Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Плодородие черноземных почв и приемы его воспроизводства в условиях Центрального Предкавказья. Монография
.pdf
плесневых грибов, микроорганизмов, разлагающих углеродосодержащие
растительные вещества.
70
60
50
40
30
20
10
тыс. клеток/г
0
поверхн.
отвальная
Кукуруза на силос Горох Горох+овес з/к
мелкая
комбинир.
поверхн.
отвальная
мелкая
комбинир.
поверхн.
отвальная
мелкая
комбинир.
Рисунок 6 – Динамика численности микроскопических грибов
в почве под озимой пшеницей (2002–2012 гг.).
Механические обработки, различаясь по глубине, приводят к неодинаковому распределению растительных остатков по профилю почвы. При безотвальных и поверхностных обработках почвы наибольшее количество корневых и пожнивных остатков сосредоточено в верхней части пахотного слоя,
а при отвальной – в нижележащем горизонте.
В ходе исследований установлено, что углубление пахотного слоя поч-
– как вспашка, так и применение комбинированной обработки – ведет к
вы
увеличению численности аммонификаторов и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в то же время проведение этих обработок
не вызвало активизацию целлюлозоразрушающих микроорганизмов, что указывает на отсутствие усиления мобилизационных процессов, вероятно, в силу разнокачественности слоев почвы.
Положительное влияние севооборота на
микрофлору почвы прослеживается в изменении численности такой агрономически ценной группы микроорганизмов, как целлюлозоразрушающие. Деятельность этой группы мик-
71
роорганизмов в значительной степени определяет интенсивность минерализации органических остатков в круговороте элементов питания в агроценозе.
На протяжении проводимых исследований их количество варьирует от 40,4
до 95,4 тыс. кл./г почвы.
Что касается способов обработки почвы, то можно отметить, что при
проведении мелкой и поверхностной обработок в результате сосредоточения
большего количества растительных остатков
в верхнем слое почвы и некоторое перераспределение их в слой 10–20 см наблюдается преобладание целлюлозоразрушающих микроорганизмов – 95,4 и 87,4 тыс. кл./г почвы соответственно по вышеописанным вариантам, предшественнику по кукурузе на
силос, аналогичные закономерности наблюдаются по другим предшественникам. Достаточно высоко на этих вариантах и количество микроскопических грибов. Вместе
с тем необходимо отметить, что снижается активность
аммонификаторов и микроорганизмов, использующих минеральные формы
азота.
Механические обработки почвы, различаясь по глубине, приводят к неодинаковому распределению растительных остатков по профилю. При безотвальных обработках почвы наибольшее количество корней растений и органических остатков сосредоточено в верхней части пахотного слоя
Поскольку органическое вещество
служит для большинства микроорганизмов источником энергии и питательных веществ, при мелкой обработке
они концентрируются в верхних слоях, при глубокой – более равномерно по
всему корнеобитаемому слою.
Вспашка и безотвальная обработка почвы оказывают влияние на гомо-
генность пахотного слоя.
Вспашка почвы, обеспечивающая равномерное крошение и перемеши-
вание обрабатываемого слоя, способствует более
ровному распределению
растительных остатков в толще почвы, что положительно влияет на развитие
практически всех групп микроорганизмов.
72
Установлено положительное влияние вспашки на развитие аммонификаторов и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота. Численность их по всем изучаемым предшественникам преобладает – по кукурузе на силос 18,8 и 34,8, по гороху 29,3 и 56,5, а по занятому пару 22,3 и 56,9
млн кл./г.
Равномерное распределение растительных остатков по профилю пахотного слоя почвы при вспашке
мобилизует биологические процессы.
Численность микроорганизмов и их активность в том или ином слое
почвы определяется количеством пищи (органической массы) для них, поэтому при бесплужных способах обработки наиболее биологически активным является верхний 0–10 см слой почвы.
Следовательно, севооборот создает наиболее благоприятные условия
для размножения всех групп микроорганизмов. Микробиоценозы, сформировавшиеся
в почве под озимой пшеницей, размещенной по предшествующим
культурам, являются почвоулучшателями, обеспечивают высокий темп и
полноту минерализации поступающего органического вещества.
3.6. Ферментативная активность почвы в зависимости
от предшественников и основной обработки почвы
Центральное место в совокупности биологических приемов, обеспечивающих сохранение плодородия почв, принадлежит катализаторам биохимических реакций – ферментам, так как
они регулируют почвенный метабо-
лизм, обеспечивая целостность почвы как системы.
Ферменты, продуцируемые микроорганизмами, четко реагируют на
изменение экологических факторов и применение различных агротехнических приемов, при этом достоверно отражая напряженность биологических
процессов.
Изучение роли отдельных культур и их чередования в севообороте, а
также применяемых при этом способов и приемов обработки почвы
73
в фор-
мировании ферментативного потенциала позволит направленно регулировать
почвенные процессы в сторону повышения плодородия почв.
Изучаемые в опыте ферменты относятся к группе гидролитических, которые играют существенную роль в важнейших биохимических процессах:
инвертаза и фосфатаза – в гидролитическом расщеплении органического вещества, каталаза – в окислительно-восстановительных реакциях, уреаза участвует в гидролизе мочевины. Инвертаза
является карбогидразой, она действует на фруктофуранозидазную связь в сахарозе, раффинозе, генцианозе и
др. Наиболее активно этот фермент гидролизует сахарозу.
Определение активности инвертазы (рис. 7) показывает, что максимальные ее значения были на вариантах комбинированной обработки, что
связано с более благоприятными гидротермическими условиями пахотного
слоя почвы. Так, по предшественнику горох+овес
на зеленый корм активность инвертазы составляет 27,9 мг глюкозы на 1 г почвы за 40 часов, что
практически вдвое выше в сравнении с поверхностной обработкой и в три
раза – со вспашкой. Снижение активности инвертазы при отвальных обработках свидетельствует о быстрых темпах минерализации органического вещества.
28
23
18
13
8
поверхн.
комбинир.
отвальная
Горох+овес з/к Горох Кукуруза на силос Горох+овес з/к Горох Кукуруза на
Фаза кущения озимой пшеницы Фаза полной спелости озимой пшеницы
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
Рисунок 7 – Активность инвертазы, мг глюкозы на 1 г почвы за 40 ч.
74
отвальная
поверхн.
силос
комбинир.
мелкая
По изучаемым предшественникам инвертазная активность почв возрастает в ряду кукуруза на силос → горох + овес на зеленый корм → горох. Что
касается сезонной динамики, то она имеет тенденцию снижения от весеннего
кущения к полной спелости.
Каталаза синтезируется практически всеми микроорганизмами, поэтому активность этого фермента была достаточно высокой на всех
вариантах
опыта, что является свидетельством напряженности энергетических процессов в почве. Существенных различий в активности фермента каталаза по
предшественникам не наблюдалось. Между вариантами обработки почвы наблюдается тенденция к снижению каталазной активности при поверхностных
и мелких обработках, что свидетельствует о нарастании негативных тенденций, связанных с накоплением перекиси водорода, в
связи с угнетением развития жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов Активность каталазы по изучаемым предшественникам: по гороху с овсом на зеленый корм
1,6 и 1,3; по гороху 1,5 и 1,8; по кукурузе на силос 1,5 и 1,4 мл 0,1 н. KMnO
4
на 1 г почвы за 20 мин. (рис. 8).
2,8
2,6
2,4
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
поверхн.
комбинир.
отвальная
Горох+овес з/к Горох Кукуруза на силос Горох+овес з/к Горох Кукуруза на
Фаза кущения озимой пшеницы
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
Фаза полной спелости озимой пшеницы
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
отвальная
поверхн.
силос
комбинир.
мелкая
Рисунок 8 – Каталазная активность почвы, мл 0,1 н. KMnO4 на 1 г почвы за 20 мин.
75
Напротив, увеличение ее активности при отвальных и безотвальных
обработках связано с оптимизацией гидротермических условий для активизации фермента и разрушении ядовитой для организмов перекиси водорода.
Отмечено также увеличение активности фермента в почве под горохом, что
подтверждает данные о преимуществе культур сплошного сева в активности
данного фермента в сравнении с пропашными культурами
.
К ферментам, участвующим в превращении белковых веществ, относится фермент уреаза, который осуществляет гидролиз мочевины.
В результате проведенных исследований по изучению влияния различных вариантов основной обработки почвы на активность почвенного фермента уреазы выявлено снижение активности под воздействием вспашки, так
как уреаза поступает в почву с растительными остатками. При
отвальной обработке вследствие перемещения растительных остатков в нижележащие
слои происходит снижение активности данного фермента до 0,8–0,9 мг N-NH
4
на 10 г почвы за 4 ч, тогда как при поверхностной обработке в зависимости
от предшественника она составляет 0,8–1,3 мг N-NH
комбинированной – 1,0–1,1, а при мелкой – 1,1–1,2 мг N-NH
/10 г почвы за 4 ч, при
4
/10 г почвы за 4
4
часа (рис. 9).
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
поверхн.
комбинир.
отвальная
Горох+овес з/к Горох Кукуруза на силос Горох+овес з/к Горох Кукуруза на
Фаза кущения озимой пшеницы
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
мелкая
поверхн.
комбинир.
отвальная
Фаза полной спелости озимой пшеницы
мелкая
Рисунок 9 – Уреазная активность почвы, мг N-NH
поверхн.
комбинир.
отвальная
/ 1 г почвы за 4 ч.
4
мелкая
76
отвальная
поверхн.
силос
комбинир.
мелкая
В общем активность уреазы сравнительно невелика и проявляется в ос-
новном в весенний период, затем к концу вегетации существенно снижается,
что является косвенным свидетельством её бактериального происхождения.
Фосфатазы (фосфогидролазы моноэфиров ортофосфорной кислоты)
входят в группу фосфогидролаз, катализирующих гидролиз фосфорорганиче-
ских веществ, которые не могут быть использованы растениями без предва-
рительного расщепления
и минерализации. Активность этих ферментов явля-
ется показателем интенсивности биохимических процессов мобилизации
почвенных органофосфатов.
Наиболее высокая фосфатазная активность наблюдается в ризосфере
растений. Следовательно, в отношении способа обработки почвы можно кон-
статировать следующее: показатели фосфатазной активности почвы в сред-
нем по всем вариантам без оборота пласта выше по сравнению со вспашкой.
Так, по предшественнику горох+овес на зеленый корм активность фосфатазы
по отвальной обработке составила 4,0, комбинированной – 8,4, поверхност-
ной – 5,6 и мелкой – 10,0 мг P
/ 10 г почвы за 1 ч. Подобные закономерно-
2O5
сти прослеживаются по гороху и кукурузе на силос (рис. 10).
Результаты исследований свидетельствуют, что как в фазу колошения,
так и в фазу восковой спелости озимой пшеницы отмечается тенденция к
увеличению фосфатазной активности почвы после кукурузы на силос.
От фазы колошения к периоду созревания озимой пшеницы
активность
фермента фосфатазы снижается, но тем не менее, по шкале Д.Г. Звягинцева
(1978), почвы относятся к разряду богатых по содержанию данного фермента
в фазу весеннего кущения и среднеобогащенными в фазу полной спелости.
Что касается остальных ферментов, то степень обогащенности почв инвертазой характеризуется как среднеобогащенная каталазой и уреазой – бедная.
77
13
11
9
7
5
3
поверхн.
отвальная
Горох+овес з/к Горох Кукуруза на силос Горох+овес з/к Горох Кукуруза на
Фаза кущения озимой пшеницы Фаза полной спелости озимой пшеницы
мелкая
комбинир.
Рисунок 10 – Фосфатазная активность почвы, мг P
отвальная
поверхн.
мелкая
комбинир.
отвальная
поверхн.
мелкая
комбинир.
отвальная
поверхн.
мелкая
комбинир.
поверхн.
отвальная
/10 г почвы за 1 ч.
2O5
мелкая
комбинир.
отвальная
поверхн.
силос
мелкая
комбинир.
Полученные результаты показали, что существуют определенные закономерности по влиянию сельскохозяйственной культуры, способов и приемов основной обработки почвы на её ферментативную активность. Выявлена
также динамика сезонной активности от посева до уборки, что связано с
уменьшением количества органического вещества и ослаблением деятельности микроорганизмов.
3.7. Токсичность почвы под озимой пшеницей
в зависимости
от предшественника при различных способах
и приемах обработки почвы
Проблема токсичности почвенной среды является особенно актуальной
при разработке биологизированных севооборотов, основой которых является
фактор полного и рационального использования средообразующего потенциала культурных растений. Отличительной особенностью агроценоза, в отличие от природных биоценозов, является резкая смена видов растений на
одной
и той же территории, поэтому нельзя избежать действия предшествен-
ника через почвенную среду на рост и развитие данного вида. Однако, учи-
78
тывая особенности взаимодействия растений, можно свести это негативное
влияние к минимуму. Современная система биологизированного земледелия
должна обеспечить такие условия жизни растений, при которых полностью
реализуется их продуктивный потенциал.
Одной из причин неудовлетворительного роста и снижения урожайности озимой пшеницы при ее бессменном выращивании является токсичность
почвы. Установлено, что при длительном выращивании
растений одного вида на одном и том же месте в почве накапливаются фитотоксические вещества. Для их выявления прежде всего необходимо определить наличие водорастворимых веществ – колинов, так как именно они способны передвигаться в
почвенных условиях.
Одним из современных методов биодиагностики состояния пахотных
почв является применение тест-объектов, которыми
служат живые организмы, в частности семена растений. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что почва, взятая из-под различных предшественников, обладает
неодинаковой аллелопатической активностью (табл. 7).
Таблица 7 – Токсичность почвы под различными культурами (1993–1998 гг.)
Предшественники Прорастание, %
Бессменный посев
озимой пшеницы 25 42 121
Всхожесть
при К-50,%
Токсичность,
УКЕ (мг/л)
Горох 68 83 18
Пар занятый
(горох+овес з/к) 61 76 22
Кукуруза на силос 58 69 34
Люцерна на сено 67 73 29
Исследования показывают, что прорастание и всхожесть тест-культуры,
в качестве которой использовали семена редиса, находятся в прямой зависи-
79
мости от предшествующей культуры. Почва бессменных посевов обладает
высокой токсичностью, это свидетельствует о наличии высокого содержания
колинов, что отражается на прорастании, процент которого составил 25 и
всхожести – 42%, что по шкале А.М. Гродзинского (1965) выражается в ток-
сичности, равной 121 условной кумариновой единице. Токсичность почвы
под бессменной озимой пшеницей объясняется накоплением одинаковых по
химическому
составу трудноразлагаемых органических остатков. По Е.Н. Ми-
шустину (1969), эти остатки разлагаются с выделением фенольных веществ.
Напротив, растительные остатки бобовых культур благодаря оптимальному
соотношению углерода и азота легко минерализуются и усиливают общую
микробиологическую и ферментативную активность, при этом растительные
остатки бобовых активно разлагаются в период от уборки до посева озимых,
что обуславливает высокую всхожесть и прорастание тест-культуры. На поч-
ве, взятой по предшественнику горох, прорастает 68%, по люцерне – 67, по
пару занятому – 61% семян, всхожесть соответственно составляет 83; 76 и
73%, токсичность на этих вариантах была достаточно низкой – 18; 29 и
22 УКЕ.
Растительные остатки кукурузы на силос разлагаются более медленно,
имея широкое соотношение азота к углероду, при
этом микробное сообщест-
во представлено грибной микрофлорой, которая зачастую является антагони-
стом бактериальной и может вызывать токсичность почвы, в нашем опыте
она несколько выше в сравнении с вышеописанными предшественниками и
составляет 34%. Важными аллелопатическими свойствами растений является
их активность и толерантность, то есть способность накапливать физиологи-
чески активные вещества и проявлять
устойчивость к колинам и продуктам
их жизнедеятельности. Известно, что озимая пшеница является аутоинтоле-
рантным видом, в связи с чем бессменное ее возделывание ведет к резкому
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]