science-review.ru
Одним из важных агротехнических приемов, влияющих на гумусообразование и функционирование микрофлоры, является обработка почв. В зависимости от способов обработки создается определенное соотношение водного и воздушного режимов, уровень биологической активности, доступности элементов питания. При интенсивных обработках почва хорошо аэрируется, а в видовом составе её микробных ассоциаций наблюдается существенная перестройка с преимущественным развитием аэробных бактерий, грибов и актинобактерий, что отражается на процессах превращения в почве органического вещества. Отмечено положительное влияние безотвального рыхления в посевах ячменя и люпина на дерново-подзолистых почвах Ленинградской области на протекание процессов гумусообразования, которая выражалась в возрастании коэффициента гумификации по сравнению с обычной вспашкой. При минимальной обработке почвы наибольший коэффициент гумификации растительных остатков отмечался в слое почв 10–20 см, тогда как при безотвальном рыхлении – до 30 см [1].
Имеются данные по увеличению урожайности озимой ржи и ячменя на дерново-подзолистых почвах Среднего Предуралья при безотвальной системе обработки почв [2]. Установлена наибольшая энергетическая эффективность применения минимальных систем обработки почв в посевах яровой пшеницы на малогумусной дерново-подзолистой почве [3]. В настоящее время из-за недостаточного ресурсного обеспечения сельскохозяйственного производства резко сокращены объемы работ по улучшению сенокосов и пастбищ [4]. В таких условиях приоритетными являются малозатратные способы травосеяния. Травостои с участием корневищных трав рекомендуется улучшать способом омоложения, путем поверхностной обработки дернины дискованием или фрезерованием [5]. В последние годы расширяются посевы козлятника восточного, имеющего корневищный характер побегообразования и способного давать устойчивые урожаи без перезалужения в течение длительного времени. Проведены исследования по улучшению его травостоев с использованием мелких обработок почвы [6].
Однако не рассматривалось влияние применения минеральных удобрений и различных приемов агротехнической обработки (дискование, боронование) в посевах козлятника на показатели плодородия агротемногумусовых глеевых почв, что в значительной мере и обусловило актуальность проведения данных исследований.
Цель работы – оценка влияния различных способов агротехнической обработки (дискование, боронование) в посевах козлятника восточного на гумусное состояние и микрофлору почв агротемногумусовых глеевых почв Приморья.
В задачи исследований входило: оценить изменения в параметрах гумусного состояния при бороновании и дисковании почв в посевах козлятника восточного с применением различных доз минеральных удобрений; исследовать изменения в количественном и качественном составе микрофлоры.
Таблица 1
Показатели гумусного состояния агротемногумусовых глеевых почв с посевами козлятника
|
Вариант опыта |
Гумус, % |
Запасы гумуса, т/га |
Доля |
1а ФК |
Сгк/Сфк |
Степень гумификации органического вещества, % |
|
|
«свободных» гуминовых кислот |
связанных с Са 2+ гуминовых кислот |
||||||
|
от суммы гуминовых кислот |
|||||||
|
Контроль |
6,03 |
150,7 |
39,9 |
60,1 |
2,17 |
0,66 |
16,0 |
|
N45P60К60 без обработок |
5,40 |
145,0 |
61,2 |
38,8 |
2,30 |
1,55 |
22,7 |
|
N90P120К120 без обработок |
5,15 |
87,5 |
23,7 |
76,3 |
2,14 |
1,43 |
18,8 |
|
Контроль (дискование) |
4,40 |
110,8 |
94,8 |
5,2 |
2,67 |
1,25 |
20,5 |
|
N45P60К60 (дискование) |
3,91 |
97,8 |
45,3 |
54,7 |
2,82 |
1,62 |
24,7 |
|
N90P120К120 (дискование) |
4,44 |
95,0 |
50,1 |
49,9 |
2,49 |
2,75 |
23,30 |
|
Контроль (боронование) |
4,45 |
103,2 |
65,9 |
34,1 |
2,48 |
1,42 |
20,3 |
|
N45P60К60 (боронование) |
5,6 |
113,1 |
53,2 |
46,8 |
2,22 |
1,50 |
20,8 |
|
N90P120К120 (боронование) |
5,05 |
117,2 |
61,9 |
38,1 |
2,18 |
1,62 |
20,7 |
Таблица 2
Численность и групповой состав микроорганизмов в фитомелиоративном опыте (тыс. КОЕ на 1 г почвы)
|
Вариант |
Аммони- фикаторы, (МПА) |
Грибы (Чапека) |
Бактерии, использующ. минерал. азот (КАА) |
Актино- мицеты (КАА) |
Олигонит- рофилы (Эшби) |
КМ* |
Грибы/Актиномицеты 10-2 |
|
Контроль |
7990 |
52,4 |
13490 |
530,0 |
25480 |
1,7 |
9,89 |
|
N45Р60К60 контроль |
16750 |
46,4 |
20100 |
260,0 |
25160 |
1,2 |
17,8 |
|
N90Р120К120 Контроль |
20650 |
23,0 |
23630 |
405,0 |
19980 |
1,1 |
5,67 |
|
Дискование |
23100 |
52,8 |
31700 |
250,0 |
37090 |
1,4 |
21,12 |
|
N45Р60К60 дискование |
23790 |
53,0 |
35300 |
260,0 |
22680 |
1,5 |
20,38 |
|
N90Р120К120 дискование |
20550 |
54,0 |
34800 |
675,0 |
15480 |
1,7 |
8,00 |
|
Контроль боронование |
11230 |
49,9 |
17790 |
130,0 |
23940 |
1,6 |
38,38 |
|
N45Р60К60 боронование |
16900 |
38,2 |
21410 |
400,0 |
21980 |
1,3 |
9,55 |
|
N90Р120К120 боронование |
24320 |
24,6 |
31780 |
410,0 |
19590 |
1,3 |
6,00 |
Примечание. *КМ – коэффициент минерализации, соотношение численности бактерий КАА/МПА.
Материалы и методы исследования
Объектом исследований послужили почвы опытных полей ПримНИИСХ (пос. Тимирязевский Уссурийского района Приморского края): агротемногумусовые глеевые. Закладка полевых опытов была произведена в 2016 г в мае на многолетних травостоях козлятника восточного. Повторность опыта четырехкратная. Площадь каждой делянки 100 м2. Способ посева – сплошной беспокровный. Норма высева 20 кг/га всхожих семян. Глубина заделки семян 1–2 см [6]. Отбор почвенных образцов проводили в верхнем пахотном горизонте почв (0–20 см).
Содержание гумуса определено по методу Тюрина, фракционно-групповой состав – по методу Кононовой – Бельчиковой [7]. Оценка гумусного состояния почв проведена в соответствии с рекомендациями Д.С. Орлова [8]. В работе рассмотрен не весь спектр показателей гумусного состояния, а наиболее информативные, отражающие генетические различия гумуса и формы связи с минеральной частью почв. Микрофлору почв определяли общепринятыми в почвенной микробиологии методами [9].
Результаты исследования и их обсуждение
В посевах козлятника на вариантах с дискованием и боронованием агротемногумусовых глеевых почв, по сравнению с контролем без обработок, изменился тип гумусообразования с фульватного на фульватно-гуматный. Прослеживались значительные изменения в типе гумуса с применением удобрений в дозе N45P60К60 без обработок почвы. Изменения в типе гумуса отмечены при дисковании почв с такой же дозой внесения удобрений, а также при проведении боронования почв с внесением удобрений в дозе N90P120К120. Тип гумуса на этих вариантах опыта по сравнению с контролем изменялся: на варианте без обработок почв с фульватного на гуматный, с дискованием и боронованием почв с фульватно-гуматного на гуматный. Это явилось положительным моментом в протекании процесса гумусообразования и улучшении качества гумуса. Резкое возрастание содержания гуминовых кислот в составе гумуса также зафиксировано на варианте опыта с дискованием почв при внесении минеральных удобрений в дозе N90P120К120. Однако запасы гумуса по сравнению с контролем снижались от средних до низких значений (табл. 1). Это явилось явно негативным моментом в изменении потенциального плодородия почв.
По сравнению с контролем на всех вариантах опыта, за исключение вариантов с боронованием почв, при внесении минеральных удобрений прослеживалась закономерность к снижению содержания и запасов гумуса. На наш взгляд, это обусловлено активизацией процессов трансформации органического вещества почв микрофлорой.
На вариантах с посевом козлятника с внесением минеральных удобрений, без обработки почв, содержание гумуса изменялось со средних значений (контроль) до ниже средних показателей. При этом запасы гумуса варьировали от средних (контроль) до низких. Видимо, внесение минеральных удобрений способствует развитию процессов минерализации органического вещества, приводящих к снижению гумуса. При дисковании почв содержание гумуса на контроле и на вариантах с внесением минеральных удобрений в дозе N90P120К120 достигало показаний ниже средних, а на варианте с внесением удобрений N45P60К60, по сравнению с контролем, снизилось до низких значений. Запасы гумуса при применении минеральных удобрений были низкими. В горизонте на контроле резко увеличилась доля «свободных» гуминовых кислот (до очень высоких значений) и резко (до крайне низких) снизилось количество ГК связанных с Са2+. Применение минеральных удобрений сократило содержание «свободных» ГК до средних показателей, тогда как содержание ГК, связанных с Са2+, возросло с низких до средних значений.
В посевах козлятника на вариантах без обработок почв и с внесением минеральных удобрений отмечено значительное изменение в составе гуминовых кислот (ГК). Низкое содержание доли «свободных» гуминовых и высокое связанных с Са2+ свойственно контролю и варианту в посевах козлятника с применением удобрений N90P120К120. Тогда как на варианте с внесением минеральных удобрений в дозе N45P60К60 подвижность ГК возрастала, о чем свидетельствовало увеличение до высоких значений доли «свободных» ГК. Количество ГК, связанных с Са2+, соответствовало низким показателям.
На вариантах опыта с боронованием почв, внесение минеральных удобрений активизировало процессы гумусообразования. По сравнению с контролем увеличились содержание и запасы гумуса. Количество гумуса достигало ниже средних значений, а запасы гумуса – средних. Прослеживались изменения и в составе гуминовых кислот (ГК). Доля «свободных» гуминовых кислот на вариантах с боронованием изменялась с высоких (контроль, вариант с применением N90P120К120) до средних значений (вариант с внесением N45P60К60). При этом количество гуминовых кислот, связанных с Са2+ достигало низких значений (контроль, вариант с применением N90P120К120) и средних (вариант с внесением N45P60К60). Степень гумификации органического вещества была средней, за исключением контроля без обработок почв и при внесении минеральных удобрений в дозе N90P120К120. Вероятно, это связано с большим поступлением в почву растительных органических остатков и их трансформацией микрофлорой почв. Содержание первой агрессивной фракции фульвокислот в агротемногумусовых глеевых почвах с посевами козлятника было низким во всех исследуемых вариантах опыта. Различные виды обработки почвы и внесение удобрений оказывают существенное влияние на качественный и количественный состав микрофлоры.
Исследования показали, что численность микроорганизмов существенно меняется в почве под козлятником при разных способах обработки и с внесением минеральных удобрений (табл. 2).
Так, численность аммонифицирующих микроорганизмов на варианте без обработки возросла в 2 раза при внесении минеральных удобрений в дозе N45P60К60 и почти в 3 раза – при дозе N90P120К120. Эта же закономерность наблюдается при развитии микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среда КАА). Однако количество данных микроорганизмов существенно больше, чем аммонификаторов, что сказывается на развитии процессов минерализации органического вещества, которые интенсивно идут под козлятником на контроле (табл. 2). Большая численность грибов и актиномицетов на контроле также способствует минерализации органического вещества.
В вариантах с дискованием заметно возрастает численность аммонифицирующих микроорганизмов и очень существенно увеличивается содержание микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среда КАА). В варианте с дискованием без удобрений фиксируется достаточно низкий коэффициент минерализации, который свидетельствует о менее быстром разложении органического вещества.
Внесение минеральных удобрений в дозе N45P60К60 в варианте с козлятником стимулирует развитие большинства групп микроорганизмов по сравнению с контролем. Заметно увеличивается количество микроорганизмов на среде КАА, но большая численность микроорганизмов на среде МПА способствует сдерживанию процессов минерализации органического вещества в данном опыте. Однако в опыте с дискованием коэффициент минерализации достаточно высок. Внесение минеральных удобрений отрицательно сказывается на численности олигонитрофильных микроорганизмов, хотя их содержание несколько увеличивается при дисковании.
Внесение минеральных удобрений в дозе N90P120К120 стимулирует развитие микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среда КАА), особенно при дисковании и коэффициент минерализации в этом варианте самый высокий (1,7) (табл. 2). Достаточно сильно угнетает развитие олигонитрофилов внесение азота в дозе N90P120К120, в варианте с дискованием. Возможно, отрицательное влияние на жизнедеятельность олигонитрофилов оказывает азот, который внесен в составе смеси минеральных удобрений.
При дисковании увеличивается количество других групп микроорганизмов (грибы, актиномицеты, олигонитрофилы), что может способствовать усилению процессов минерализации свежего органического вещества. В содержании гумуса наблюдается обратная зависимость. Чем больше микроорганизмов, тем меньше содержание гумуса. Наибольшее содержание гумуса отмечено на контроле, наименьшее – в вариантах с дискованием. В опыте с дискованием коэффициент минерализации достаточно высок. Внесение минеральных удобрений отрицательно сказывается на численности олигонитрофильных микроорганизмов, хотя их содержание при дисковании увеличивается.
В вариантах с боронованием численность микроорганизмов снижается по сравнению с дискованием. Наименьшее содержание аммонифицирующих микроорганизмов отмечено на варианте без удобрений. Внесение минеральных удобрений в дозе N45P60К60 стимулирует их развитие, а доза N90P120К120 увеличивает содержание аммонификаторов более чем в 2 раза. Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, также претерпевают изменения, достигая максимума в варианте с максимальной дозой минеральных удобрений. Содержание грибов уменьшается при внесении максимальной дозы удобрений. Внесение удобрений увеличивает численность актиномицетов. Боронование с внесением минеральных удобрений ингибирует развитие олигонитрофильных микроорганизмов. Коэффициент минерализации достаточно высок только на контроле. На повышение окультуренности агротемногумусовых глеевых почв с посевом козлятника при бороновании с внесением минеральных удобрений указывал и показатель соотношения грибов и актиномицетов [10], значения которого по сравнению с контролем были более низкие с внесением удобрений (N45P60К60), что свидетельствовало о позитивном влиянии боронования с применением минеральных удобрений на плодородие почв.
В вариантах с удобрениями коэффициент минерализации снижается, что указывало на ослабление интенсивности процессов минерализации органического вещества и, как следствие, способствовало сохранению гумуса. Внесение удобрений в дозе N90P120К120 сохраняет гумус от минерализации, и содержание его почти одинаково во всех вариантах.
Выводы
1. Исходя из изменений показателей гумусного состояния почв, наиболее эффективным способом агротехнической обработки агротемногумусовых глеевых почв с посевом козлятника является боронование с внесением минеральных удобрений. На этих вариантах, по сравнению с дискованием, установлены более высокие показатели содержания и запасов гумуса, среднее и высокое содержание доли «свободных» и среднее и низкое связанных с Са2+ гуминовых кислот, фульватно-гуматный и гуматный тип гумусообразования, средняя степень гумификации органического вещества.
2. Боронование как агротехнический прием является благоприятствующим для развития микробиологических процессов минерализации органического вещества. Внесение минеральных удобрений на фоне боронования предохраняет гумус от минерализации микрофлорой. Это способствует сохранению гумуса в агротемногумусовых глеевых почвах с посевом козлятника. Снижение показателя соотношения грибы/актиномицеты, по сравнению с контролем, указывало на повышение степени окультуренности почв в посевах козлятника с внесением минеральных удобрений. В опыте с дискованием коэффициент минерализации достаточно высок. Внесение минеральных удобрений отрицательно сказывается на численности олигонитрофильных микроорганизмов, хотя их содержание при дисковании увеличивается.