Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Экологические основы почвоутомления в полевых агроценозах Центрально-Черноземной полосы России

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Экологические основы почвоутомления в полевых агроценозах Центрально-Черноземной полосы России"

РОССИЙСКАЯ ШДШЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙЖЙ НАУЧНО-ЙССЛВДОВА'-ГЕЛЬСКНЙ ШСТШТ.ЗЕМВДЕЛИЯ

Р Г ^ ОД и заищн почв ох эрозш

; о г^-п 19^5

На правах рукописи

Лобков Василий Тихонович УДЯ 631.46

ЗК0Л0ПЯЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЧВОУТОМЛЕНИЯ В ПОЛЕВЫХ АГРСЦЕНОЗАХ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕШОЙ ПОЛОСЫ РОССИИ

Специальность 06.01.01 Общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

КУРСК-1994

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии.

Научные консультанты: академик РЛСХН» профессор А.П.Щербакбй',

докт'ор сельскохозрйотвеииых Наук В.М.Дудкин

. Официальные оппоненты;

доктор сельскохозяйственных Яаук, Старший научный сотрудник

A.К.Свиридов}

доктор сельскохозяйственных неук, профессор II.С,Кочетов}

доктор сельскохозяйственный Наук, старший научный сотрудник

B.И.Кураков

Ведущее предприятие) - Курская государственная сельскохозяйственная академий именХ И.И.Иванова

Защита диссертации состоится." У'1 1995 года '

в часов на заседании специлизировалнбго/совета Д 020,61,01 при Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и зициты почв от эрозии

Адрес: 305021, Курск, ул.Карла Маркса^ 705, ВНЙИЗиЗПЭ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ'земледо-лия и защиты почв от эрозии.

Автореферат разослан " ^МС^ъ/'кЯ'' 199^гола

Ученый секретарь специализированного совета кандидат, технических наук

В.А.НззнацоЕа

- I -

ОБЦЛЛ ХАРАК1ЕРИСША РАБО'Ш

Актуальность проблемы. Основой для достижения оптимального уровня продуктивности пашни в экологически обоснованных системах земледелия является максимальное использование агроэкологических ресурсов агроландшвфтов для полной реализации продуктивного потенциала выращиваемых растений, которая возможна только при научно обоснованном чередовании культур. Однако объективные процессы специализации и концентрации в.земледелии, необходимость использования пазни под посевы сельскохозяйственных растений в соответствии с почвозащитными и другими требованиями, структура потребностей в-продукции растениеводства и'Другие причины обусловлнва-от необходимость введения севооборотов, состав и чередование культур.в которых не могут соответствовать классический принципам. В этих условиях культурные растения не могут полностью , использовать свой продуктивный потенциал, даде при наличии arpo- ■ экологических ресурсов продуктивности в достаточных количествах, а при высоком нашценш! севооборотов одной культурой или культурами одной биологической группы и особенно в условиях бессменного возделывания получение нормального урожая становится трудно выполнимой задачей. Происходит это вследствие накопления в почвенной среде отрицательных факторов,' совокупность которых и составляет явление почвоутомления. ,

Изучение его экологического механизма, разработка и обоснование приемов устранения отрицательного действия этого явления пред-ствляется очень 'вачным в решении проблем современного земледелия, связанных с сохранением почвенного покрова и свойств почвы как одного из основных элементов биосферы, с углублением научных основ чередования культур в севооборотах, с решением вопросов специализации и концентрации в растениеводстве, с размещением посевов по элементам землепользования в соответствии с ландшафтными требованиями.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась щ изучении экологических изменений почвенной среда и агрофитоценодов при почвоутомлении и определении основных направлений снижения.или устраненйя отрицательного действия этого явления. *

Для ее достижения решались следующие задачи: I. Определить изменения почвенно-мнкробиологических и биохимических процессов при почвоутомлении; 2. Исследовать процессы возникновения аллело-•патичаских эффектов при почвоутомлении; 3. Изучить изменение фи-

, , ; ' " 2 ~ зико-химических показателей ч гумуекого состояния черноземов 6 процессе почвоутомления, провести оценку знерго- и массообмена в почтенной среде на основе элементов энергетического баланса в агроэкоснсткмгх в езяэи с почвоутомлением; 4. Исследовать проявление почвоутомления с отношении роете и развития растений, в т.ч. к при различной продолжительности бессменного воздействия; 5. Изучить особенности утомления почв в севооборотах различного построения; 6. Исследовать изменение показателей утомленной почвы под действием различных факторов.

Научная новизна исследований. От имеющихся к настоящему времени немногочисленных исследований по данной проблеме (А.М.Гродэинский и др.,1979; О./иБерестецккЯ и др., 1964; Э.А.Головко, 1986) представленная работа отличается тем, что а ней комплексно, с позиций земледелия рассмотреть поч-венно-экологические факторы почвоутомления при выращивании поле-ода культур, сделаны вывода о первопричинах этого явления. В условиях ЦЧП данная работа выполнена впервые.

Б приоритетном порядке рассмотрены процессы формирования отрицательных аллелопатических эффектов а почвенной среде {токсичность почвы) под влиянием агрофнтоценозов, на основе которых сделаны вывода о двойственном характере проявления почвоутомления и природе почвенной токсичности в севооборотах. Установлена связь фитотоксических свойств растительных остатков и степени их разложения, показана возможность возникновения отрицательных аллелопатических эффектов при бессменном возделывании культур в связи с более низкими темпами минерализации растительных остатков. На основе биологических и биоэнергетических показателей показано, что экологическая сущность явления почвоутомления заключается t переводе агроэкосистем на более низкий уровень энерго- и массообмена. Исследована динамика продуктивности агрофитоценозов « состояния почвенной среды в процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания различных по биологии и агротехнике культур, выявлены закономерности изменения данных показателей. Показан депрессивный характер изменений в микробоценозах черноземных почв ЦЧП при их утомлении, выражатацийся в снижении удельного веса немногочисленных форм почвенных микроорганизмов и увеличении доминантных для данного агрофитоценоза видов, повышении в структуре микробоценозов доли фитотоксичных форм и среди них видов с более высокой фитотоксической активнреть'-о, уменьшении соотношения численности бактерий-активаторов и бактерий-ингибиторов.

Установлена зависимость возможности восстановления эффективного плодородия утомленной почвы от степени почвоутомления, которая определяется временам бессменного воздействия. На основа комплексного рассмотрения общих принципов взаимодействия растительных сообществ и почвенной среды, в агробиоценозах и естественных условиях определены агроэкологические аспекты почвоутомления. Сделали выводи об условиях предовращения и снижения отрицательного влияния изучаемого явления. , .

Практическая ценность и реализация результатов исследований. На основании результатов исследований сделаны выводы о необходимости максимального использования принципов плодосмена при разработке и внедрении систем севооборотов. Показано вадное значение приемов активизации почрендах биологических процессов в севооборотах с •высокий насыщением культурами одной биологической группы; при этом, обоснована роль чистого пара к посевов бобовых культур как факторов оздоровления утомленной почвы.

Сделана, вьгаоды о направлениях совершенствования севооборотов в сочетании с другими элементами систем земледелия, которые использованы 13 методических рекомендациях по разработке систем севооборотов для степных ¡1 лесостепных районов Европейской части СССР (Курск, 1989), в методических указаниях по праектировани'о систем почвозащитного земледелия для районов распространения водной и водно-ветровой эрозии почв Европейской территории страны, (Утвервдены НТС Госагропрома СССР 29Л 0.1986.М. ,1986), а методике математического моделирования структуры посевных площадей и севооборотов (М., 1991), в методических рекомендациях по освоения севооборотов э колхозах и совхозах (Курск, 1988), в рекомендациях по дифференцированной система основной обработки почвы в районах водной и совместного действия водной и ветровой эрозии (Курск, 1988), в методических рекомендациях по разработке ландшафтных систем земледелия в многоукладном сельском хозяйстве (Курск, 1993) и.других документах нормативного и методического характера.

Результаты исследований таюсе нашли отражение в учебных планах Воронежского государственного аграрного университета, Курской и Белгородской государственных сельскохозяйственных академий, Курского регионального института повышения квалификации и пера-подготовки руководящих кадров и специалистов АПК.

На всех этапах выполнения работа была непосредственно связа-

на с реализацией различных государственных научно-технических программ и являлась составной часты) планов НИР ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, а на первых оталох - Воронежского CJGi (ныне ВГАУ)

Диссертант использовал свои разработки при выполнении им хоздоговорных заданий по корректировке севооборотов п системах земледелия ряда хозяйств в районах Курской области и других регионов Центрального Черноземья.

Публикации. Основные положения диссертаций опубликованы в монографии "В.Т.Лобков. Почвоутомление при выращивании полевых культур.:Колос, 1994" объемом 9,58 п.л., а также более- чем в 50 коллективных монографиях, рекомендациях, методиках, статьях в журналах и сборниках, опубликованных в\ 1977-1994 гг.

Апробация >р а б о.т ы. Результаты исследований докладывались и получали положительную оценку на годичном общем собрании Отделения земледелия и химизации сельского хозяйства ВАСХНИЛ (1986), на,третьей научной конференции Волго-Вятского района, посвященной 100-летию Нижегородской экспедиции В.В.Докучаева (Горький, 1982), на координационном совещании "Модели состояния и управления плодородием почв" (Москва, 1988), на. 1-ой Всесоэзной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск, 1991}, на зональном координационном совещании НИУ и вузов ЦЧЗ (Тамбов, 1993), во ВШИ земледелия и защиты поча от эрозии, в Воронежском государственном аграрном университете, Курской государственной сельскохозяйственной академии и др.

Структура и объем диссертаци'и. Диссертация написана на русском языке, изложена на 300 страницах машинописного текста, иллюстрирована 76 таблицами и 13 рисунками и состоит из введения, 6 разделов с кратким заключений« в конце каждого из них, общего заключения, выводов и предложений, списка использованной литературы, состоящего из 300 наименований» в т.ч. 35 иностранных.

Основные положения ди-ссертации, ко. юрке выносятся на защиту:

-Определяющая роль почэенш-экологических факторов в снижений продуктивности агрофитоценоэов при почвоутомлении;

-Экологическая роль почвоутомления как фактора возможной сукцессии; . .

-Аллелопатнческ'ий и гточвенйо-биологический факторы как первопричины проявления почвоутомления в агроценозах;

-Смена вгрофитоценззоа и изменение - качества нотифицированного органического вещества как главные факторы средовосстанов-ления при почвоутомлении;

-Возможность углубления специализации севооборотов за счет мехимального использования факторов активизации почвенно-био-логнческих процессов в период перерыва а возделывании культур доминирующих групп.

СО Д Б-Р Ж А Н И Е РАБОТЫ

.ПОЧВОПОМЯЕНИЕ: КРШАЯ ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕШ (Краткий аналитический обзор)

Излагается краткая история вопроса» делается обзор результатов исследований ос изучении причин снижения урожаев при бессменном еозделывшши растений» Поназывается» что депрессия продуктивности при монокультуре в полевых условиях, з вегетационных огшгах., , песчаной к водной культурах имеет о&цие причина. При этом,, они за-чпстуэ нз связаны с ухудшением условий минерального питания,, водного режима» а такие с изменением фитосанитарной обстановки. <5и-тоеадатаркый фактор часто является не причиной, а следствием ухудшения роста и развития растений. Делается заключение, что об» щей причиной снижения эффективного плодородия почвы при почвоутомлении является изменение направленности процессов, протекающих в почвенной среде. На основе этого обосновываются цели, и задачи исследований,

' УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основой диссертационной работа явлртотся экспериментальные данные, полученные на многофакторноы полевом опыте .по моделированию систем земледелия ВНИИЗиЗЛЭ и стационарном опыте по севооборотам кафедры земледелия ВГАУ, а также результаты вегетационных, негетационно-полевых. лабораторных и микрополеэого опытоэ.

На полевых: стационарных опытах изучались, изменения почвенно-биологических- процессов, аллелопатической■активности, гумусного .состоят? и физико-химических свойств почвы, элементы биоэнергетик' ческого баланса, некоторые агрофитоценологические показатели в сбязи с почвоутомлением. Для изучения брались варианты бессменного возделывание основных для ЦЧП культур (озимой пшеницы, сахарной свеклы, многолетних трав, гороха, кукурузы, ячменр, а такяе бес-

сменный чистый пар) и выращивания этих культур в севооборотах различного построения. Исследования проводились как на вариантах с применением под данные культуры органических и минеральных удобрений в рекомендованных для зоны дозах, так и на неудобренном фанз.

Стационарные опыты расположены в лесостепной части ЦЧП.

' Почва опытного участка ВГАУ представлена черноземом выволоченным, среднемощным, трвдлосуглинистым с содержанием гумуса з пахотном слое 4-4,4"?, гидролитической кислотностью - 3-5 мг-окв/ /ЮОг почвы, степенью насыщенности почв основонитаи - 85-90^ рН солевой вытяшеи - 5,8-6,8, содержанием подвижного фосфора (по Чирикову) - 6,8-13 мг, обменного калия (по Масловой) - 16-28 мг/ЮОг абсолютно сухой почвы.

Почва делянок многофакторного полевого опыта ВКИПЗиЗПЗ, на которых проводились исследования, представляет чернозем типичный, тя-'келосуглшшстый, среднсмощный. Содержание гумуса в пахотном слое - 5,2-5,36??, рН солевой вытяжки - 5,9-6,8, гидролитическая кислотность - 2,21-4,87 мг-окв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований ~ 28,6-31,4 мг-экв/100г почвы, содержание Р^Од- Ю,^--15,4 мг/ЮОг почвы, К^О - 6,2-7,2 ыг/ЮО г почвы.

Б лабораторных и вегетационных опытах изучались биохимическая активность корневых выделений культурных растений, фитоток-сические свойства остатков различных культур, изменение степени почвоутомления в процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания и эффективность факторов ее устранения, специфичность проявления почвоутомления, стойкость фитотоксических веществ к воздействиям разного рода.

. В микрополовом опыте исследовалось изменение .уровня почвоутомления под влиянием различных факторов в сочетании с перерывом бессменного возделывания неодинаковых по биологии и агротехнике культур.

ИЗМЕНЕНИЯ ПОЧВЕННОЙ СРЕДЫ ПРИ ПОЧВОУТОМЛЕНИИ

В случаях с явлением почвоутомления изменения в почвенной среде является промежуточным звеном в действии предшествующего агрофитоценоза на последующий. От того, в каком состоянии почва перейдет под посев следующей культуры зависит'урожайность последней.

О состоянии почвенной среды и направлениях его изменении

мокно судить по комплексу показателей.

Почве нно-бмо логические процессы и ферментативная активность черноземов при почвоутомлении. Вопросам изучения влияния бессменного возделмвэяия культур и различных их чередований на почвеннз-микробиологические показатели применительно к к различным почвенно-климатическим условиям посвящены работы Н.Л.Красильникова, Е.Н.Мишустина, О.А.Берестецкого, Э.А.Головко, Ю.М.Возняковской и др. Для ЦЧП требуют уточнения те стороны зза~ «много влияния высших растений и почвенных микроорганизмов, которые связаны с определение!.- роли бессменности в формировании общего уровня биологической активности почвы и в экологии почвенной микрофлоры,

В налип: исследованиях об'цее количество сапрофитных микроорганизмов под влиянием почвоутомления, обусловленного бессменным воздействие» однолетних полевых культур и чистого пара, заметно снизилось {таб. I)

I. Количество сапрофитных микроорганизмов в пахотном слое чернозиа типичного под различными культурами при их бес-сменнон возделывании и в севооборотах, млн/г почвы, среднее за 5 лет'

Культуры

•Способ возделывания

: бессменно : в севообороте

:с начале : в концо :в начале : в конце ¡вегетации: вегетации: вегетации: вегетации,

озимая пшеница 15,Св 14,5Г . 15,53 17,87

сахарная свекла 11,40 20,18 14 ДО 23,67

ячмень • 11,91 14,98 15,52 17,97

многолетние травы 17,48 17,55 14,35 15,40

чистый пар 10,42 12,91 18,14 14,33

Большая численность микрофлоры в почве под бессменным клевером объясняется увеличением количества бактерий, усваивающих минеральные формы азота, и актиномицетоэ, что, вероятно, связано со способностью бобовых растений не обеднять почву минеральным азотом.

Аналогичным образом изменялись другие показатели суммарной биологической активности почвы: содержание свободных аминокислот и белков на льняной ткани и целл'олозоразрушаюдая активность (В.А.Труноза, В.Т.Лобков, 1380), выделение С02.

Показатель численности микроорганизмов и другие суммарные показатели еще не в полной мере характеризует биологическую активность почзи, т.к. динамизм и направленность почвенных микро-

биологических процессов связан с составом микробных комплексов в почвенной среде. ■

Из имеющейся.немногочисленной информации следует, что под влиянием определенной культура п Почве ие отмечено фактов фор- ' мирования микробоценоэов с отсутствием или наличием каких-то специфических микроорганизмов ма уровне родов и видов ,{Ю,М. Воз-няковскал, О.А.Берестецкий, 1984). Однако определенная перегруппировка в микрофлоре почвы происходит ¡сак под влиянием культур, так и способов их возделывания» прячем заметна она и на уровне 'более высоком, чем роды и вида.

Это подтвердилось в результате наших исследований на стационарных опытах. ВРАУ и ВНИИЗиЗПЭ.

На уровне основных систематических' и физиологических групп очень четко вырисовывались следующие тенденции.

Отновенив количества бактерий (на МПА) к числегшостн грибной микрофлоры (на среде Чапека) составляло при бессменном (возделывании в опыте Воронежского агроуниверситета (в среднем за три года): под озимой пшеницей - под ячменем - 121, под сахарной свеклой - 105, тогда как при возделывали» этих культур в се* вообброте оно было5 соответственно'» на уровне ПО, 171 и 180. В опыте ВНИИЗиЗПЭ данный показатэль (в среднем за 5 лет) составлял, соответственно» в бессменных и севооборотных вариантах: под озимой галеницей - МО и 167, под ячшнем - 155 и 200, под сахарной свеклой - 100 и 142.

Отношение Численности микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота (на КМ)„ к количеству аымонификаторов (на МПА), которое дает представление об условиях минерализации органических остатков (Е.Н.Мишустии, Е.В.Рунов, IS57), тщщ> оказалось меньше а утомленной почве (опыт ВНИИЗиЗПЭ, в среднем за 5-лет): при бессменном возделываний различных культур оно варьировало в пределах 1,45-2,16, а под этими т культурами при возделывании их в севооборотах - It92-2,76»

Снижалось з утомленной почве количество целлюлозоразрутпаи-щих микроорганизмов» " * . "

В процессе увеличения продолжительности бессменного возде-• либония озимой паеници до 5„ а затем до 9 лет не было отмечено исчезновения какихтлибо бактерий на уровне родов и видов. Одна- • ко после 5 лет монокультуры произошло заметное увеличение доли доминирующих форм в общем количестве учтенных микроорганизмов по сравнению с севооборотом. В то se время наблюдалось относи-

тельное уменьшение частоты встречаемости немногочисленных иидоз.

Некоторое уменьшение частоты встречаемости таких бацилл, как aac.rayccides, и ас. ido sus, Bac.aegat'beriuo указывает на снижение темпов разложения органических веществ.

Проведенный анализ изменение активности почвенных ферментов на стационарных опытах научных учреждений ЦЧЛ показал, что под влиянием почвоутомления существенно уменьшаются потенциальные способности черноземных почв к катализу биохимических реакций как гидролитического, так и окислительно-восстановительного характера.

Таким образом, при почвоутомлении происходит упрощение структуры микробоцеиозов, шр ажаачееся в некотором увеличении доли доминирующих форм, уменьшается содержание в микробных ассоциациях агрономически более ценной микрофлоры, снижается общий уровень процессов трансформации органических веществ и потенциальная способность черноземов ЦЧЛ к катализу гидролитических и окислительно-восстановительных процессов.

Л л л е л о п а т и ч е с к к е эффекты при почвоутомлении. К настоящему времени имеется достаточно фактов, доказывающих, что" продуктивность асрофитоценозов и эффективное плодородие почбы s значительной «ере определяются аллелопатическим состоянием почвенной среды (А.Н.Гродзинский, 1965; 1979; Э.Райс, 1978; Э.А.Головко, 1986 и др.)

Почвоутомление связано с отрицательными аллелопатическими эффектами, выражающимися в повышении токсичности почвы. В исследованиях, проведенных наш и с наши участием, показано повышение содеркания в утомленной почве водорастворимых колииов, снижение фитометрических показа- tófCE телей тест-растений на почвенных пластинах (В.ТЛобков,1984; 8.А,Труно ва,В.Т.Лоб ков, 1986).

При этом, токсикоз почвы мотет иметь накопи-: телышЯ характер в процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания (рис.1)

30-

/

0Ггшдгеняз; /•"«Ястий ,nof /—oí, пиеница,

ячмень ян. трави

j —^ячмень

V %

9 •jl.

годы.,

Рис.1 Изменение содержания коляной в почве в процессе увеличения длительности бессменного возделывания различных • культур (опыт ШШЗиЗЛЭ)

Б результате проведенных исследований установлены следуо-щие особенности изменения токсичности почвы, подтвержденные другими исследователями: •

-наиболее сильно почвенная токсичность проявляется в сухие годы, что связано с комплексом причин, в т.ч. и возможностью вымывания колинов из пахотного слоя в годы с обильным увлажнением;

-уровень токсичности почвы изменяется в течение вегетационного периода: его максимум наблюдается в периоды наиболее активного роста и развития растений, причем в ото время бессменные и севооборотные варианты мало различается по этому показателю;

-токсичность почвы снижается при прогревании на солнечном свету, что может иметь значение при паровании, когда различные горизонты пахотного' слоя могут подвергаться действию указанных факторов в процессе обработок.

Токсичность почвы может заметно повышаться в реальных хозяйственных условиях: в хозяйствах Воронежской и Липецкой областей при размещении озимой пшеницы по стерневым предшественникам и повторных посевах этой культуры на 20-30^ снижалась веха-ад сть семян и на 10-15^ высота проростков тест-растений на пластинах почвы по сравнению с посевами, идущими по чистому пару (В.А.Трунова, В.'Г,Лобков, 1966). Это .говорит о небольшой устойчивости черноземных почв к утомленич).

Изучение аллелопатических свойств корневых выделений растений, проведенное й условиях песчаной и водной культур, показало заметцую биохимическую активность метаболитов корневых систем гороха (12,5-17,8 УКЕ), озимой пшеницы (13,0-16,0 УШ, ячменя (11,4-17,4 УКЕ), кукурузы (14,3-18,6 УКЕ), эспарцета (40 УКЕ). При этом, увлажнение почвы раствором Клопа с корневыми выделениями культурных растений приводило к повышению токсичности водной вытяжки из почвы, что, возможно, связано с процессами обменной адсорбции колинов в почвенной среде. Следовательно , выделительная деятельность растений в принципе может быть фактором изменения биохимической активности почвенного раствора.

Отрицательные аллелопатические эффекты в почвенной среде связаны с фитотокскческиш свойствами биомассы, поступающей в почэу после уборки культур. Установлено, что фитотоксическими свойствами на определенных стадиях разложения обладает остатки практически всех культур. 3 процессе минерализации биомасса

бобовых растений, имеющая спз собность подвергаться деструкции более быстрыми темпами, обла- . дает фитотоксичкостыа непродолжительный период, тогца как остатки злаков долгое время сохраняют высоку-о фи-тотоксичность (рис.2). Видимо, с этим связано повышение токсичности почвы под влиянием внесенных в нее злаковых растений и компостирования затем в продолжении трех месяцев, тогда как в вариантах с горохом не отмечалось заметного ингибируодего эффекта.

paj/orrt-

30 65 105 155 195 лось дней

Рис.2 Изменение активности водорастворимых колинов в процессе разложения остатков различных культур:—гороха, —- - ячменя, — озимой пшеницы

Так как в условиях бессменного возделывания создаются условия для более медленного протекания процессов деструкции фито-массы, то фитотоксические свойства остатков растений, особенно злаковых, могут ¡меть большее значение в ухудшении свойств почвенной среда в результате почвоутомления.

Фактором усиления аллелопатических эффектов при почвоутомлении может быть однокачественность поступающей в почву органики: в проведенных исследованиях смесь различных по составу остатков придавала почве меныпуч фитотоксичность по сравнение с остатками одной культуры; фитотоксические свойства этих смесей были тем менее выраяены, чем более разнокачественными являлись ее компоненты.

Ингибируоцее действие почвенной среды, утомленной бессменными злаковыми агрэфитоценозами, сопровождается наблюдающимся в процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания повышением (по сравнению с севооборотным .вариантом) содержания в почве свободных фенолов,(таб.2), которые, видимо,имент опре-

2.Изменение соцержаняя свободных фенолов в черноземе типичном под озимой пшеницей в процессе девятилетнего бессменное возделывания и в севообороте^кг/ЮО г почвы

Зпособ возделывание

бессменна р севообороте

Года возделывани*

первый : третий : пятый : олдьмил : цев^гып

ООО

345

ЦО

4Ц 266

513

•ILO ^ « 1

деленное аллелопатическое значение.•

Ь процессе исследований установлен факт повышенно токсичности почвы при бессменном паровании. Так, в стационарном опыте ЬКШЗиЗЛЭ почва бессменного чистого пара обуславливала снижение всхожести семян, уменьшение высоты проростков и длины корней тест-расгений по сравнения с вариантом, где пар являете? полем севооборота. Ранее было отмечено повышение содержания, водорастворимых колинов в черноземе выщелоченном при бессменном содержании его в пару (В.А.Трунова, В.Т.Лобков, 1977).

. Таким образом, отсутствие в почве нотифицированного органического вещества обуславливает примерно то же биохимическое состояние почвенной среды и тот ие эколого-микробиологический результат, что и его значительное количество, которое наблюдается б почве зерновых монокультур. Исходя из этого, можно предположить, что причиной депрессивных явлений при почвоутомлении является неоптимальность поступающей в почву агроценоээв фитомассы, которая выражается у злаков в слишком низком качестве биомассы как энергетического материала для микроорганизмов, а у бобовых и сахарной свеклы высокая ценность органического вещества приводит к дефициту негумифицированной органики в почве при бессменном возделывании этих культур. Как в одном, так и в другом случаях почвенная среда, как экологически активный элемент, реагирует на это снижением биологической активности и повышением токсичности.

Фактором, в значительной море определяющим свойства почвы под бессменными агрофитоценозами ингибировать рост и развитие растений, является наличие в ней фитотоксичной.микрофлоры. В исследованиях, проведенных нами на стационарном опыте кафедры земледелия Воронежского государственного аграрного университета, наблюдалось увеличение доли фитотоксичных форм'микроорганизмов, определяемых экспресс-методом по признаку фитотоксической активности с использованием в качестве тест-организма микроскопической водоросли Chlorella vulgaris (А.В.Боровков-и др., 1982), в микробных ассоциациях почвы, утомленной бессменным воздействием полевых агрофитоценозов. Повышение содержания фитотоксичных микроорганизмов в почве наблюдалось также при чередовании злаковых культур с растениями из этого же семейства, а также при высоком насыщении ими севооборотов (таб.3) I

Анализ биохимической активности бактериальной микрофлоры почвы, подвегшейся в течение разного времени воздействие бессменного озимоггоеничного агрофитоценоза и плодосменного севооборота

3. Доля фитотоксичных форм бактерий (на ИДА) и грибов (на среде Чапека; в общей количестве учтенных микроорганизмов этих групп в черноземе выщелоченном при различных способах возделывания культур, в слое 0-30 см, %

' Способы возделывания

¡под оэи- : под яч- :поа сахарной тле- ; ме'нем :ноЙ свек-:ницей : :лой

бессменно

в чередованиях:

ячмень-озимая пшеница горох-озимая пшеница черный пар-оз!шая пшеница ячмень-сахарная свекла

бобоеые-ознмая пшеница-яровая пшеница-ячмень

черный'пар-озимая пшеница-сахарная свекла-ячмень

бобовые-озимая ппеница--сахарная свекла-ячмень

' Примечания: в числителе - грибы, в знаменателе - бактерии;

под озимой пшеницей - среднее из четырех, под ячменем - из-трех, под сахарной свеклой - из двух определений ежегодно; в среднем за 3 года ■

на стационарном опыте ВНИИЗиЗПЭ показал, что в утомлённой почве уменьшается соотношение бактерий-активаторов и бактерий-ингибиторов по сравнение с севооборотом, особенно при большой продолжительности бессменного возделывания (таб.4)

4. Изменение соотношения численности бактерий-ингибиторов и бактерий-активаторов в почве под озимой пшеницей в процессе ее бессменного возделывания и в севообороте

46/16 45/12 38/11

40/16 28/5 23/5 42/9 30/6 31/8

29/8 42/10 -

26/4 28/4 -

25/4 ' 25/4 36/5

Годы возделывания

Бессменное возделывание

Севооборот

:количество ко-:лоний на чашке

.•актива-: ингиби-:торов '.торов

¡количество ко-: отношение;лоний на чшике:

:актиаа-:ингиош-:торов ¡торов :

от-ноше-ние

первый

пятый

девятый

26 II 9

28 32 37

0.9 0 3 0,2

23 26 26

18 29 28

1,2 0 9

0 9

При этом, в составе фитотоксичнэй бактериальной микрофлоры получачт несколько большее распространение фермы с более высокой фитотоксической активностью.

Проявление отрицательных' аллзлолатических эффектов (токсичность почвы, распространение фитотоксичных микроорганизмов, содержание водорастворимых колинов и др.) в различных чередованиях культур значительно ослаблялось под влиянием чистого пара и г<з-

роха. Их наличие в севооборотах являлось действенным фактором оздоровления почвенной среды и поддержания более благоприятного биохимического состояния почвенного раствора.

Г у м у с н о е с о с т о я н е утомленной! почвы и элементы б и о о н е р г в т и ч е с к о г 6 баланса в агроценоза* в связи с почвоутомлением. На основании наших исследований нельзя сделать выводов о существенном изменении показателей минерализа- ■ ции гумуса под влиянием способа возделывания культур. Пропашные культуры и бессменный чистый пар теряли гумуса больше, чей севообороты, бессменные зерновые культуры - меньше, но в среднем набор данных культур в бессменных посевах обуславливал примерно те же потери гумусового фонда чернозема типичного, что и севооборот с таким «е набором культур. Дополнительная проверка данного предположения на основе опубликованных 60-летних данных стационарного опыта ТСХА (Б.А.Доспехов, 1972) также убеадает, что действие данной культуры на баланс гумуса в почве мало зависит от способа се возделывания.

Это хорошо увязывается с ранее изложенными данными о снивд-рии общего уровня почвашю-биологических процессов в утомленной . почве: уменьшение количества поступающей в почву органики в этих случаях, очевидно,''компенсируется более медленными темпами его минерализации и, как следствие этого, повышением коэффициентов гумификации. •,.-•'

Вместе с тем, утомленная почва отличается стабильно более высоким, после трех лет монокультуры, содержанием в почве подвижной части гумусового фонда,, извлекаемой путем обработки недекаль-цированных образцов 0,1Н раствором $а0Н, В опыте ВНИИЗиЗПЭ на вариантах с бессменной озимой гогекицей содержание легкогидроли-зуемого гумуса в разные годы составляло под бессменными посевами различных культур 8,2-10,2 % от общего гумуса, тогда как в севообороте под этими же культурами данный показатель варьировал от 7,7 до 8,9^. Указанное увеличение в большей степени осуществлялось за счет повышения содержания подвижных фульвокислот: в приведенном призере эта группа гумусовых веществ под бессменными посевами составляла 4,5-7,6% от общего гумуса, а в севооборотных вариантах - 3,6-5,К.

Ка основании фактических данных по изменения содержания гумуса и расчетных данных по поступление в почву фитомассы после уборки различных культур проведено определение изменения энергопотенциала почвы по методике ВНИИЗиЗПЭ (З.М.Володин и др.,

1969) в бессменных и севооборотном вариантах, которое показало большие изменения показателей энергопотенциала почвы в плодосменном севообороте по сравнении с вариантом использования почвы под бессменные агрофктоценози (таб.5)

5. Изменение энергопотенциала чернозема типичного под бессменными посевами и в плодосменном севообороте за ротационный период (ГДк/га)

• Е + •

Варианты ' . пот ост. •

: т^корн.ост. ! тл.г.

/1Е

Бессменные посевы: озимая пшеница • 1961 170' 17оо ячмень ■ 1659 290 1569 сахарная свекла 195 608 -413 многолетние травы (клевер) 4696 682 4014 . В среднем по всем бессменным культурам 2178 439 1739 В плодосменной севообороте 2648- 664 1984

' Учитывая отмеченное выше уменьпение биологических показателей трансформации веществ при почвоутомлении мотао заключить, что при изучаемом явлении функционирование агрозкосистем осуществляется при более низком уровне.энерго- и ыассообмена.

■И з и е н е н и о ф и з и к о - х и м и ч е с к и х свойств черноземов в связн о почвоутомлением. Деградация черноземов выливается в проблему национального масштаба. Деградациоиные процессы во многом связаны с изменением почвенно-поглощающего комплекса.

На стационарном опыта по моделированию систем земледелия ВНИИЗиЗПЭ нами получены данные о той, что почвоутомление является фактором ускорения ухудшения поглотительных свойств черноземов под действием антропогенных факторов. Так, в процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания озимой пшеницы, ячменя, чистого пара, до семи лет болев быстрыми темпами, по сравнения с севооборотами, происходило повыгаениа pH солевой вытятеи, гидролитической кислотности и обеднение ПИК чернозема типичного обменными основаниями.

Действие бессменных агрофитоценозов на показатели кислотности и суммы поглощенных оснований распространяется на метровый слой, при этом, некоторые изменения более выражены в подпахотных горизонтах,почвы.

Взаимосвязи между изменениями некоторых показателей состояния почвенной среды и снижением уровня

эффект и оного плодородия почвы. Опрэде-деление коэффициентов корреляции показало достаточно высокую степень положительной связи при 5%-ом уровне значимости ме*ду величиной снижения урожайности при бессменном возделывании и такими показателями как содержание свободных фенолов (г -0,90), количество водорастворимых колинов (г =0,93), долей бактерий-ингибиторов (г =0,93) в почве и ее кислотностью ( г =0,86-0,69).

В то же время не установлено связи мезду уровнем снижения эффективного плодородия при почвоутомлении и величиной суммы обменных оснований, а такие с содержанием в почве Р^О^ и К^О.

Ранее нами была показана связь ме-еду уровнем токсичности почвы и содержанием в не!1 фитотоксичдах бактерий и грибов, а Также тесная зависимость общего уровня токсичности почвы и величины"! снижения урожайности при бессменном возделывании (В.Т.Лобков, 1984).

' Диагностика почвоутомления долтла проводиться по комплексу показателей, наиболее важными среди которых являются токсичность почвы (по изменения энергии прорастания и всхожести семян тэст-растений, а такте фотометрические показатели 7-9 дневных растений на почвенных пластинах в первой половине вегетации) и содержание фитотоксичшх микроорганизмов в микробоценозах почвы.

РЕАКЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ КУЛЬГУР НА П0ЧВ0Я0ШШШ

Почвоутомление б своем проявлении имеет двойственный характер. С одной стороны око монет рассматриваться как явление снижения общего уровня эффективного плодородия почвы, в результате которого практически любая культура при произрастании на утомлен--ной почве испытывает определенное угнетение роста и развития. Так, при посеве ячменя на свеклоутомленной почве урожай этой культуры оказался гораздо нике, чем в вариантах, где эта культура воэдо-лывалась по севооборотной свекле; горох по монокультуре озимой пшеницы имел более низкую продуктивность, чем по пшенице, возделываемой в севооборотах.

Вместе с тем наблюдается и определенная специфичность проявления почвоутомления в отношении роста и развития растений разных видов. Так, масса растений ячменя, выращенных в,условиях вегетационного опыта на почве из-под бессменного ячменя, оказалась самой низкой по сравнению с другими вариантами бессменности. Самая низкая продуктивность растений гороха в этом ке опыте наблюдалась при выращивании на почве из-под бессменного гороха (таб.6)

6. Масса 40-даевных растений ячменя и гороха на почве из-под бессменных посевов различных культур и с бессменного чистого пара, г/сосуд, среднее за три года

Вариант бессменности

'Лаоса растений ячменя

Масса растений гороха

сырая

сухая.

сырая : сухая

горох

озимая пшеница сахарная спекла ячмень чистый пар

•НСР.

05

14,72 2,57 19,48 2,24

13,48 2,50 22,85 2 43

•12,38 2,29 19,90 2 32

9 09 1,58 22,09 2,50

Г6,60 2,86 27.05 г!92

0,64-1,20 0,13-0,17 0,78-6,97 0,11-0,13

На почве с бессменного чистого пара тест-растения хорово развивались (особенно ячмень), однако абсолютно сухая масса 40-днезньи растений ячменя здесь оказалась меньшей, чем при выращивании на почве, взятой с севооборотного чистого пара (2,86 г/сосуд против 3,25 г/сосуд).

Указанные различил не были связаны с содержанием з почве минеральных форм азота, фосфора и калия. Видимо, полученные результаты объясняются специфическим характером проявления почвоутомления, при котором наиболызий токсический аффект проявляет- • ся тогда, когда данное растение является и донором, и акцептором физиологически активных веществ, .поступающих в почвенную среду.

Определенный научный я практический интерес представляй'? вопрос о том, как происходит снижение урожая возделываемых культур в процессе нарастания депрессивных явлений при почвоутомле-

нии во времени.

Данные по динамике урожаев бессменных посевов в процентном отношении к севообороту, получении е на стационар-гак опытах ЦЧЗ, покаэы-заят (рис.3), что в течение 3-6 лет бессменного возделывания происходит более или менее постепенное снижение

Обозначения:Х-оз.пиени- I ца,^-сах.свекла,3-ячмень,I ч5ез удоб0ени!\: (Удобрения.:« '

продуктивностир затем она стабилизируется

,„„4561 6 з го а Лег&ессмеииосги Рис.3 Динамика снижения продуктивности бессменных посевов з- " к севообоооту (по данным Ш ЦЧЗ)- " -

(относительна, конечно) на более низком по сравнению с севооборотом уровне. Величина снижения зависит от биологических особенностей культур: у зерновых колосовых ока составляет 40-45?, у сахарной свеклы г 50-60Й, у гороха - 20-3(К

При применении минеральных удобрений время наступления периода устойчивой депрессии урожая наступает на 1-2 года лоз*е. Следовательно, минеральные удобрения позволяет лишь отодвинуть на- _ ступление устойчивого утомления черноземов, на не снимают проблемы совсем.

Итак, при почвоутомлении имеет место как общее снижение плодородия цочвы, так и специфическое ухудшение свойств почвы в отношении роста и развития растений тех видов, бессменным возделы-ранием которых оно обусловлено. В процессе формирования почвоутом"-дания при длительной монокультуре можно выделить две стадии: уменьшения продуктивности до какого-то уровня по сравнению с севооборотом и длительное функционирование вгрофитоцекоза при этом уровне.

ПОЧВОУТОМЛЕНИЕ В СЕВООБОРОТАХ РАЗЛИЧНОГО ПОСТРОЕНИЯ

Явление почвоутомления ыожет иметь место не только при бессменном возделывавши, но и при некоторых чередованиях культур.

' К подобного рода Случаям относится презде всего снижение продуктивности при повторных посевах сельскохозяйственных культур и в севооборотах с высоким насыщением одной культурой или культурами одной биологической группы, которое имеет те же причини, что И при бессменном возделывании-.

Так, при йасщении.^севооборотов сахарной свеклой возрастает токсичность почвы, содержание в ней фитотоксичных микроорганизмов (таб. 7)

. -7. Некоторые показатели состояния почвенной среды при различном насыщении севооборотов сахарной свеклой, среднее за 3 года

Показатели

% сахарной свеклы

■ 25 : 50 : 100

100 87 80

100 96 №

. 29 46 41

31 31 36

5 6 И

283 143 73

Токсичность почвы: всхожесть семян, % к контролю высота проростков, % к контролю УКЕ в водной вытяжке

Содержание фитотоксичных форм, % грибов (на среде Чапека) бактерий (на LitlA) Урокай, ц/га

Зерновые культуры меньше реагирует на насыщение ими Севооборотов. Однако и здесь при достижении доли культур этой группы 7СУ? и более наблюдается определенные депрессионныё изменения как в почвенной среде, так и на росте и развитии растений» В наших , исследованиях на опыте кафедры земледелия Воронежского агроуни-верситета увеличение доли фитотоксичных форм в микробоценоэах почвы и ее повквгенная токсичность наблюдались, в севообороте с 75'£~ым насыщением зерновыми колосовыми культурами. Здесь всхожесть семян тест-культуры, вксота проростков на.пластинах почеы не намного-отличались от соответствующих показателей на варианте с бессменными зерновьши колосовыми культурами.

Разница з уровне почвенной токсичности меяду бессменными « севооборотами культурами более заметно проявляется а начале вегетации, с середины вегетационного периода она становится менее значительной/ а иногда может и но обнаруживаться. Это, видимо, связано с тем обстоятельством, что существует в основном два пути повыигния токсичности почвы, действием и взаимодействием которых формируется почвоутомление; Один из них связан с действием на почву вегетирующего растения и" осуществляется за счет поступления в почвенную среду прижизненных выделений вые-них растений и микроорганизмов. С фитотоксичностыо этой природа, очевидно, и приходится сталкиваться зо второй половине вегета- • ционного периода при возделывания культур в севооборотах» £.к. здесь метаболиты продуцируется в больших по сравнен® с монокультурой количествах более развитыми растениями и более многочисленной микрофлорой почвы. Эта токсичность очень динамична, т.к. продукт» жизнедеятельности быстро используются микрофлорой, которая в почве севооборотов более многочисленна и разнообразна.

В почве же бессменных агроценозов-присутствуют факторы поддержания более постоянного уровня токсичности: полуразложившееся '. органическое вещество - потенциальный источник фитотоксичееких веществ или дефицит органического, вещества, приводящий к сничетга' темпов разложения коляноз. Поступление т физиологически актив- . них веществ, являющихся продуктами нормального ''метаболйзмй высших растений и почвенных микроорганизмов, ЗДес'ъ Жнее з'начйГеаъ-но, хотя же качественный состав может НоЖЖИМШка сказываться на уровне фитотоксичносги почвы.

Вследствие всего этого форййр&'гйяае урожая гфй .тзрмтает культур в севооборотах находятся ъ яаибоггае благоприятных .-.условиях в первые, наиболее отвегатаенше фага развития растений.

Отрицательные факторы, связанные с односторонним действием растений, являющихся доминаручщиш в агрофитоцэнозе, могут достигать уровня соответствующих показателей у утомленной длительной монокультурой почвы только к окончанию вегетации, когда их роль в определении продуктивности возделываемой культуры ухе не может быть существенной.

С определением севооборотов с наиболее благоприятным действием на почвенную среду связало решение вопроса об усилении роли неумно обоснованного чередования культур как основного биологического фактора в земледелии.

■ В результате исследований на многофакторном полевом опыте ВНИИЗиЗПЭ установлено, что из изучаемых севооборотов (плодосменный, парозернопропашной, зернотравяной) по общему количеству микроорганизмов наиболее ценных в агрономическом отношении групп, как правило, превосходил другие варианты плодосменный севооборот. При этом, все группы изучаемых микроорганизмов под его культурах™ были представлены более равномерно. Этот ке севооборот имел в среднем ц более умеренную аллелопатическуо ситуацию в почвенной среде.

Если принять во внимание все это, то станет ясным, что наиболее приемлемый в плане действия на почвенно-биологические процессы является плодосменный севооборот, что, очевидно, связало с большей разнокачественность» чередующихся в нем агрофи-тоценозов. Неоднократно показывалось и преимущество плодосменных севооборотов в ЦЧЗ по экономическим показателям (М.И.Сидоров, Н.И.Зеэвдсов, 1994).

Таким образом, при разработке систем земледелия«очень важным представляется учет почвенно-биологического фактора, максимальное использование которого предполагает чередование культур з севооборотах по принципам.плодосмена. Эти севообороты является основой для интенсификации биологических факторов в системах земледелия.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ ОТРЩАТЕЛЬ-КОГО ДЕЙСТВИЯ ПОЧВОУТОМЛЕНИЯ

Из результатов исследований следует, что самым наде'чным средством предотвращения почвоутомления остается научно обоснованное чередование культур в севооборотах. Больная разнэка-чественносгь культурных растений при этом, правильная смена аг-рофитэценсзов во времени создают условия длр более полного не-

пользования продуктивного потенциала возделываемы* культур»

Другие элементы систем земледелия эффективны только на фоне правилышх севооборотов.

, Применение минеральных удобрений в бессменных посевах на стационарном опыте ВГАУ не снижало уровня почвенной фитотоксичнос-ти и содержания фитотоксичных форм микроорганизмов до соответствующих величии в плодосменном и парозернопропипном севооборотах.

Использование средств гацнты растений от вредителей, болезней и сорняков, по данным отечественных'и зарубежных, исследователей, такяе не снимает проблемы снижения продуктивности культурных растений при бессменном возделывании, что также понятно, т.к. фито-санитарные причины чаще всего яЬляются не причиной ; s a i:

следствием ухудшения свойств почвенной среды при почвоутомлении.

Вместе с тем, следует отметить, что при применении минеральных удобрений и средств защиты растений появляется возможность отодвинуть наступление периода с устойчивым снижением продуктивности, в результате чего представляется обоснованным и применение повторных посевов некоторых культур в условиях интенсивного земледелия. ■ '

Из способов основной обработки почеы заметнуо эффективность в снижении отрицательного действия почвоутомления проявляет отвальная обработка. Так, на блоке бессменных посевов многофакторного полевого опыта по моделирование систем земледелия ВНШЗиЗПЭ на фоне отвальной обработки депрессия урожайности была меньше, чем при безотвальном рыхлении .у:, сахарной свеклы - на 10-13%, у озимой пшеницы - на 7-8%, у ячменя - на 9-1Связано зто: видимо, с тем, что отвальный способ основной обработки обеспе-• чиваст наиболее активное протекание почвенных микробиологических процессов (А.П.Щербаков и др.,1993).

Следовательно, использование почвозащитных технологий возделывания культур, основанных на■применении в качестве основного . способа обработки безотвального рыхления, должно осуществляться на фоне севооборотов с оптимальным чередованием культур. Среди факторов, обуславливающих снижение продуктивности культур при возделывании их в севооборотах с высоким насыщением и бессменно, мс*ет иметь место снижение всхожести семян при безотвальной обработке (Дифференцированная система основной обработки почвы... Курск, 19Ь8), которое мояет значительно усиливать ингибиружцэе влияние почвоутомления.

Результаты исследований позволят1 сделать выводы о том,

что действие почвоутомления может быть устранено или существенно снижено только при условии активизации биологических процессов в почвенной среде. Эти вывода основываются на результатах микрополевого опыта на бессменных посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы, проведенных на стационаре Воронежского агроуниверситета.

В этом опыте . бессменное возделывание данных культур было прервано на один вегетационный период посевом других культур (гороха и ячменя) и чисты}/, паром. С целью уточнения роли биомассы различных растений в изменении свойств утомленной почвы в схему были включены варианты, в которых парование сочеталось с внесе-, нием в почву остатков ячменя и гороха. Об эффективности всех указанных выше приемов судили по изменению показателей состояния почвенной среды после уборки прерывающих бессменность культур, а также по изменению продуктивности агрофитоценозов после возобновления бессменного возделывания.

Все воздействия на почву во время прерывания бессменности сахарной свеклы оказали положительное влияние на ее свойства. Более разнообразным (по частоте встречаемости) стали родовой состав бактериальной и грибной микрофлоры и видовой состав спорооб-разующих бактерий. Наблюдалось снижение доли фитогоксичных форм в общем количестве микроорганизмов этих групп и фитотоксичности почвы. Так, после уборки культур, прерывающих бессменность, высота проростков сахарной свеклы на пластинах, почвы с вариантов, где парование сочеталось с внесением а почву растительных остатков, оказалась на 20-25% больше, чем на контроле (бессменная сахарная свекла), а в начале вегетации этой культуры после возобновления бессменного возделывания этот показатель в вариантах с перерывом монокультуры посевом ячменя, гороха и чистым паром превышал контрольный на 15-20%, а'в остальных вариантах - на 6-13%. Не смотря на некоторое выравнивание изучаемых показателей, связанное с возобновлением монокультуры, некоторые различия сохранились и на второй год после перерыва бессменности.

В результате изменялся и общий уровень эффективного плодородия почвы: в первый год после прерывания бессменности-урочай на вариантах опыта на 150-219^ превышал контроль, на второй год ота разница достигала 89?5, Особенно эффективным было парование.

В опыте на бессменной озимой пшенице перерыв бессменности пос>;.-.оь< лчменя существенно не отразился на уровне изучаемых показателе"- состояния почвенной среды. На остальных вариантах произошло увеличение количества сапрофитных микроорганизмов в 1,2-

-1,4 раза, что указывает не. активизацию процессов минерализации негуми'{ицированного органического вещества, имеющегося в ^ом-лепной псчве. Усиление микробиологической деятельности сопровождалось сн:«ением удельного песа фитотоксичных форм и токсичности почвы: высота проростков на почвенных пластинах после уборки культур, прерывающих бессменность, была выше контрольной на 24--57"$. После возобновления монокультуры восстановление почвоутомления шло более, быстрыми темпами, чем под сахарной свеклой: уче в начале функционирования озимопшеничного эгрофитоценоза, следующего после перерыва, различия мезду контрольным и изучаемыми вариантами были минимальными,, однако урожай пшеницы и на второй год после прерывания бессменного возделывания остался несколько более высоким на вариантах с перерывом бессменности. Более аффективным приемом тактсе было парование.

■ Изложенные вше результаты показали невозможность быстрого восстановления эффективного плодородия почвы, утомленной длительной монокультурой. Из этого родилось предположение, что почвоутомление, обусловленное менее продолжительным бессменным воздействием, можно устранить более легко, и факторы его снижения могут быть при этом более эффективными.

С целью проверки правильности этого предположения был осуществлен лабораторный опыт по определению влияния продол^итель-. о; ности бессменного возделывания на эффективность такого приема, оздоровления утомленной почвы, как айтоклавированне при I атм. Почва бралась из-под озимой пшеницы, возделываемой бессменно в течение разного времени и в севообороте многофакторного полевого опыта ВНИИЗиЗПЭ. Полученные данные свидетельствуют о том, что эффективность данного приема была заметно выше, когда продолжительность бессменного воздействия агрофитоценоза была меньшей.

Это говорит о том, что почву, подвергшуюся более длительному одностороннему воздействию бессменным возделыванием культурных растений, труднее привести а нормальное состояние.

Таким образом, в снижении почвоутомления важнейшая роль принадлежит приемам активизации почвенно-бнологических процессов путем введения пара, особенно при возделнвании зерновых «ояосс** вых культур, прерывания бессменности посевом других по биологии культурных растений (особенно бобовых), улучиения состава не-' гумкфицированного органического вещества почвы путем внесения в нее остатков бобовых культур и других легко разлагающихся-■ф^нич^ских псзутгв а сочетании с перерыве» бессменного воэае-

лывания.

Лри этом, важное значение имеет то обстоятельство, что негативные явления в почве могут иметь вначале характер тенденций и заметно проявиться только по истечение длительного периода. В приведенных выше опытах положительное влияние изучаемых факторов на почвенные процессы было очень сильным, однако состояние почвенной среда р урожай культур после прерывания бессменности были все-таки хуже0 чем в плодосменном севообороте. Нельзя не чередуя культуры в течение ряда лет (или чередуя кое-как) затем быстро, за один вегетационный период устранить все накопившиеся отрицательные явления в почве. Этих негативных изменений легче избежать, чем устранить потом.

В специализированных севооборотах в максимальной степени должны быть использованы все факторы активизации почвенных биологических процессов, в результате чего ликвидируются изменения в почвенной среде, обуславливающие почвоутомление. Для этого я та. к юс севооборотах должны быть посевы, а то и целые поля, первоочередным назначением которых является не получение продукции, а создание.условий для проведения мероприятий по оздоровлению почвенной среда.

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСЯЕШ ПОЧВОУТОМЛЕНИЯ (Общее заключение)

Общей причиной быстрых темпов и сильной выраженности почвоутомления в агроценозах .является особый характер взаимоотношений между почвенной средой а культурными растенняш. В естественных фитоценозах эти отношения сложились в процессе эволюции, вследствие этого они отлажены, урегулировали, относительно устойчивы. Энергия и вещества, образующиеся при фотосинтезе, последовательно перераспределяйся и потребляются компонентами биоценоза, чему способствует то, что естественные растительные сообщества многовидовые. Почвоутомление монет шеть здесь место только как фактор сукцессии,

В агроценозах отношения кезду растениями и почвенной средой носят другой характер. Культурные растения, являющиеся здесь доминирующий элементом, являются результатом селекционной работы. Посек; одно, pese двух-трехкомпонецтные, как правило, из однолетних растений. Действие на почву осуществляется не только через

их биология, но 1} агротехнику. Значительная часть фитомассы агро-фитоценоэов отчуждается с урожаем. В связи с эти?.! в агроцопойах нет гармонии, характерной для отношений мзвду растениями "й почвенной средой в естественных условиях. Нет здесь и постоянного увеличения плодородия почвы, а более характерен другой процесс-использование плодородия» созданного В' результате предшествующего естественного почвообразовательного периода.

Особенно сильное нарупеаие ез&шюоткогаеиий происходит при ' бессменном возделывании или чередовании однородных по биологи'!! культур, которое выражается в зидз явления почвоутомления.

При определенном чередовании .агрофитоценозоо действие культурных растений на почву становится более разносторонним» процессы обмена веществ и энергии более урепулировамьш?. По :.*кению М.И.Сидорова (1986) севооборот а этом плана сходен с естественным растительным сообществом, только его действие растянуто во' времени. , .

Из иоло-геггного выше следуют следующие экологические аспекты явления почвоутомления. •

Первый. Почвоутомление является тем экологическим механизмом, с помощью которого система "почва-растение"4 обладающая и а условиях агроцевоэа определенным«■ возможностями саморегуляции, пытается освободиться от одностороннего воздействия,на почвенную среду со стороны сообщества культурных растений'} создавая услоэия для его естественной смены. Поэтому з монокультуре получает б'оль-иез развитие сорная' растительность, являющаяся. одной из стадий возможной сукцессии, причем почвоутошюнио шеет иного сходного с'теми механизмами, через. которые осуществляются сукцэсспи в ос-» тестэеншх условиях (аляелопатичесхио эффекта, ¡шгибйровщше процессов минерализации органических ' веществ и яр.). Определенные чередования культурных растений является зширичёски найденным . способом использования этого механизма для продолжительного беспрерывного использования пааки под возделызшшо культурных растений, хотя оно и в условиях севооборотов, очевидно, не может быть бесконечным.

Второй. Почвоутомление является экологически?.! кризисом, наступающим в результате дисгармонии в отношении растений й почвенной среды в агроценозах. Элементы экологической разбалакглро-занности ¡шеются и при возделывании культур в севооборотах, однако здесь проявление этой несбалансированности находится ниже опрзде-ленного критического состояния, в- результате чего удается удержи-

вать на определенном уровне продуктивность культур в течение продолжительного периода. Показателями нарушения экологического баланса при бессменном возделывании культур являются неблагоприятные изменения в почвенных микробоценозах и направленности почвенно-микробиологических процессов, несбалансированный характер образования к редукции почвенных колинов, ускорение деградациошшгх изменений почвы и пр.

За счет применения дополнительных ресурсов и энергии можно осущестолять зозделываше культур (но не очень эффективно) и без чередования. Эти ресурсы затрачиваются на создание в почве такого уровня содержания питательных веществ, при котором культурные растения будут использовать их да».е при наличии причин, затрудняющих делать.это, а таете для компенсации ускорения деградационных изменений в почвенной среде и подавления вредоносных объектов. Таким образом, дополнительные затраты в условиях почвоутомления используются для. достижения таких результатов, которые могут быть обеспечены в условиях правильной смены агрофитоценозов (севооборотов) .без привлечения дополнительных ресурсов.

Утомленная почее требует определенных условий для восстановления эффективного плодородия, главное из которых - перерыв бессменности. Во время этого перерыва должны быть максимально интенсифицированы агрономически ценшэ микробиологические процессы, которые обеспечизают устранение или ослабление действия почвоутомления. Факторами их активизации могут быть посев культур-почвоулуч-шатедей, внесение в почву микробиологически активных органически соединений, а гакэде парование.

вывода

I. Явление почвоутомления есть результат нарушения экологического равновесия в агробиоценозах вследствие одностороннего воздействия на почвенную среду со стороны сообщества культурных растений. Оно приводит к ухудшения условий использования растениями земных факторов жизни, даже если они имеются, создает условия для ухудшения фитосанитарного состояния почвы и посевов. Следствием всего этого является перевод системы "почва-растение" на более низкий уровень обмена веществ и энергии и создание условий для смены данного агрофитоценоза другим растительным сообществом.

с. Определяющую роль в возникновении почвоутомления играют почвенно-биологичэские факторы. Утомление черноземных почв ЦЧЛ приводит к перегруппировке основных групп почвенных микроорганнз-

нов б направлении повышения удельного веса агрономически менее ценной', а то и отрицательной микрофлоры, что выражается в уменьшении соотношения численности бактериальной и грибной флоры» отношения количества микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота,к числу микробов, использующих азот органических соединений, увеличении доли фитотоксичтк форм а общем количестве микроорганизмов, уменьшением доли бактерий-активаторов,

3. Следствием уменьшения интенсивности круговорота веществ и энергии при почвоутомлении является снижение интегрирующих показателей почвепно-биологнческих процессов и биохимической активности черноземных почв.

4. Варсней'луо роль в формировании отрицательных свойств почвенной среды играет аллелопатичесниМ фактор, проявляющиеся э по-вывении токсичности почвы. Определенную роль в этом может играть изменение биохимической активности почвенного раствора под влиянием продуктов корневого экзоосмоса. Особое значение имеют фито-токсичная микрофлора и фитотоксические свойства послеуборочных остатков.

5. Проявление фитотоксическпх свойств послеуборочных остатков находится в связи с глубиной их разложения. Остатки бобовых культур, з частности, обладает высокой фитотоксичностью непродолжительный период, в начальные периода минерализации; фитомасса злаковых растений долгое время сохраняет высокую фитотоксичность. Смесь остатков различных культур обладает меньшими фитотоксичес-кими свойствами, чем биомасса растений з чистом виде.

Вследствие снижения тейпов минерализации растительных остатков при бессменном возделывании культурных растений, особенно злаковых, а такие однокачаственности ежегодно поступающей'в почву фитомасси может происходить усиление отрицательных оллелопа-тических эффектов, связанное с постоянным нахождением в почзе квалифицированной органики, находящейся на начальных этапах разложения, когда она более токсична.

6. В процессе увеличения продолжительности бессменного возделывания культур, особенно злаковых, в почее посыпается содержание водорастворимых фенолов,

7С Почвоутомление сопровождается определенными изменениями в процессах гидролиза и новообразования гумусовых веществ, которые выражаются в некотором увеличении насыщенности почвенной среды легкогидролизуемкми фракциями гумусового фонда. Это увеличение осуществляется большей частью за счет фульвокислот.

8„ В процессе почвоутомления происходит усиление деграда-цио^иш изменений, связенных с интенсивным использованием цоч-вевдого покрова. В частности, в утомленной почве более быстрыми, ро сравнению с севооборотами, темпами происходит повышение рН солевой еатяшж и гидролитической кислотности, уменьшение ве-ЛИ^шы сушы поглощеншх оснований,

5. Шиенеция свойств почвенной среды при почвоутомлении имеют сходный характер под различными по биологии и агротехнике культурам^'что „ видиш связано с неоптималькостью структуры ^грофагодекоэоэ и их биохимическим влиянием на почвенные процессы независимо от биологических особенностей составляло: растений, Основные показатели негативных изменений почвенной среды рри бессменное воэдаяызаши культур (содерканнз'фитотоксичных форм микроорганизмов5 токсичность почви0 содержание свободных фенолов, изменение показателей почвенно-поглощавщего комплекса к fф.) с^язаш тесной корреляционной зависимостью с уровнем сни- ; кевдя* &!фег.тиг5ного плодородия черноземов.

10, Почвоутомление имеет двойственный характер в сеоеы проявлении, С одкой стороны оно'Может рассматриваться как фактор екигяения общегр уровня еффективного плодородия почвы, в то «е время ©го отрицательное влияние резче проявляется на росте и развитии тех культурных растений, сообществом которых обусловлено это явление; другие вида проявляют при этом большую толе-рагшость.

• Ц. Различные культуры по-разному реагируют на почвоутомлег ние, что вырвж&ется в неодинаковых темпах уменьшения продуктивности в процессе осуществления длительной монокультуры и в неодинаковой величию бтого уменьшения. В первые 2-5 лет (в зависимости от вида культурных растений) происходит резкое снижение продуктивности, после чего наступает период относительно постоянной депрессии урожайности цо сравнению с севооборотом. Характерная особенность'при этом - меньшая устойчивость урожаев по сравнений с возделыванием культур в условиях чередования.

12, Применение минеральных удобрений повышает урожай и в условиях почвоутомления, но не является эффективным фактором сни-кения отрицательного действия этого явления.

13. Фактор почвоутомления имеет место и при чередовании сходных по биологии культур или при высоком насыщении севооборотов культурами одной биологической группы. При этом, в почвенной среде происходят изменения, сходные с монокультурой: повышается

почвенная фитотоксичность, в структуре микробоценоэов уменьшается численность агрономически ценных микроорганизмов, увеличива-. ется доля фитотоксичных форм, происходит снижение биологической . активности почвы.

14. Содержание утомленной почвы в чистом пару, кратковременная замена агрофитоценоза, обусловившего почвоутомление, другим по биологии растительным сообществом, внесение в утомленную почву во время прерывания бессменности легкоусвояемых микроорга- . низмами органических веществ и .другие мероприятия, направленные на'интенсификацию почвенных биологических процессов в сочетании с перерывом бессменного воздействия, способствует оздоровлению почвенной среды: повышается разнообразие почвенной микрофлоры, уменьшается удельный вес фитотоксичных микроорганизмов, снижается уровень почвенной фитотоксичкости.

Эффективность мероприятий по снижение действия почвоутомления непосредственно связана с продолжительностью бессменного возделывания.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. При разработке, освоении и корректировке систем земледелия в различных сельскохозяйственных предприятиях Центральночерноземной полосы необходимо исходить из необходимости максимального использования принципа плодосмена в системах севооборотов.

2. Предприятиям по производству растениеводческой продукции, которые из-за экономических, природных и других условий не мо- . гут иметь структуру посевных площадей, позволяхудуэ вводить севообороты в соответствии с классическими принципами, предусматривать создание необходимых возможностей для интенсификации почвенных биологических процессов, в результате которых снижается действие почвоутомления. Для этого необходимы площади чистого (сидерального) пара и бобовых культур, являющихся важными средствами оздоровления черноземных почв, подвергнувшихся одностороннему воздействие агрофитоценоэами.

3. При возделывании культур в севооборотах с высоким насыщением культурами одной биологической группы (одной культурой)

необходимо строгое выполнение всех остальных элементов современного агрокомллекса, важнейшим из которых является система обработки почвы. В условиях возможности повышения почвоутомления долины применяться те способы обработки, которые обеспечивает активизации почвенных биологических процессов. В противном случае возможно усиление отрицательных эффектов, связанных с почвоутомлением, из-за аллелопатического влияния фитомассы, низкой биологической активности почвенной среды и т.п.

4. Научно-исследовательским учреждениям при изучении чередования культур в севооборотах большее внимание уделять процессам, приводящим к возник« ;овению почвоутомления.

5. В лекционных курсах вузов при изучении научных основ чередования культур, плодородия почвы, вопросов взаимодействия растений и почвы, агрофитоценологии и др. шире использовать ре-' зультаты исследований по проблеме почвоутомления.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМ2 ДИССЕРТАЦИИ

1. Динамика колинов в почве под озимой пшеницей в зависимости от предшественников //Совершенствование севооборотов и обработки почвы в Центрально-Черноземной зоне: Сб.науч.тр./Воронеж.СХИ, -Вороне«, 1977 (в соавторстве)

2. Биологическая активность почвы под озимой пшеницей при различных способах возделывания //Повышение культуры земледелия и урожайности сельскохозяйственных культур в центральном Черноземье: Сб.науч.тр./Вороне*.СХЯ.-Воронеж, 1980 (в соавторстве).

3. Изменение токсичности свеклоутомленной почвы под влиянием

• различных культур и их послеуборочных остатков //Индустриальная технология возделывания сахарной свеклы в Центрально-Черноземной зоне: Сб.науч.тр./Воронеж.СХИ.-Вороне«, 1982

4. Токсичность почвы под сахарной свеклой в зависимости от предшественников // Там же Св соавторстве)

5. Влияние разложения послеуборочных остатков, предшественников на токсичность почвы под озимой птеницей //Севообороты интенсивного земледелия: Сб.науч.тр./Горьковский СХИ.-Горький, 1963 Св соавторстве)

6. Совершенствование севооборотов в зональных системах земледелия //Земледелие.-1983.-№ 12 (в соавторстве)

7. Изменение токсичности растительных остатков при их разложении //Эффективность севооборотов в повышении плодородия почв: Сб. науч.тр.-Каменная степь, 1984

8. Изменение микрофлоры почвы, утомленной бессменным возделыванием сельскохозяйственных культур, под влиянием других культур и их послеубооочных остатков //Совершенствование полевых севооборотов ЦЧЗ: Сб.науч.тр./Воронеж.СХИ.-Вороне*,1984 (в соавторстве)

9. Содержание фитотоксичннх форм микроорганизмов в почве,под озимой пшеницей в зависимости от предшественников //Там, яе

10. Токсичность выщелоченного чернозема пои различных способах возделывания культур в лесостепи ЦЧЗ, Автореф. дисс...канд. с-х наук.- Зоронея, 1984

11. Фитотокскчность растительных остатков //Научно-техн.бюл. от. 3(4б)-85.-Курск, 1985 ■

/ЬНЙИЗиЗПЭ. Вып.

12. (Чекоторыз итоги изучения влияния культур и способов их возделывания на токсичность почвы //Регулирование биологических процессов и плодородия черноземов при различных чередованиях культур: Сб.науч.тр./Воронеж.СХИ.-Воронеж, 1986 (в соавторстве)

13. Токсичность почвы при возделывании зерновых колосовых культур • в севооборотах ЦЧЗ /Дам те (в соавторстве)

14. -Методические указания по проектированию систем почвоэащйт>-ного земледелия для районов распространения водной и водно-ветровой эрозии почв Евоопейской территории страны. Утверждены КТС Госагропрома СССР 29.I0.I9Bo г.-¿¡.,1986 (коллектив авторов)

15. Севооборот и биологическая активность почвы (обзор литературы). Деп. во ВКЩТЭИагропром. ?Н "Земледелие".-1987т » 6

1в соавторстве)

16. Научные основы севооборотов в районах распространения водной эрозии //Агрономические основы специализации севооборотов:

. Со.науч.тр.-М.:Агропромиздат, 1987 (в соавторстве)

17. Микрофлора и токсичность почвы под ячменем при его бессменном возделывании и в севооборотах //Достижения науки - произ-водству:Тез. докл. научн.-практ.конф.-Курск, 1968

18. Аллелопатический фактор и плодородие //Земледелие.-1968.10

19. Дифференцированная система основной обработки почвы в районах водной и совместного действия водной и ветровой эрозии 1реко-мендации) -Курск, 1983 (коллектив авторов)

20. Методические рекомендации по разработке систем сезооборотов для степных и лесостепных районов Европейской территории СССР.' -Курск, 1989 (коллектив авторов)

21. Влияние различных способов возделывания культур на токсичность и биогенность почвы //Регулирование плодородия «ерно-земоэ з условиях лесостепи ЦЧЗ: Сб.науч.тр./Вороне«.СХИ.-Воронеж, 1У89 (в соавторстве)

22. Биохимическое влияние корневых выделений на рост и развитие . различных культур //Научно-техн.бш./ВШИЗиЗЯЭ. Вып.3-4 (62-63).- Курск, 1989

23. О роли биологических факторов в токсичности почвы под бессменными посевами полевых культур //Сельскохозяйственная биология. -1989.-"'° 5

24.•Биологиза^яп земледелия: основные направления //Земледелие.

25. Освоение севооборотов в колхозах и совхозах (методические рекомендации).-Курск, 1990 (коллектив авторов)

26. Методика математического моделирования структуры посевных площадей и севооборотов.-И.,1991 (коллектив авторов)

2?, Биологические процессы в утомленных почвах полевых агроцено-зов ЦЧЗ //Научные основы совершенствования севооборотов в современном земледелии: Сб. науч.тр./ШШИЗиЗЛЭ.-Курск, 1992 (в соавторстве)

28. Почвэнно-биологические аспекты усиления севооборота как биологического фактора в земледелии //Там яе

29. Повышение эффективности производства сахарной свеклы на основе щадящего механического и хш«1ического воздействия на почву.-Вороне«; Изд-во ВГ'У, 1992 (в соавторстве)

30. Повышение эффективности и устойчивости производства зерна.-Вороне«: Изд-во БГУ, 1992 (в соавторстве)

31. Агрономические проблемы бяологиэацт земледелия //Научное наследие В.В.Докучаева и современное земледелие/Материалы науч-

■ ной сессии Россельхозакедемии Сет.Таловая Воронежской обл., 23-26 июня 1992 г.) I часть.-М., 1992 (в соавторстве)

32. Ландшафтное земледелие. Часть I. Концепция формирования высокопродуктивных, экологически устойчивых агроландширтов и совершенствования систем земледелия на ландшафтной основе.-Курск, 1993 Св соавторстве)

33. Ландшафтное земледелие. Часть 2. Методические рекомендации по разработке ландшафтных систем земледелия в многоукладном сельском хозяйстве.-Курск, 1993 (в соавторстве)

34. Эффективность севооборотов и направления их совершенствования //Агроэкологические принципы земледелия: Сб.науч.тр.-М.:Колос, 1993 Св соавторстве)

35. Почвоутомление при выращивании полевых культур.-М.;Колос,

1994