Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
ность 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 кислотноосновные 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 соот-
3
ветственно 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).
Наряду с реакцией почвенного раствора к показателям первой группы, характеризующим состояние агроценозов, относится
биологическая активность почвы (Добровольский, 1986).
Биологическая активность почвы определяется эффективностью работы детритофагов и редуцентов. Во многих случаях почвообитающие организмы оказываются самыми чуткими индикаторами изменения режима и свойств почвы (Житин, Прокопова,
2004; 2007).
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 свинцом, кадмием и другими тяжелыми металлами. Учитывая, что в
агроценозы были внесены отходы производства – фильтрационные осадки, которые содержат в своем составе тяжелые металлы
81
в нормах, превышающих ПДК, то по численности и биомассе
вый
люмбрицидов можно судить об их токсичности для организмов.
Проведенные анализы позволяют судить о том, что численность и биомасса дождевых червей при использовании фильтрационных осадков практически не изменялись (табл. 30).
Таблица 30. Численность и биомасса дождевых червей
в агроценозах культур на 1 м2 (XII этап органогенеза)
2007 г. 2008 г. 2009 г.
Вариант
Контроль 21 18,7 29 26,8 23 21,2
Свекловичный дефекат
Тростнико
дефекат
НСР
0,95
Числен-
ность, шт.
21 19,6 28 25,9 25 23,7
20 18,8 28 26,1 26 24,3
1,3 1,0 1,2
Биомас-
са, г
Числен-
ность, шт.
Биомас-
са, г
Числен-
ность, шт.
Биомас-
са, г
Численность люмбрицидов в большей мере определялась
погодными условиями в течение вегетации культур. Максимальная численность и биомасса отмечена в 2008 г. – 28-29 шт./м2 и
25,9-26,8 г/м2, который характеризовался повышенным температурным режимом и обильными осадками.
В копролитах люмбрицидов содержится кальция и гумуса в
2-2,5 раза больше, чем в основной массе почвы. Выделенный
червями углекислый кальций нейтрализует кислоты, поэтому кислотность выбросов ниже, чем почвы. Копролиты в 1,5 раза более
водопрочны, чем частички почвы, не прошедшие через кишечный тракт дождевых червей. Земляные черви, затаскивая в почву
органику и вынося на поверхность продукты переработки, перемешивают почву. Объем этой деятельности поражает: черви выносят на поверхность до 25-40 т/га обогащенной почвы. Результатом деятельности червей является микродренаж почвы – их ходы, каналы с укрепленными выделениями стенками могут достигать 1 км на 1 м2 поверхности почвы. Количество дождевых червей зависит от количества органики, поступающей в почву, кислотности почвы и ее влажности (Родин, Базилевич, 1965).
Интегральную оценку совокупного действия загрязняющих
соединений может дать метод биотестирования.
82
В качестве тест-объекта использовался кресс-салат, растение, которое обладает повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. При внесении в агроценозы фильтрационных осадков отмечалось снижение всхожести семян кресс-салата. Максимальной
она была при внесении тростникового дефеката (табл. 31).
Таблица 31. Токсичность почвы при внесении фильтрационных
осадков
2007 г. 2008 г. 2009 г.
Вариант
Контроль 2,5 100 2,4 100 2,4 95
Свекловичный дефекат
Тростниковый дефекат
Длина
корня,
мм
2,7 89,5 2,5 93,4 2,3 89,8
2,6 84,7 2,4 89,5 2,2 87,3
Число
пророс-
ших се-
мян, %
Длина
корня,
мм
Число
проросших се-
мян, %
Длина
корня,
мм
Число
проросших се-
мян, %
Однако достоверное увеличение токсичности почвы при
внесении в агроценозы фильтрационных осадков не установлено,
так как допустимый порог токсичности в 20% не преодолен.
Необходимо отметить, что токсикозы возникают даже при использовании органического вещества, безупречного по своим агрохимическим и биологическим показателям. Они связаны с временным нарушением в почве динамического равновесия в микробном
сообществе (Лозановская, 1998; Малахов, 1989). Присутствие тяжелых металлов в составе дефеката может как стимулировать, так и
подавлять образование токсинов в почве. Некоторые виды микромицетов обладают полезным свойством – переводить тяжелые металлы в органические соединения, не токсичные для растений (Орлов, 1991, 2002). Многие токсины в малой концентрации обладают
стимулирующим действием на растения. Кроме того, действие токсинов избирательно. Они могут отрицательно влиять на одни культуры и не оказывать влияния на другие. Поэтому фитотоксичность
нельзя признать устойчивым свойством почвы, тем более что она
быстро изменяется во времени, особенно при направленном воздействии факторов в агроценозе. Рекомендуется при высокой фитоток-
83
сичности почвы воздержаться от посева или провести замену на более толерантную культуру.
Устранение кислотности почвы при внесении фильтрационных
осадков создает оптимальные условия для развития микроорганизмов. Немногочисленные исследования свидетельствуют о том, что
при внесении дефеката в почву увеличивается численность бактерий
и уменьшается количество грибов (Кольцова, 2004).
Как уже отмечалось ранее, все биохимические процессы
трансформации органического вещества, протекающие в почве,
обязаны работе ее ферментативного комплекса.
Тюруканов (1990) указывает, что на различных типах почв
максимальную биомассу микробоценозы формируют в начале вегетации растений, и зависит она от активности разложения органического вещества.
Изучение сезонной динамики активности каталазы в годы
исследований показало, что наиболее высока она весной или летом в зависимости от метеоусловий при внесении фильтрационных осадков (табл. 32).
Таблица 32. Активность каталазы по этапам органогенеза
культур, см3 О2/г/мин.
Вариант IV этап VIII этап XII этап
Рапс – 2007 г.
Контроль 5,1 6,0 4,9
Свекловичный дефекат 5,4 6,3 5,0
Тростниковый дефекат 5,6 6,5 5,1
Соя – 2008 г.
Контроль 6,3 5,7 5,3
Свекловичный дефекат 6,5 5,9 5,5
Тростниковый дефекат 6,7 5,9 5,6
Ячмень – 2009 г.
Контроль 5,2 4,9 4,9
Свекловичный дефекат 5,5 5,1 5,0
Тростниковый дефекат 5,6 5,0 4,8
При повышенном температурном режиме и дефиците осадков весной 2007 года максимальная активность каталазы отмечена при внесении тростникового дефеката – 5,6 см3 О2/г/мин., что
превышает контроль на 9,8%. В дальнейшем при выпадении
обильных осадков в июне активность каталазы увеличивалась до
84
6,5 см3 О2/г/мин. и превышала контроль на 8,3%. К уборке она
снижалась до 5,1 см3 О2/г/мин.
Повышенная температура и обильные осадки в весенний период 2008 года оказали благоприятное влияние на деятельность
микроорганизмов, и ферментативная активность на контроле составила 6,3 см3 О2/г/мин., а при внесении фильтрационных осадков увеличивалась до 6,5-6,7 см3 О2/г/мин. Кольцова, Стекольникова (2002) отмечают, что наиболее высокая активность каталазы
отмечается весной, когда потребность в элементах питания наибольшая. К уборке она существенно снижается.
Весной 2009 года при повышенном температурном режиме
и дефиците осадков активность каталазы также была максимальной при использовании фильтрационных осадков – 5,5-5,6 см3
О2/г/мин., что выше контроля на 5,8-9,3%.
Проведенными исследованиями установлено, что содержание общего азота при внесении фильтрационных осадков увеличивалось незначительно (табл. 33).
Таблица 33. Динамика содержания азота, фосфора и калия
по этапам органогенеза культур
IV этап VIII этап XII этап
Вариант
Контроль 0,20 108,7 105,4 0,19 102,7 95,7 0,19 106,5 101,2
Свекловичный
дефекат
Тростниковый
дефекат
Контроль 0,21 111,8 122,1 0,21 100,4 103,5 0,21 103,8 110,9
Свекловичный
дефекат
Тростниковый
дефекат
Контроль 0,22 115,4 123,4 0,21 103,8 101,5 0,21 110,8 111,5
Свекловичный
дефекат
Тростниковый
дефекат
N
,
общ
%
P2O5,
мг/кг
K2O,
мг/кг
N
общ
%
,
P2O5,
мг/кг
K2O,
мг/кг
N
общ
%
,
P2O5,
мг/кг
K2O,
мг/кг
Рапс – 2007 г.
0,21 114,1 100,2 0,20 95,6 93,9 0,19 100,9 97,4
0,22 123,0 92,4 0,20 93,3 91,6 0,20 98,5 93,7
Соя – 2008 г.
0,22 117,6 113,9 0,22 102,1 98,7 0,22 109,5 103,5
0,23 119,7 105,6 0,23 104,8 96,1 0,23 108,7 100,6
Ячмень – 2009 г.
0,23 118,0 109,5 0,22 104,6 99,4 0,22 105,9 106,7
0,24 118,7 106,9 0,23 103,8 102,3 0,23 108,6 104,3
85
Содержание подвижного фосфора при внесении свекловичного дефеката увеличивалось в агроценозах рапса на IV этапе органогенеза культуры на 5,0, а при использовании тростникового
фильтрационного осадка – на 13,2%.
Минеев и другие (1993) отмечают, что известкование обусловливает лучшее обеспечение растений фосфором вследствие
активизации бактерий, разлагающих органические соединения
фосфора в почве, а также переход фосфатов железа и алюминия в
более доступные растениям фосфаты кальция.
Кроме того, образующаяся при разложении органического
вещества углекислота и повышенная деятельность микроорганизмов также способствовали увеличению доступности растениям фосфора почвы (Ефремов и др., 1985).
Динамика подвижных фосфатов в течение вегетационного периода достаточно стабильна. Но, как правило, несколько больше
накапливается их ранней весной независимо от культуры.
В дальнейшем под культурами запасы подвижного фосфора
уменьшались, прежде всего, с повышением поглощения фосфора
растениями и в известной степени с трансформацией в труднодоступные формы при снижении влажности почвы и увеличивались к концу вегетации.
В агроценозах рапса на VIII этапе органогенеза содержание
подвижного фосфора на контроле в течение вегетации снижалось
на 31,0, а при внесении тростникового дефеката – на 31,8%; в посевах сои – на 11,4 и 14,2%; в посевах ячменя – на 11,2 и 14,4%
соответственно.
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 естественновлажных почвах непрерывно протекают процессы мобилизации
почвенного фосфора (Flaig, Sochtig, 1999).
Проблема обеспечения калием растений является наиболее
сложной, так как до настоящего времени многие механизмы пе-
86
рехода его из трудно растворимых в доступные формы достаточно не изучены. Установлено, что при внесении в почву фильтрационных осадков содержание обменного калия снижалось. Его
динамика в течение вегетационного периода сходна с динамикой подвижного фосфора.
Панников, Минеев (1987) отмечают, что на черноземах в
связи с высокой насыщенностью двухвалентными 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. При внесении кальция в
систему, когда он превалирует над калием, последний переходит
в неподвижную форму и не может усваиваться растениями.
Более активное потребление агроценозами биогенных элементов связано с повышением запасов продуктивной влаги при
внесении в систему фильтрационных осадков (табл. 34).
Таблица 34. Запасы продуктивной влаги в агроценозах
(0-20 см), мм
Этапы органогенеза культур
Вариант
Рапс – 2007 г.
Контроль 16,3 19,8 15,1
Свекловичный дефекат 18,1 20,9 16,7
Тростниковый дефекат 19,8 21,7 18,3
Соя – 2008 г.
Контроль 19,9 15,7 15,9
Свекловичный дефекат 20,8 17,9 16,8
Тростниковый дефекат 21,4 18,3 17,5
Ячмень – 2009 г.
Контроль 17,5 16,7 16,0
Свекловичный дефекат 18,3 17,5 16,9
Тростниковый дефекат 18,9 18,3 17,4
IV этап VIII этап XII этап
87
При внесении тростникового дефеката в агроценозы рапса
содержание продуктивной влаги увеличивалось в течение вегетации культуры на 9,6-2,1%; в агроценозах сои – на 7,5-16,6%; в
агроценозах ячменя – 8,0-15,0%.
Повышение запасов продуктивной влаги при использовании
фильтрационных осадков объясняется тем, что в почву вносится
значительное количество органического вещества. Органическое
вещество в значительной мере определяет емкость поглощения
катионов, обусловленную карбоксильными группами, а при щелочной реакции среды – дополнительно спиртовыми и фенольными группами. Большое значение имеет комплексообразующая
способность органического вещества. С ним связано образование
агрономически ценной структуры почвы, увеличение влагоемкости (Панников, Минеев, 1987).
Проведенные исследования позволяют судить о том, что
при повышенном температурном режиме в летний период 2007
года в посевах рапса преобладали многолетние корнеотпрысковые сорняки (вьюнок полевой, бодяк полевой, осот полевой).
Внесение свекловичного дефеката увеличивало засоренность посевов на 66,7% (табл. 35).
Таблица 35. Засоренность агроценозов на VIII этапе
органогенеза культур
Количество растений, шт./м2
Виды сегетальных растений
Малолетние зимующие 2 4 3
Малолетние яровые 2 3 3
Многолетние корнеотпрысковые
Общее число растений 9 15 11
Малолетние зимующие 5 7 6
Малолетние яровые 2 4 3
Многолетние корнеотпрысковые
Общее число растений 8 13 11
Ячмень – 2009 г.
Малолетние зимующие 7 11 9
Малолетние яровые 17 15 12
Многолетние корнеотпрысковые
Общее число растений 36 42 36
контроль
Рапс – 2007 г.
5 8 5
Соя – 2008 г.
1 2 2
12 16 15
свеклович-
ный дефекат
тростниковый
дефекат
88
Увеличение засоренности посева при внесении свекловичного дефеката обусловлено высоким содержанием зачатков и семян сорных растений, а также изменением реакции почвенного
раствора. Для дефеката 1 класса степень засоренности семенами
сорных растений должна быть не более 100 тыс. шт./т, 2 класса –
не более 200 тыс. шт./т (Черников, 2000).
Воробьев (1988) отмечает, что изменение реакции почвенного раствора способствует изменению состава и количества
сорняков в посевах.
На почвах с реакцией среды от слабокислой до слабощелочной развиваются чаще всего овсюг, лебеда раскидистая, желтушник левкойный, молочай прутьевидный, белена черная, осот
полевой, ярутка полевая.
Индифферентны к реакции почвенной среды марь белая,
пастушья сумка, куколь посевной, мелколепестник канадский,
виды пикульника, короставник полевой, тысячелистник.
Изменение реакции почвы и содержание в ней элементов
питания в доступной форме определенным образом связано с изменением и других почвенных условий жизни растений (воздух,
вода, тепло и т.д.), поэтому возможное непостоянство численности и видового состава сорняков в посевах определяется совокупным влиянием меняющихся условий среды обитания.
При дефиците осадков в летний период 2008 года засоренность посевов сои была на контроле незначительной, а в агроценозах с использованием свекловичного дефеката она увеличилась на 62,5 и с использованием тростникового фильтрационного
осадка – на 37,5%.
Баздырев (2002) отмечает, что применение удобрений резко
изменяет экологические условия произрастания культурных и сорных растений, а также характер взаимоотношений между ними.
Направленное внесение удобрений может быть одним из реальных
способов регулирования состава и структуры агрофитоценоза и
повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Так, улучшение питания значительно ослабляет конкуренцию между культурными и сорными растениями за этот фактор
жизни, но резко усиливает их борьбу за свет и почвенную влагу.
В этом случае посев высокостебельных культур более эффективен, поскольку они выигрывают в конкуренции за свет и воду, а
89
многие виды сорняков погибают. Особенно способствует мощному развитию культурных растений, увеличению затененности
сорняков, а следовательно, их подавлению внесение азотных
удобрений.
Роль удобрений в повышении конкурентной способности
культурных растений сильно зависит не только от почвенноклиматических условий зоны в целом, но и от складывающихся
погодных условий в вегетационный период, биологии культурного растения и технологии его возделывания. Установлено, что
в засушливые годы уменьшается доля малолетних сорняков в
сорно-полевом фитоценозе. Теплая и умеренная влажная погода
в течение вегетационного периода способствует усилению засоренности полей теплолюбивыми и влаголюбивыми сорняками.
Малолетние виды на изменения погодных условий более отзывчивы, чем многолетние, которые благодаря наличию запасных
веществ менее мобильны и менее зависимы от погодных условий
(Воробьев, 1988).
В 2009 году при дефиците осадков и повышенном температурном режиме в летний период засоренность посевов ячменя
была довольно высокой (табл. 35).
Следует отметить, что при внесении свекловичного дефеката в почве существенно увеличивается банк семян сорных растений и обеспечивает засоренность посевов на длительное время.
Численность и плотность популяций сорных растений зависят от запаса в почве семян и условий их произрастания. У
большинства видов сорняков банк (запас) семян в почве велик.
Число семян в почве может составлять миллионы (до миллиарда)
на 1 га. Семена нередко обладают свойствами разнокачественности (гетерокарпии).
Из-за различий в строении оболочки семена дают разновременные всходы. Гетеракарпию рассматривают как адаптацию, защитную функцию популяций, позволяющую поддерживать устойчивость банков семян в почве. Семена многих видов растений могут
сохраняться в почве десятки лет. И при определенных условиях
банк семян может дать вспышку массового роста сорняков (Груздев, 1988; Киселев, 1971; Уразаев, 1996; Стекольникова, 2005).
Ижевский (1985), Кравченко (1992) подчеркивают, что растения зимующей группы развиваются по типу яровых и озимых.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]