Плодородие и ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений

Румянцева, Ирина Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Плодородие и ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Плодородие и ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений"

На правах рукописи

Румянцева Ирина Васильевна

ПЛОДОРОДИЕ И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ

Специальность: 03.02.13-почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

9 013 Ш

005010577

Воронеж-2012

005010577

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

Девятова Татьяна Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Щеглов Дмитрий Иванович

кандидат сельскохозяйственных наук Стекольников Константин Егорович

Ведущая организация: ГНУ Воронежский НИИСХ

им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «01» марта 2012 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 220.010.06 ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, ауд. 268.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I» и на электронном сайте ВАК referat_vak@mail.gov.ru.

Тел.: 8 (473)-253-88-27; E-mail: ecologia@agronomy.vsau.ru Факс: 8 (473)-253-81-39; 8 (473)-253-86-51

Автореферат разослан «24» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент О.М. Кольцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Вопросы оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах до сих пор остаются актуальными, поскол ь-ку внесение повышенных доз удобрений не всегда экологически и экономиче ски оправдано, кроме того слабо изучены процессы трансформации дерновоподзолистых почв под влиянием агрохимикатов (Аристархов А.Н, 2004, Минеев В.Г., 2006, Сычев В.Г. и др., 2008).

Разработка научно-обоснованных систем применения удобрений с использованием многофакторных схем и изучение их действия на баланс органического вещества, элементов минерального питания, биологическую активность, а также продуктивность культур являются первоосновой оптимизации почвенного плодородия в зоне дерново-подзолистых почв (Конова А.М. и др., 2011, Мерзлая Г.Е. и др., 2010, Мязин Н.Г. и др., 2011, Новоселов С.И., 2011, Шаповалов В.Ф. и др., 2008, Яковлев A.C. и др., 2011). На дерново-подзолистых почвах Смоленской области подобные исследования ранее не проводились.

Данная работа является составной частью научных тем кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета «Разработка теоретической и информационной основы исследования состояния биосистем» и лаборатории агрохимии органических удобрений Всероссийского научноисследовательского института агрохимии им. Д.Н. Прянишникова «Разработка рекомендаций по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия». Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-04-97504.

Цель исследований. Выявление тенденций изменений основных показателей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием длительного систематического применения различных доз и сочетаний минеральных и органических удобрений.

Задачи исследований.

1. Исследовать изменения агрохимических показателей плодородия дерновослабоподзолистой почвы опыта в пространственном и временном аспекте.

2. Изучить сопряженное влияние минеральных и органических удобрений на физико-химические свойства объекта исследования.

3. Определить интенсивность и направленность биохимических процессов в дерново-слабоподзолистой почве опыта в условиях применения различных доз и сочетаний вносимых удобрений.

4. Провести корреляционно-регрессионный анализ зависимости продуктивности культур севооборота от показателей плодородия почвы и доз вносимых удобрений.

Научная новизна работы. Впервые в условиях западной части Нечерноземной зоны РФ на базе многофакторного стационарного опыта получены экспериментальные данные по изменению агрохимических, физико-химических и биологических показателей плодородия дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием одностороннего и комплексного применения органических и минеральных удобрений. Проведена энергетическая оценка органического вещества дерновоподзолистой почвы. Исследована специфика биохимических процессов, происхо-

дящих в дерново-подзолистой длительно удобряемой почве. На основе изменения показателей плодородия во времени установлены и выражены в виде регрессионных уравнений особенности действия систем удобрений на агрохимические показатели и ферментативную активность дерново-слабоподзолистых почв Смоленской области, продуктивность агроценозов.

Практическая значимость работы. Установленные корреляционнорегрессионные зависимости показателей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы от доз и сочетаний минеральных удобрений и навоза могут быть использованы для разработки рекомендаций по регулированию уровня обеспеченности растений элементами питания и корректировки доз удобрений, способствующих воспроизводству плодородия почвы, повышению сбалансированности и экологической обоснованности систем удобрений в Нечерноземной зоне России. Установлены оптимальные дозы удобрений 81Нб,<;-9,9) под зерновые культуры на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах для повышения продуктивности пашни.

Полученные результаты использованы при разработке методики фотометрической диагностики азотного питания зерновых и других культур.

Материалы диссертации используются в курсах лекций по агрохимии и экологии в Воронежском государственном университете и в Воронежском государственном аграрном университете.

Защищаемые положения.

1. Агрохимические и физико-химические показатели плодородия дерновослабоподзолистой супесчаной почвы находятся в тесной зависимости с дозами и сочетаниями минеральных удобрений и навоза.

2. Интенсивность и направленность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации соединений углерода, азота и фосфора в дерновослабоподзолистой почве могут характеризоваться уровнем ее ферментативной активности и определяются особенностями применяемой системы удобрений.

3. Динамика продуктивности сельскохозяйственных культур в зависимости от доз и видов удобрений как основа ее прогнозирования и управления в условиях дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы.

Апробация диссертационной работы. Основные положения диссертации были доложены на IV международной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса. Будущее АПК» (г. Астрахань, 2010), на XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2010), на научно-практической конференции «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (г. Курск, 2010), на научных сессиях Воронежского государственного университета (г. Воронеж, 2009,2010,2011).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы. Основной материал изложен на 170 страницах машинописного текста и включает в себя 34 таблицы, 16 рисунков. Список литературы состоит из 360 работ (из них 42 работы зарубежных авторов).

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность научному руководителю - д.б.н., проф. Т.А. Девятовой за оказанную помощь и поддержку в выполнении исследований, подготовке и написании данной работы, научным сотрудникам ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова — д.с-х.н., проф. P.A. Афанасьеву, д.с-х.н., проф. Г.Е. Мерзлой за ценные советы и практическую помощь при проведении полевых работ, а также коллективу кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета за содействие.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Глава 1 Обзор литературы

В п. 1.1 «Ферментативная активность как биодиагностический показатель экологического состояния почвы» приводится подробный анализ научных данных, посвященных проблеме исследования: показана актуальность и целесообразность использования показателей биохимической активности почв в качестве индикаторов интенсивности воздействия и эффективности применяемых агротехнологий при решении прикладных задач почвоведения, связанных с плодородием почв (Безлер Н.В. и др., 2009, Девятова Т.А. и др., 2010, Сычев В.Г., 2003, Сюняев Х.Х., 2006, Терехова В. А., 2011, Хазиев Ф.Х., 2005, Щербаков А.П. и др., 2000).

В п. 1.2 «Влияние антропогенного воздействия на показатели плодородия, ферментативную активность почв и урожайность сельскохозяйственных культур» представлен обзор основных работ, посвященных вопросу воспроизводства плодородия почв, создания и под держания почвенных условий формирования урожая и качества сельскохозяйственной продукции на основе требований агроэкологи-ческого императива. Приводятся сведения о механизмах влияния различных систем применения удобрений и мелиорантов на агрохимические, физикохимические, биологические свойства и продуктивность агроэкосистем. Показана перспективность использования органо-минеральных систем удобрений в зоне дерново-подзолистых почв Нечерноземья (Афанасьев Р.А. и др., 2008, Беличенко М.В. и др., 2008, Гомонова Н.Ф и др., 2007, Кончиц В.А. и др., 2010, Минеев В.Г., 2004, Мязин Н.Г., 2009, Сычев В.Г. и др., 2004, Фомкина Т.П., 2007).

Глава 2 Почвенно-климатические условия, объекты и методика проведения почвенно-агрохимического полевого опыта

В п. 2.1 «Природные условия района исследований» описываются географическое положение, геологическое и геоморфологическое строение территории Смоленской области, гидрологические условия, климат, представлено состояние почвенного покрова, растительность и животный мир.

В п. 2.2 «История опытного поля ВИУА пос. Олына Смоленской области» и п. 2.3 «Морфогенетическая и химическая характеристика свойств дерновослабоподзолистой супесчаной почвы» приводится описание условий закладки полевого опыта, дана характеристика почвы опытного участка и методики проведения исследований. ^

Полевой опыт заложен в 1978 г. в западной части Нечерноземной зоны России (пос. Олыпа Смоленской области) сотрудниками Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова в соответствии с «Про-

граммой и методикой исследований в Географической сети опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии». При планировании опыта в основу была положена схема 1/27 (6*6*6*6), включающая различные дозы и сочетания азотных, фосфорных, калийных удобрений и навоза в шести градациях, составляющих в комплексе 48 вариантов. Общая площадь под опытом 10,5 га, посевная площадь опытной делянки - 112 (16*7) м2, учетная площадь - 48 (12*4) м2. Опытные поля заняты 7-польным севооборотом со следующим чередованием культур: однолетние травы (овес «Скакун» на зеленый корм), озимая рожь «Восход», ячмень «Гонор», многолетние травы 1-го и 2-го годов пользования, яровая пшеница «Мисс», овес «Скакун». Перед первой и второй ротацией севооборота было проведено известкование почвы по полной гидролитической кислотности.

Направленность изменения показателей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы опыта под влиянием различных систем применения удобрений изучали в наиболее контрастных вариантах (табл.1).

Таблица 1 - Схема проведения исследований

Номер варианта Минеральные удобрения, кг д.в./га Органические удобрения, т/га

nh4no3 Са(Н2Р04)2*Н20 КС1 Навоз КРС

1 0 0 0 0

2 27 27 27 3,3

3 54 54 54 6,6

4 81 81 81 9,9

5 108 108 108 13,2

6 135 135 135 16,5

7 81 0 0 0

8 0 81 0 0

9 0 0 81 0

10 81 81 81 0

И 0 0 0 81

Химический анализ почвенных образцов проводился в трехкратной повторности в лаборатории кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета. Содержание гумуса в образцах почвы определяли по методу Тюрина, щелочногидролизуемый азот - по методу Корнфилда, подвижный фосфор и обменный калий - в вытяжке Кирсанова, обменную реакцию почвенной среды - в 1,0 н КС1 вытяжке потенциометрически, гидролитическую кислотность - по Каппену, обменные основания - комплексонометрическим методом, гранулометрический состав - методом пипетки с обработкой пирофосфатом натрия. Каталазную активность определяли титрометрическим методом по Джонсону и Темпле. Активность инвертазы, уреазы, протеазы, фосфатазы, пероксидазы и полифенолоксидазы определяли колориметрически на спектрофотометре UV-2401 PC SHIMADZU. При анализе продуктивности культур севооборота использовались данные ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова и Смоленского НИИСХ. У чет урожая производили сплошным методом поделяночно. Полученные результаты пересчитывали на 100% чистоту и 14% влажность зерна.

Статистическая обработка результатов исследования выполнена в программе Microsoft Excel, Statistica 7.0 для ПК. Графическое оформление результатов проводили в программе Microsoft Excel.

Почва опытного участка - дерново-слабоподзолистая супесчаная на супесчаной бескарбонатной морене. Содержание гумуса 2,4%, с глубиной (40-50 см) данный показатель резко снижается до 0,96%. Количество подвижных соединений фосфора 18,6 мг/100 г почвы, обменного калия - 12,0 мг/100 г почвы, щелочногидролизуемого азота - 10,5 мг/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований колеблется от 3,0 мг-экв/100г почвы в слое 0-10 до 8,8 мг-экв/100г почвы за пределами метровой толщи. В ППК кальций (1,8-7,7 мг-экв/100г почвы) преобладает над магнием (0,5-1,2 мг-экв/100г почвы). Гидролитическая кислотность равна 2,3 мг-экв/100 г в верхнем слое мощностью 0-10 см, в средней части профиля увеличивается до 4,4 и в нижней части составляет 0,9 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности основаниями колеблется в пределах 54,6-91,0%. Реакция почвенной среды в верхней (рНка=5,5-4,4) и нижней части профиля (рНКц=4,7-6,1) слабокислая и кислая, в средней части сильнокислая (рНКс1=4,0).

По соотношению физической глины и физического песка дерновослабоподзолистая почва является супесчаной. В горизонте А содержание физической глины минимально - 17,6%. Вниз по почвенному профилю отмечается утяжеление гранулометрического состава почвы до легкого суглинка в горизонте АЕ и среднего в ЕВ, В и С. Это обусловлено механическим переносом илистого материала из элювиального горизонта вниз по профилю и его аккумуляцией в нижележащих горизонтах. Преобладающей фракцией во всех горизонтах является мелкий песок и крупная пыль (34,9-45,6%, 15,2-32,6%). На глубине 40-50 см имеется прослойка связного песка, физический песок которого на 61,7% представлен мелким песком и на 22,8% фракцией крупной пыли. Наибольшее количество илистых частиц содержится в средней части профиля 20,4-21,9% при резком падении на глубине 120 см до 2,7%. В фракционном составе физической глины преобладает илистая фракция - 14,7-66,0% от суммы фракций, на долю мелкой пыли приходится 21,0-47,4%, средней пыли - 14,3-34,1%. Фракционный состав групп физического песка характеризуется превалированием мелкого песка (52,3-67,1%) и крупной пыли (21,7-39,5%) с небольшой долей среднего песка (8,1-10,0%).

Глава 3 Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы

Анализ полученных данных за 4 ротации севооборота показал, что реакция почвенного раствора зависит от систем применения удобрений и отсутствия известкования за последние 14 лет. На неудобренном варианте наблюдается достоверный рост величины обменной кислотности почвы на 1,0 ед. по сравнению с исходным состоянием (рНкс1=6,1). Завершение последействия внесенной извести привело к повышению кислотности почвы на 0,6-0,8 ед. на вариантах с односторонним применением азотных, фосфорных и калийных удобрений, а их комплексное внесение в дозе 81 кг д.в./га способствовало максимальному подкисле-нию почвы - на 1,5 ед. (рНКсг4,6) к началу 5 ротации севооборота. На вариантах с органо-минеральной системой удобрений увеличение кислотности почвы не столь выражено (рНКсг4,7-5,6). Стабилизация обменной кислотности почвы (рНксг5,7) по сравнению с исходным состоянием наблюдалась на фоне применения органической системы удобрений (9,9 т/га). Зависимость величины обменной кислотности почвы от доз вносимых удобрений за первые 3 ротации (3.1) ив начале 5 ро-

тации севооборота (3.2) отражена в следующих уравнениях регрессии: у = 5,28 + 4,04Р2 - 1,087Р + 0,222Н - 4.227Н2, (1=0,58, ^=0,44) (3.1), у = 0,0315 х + 3,17 (г=0,67, Я =0,45) (3.2). Наибольшая величина гидролитической кислотности присуща варианту с минеральной системой удобрений (1Ч81Р81К81) - 4,5 мг-экв/100 г почвы. Установлено небольшое снижение суммы обменных оснований на контрольном варианте и на вариантах с односторонним и комплексным внесением минеральных удобрений в дозе 81 кг д.в./га (на 0,1-0,3 мг-экв/100 г почвы). Применение органо-минеральной и органической системы удобрений полностью не компенсировало их потери в почве. Зависимость между величиной обменной кислотности почвы и количеством обменных оснований в почве выражается следующим уравнением регрессии: у = 0,0971 х + 4,55 (г=0,30, Я2=0,09) (3.3) (табл.

Таблица 2 - Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой ________________________супесчаной почвы________________________

Са2+ м82" Са2++М82" Нг ,

Ь л § ь мг-экв/100 г почвы V, Уо О —

О- § га ° Ю 1 рог. фон 3 рот. 4 рот. 5 рот. 4 рот. 5 рот. 4 рот. 5 рот. 4 рот. 5 рот. 4 рот. 5 рот. 4 рот. 5 рот. 2 Н 3 в 3 * 4

1 6,1 5,6 5,2 5,1 3,2 3,2 3,2 3,1 6,4 6,3 2,9 2,9 68,8 68,5 4,35

2 5,8 5,3 5,5 5,6 5,4 4,6 3,0 3,2 8,4 7,8 2,4 2,5 77,7 75,7 3,75

3 5,8 5,8 4,4 4,7 4,2 4,2 0,6 0,6 4.8 4,8 4,4 4,3 52,2 52,7 6,45

4 5,7 5,8 4,9 5,0 4,2 4,2 2,1 2,3 6,3 6,5 4,4 4,3 58,9 60,2 6,45

5 5,5 5,8 5,3 5,3 4,2 4,2 0,6 0,6 4,8 4,8 2,9 2,9 62,3 62,3 4,35

6 5,5 4,9 4,9 4,9 3,6 3,4 0,6 0,8 4,2 4,2 4,5 4,3 48,3 48,3 6,45

7 5,8 5,2 5,2 5,2 3,0 3,0 1,8 1,8 4,8 4,7 3,8 3,7 55,8 56,5 5,55

8 5,7 5,0 5,0 4,9 4,0 3,9 2,0 1,9 6,0 5,8 3,1 3,0 65,9 65,9 4,5

9 5,9 5,7 5,1 5,0 3,2 3,1 1,2 1,0 4,4 4,1 3,2 3,2 57,9 56,2 4,8

10 6,1 5,1 4,8 4,6 3,0 3,0 1,7 1,5 4,7 4,5 4,4 4,5 51,6 51,1 6,75

11 5,7 5,4 5,6 5,7 3,0 3,2 1,2 1,1 4,2 4,3 2,5 2,5 62,3 63,2 3,75

НСР - 0,30 0,51 1,36 1,50 0,78 0,73 0,81 0,72

0.05 0,80 ' "

1 - контроль, 2- Ы27Р27К27Нз,з, 3 - N54P54K54H6.fi, 4 - ^Р^КлИ,,.,, 5 - МюхРшКкмН,«, 6-К1з5Р|35К135Н16,5, 7 -Ы81РоКоНо, 8 - ОД^КоНо, 9 -МоРоК^Но, 10 - ^^КлНо, П -^РоКоН9,9

Помимо варианта ^7Р27К27Нзз и варианта с навозом, все остальные имеют сильнокислую и кислую реакцию среды, степень насыщенности основаниями от 48,3% до 68,5% и нуждаются в известковании. На вариантах с органоминеральной системой удобрений (N54.8iP54_8iK54_8iH66.99) необходимо проводить известкование раз за ротацию севооборота в норме 6,45 т/га. Известкование в повышенных дозах нецелесообразно, так как может привести к снижению в почве доступных для растений фосфатов и к иммобилизации многих микроэлементов, играющих важную физиологическую и биохимическую роль в жизни растений.

Глава 4 Динамика агрохимических свойств дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы под влиянием длительного применения удобрений

Применение практически всех систем удобрений повышало содержание гумуса в почве опыта к началу 5 ротации на 0,1-0,4% по отношению к 3 ротации се-

вооборота (у = 0,928+3,72 ЫК- 3,13Н (г=0,58, Я2=0,34) (4.1)) и на 0,2-0,8% по отношению к контрольному варианту. Использование органо-минеральных удобрений способствовало максимальным процессам гумусонакопления в почве: у = 0,1771х + 1,68 (1=0,94, Я2=0,89) (4.2). Бездефицитный баланс гумуса (2,6-2,7%) был достигнут при внесении высоких доз минеральных удобрений и навоза (^оз-шРш-шКюа-шНп.г-^)- При одностороннем внесении азотных, фосфорных и калийных удобрений в дозе 81 кг д.в./га потери гумуса составили 0,4-0,7% от его исходного содержания.

За первые 3 ротации севооборота темпы расхода энергопотенциала почвы были максимальными (436,1-530,1 ГДж/га) на следующих вариантах: контроль, Ы^РоКоНо, ИоР^КоНо, ЫоР0К81Н0, МоРоКоН9,9. Причиной этого послужило отсутствие вносимых удобрений, высокая интенсивность минерализационных процессов и вынос элементов питания с урожаем. Для вариантов ^РгтК-гтНз.з, Н^Р^К^Нц, КГоР^КцНо, ^0РоК81Н0 установлена сходная динамика величины энергопотенциала почвы - 873,1 ГДж/га при меньших потерях энергии 339,5-194,0 ГДж/га. Повышенные дозы органо-минеральных удобрений снизили энергопотенциал почвы на 97,0 ГДж/га, а пятикратные дозы обеспечили бездефицитный энергопотенциал почвы к концу 3 ротации севооборота - 1212,6 ГДж/га. К началу 5 ротации севооборота энергопотенциал почвы контрольного варианта стабилизировался на уровне 825,0 ГДж/га, но был минимальным по отношению к остальным вариантам. Внесение органо-минеральных удобрений в четырех- и пятикратных дозах обеспечило максимальный прирост энергопотенциала: 1403,2-1261,1 ГДж/га с прибавкой 190,6-145,5 ГДж/га соответственно. Эффективным оказалось использование органической (9,9 т/га), минеральной системы (^Рз)!^) и органоминеральной в двух- и трехкратных дозах (N54.8iP54-8iK54.8iH6,6-9,9) - энергопотенциал составил 1164,0-1115,6 ГДж/га соответственно (табл. 3). Высокие статистически значимые парные и частные коэффициенты корреляции и детерминации объясняют зависимость энергопотенциала почвы от возрастающих доз вносимых удобрений в конце 3 и начале 5 ротации севооборота - г=0,95-1,0; Я2=0,91-0,96.

Изменение содержания в почве подвижного фосфора в зависимости от доз и сочетаний вносимых удобрений за первые 3 ротации севооборота описывалось следующим уравнением регрессии: у = 12,9 + 3,49Р - 0,1039(М*К) + 0,05(Р*Н) -0,3(Р*Н)2 (г=0,92, 112=0,85) (4.3). Применение удобрений повышало содержание подвижного фосфора в почве в 2,9-9,3 раза по отношению к контрольному варианту (5,5 мг/100 г почвы). Увеличение доз органо-минеральных удобрений с 27 кг д.в./га+3,3 т/га до 135 кг д.в./га+16,5 т/га способствовало постепенному росту количества фосфора в почве вариантов с 30,2 до 50,9 мг/100 г почвы (г=0,67, Я2=0,45). Наибольший эффект был достигнут при применении ^4Р54К54Нб,б (4.4) и М108Р,о8К,о8Н„,2(4.5): у = 10,436х + 5,95 (г=0,99,112=0,99) (4.4), у = 10,814х + 11,2 (г=0,87, 112=0,76) (4.5). Одностороннее внесение аммиачной селитры и хлорида калия в дозе 81 кг д.в./га ухудшало фосфатный режим почвы на 7,6 и 10,6 мг/100 г почвы по сравнению с исходным состоянием. Использование трехкратных доз суперфосфата и органической системы стабилизировало фосфатный режим, однако не привело к достоверному росту количества фосфора в почве (табл. 4).

Таблица 3 - Изменение энергопотенциала дерново-слабоподзолистой почвы по годам опыта при различных системах применения удобрений

Варианты опыта Гумус, % Энсргопотснциал почвы, ГДж/га Изменения, ГДж/га, +/-

Период учета, гг.

1979- 1980 (фон) 1990- 2001 2002- 2011 1979- 1980 1990- 2001 2002- 2011 2001 2011

Контроль 2,6 1,7 1,7 1261,1 825,0 825,0 -436,1 0,0

^7Р27К-27Нз,з 2,5 1,8 2,2 1212,6 873,1 1067,1 -339,5 +194,0

N54? 54K54H6.fi 2,6 2,1 2,3 1261,1 1018,6 1115,6 -242,5 +97,0

МшРщКшН,,, 2,5 2,1 2,3 1212,6 1018,6 1115,6 -194,0 +97,0

НюнР|08Кю8Н13.2 2,5 2,3 2,6 1212,6 1115,6 1261,1 -97,0 +145,5

135Р135К.135Н16.5 2,5 2,5 2,7 1212,6 1212,6 1403,2 0,0 +190,6

N41 РоК,,Нг) 2,6 1,7 2,2 1261,1 825,0 1067,1 -436,1 +242,1

^РлКоНо 2,6 1,8 1,9 1261,1 873,1 921,6 -388,0 +48,5

^РоК8,Н„ 2,7 1,8 2,0 1403,2 873,1 970,1 -530,1 +97,0

^[Р*|К*|Но 2,5 1,8 2,3 1212,6 873,1 1115,6 -339,5 +242,5

ЫоРоКоН,., 2,6 1,7 2,4 1261,1 825,0 1164,1 -436,1 +339,1

НСРот - 0,30 - - - _ _

0,62 - - - - -

Таблица 4 - Изменение содержания подвижного фосфора в дерновослабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений

Вариант опыта Содержание Р2О5, мг/100 г почвы

начало 1 ротации (фон) конец 3 ротации начало 5 ротации

Контроль 17,0 7,0 5,5

^27Р27К-27Н3 3 17,4 20,0 30,2

N54P54K54H6.fi 16,6 26,5 47,8

НиР81КшН9.9 18,0 30,5 21,3

^10кР 10нК]о8Н|3 2 14,9 43,5 50,9

М|35Рв5К|35Н|6.5 15,8 49,5 41,9

ЫтРоКоНо 18,7 8,0 11,1

16,7 26,0 26,2

МоРоК» | Но 17,9 7,5 7,3

К«1Р*1К*[Но 14,9 21,0 12,8

Ы„Р„К„Н9.9 14,3 17,0 15,9

НСРо.05 - - 3,40

17,44

За первые три ротации севооборота изменение содержания обменного калия в почве в зависимости от применяемых систем удобрений описывалось следующим уравнением регрессии: у = 10,1 + 0,46>Г2 - 0,82Ж - 0,67Н + 1,56КН (г=0,61, Я =0,37) (4.6). Внесение возрастающих доз органо-минеральных удобрений оказало положительное влияние на калийный режим почвы вариантов к началу 5 ротации севооборота: у = 3,2171х + 3,5733 (г=0,96, Я2=0,92) (4.7). Наибольший эффект установлен при внесении однократных ^Ргт^уН^з (4.8) и высоких доз ор-гано-минеральных удобрений МювРювКшНвд (4.9), МвзРпзКшН,^ (4.10): у = 0,2357х + 12,25 (г=0,99, Я2=0,99) (4.8); у = 2,1143х + 13,5 (1=0,51, Я2=0,26) (4.9); у = 2,65х + 14,55 (г=0,66, Я2=0,43) (4.10). При уровне удобренности на 1 га N54.8^54. 8^54-81^6,6-9,9 не произошло достоверного прироста содержания обменного калия в

почве - с 1 по начало 5 ротации севооборота его количество уменьшилось на 0,4 мг/100 г почвы. Применение органической (9,9 т/га) и минеральной (Ыв^К^) систем удобрений в течении 4 ротаций севооборота стабилизировало калийный режим почвы, а одностороннее внесение тройных доз минеральных удобрений привело к снижению содержания обменного калия в почве в 1,6 раза (табл. 5).

Таблица 5 - Изменение содержания подвижного калия в дерновослабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений

Вариант опыта Содержание К2О, мг/100 г почвы

начало 1 ротации (фон) конец 3 ротации начало 5 ротации

Контроль 14,2 2,5 5,3

И27Р27К27Н; ; 12,5 12,7 13,2

N54? 54K44H6.fi 13,0 13,0 12,6

15,0 13,5 14,6

МюкРткЬмокНп.г 11,5 23,9 19,9

М135Рц5К|35Н1б.5 13,7 25,1 23,4

^.РоКоНо 13,6 4,0 9,1

ад^КоНо 13,3 2,5 8,5

М„Р„К8|Н„ 13,6 4,0 8,6

ИтРщК^Но 13,3 6,3 13,1

ЫоРоКоН»., 14,5 21,1 14,2

НСРо,ю - - 2,07

7,60

Таблица 6 - Изменение содержания щелочногидролизуемого азота в дерново-

слабоподзолистой почве под влиянием длительного применения удобрений

Вариант Содержание N щелочногидролизуемого, мг/100 г почвы

конец 4 ротации начало 5 ротации

Контроль 6,7 6,2

N27P27K.27H33 10,5 10,7

N54P 54К.54Н5 6 13,6 13,7

ns,p81k8,h9., 14,0 14,3

NiosPiosKjokHuj 16,8 16,9

Nl35Pn5K.135Hl6.5 15,2 15,4

Ns.PoKoHo 17,4 17,6

NoPmKoHo 13,9 13,9

N0POK.R1HI) 11,6 11,7

NsiPsiKjiHo 14,0 14,4

NnPnKoHi) g 15,6 15,8

HCP„0! 0,75 1,61

Внесение возрастающих доз органо-минеральных удобрений ^т-юнРгт-ювКг?-108Н5,з.1з,2 способствовало постепенному увеличению содержания щелочногидролизуемого азота в почве с 10,7 до 16,9 мг/100 г почвы. Меньший эффект установлен при внесении минеральных удобрений и навоза на варианте И^Р^К^Н^ (15,4 мг/100 г почвы). Зависимость содержания щелочногидролизуемого азота в почве от доз органо-минеральных удобрений подтверждается очень высоким коэффициентом корреляции г=0,90 и детерминации Я =0,81 (у = 1,8629х + 6,3467 (4.11)). Влияние комплексного и раздельного внесения трехкратных доз минеральных удобрений и органической системы на количество щелочногидролизуемого азота в почве отражено в следующем уравнении регрессии: у = 1,0343х +

9,6467 (r=0,49, R"=0,24) (4.12). Наибольшее содержание щелочногидролизуемого азота (17,6 мг/100г почвы) в почве установлено на варианте с тройной дозой азотных удобрений (NgiPoKflHo), которое на 0,7-6,9 мг/100 г превосходило остальные удобренные варианты и на 11,4 мг/100 г почвы вариант без применения удобрений. Количество щелочногидролизуемого азота на варианте с использованием органической системы удобрений (9,9 т/га) было на 1,4 мг/100 г почвы больше, чем на варианте с использованием минеральной системы (N8iP81K8i) - 14,4 мг/100 г почвы. Одностороннее внесение суперфосфата и хлорида калия в тройных дозах способствовало увеличению содержания щелочногидролизуемого азота в почве в 2,2 и 1,9 раза по отношению к контрольному варианту (табл. 6).

Глава 5 Изменение ферментативной активности дерновослабоподзолистой супесчаной почвы под влиянием длительного применения удобрений

5.1 Изменение активности гидролитических ферментов в почве длительного стационарного опыта

Дерново-слабоподзолистая почва по уреазной активности (22,39-37,17 мг N-NH3/IOO г почвы за 24 часа) попадает в интервал средней и высокой обога-щенности. Внесение органо-минеральных удобрений оптимизировало уреазную активность почвы: у = 2,2777х + 23,065 (r=0,85, R2=0,72) (5.1). На вариантах со средними дозами минеральных удобрений и навоза уреазная активность была в 1,4 раза выше, чем на неудобренном варианте. Применение органо-минеральных удобрений в повышенных дозах и комплекса минеральных удобрений подавляло активность фермента в почве (рис. 1).

■ Контроль Ш NPK 27 + И 3,3

О NPK 54 + Н 6,6

□ NPK 81 + II 9,9

□ NPK 108 + Н 13,2

□ NPK 135 + II 16,5

□ N 81 а р 81 Ш К 81

■ NPK81 El II 9,9

Рисунок 1. Изменение уреазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (N-NH3/I00 г почвы за 24 часа)

Установлена прямая зависимость уреазной активности почвы от содержания в почве гумуса (г=0,90), обменного калия (г=0,85), щелочногидролизуемого азота (г=0,61) и подвижного фосфора (г=0,59). В 81%, 73% и 34% случаев изменение содержания данных элементов питания непосредственно влияет на активность изучаемого фермента. Связь активности уреазы в почве с суммой обменных оснований (г=-0,23) и обменной кислотностью почвы (г=-0,13) слабая обратная, со степенью насыщенности основаниями почвы - умеренная обратная (г=-0,50), с гидролитической кислотностью почвы - заметная прямая (г=0,57) (табл. 7). Изменение уреазной активности с глубиной по почвенному профилю имеет высокую связь с распределением гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фос-

фора и калия (1=0,96; г=0,93, г=0,97, г=0,96 соответственно). Активностью уреазы в почве тесно коррелирует с продуктивностью культур севооборота (г=0,85).

Таблица 7 - Зависимость уреазной активности от агрохимических и физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы

Агрохимические и физикохимические свойства почвы Уравнение линейной регрессии Коэффициент корреляции Коэффициент детерминации

Гумус, % у = 14,1 X- 1,8 г = 0,897 Я-=0,805

Мще„ ГИДО , мг/100 г почвы у = 0,87 х + 17,9 г = 0,607 Я2 = 0,3687

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,17 х + 25,67 г = 0,587 Я" = 0,3442

К2О, мг/100 г почвы у = 0,74 х +20,1 г =0,852 Я" =0,7259

рНка у = -1,48 х + 37,25 г = -0,125 Я-= 0,0156

Са^+М^, мг-экв/100 г почвы у = -0,89 х + 34,45 г = -0,231 Я2 = 0,0534

V, % у =-0,28 х +46,47 г =-0,497 11*= 0,2469

Нг, мг-экв/ЮОг почвы у = 0,0971 х + 0,58 г = 0,573 Я2 =0,3279

Дерново-слабоподзолистая почва по инвертазной активности (21,12-28,15 мг глюкозы/1 г почвы за 24 часа) попадает в интервал средней обогащенности. Внесение органо-минеральных удобрений способствовало активизации процессов гидролиза сахаров (г=0,91, Я2=0,83). Максимальные дозы удобрений в варианте N135? 135К135Н16 5 создавали наиболее благоприятные условия для инвертазной активности. На вариантах с органической системой удобрений и органоминеральной системой в различных дозах инвертазная активность почвы была выше контрольного варианта в 1,5-1,8 раза (г=0,76). Самая низкая инвертазная активность почвы наблюдалась в вариантах с односторонним внесением минеральных удобрений (рис. 2).

■ Контроль 01.\РК27 + Н3,3 СШРК54 + Н6,6

□ ХРК81 + Н9,9

□ 1ЧРК108 +Н 13,2

□ МРК135 +Н 16,5 И N81 И Р 81 НК81

■ ХРК81

28,15 ЯН9.9

Рисунок 2. Изменение инвертазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг глюкозы/1 г почвы за 24 часа)

Коэффициенты линейной корреляции между инвертазной активностью почвы и количеством в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия соответственно равны г=0,86; 1=0,71; 1=0,56, г=0,86. Между инвертазной активностью почвы и гидролитической кислотностью выявлена прямая заметная связь (г=0,53), с остальными физико-химическими показателями почвы опыта обнаружена слабая обратная зависимость (табл. 8). Изменение инвертазной активности с глубиной по почвенному профилю тесно коррелирует с распределением гумуса (г=0,91), щелочногидролизуемого азота (г=0,84), подвижного фосфора (г=0,98) и калия (г=0,90). Инвертазная активность почвы

Таблица 8 - Зависимость инвертазной активности от агрохимических и физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы

Гумус, % у = 9,88 х-0,0169 г = 0,855 R- = 0,7307

Мщел.гшш., МГ/100 Г ПОЧВЫ у = 0,74 х + 11,97 г = 0,705 R¿= 0,4971

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,12х + 19,23 г = 0,559 ?0 II о NJ •45»

К2О, мг/100 г почвы у = 0,55 х + 14,97 г = 0,855 RJ= 0,7307

рНка у = -1,05 х + 27,37 г = -0,120 R“= 0,0144

Са"~+М§/*, мг-экв/100 г почвы у = -0,9 х + 26,81 г = -0,316 R¿ = 0,0998

V, % у = -0,22 х + 35,26 г = -0,533 R¿ = 0,2836

Нг, мг-экв/100г почвы у = 2,31 х+ 14,08 г = 0,533 R2= 0,2839

Органо-минеральная система применения удобрений способствовала созданию благоприятного режима корневого азотного питания растений: протеазная активность почвы повышалась с ростом доз удобрений на вариантах Ы27Р27К27Нз,3,

Ы54Р54К54Н66, N8 ] Р^ [ К$ ] Нд 9, МювРювКювНпД» N[35? 135К]35Н]б,5 с 0,08 до 0,22

мг тирозина/1 г почвы за 24 часа: у = 0,0314х + 0,01 (г=0,92, Я2=0,94) (5.3). Коэффициенты корреляции и детерминации г=0,67, Я2=0,45 указывают на зависимость протеазной активности почвы от внесения навоза, минеральных удобрений в комплексе и одностороннего применения аммиачной селитры тройных дозах. Использование фосфорных и калийных удобрений по 81 кг д.в./га не привело к достоверному росту активности фермента в почве (рис. 3).

■ Контроль

Н NPK27 + Н3,3

□ NPK54 + Н6,6

□ NPK81 +Н9,9

□ NPK108 + Н 13,2

□ NPK135+ Н 16,5

□ N81 0 Р81 0 К81

■ NPK81

Рисунок 3. Изменение протеазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг тирозина на 1 г почвы за 24 часа)

Протеазная активность почвы имеет высокую связь с содержанием в почве обменного калия (1=0,93), подвижного фосфора (г=0,60), щелочногидролизуемого азота и гумуса (г=0,53). С обменной кислотностью почвы (г=-0,09), обменными основаниями (г=-0,32), со степенью насыщенности основаниями (г=-0,52) связь протеазной активности почвы обратная, с гидролитической кислотностью - заметная прямая (г=0,51) (табл. 9). Изменение протеазной активности в почвенном профиле связано с распределением гумуса (г=0,95), щелочногидролизуемого азота (г=0,90), подвижного фосфора (г=0,97) и калия (т=0,95). Протеазная активность почвы имеет тесную связь с продуктивностью культур севооборота: у = 0,0884 х -

0,15(1=0,82, Я2=0,67) (5.4).

Гумус, % у = 0,14 х -0,21 г = 0,857 Я2 = 0,7337

N,1,0, ГИДО , мг/100 г почвы у = 0,0079 х - 0,0043 г = 0,531 Я2 = 0,2824

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,0017 х +0,0607 г = 0,595 Я2 = 0,3536

К2О, мг/100 г почвы у = 0,0085 х-0,006! г = 0,932 Я2 = 0,8682

рНш у = -0,0111 х + 0,16 г = -0,090 Я2 = 0,0081

Са2~+Мя2*, мг-экв/100 г почвы у = -0,0128 х + 0.17 г = -0,317 II О о о оо

У,% у = -0,003 х + 0,29 г = -0,518 Я2 =0,2684

Нг, мг-экв/100г почвы у = 0,0315 х - 0,0056 г =0,513 Я2 = 0,2638

Органо-минеральная и минеральная системы применения удобрений в дозе 81 кг д.в./га стимулировали активность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации фосфора в дерново-слабоподзолистой почве (0,18-0,23 1 мг Р2О5/Ю г почвы за 1 час), а внесение повышенных доз минеральных удобрений и навоза ингибировало фосфатазную активность почвы. Применение органо-) минеральных удобрений в одно- и двукратных дозах, раздельное внесение минеральных удобрений и навоза увеличивало фосфатазную активность почвы по отношению к неудобренному варианту, но при статистической обработке полученных данных существенных различий обнаружено не было (рис. 4).

Рисунок 4. Изменение фосфатазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг Р205 на 10 г почвы за 1 час)

Установлена не высокая прямая связь между фосфатазной активностью почвы и содержанием в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота и обменного калия (г=0,33, г=0,29, г=0,28 соответственно), с количеством подвижного фосфора зависимость обратная (г=-0,08). Связь между фосфатазной активностью почвы и гидролитической кислотностью почвы высокая прямая (г=0,72), с остальными физико-химическими свойствами почвы слабая обратная (табл. 10). Изменение фосфатазной активности в почвенном профиле коррелирует с распределением гумуса (г=0,94), щелочногидролизуемого азота (г=0,87), подвижного фосфора (г=0,95) и калия (г=0,93). Фосфатазная активность почвы имеет тесную связь с продуктивностью культур севооборота: у= 0,0335 х + 0,073 (г=0,58, Я2=0,34) (5.5).

Таблица 10 - Зависимость фосфатазной активности от агрохимических и

физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы

Гумус, % у = 0,0291 х + 0,11 г = 0,333 = 0,1106

^шел.гило.; МГ/100 Г ПОЧВЫ у = 0,0023 х +0,14 г = 0,293 И2 = 0,0863

Р2О5, мг/100 г почвы у = -0,0001 х + 0,17 II О о оо Я" = 0,0065

К-,0. мг/100 г почвы у = 0,0014 х +0,15 г = 0,279 Я2 =0,078

рНка у = -0,0226 х + 0,29 г = -0,343 К2 = 0,1173

Са2“+Мя2~, мг-экв/100 г почвы у =-0,0005 х +0,17 г = -0,025 Я2 = 0,0006

У,% у = -0,0015 х + 0,26 г = -0,472 112 = 0,2227

Нг, мг-экв/100г почвы у = 0,0237 х +0,0888 г = 0,721 Я2 = 0,5199

5.2 Изменение активности окислительно-восстановительных ферментов в почве длительного стационарного опыта

Одностороннее применение навоза и совместно с минеральными удобрениями способствовало повышению каталазной активности почвы с 0,92 до 1,13 мл 0,1 н КМп04/1 г почвы за 20 мин соответственно. Следовательно, органические удобрения хорошо оструктуривают почву, усиливают аэрацию и окислительные процессы в ней. Внесение минеральных удобрений раздельно и в комплексе увеличивало каталазную активность почвы в 1,6-1,9 раза по отношению к Г неудобренному варианту (0,48 мл 0,1 н КМп04/1 г почвы за 20 мин) (рис. 5).

Рисунок 5. Изменение каталазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мл 0,1 н КМп04/1 г почвы за 20 мин)

Изменение количества в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия в 80% (г=0,90), 39% (г=0,63), 62% (г=0,72) и 79% (1=0,89) случаев непосредственно влияет на активность изучаемого фермента. Связь каталазной активности почвы с суммой обменных оснований, степенью насыщенности основаниями и обменной реакцией среды слабая обратная (г=-0,18; г=-0,3 8; 1=-0,07 соответственно), с гидролитической кислотностью почвы - слабая прямая (г=0,42) (табл. 11). Изменение каталазной активности с глубиной по почвенному профилю тесно коррелирует с распределением гумуса г=0,87, щелочногидролизуемого азота г=0,93, подвижного фосфора 1=0,77 и калия г=0,84. Ката-лазная активность почвы обнаруживает высокую связь с продуктивностью культур севооборота: у = 0,38х -0,22 (г=0,87, Я2=0,76) (5.6).

Гумус, % у = 0,6 х - 0.44 г = 0,898 Я2 = 0,8058

Нцел.пшп., мг/100 г почвы у = 0,0378 х +0.38 г =0,627 И2 = 0,3931

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,0086 х + 0,68 г= -0,719 Я2 =0,5165

КзО, мг/100 г почвы у = 0,0329 х +0,47 г =0,890 Я2 =0,792

рНкс! у = -0,0349 х + 1,07 г = -0,070 Я2= 0,0048

Са2"+М§2т, мг-экв/100 г почвы у = -0,0299 х + 1,05 г = -0,183 7^ II о о

V, % у = -0,009 х + 1,44 г =-0,380 Я2 =0,1444

Нг, мг-экв/100г почвы у = 0,11 х + 0,53 г =0,423 Я2 =0,1785

I Вариантам с органо-минеральной системой применения удобрений присущи

процессы синтеза гумусовых веществ (Кг > 1,00) - активность полифенолоксида-зы (5.7) и пероксидазы (5.8) возрастала с увеличением доз удобрений соответственно с 5,31 до 6,41 и с 4,81 до 5,53 мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин: у =

0,382х + 4,1613 (г=0,95, Я2=0,90) (5.7), у = 0,0883х + 4,6393 (г=0,99, Я2=0,98) (5.8). Следовательно, максимальная аккумуляция гумуса обеспечивалась за счет применения органоминеральной системы удобрений с 16,5 т/га навоза (Кг = 1,16). В контрольном варианте и на вариантах с односторонним внесением трехкратных доз минеральных удобрений преобладает активность ферментов, участвующих в процессах деструкции гумуса (Кг = 0,9). Внесение навоза в дозе 9,9 т/га обусловило преобладание процессов гумификации над процессами минерализации на 32 I год после закладки опыта (Кг = 1,10) - полифенолоксидазная активность (5,3 мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) была выше пероксидазной активности (4,8 J мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин) (рис. 6, 7). Установлена прямая зависимость между условным коэффициентом гумификации и содержанием гумуса в " почве исследуемых вариантов: у = 2,17х + 0,0022 (г=0,79; 112=0,64) (5.9).

Установлена высокая связь между полифенолоксидазной активностью почвы и количеством в почве гумуса (г=0,91), подвижного фосфора (1=0,79), обменного калия (1=0,95) и заметная связь с количеством щелочногидролизуемого азота (г=0,57). Связь пероксидазной активности почвы с содержанием в почве гумуса (г=0,49) и калия умеренная (г=0,50), с количеством щелочногидролизуемого азота - заметная (г=0,56), подвижного фосфора - слабая (г=0,24). Раздельное внесение по 81 кг д.в./га минеральных удобрений не позволяет достигнуть высокого положительного баланса гумуса - подкисление почвы на данных вариантах обусловило не высокую полифенолоксидазную активность почвы (г=0,08) и достаточно высокую пероксидазную (г=-0,28). Полифенолоксидазная и пероксидазная активность почвы не имеет высокой положительной связи с гидролитической кислотностью почвы (г=0,28, 1=0,44 соответственно), с остальными физико-химическими показателями почвы обнаружена обратная зависимость (табл. 12, 13). Изменение полифенолоксидазной и пероксидазной активности почвы с глубиной по почвенному профилю тесно коррелирует с содержанием в почве азота, фосфора, калия и гумуса (г=0,72, г=0,80; 1=0,81, г=0,83; г=0,65, г=0,83; г=0,75, г=0,75 соответственно). Активность полифенолоксидазы (5.10) и пероксидазы (5.11) имеет тесную связь с продуктивностью культур севооборота: у = 0,63 х + 3,37 (г=0,56, Я2=0,31) (5.10), у = 0,36 х + 4,05 (г=0,61, Я2=0,37) (5.11).

■ Контроль

И NPK27 + Н3,3

□ NPK 54 + Н 6,6

□ NPK81 +Н9,9

□ NPK108 +Н 13,2

□ NPK135 +Н 16,5

□ N81

01 Р 81

□ К81

■ NPK81 Ш Н 9,9

Рисунок 6. Изменение полифенолоксидазной активности дерновослабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин)

Таблица 12 - Зависимость полифенолоксидазной активности от агрохимических и __________физико-химических свойств дерново-слабоподзолистой почвы___________

Гумус, % у — 1,93 х +0,94 г =0,905 . R'= 0,8193

Мщел.гидо., мг/100 г почвы у = 0,11 х + 3,73 г =0,573 R‘= 0,3281

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,0301 х + 4,51 г =0,790 R = 0,6234

К2О, мг/100 г почвы у = 0,11 х + 3,79 г =0,953 R¿= 0,9078

рНкС! у = 0,13 х + 4,6 г =0,080 R"= 0,0064

Са^+Мё^, мг-экв/100 г почвы у = -0,11 х + 5,84 г=-0,217 R¿= 0,0469

У,% у = -0,0239 х + 6,8 г= -0,315 R"= 0,099

Нг, мг-экв/100г почвы у = 0,36 х + 1,6 г =0,284 R‘= 0,0807

■ Контроль

13 NPK27 + Н3,3

□ NPK 54 + Н 6,6

□ NPK81 + Н9,9

□ NPK108+ Н 13,2

□ NPK135+ Н 16,5

□ N81 ЕР81

□ К81

■ NPK81 ИН9,9

Рисунок 7. Изменение пероксидазной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием удобрений (мг пурпургаллина/100 г почвы за 30 мин)

Гумус, % у = 0,43 х +4,12 г = 0,487 Я2 = 0,2368

Ишел гит. МГ/100 Г ПОЧВЫ у = 0,0451 х + 4,47 г = 0,558 Я2 =0,3109

Р2О5, мг/100 г почвы у = 0,0039 х + 4,99 г = 0,242 Я2 = 0,0586

К2О, мг/100 г почвы у = 0,0247 х +4,77 г = 0,499 Я2 =0,249

рНкС! у = -0,19 х + 6,04 г = -0,278 Я2 = 0,0774

Са2Мд2’, мг-экв/100 г почвы у = -0,13 х + 5,77 г = -0,591 Я2 =0,3493

У,% у =-0,0207 х +6,33 г = -0,649 Я2 = 0,4208

Нг, мг-экв/100г почвы у= 1,31 х-3,19 г = 0,438 Я2 = 0,192

Глава 6 Изменение продуктивности зернотравяного севооборота под влиянием различных систем применения удобрений

Внесение удобрений по мере оптимизации сочетаний и доз оказало значительное влияние на развитие и продукционные процессы'сельскохозяйственных культур. Среднегодовая продуктивность контрольного варианта полевого севооборота с 50%-ным насыщением зерновыми культурами и 26%-ным многолетними травами за первые три ротации составила 3,34 т к.е./га. Раздельное внесение минеральных удобрений способствовало увеличению продуктивности культур севооборота до 3,84 т к.е./га (Ы81Р0К0Но), 3,57 т к.е./га (к0Р81КоН0) и 3,72 т к.е./га (Н|РоК8|Н0), что на 14,9%, 6,7% и 11,3% выше продуктивности неудобренного варианта. Минеральная система применения удобрений (Ы^Р^К^Но) обеспечила более высокую продуктивность культур севооборота - 4,63 т к.е./га и большую прибавку к контролю - 38,6%. Внесение навоза способствовало получению 3,99 т к.е./га основной продукции. При внесении однократных доз органо-минеральных удобрений прибавка по отношению к контрольному варианту составила 30,5%, двукратных доз - увеличилась до 33,8% и осталась на том же уровне при повышении доз удобрений в 3 раза. Применение четырех- и пятикратных доз минеральных удобрений и навоза снижало прибавку продуктивности культур севооборота до 31,7% и 25,4% соответственно. Влияние вносимых удобрений на продуктивность культур севооборота за 3 ротации отражено в следующем уравнении регрессии: у=33,28+7,81М+9,9Р0'5-0,69Р+(М>)0'5+2,91К0’5+2,27Н0'5+1,14Н-1,68(КН)0'5

(г=0,91) (6.1).

Увеличение доз удобрений от двукратных до пятикратных в органоминеральных вариантах (^Р^К^Нб.б-МпзР^КпзН]^) привело к росту продуктивности культур в 4 ротации севооборота с 3,13 до 3,53 т к.е./га соответственно. Прибавки к контрольному варианту (2,10 т к.е./га) при этом находились на уровне 49,1-68,1%. Полученные уравнения регрессии отражают эффективность комплексного внесения минеральных удобрений и навоза: с повышением доз удобрений от однократных (6.2) до пятикратных (6.6) возможен значительный прирост продуктивности культур - от 2,66 до 4,10 т к.е./га:

У=2,07+0,27№ 5+0,08Р+0,18К+0,41 Н° 5-0,11 (МК)°'5-0,11(РН)05-0,13(КН)05 (6.2), У=2,07+0,3 8№ 5+0,16Р+0,3 6К+0,5 8Н° 5-0,16(МК)°'5-0,16(РН)° 5-0,18(КН)°5 (6.3), У=2,07+0,47№ 5+0,24Р+0,54К+0,71Н° 5-0,19(НК)0'5-0,19(РН)0 5-0,22(КН)0-5 (6.4), У=2,07+0,54№ 5+0,32Р+0,72К+0,82Н° 5-0,22(т)а5-0,22(РН)° 5-0,26(КН)°5 (6.5),

У=2,07+0,60№5+0,40Р+0,90К+0,92Н°’5-0,25(МС)0’5-0,25(РН)05-0,29(КН)0'5 (6.6).

Применение минеральных удобрений (81 кг д.в./га) и навоза (9,9 т/га) повысило продуктивность культур севооборота до 3,26 и 2,88 т к.е./га, что на 55,2% и 37,1% выше продуктивности неудобренного варианта. Одностороннее внесение трехкратной дозы хлорида калия и аммиачной селитры обеспечило прибавку продуктивности культур севооборота на 31,0% и 40,5%, а внесение суперфосфата двойного гранулированного в тройной дозе и органо-минеральных удобрений в однократных дозах не привело к достоверному приросту продуктивности культур севооборота.

Результаты исследований показывают тесную связь продуктивности культур севооборота с содержанием в почве гумуса, щелочногидролизуемого азота, обменного калия и подвижного фосфора (г=0,91, г=0,74, г=0,83,1=0,53 соответственно). В среднем в 83%, 54%, 69%, 28% случаев изменение содержания данных показателей в почве непосредственно влияет на продуктивность культур севооборота. Полученные коэффициенты корреляции г=0,80-0,85 указывают на высокую зависимость продуктивности зерновых культур от запасов гумуса в слое 0-25 см дерново-слабоподзолистой почвы стационарного опыта.

ВЫВОДЫ

1. Анализ данных по изменению содержания гумуса по вариантам опыта за 32 года показал, что наибольшие его потери происходили в первые 22 года после закладки опыта. Затем произошла стабилизация содержания гумуса на новых уровнях, соответствующих поступлению органического вещества с удобрениями и растительными остатками. Максимальное количество гумуса отмечается на варианте с органо-минеральной системой удобрений (ЫшРшК^+^З т/га навоза) -2,7%. Установлена тесная зависимость энергопотенциала органического вещества почвы от доз органо-минеральных удобрений (11=0,95-1,00). Несбалансированное одностороннее применение минеральных удобрений способствовало достоверному снижению содержания гумуса в среднем на 0,5% за 20 лет (относительно исходного состояния на 20%).

2. За весь период исследований дефицит подвижного фосфора в почве контрольного варианта составил 32% к исходному уровню. Одностороннее внесение суперфосфата в дозе 81 кг д.в./га уменьшило потери подвижных фосфатов в дерново-слабоподзолистой почве, но не предотвратило их полностью. Использование минеральной и органической систем удобрений стабилизировало содержание подвижных соединений фосфора в почве вариантов. Наибольший эффект был достигнут при применении органо-минеральных удобрений в дозах Мя-ювР»«-108К54_108Нб,б.пд (г=0,99-0,87,112=0,99-0,76), которые обеспечили прирост содержания подвижного фосфора в 3 раза к началу 5 ротации севооборота и в 9 раз по отношению к контрольному варианту.

3. Внесение высоких доз органо-минеральных удобрений оказало положительное влияние на калийный режим почвы вариантов, повышая количество обменного калия в 1,7 раза к началу 5 ротации севооборота (г=0,51-0,66). При уровне удобренности на 1 га N54.g1P54.8iK54.8iH6,6-9,9 с 1 по начало 5 ротации севооборота количество обменного калия уменьшилось на 0,4 мг/100 г почвы. Применение органических удобрений в дозе 9,9 т/га и минеральных удобрений в дозе ^Р^Кз, в

4. Применяемые системы удобрений повышали содержание щелочногидролизуемого азота в почве опыта в 1,7-2,8 раза по отношению к неудобренному варианту (г=0,50-0,90). Наибольшее содержание щелочногидролизуемого азота в почве установлено на варианте с тройной дозой азотных удобрений - 17,6 мг/100г почвы. На вариантах с применением органо-минеральных систем удобрений в умеренных и повышенных дозах, минеральной и органической системы количество щелочногидролизуемого азота к контрольному варианту возросло на 8,1-10,7 мг/100 г почвы. Меньший эффект установлен при одностороннем внесении фосфорных, калийных и органо-минеральных удобрений в низких дозах.

5. Анализ динамики изменения кислотности почвы показал, что за последние 16 лет, когда известкование не проводилось, показатель рНКа почвы без удобрений снизился в среднем на 1,0 ед. Значительное подкисление почвенного раствора наблюдалось под влиянием максимальной дозы минеральных удобрений (NgiPgiKgi) - на 1,5 ед. Меньшее подкисление почвы отмечено на вариантах с ор-гано-минеральной системой удобрений, что обусловлено дополнительным поступлением кальция и магния с навозом. Установлено снижение суммы обменных оснований на вариантах без удобрений и с минеральной системой. Внесение навоза полностью не компенсировало потери обменных оснований.

6. Интенсивность гидролитических процессов в почве опыта повышалась в среднем в 1,5 раза под влиянием органо-минеральных систем удобрений. Минеральные удобрения в меньшей степени стимулировали гидролиз органических соединений, особенно при их одностороннем внесении. Внесение повышенных доз минеральных удобрений до 108 кг д.в./га ингибировало активность инвертазы и фосфатазы в почве. Установлено, что активность инвертазы, протеазы и уреазы являются наиболее отзывчивыми показателями на количество в почве гумуса (г=0,86, г=0,71, г=0,89), щелочногидролизуемого азота (г=0,56, 1=0,86, г=0,61), подвижного фосфора (г=0,53, г=0,53, г=0,59) и обменного калия (г=0,60, г=0,93, 1=0,85). Фосфатазная активность почвы обнаруживает отрицательную зависимость г=-0,081 с содержанием в почве доступного фосфора - на почвах, менее обеспеченных подвижным фосфором, фосфатазная активность выше.

7. Удобрения оказали положительное влияние на активность окислительновосстановительных ферментов: активность каталазы в вариантах с органоминеральной системой удобрений увеличивалась в 1,9-2,4 раза по отношению к контрольному варианту, полифенолоксидазы - в 1,3-1,4 раза, пероксидазы - в 1,0-

1,2 раза, при использовании органической системы и минеральных удобрений в комплексе и раздельно - в 1,6-1,9, 1,0-1,3, 1,1-1,2 раза соответственно. Установлена прямая зависимость между условным коэффициентом гумификации, рассчитанным по соотношению активности полифенолоксидазы и пероксидазы, и содержанием гумуса в почве исследуемых вариантов опыта (г=0,59). Следовательно, уровень активности ферментов можно использовать для сравнительной оценки эффективности агротехнических приемов и плодородия почвы в целом.

8. Наибольшая продуктивность 7-польного зернотравяного севооборота была получена при сочетании минеральных удобрений и навоза - увеличение доз удоб-

рений с 54 кг д.в./га + 6,6 т/га до 135 кг д.в./га +16,5 т/га обеспечило прибавку продуктивности выше неудобренного варианта в 1,5-1,7 раза. Несбалансированное одностороннее применение аммиачной селитры и хлорида калия увеличило продуктивность культур на 0,85 и 0,65 т к.е./га, а внесение суперфосфата двойного гранулированного в тройной дозе и органо-минеральных удобрений в однократных дозах не привело к достоверному приросту продуктивности культур севооборота. Применение минеральной системы удобрений (81 кг д.в./га) было эффективней органической (9,9 т/га) на 19,2% за весь период исследований и на 18,1% в 4 ротации севооборота.

Практические рекомендации. Для повышения потенциального плодородия дерново-слабоподзолистой почвы Смоленской области и получения среднегодовой продуктивности культур севооборота на уровне 3,13-3,24 т к.е./га целесообразно применение органо-минеральной системы удобрений в ежегодных дозах Ы54Р54К54 + 6,6 т/га навоза и ^Р^К^Ч- 9,9 т/га навоза. Для улучшения кислотноосновных свойств почвы необходимо предусматривать периодическое известкование.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Сопов И.В. Спектрометрическая диагностика азотного питания растений / И.В. Сопов, Р.А. Афанасьев, И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья : тез. докл. науч.-практ. конф, Москва, 2-3 октяб. 2007 г. - М., 2007.-С. 58-61.

2. Сопов И.В. Фотометрическая диагностика азотного питания зерновых культур / И.В. Сопов, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // Агрохимические технологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции : тез. докл. 42 междун. науч. конф, Москва,

2008 г. - М., 2008. - С. 175-180.

3. Сопов И.В. Влияние азотных удобрений на продуктивность и диагностические показатели ярового ячменя в условиях дерново-подзолистых почв / И.В.Сопов, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // тез. докл. науч. конф, Москва,

2009 г. - М., 2009. - С. 250-253.

4. Румянцева И.В. Технологии точного земледелия как путь к повышению плодородия в условиях таежной зоны / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева, Т.А. Девятова // Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса : тез. докл. всерос. конф. студ. и молод, учен, с элемент, науч. шк., Астрахань, 29 октяб.-1 нояб. 2009 г. - Астрахань, 2009 .- С. 143-146.

5. Румянцева И.В. Почвенно-экологические условия применения удобрений в таежной зоне / И.В. Румянцева // Ломоносов - 2009 : тез. докл. межд. конф, Москва, 2009 г.-М., 2009.-С. 121-123.

6. Румянцева И.В. Влияние дифференцированного внесения азотных удобрений под ячмень яровой на физико-химические и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова // Состояние и проблемы экосистем Среднерусской лесостепи : сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж, 2009. - С. 98-104.

7. Румянцева И.В. Динамика агрохимических свойств дерново-подзолистой окультуренной почвы при длительном применении удобрений / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса. Будущее АПК : тез. докл. науч. конф, Астрахань, 22-24 апр. 2010 г. - Астрахань, 2010. - С. 43-44.

8. Румянцева И.В. Физико-химические и агрохимические свойства дерновоподзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева // Ломоносов - 2009 : тез. докл. межд. конф, Москва, 2010 г. - М., 2010.-С. 97-98.

9. Румянцева И.В. Физико-химические свойства дерново-подзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области / И.В. Румянцева, Е.В. Пономарева, Т.А. Девятова // Состояние и проблемы экосистем Среднерусской лесостепи : сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж, 2010. - С. 141-146.

10. Девятова Т.А. Биодиагностика экологического состояния почв в условиях антропогенной нагрузки / Т.А. Девятова, A.A. Воронин, И.В. Румянцева // Всероссийский журнал научных публикаций. - М, 2010. - С. 130-131.

11. Румянцева И.В. Физико-химические свойства дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почвы / И.В. Румянцева, В.Г. Лаврентьева // Материалы научной сессии Воронеж, гос. ун-та. : сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж, 2010,-С. 62-65.

12. Мерзлая Г.Е. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений / Г.Е. Мерзлая, Т.А. Девятова, Е.В. Пономарева, И.В. Румянцева // Плодородие. - 2010. - № 4 (55). - С. 31-32.

13. Девятова Т.А. Теоретическая и информационная основы биологической диагностики антропогенной деградации черноземов в Центрально-Черноземном регионе / Т.А. Девятова, A.A. Воронин, И.В. Румянцева // Вестник ВГУ : Сер. География. Геоэкология.-2010. -№ 2.-С. 98-101.

14. Румянцева И.В. Изменение агрохимических свойств дерновоподзолистой почвы опытного поля ВИУА Смоленской области под влиянием длительного применения удобрений / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова // Вестник ВГУ : Сер. Биология. Химия. Фармация.-2011. - № 1. - С. 127-133.

15. Румянцева И.В. Изменение активности окислительновосстановительных процессов в дерново-слабоподзолистой почве длительного стационарного опыта / И.В. Румянцева, Т.А. Девятова, Р.А. Афанасьев, Г.Е. Мерзлая // Материалы научной сессии Воронеж, гос. ун-та. : сб. науч. тр. / Воронеж. гос. ун-т. - Воронеж, 2011.- С. 49-59.

Статьи № 12,13,14 опубликованы в изданиях, входящих в список ВАК РФ.

Подписано в печать 19.01.12. Формат 60*84 ’/,6. Уел. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ 34.

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

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Румянцева, Ирина Васильевна, Воронеж

61 12-6/292

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПЛОДОРОДИЕ И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ

На правах рукописи

Румянцева Ирина Васильевна

Специальность: 03.02.13-почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент Девятова Татьяна Анатольевна

ВОРОНЕЖ-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................4

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................9

1.1 Ферментативная активность как биодиагностический показатель экологического состояния почвы.....................................................................9

1.2 Влияние антропогенного воздействия на показатели плодородия, ферментативную активность почв и урожайность сельскохозяйственных культур......................................................................19

ГЛАВА 2 ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ПОЛЕВОГО ОПЫТА..................................................................42

2.1 Природные условия района исследований.............................................42

2.1.1 Географическое положение..............................................................42

2.1.2 Климат................................................................................................42

2.1.3 Геологическое и геоморфологическое строение территории.......44

2.1.4 Гидрологические условия.................................................................46

2.1.5 Почвенный покров Смоленской области........................................49

2.1.6 Растительность и животный мир.....................................................54

2.2 История опытного поля ВИУА пос. Олыиа Смоленской области.......61

2.3 Морфогенетическая и химическая характеристика свойств дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы............................................................65

ГЛАВА 3 ФИЗЖО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-

СЛАБОПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ.......................................................73

ГЛАВА 4 ДИНАМИКА АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-СЛАБОПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ

ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ................................................78

ГЛАВА 5 ИЗМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ДЕРНОВО-СЛАБОПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ

ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ................................................95

5.1 Изменение активности гидролитических ферментов в почве длительного стационарного опыта................................................................95

5.2 Изменение активности окислительно-восстановительных

ферментов в почве длительного стационарного опыта...............................110

ГЛАВА 6 ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕРНОТРАВЯНОГО СЕВООБОРОТА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ

УДОБРЕНИЙ........................................................................................................................122

ВЫВОДЫ.................................................................................................................128

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...............................................132

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Вопросы оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах были и остаются актуальными, поскольку внесение повышенных доз удобрений не всегда экологически и экономически оправдано, кроме того слабо изучены процессы трансформации дерново-подзолистых почв под влиянием агрохимикатов [18, 176, 245]. Анализируя результаты исследований, проведенных в условиях зоны дерново-подзолистых почв, становится очевидным, что вопросам изменения агрохимических, физико-химических и биологических свойств почв уделялось недостаточное внимание [51, 128, 129, 204, 208, 240].

Наиболее информативным показателем любых изменений, происходящих в почвах, является ферментативная активность почв. Работа ферментов определяет доступность элементов питания, гумусное состояние, азотный, фосфорный, калийный режим, а также способность почвы к детоксикации различных поллютантов [204]. Поэтому для управления функционированием агроэкосистем, регулирования и оптимизации экологического состояния почв актуально изучение изменения биохимической активности, являющейся наиболее отзывчивой на антропогенные воздействия.

Исследования проводились на центральной опытной станции бывшего Смоленского филиала Всероссийского института удобрений и агропочвоведения в западной части Нечерноземной зоны России (п. Ольша Смоленской области) на длительном стационарном опыте по систематическому применению бесподстилочного навоза и минеральных удобрений в широком

диапазоне доз и сочетаний в зернотравяном севообороте на дерново-подзолистой почве. Полевой опыт был заложен в 1978 г. в соответствии с «Программой и методикой исследований в Географической сети опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии» с целью исследования влияния удобрений на агрохимические свойства почвы и продуктивность возделываемых культур.

Комплексное изучение агрохимических, физико-химических свойств и ферментативной активности почвы опыта позволит дать обоснованное заключение об изменении показателей плодородия, биохимических процессов и прогнозировать продуктивность агроценоза под влиянием длительного (32 года) применения удобрительных средств.

Данная работа является составной частью научных тем кафедры экологии земельных ресурсов Воронежского государственного университета «Разработка теоретической и информационной основы исследования состояния биосистем» и лаборатории агрохимии органических удобрений Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии им. Д.Н. Прянишникова «Разработка рекомендаций по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия». Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-04-97504.

Цель—исследований. Выявление тенденций изменений основных показателей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием длительного систематического применения различных доз и сочетаний минеральных и органических удобрений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать изменения агрохимических показателей плодородия дерново-слабоподзолистой почвы опыта в пространственном и временном аспекте.

Научная новизна. Впервые в условиях западной части Нечерноземной зоны РФ на базе многофакторного стационарного опыта получены экспериментальные данные по изменению агрохимических, физико-химических и биологических показателей плодородия дерново-слабоподзолистой почвы под влиянием одностороннего и комплексного применения органических и минеральных удобрений. Проведена энергетическая оценка органического вещества дерново-подзолистой почвы. Исследована специфика биохимических процессов, происходящих в дерново-подзолистой длительно удобряемой почве. На основе изменения показателей плодородия во времени установлены и выражены в виде регрессионных уравнений особенности действия систем удобрений на агрохимические показатели и ферментативную активность дерново-слабоподзолистых почв Смоленской области, продуктивность агроценозов.

Практическая_значимость работы. Установленные корреляционно-

регрессионные зависимости показателей плодородия и ферментативной активности дерново-слабоподзолистой почвы от доз и сочетаний минеральных удобрений и навоза могут быть использованы для разработки рекомендаций по регулированию уровня обеспеченности растений элементами питания и корректировки доз удобрений, способствующих воспроизводству плодородия почвы, повышению сбалансированности и экологической обоснованности систем удобрений в Нечерноземной зоне России. Установлены оптимальные

дозы удобрений (N54.8iP54_8,K54.8iH6>6-9,9) под зерновые культуры на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах для повышения продуктивности пашни.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Агрохимические и физико-химические показатели плодородия дерново-слабоподзолистой супесчаной почвы находятся в тесной зависимости с дозами и сочетаниями минеральных удобрений и навоза.

2. Интенсивность и направленность минерализационно-иммобилизационных процессов трансформации соединений углерода, азота и фосфора в дерново-слабоподзолистой почве могут характеризоваться уровнем ее ферментативной активности и определяются особенностями применяемой системы удобрений.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность научному руководителю - доктору биологических наук, доценту Т.А. Девятовой за оказанную помощь и поддержку в выполнении исследований, подготовке и написании данной работы, научным сотрудникам ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова - доктору сельскохозяйственных наук, профессору P.A.

Афанасьеву, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Г.Е. Мерзлой за ценные советы и практическую помощь при проведении полевых работ, а также коллективу кафедры экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета за содействие.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ферментативная активность как биодиагностический показатель экологического состояния почвы

В настоящее время для диагностики экологического состояния почв все чаще стали применяться биологические свойства, которые нередко оказываются более результативными в тех случаях, когда более традиционные (морфогенетические, агрофизические, агрохимические) не позволяют достоверно раскрыть возможную реакцию экосистемы на какие-либо воздействия. Биологические индикаторы обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям, позволяют диагностировать негативные процессы на самых ранних стадиях проявления [41, 82, 83, 121, 136, 138, 172, 197, 204, 214, 264, 343].

Биологическая активность почвы играет важную роль в процессе формирования, становления или деградации почвенного плодородия и рассматривается как свойство почвы, производное совокупности абиотических, биотических и антропогенных факторов ее формирования, текущей динамики и функционирования [33, 65, 98, 108, 122, 135].

Биотестирование и биодиагностика, показатели ферментативной активности почв широко применяются в почвенно-генетических исследованиях, при решении прикладных задач почвоведения, связанных с плодородием, оценкой эффективности агротехнологий и интенсивности воздействия на почвы техногенных факторов. Биотестирование является наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почв. В свою очередь и биодиагностика техногенного загрязнения почв является достаточно простым методом, который способен дать реальную оценку состояния почв [16, 34, 49, 67, 75, 86, 202, 260, 279, 282, 310].

Биоиндикаторы отражают влияние антропогенного воздействия на состояние окружающей среды и скорость происходящих в ней изменений,

раскрывают тенденции развития экосистем, позволяют контролировать их состояние без необходимости постоянной регистрации химических и физических параметров, характеризующих качество среды. Почвы с высокой биологической активностью более резистентны к антропогенному прессу, упорнее сопротивляются воздействию извне [29, 89, 100, 113, 114, 229, 271].

Антропогенное воздействие сельскохозяйственного производства (распашка целинных почв, внесение удобрений, известкование, загрязнение пестицидами и др.) оказывает большое влияние на изменение показателей биологической активности почв. Происходят существенные сдвиги биохимических и микробиологических процессов через изменение агрохимических (содержание гумуса, элементов минерального питания), физико-химических (емкость поглощения, степень насыщенности основаниями, реакция почвенной среды) и физических показателей почв (микроагрегатный состав, пористость, плотность, температурный режим, влажность) [22, 97, 205, 227, 252, 261,267].

В настоящее время отсутствует универсальный метод определения биологической активности почвы. Биодинамику определяют, пользуясь микробиологическими (прямой микроскопический подсчет микроорганизмов разных групп - бактерий, актиномицетов, грибов, определение количества микроорганизмов на разных питательных средах), биохимическими (определение ферментативной активности почв, АТФ, ДНК), физиологическими (определение биомассы микроорганизмов, дыхания почв) и химическими (определение нитратов, аммиака) методами [77].

Как самостоятельное научное направление в биологии почв, почвенная энзимология оформилась в результате фундаментальных исследований как в СССР [12-15, 55-62, 94, 96, 143, 144, 289, 306], так и за рубежом [333, 334, 344]. Результаты исследований 60-90-х гг., посвященные вопросам биодиагностики почв, позволили разработать новые и модифицировать уже применяющиеся в то время методики определения ферментативной активности почв, а энзиматические показатели использовать в качестве дополнительного

диагностического критерия типов, видов и разновидностей как целинных, так и почв разной степени окультуренности.

Ферменты, будучи мощными катализаторами биохимических процессов в почвах, обеспечивают успешное осуществление системой «почва -микроорганизмы» ее главнейшей общепланетарной функции - разрушение первичного органического вещества и синтеза вторичного, обогащения почвы биогенными элементами и гумусом, осуществляют перенос веществ и энергии, находящихся в биогеоценозе или поступающих в него [28, 61, 62, 73, 76, 95, 193,280, 281,334].

Ферментативная активность почвы - способность почвы проявлять каталитическое воздействие на процессы превращения экзогенных и эндогенных органических и минеральных соединений благодаря имеющимся в ней ферментам, как в связном, так и в свободном состоянии [268].

Общий ферментный пул почвы состоит из сложного комплекса источников по локализации, составу и состоянию ферментов. Выделяют следующие составляющие ферментного пула в почве:

1. Ферменты, функционирующие внутри цитоплазмы живых микробных, животных и растительных клеток и осуществляющие основные метаболические процессы в них (гликолиз, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование и др.). Вне клетки ферменты не могут функционировать, так как они связаны с различными кофакторами и физиологическими функциями клеток. При выделении во внешнюю среду после смерти и разрушения клеток ферменты могут оставаться в активном состоянии и поступать в фонд почвенных ферментов.

2. Ферменты, находящиеся в периплазматическом пространстве живых грамотрицательных бактерий. При выделении через разрушающиеся клеточные стенки ферменты могут оказаться в различном состоянии: адсорбироваться или подвергаться протеолизу.

3. Ферменты, прикрепленные к внешней поверхности живых клеток, активные центры которых свободны и направлены наружу (внеклеточные

ферменты). К данной категории относятся ферменты, находящиеся в бактериальных и внекорневых слизях.

4. Ферменты, выделяемые живыми клетками в течение нормального роста и деления, которые оказываются в жидкой фазе почвы. Имеют низкий молекулярный вес (20000-40000) и продуцируются грамположительными бактериями, грибами и к�

Информация о работе

Румянцева, Ирина Васильевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Воронеж, 2012
ВАК 03.02.13

Диссертация

Плодородие и ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы