осадков выпало вдвое больше среднемноголетних данных, содержание подвижного фосфора на III этапе органогенеза гречихи при внесении свекловичного
жома увеличилось до 120 мг/кг, что больше контрольного варианта на 12 мг/кг или на 11,1%.
При недостаточном увлажнении в весенний период 20062007 гг. содержание подвижного фосфора на III этапе органогенеза гречихи было существенно меньше, чем в 2005 г.
Такие особенности фосфатного режима почв объясняются
тем, что при потере различных форм влаги в почве освобождаются активные места на поверхности коллоидных и других частиц,
которые и замещаются фосфат-ионами. Последние адсорбируются также и в результате физико-химического взаимодействия в
местах «растрескивания гумусовой пленки». Кроме того, при высушивании легкорастворимые фосфорнокислые соединения переходят в труднорастворимые формы, а в естественно-влажных
почвах непрерывно протекают процессы мобилизации почвенного фосфора (Flaig, Sochtig, 1973).
В дальнейшем под культурой запасы подвижных фосфатов
уменьшаются, прежде всего, с повышением поглощения фосфора
растениями и в известной степени с трансформацией в труднодоступные формы при снижении влажности почвы.
К IX этапу органогенеза гречихи содержание подвижного
фосфора при использовании свекловичного жома уменьшалось
на 4,3, а к XII – на 20,1%.
Установлено, что наибольшее содержание обменного калия в почве наблюдалось при внесении свекловичного жома –
129-172 мг/кг почвы, и по этапам органогенеза превышение
над контролем составляло 34,4; 17,3; 15,1% (табл. 60).
Последнее обусловлено тем, что благоприятные условия
для обменного калия создаются тогда, когда реакция почвенного раствора существенно меняется в течение небольшого промежутка времени. При этом в большей мере обменный калий
157
накапливается в том случае, когда реакция почвенного раствора
слабокислая рН 5,3-5,5 (Корнилов, Благовидов, 1968). При внесении кальция в систему, когда он превалирует над калием, последний переходит в неподвижную форму и не может усваиваться растениями.
На черноземах в связи с высокой насыщенностью двухва-
лентными катионами обменный калий почти не накапливается.
Преобладает необменное поглощение калия, которое обусловлено благоприятными условиями его фиксации (состав глинистых
минералов, отсутствие промывного режима, большое количество
органического вещества и др.). Увеличение количества необменного калия обычно наблюдается в пахотном и подпахотном слоях
почвы и достигает значительных величин. Повышенное количество органического вещества в почве, а также известкование
кислых почв усиливают закрепление калия в необменной форме
(Панников, Минеев, 1987).
Влияние свекловичного жома на биологическую
активность почвы
Наряду с реакцией почвенного раствора, влажностью почвы
к показателям первой группы, характеризующим экологическое
состояние агроценозов, относится биологическая активность
почвы (Добровольский, 1996).
Проведенные наблюдения позволяют судить о том, что наиболее благоприятные условия сложились при совместном внесении в агроценозы свекловичного жома и дефеката. При этом численность дождевых червей на этом варианте увеличивалась на
17,6% относительно контроля, и данная закономерность наблюдалась во все годы проведения исследований.
Следует отметить, что любрициды являются биоиндикаторами загрязнения почвы токсикантами. Существенное снижение
численности люмбрицидов позволяет судить о загрязнении почвы такими тяжелыми металлами, как свинец, кадмий, медь. Организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых
тесно коррелируют с определенными факторами среды, применяются для их оценки. Сокращение численности люмбрицидов
является важным показателем того, что почва загрязнена свин-
158
цом, кадмием и другими тяжелыми металлами. Учитывая, что в
агроценозы были внесены отходы производства (дефекат, известь-пушонка, фосфоритная мука), которые содержат в своем
составе тяжелые металлы в нормах, превышающих ПДК, то по
численности и биомассе люмбрицидов можно судить о том, что
ТМ в почве находятся в неподвижной форме, следовательно, не
могут быть доступны для люмбрицидов и для растений.
Определение токсичности почвы на III этапе органогенеза
гречихи показало, что длина корневой системы тест-объекта
(кресс-салата) относительно контрольного варианта увеличивалась при внесении дефеката на 1,11%, смеси «жом+дефекат» –
на 1,17%.
При внесении жома снижение длины корешка кресс-салата
составило 7,21%. Однако токсичность почвы не доказана, так как
не преодолен порог токсичности в 20% (табл. 61).
Таблица 61. Биотестирование почвы, 2005-2007 гг.
Вариант
Контроль 23,6 100
Дефекат
Свекловичный жом
Жом+дефекат
Длина корня, мм Число проросших семян, %
III этап органогенеза гречихи
25,9 84,5
21,9 85,7
27,8 83,6
Все биохимические процессы трансформации органического вещества, протекающие в почве, обязаны работе ее ферментативного комплекса. Именно биохимические механизмы трансформации вещества и энергии лежат в основе воспроизводства и
повышения эффективного плодородия почв (Кольцова, 2000;
2002).
Установлено, что ферментативная активность почвы в первую очередь определяется температурным, водным режимом и
реакцией почвенного раствора.
Повышенная температура и содержание продуктивной влаги 20,2 мм в весенний период 2005 года оказали благоприятное
влияние на деятельность микроорганизмов, и ферментативная активность на контрольном варианте составляла 5,8 О2, см3/г/мин,
159
а на вариантах с применением дефеката и смеси «жом+дефекат»
стала выше на 6,8; 12,0% соответственно. На варианте с применением жома активность каталазы снижалась на 10,3% относительно контроля.
В 2006 году в ранневесенний период варианты с внесением
дефеката и жома с дефекатом превышали контроль на 3,6; 13,2%
соответственно, а снижение ферментативной активности на варианте с жомом составило 15,0% относительно контроля. В 2007
году активность каталазы при внесении свекловичного жома была близка к значению контрольного варианта.
Вероятно, что под действием органических кислот жома
деятельность микроорганизмов несколько ингибировалась, так
как для различных видов микроорганизмов характерным является
наличие оптимальных параметров функционирования. Одним из
них является рН, близкая к нейтральной. Следовательно, при внесении в агроценозы свекловичного жома заметное влияние на
разложение органического вещества и ферментативную активность почвы оказывали грибы. Грибы нормально функционируют
при широком значении рН 3,5-6,0, тогда как микроорганизмы –
при узком его значении 6,8 (Щербакова, 1983; Berandt, 1990).
Звягинцев (1989) отмечает, что решающий вклад в разложение органики вносят грибы, актиномицеты, бактерии. Грибы, вырабатывая гидролитические ферменты, могут питаться пектином,
целлюлозой и даже лигнином, наиболее трудно поддающимся
разложению соединением. Существенно, что грибы разлагают в
несколько раз больше органического вещества, чем его потребляют. Актиномицеты и бактерии в совокупности способны разлагать практически любые органические соединения и даже минералы.
В 2005 году во время цветения гречихи наблюдался повышенный температурный режим при достаточном количестве
осадков, максимальная биологическая активность отмечалась на
варианте с внесением смеси «жом + дефекат» – 4,8 О2 см3/г/мин,
что превышало контрольный вариант на 9,0%. На варианте с внесением только жома показатель активности каталазы был близок
к контрольному.
Для поддержания пула метаболитов на определенном уровне в почве имеется определенный механизм, а также запас некле-
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]