Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Биологическая активность чернозема выщелоченного в различных агроценозах лесостепи ЦЧЗ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность чернозема выщелоченного в различных агроценозах лесостепи ЦЧЗ"

чо

ВОРОНЕЖСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ К. Д. ГЛИНКИ

На правах рукописи

ВЕРЗИЛ И Н Василий Васильевич

удк 631.445.4:631.452.470.32

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В РАЗЛИЧНЫХ АГРОЦЕНОЗАХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧЗ

Специальность 06.01.01 — общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ВОРОНЕЖ 1990

Работа выполнена на кафедре земледелия и опытной сельскохозяйственной станции Воронежского СХИ имени К. Д. Глинки.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук,' член-корреспондент ВАСХНИЛ, заслуженный деятель науки Молдавской ССР, профессор М. И. Сидоров.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, член-корреспондент ВАСХНИЛ, профессор А. П. Щербаков

кандидат сельскохозяйственных наук, заслуженный агроном РСФСР, заведующий отделом земледелия Белгородского СХИ Н. Р. Асыка.

Ведущее предприятие — Всероссийский НИИ сахарной свеклы и сахара имени А. Л. Мазлумова.

Защита состоится 17 октября 1990 г. в 12 час. в аудитории 265 на заседании специализированного совета К 120.54.01 Воронежского сельскохозяйственного института имени К. Д. Глинки по адресу: 394612, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, ВСХИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан && 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета доцент

И. А. Якименко

'--■л I ОБЩАЯ ХЛРлКТЕРИСША РЖ)ТЫ

.■¿.{¿¿■'.нЯ !

**" "Актуальность проблемы обусловлено новой аграрной политикой, предусматривающей разнообразие фэрм хозяйствования и собственности на землю и другие средства производства, которые требуют су -щественной корректировки зональных систем земледелия. Интенсификация их на фоне роста экологических проблем вследствие возрастающей антропогенной нагрузки на агроэкосистемы должна осуществляться на основе расширенного воспроизводства плодородия почв. Технология воспроизводства плодородия определяется зональными осо -бенносгяш ведения земледелия, ее основных звеньев - систем севооборотов, удобрений, обработки почв и др. В этих условиях возрастает значение научно обоснованных севооборотов. Решая задачу охраны почв, расширенного воспроизводства их плодородия, сезооборо-ты обеспечивают формирование биологически устойчивых, экологи -чески сбалансированных и экономически эффективных агроэкосистем.

Основой теории севооборотов является Елияние растений не только на абиотические свойства почвы, но и на почвенную биоту, з частности - на комплексы почвенных микроорганизмов. Поэтому изучение особенностей влияния сельскохозяйственных культур на биологическую активность почвы в различных агроценозах имеет важное значение в разработке научных основ и практических рекомендаций для земледелия Центрально-Черноземной зоны.

Проведенные нами многолетние стационарные исследования позволили выявить некоторые- направления биологических процессов,обеспечивающих формирование элементов почвенного плодородия чернозема вьщелоченного лесостепи ЦЧЗ.

Представленная работа является разделом государственной проблема "Разработка научных основ и принципов построения севооборотов в интенсивном земледелии1* и выполнена в соответствии с тематическим планом научных исследований кафедры земледелия Воронежского сельскохозяйственного института им. К.Д.Глинки.

Цель и задачи исследований заключались в комплексном изучении роли сельскохозяйственных культур, способов их возделывания, а также минеральных удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного в различных агроценозах*.

Для достижения поставленной цели были изучены следующие вопросы: ,

влияние различных по биологии сельскохозяйственных культур и способов их возделывания на формирование комплексов почвенных

микроорганизмов;

динамика ферментативной активности почвы под разными культурами и способами их возделывания;

. суммарные показатели биологической активности почвы под сельскохозяйственными культурами и динамика их изменения под влиянием различных способов возделывания растений в arpo ценоз ах;

роль минеральных удобрений в формировании структуры комплексов почвенных микроорганизмов, ферментативной активности почвы и суммарных показателей биологической активности в зависимости от способов возделывания сельскохозяйственных культур;

оценка производительной способности и экономической эффективности различных способов возделывания культур в изучаемых arpoценозах.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в том, что в многолетнем стационарном опыте комплексно изучено влияние различных сельскохозяйственных культур,способов их возделывания и минеральных удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного. В исследованиях получило дальнейшее . развитие разрабатываемое кафедрой земледелия Воронежского сельскохозяйственного института им.К.Д.Глинки научное направление по изучению влияния возделываемых культур в различных arpoценозах на плодородие почеы и продуктивность последних. Всесторонние исследования, проведенные на кафедре, свидетельствуют о том, что научно обоснованное чередование культур является наиболее эффективным, экологически сбалансированным и экономически еыгодным средством повышения плодородия черноземов.

В наших исследованиях установлено, что сельскохозяйственные культуры и способы их возделывания обеспечивают разные уровни биологической активности почвы в агроценозах.

Нами выявлено, что биологические и агротехнические особенности культур и способы их возделывания оказывали существенное влияние на формирование структуры комплексов почвенных микроорганизмов, характер их сукцессий, изменяли динамику ферментатив-кой активности почвы и суммарных показателей биологической ак -тиености.

Установлена различная эффективность применения минеральных удобрений в зависимости от способов возделывания культур в агро-цзнозах.

Результаты исследований могут быть использованы при разработке ц остаешш систем земледелия в сельскохозяйственном произвол-

стве Центрачьно-Черноземной зоны. Рекомендуется построение севооборотов осуществлять по принципам плодосмена с использованием бобового компонента в качестве элемента повышения биологической активности почвы агроценозов и роста их продуктивности. Это особенно необходимо учитывать при разработка и освоении спвциали -зированных и короткоротациошшх севооборотов.

Апробация работы проводилась на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежского СХИ в 1980,1981,1934,1986,1930 годах, зональном научно-методическом совещании в г, Тамбове (1985г.), на республиканских научных конференциях и семинарах в г.Волгограде (1989 г.), Киеве (1989г.), Пензе (1990г.).Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры земледелия Воронежского СХИ имени К.Д.Глинки в июне 1990 года.

Основные результаты исследования изложены п 15 печатных работах.

Реализация результатов исследований осуществлялась при разработке и внедрении научно обоснованных систем земледелия з колхозах "40 лет Октября" и "X пятилетка" Аннинского района Воронежской области н им. Ленина, им.Кирова Усманского района Липецкой области. Результаты исследований еошш в руководство для практических работников по севооборотам, используются на кафедре гсм-леделия при разработке учебные пособий и в лекциях по научным ос- ' новам чередования культур в севооборотах зоны.

Объем и структура диссертации. Диссертация написана на русском языке, изложена на 179 страницах машинописного текста, иллост-рирована Т: таблицами и состоит из введения, 7 глав, выводов, рекомендаций по практическому использованию результатов исследований 5 списка использованной литературы, который включает 358 наименований, в т.ч. 17 иностранных авторов, приложений на 35 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ Р/ЕОТЫ

В первой главо диссертации на основа изучения литературных источников обобщена результаты исследований по биологической активности почвы, проведенные в различных регионах страны и цчз. Показано влияние антропогенных факторов на ход биологических процессов в почве.

обьшы и метод* исследовании

Исследования проводились в многолетнем стационарном опыте ка-

федры земледелия Воронежского СХИ, заложенном в 1972 г. в течение 1979-1981 гг.

Объектом исследований являлся чернозем выщелоченный, мадогу-ыусный, среднемощный, тяжелосуглинистый. Содержание гуадуса по Тюрину в пахотном слое почвы - 4,4%, общего азота по Къельдалю -0,23055, рН солевой вьггяжки - 5,0; сумма поглощенных оснований -2*7,8 мг-экв. на 100 г почвы.

Исследования проводились на неудобренном и удобренном фонах на следующих вариантах опыта: черный пар бессменно, агроцеиозы бессменной озимой пшеницы и сахарной свеклы, озимой пшеницы в парны-: комбинациях с черным паром, горохом, ячменем и сахарной свеклой - с кукурузой на силос, ячменем, а также агроценозы па-розерквпропашного (черный пар - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень) и плодосменного (горох на зеленый корм - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень) севооборотов, !1од озимуи пшеницу вносили под сахарную свеклу /V до^ 120^90•

Агротехника возделывания культур в опыте соответствовала рекомендациям систем земледелия Воронежской области, высевались сорта культур, районированные в области.

Образцы почвы для анализа отбирались-по методике БНШСХМ в слоях 0-10; 10-20 и 20-40 см в фазы развития растений озимой пшеницы - кущение, отрастание, выход в трубку, цветение, уборка и сахарной свеклы - всходы, смыкание рядков, середина августа, .уборка.

Анализ основных компонентов комплексов почвенных микроорганизмов проводился согласно методикам ВДИИСХМ (1963 г.); активность почЕенных ферментов (каталазы,уреааы,инвертазы) - унифицированными методами А.Ш.Галстяна (1978 г.); содержание подвижных форы азота - с дисульфофеноловой кислотой по Грандваль-Ляжу; тарификационная способность почеы - методом Кравкова; интенсивность биосинтеза аминокислот в почве - методом Е.Н.Мищустина и А.Н.Петровой (1963 г.); целлюлозолнгическая активность - по И.С.Востро-ву И А.Н,Петровой (1961 г.),. Показатели актуальной биологической активности почвы определяли в свежих образцах, потенциальной - в воздушно сухих .

Основные результаты исследований подвергались математической обработке методами дисперсионного и корреляционного анализа (В.А.Дрслехов, 1972) на ЭШ МИР-1 и ЕС 1035.

экспериментальная часть

дшмшка «¡ОРМйРОВШИ КШВДСОВ почвенных микроорганизмов

в рлздш'ш лгроциюзах

Комплексы почвенных микроорганизмов, активно участвуя п 1сру-гопороте веществ, наряду с другими компонентами почвенной бноты, обеспечивают функционирование агрозкосистемы. При этом ведущим звеном является автотрофный блок, главным элементом которого в агроценоэах являются сельскохозяйственные культуры. Через экст-роцеллюлярнуга деятельность корневой системы и благодаря различному химическому составу послеуборочных остатков растения оказывают регулирующее влияние на активность комплексов почвенных микроорганизмов, что а целом определяет .уровень биологической активности потен агроценозов и интенсивность процессов воспроизводства элементов почвенного плодородия.

Данные по формированию пула комплексов микроорганизмов п почве изучаемых вариантов указывают на разнохарактерность биогенных процессов, зависимость их от биологических особенностей воэдо -лываемых культур, динамичны по годам и срокам определения.

В почве бессменного черного пара и агроценоэоо бессменной озимой пшеницы и'сахарной свеклы количественный состав комплексов почвенных бактерий, принимающих участие з превращении органических и минеральных соединений, актиномйцетов, азотфиксирую-щих, в т.ч. азотобактера, бил под сахарной свеклой соответственно в 1,1-1,6 и 1,5-2,3 раза больше, чем под озимой пжчицей и бессменном черном пару. Количественный состав комплексов гриб -ной флоры был выше в почве черного пара б 1,9, под озимой пае-ницэй в 1,4 раза по сравнению с сахарной свеклой.

В почве вариантов парного чередования этих культур по сравнению с бессменным возделыванием численный состав комплексов почвенных микроорганизмов возрастал. При этом количественное показатели зависели от предаестоунчей культуры. В агроценоэах озимой пшеницы с горохом на зеленый корм и черным паром показатели биогенности почвы возрастали на 29,4-96,по срокам определения, а при размещении по ячмеда - на 3,1-12,2/?. В почве под сахарной свеклой в парной комбинации с кукурузой численный рост комплексов почвенных микроорганизмов в 1,5-2,3 раза выше, чем при бессменном возделывании, а при чередовании с ячменем этот показатель возрастал незначительно (на 12,1-18,3^), но был вы-, ше, чем под озимой паеницей,размеренной по этоцу предшественниц.

В почве под озимой пшеницей и сахарной свеклой, возделываемых в севооборотах, го сравнению с бессменными посевами и парными комбинациями количественный состав всех комплексов бактериальной флоры увеличивался. При этом в парозернопролаяшом севообороте возрастал в 1,2-2,3, аюдосменном 1,5-2,9 раза. В то же время численность шкроыицетов в почве севооборотов снята -лась соответственно в 2,0-1,8 раза.

Наряда' с количественным разнообразием основных компонентов комплексов почвенных микроорганизмов установлены различные уровни их биогенносги (табл Л),которые определяли по относительному показателя (0П), отражащену количественное соотношение ыевду бактерия:.« и грибами (О.А.Берестецкий и др., 1986).

Виогенность почвы выше в севооборотах. Наличие бобового компонента в агроцанозе плодосменного севооборота повысило 011 на II,3$.

В парных чередованиях как озимой пшеница, так и сахарной свеклы биогенносгь почвы заметно снижалась, а самые низкие 0П установлены при бессменном возделывании этих культур и в почеэ бессменного черного пара.

Более поздние наши исследования (В.В.Верзилин, В.В.Рябчико-ва, 1989) показали, что в почве вариантов бессменного возделывания этих культур происходит существенная перестройка структуры комплексов почвенных микроорганизмов, в результате чего юзрас- • тает 0П.

0 степени минерализационных процессов в почве судили по вз -личине коэффициента минерализации - отношению численности бактерий, усваивающих минеральный и органический азот (Е.Н.Мипус-гин, 1975). Активность процессов минерализации в парных комбинациях по сравнения с агроценозами севооборотов снижалась, при бессменном возделывании культур она была самой низкой.

Для установления степени устойчивости и экологического благополучия изучаемых arpoценозов определяли индекс видового разнообразия комплексов почвенных микроорганизмов (отношение количества видов к их абсолютной численности), увеличение которого указывает на повышение степени экологической устойчивости агро-ценозов (Ю.Одум, 1986 }.

Разике по биологии и -технологии возделывания культуры паро-зернопропашного и плодосменного севооборотов обеспечили боль -шее разнообразие условий почвенной среды обитания, что снизило

Таблица I

Характеристика Видового разнообразия и биологической активности комплексов почвенных микроорганизмов в слое 0-40 см (средние данные за три года )

Варианты опыта

!Относи- !Коэф-I тельный !с$ицн-! показа - (ент !тель био-!мине-¡генности !рам-1(011) 1аации

!Индекс видового раз-1нообразия бактерий

|'неспоро- ?спорооб-

!образующих{ разуыцгас

Озимая пшеница

Севообороты: 4,27-10~б II, 16-Ю-6

плодосменный 131,3 2,37

(горох на з/к-озимая

пяеница-сахарная свек-

ла-ячмень) 3,90-Ю~6

паро зернопро пашно й 118,0 2, II 10,46-Ю-6

(черный пар-озимая пшени-

ца-сахарная свекла-ячмень)

Парные комбинации:

черный пар-озимая пае-ница 65,1 1,54 3,37-Ю~6 9,66-10-6

гоггах на зеленый 3,58-Ю~б

корм-озимая пшеница 99,9 1,71 8,35.10"°

ячмень-озимая пшеница *53,9 1,32 2,53-Ю-6 7.18-10-6

Бессменно 59,7 1,25 2,16-Ю"6 7,77-ю-6

Сахарная свекла

Севообороты: 6,83.10^

плодосменный 191,5 2,73 5,33'Ю-6

паро зеркопро пашной 178,6 2,51 4,30-10"6 6,07-Ю-5

Парные комбинащи:

кукуруза на силос- 101,4 1,86 —А

сахарная свекла 3,76-10 ь 4,93-Ю-6

ячмень-сахарная свэк- 3,71 -ИГ6

ла 79,9 1,74 3,15-Ю-6

Бессменно 73,7 1,46 2,80-Ю-6 3,19-КГ6

Черный пар

Бессменно 69,4 1,37 1,88' КГ6 3,05-Ю"6

ее избирательность и увеличило видовой состав.комплексов микроорганизмов. Возделывание озимой пшеница и сахарной свеклы в парных комбинациях тем сильнее сникало индекс видового разнообразия,чем блике по биологическим особенностям и агротехнике возделывания находились чередующиеся культуры.

Бессменное ьоздслыванио этих культур вызвало лимитирование жизнеобеспечивающих свойств почвы, что привело к ограничению видового разнообразия почти всех комплексов почвенных микроорганизмов и определило их экосистемы как самые простые и менее устойчивые.

Жизнедеятельность микробного сообщества почьы в основе своей обеспечивает формирование ферментного пула, характеристики которого наряду с другими показателями биологической активности дают предстаачение о течении разнообразных процессов, связанных с трансформацией органического вещества.

АЙШИКА ЖЬРШНТАТ/ШНОЙ АКТШОСГИ ПОЧВЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ

трансформации ортшаского мдавл в агроцоюзах

Исследования ферментативной активности почвы агроценозов озимой пшеницы и сахарной свеклы, а также бессменного черного пара показали различный характер ее формирования в зависимости от биологических особенностей и количества культур, участвующих в чередовании, применяемых удобрений, фаз развития растений и других агроэкологкческих условий (рис. I).

В почве вариантов бессменного возделывания этих культур и черного пара интенсивность окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых с участием катал азы, трансформация азотсодержащих органических соединений, происходящих при помощи уреа-зы и превращения углеродсодержащих веществ, катализируемых ин -вертаэой, определялись химическим составом послеуборочных остатков возделываема культур и эксгроцеллюлярных веществ корневых систем. в сравнении с озимой пшеницей более высокие показатели ферментативной активности почвы установлены под сахарной свек -лой. Отсутствие влияния растений и их послеуборочных остатков в почве бессменного пара снижало активность почвенных ферментов в 1,3-1,9, а в отдельные сроки более чем в 2 раза.

Способы возделывания озимой пшенищ по разному влияли на ферментат/.внуо активность почвы.

Активность процессов окисления и восстановления, осуществляемых с участием оксидаз была вше в почве севооборотов, при этом в плодосменном окислительно-восстановительные процессы характеризовались большим (на 11,4%) количеством выделившегося кислорода на I г почш (рис. 2). Это связано с наличием в агроценозе гороха, растительные остатки которого способствовали увеличению численности комплексов почвенных микроорганизмов, обогащающих вместе с растениями почву ферментами. Влияние бобового компо -

Динамика ферментативной активности почвы под бессменными культурам! и черным парок (средние данные за три года на I г почвы)

Инвертаза

мг. ГЛ. 301

Уреаза

-

/ у г

i г 3 А 5 ( 2 3 Л / 2 3 4

I-озимал пшеница, П- сахарная свекла, 12 - черный пар 1,2,3,4,5 - сроки определения:для озимой пшеницы - куцение, отрастание,выход в трубку,цветение,перед уборкой;для сахарной свеклы - всхода,смыкание рядков,перед уборкой; для черного пара в сроки определения под озимой вдекицей.

Рис. I.

лента на рост каталаэной активности подтверждается и в парных комбинациях, где почва под озимой пиешцей.размещендай по гороху, выделяла кислорода на 20,9^ больше в сравнении с чередованием по черному пару, и на 48,6$ - при размещении по ячменя.

Самые высокие показатели уролитичебкой активности отмечены в почве севооборотов с преимуществом плодосменного в 60-110 мг /УНд на I г почвы по срокам определения. В почве вариантов-парного чередования озимой гиеняцы в сравнении с севооборотами"

0-40

Динамика ферментативной активности почвы под озимой пшеницей и „сахарной свёклой в различных arpo ценозах,мг на 1 г почвы в слое см (средние данные за три года)

сахарная свекла s

озимая пшениц

I.Плодосменный севооборот. .

3. Кукуруза на еилос-сах.свекла

4. Ячмень - сахарная свекла

5. Бессменно

Рис, Z.

2.Зернопаропропашной севооборот. I 3,Горох на з/к - озимая пшеница 4.Черный пар - озимая пшеница

5.Ячмень - озимая шеница

6.Бессменно

общий .уровень'активности уреазы снижался на 25,6-57,1%. йиесте с тем, положительное влияние гороха, как предшественника озимой пшеницы по сравнении с черным паром и ячменем сохраняется и вы -ражается в увеличении активности соответственно на 98,3 и 43,4 мг /У'Нз на I г почвы.

Активность процессов трансформации углеродсо держащих органических веществ, осуществляемых в почве с участием инвертаэы бмта наибольшей в почве севооборотов, при этом в плодосменном сегообо-роте интенсивность превращения углеводов вше на 21,3-32,Ь%,Среди вариантов парного чередования активность ферментов выше в комбинациях горох на зеленый корм-озимая пшеница и кукуруза на силос-сахарная свекла. Значительно ниже активность инвертазы при разме-щении'озимой пшеницы и сахарной.свеклы по ячменю.

Дина«ик'а активности рассмотренных ферментов зависела от способов возделывания культур. .Следует отметить,что в почве севооборотов наблюдалось устойчивое увеличение активности ферментов от начала вегетации до фаз активного роста и развития растений и значительное снижение к уборке культур.Это указывает на сравнительно высокий уровень каталитической трансформации органических веществ и интенсивности обменных реакций,обеспечивающих создание элементов почвенного плодородия еще до начала формирования основной продукции культур.В го же время остальные способы возделывания культур характеризовались тем,что процессы трансформации органических остатков продолжались на более низком уровне в течение всего срока вегетации растений.Это усиливало иммобилизационные процессы,трофическую напряженность мевду разными компонентами аг-роценозов,что е результате приводило к снижению биологической активности и производительной способности данных агроценозов.

ДЩАМЖА ИНТЕГРИРЛЩИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

ПОЧВЫ В РАЗЛИЧНЫХ АГРОЦЕНОЗАХ

Интегрирующие показатели биологической активности почвы позволяют определить совокупную роль биогенных процессов,обеспечивающих трансформацию органических веществ и различный уровень плодородия почвы в агроценозах.

Определение нитрификащонной способности почвы (НОТ) и содержания нитратных форм азота показало (рис. 3), что в почва одно видовых агроценозов и бессменного пара во все сроки определения НОТ выше в вариантах, занятых растениями. Под сахарной свеклой потенциальная возможность почвы накапливать нитратный азот бьиа в

Динамика нитрификационной способности и содержание нитратного азота в почве под бессменными культурами и черным парой в слое 0-40 см (средние данные за три года)

Рис. 3.

0,4-2,4 раза выше, чем под озимой пшенице и черным паром.

При увеличении компонентного состава агроценозов (севообороты) складывались более благоприятные условия для обеспечения процессов нитрификадии в почве,причем в плодосменном севообороте эти процессы протекали интенсивнее.

При сокращении числа культур, составляющих агроценоз, до двух (парные комбинации) потенциальная способность почвы к образова -нию нитратов в условиях компостирования снижалась: в варианте парного чередования озимой паеницы по черному пару - на 20,7%, гороху на зеленый корм - на II,95$, ячменв - в 2,3 раза, а са -харной свеклы по кукурузе на силос - на 21,Й, ячменю - на 36,6^ в сравнении со средними данными по севооборотам.

Интенсивность биосинтеза свободных «аминокислот в почве ва-

риантов бессменного возделывания культур и черного пара зависела от их биологических особенностей и технологии возделывания.Количестве иные показатели вше в почве под сахарной свеклой,снина -лись под озимой ппеницэй и минимальными отмечены в почве бес -сменного черного пара.

В среднем за года проведения исследований в почве под сахарной свеклой, возделываемой в севооборотах, аминокислот накапливалось в 1,5 раза больше, чем в таких же .условиях под озимой пшеницей. При чередовании сахарной свеклы с ячменем количество свободных аминокислот в почве превышало более чем о два раза эти показатели в звене ячмень - озимая пшеница. Такая данампка указывает на более высокую биологическую активность почвы под сахар -ной свеклой. Это подтверждается данными по изучению целлшозоли-тнческой активности почвы. Так, в вариантах бессменного возделывания культур и черного пара (рис. 4) она была выше под сахарной свеклой, где процент разложения.льняного полотна увеличился в 1,6-1,7 раза по сравнению с озимой гтаеницей и чернил паром.

В почве севооборотов установлены наибольшие показатели цел -люлозолитической активности, они в 1,2-1,4 раза визе, чем в парных чередованиях, и в 2,1-2,6 раза в сравнении с бессменными посевами этих культур.

Количество углекислоты, продуцируемое почвой в результате "дахания", признано в качестве объективного показателя, характеризующего совокупность биологических процессов и их напраа:ен -кость в arpo ценоз ах.

В среднем за годы исследований в почве одновидовых агроцено-эов и бессменного черного пара больвее количество GOg выделилось под сахарной свеклой - 172,1 мг/м^-час. Под озимой пшеницей этот показатель уменьшился на 27,655, а в почве черного пара (при отсутствии влияния растений) - на 41,3% (табл. 2). В парных чередованиях возделываемых культур интенсивность выделения 00^ почвой возрастала тем сильнее, чем дальше по биологии и химическому составу растительных остатков находились чередующиеся культуры.

Динамика интегрирующих показателей биологической активности почвы под изучаемыми культурами в значительной степени определялась агроэкологическими условиями в года проведения исследований. При недостатке влаги и повышенных температурах почвы их актив -ность снижалась по сравнению с благоприятными по температурному и водному режимам на 18,3-30,'

Целлолозолитическая активность почвы под бессменными культурами н черным паром (% разложения льняного полотна)

I - озимая пшеница I - 0-10 см

П - сахарная свекла 2 - 10-20 см

Ш - черный пар 3 - 20-40 см

Рис. 4.

Характер взаимосвязей суммарных показателей биологической активности почвы указывает на высокий уровень биологических процессов в почве севооборотов, что позволяет предположительно говорить о значительной степени экологической устойчивости их биологических систем. В то же время сокращение компонентного состава агроценоэов приводит к усилению экологической напряженности.

Таблица 2

Показатели биологической активности почвы в слое 0-40 си при различных способах возделывания культур (средние данные за три года)

К!,,-,™ ! Нингидрии! Целлплозо- { НСЛ 1™,тр1 положи - 1литическая } !тельные 1 активность 1 вещества 1(% разлоаэ-1 (ед.оп- 1ния льнлно-[ ! I тич.плот-!го полотна)!

|_i_пост'.! i_i

Варианты огаыга

мг/кг)1мг/кг>

со2

(мг/и2-•час)

Озимая пшеница

Севообороты: плодосменный 48,8 23,3 0,183 12,8 232,5

парозернопропаиной 39,9 24,1 0,171 10,7 217,9

Парше комбинации:

с черным парой 34,1 19,1 0,153 9,2 194,1

с горохом на зеленый корл 39,3 20,3 0,163 10,5 203,1

с ячменей 20,а 11,0 0,086 6,9 163,9

Бессменно 22,3 10,6 0,Ш8 6,0 142,6

ксрш 3,21 4,57 0,013 1,6

Сахарная свекла

Севообороты: плодосменный 62,2 14,6 0,274 24,8 275,3

парозернопро пашой 5о,3 10,1 0,256 21,7 2с8,4

Парные комбинации:

с кукурузой на силос 4о,б 10,5 0,248 18,1 229,2

с ячменем 41.7 9,7 0,176 13,0 208,9

Бессменно 40,5 9,9 0,1Ш 9,5 182,1

НС?05 3,3 1,6 0,017 2,4 8,3

РОД, МИНЕРАШШХ УДОБРЕНИЙ В ДИНаЫШЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ Б/ЮДОГМЧЬ'СКОИ АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ РАЗЛИЧНЫХ АГР0ЦЕН030В

Минеральные удобрения как мощный фактор антропогенного воздействия по-разному влияли на интенсивность биологических процессов в почве агроценозов.

В почве севооборотов численность бактериальных комплексов повышалась под действием минеральных удобрений на 22,2-31,45? а различные сроки определения.

В парных комбинациях под озимой пшеницей и сахарной свеклой

влияние минеральных удобрений снижалось и численность комплексов бактериальной флоры уменьшалась с севооборотами на 15,6-23,4^.

В почве севооборотов под действием минеральных удобрений значительно возрастала численность комплексов почвенных микроорганизмов в период до фазы активного роста и развития растений, что обеспечивало ускоренный темп трансформации послеуборочных растительных остатков и создание элементов почвенного плодородия, определяющих продуктивность культур.

При бессменном возделывании в начальные фазы роста и развития растений минеральные удобрения снижали численность комплексов почвенных микроорганизмов, что связано с низкой буферностью и ростом экологической напряженности биологических процессов в поц-. ва этих вариантов. Такое же действие минеральных удобрений отмечено и в почве парных комбинаций с ячменем, но в более поздние стадии развития растений на этих вариантах отмечалось стимулирующее влияние минеральных удобрений.

Доля участия минеральных удобрений в увеличении численности бактериальной флоры почвы севооборотов изменялась в течение вегетации растений сахарной сьеклы с 31,3-30,6% в первай срок определения до 13,6-9,3% в середине августа и возрастала перед уборкой культуры до 22,7 и 25,4$ соответственно в плодосменном и паро -зернопропашом.

В парных чередованиях и при бессменном возделывании сахарной' свеклы эффективность минеральных удобрений снижалась, хотя общий уровень их влияния на численный состав комплексов почвенных микроорганизмов был Еьше в почве под сахарной свеклой, чей под озимой гшеницей, что свидетельствует о большей эффективности мина -ральных удобрений под сахарной свеклой.

Бессменное возделывание культур и чередование их с ячменем обусловливает ингибирующее действие минеральных удобрений на комплексы почвенных микроорганизмов в начале вегетационного периода.

Усиление положительного воздействия минеральных удобрений при расширении компонентного состава агроценозов (от бессменного возделывания до севооборотов ) связано , на над взгляд, с большей насыщенностью комплексов почвенных -микроорганизмов ви -дами с разнообразными физиолого-трофическими свойствами.

Минеральные удобрения максимально интенсифицировали каталитические процессы трансформации органических веществ и обменных реакций в почве севооборотов. Действие минеральных удобрений на

ферментативную активность лочны при парном чередовании культур снижалось. При размещении по ячменю и бессменном возделывании культур в начале вегетации отмечено ингибирующее действие минеральных удобрений .

Высокая эффективность действия минеральных удобрений иа НСП и содержание доступных форм азота отмечена в почве севооборотов под обеими культурами. В парных чередованиях влияние минеральных удобрений на интенсивность процессов нитратонакопления уменьшалось на Ш,3-46,7% по срокам определения. При чередовании с ячменем озимой пшеницы и сахарной свеклы, а также при их бес -сменном возделывании действие минеральных удобрений на процессы образования нитратных форм азота уменьшаюсь в 2,1-2,6 раза в сравнении с севооборотами.

Интенсивность биосинтеза аминокислот в почве изучаемых ва -риантов возрастала под действием минеральных удобрений и была вше.в почве севооборотов. 3 парных чередованиях с ячменем и бессменном возделывании культур отмечено снижение этого показателя в 2,3-2,9 раза.

Внесение минеральных удобрений усиливало целлюлозолитическую активность почвы на всех вариантах опыта. При этом в почве севооборотов первоначальная масса льняной ткани, заложенная в почву, уменьшалась на 39,1-43,5?». В парных чередованиях культур в острозасушливые периода'исследований влияние минеральных удобрений на этот показатель было незначительны«, а при благоприятном температурном режиме и увлажнении разница возрастала до 5,3-7,6%. .Ьрйствие минеральных удобрений на целлюлозолитическую активность почвы при бессменном'возделывании было'минимальным.

Интенсивность продуцирования углекислоты почвой удобренных вариантов различалась в зависимости от фаз развития растений и компонентного состава агроценоэов. Количество выделиваегося СО^ возрастало в течение вегетации растений и максимальные значения ' отмечены в фазы активного роста. Наибольшее количество углекислого газа во все сроки определения выделялось из почвы севооборотов. В парных чередованиях эта величина сокращалась на 17,3-40,Ъ%, а при бессменной возделывании (по сравнении) со средними данными по севооборотам) эта разница увеличивалась до 57,5$ под озимой пшеницей и 62,5% под сахарной свеклой.

Таким образом, шсокая биологическая активность почвы при применении минеральных удобрений обеспечивается в многокомло -

нентньк агроценозах. По мере сокращения вдела культур в них стимулирующая роль минеральных удобрений на рост показателей биологической активности почвы снижается. УРОЖАЙНОСТЬ И ЭЮНОШНЙСКАЯ ОЩНКА СПОСОБОВ ВОЗДЕДНВМШ ШЬТУР

Определение долевого участия способа возделывания и удобрений в повышении продуктивности культур при оценке взаимодействия изучаемых факторов на плодородие почвы показало, что способ.возделывания является ведущим фактором в формировании урох;ая (табл. 3).

В среднем за II лет в плодосменном севообороте долевое участие этого фактора в формировании урожая зерна озимой, пшеница составляло 86,7$, а удобрений - 13,3, в парозернопропааноы се -вообороте соответственно 79,3 и 20,7, Сокращение числа чередующихся культур уменьшало участие способа возделывания и увеличивала долю минеральных удобрений в формировании урожая. При бессменном возделывании озимой пшеницы по сравнению с севооборотом урожай за годы исследований составил 31,*7% на неудобренном фоне и 44,5% на удобренном.

Долевое участие способа возделывания в формировании урожая корнеплодов сахарной свеклы в севооборотах составляло 61,7$, а удобрений - 38,3$. Урожай корнеплодов сахарной свеклы при бес -сменном возделывании был минимальным среди изучаемых вариантов и составлял от севооборота 36,4$ на неудобренном,фоне и 45,7% на удобренном.

Экономическая эффективность возделывания культур выше в севооборотах. Так, условно чистый доход от возделывания озимой пшеницы и сахарной свеклн в парозернопропашдам севообороте на удобренном фоне составил соответственно 294,8 и 1415,8 руб., в плодосменном - 305,0 и 1487,9 руб. В парных чередованиях культур экономические показатели заметно снижались. Самые низкие показатели экономической эффективности были при бессменном возделывании культур. Так, на удобренном фоне условно чистый доход с I га от возделывания озимой паеница составил 89,б руб., сахарной свеклы -266,5 Себестоимость I ц зерна озимой птешци в бессменном посеве на неудобренном и удобренном фонах была соответственно 6,37 и 5,17 pytí., а сахарной свеклы - 2,91 и 3,63 руб. В плодосменном и парозернопропашом севооборотах эти показатели, были

Таблица 3

агфектаЕность различных способов возделывания культур в агрсцэнозах (средние данные за 1976-1986 гг. )

Варианты опыта

!Урожай- !Общий ой-!Главный эф -¡ность !фекг се- !фект (т/га)

\fl7rl? №

1удЬбр. Ы* Р |сборо-1рений

1Глав1шй эффект к.,обще;<у)

без удоб:

!(т/га) 1

та

[сево- !удоб-!оборо- !рений !та ! I_1

Севообороты: плодосменный

Озимая пшеница

Ц- 3,0 2,6 3,7

парозернопро- 4,0 папкой з ^

Парные комбинации:

о о

с черным паром

с горохом на зе- 3,7 2,9 2,4

2,9

2,3

леный корм с ячменем Бессменно

1,4

1.8 1,1

Сах

34,0

Севообороты:

плодосменный

24.4

парозернопропаш- 32,9 ной 23,4

Парные комбинации: с кукурузой на 25,5 силос 2о,4

24.0

14.5

15.1 8,5

с ячменем Бессменно

0,4 0,6

86,7 79,3

13,3 20,7

2,7 2,4 0,3 88,9 ИД

2,6 1,8 0,8 69,2 30,8

1,3 0,3 1,0 23,1 76,9

0,7 0 0,7 0 100

яая свекла.

25,5 15,9 9,6 62,3 37.7

24,4 14,9 9,5 61,1 38,9

18,0 11,9 6,1 66,1 33,9

15,5 6,0 9,5 38,7 61,3

6,5 0 6,6 0 100

ниже для озимой пшеница в 2,6 и 2,3 раза на неудобренном и 1,8 и 1,9 раза на удобренных фонах, а для сахарной свеклы - в 3,4-3,6 и 3,3-3,6 раза соответственно.

В Ц В О Д Ы

1. В результате исследонпний выявлена экологическая роль сель-ско!гсзяйгтЕ'.-!Шда культур и способов их возделывания в формировании различных уровней биологической активности почвы. Установлено, что нчпрапленность и динамика се количественных характерно -тик определяются биологическими особенностями культур и способами их возделывания.

2. Влияние отдельных кучьтур на динамику формирования состава комплексов почвенных микроорганизмов наиболее отчетливо проявлялось при бессменном выращивании озимой пшеницы и сахарной свеклы. На всех стадиях сукцессии в отличие от I ногокомпонентных агроцо-нозов здесь значительно сокращается индекс видового разнообразия бактериальных комплексов, возрастает численность микроскопических грибов, снижается относительный показатель биогенности.

3. Чередование различных по биологии, химическому составу и технологиям возделывания культур в плодосменном и парозернопро-паином севооборотах обеспечило большее разнообразие почвенной среды обитания, что обусловило увеличение видового состава комплексов почвенных микроорганизмов при сокращении количества микро-мицэтов, наполнение их большим количеством бактериальной флоры, способной активно осуществлять процессы трансформации органических остатков и обеспечивать неассоциагивнуга азотфиксация. Это способствовало повывению биогенности, увеличило биологическую устойчивость и экологическую стабильность почвы агроценозов.

4. Самые высокие показатели ферментативной активности почвы отмечены в севооборотах, прячем включение' в состав агроценоза бобового компонента существенно активизировало каталитическую активность почвы. Сокращение видового состава чередующихся культур снижало показатели ферментативной активности почвы. Особенно сильно это проявлялось с почве вариантов бессменных посевов и возделываний по ячменю.

5. Суммарные показатели биологической активности почвы (нитри-фикацнонная способность, содержание минеральных форм азота,биосинтез аминокислот, целлюлозояитическая активность и выделение С02) выше в почве севооборотов. Бобовый компонент в агроценозах существенно активизировал вещественно-энергетический обмен в почве. Бессменное возделывание озимой пшеница и сахарной свеклы, я та::-ке плр (бессменно) обусловили снижение суммарных показателей биологической активности почвы. При этом интенсивность

биологических процессов, обеспечивающих, формирование элементов почвенного плодородия бала выше под сахарной свеклой, снижалась род озимой гаеницеЯ, минимальные показатели отмечены в почка бессменного черного пара.

6. Сезонная динамика биологической активности пачей при бессменной возделывании и чередовании однородных по биологии культур выражена слабо. Увеличение компонентного состава агроцеио -зов обусловливало иоЕкзение биологической активности почвы а период от начала вегетации до фазы активного роста и развития растений.

7. Варьирование показателей, характеризующих биологическое состояние почвы многокомпонентных агрошнозов, еозрастало в периоды, благоприятные по увлалненип и температурному региму, сни-аало^ь в засушливые годы, а такае в почва одковидовых агроцеш-зои к парных чередований возделываемых культур с ячменем.

Ь. Длительное систематическое применение минеральных удобрений оказывало существенное влияние на ход и напряженность биологических процессов в почве, в то ае время способ возделывания культур во многом определял их эффективность.

По мере сокращения числа чередующихся культур в агроценозах стимулирующая роль минеральных удобрений в увеличении показатв -лей биологической активности почвы снижалась. Установлено инги-бирующее действие минеральных удобрений на показатели биологической активности почвы в начальные фвзы развитии растений на вариантах бессменного возделывания культур и чередования их с ячменем,

9. Совокупное влияние способа возделывания сельскохозяйственных культур и минеральных удобрений на о'иологическув активность чернозема выщелоченного обеспечивало разную продуктивность культур. В севооборотах, особенно построенных по принципам плодосмена, создавались условия для формирования высокого урода я культур, повышалась эффективность применения минеральных удобрений, воз -расталн показатели экономической эффективности.

рекожндации по практическому использованию результатов исследовании

I. Пра разработке и внедрении научно обоснованных систем земледелия в хозяйствах зоны особое внимание следует уделять освоении систем севооборотов, обеспечивающих повиаеше биологической активности почвы, а следовательно, высокоэффективное использование черноземов.

2. При определении структуры посевных площадей в хозяйствах Воронежской и Липецкой областей отводить необходимые площади под чистый пар и горох,которые являются средством повышения биологической активности черноземов.

3. При разработке систем земледелия п хозяйствах ЦентральноЧерноземной' зоны не допускать чрезмерного расширения посевов зерновых культур.вынуждающих к чередованию однородных по биологии культур, так как в этом случае снижается биологическая активность почвы, что ведет к снижении продуктивности вгроцекозов.

4. При расчете систем минеральных удобрений под озимую пшеницу и сахарную свеклу необходимо учитывать, что максимальное их влияние на показатели биологической активности почвы проявляете« при чередовании культур по принципал! плодосмена.

5. Научно-иссл едо вател ьс кии учреждениям зоны использовать результаты исследований при планировании и проведении исследований по проблематике плодородия почв, а кафедрам земледелия, почвоведения и агрохимии вузов Центрально-Черноземной зоны о-соответствующих разделах учебных програлш.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Биологическая активность и токсичность почвы под сахарной свеклой и ячменем при возделывании в севообороте и бессменно// Науч.гр./Воронежекий СХИ. -1980. -Т.Н. -С.16-25 С в соавторства с И.И.Сидоровым).

2. Влияние севооборота и удобрений на процессы нитрификации о сыделоченном черноземе // Науч.гр./НИИСХ ЦЧП им.В.В.Докучаева.-1984. -С.31-38.

3. Содержанке растительных остатков, ферментов, гукусо и его подвижных форм в различных половых севооборотах// Науч.тр.Д!1С!СХ ЦЧП им. В.В.Докучаева.-19В4. -С.38-48 (и соавторстве с И.Н.Зезн-ковшл, В. А. Воронко вым, IIЛ и Королевым).

4. Етияняе способов возделывания озимой гшеницы на биологическую активность выщелоченного чернозема // Науч.тр./Воронежский СХИ. -1984. -С.31-38.

5. Ферментативная активность выщелоченного чернозема в зависимости от способа гоздельтания озимой таеия;^//Иауч.тр./Воронежский СХИ. -1984. -С.71-78.

6. Влияние способов возделывания озимой пшеницы на нитрифи-кпционнуо способность выщелоченного чернозема// Сб. дога. "Мо-

лодаэ ученые и специалисты сельскому хозяйству".-Курск.-1984. -С.32-14.

7. Влияние культур агроценоза, возделываемых в сеиооборотах к бессменно, на биогенность и токсичность шцеяоченного чернозема// Тез. докл. "Повышенно экономического плодородия почв и защита их от эрозии".-Курск.-1985. -С.27-29 (в соавторстве с В.Т.Лобковым).

8. Влияние минеральных удобрений на некоторые биологические показатели плодородия почвы//Сб.докл. "Научно-технические достижения молодежи".-Курск. -1987. -С.62-65 (в соавторстве с В.Т.Лоб-ко вым).

9. Влияние севооборотов на ферментативную активность выщелоченного чернозема//Материалы региональной научно-технической конференции "Плодородие почвы в интенсивном земледелии". -Волгоград.-1988. -С.27-29.

10. Возможности управления структурой комплексов почвенных микроорганизмов в агроэкосистемах разного уровня организации/А1а-териалы республиканской научно-технической конференции "Интенсивное земледелие и охрана окружающей среды". -Волгоград. -1989.-С. 186-189 (в соавторстве с В,В.Рябчиковой).

11. Формирование структуры комплексов почвенных микроорганизмов в агроэкосистемах разного уровня организации//Нчуч.тр./Воронежский СХИ,-1979,-С.72-85 (в соавторстве с В.В.Рябчиковой).

12. Пути регулирования уровня плодородия почвы в агроэкосистемах методами биоценолопш//Материалы республиканской научной конференции "Проблемы землепользования на современном этапе перестройки". -Киев.-I989.-C,82-84 Св соавторстве с В.В.РябчиковоЙ)»

13. Экологически устойчивые пути фитоценотического регулирования плодородия почв//Материалы научной конференции "Проблемы эколог:«! в сельском хозяйстве".-Пенза.-1990.-С.6-8 (в соавторстве с В.В.Рябчиковой).

14. Агроэкологическое тестирование уровня плодородия почвы arpo ценозов//Материалы республиканской конференции "Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии".-Ки-шинез.-1990. -С.82-83. ( в соавторства с В.В.РябчиковоЙ).

15. Агрофитоценозы - главный фактор регулирования экологической напряженности почни//Материалы республиканской конференции "Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдации".-Кишинев.-1990.-С.83-84 С в соавторстве с В.А.Труновой).