Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка влияния агротехнических мероприятий на микробоценоз ризосферы озимой ржи

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка влияния агротехнических мероприятий на микробоценоз ризосферы озимой ржи"

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

РАСХН

ОД

- На правах рукописи

ГОРДЕЕВА Татьяна Харитоновна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА МИКРОБОЦЕНОЗ РИЗОСФЕРЫ ОЗИМОЙ РЖИ

Специальность: 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии и в лаборатории методов и средств повышения урожайности сельскохозяйственных культур Марийского государственного университета.

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор Ю.В.Круглов_

Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

профессор В.Т.Емцев

кандидат биологических наук, ЖЛЛопова

Ведущее учреждение: Всероссийский научно-исследовательский институт удобрений и агропочвоведения

Защита диссертации состоится « //» ■ЬЫОКЛ' 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 020.26.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии

Адрес: 424024 г. Санкт-Петербург-Пушкин, ш. Подбельского, 3 Ученый Совет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан « » Спи,!и>_ лЛ. 199 8 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. биол. наук

А.Н.Зарецкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность исследований

Основными задачами агропромышленного комплекса является достижение устойчивого роста сельскохозяйственного производства, надежное обеспечение страны продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем.

В решении этих задач важная роль отводится озимым зерновым. В основных районах возделывания они дают более высокий урожай, чем яровые хлеба и имеют больший удельный вес в валовом производстве зерна.

Дальнейшее увеличение производства зерна озимой ржи в нашей стране может быть решено только за счет разумной интенсификации земледелия.

Современное интенсивное земледелие неизбежно ведет к увеличению воздействия на почву за счет более интенсивной обработки, внесения удобрений, пестицидов, сокращения набора возделываемых культур и т.д. В связи с этим при планировании и осуществлении тех или иных воздействий на почву необходимо четко представлять возможные последствия с точки зрения их влияния на устойчивость и стабильность функционирования аг-роэкосистем.

Вопросы, связанные с оценкой состояния почвенных микробных сообществ и их продуктивности в условиях интенсивного земледелия, представляет собой как теоретический, так и практический интерес.

Цель работы — дать почвенно-микробиологическую оценку агротехническим приемам и обосновать эффективную и экологически безопасную технологию возделывания озимой ржи.

Задачи исследования:

1) изучить влияние способов обработки почвы, удобрений и пестицидов на структуру и функционирование микробного комплекса ризосферы озимой ржи в условиях зерно-пропашного севооборота;

2) исследовать сукцессию микрофлоры ризосферы ржи за вегетационный период;

3) провести экологический анализ структуры бактериального комплекса ризосферы озимой ржи; выделить и идентифицировать доминирующие виды бактерий;

4) оценить влияние возрастающих доз минеральных удобрений и пестицидов на микрофлору почвы;

5) установить сопряженность биологических и агрохимических факторов в минеральном питании озимой ржи.

Работа проводилась в соответствии с основными научными направлениями НИР по решению научно-технического задания "Разработка и внедрение экологически сбалансированных интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур" (№ гос. per. 0191005239).

Научная новизна. В работе впервые установлены закономерности, характеризующие влияние различных способов обработки почвы, минеральных удобрений и комплекса средств защиты растений на структуру и функционирование микробного ценоза ризосферы озимой ржи в интенсивном зерно-пропашном севообороте в условиях Республики Марий Эл.

Экспериментально обоснованы дозы азотных и калийных удобрений, вносимые под основную обработку при возделывании озимой ржи, а также пестицидов, не ухудшающих экологического состояния дерново-подзолистых почв.

Установлена сопряженность между содержанием питательных элементов в почве, в растениях, урожайностью возделываемой культуры и показателями биологической активности почвы.

Практическая значимость. На основании экспериментального материала дано почвенно-микробиологическое обоснование и рекомендована в производство эффективная и экологически безопасная технология возделывания озимой ржи, обеспечивающая получение до 60 ц/га зерна.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных сессиях Марийского государственного университета (1991-1995 гг.), Всероссийском совещании "Физико-химические методы исследования структуры и динамики полимерных систем" (Йошкар-Ола, 1994); II Всероссийской конференции "Структура и динамика полимерных систем" (Йошкар-Ола, 1995); Всероссийской научной конференции "Вавиловские чтения: диалог наук на рубеже XX-XXI веков и глобальные проблемы современности" (Йошкар-Ола, 1996); XXXI научной конференции "Эффективность применения средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур" (Москва, 1996); научно-практической конференции "Совершенствование техноло-

гии производства и переработки продукции сельского хозяйства" (Йошкар-Ола, 1997); Всероссийском популядионном семинаре "Экология и генетика популяций" (Йошкар-Ола, 1997). По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и приложения. Содержит 136 страниц машинописного текста, включая 28 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 175 источников, из которых 22 — иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

О&ьекты и методы исследования

Возделывалась озимая рожь сорта Волхова. Для посева использовались семена первой категории, первой репродукции, первого класса. Норма высева 4,6-5,0 млн. всхожих зерен на гектар.

В опыте использовали:

Минеральные удобрения: сульфат аммония, аммиачная селитра, хлористый калий, двойной суперфосфат.

Органические удобрения:рапс, вико-овсяная смесь, используемые на зеленое удобрение. Урожайность зеленой массы рапса составила 200 ц/га с содержанием азота, фосфора, калия соответственно 0,4 %, 0,22 %, 0,61 %; вико-овсяной смеси в

1991 г. - 220 ц/га с содержанием 0,45 %, 0,14 %, 0,41 %, в

1992 г. — 300 ц/га с содержанием азота, фосфора, калия соответственно 0,59%, 0,23%, 0,66% на сырое вещество.

Пестициды: фундазол (0,5 кг/га), тилт (0,5 л/га), 2м-4х (1,2 кг/га) + глин (5 г/га), кампозан (4 л/га).

Полевые опыты проводили на опытном поле Марийского государственного университета (КДП "Нива" Медведевского района Республики Марий Эл), в звене севооборота с чередованием культур: сидеральный пар, озимая рожь, картофель, ячмень. Севооборот был представлен четырьмя полями и развертывался во времени.

Повторность опыта — 4-х кратная. Площадь делянки 84 м2, учетной — 56 м2. Размещение делянок последовательное в один ярус.

Почва опыта дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая на опесчаненном покровном суглинке имела следующие arpo-

химические показатели; гумус 1,9-2,0%, рНС0Л 5,5-6,0, азот гид-ролизуемый (по Корнфилду) 5,7-9 мг/100 г почвы, подвижные формы (в вытяжке по Кирсанову): фосфор — 15-35, калий 1326 мг/100 г почвы.

Минеральные удобрения вносили из расчета на запланированный урожай зерна 60 ц/га. Расчет потребности в минеральных удобрениях проводили методом баланса в системе "растение — почва - удобрения": М120Р90К100 - в 1991 г.; М150Р30К130 - в 1992 г.; ИюдР^К^з — в 1993 г. Азотные удобрения применялись дробно: 1/2 до посева, остальное количество в виде подкормки по фазам вегетации озимой ржи, фосфорно-калийные удобрения — под основную обработку почвы.

Пестициды применяли в зависимости от сорняков, вредителей и болезней.

Модельные опыты проводили на агробиостанции университета, в металлических сосудах, содержащих 54 кг почвы. Опыт проводили с почвой сидерального пара. Лабораторные опыты — в проблемной научно-исследовательской лаборатории МарГУ. Схемы опытов отражены в таблицах соответствующих разделов диссертации.

Образцы почвы для микробиологического анализа отбирали из ризосферы растений по фазам вегетации озимой ржи методом Красильникова (Практикум по микробиологии, 1993).

Учет численности микроорганизмов проводили традиционным методом, путем посева различных разведений на агаризо-ванные питательные среды.

Аммонифицирующие бактерии, использующие органические формы азота, учитывали на мясопептонном агаре; бактерии, использующие минеральный азот и актиномицеты — на крахма-лоаммиачном агаре; микромицеты — на сусло-агаре; олигонит-рофильные бактерии — на безазотистой среде Эшби; спорообра-зующие бактерии — на МПА + сусло; нитрифицирующие бактерии — на агаризованной среде Скермана; целлюлозоразрушаю-щие бактерии — на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой; азотобактер-методом обрастание комочков почвы на среде Эшби (Сеги, 1983; Основные микробиологические и биохимические методы ..., 1987).

Общее количество микроорганизмов в ризосфере озимой ржи определяли методом прямого подсчета по Виноградскому-Шуль-

гиной (Некоторые новые метода количественного учета почвенных микроорганизмов и изучения их свойств, 1987).

Качественный состав бактерий определяли поверхностным посевом на капустную среду № 19 (Возняковская, Широков, 1958), выросшие колонии на 4-5 сутки группировали по морфо-лого-культуральным признакам, присваивая им порядковые номера.

Для описания структуры комплекса ризосферных бактерий использовали критерии частоты встречаемости и обилия (Одум, 1986; Бигон и др., 1989).

Микроорганизмы из колоний отсевали в пробирки на косяки с агаризованной средой № 19, методом поверхностного посева получали чистые культуры. Идентификацию выделенных чистых культур проводили общепринятыми методами (Методические указания по идентификации неспоровых бактерий..., 1985; Краткий определитель Берги, 1986).

Разнообразие сообществ ризосферных микроорганизмов оценивали, используя индексы доминирования — разнообразия (Одум, 1986; Бигон и др., 1989).

Целлюлозоразрушающую активность почвы определяли методом "аппликаций" (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991).

Нитрифицирующую способность почвы определяли по динамике накопления нитратов за 2 недели компостирования (Методические рекомендации по оценке токсичного действия пестицидов на микрофлору почвы, 1981).

Агрохимический анализ почвенных и растительных образцов проводили в воздушно-сухих образцах (Аринушкина, 1970): гумус определяли по Тюрину; pH — потенциометрически в вытяжке KCl; гидролизуемый азот по Корнфилду; подвижные формы (в вытяжке по Кирсанову): фосфора — калориметрически, калия — на пламенном фотометре.

Уборку проводили прямым комбайнированием переоборудованным комбайном "Нива". Урожайные данные пересчитывали на стандартные показатели при 14 %-ной влажности и 100%-ной чистоте.

Результаты исследований обрабатывали дисперсионным и корреляционно-регрессионным методами анализа (Доспехов, 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА МИКРОБОЦЕНОЗ РИЗОСФЕРЫ ОЗИМОЙ РЖИ

В условиях многофакторного полевого опыта изучали влияние способов механической обработки почвы, удобрений и пестицидов на численность основных таксономических групп микроорганизмов в ризосфере озимой ржи.

Установлено, что обработка почвы дисковыми орудиями (БДТ-3) способствовала созданию более благоприятных условий для развития бактериальной микрофлоры. Во все сроки проведения исследований численность бактерий в ризосфере ржи на вариантах с дискованием была выше, чем на вспашке.

Численность акгиномицентов и грибов в ризосфере растений по вариантам механической обработки почвы не отличалась. Отмечалась тенденция увеличения грибов на вариантах с поверхностной обработкой к концу вегетации растений, что связано, по-видимому, с изменением состава корневых выделений и возрастанием растительного опада.

Сбалансированные по основным элементам питания минеральные удобрения в используемых дозах (?^125Р60К110) оказали положительное влияние на микрофлору ризосферы озимой ржи, что выражалось в существенном увеличении численности микроорганизмов основных таксономических групп (рис.1,2). Это влияние носило опосредованный характер и обусловливалось улучшением режима минерального питания растений.

Трехлетние исследования показали, что под влиянием минеральных удобрений происходило изменение структуры микробного комплекса ризосферы озимой ржи. Установлено относительное увеличение бактерий в начальные фазы развития растений и акгиномицетов в конце вегетации ржи, что имеет важное значение, т.к. многие бактерии, живущие в ризосфере растений, продуцируют физиологически-активные вещества, а актиномицеты — антибиотики, что обусловливает их положительное влияние на развитие растений и их устойчивость к стрессам.

Изучение влияния пестицидов на микрофлору ризосферы озимой ржи показало, что применяемый в посевах ржи комплекс пестицидов, включающий гербицид, фунгицид и ретардант,

в рекомендуемых дозах оказал не однозначное влияние на различные группы микроорганизмов: стимулировал развитие бактерий, оказывал кратковременное негативное влияние на численность акгиномицетов и снижал численность грибов, что обусловливалось химической природой токсиканта и сроком взятия образца.

Таким образом, по данным трехлетних исследований можно отметить определенные закономерности в динамике таксономических групп микроорганизмов в ризосфере озимой ржи. В онтогенезе растений от фазы кущения до фазы полной спелости происходил последовательный рост акгиномицетов. В такой же последовательности наблюдалось снижение численности грибов. Динамика бактерий имела вид кривой, с максимумом в фазы

А

млн/г а млн/г б тыс/г в

млн/г млн/г ь гыс/г

о, д - контроль • - NPK ▲ - пестициды

Рис.1. Влияние удобрений (А) и пестицидов (Б) на микрофлоту ризосферы озимой ржи (в среднем за три года): а - бактерии, б - актиномиценты, в - грибы; 1 - кущение, 2 - выход в трубку, 3 - колошение, 4 - полная спелость

Кущение

Трубкование

Колошение

ТЫС./г 40 35 30 25 20 15 Ю

Полная спелость Варианты 0/

тз

□б т*

Осеннее кущение Трубкование Полная спелость

Весеннее кущение Колошение

Рис.2. Влияние агротехнических мероприятий на микрофлору ризосферы озимой ржи (в среднем за три года): А - бактерии; Б - акпшомнцеты; В - грибы. Вспашка: 1 - контроль, 2 - контроль+песпщиды, 3 - 1ЧРК, 4 - ЫРК+пестициды; дискование: 5 - контроль, 6 - кошроль+песгициды, 7 - КРК, 8 - ^К.+пестициды

труб кования и колошения. Следовательно, в процессе онтогенеза растений происходила перестройка микробного комплекса ризосферы, когда в фазу выхода в трубку и колошения наблюдался максимум численности бактерий.

Минеральные удобрения и комплекс пестицидов, используемые в данной системе агротехнических мероприятий оказали положительное действие на численность бактерий, обеспечивая, таким образом, их доминирующую роль в микробном ценозе. Максимальный эффект агрохимикатов на бактерии наблюдался в фазу выхода в трубку, что имеет существенное значение, так как в этот период происходит интенсивный рост корневой системы и закладывается будущий урожай растений.

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ БАКТЕРИАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА РИЗОСФЕРЫ В ОНТОГЕНЕЗЕ ОЗИМОЙ РЖИ

Для характеристики биологического состояния почвы и оценки эффективности агротехнических приемов важное значение имеет анализ качественного состава микроорганизмов.

Нами изучено действие применяемых удобрений и пестицидов на структуру бактериального комплекса ризосферы озимой ржи по фазам вегетации растений.

Выделенные чистые культуры из ризосферы озимой ржи изучены по макро- и микроморфолопгческим особенностям, физи-олого-биохимическим характеристикам, что позволило отнести их к девяти родам и шестнадцати видам по определителю Берги (1986).

Установлено, что преобладающими в ризосфере ржи были неспороносные бактерии. Однако частота их встречаемости в различные годы исследований была различна (табл.1). Превалировали в ризосферном сообществе штаммы, принадлежащие к родам Alcaligenes и Agrobacterium, затем представители родов Arthrobacter и Pseudomonas.

Применяемый в опыте комплекс пестицидов и минеральных удобрений оказывал заметное влияние на структуру бактериального комплекса ризосферы ржи в начальные фазы развития растений. К концу вегетации ржи эти различия сглаживались. При этом отмечалось незначительное уменьшение видового богатства, снижение индекса видового разнообразия и воз-

Структура бактериального комплекса ризосферы озимой ржи (полевой опыт, ОП МарГУ)

Таблица 1

Частота встречаемости, % (в среднем за вегетационный период)

Вид контроль ко1проль+ пестициды NPK NPK+пестициды

1991 1992 1993 ср. 1991 1992 1993 ср. 1991 1992 1993 ср. 1991 1992 1993 ср.

Agrobacterium radiobacter 98 100 100 99 88 100 100 96 98 100 100 99 93 100 100 98

Alcaligenes sp. 88 100 100 96 78 100 100 93 100 100 100 100 88 100 100 96

Arthrobacter pascens 83 78 95 85 88 93 95 92 98 93 100 97 83 95 100 93

Pseudomonas dacunhae 63 98 95 85 53 90 90 75 68 98 100 89 65 88 100 84

Flavobacterium harrisonii 40 83 95 70 53 90 90 78 88 90 100 92 56 93 100 82

Pseudomonas aurantiaca 65 70 70 68 45 93 68 59 88 45 80 68 80 80 58 70

Arthrobacter globifonnis 73 50 58 48 38 70 45 48 78 58 55 64 45 65 77 62

Brevibacterium helvolum 43 75 85 65 23 48 80 48 58 68 80 68 67 73 85 69

Pseudomonas fluorescens 20 55 43 38 25 68 55 49 15 73 50 55 45 70 80 58

Arthrobacter aurescens 28 38 33 33 35 70 45 47 60 78 50 62 63 75 20 49

Flavobacterium lactis 5 58 40 34 55 35 30 50 75 42 48 35 27

Mycobacterium capsulatus 20 68 50 42 35 34 23 34 35 70 63 56 26 53 38 39

Bacillus mesentericus 45 38 43 42 30 30 23 27 43 35 70 49 35 33 58 42

Bacillus megaterium 8 48 35 30 3 35 20 19 5 48 38 30 13 40 15 23

Pseudomonos aeruginosa 40 15 18 18 6 28 8 12 25 20 15

Micrococcus rubens 5 10 5 8 5 4 15 5 7

растание показателя доминирования видов изучаемого бактериального комплекса (рис.3). Увеличение индекса доминирования видов на обработанных делянках свидетельствует о возрастании роли доминант за счет снижения и гибели редких или незначительных по численности видов, что и обусловливает перераспределение популяций бактерий по степени доминирования. К концу вегетации озимой ржи все показатели видового разнообразия были близкими к контрольным значениям.

А Б

Индекс видового богатства

в—

о—

-о---о---о

Индекс доминирования

| I I I I_1_I

И III IV I II III IV

без пестицидов -о— - с пестицидами

Рис.3. Изменение показателей видового разнообразия бактериального комплекса ризосферы озимой ржи под влиянием пестицидов и минеральных удобрений (полевой опыт, ОП МарГУ, 1992 г.):

А - без удобрений, Б - по фону ЫРК на 60 ц/га; I - кущение, II - выход в трубку, III - колошение, IV - полная спелость

Разведение культуральных жидкостей □ О 01:1 ЕЗ 1:50 ЕЗ 1:100 ® 1:200 Н 1:500

Рис.4. Влияние культуральных жидкостей доминирующих видов ризосферных бактерий на развитие корневой системы озимой ржи (лабораторный опыт): 1 - А^оЬаййпит гасПоЬааег; 2 - А1са^епек $р.;

3 - АгШгоЬаЛег разсепз; 4 - ИауоЬасгепит Ьагшопд

Анализ способности выделенных из ризосферы бактерий синтезировать физиологически активные вещества показал, что бактерии, доминирующие в ризосфере озимой ржи, стимулировали всхожесть семян ржи и развитие корневой системы (рис.4).

Полученный экспериментальный материал позволяет сделать заключение, что применяемый в посевах озимой ржи комплекс пестицидов и минеральных удобрений не приводил к стойким существенным изменениям в структуре микробного ценоза ризосферы ржи. Для всех вариантов независимо от фазы развития растений остаются одни и те же доминанты. Изменения в структуре бактериального комплекса ризосферы ржи происходят, главным образом, за счет субдоминант и редко встречающихся видов.

ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТАЮЩИХ ДОЗ АГРОХИМИКАТОВ НА ПОЧВЕННУЮ МИКРОФЛОРУ

В связи с решением экологических и экономических вопросов, которые возникают при составлении системы применения удобрений и средств защиты растений под различные сельскохо-

зяйственные культуры, представляло практический интерес изучение влияния возрастающих доз минеральных удобрений и пестицидов на почвенный микробоценоэ.

С этой целью проведены модельные опыты с возрастающими дозами азотных, калийных удобрений и комплекса наиболее часто используемых в опыте пестицидов (2м-4х+глин+тилт).

Полученные данные показали, что умеренные дозы азота Нба-М120, внесенные по сидеральному пару, активизировали почвенную микрофлору, усиливая процессы минерализации органического вещества. Значительно возрастала по сравнению с неудобренной почвой численность всех исследуемых трупп микроорганизмов: бактерий, актиномицетов, грибов (табл.2). Дальнейшее увеличение дозы азота приводило к снижению их количества. При дозе Ы240 численность актиномицетов, грибов и олиго-нитрофильных бактерий снижалось до уровня контроля, а аммонифицирующих — в 3 раза ниже контрольных показателей.

Таблица 2

Влияние доз азота на почвенную микрофлору (модельный опыт, 10 суток)

Дозы Бактерии Акгино-

азота, кг/га аммонифицирующие, (п ■ 105) нитрифици рующие, (п ' 103) олигонитро фильные, (п ' 105) азотобактер, % встреч. мицеты, (п ' 105) Грибы, (п ' 103)

0 80,1 6,5 192,7 50,0 79,0 17,1

60 147,5 9,2 213,6 88,0 87,2 24,3

120 206,0 18,1 241,2 34,0 119,4 28,8

240 24,7 11,0 169,6 30,0 75,6 12,4

480 14,2 8,5 144,0 24,0 72,4 8,5

НСРо_95 7,8 0,8 10,3 4,4 4,6 2,8

Численность нитрифицирующих бактерий с увеличением доз азота оставалась достаточно высокой.

Чувствительным к увеличению дозы азотных удобрений был азотобактер. Его активность возростала при внесении азота в дозе N55, при дозе 1Ч120 снижалась в 1,7 раза по сравнению с неудобренной почвой.

При внесении в почву калийных удобрений наблюдались аналогичные закономерности: действие их на микрофлору почвы изменялось с изменением концентрации калия.

Установлено, что дозы калия К120.240 стимулировали развитие изучаемых групп почвенной микрофлоры. Дальнейшее увеличение дозы калийных удобрений приводило к снижению их численности (табл.3).

Таблица 3

Влияние доз калийных удобрений на почвенную микрофлору (модельный опыт, 10 суток)

Дозы Бактерии Акгино- Микро-

калия, аммонофици- нитрифици- олигонитро- мицеты, мицеты,

кг/га рующие, рующие, фильные, (п • 105) (п • 103)

(п • 105) (п • 103) (п • 105)

0 70,1 18,4 165,3 65,0 13,3

60 74,7 18,9 172,6 66,4 14,5

120 105,8 21,2 204,7 80,0 17,5

240 96,6 21,9 199,0 75,3 19,8

480 54,4 17,9 134,5 49,2 9,1

НСРо.95 4,3 1,0 7,4 4,4 2,7

Влияние калийных удобрений на почвенную микрофлору было выражено слабее, чем азотных: концентрации хлористого калия вызывающие максимальные изменения в микробном комплексе почвы были несколько выше, чем сернокислого аммония.

Таким образом, в результате проведенных исследований выявлено, что на дерново-подзолистых почвах разовая доза азота, внесенная под основную обработку при возделывании озимой ржи, не снижающая биологической активности, не должна превышать 120 кг/га д.в., а калия — 240 кг/га д.в.

Изучение реакции почвенного микробоценоза на воздействие комплекса пестицидов (2м-4х+глин+тилт) в рекомендованных и повышенных дозах показало, что изучаемый комплекс в рекомендуемых дозах не оказывал существенного влияния на количественный состав микрофлоры (табл.4). При дозах, увеличенных по сравнению с производственными в 3 раза, данный комплекс пестицидов оказывал избирательное действие на отдель-

Таблица 4

Действие комплекса пестицидов (2м-4х+глин+тилт) на почвенную микрофлору (модельный опыт)

Микроорганизмы Время компостирования Дозы пестицидов НСР0>95

(сут.) 0 0,5 1* 1,5 3 б 12 24 48 96

Бактерии на МПА, млн/г 5 30 6,2 3,3 7,2 3,9 8,3 5,9 10,0 7,5 4,4 5,6 4.1 5.2 3,0 3,2 2,6 2,8 1,8 2,6 0,9 2,2 0,4 0,2

Бактерии на КАА, млн/г 5 30 6,2 5,9 6,7 6,1 6,7 11,1 8,9 11,5 6,8 13,3 4,5 14,2 4,2 11,9 4,1 7,0 3,5 3,8 2,7 2,3 0,3 0,4

Ахтиноми-деты, млн/г 5 30 6,6 4,4 8,3 7,0 8,8 8,4 8,8 9,0 11,7 11,3 8,4 9,3 6,8 7,4 6,7 7,0 4,2 7,0 4.2 4.3 0,3 0,4

Грибы, тыс/г 5 30 15,4 5,6 16,6 5,3 18,7 10,4 11,0 12,1 10,5 23,0 9,8 16,9 6,8 8,5 6,1 6,1 4,4 5,8 2,6 ЗД 1,0 0,7

Олиготрофы, млн/г 5 30 9,1 7,9 8,5 8,0 12,8 8,2 11,5 13,3 11,1 8,8 8,5 8,5 8,2 8,2 8,0 7,5 8,1 6,9 8,0 6,7 0,5 0,7

Бациллы, тыс/г 5 30 37,3 24,2 36,1 30,3 42,0 36,3 36,1 41,1 33,2 56,4 29,6 53,2 26,8 38,7 25,1 32,7 22,7 25,4 13,4 24,9 2,4 1,4

Азотобактер, % 30 13,7 14,0 18,7 11,7 10,0 11,5 6,5 5,5 4,0 1,5

Примечание: 1 доза - 1,2 кг/га 2м-4х; 5 г/га глин; 0,4 л/га талт; * - рекомендуемая доза.

ные группы микроорганизмов. Установлено, что негативное влитие пестицидов наиболее ярко проявлялось в ранние сроки после внесения токсикантов в почву. Так, через 5 суток после внесения пестицидов, увеличение производственных доз токсикантов в 3 раза снижало численность бактерий на МПА и бацилл; при увеличении дозы в 6 раз — снижалось количество бактерий, ассимилирующих минеральный азот и олигонитрофилы. Наиболее чувствительными к данному комплексу пестицидов были грибы.

Стимулирующий эффект небольших концентраций пестицидов, близких производственным, сохранялся в течении 30 суток. Отрицательный эффект высоких — почти полностью снимался, что говорит, о высоком адаптивном потенциале потаенной микрофлоры.

УРОЖАЙ РАСТЕНИЙ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ

Изучение влияния минеральных удобрений, приемов обработки почвы и пестицидов на урожайность озимой ржи, возделываемой по сидеральному пару выявило их сравнительную эффективность и позволило рассчитать долю влияния изучаемых факторов в формировании прибавки урожая (табл.5).

В 1991 г. дискование обеспечивало более высокую урожайность, чем вспашка. В 1992 и 1993 гг. существенных различий по обработке получено не было.

Применяемые минеральные удобрения и пестициды значительно увеличивали урожайность озимой ржи. В среднем за три года прибавки от удобрений составили на вариантах без пестицидов 13,5-15,7, с пестицидами 18,9-19,4 ц/га.

Таблица 5

Влияние средств химизации и обработки почвы на урожайность озимой ржи, ц/га (полевой опыт)

Варианты опыта 1991 г. 1992 г. 1993 г. Среднее

Вспашка

Контроль 30,9 30,9 17,4 24,6

Контроль + пестициды 32,1 35,6 22,5 30,1

ИРК 38,1 49,6 33,2 40,3

ОТК + пестициды 47,0 60,6 40,8 49,5

Дискование

Контроль 31,9 29,9 17,1 26,3

Контроль + пестициды 34,4 37,3 20,0 30,6

№К 39,2 47,9 32,1 40,0

ОТК + пестициды 48,6 58,9 41,6 49,5

НСРо_55 по обработке 3,1 4,3 2,7

по удобрениям 3,1 4,0 2,3

по пестицидам 2,2 4,3 3,4

Применение средств защиты на вариантах без удобрений увеличивало урожайность ржи на 4,3-5,5, на вариантах с удобрениями на 9,4-9,7 ц/га.

Полученные данные позволяют сделать заключение, что наиболее эффективной является система, где по фону органических удобрений, применялись минеральные удобрения и комплекс пестицидов, включающий гербицид, фунгицид, ретардант.

На этих вариантах отмечалась и наиболее высокая численность микроорганизмов и их биохимическая активность, что позволяет говорить о тесной связи между биологическими свойствами почвы, режимом минерального питания и урожаем озимой ржи.

Проведение корреляционного анализа выявило существенную положительную связь аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий, а также целлюлозоразрушающей активности почвы с содержанием подвижных форм азота в почве, содержанием азота в растениях и урожаем возделываемой культуры (табл.6).

Таблица б

Коэффициенты парных корреляций микробиологических показателей с минеральным азотом почвы, содержанием азота в растениях и урожаем озимой ржи

Микробиологические Урожай Содержание Содержание

показатели озимой ржи азота в растениях азота в почве

Аммонифицирующие бактерии 0,70-0,91 0,69-0,76 0,89

Нитрифицирующие бактерии 0,63-0,85 0,75 0,86

Целлюлозоразрушающая

активность 0,78 0,86-0,98 0,77

Проведение регрессионного анализа подтвердило сопряженность этих показателей, что в совокупности отражает благоприятный питательный режим и улучшение условий произрастания растений.

Таким образом, высокий уровень биологической активности почвы при внесении минеральных удобрений по сидеральному фону и рекомендованных доз пестицидов обеспечивает получение высоких урожаев озимой ржи.

Выводы

1. В многофакгорных полевых опытах изучено влияние комплекса агротехнических мероприятий на микрофлору ризосферы озимой ржи.

Установлено, что при обработке почвы дисковыми орудиями складываются более благоприятные условия, чем при вспашке, что приводит к увеличению численности бактерий на протяжении всего периода вегетации растений.

2. Внесение комплекса минеральных удобрений (рассчитанных на получение урожая зерна 60 ц/га) по сидеральному пару повышает численность бактерий и актиномицетов в ризосфере озимой ржи, а также нитрифицирующую и целлюлозоразлагаю-щую активность почвы, что обусловливает их положительное влияние на произрастание растений.

3. Показано, что применяемый в посевах озимой ржи комплекс пестицидов стимулирует развитие бактерий и вызывает кратковременное снижение количества актиномицетов и грибов в ризосфере растений.

4. Установлено, что общая численность бактерий в ризосфере озимой ржи изменяется в онтогенезе растений. Максимальное количество их отмечается в фазу выхода в трубку независимо от системы агротехнических мероприятий. Доминируют в ризосфере ржи неспоровые бактерии из рода Alcaligenes, Agrobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas. Используемый комплекс пестицидов и минеральных удобрений оказывает заметное влияние на структуру бактериального комплекса ризосферы ржи. При этом наблюдается снижение индекса видового богатства и разнообразия. Однако эти изменения происходят, главным образом, за счет субдоминант и редко встречающихся фенотипов. Бактерии, доминирующие в ризосфере озимой ржи, повышают всхожесть семян и стимулируют развитие корневой системы.

5. Экспериментально обоснованы безопасные для почвенной биоты дозы азотных и калийных удобрений, вносимые под основную обработку при возделывании озимой ржи. Показано, что на дерново-подзолистых почвах разовая доза азота не должна превышать 120 кг/га д.в., калия — 240 кг/га д.в.

6. Выявлена существенная положительная связь между содержанием подвижных форм азота в почве, в растениях, урожаем озимой ржи и некоторыми показателями биологической активности почвы. Показано, что используемая в опыте система агротехнических мероприятий обеспечивает оптимальные условия взаимодействия микроорганизмов и растений и формирование высоких урожаев зерна.

На основании полученных результатов дано почвенно-мик-робиолошческое обоснование эффективной и экологически безопасной системы агротехнических мероприятий при возделы-

вании озимой ржи в зерно-пропашном севообороте, обеспечивающей получение до 60 ц/га зерна.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Гордеева Т.Х., Новоселов С.И., Зыкова Ю.К. Влияние доз азотных удобрений на биологическую активность дерново-подзолистой почвы //Физико-химические методы исследования структуры и динамики полимерных систем. Мат-лы Всерос. со-вещ. - Йошкар-Ола, 1994. - С.76-79.

2. Новоселов С.И., Гордеева Т.Х., Ямщиков Ю.В. Ионометри-ческое определение нитрифицирующей способности почв //Физико-химические методы анализа вещества. Межвуз. сб. науч. тр. - Йошкар-Ола, 1994. - С.58-59.

3. Гордеева Т.Х., Круглов Ю.В. Экологическая оценка влияния комплекса пестицидов и удобрений на бактериальное сообщество ризосферы озимой ржи //Структура и динамика полимерных систем. Мат-лы Всерос. семинара. - Йошкар-Ола, 1995. - С.113-115.

4. Гордеева Т.Х., Круглов Ю.В., Новоселов С.И. К вопросу взаимосвязи агрохимических и микробиологических исследований в системе мониторинга почв агроэкосистем //Структура и динамика полимерных систем. Мат-лы Всерос. семинара. - Йошкар-Ола, 1995. - С.109-113.

5. Гордеева Т.Х., Новоселов С.И. Сопряженность агрохимических и биологических факторов в азотном тштанин озимой ржи //Эффективность применения средств химизации, и продуктивность сельскохозяйственных структур. Тез. докл. XXXI конф. -Москва, 1996. - С. 19.

6. Гордеева Т.Х., Новоселов С.И. Почвенный микробоценоз в условиях интенсивного возделывания сельскохозяйственных культур //Вавиловские чтения: диалог наук на рубеже XX-XXI веков и глобальные проблемы современности. Мат-лы науч. конф. - Йошкар-Ола, 1996. - С.381-382.

7. Гордеева Т.Х. Влияние агротехнических мероприятий на целлюлозолическую активность почвы //Совершенствование технологий производства и переработки продукции сельского хозяйства. Мат-лы науч.-практ. конф. - Йошкар-Ола, 1997. - С.125-126.

8. Новоселов С.И., Гордеева Т.Х., Денисова Е.А., ЗыковаГА. Влияние органо-минеральных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и повышение плодородия почвы //Совершенствование технологий производства и переработки продукции сельского хозяйства. Мат-лы науч.-пракг. конф. - Йошкар-Ола, 1997. - С.127-128.

9. Новоселов С.И., Завалин А.А., Гордеева Т.Х., Круглов Ю.В. Влияние средств химизации и обработки почвы на урожайность озимой ржи и микробоценоз дерново-подзолистой суглинистой почвы //Агрохимия. 1997, № 8, С.31-36.

10. Гордеева Т.Х., Новоселов С.И. Влияние доз азотного удобрения на ризоценоз озимой ржи //Экология и генетика популяций. - Йошкар-Ола: Периодика, 1988. - С. 210-212.