Биологическая активность и плодородие чернозема обыкновенного при внесении соломы

Груздева, Яна Валерьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биологическая активность и плодородие чернозема обыкновенного при внесении соломы
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность и плодородие чернозема обыкновенного при внесении соломы"

4859436

На правах рукописи "2-

Груздева Яна Валерьевна

Биологическая активность н плодородие чернозема обыкновенного при

внесении соломы

Специальность: 03.02.13 почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных

наук

1 о т 2011

Воронеж-2011 г.

4859436

Работа выполнена на кафедре экологии и земельных ресурсов Воронежского Государственного Университета 2007-2010 гг.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

Девятова Татьяна Анатольевна

Официальные оппоненты - доктор биологических наук, профессор

Ахтырцев Анатолий Борисович - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Воронков Виктор Алексеевич

Ведущая организация - ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы им. А. Л. Мазлумова» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится: 01 декабря 2011г. в 14м час. в ауд. 268 на заседании диссертационного совета Д.220.010.06 ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I» по адресу: 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1

Тел. (473) 253-88-27, e-mail: Ecologia@agronoitii.vsaii.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I», электронный адрес сайта: www.vsau.ru и на электронном сайте ВАК referat_vak@mon.gov.ru.

Автореферат разослан J / .fO . 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук о. М. Кольцова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях ведения сельскохозяйственного производства использование нетоварной части урожая необходимо рассматривать, как важный фактор биологизации земледелия. Еще в начале 19-го века начались первые попытки использования соломы в качестве удобрения, но были получены отрицательные результаты, так как следующая культура снижала урожайность (ТЬаег А. Б., 1823, цит. по Кольбе Г., Штумпе Г., 1927) Значительные исследования по этому вопросу были проведены в Германии в Университете г. Бреслау коллективом ученых под руководством профессора Пфеффера (1900, 1909). Одна тонна соломы зерновых культур по содержанию органического вещества, азота, фосфора и калия равноценна 2 -3 т полуперепревшего навоза влажностью 75%.Это определяет довольно высокую ценность соломы как удобрения (Куприченков М. Т. И др., 2000; Каштанов А. Н., 2000). В нашей стране первые исследования были проведены на подзолистых почвах Каширским И. в 1900 г. (Зезюков Н. И., Острецов В. Е., 1999), согласно которым после запашки 5т/га соломы была получена прибавка урожая зерна яровой ржи на 9,7%. Полная замена навоза на солому в эквивалентном количестве менее эффективна (Н. И. Придворев и др. 2007; А. В. Дедов, 2007; 2002; Н. И. Зезюков, 1993). В некоторых исследованиях при внесении соломы в почву урожайность следующей культуры достоверно снижалась, это объясняется согласно теории А. М. Гродзинского почвоутомлением (Лобков В. Т., 1994, 1998, 1999; Муха В. Д., 2004 и др.). Вероятно, в данной ситуации в большей степени был бы приемлем употребляемый некоторыми учеными термин "микробиологическое почвоутомление" (Возняковская Ю. М., 1995, 1984; Лобков В. Т., 1999; Щеглов Д. И., 1999). Следует согласиться, что негативная реакция почвы, выражающаяся в снижении продуктивности растений, носит микробиологический характер, но следствием этого процесса, по нашему мнению, является доминирующая активность токсикозных ферментов. В связи с этим, разработка приемов повышения интенсивности разложения в почве соломы и нейтрализации ее токсичности являются актуальными.

Цель и задачи исследований - Целью наших исследований является разработка приемов повышения интенсивности разложения соломы, и изучение их влияния на физические, физико-химические, агрохимические и биологические свойства почвы.

Программой исследований предусматривалось решение следующих

задач:

- дать экологическое обоснование неприемлемости сжигания послеуборочных растительных остатков и нетоварной части урожая зерновых культур;

- определить изменение агрохимических, физико-химических и физических свойств чернозема обыкновенного при разложении соломы;

- исследовать биологические свойства чернозема обыкновенного при использовании соломы в качестве удобрения с применением стимуляторов ее разложения;

- исследовать влияние биопрепаратов на скорость разложения соломы в почве;

- определить в динамике токсичность почвы при разложении соломы с использованием препаратов;

- установить влияние внесенной в почву соломы на продуктивность тест - культуры - озимой пшеницы.

Научная новизна. Впервые на черноземе обыкновенном северной части Калачской возвышенности в условиях действующего агролесомелиоративного почвозащитного комплекса впервые исследовано влияние соломы, используемой в качестве органического удобрения на агрохимические, физико-химические, физические и биологические свойства почвы. Установлено, что в течение всего процесса разложения проявляется токсическое действие соломы и определены методы повышения интенсивности ее разложения в послеуборочный период и, соответственно, нейтрализации токсикоза почв во время вегетации культур в летне-осенний период. Впервые в ЦЧР экспериментальным путем определены негативные последствия сжигания соломы при уборке озимой пшеницы различными способами.

Практическое значение работы. На основе полученных экспериментальных данных разработаны научно обоснованные приемы использования соломы в качестве органического удобрения.

Разработан метод поверхностного компостирования соломы озимой пшеницы с применением стимуляторов ее разложения (патент на изобретение № 2407726 «Способ использования послеуборочных остатков зерновых колосовых культур в качестве удобрения». Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 декабря 2010 года).

Результаты исследований по эффективному использованию соломы в качестве органического удобрения явились составной частью рекомендаций по технологии регулирования органического вещества почвы (протокол №2 от 08.10.2010 г. НТС Департамента аграрной политики Воронежской области).

Экспериментально полученные новые данные о влиянии соломы на физические и биологические свойства почвы используются в курсах лекций: «Агрохимия», «Биология почв», «Экология» и других дисциплинах в Воронежском государственном университете и Воронежском государственном аграрном университете им К. Д. Глинки.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на конференции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии ВГУ, 2006 г.; на 1-й Всероссийской научно-практической конференции: «Фундаментальные достижения в

почвоведении, экологии, сельском хозяйстве, на пути к инновациям», Москва, МГУ, 2007 г.; на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В. В. Докучаева, Ростов-на-Дону, 2008 г.; на заседании Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧП», Каменная Степь, 2008 г.; на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства», г. Курск, 2010г.; на заседании Совета по земледелию ЦЧЗ отделения земледелия Россельхозакадемии «Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья», Каменная Степь, 2010 г.; на научно-практической конференции г. Курск, 2010 г.; на научно - техническом совете департамента аграрной политики Воронежской области 8 октября 2010 года; на научных сессиях ВГУ; на заседаниях проблемного Совета технологического центра Воронежского НИИСХ им. В. В. Докучаева РАСХН.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 163 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы. Основной материал изложен на 120 страницах и включает в себя 27 таблиц, 3 рисунка. Список литературы состоит из 260 наименований, в том числе 27 зарубежных авторов.

Защищаемые положения.

1. Сжигание соломы является неприемлемым способом утилизации нетоварной части урожая. При использовании ее в качестве удобрения в зависимости от интенсивности разложения повышается подвижность питательных веществ, улучшаются физико-химические и физические свойства почвы.

2. Биологическая активность почвы по мере разложения соломы закономерно повышается, причем, в наибольшей степени - при применении биопрепаратов. Оптимальным вариантом для интегрального показателя биологического состояния почв (ИБПС) является вариант с применением в качестве стимулятора разложения соломы препарата Тамир в сочетании с аммиачной селитрой (100 %). На 6-10 % интегральный показатель ниже при применении Тамира в чистом виде и при сочетании гумата натрия с аммиачной селитрой. Самый низкий показатель ИПБС в почве контрольного варианта без соломы. Остальные варианты занимают промежуточное положение.

3. Ингибирующее действие соломы на биологические показатели связано с повышением токсичности почвы при ее разложении. При применении эффективных стимуляторов разложения соломы через 3 месяца происходит детоксикация почвы и продуктивность культивируемых растений повышается.

4. Содержание основного компонента органического вещества - гумуса за период разложения соломы не изменяется, но повышается содержание лабильного вещества - детрита при применении стимуляторов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Погодные условия в годы проведения полевых исследований были в целом типичными для данной местности. Объектами исследований были чернозем обыкновенный и солома озимой пшеницы в качестве органического удобрения.

Для полной характеристики почвы на экспериментальном поле после уборки картофеля был заложен почвенный разрез. Согласно описанию разреза исследования проведены на черноземе обыкновенном тяжелосуглинистом среднемощном на карбонатном лессовидном суглинке. Опыт по изучению негативных последствий сжигания стерни и соломы проводился в Докучаевском ОПХ методом парного контроля по следующей схеме:

Опыт№ 1

1. Запашка стерни (контроль);

Запашка стерни и разбрасываемой соломы.

2. Запашка стерни (контроль);

Сжигание стерни и разбрасываемой соломы.

3. Запашка стерни (контроль);

Сжигание соломы в валке.

4. Запашка стерни (контроль);

Сжигание соломы в копне.

Повторность в опыте - четырехкратная. Учетная площадь отбора образцов 1 м2 (1мх 1м) по центру сжигаемой стерни, валков и копны.

Определение содержания в соломе и в золе углерода и азота проводилось после уборки урожая озимой пшеницы.

Отбор образцов стерни и соломы проводился по диагонали поля площадью 97 га. В отобранных образцах в количестве четырех, весом каждый по 25 кг определялась влажность: она составляла 12%. Затем каждый образец разделяли по 12,5 кг, один из которых служил объектом исследования на определение содержания в нем углерода и азота до сжигания, а другой сжигался на металлическом листе. Вся зола после сжигания собиралась и взвешивалась.

Схема опыта № 2

1. Контроль без соломы

2. Солома в чистом виде

3. Солома + аммиачная селитра 10 кг д. в. на 1 т соломы в гранулированном виде

4. Солома + раствор аммиачной селитры 10 кг д. в. на 1 т соломы

5. Солома + гумат натрия (0,5 % раствор)

6. Солома + гумат натрия (0,25 % раствор) + раствор аммиачной селитры (5 кг д. в. на 1 т соломы)

7. Солома + Тамир (1 % раствор)

8. Солома + Тамир (0,5 % раствор) + раствор аммиачной селитры (5 кг д. в. на 1 т соломы)

Солома озимой пшеницы, измельченная при уборке комбайном «Дон^-1500» равномерно вносилась весной на делянки из расчета 250 г на 1 м , обрабатывалась реагентами согласно схеме опыта, дисковым лущильником перемешивалась с почвой и затем делянки перекапывали на глубину 20 см.

Состав соломы и золы приведен в таблице 1 (табл. 1).

Таблица 1 - Содержание основных элементов питания в соломе и золе (процент от первоначального веса)____

Годы Количество золы г/кг соломы Солома Зола

N Р К20 С С

2008 101 0,10 0,21 0,69 41,42 21,25

2009 100 0,14 0,11 0,91 39,28 18,61

Средн. 101 0,12 0,16 0,85 40,35 19,93

Таким образом, при сжигании соломы только 10 % ее количества остается в поле в виде золы. Содержание в соломе тяжелых металлов в валовой форме (мг/кг) следующее: Мп-26,9, Ре-109,3, РЬ-1,7, Си-1,35, Со-0,6, Сс1-0,23, /п-5,4, N¡-2,7.

Аналитические работы выполнялись в лаборатории кафедры экологии почв и земельных ресурсов ВГУ и в лаборатории агропочвенных анализов воронежского НИИСХ имени В. В. Докучаева. Математическую обработку полученных экспериментальных данных выполняли на персональном компьютере с использованием типовых программ корреляционного и дисперсионного анализа.

При анализе почвенных образцов - определении содержания подвижных элементов питания, агрофизических характеристик, использовали общепринятые и ГОСТированные методы.

- интенсивность выделения С02 по Шгатнову в модификации Карпачевского;

- степень разложения льняного полотна по Мишустину Е. Н. (1971). Для полной характеристики микрофлоры почвы использовались следующие среды:

- для микроорганизмов, использующих минеральные формы азота -крахмало-аммиачный агар (КАА);

- для учета аммонификаторов - мясопептонный агар (МПА);

- для автохтонной микрофлоры - нитратный агар;

- для определения микроскопических грибов - среда Чапека;

- для учета олигоазофилов - среда Эмби;

- для определения целлюлозоразрушающих микроорганизмов - среда Виноградского;

- для учета фосфобактерий - среда Менкиной.

- активность уреазы по методу А. Ш. Галстяна;

- активность инвертазы - методом В. Ф. Купревича;

- активность фосфатазы - по методике А. Ш. Галстяна и Э. А. Арутюнян.

Состав органического вещества почвы определяли следующими методами:

- неразложившиеся крупные растительные остатки визуально, мелкие методом декантации;

- общее количество органического вещества путем сжигания в муфельной печи при температуре 700 °С после отбора неразложившихся растительных остатков;

- детриты определяли расчетным методом как разницу между сгоревшей частью органического вещества и гумусом.

Интенсивность разложения соломы - по методу Станкова.

Токсичность почвы определяли по проросткам редиса.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ З.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СЖИГАНИЯ СОЛОМЫ

Вопрос об утилизации нетоварной части урожая последние годы приобретает весьма важное значение в связи с дисбалансом ведущих отраслей сельскохозяйственного производства, растениеводства и животноводства.

Вопрос о методах утилизации соломы зерновых культур трактуется неоднозначно: отсутствие скота, высокие затраты на ее транспортировку, экономичность сжигания, уничтожение сорной растительности, быстрое освобождение поля от послеуборочных остатков, улучшение качества основной обработки почвы, оздоровление почвы от болезней, гибель мышей и других вредителей посевов - вот те мотивы, которыми руководствуются сторонники сжигания стерни и соломы.

Наши исследования показали, что положительные стороны сжигания и сиюминутная экономическая выгода ни в коей мере не компенсирует огромный вред, наносимый окружающей среде, причем по некоторым показателям на длительный период.

По расчетным данным при средней урожайности соломы 3,0 т/га для сгорания из приземного слоя воздуха используется 2,83 т кислорода с образованием 4,19 т углекислого и угарного газа, 56 кг оксида азота, сильнодействующего отравляющего вещества. Почва, по сравнению с запахиванием соломы, теряет 1,40 т углерода, 17 кг азота. В центре сгоревшей копны, в слое почвы 0-5 см, гумус уничтожается полностью и

лишь по ее краям (3><3 м) сохраняется в пределах 1-2 %. В слое почвы 5-10 см его убыль несколько ниже, а в слое 10-20 см содержание гумуса снижается незначительно. Если считать, что на одном гектаре озимой пшеницы, убранной по копенной технологии, находится около 30 копен, то на площади около 300 м2 на долгие десятилетия пашня выходит из строя.

При сжигании соломы в валках содержание гумуса в слоях 0-5 и 5-10 см уменьшается на 1,4 %, что от общего количества составляет 20,3 %. Под сгоревшей соломой вразброс оно снизилось в слое 0-5 и 5-10 см, соответственно, на 1,0-0,8 % и потери гумуса составили 14,7-12,3 %.

Полученные данные свидетельствуют о значительном нарушении микробного ценоза почвы, ее ферментативного пула, к обеднению почвы свежим органическим веществом, снижению содержания гумуса и к изменению состава почвенного поглощающего комплекса. Все это снижает плодородие почвы в целом, что в конечном итоге скажется не только на урожайности сельскохозяйственных культур, но и на выполнении почвой основных биосферных функций.

4.ВЛИЯНИЕ ЗАПАХИВАНИЯ СОЛОМЫ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Изменение количественных и качественных характеристик органического вещества почвы оценивали по содержанию и запасам гумуса, детрита и неразложившихся растительных остатков.

В наших краткосрочных опытах не удалось выявить различий по вариантам в содержании гумуса, но определенный интерес представляет изменение состава органического вещества почвы, особенно лабильной части, в связи с внесением соломы и применением стимуляторов ее разложения.

Содержание гумуса в почве различных вариантов колебалось в незначительных пределах - от 6,60 до 6,71 % при НСР095~ 0,32 % (табл. 2).

На фоне относительно стабильного содержания гумуса по вариантам опыта содержание лабильного органического вещества на вариантах «солома + гумат натрия» и «солома + Тамир» увеличивается.

По сравнению с контрольным вариантом количество детрита увеличилось на 3,1-4,5 %, а по сравнению с вариантом без обработки соломы стимуляторами - на 2,9-4,3 %. В тоже время существенно уменьшалось количество неразложившихся растительных остатков. Общее содержание крупных и мелких неразложившихся остатков при применении гумата натрия и Тамира было близко к естественной почве, что говорит об уравновешенности процессов.

Таким образом, за короткий период разложения соломы в почве нам не удалось зафиксировать различий по содержанию ведущего компонента

органического вещества - гумуса, но есть убедительный прогноз его увеличения в последующие годы за счет существенного повышения лабильного компонента при применении стимуляторов разложения. Это говорит о несомненной ценности соломы как органического удобрения.

Таблица 2 - Состав органического вещества почвы (0-20 см)

Варианты Всего органического вещества Содержание гумуса, % от веса почвы Состав органического вещества

% от веса почвы т/га гумус детриты Неразложившиеся растительные остатки

% т/га % т/га % т/га

1. Контроль без соломы 12,97 259,4 6,71 51,7 134,1 45,1 117,0 3,2 8,3

2. Солома 13,13 262,6 6,61 50,3 132,2 45,3 11,4

3. Солома + амм. Селитра (гранулы) 13,20 264,0 6,73 51,0 134,6 45,0 119,0 4,4 10,7

5. Солома + гумат натрия 13,81 276,2 6,70 48,5 134,0 48,2 133,2 3,3 9,0

6. Солома + Тамир 13,97 279,4 6,60 47,2 132,0 49,6 138,5 3,2 8,9

НСРо95 0,32 2,21

В условиях опыта в среднем за три года наибольшее количество нитратного азота зафиксировано в почве контрольного варианта, причем по срокам определения более выравненно, чем при внесении соломы (табл. 3).

Вместе с тем, внесение соломы без удобрений снижало содержание N0} в слое почвы 0-10 см на 4,8 мг/кг при первом сроке определения, при втором - на 6,5 мг/кг и при третьем - на 10,9 мг. В среднем в слое 0-30 см, соответственно, на 3,6 мг/кг, 5,2 и 6,5 мг. Замечена следующая закономерность: с глубиной различия между данными вариантами увеличиваются, что связано с более равномерным течением нитрификационных процессов и их замедлением при внесении соломы в более глубоких горизонтах.

При обработке соломы гуматом натрия и препаратом Тамир по всем изучаемым слоям почвы содержание нитратного азота достоверно снижалось. Через 90 дней после внесения соломы содержание N-N0} в почве

вышеназванных вариантов несколько выровнялось, а через 120 дней зафиксировано явное повышение содержания нитратного азота. Таблица 3 - Содержание в почве N-N03, мг/кг почвы (средн. 2007-2009 г.)

Слой почвы, см. Дней после закладки опыта Контроль без соломы Солома без удобрений Солома + амм. селтра Солома + гумат натрия Солома + Тамир НСРт5

0-10 60 30,7 25,9 27,0 20,1 19,6 4,81

90 27,1 20,5 24,1 21,9 20,7 4,65

120 37,0 26,1 31,4 35,9 36,4 5,26

10-20 60 24,5 20,9 19,7 16,2 15,4 3,61

90 21,8 15,9 20,7 19,3 18,5 3,41

120 27,9 23,1 23,2 28,7 31,0 5,03

20-30 60 18,9 16,4 15,1 14,7 13,9 3,14

90 16,0 13,1 16,5 17,9 18,5 3,85

120 22,5 18,6 22,2 28,0 27,3 3,93

0-30 60 24,7 21,1 20,6 17,0 17,0 3,85

90 21,7 16,5 20,4 19,7 19,2 3,97

120 29,1 22,6 25,6 30,9 31,5 4,74

Средн. 25,1 20,1 22,2 22,5 22,4 4,19

Данное явление, вероятно, можно объяснить тем, что при обработке соломы препаратами с первых дней ее заделки началось интенсивное разложение и для активной деятельности целлюлозоразрушающих микроорганизмов потребовались дополнительные количества почвенного азота. На варианте с внесением аммиачной селитры такого явления не наблюдалось. Содержание доступного фосфора при внесении соломы без реагентов и с аммиачной селитрой практически не изменялось, а по срокам определения уменьшалось по мере разложения соломы в почве. При использовании гумата натрия в качестве антидепрессанта отмечена ежегодная тенденция к снижению в почве подвижного фосфора, особенно к концу вегетационнго периода. Это явление можно объяснить с точки зрения взаимосвязи сложных и многообразных органоминеральных соединений: гумат натрия, как легко разлагающееся вещество, соединяется с фосфорной кислотой, образуя при этом фосфогуматы, которые становятся ближайшим резервом фосфорного питания растений.

В делом, в отличие от нитратного азота, динамика которого в большей степени изменялась в зависимости от интенсивности биологических процессов в почве, содержание подвижного фосфора в основном определялось физико-химическим состоянием почвы и, в меньшей степени, погодными условиями года, что подтверждается слабым варьированием данного показателя по отдельным годам исследований.

Нами не обнаружены различия в содержании обменного калия по всем вариантам, в том числе контрольном, которые оказались на уровне ошибки определений.

Выявлено некоторое подкисление почвенного раствора на варианте с внесением соломы без применения биопрепаратов (табл. 4).

Таблица 4 - Актуальная и обменная кислотность почвы

Варианты Слой почвы, см

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 средняя

Контроль без соломы рН вод. 6,6 6,7 6,7 6,8 7,1 6,8

рН сол. 6,4 6,4 6,3 6,8 7 6,6

Солома без реагентов рН вод. 6,3 6,3 6,5 6,9 6,9 6,6

рН сол. 6 6 6,1 6,5 6,8 6,3

Солома + 10 кг/т аммиачной селитры рН вод. 6,7 6,8 6,8 7 7,1 6,9

рН сол. 6,4 6,4 6,5 6,7 7 6,6

Солома + гумат натрия рН вод. 6,6 6,6 6,6 7 7,2 6,8

рН сол. 6,4 6,4 6,4 6,9 7 6,6

Солома + Тамир рН вод. 6,7 6,7 6,6 7,1 7,2 6,8

рН сол. 6,4 6,4 6,4 6,9 7,1 6,6

НСР()95 рН вод. 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

рН сол. 0,4 0,4 0,4 0,2 0,3 0,4

На других вариантах опыта рН водной и солевой вытяжки оставалось стабильной.

Результаты статистически достоверны.

Степень насыщенности ППК основаниями очень высокая и по некоторым вариантам в глубоких горизонтах почвы достигает 100 % .

Внесение в почву соломы с биопрепаратами не привело к изменению актуальной кислотности, на фоне соломы без добавок произошло некоторое снижение емкости катионного обмена, что может быть связано с повышением кислотности.

Физическое состояние почвы в последние годы в практике сельскохозяйственного производства и в научных исследованиях приобретает одно из приоритетных мест.

Исследования показали, что влажность почвы, не различаясь в целом по вариантам, имела некоторую тенденцию снижения на контроле и при внесении соломы без применения реагентов. Это, по нашему мнению, связано в первом случае - с низкой водопроницаемостью и уплотнением почвы; во втором - с рыхлостью сложения из-за наличия большого количества неразложившейся соломы и в связи с этим, повышенным испарением. При обработке соломы гуматом натрия, Тамиром и раствором аммиачной селитры содержание влаги в почве находится примерно на одном уровне.

Высокая контрастность между первым и вторым вариантами наблюдается по водопроницаемости: минимальная на контрольном варианте - 37,3 мм/час и максимальная - при внесении соломы в чистом виде - 91,4 мм/час (табл. 5).

Плотность почвы была наиболее высокой на контроле и запашке соломы без стимуляторов ее разложения.

Твердость почвы была обратно пропорциональна водопроницаемости. Так, при наибольшей водопроницаемости при внесении соломы без применения реагентов, твердость почвы была минимальной - 19,1 кг/см , а на контрольном варианте, где твердость почвы была максимальной - 24,6 кг/см2, водопроницаемость оказалась наименьшей.

Таблица 5 - Водно-физические и физические свойства почвы (средн. 2007-

2009 г.г., 0-20 см)

о4 С п о н в О О Н Л Твердость, кг/см2 Скважность аэрации, %

Варианты •в Н О о аа к СЗ С! Я I1 О, „ И л о и ^ я ° § СО 2 3 ^ а з 3" о ° "и с ^ Твердой фазы, г/см3 л н о О а СО О Л О С

1 24,8 37,3 1,19 2,46 24,6 51 21

2 23,5 91,4 1,06 2,44 19,1 56 31

3 25,0 84,6 1,02 2,47 21,1 59 33

5 26,8 83,7 1,02 2,45 20,8 58 31

7 27,2 79,9 1,03 2,48 21,2 58 30

Порозность почвы, характеризующая потенциальную возможность передвижения воды под действием менисковых и гидравлических сил, по всем вариантам, за исключением контрольного, была в пределах оптимальных показателей - 56-59 %. Часть почвы, заполненная воздухом или скважность аэрации была явно недостаточной из-за ее уплотнения на контрольном варианте -21 %, при внесении соломы существенно повышалась и колебалась в незначительных пределах - от 30 до 33 %.

Таким образом, при внесении соломы в почву и обработке ее стимуляторами разложения улучшаются ее физические и водно-физические свойства, что несомненно сказывается на биологической активности, подвижности питательных элементов и продуктивности растений.

5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ СОЛОМЫ

Биологическая активность черноземных почв является более динамичной, чем физические и агрохимические свойства и позволяет определить самые незначительные изменения почвы и окружающей среды. Это связано с тем, что почвенная биота, функции которой весьма многообразны, стремится поддержать сложившееся устойчивое равновесие и чутко реагирует на любое вмешательство изменением биоразнообразия, перегруппировкой популяций и даже исчезновением одних видов и появлением в микробоценозе других (Девятова Т. А., 2008).

Результаты наших исследований согласуются с данными других ученых, проведенных в различных регионах страны о том, что внесение соломы в почву повышает биологическую активность (Коржов С. И., 2001; Тихонов А. В., 1982).

Определения количества выделившегося С02 из почвы показали, что ежегодно к концу вегетации количество углекислого газа закономерно повышается, причем, наибольшие темпы прироста наблюдаются на вариантах с низкой интенсивностью в начальный период, без внесения соломы отмечается даже некоторое затухание биологических процессов (табл. 6).

Внесение совместно с соломой 10 кг д. в. гранулированной аммиачной селитры только через 90 дней незначительно повышает эмиссию С02 из почвы. Более эффективно внесение аммиачной селитры в виде раствора. Это связано с тем, что гранулы скатываются с соломы на почву, а раствор попадает непосредственно на солому, что повышает контакт двух компонентов. Действие гумата натрия находится на уровне аммиачной селитры в виде раствора.

Наиболее стимулирующее действие на продуцирование С02 оказал препарат Тамир как в чистом виде, так и вместе с аммиачной селитрой. Пик эмиссии наблюдался через 60 дней после внесения. При совместном

внесении аммиачной селитры и гумата натрия синергизм в наибольшей степени проявился через 90 и через 120 дней после внесения соломы. Это явление мы объясняем тем, что препарат Тамир практически полностью состоит из органических веществ (дрожжи, патока) и различных микроорганизмов не связывающих СОг. Гумат натрия может образовывать устойчивые комплексные органоминеральные соединения с различными элементами, в том числе с углекислым газом и только через определенное время после их разложения происходит эмиссия СО2.

Таблица б - Выделение СО; из почвы (мг/м2 в час, средн. 2006-2009 г.г.)

Варианты Через 60 дней Через 90 дней Через 120 дней

Контроль(1) 101 123 116

Солома без удобрений (2) 105 138 130

Солома + гранулированная аммиачная селитра 10 кг д. в. на 1 т соломы (3) 98 132 131

Солома + раствор аммиачной селитры 10 кг д. в. на 1 т соломы (4) 119 146 137

Солома + гумат натрия 0,5 % р-р (5) 117 125 136

Солома + гумат натрия 0,25 % р-р + аммиачнвя селитра р-р 5 кг/т (6) 108 149 152

Солома + Тамир 1 % р-р (7) 121 152 162

Солома + Тамир 0,5 % р-р + аммиачная селитра р-р 5 кг д. в. на 1 т солом (8) 134 155 164

Средн. 114 140 141

НСР095 31,1 41,0 32,9

Таким образом, во все сроки определения максимальное выделение СОг из почвы имели варианты с обработкой соломы препаратом Тамир в чистом виде и в сочетании с аммиачной селитрой.

Применяемый в опыте метод определения биологической активности почвы по интенсивности разложения льняного полотна наглядно показал повышение активности целлюлозоразлагающих микроорганизмов под

воздействием запаханной соломы совместно с биологическими препаратами и минеральным азотом (рис. 1).

ОООООООООО: ..................................

первоначальной

площади

я в % от первоначальной

массы

Рисунок 1 - Интенсивность разложения льняного полотна (Б пол. - 225 см2, вес 2,50 г) (в каждом варианте три года - 2007, 2008, 2009).

Анализируя показатели степени разложения льняного полотна, можно заключить, что запашка соломы в почву без дополнительного внесения азота и биопрепаратов приводит к снижению микробиологической активности, а следовательно, и интенсивности разложения соломистой массы, что согласуется с информацией о зависимости интенсивности процесса разрушения целлюлозных субстратов микромицетами от наличия доступных форм азота и различных элементов питания, повышающих их активность, а также соотношение в органической массе.

Изучение состава почвенной микрофлоры, участвующей в разложении целлюлозы, показало, что она существенно изменяется в зависимости от применяемых агрохимикатов и биопрепаратов. Наибольшее количество микромицетов наблюдалось в варианте обработки соломы гуматом натрия с последующей заделкой в почву. Наибольшее количество олигоазофилов отмечено при использовании гумата натрия в сочетании с раствором аммиачной селитры (вариант 6) - 12,8 млн. КОЕ и в варианте 8 - с препаратом Тамир совместно с азотным удобрением - 12,6 млн. КОЕ. На контроле, без соломы и реагентов, их численность составляла 6,4 млн. КОЕ.

Соотношение зимогенной и автохтонной микрофлоры позволило установить, что наибольший коэффициент гумификации отмечается при внесении соломы совместно с гуматом натрия и в чистом виде, он составил соответственно 2,09 и 2,13 (табл. 8).Наименьший коэффициент гумификации наблюдался при заделке соломы совместно с 10 кг д. в. аммиачной селитры. Выше коэффициент гумификации при заделке чистой соломы в почву и

совместно с гуматом натрия (0,5 % р-р), а также с дополнительным внесением аммиачной селитры в дозе 5 кг д. в. на 1 т соломы.

Внесение соломы в почву стимулировало развитие актиномицетов, их численность в этом варианте была наибольшей и составила 4,2 млн. КОЕ, что на 2,4 млн. КОЕ больше, чем на площадке без соломы. Действие биопрепаратов - гумата натрия и Тамира - способствовало развитию актиномицетов, но их численность в этих вариантах была несколько ниже, чем с запашкой одной соломы.

Таблица 8 - Влияние внесения в почву соломы на процессы гумификации и

минерализации (в 1 г сухой почвы млн КОЕ) средн. 2007-2009 гг.

Варианты Зимогенная Автохтонная Коэффициент МПА КАА Коэффициент

опыта микрофлора микрофлора гумификации минерализации

1 10,0 8,84 1,13 4,72_ 7,11 1,57

2 16,8 8,02 2,09 5,02 11,3 2,25

3 9,4 9,22 1,01 2,94 7,97 2,71

4 12,9 9,46 1,36 3,48 8,20 2,36

5 16,1 7,55 2,13 3,90 11,20 2,70

6 12,8 7,96 1,60 3,75 9,05 2,41

7 12,0 9,02 1,33 3,80 8,64 2,27

8 13,6 9,04 1,50 4,55 11,96 2,63

Микроорганизмы в ответ на присутствие в среде специфического субстрата вырабатывают соответствующие ферменты.

Существует тесная связь между содержанием органического вещества в почве и ее ферментативной активностью (Девятова Т. А., 1996, 2000).

В наших исследованиях интенсивнее ферментативные процессы протекали в почве вариантов с внесением реагентов, стимулирующих разложение соломы (табл. 9).

Как сложное высокоуглеродистое органическое соединение, солома без внесения в почву антидепрессирующих веществ негативно влияет на ферментативную активность, и некоторые исследователи считают данный показатель одним из главных критериев уровня токсичности почвы (Русин Г. Г., 1983; Касьянов Е. В. И др., 1995).

Азотные удобрения, как в гранулированном виде, так и в растворе в равной степени повышали ферментативную активность по сравнению с вариантом без реагентов. Это явление в наибольшей степени проявилось по активности ферментов, участвующих в круговороте фосфора и азота, где различия математически достоверны при 95 % уровне вероятности. Различия по активности инвертазы не столь существенны, что мы связываем с избыточным наличием в сравниваемых вариантах углеводов, которые составляют в растительных остатках до 60 % (Хазиев Ф. X., 1982,1991).

Наиболее высокий эффект показал препарат Тамир, причем в равной степени, как в чистом виде, так и в смеси с аммиачной селитрой.

Таблица 9 - Ферментативная активность почвы (0-20 см), ср. 2007-2009 гг.

Вариант Фосфатаза, мг фенолфталеина в 1 г почвы за 1 час Уреаза, мг NH3b 1 г почвы за 24 часа Инвертаза, мг глюкозы в 1 г почвы за 24 часа

1. Площадка без соломы 0,52 2,60 17,4

2. Солома без реагентов 0,44 2,52 17,0

3. Солома + амм. селитра (гранулы, 10 кг д. в.) 0,68 3,01 19,7

4. Солома + амм. селитра (р-р, 10 кг д. в.) 0,70 3,00 19,6

5. Солома + гумат натрия (р-р, 5 %) 0,64 2,94 26,4

б. Солома + гумат натрия (р-р, 0,25 %) + амм. селитра (р-р, 5 кг д. в.) 0,69 2,90 27,9

7. Солома + Тамир (р-р, 1 %) 0,70 3,01 28,6

8. Солома + Тамир (р-р, 0,5 %) + амм. селитра (р-р, 5 кг д. в.) 0,70 3,01 28,4

НСР095 0,11 0,44 7,71

Для определения степени токсичности почвы при разложении соломы применили семена редиса (табл. 10).

Результаты учета показали, что по усредненным данным за три определения прорастание семян редиса было одинаковым с тенденцией снижения на вариантах с внесением соломы без антидепрессантов и с применением аммиачной селитры в гранулах.

Однако по срокам определения обнаружены весьма контрастные различия. Так, в первый срок определения проростки в наибольшей степени были угнетены в варианте с применением таких стимуляторов разложения как гумат натрия и Тамир, а также в их сочетании с аммиачной селитрой. Эти различия были существенны на 95-процентном уровне вероятности. При втором сроке определения длина проростков редиса была примерно на одном уровне по всем изучаемым вариантам. Внесение азотных удобрений в

гранулированном виде и в растворе увеличило ростки на 0,3 см, при применении гумата и Тамира прирост был более интенсивный - до 0,6-0,8 мм.

Таблица 10 - Длина проростков редиса (см) и токсичность почвы (%)

№ п/п Варианты опыта Через 30 дней Через 60 дней Через 90 дней Средн.

1 Чистые площадки (контроль) 3,3/100 3,8/100 3,7/100 3,6/100

2 Солома 3,7/95 3,5/108 2,2/168 2,2/116

3 Солома + азот 10 кг д. в. на 1 т соломы (гранулы) 3,4/98 3,7/102 3,1/119 3,1/106

4 Солома + азот 10 кг д. в. на 1 г соломы (раствор) 3,3/100 3,6/106 4,2/88 3,7/100

5 Солома + гумат натрия, 0,5 % 3,0/110 3,2/119 5,2/71 3,8/97

6 Солома + гумат натрия, 0,5 % + азот, 5 кг д. в./т 2,7/122 3,4/112 4,9/96 3,7/93

7 Солома + Тамир, 1 % раствор 2,6/127 3,4/112 5,1/73 3,7/93

8 Солома + Тамир, 0,5 % раствор + азот, 5 кг/т 2,6/127 3,2/119 5,3/70 3,7/93

НСР095 0,92 0,84 1,04

Слева - длина проростков (см), справа - токсичность в процентах от контроля

По уровню токсичности эти варианты были на 12-19 % выше контроля. Еще более значительные различия были отмечены через три месяца после закладки опыта. К этому времени варианты с внесением азотных удобрений по токсичности были на уровне контрольного варианта, то есть можно считать, что токсичность отсутствовала. Только при внесении соломы в чистом виде токсичность почвы оставалась очень высокой. Использование гумата натрия и Тамира привело не только к детоксикации почвы, но даже некоторому стимулированию прорастания. Так, по сравнению с контрольным вариантом (почва без соломы), длина проростков редиса была на 1,2-1,6 см больше, го есть названные препараты проявили себя как стимуляторы роста растений.

Таким образом, обработка соломы гуматом натрия и препаратом Тамир уже на начальной стадии интенсифицирует разложение соломы, что способствует выделению токсических веществ. Дальнейшее действие препаратов проявляется в детоксикации почвы и в качестве стимуляторов роста проростков редиса.

В целях более полной характеристики отдельных вариантов исследований по биологической активности почвы проведены расчеты по определению интегрального показателя биологического состояния почв (ИПБС). При определении интегрального показателя максимальное значение принимается за 100 % и следующие варианты рассчитываются от него в процентах (табл. 11).

ТаблицаП - Расчетные показатели биологической активности вариантов в процентах от максимальных значений_

Показатели биологической активности Варианты опыта

1 2 3 4 5 6 7 8

Выделение со2 75 82 79 89 83 90 96 100

Разложение льняного полотна в % 63 69 94 95 81 100 94 97

Разложение льняного полотна по весу 64 72 89 86 91 95 93 100

Олигоазофилы 45 76 70 71 53 85 93 100

Диазотрофы 25 62 71 84 34 75 100 100

Споровые 88 86 100 79 74 62 93 100

Зимогенные 60 100 56 77 96 96 71 81

Автохтонные 93 85 97 100 80 84 95 96

Коэффициент гумификации 53 98 47 64 100 75 62 70

Коэффициент минерализации 53 94 94 82 100 84 79 92

Средн. 62 82 79 83 79 85 88 94

ИБПС 66 87 84 88 84 90 94 100

По нашим расчетам, по десяти биологическим показателям состояния почвы индекс 100 % имеет вариант с применением в качестве стимуляторов разложения соломы препарата Тамир в сочетании с аммиачной селитрой. На 6-10 % интегральный показатель ниже при применении Тамира в чистом виде и при сочетании гумата натрия с аммиачной селитрой. Самый низкий показатель ИПБС в почве контрольного варианта без соломы. Остальные варианты занимают промежуточное положение.

В связи с тем, что биологическая активность почв характеризуется весьма динамичными показателями, ИПБС является более надежным показателем при оценке биологических процессов в почве.

6. ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ РАЗЛОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ БИОПРЕПАРАТОВ

Определения в различные периоды вегетации показали высокую эффективность дополнительных средств интенсификации разложения соломы, но их действие было различным в зависимости от погодных условий. Так, в 2007 году, когда почва при первом определении находилась в хорошем увлажнении после прошедших дождей, а среднесуточная температура воздуха в мае месяце оказалась на 3,2 °С выше средней многолетней, в июле - на 1,1 °С, интенсивность разложения соломы под действием микроорганизмов и химических процессов была выше, чем в этот же период 2008 и 2009 годов. Следует отметить, что при благоприятных условиях минерализации органического вещества различия между изучаемыми вариантами в степени разложения соломы менее существенны, чем в условиях недостатка тепла и влаги. Например, в 2007 году различия между вариантами с применением антидепрессантов составили 13,2 % (вариант 2 и 7), в 2008 году - 27,2 %, в 2009 году - 16,0 %.

В среднем за три года при первом сроке определения максимально высокая степень разложения соломы была при внесении в почву препарата Тамир в чистом виде и совместно с аммиачной селитрой, несколько меньше при использовании гумата натрия. Наиболее медленно разлагалась солома в чистом виде (табл. 12).

При втором сроке определения темпы разложения от исходного состояния несколько выровнялись, но прежние варианты остались лидирующими. После двухмесячного разложения, сохранялась прежняя контрастность, но дальнейший процесс разложения до конца вегетации протекал более равномерно. Это можно объяснить тем, что на первоначальном этапе при поступлении в почву свежего органического вещества с участием полезных антидепрессантов происходит вспышка микробиологической активности, а без стимуляторов автохтонная микрофлора лишается комфортных условий в связи с присутствием в почве высокоуглеродистого органического вещества.

Таблица 12 - Динамика разложения соломы по вариантам опыта, (%)

Варианты Дни

60 дней 90 дней 120 дней

1 32,4 42,4 52,8

2 40,4 46,8 55,2

3 43,2 56,8 70,0

4 44,4 57,2 69,6

5 43,6 59,2 70,8

6 52,0 64,8 74,4

7 59,2 69,6 78,8

Солома, как медленно действующий источник выделения токсинов, при внесении антидепрессантов разлагается более интенсивно уже на начальной стадии и более интенсивно происходит выделение имеющихся в соломе токсических веществ, что подтверждается нашими определениями методом проростков.

В дальнейшем при втором и третьем сроках определения при соответствующей температуре и влажности почвы, токсические вещества относительно быстро инактивируются биологическим или химическим путем, или вымываются. При медленном разложении ингибирующие вещества выделяются в течение всего вегетационного периода, что не может не отразится на активности биологических процессов, интенсивности разложения соломы и продуктивности культурных растений (8с1юЫ§ег и., 1958).

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно заключить, что применяемые стимуляторы разложения соломы по своей эффективности контрастно различаются только в первой половине вегетационного периода. После двухмесячного компостирования стимулирующее влияние всех антидепрессантов находилось на уровне контрольного варианта.

ВЫВОДЫ

1. Утилизация соломы и пожнивных остатков зерновых культур путем сжигания является неприемлемым способом, как с позиции охраны окружающей среды, так и сохранения плодородия почвы. При сгорании 3,0 т/га соломы из приземного слоя воздуха используется 2,83 т кислорода с образованием 4,19 т углекислого и угарного газа, 56 кг оксида азота. После сжигания соломы содержание гумуса в верхнем горизонте почвы снижается

на 12,3-20,3 %, в зависимости от технологии уборки. При сжигании копен в центре копны гумус выгорает полностью до глубины 20 см.

2. Применение соломы в качестве удобрения на черноземе обыкновенном приводит к снижению содержания нитратного азота на начальной стадии разложения и повышению к концу вегетации, особенно на варианте с применением биостимуляторов разложения соломы. Содержание подвижного фосфора и калия не изменяется по сравнению с контролем. В год внесения соломы к концу вегетации существенно повышается содержание лабильного органического вещества, в связи с чем можно прогнозировать увеличение содержания гумуса в последующие годы.

3. запашка соломы существенно не повлияла на состояние почвенно-поглощающего комплекса, однако отмечена тенденция повышения актуальной и обменной кислотности почвенного раствора и снижения содержания в ППК обменного кальция на варианте внесения соломы без стимуляторов разложения.

4. Различные способы применения соломы существенно улучшили водопроницаемость чернозема обыкновенного и снизили плотность верхней части почвенного профиля.

5. Солома является субстратом питания почвенной микрофлоры. Ее запашка приводит к увеличению эмиссии диоксида углерода и интенсивности разложения льняного полотна. Наиболее эффективными в отношении микробиологической активности оказались варианты с применением биопрепарата Тамир и гумата натрия.

6. Различные способы утилизации соломы оказывают неодинаковое влияние на развитие отдельных групп микроорганизмов, что в конечном итоге приводит к разнонаправленной трансформации свежего органического вещества (соломы).

При внесении соломы совместно с гуматом натрия усиливаются процессы гумификации, что способствует повышению потенциального плодородия почвы (условный коэффициент гумификации был равен 2,09). При утилизации соломы с использованием препарата Тамир совместно с аммиачной селитрой в гранулированном виде, направленность микробиологических процессов обуславливает минерализацию соломы и повышение эффективного плодородия (коэффициент минерализации составил 2,63-2,71).

7. Внесение соломы без стимуляторов разложения негативно повлияло на ферментативную активность: активность фосфатазы снизилась в 1,6 раза, активность уреазы - в 1,2 раза, активность инвертазы - в 1,7 раза.

8. Ингибирующее действие соломы на некоторые биологические показатели связано с продуцированием токсических веществ при ее разложении. За весь исследуемый период разложения соломы токсичность почвы, фиксируемая по длине проростков редиса, была на одном уровне по всем вариантам опыта. И только через 3 месяца после закладки опыта использование гумата натрия и Тамира привело не только к детоксикации

почвы, но даже некоторому стимулированию прорастания семян. При медленном разложении соломы снижается всхожесть семян тест-культуры -озимой пшеницы, растения отстают в росте по сравнению с вариантами более интенсивного разложения, особенно на начальной стадии, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

9. Исследованиями установлена высокая эффективность препаратов, влияющих на интенсивность разложения соломы. Наиболее высокая степень ее разложения была при применении препарата Тамир в чистом виде и совместно с аммиачной селитрой (на 52,0-59,2 %, выше почвы контрольного варианта).

Материалы диссертационной работы опубликованы

В изданиях ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Девятова Т.А. Изменение физических и воднофизических свойств почвы при внесении соломы / Т.А. Девятова, А.К. Свиридов, Я.В. Шумилова //Вестник ВГУ. Серия: География, геоэкология.-2010.-№2.-С.50-51.

2. Рымарь В.Т. Способ использования послеуборочных остатков зерновых колосовых культур в качестве удобрения / В.Т. Рымарь, Т.А. Девятова, Я.В. Груздева и др. // Патент на изобретение № 2407726, выдан Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам 27 декабря 2010 г. (заявка № 2008138905 от 30.09.2008 г.). Бюллетень №36,2010.-8с.

В других изданиях:

1. Девятова Т.А. Некоторые аспекты утилизации соломы / Т.А. Девятова, Ю.Д. Сыромятников, Я.В. Шумилова // Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы: Материалы научной конференции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии Воронежского ГУ 25-28 сентября 2006 г.- Воронеж, 2006.-С. 124126.

2. Свиридов А.К. Экология и земледелие / А.К. Свиридов, Я.В. Шумилова // Научно-практические основы сохранения и воспроизводства плодородия почв ЦЧЗ: Материалы заседания Территориального координационного совета «Проблемы земледелия в ЦЧЗ», Каменная степь, 25-26 июня 2008 г. - Воронеж: Изд-во «Истоки», 2008.-С.111-112.

3. Свиридов А.К. Содержание гумуса в почве различных севооборотов / А.К. Свиридов, Ю.Д. Сыромятников, Я.В. Шумилова // Материалы V съезда Воронежского общества почвоведов им. В.В. Докучаева. - Ростов-на-Дону, 2008.-С.199.

4. Шумилова Я.В. Утилизация нетоварной соломы / Я.В. Шумилова, Т.А. Девятова, Ю.Д. Сыромятников // Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям: 1-я Всероссийская научно-практическая конференция с международным

участием, Московский ГУ 1 апреля 2008 г.- М.: Изд-во МАКС Пресс, 2008,-С.56-57.

5. Шумилова Я.В. Влияние соломы на физические свойства почвы / Я.В. Шумилова // Научное обеспечение агропромышленного производства: Материалы международной научно-практической конференции, Курск, 20-22 января 2010 г.- Курск: Изд-во Курск.ГСХА, 2010.-Ч.1.-С.262-264.

6. Девятова Т.А. Изменение физических и воднофизических свойств почвы при внесении соломы / Т.А. Девятова, Я.В. Груздева, Г.А. Шумилова // Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья: Материалы заседания совета по земледелию Центрально-Черноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии, Каменная степь, 27-28 мая 2010 г.Воронеж: Изд-во «Истоки»,2010.-С.96-98.

7. Спиваков A.A. Технология регулирования режима органического вещества почвы в ландшафтном земледелии ЦЧР: Рекомендации / A.A. Спиваков, А.Ю. Квасов, Я.В. Груздева и др. - Воронеж: Изд-во «Истоки»,2010.-44с.

8. Свиридов А.К. Изменение состава органического вещества при внесении в почву соломы / А.К. Свиридов, Я.В. Груздева // Роль селекции в формировании агротехнологий для обеспечения стабильного производства зерна в условиях меняющегося климата: Материалы Всероссийской научно-практической конференции и заседания Совета по земледелию ЦентральноЧерноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии.- Воронеж, 2011.- С.290-293.

9. Груздева Я.В. Ферментативная активность почвы при внесении соломы/ Я.В. Груздева // Роль селекции в формировании агротехнологий для обеспечения стабильного производства зерна в условиях меняющегося климата: Материалы Всероссийской научно-практической конференции и заседания Совета по земледелию Центрально-Черноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии,- Воронеж, 2011.- С.287-290.

Подписано в печать 27.10.П. Формат 60*84 1/)6. Усл. исч. л. 1.45. Тираж 100 экз. Заказ 1333.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издатсльско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Груздева, Яна Валерьевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛОМЫ В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВУ (обзор литературы).

1.1 Ценность соломы как удобрения.

1.2 Плодородие почвы при использовании соломы на удобрение.

1.3 Биологическая активность и токсичность почвы при внесении соломы.

1.4 Влияние запахивания соломы на урожайность сельскохозяйственных культур.

2. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ КАМЕННОЙ СТЕПИ.

2.1 Климат и погодные условия проведения исследований.

2.2 Рельеф местности.

2.3 Почвообразующие породы.

2.4 Гидрология.

2.5 Растительность.

2.6 Почвенный покров.

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Объекты исследований.

3.2 Схема опыта и методика исследований.

4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СЖИГАНИЯ СОЛОМЫ.

5. ВЛИЯНИЕ ЗАПАХИВАНИЯ СОЛОМЫ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ.

5.1 Динамика агрохимических показателей при различной интенсивности разложения соломы.

5.2 Характеристика почвенного поглощающего комплекса (ППК).

5.3 Физические и водно-физические свойства почвы.

6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ СОЛОМЫ. .83 6:1 Выделение из почвы углекислого газа.

6.2 Интенсивность разложения в почве льняного полотна.

6.3 Влияние соломы на микробиологические процессы.

6.4 Ферментативная активность почвы.

6.5 Токсичность почвы при внесении соломы.

6.6 Определение интегрального показателя биологической активности.

7. ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ РАЗЛОЖЕНИЯ СОЛОМЫ ПРИ

ПРИМЕНЕНИИ БИОПРЕПАРАТОВ.

8. УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ СОЛОМЫ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биологическая активность и плодородие чернозема обыкновенного при внесении соломы"

Актуальность темы. В последние десятилетия в связи с резким снижением поголовья крупного рогатого скота в сельском хозяйстве происходит накопление большого количества соломы зерновых культур. Зачастую солома сжигается, однако, с точки зрения экологических проблем представляется более рациональным вернуть ее в ресурсный цикл. Это особенно важно при дефиците такого эффективного удобрения, как навоз.

Солома и другие растительные остатки (ботва, сидераты, пожнивные и подкосные культуры на зеленое удобрение) являются ценным источником органического вещества почвы. Из применяемых в настоящее время органических удобрений содержание органического вещества в соломе наибольшее (70 и более процентов).

Качество растительных остатков сельскохозяйственных культур, как удобрения, оценивается по отношению углерода к азоту и лигнина к азоту в их составе и, соответственно, по времени их разложения и доступности почвенным микроорганизмам и они подразделяются по мере ухудшения их качества на быстро-, умеренно-, медленно- и слабо разлагаемые.

Повышенным содержанием целлюлозы (углерода) характеризуются растительные остатки зерновых культур. По данным НИИСХ ЦЧП им. В. В. Докучаева, в одной тонне соломы зерновых культур содержится около 5 кг азота, 2,5 кг фосфора, 8 кг калия, 35-40% С (углерода) в органической форме. Пшеничная солома содержит 27-33% целлюлозы, 21- 26% гемицеллюлозы, 3% белков, 18-21% лигнина [141]. Использование на удобрение соломы злаковых культур, имеющей широкое отношение углерода к азоту, часто сопровождается проявлением отрицательного эффекта уменьшения содержания минерального азота в обрабатываемом слое почвы, связанного с его иммобилизацией почвенной микрофлорой, участвующей в разложении органического вещества соломы.

При многократном использовании однокачественных растительных остатков в качестве удобрения возрастают риски повышения токсичности почвы за счет накопления токсичных продуктов разложения — целлюлозы и лигнина (фенолов, органических кислот и др.), что приводит к негативному явлению - «почвоутомлению», сопровождающемуся снижением урожайности культур.

В связи с этим зачастую при внесении высокоуглеродистых растительных остатков (в дозах 4-6 т/га) отмечается снижение продуктивности возделываемых культур, особенно злаковых. Отрицательное влияние при внесении таких растительных остатков на последующие возделываемые культуры снижается, если к моменту посева они разложились в достаточной степени, поэтому для предотвращения отрицательного действия при использовании растительных остатков следует обеспечить быстрейшее их разложение в предпосевной период и научные разработки в этом направлении являются весьма актуальными.

Все процессы разложения органического вещества в природе происходят с участием различных представителей мезо- и микрофауны. Разработав правильные практические подходы к процессам деструкции соломы и других растительных остатков, можно обеспечить улучшение баланса углерода в земледелии и получение экологичного удобрения.

В связи с этим становятся актуальными поиски принципов, путей и технологических приемов использования соломы в качестве удобрения.

Наши исследования, посвященные изучению трансформации свойств черноземов обыкновенных при внесении соломы, проводились в полевом опыте НИИСХ ЦЧП имени В. В. Докучаева (Каменная степь, Воронежская область).

Цель. Целью наших исследований является разработка приемов повышения интенсивности разложения соломы и изучение их влияния на физические, физико-химические, агрохимические и биологические свойства почвы.

Задачи: дать экологическое обоснование неприемлемости сжигания послеуборочных растительных остатков и нетоварной части урожая зерновых культур; определить агрохимические, физико-химические, физические свойства почвы и основные компоненты органического вещества при разложении соломы;

- исследовать влияние биопрепаратов на скорость разложения соломы в почве;

- определить в динамике токсичность почвы при разложении соломы с использованием препаратов;

- установить влияние внесенной в почву соломы на продуктивность тест - культуры - озимой пшеницы.

Научная новизна заключается в том, что на черноземе обыкновенном северной части Калачской возвышенности в условиях действующего агролесомелиоративного почвозащитного комплекса исследовано влияние соломы, используемой в качестве органического удобрения на агрохимические, физико-химические, физические и биологические свойства почвы.

Установлено, что в течение всего процесса разложения проявляется токсическое действие соломы и определены методы повышения интенсивности ее разложения в послеуборочный период и, соответственно, нейтрализации токсикоза почв во время вегетации культур в летне-осенний период. Впервые в ЦЧР экспериментальным путем определены негативные последствия сжигания соломы при уборке озимой пшеницы различными способами.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на конференции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии Воронежского государственного университета 25-28 сентября 2006 г., на 1-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве, на пути к инновациям, Москва, МГУ, 23-25 апреля 2007 г.; на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В. В. Докучаева, Ростов-на-Дону, 18-23 августа, 2008 г.; на заседании Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧП», Каменная Степь, 25-26 июня 2008 г.; на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства», г. Курск, 20-22 января 2010г.; на заседании Совета по земледелию Центрально Черноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии «Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья», Каменная Степь, 27-28 мая 2010 г.; на научно-практической конференции Курского отделения МОО «Общество почвоведов имени В.В.Докучаева», г. Курск; на научно — техническом совете департамента аграрной политики Воронежской области 8 октября 2010 года; на научной сессии ВГУ; на заседаниях проблемного Совета технологического центра Воронежского НИИСХ им. В. В. Докучаева РАСХН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 в рецензируемом издании.

Информация о работе

Груздева, Яна Валерьевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Воронеж, 2011
ВАК 03.02.13

Диссертация

Биологическая активность и плодородие чернозема обыкновенного при внесении соломы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы