Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние агроценозов и обработки на экологическое состояние чернозема типичного

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Влияние агроценозов и обработки на экологическое состояние чернозема типичного"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени профессора И.И.Иванова

Р Г 5 СД

- Я /1*"и •. Ка правах рукописи

ДЕЛАКУР ФЕРНАВД

ВЛИЯНИЕ АГР0ЦЕН030В И ОБРАБОТКИ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО

Специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск - 1994

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Курской государственной сельскохозяйственной академии в 1991-1994 гг.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки Российской

Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Д.Муха

Официальные оппоненты: - академик PAGXH, доктор биологических нау

профессор - А.П.Щербаков;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.В.Захаров

Ведущая организация - Московская сельскохозяйственная а^садемия

им. К.А.Тимирязева.

Защита диссертации состоится " ^¿/¿С^/сЛ. 1994 г.

S/Jt?c? ^

в 7 у час' на заседании специализированного совета Д.120.25.О

при Курской государственной сельскохозяйственной академии имени

профессора И.И.Иванова, 305021, г.Курск, .ул. К.Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, у

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Клейменова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований» Всемерное влияние сельскохозяйственного производства на почау, особенно интенсификация земледелия изменяют уровень почвенного плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур. Именно поэтому особую актуальность приобретает проблема рационального использования почвы, как природного ресурса. Для решения этой проблемы необходимы знания процессов, протекающих в пахотных почвах под воздействием культурных растений, удобрений, обработок и пр. Именно решению этой проблемы были посвящены проведенные нами исследования, в которых рассматривалось воздействие различных сельскохозяйственных культур, выращиваемых в севообороте и бессменных посевах, а также различных видов основной обработки на важнейшие arpoгенетические характеристики почвы. Следует отметить, что несмотря на полувековую историю изучения культурной эволюции почв, ряд важнейших вопросов по изменению почвенных характеристик в процессе культурного почвообразования остается недостаточно исследованным и приобретает особую актуальность при решении задач по рациональному использованию природного ресурса - почвы и расширенного воспроизводства почвенного плодородия.

Целыо исследований было изучение воздействия различных агроце-нозол и основных обработок на некоторые агрогенетические характеристики, определяющие уровень плодородия, экологическое состояние чернозема типичного.

Исходя из поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить закономерности в изменении уровня урожайности озимой пшеницы и сахарной свеклы в различных агроценозах и при различных обработках.

2. Изучить влияние возделываемых растений и обработок на содержание гумуса.

3. Выявить изменения уровней физико-химических и агрохимических показателей чернозема при влиянии культурных растений и обработок.

4. Выявить влияние различных культур и основных обработок на-микробиологическую и ферментативную активность почвы, на почвоутомление .

5. Определить .уровень контрастности в изменении показателей между пахотным и подпахотным горизонтами.

6. Изучить энергетическую эффективность агроценозов и рассмат-

риваемых основных обработок почвы.

Научная новизна» Впервые в сравнительном плане в условиях центральной и южной лесостепи изучено комплексное воздействие культур, агроценозов и основных обработок на свойства чернозема типичного, выявлены закономерности трансформации органического вещества, изменения состава обменно поглощенных катионов, микробиологической и | ферментативной активности, .установлен .уровень почвоутомления и контрастность показателей мелду пахотным и подпахотным горизонтами.

На защиту выносится:

1. Закономерности изменения уровня плодородия и важнейших агро-генетических показателей чернозема типичного под влиянием агроценозов и различных видов основной обработки.

2. Характеристика экологического состояния верхнего горизонта чернозема типичного при различных вариантах его использования (оцениваемые на основе развития микробиологических и ферментативных процессов).

Производственная значимость. Реаультаты исследований выступают в качестве экологической основы для осуществления на практике рационального подбора культур и агроценозов, выбора и сочетания основных обработок для конкретных культур и агроценозов, для прогнозирования изменения свойств верхней части почвенного профиля, т.е. для .рационального использования чернозема типичного, как природного ресурса.

Объектом исследования служит чернозем типичный, мощный, различные агроценозы и виды основной обработки.

Исследования проводились на полях многолетних стационаров с использованием общепринятых методов и специальных разработок для оценки биохимических характеристик чернозема (В.Д.Муха, 1973; В.ДДуха, С.В.Поспелов, 1992).

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И.Иванова в 1993-1994 годах, а те же на научной конференции Белгородской сельскохозяйственной академш в 1994 году.

Внедрение. Основные положения соискателя внедрены в учебный процесс Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И.Иванова и применяются при организации работ по рациональному использованию почв и территории в хозяйствах Курской области, особенно в зоне проведения работ горнодобывающей промышленности.

По основным положениям работы имеются четыре публикации.

Структура и объем работы. Диссертация, объемом 115 стр. состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству, включает 29 таблиц, 15 рисунков и список литературы из 170 наименований российских и зарубежных ученых.

Основной текст диссертации изложен на 71 страницах машинописи.

I. Воздействие сельскохозяйственного использования черноземов на их агрогенетические характеристики

Влияние сельскохозяйственного использования на эволюцию различных типов почв и, в частности, черноземов исследовалось многими учеными (И.Ф.Гаркуша, 1953; Н.Л.Благовидов, 1954; А.М.Гринченко, 1955; М.Н.Доддубный, 1973; В.А.Ковда, 1974; В.Д.Муха, 1999 и др.), в этих работах главное внимание было обращено на комплексное.воздействие сельскохозяйственной культуры на состав и свойства почв, уровень их плодородия.

Почва - важный элемент ландшафта, находящийся в центре взаимодействия различных сфер (литосферы, гидросферы, биосферы, атмосферы). Вовлечение почвы в сельскохозяйственное производство (распашка и изменение видового состава и плотности растительного покрова) находит отражение в ландшафте. То есть изменение связей в "фокусе" ландшафта приводит к изменению (или разрушению) связей между "сферами".

Возникает необходимость детального изучения взаимодействия почвы и культурных растений, как отражение антропогенного воздействия на окружающую среду, а также изменений, происходящих в самой почве в результате этого взаимодействия.

При любой системе земледелия обработка почвы имеет исключительное значение. От состояния поверхности почвы зависит ее устойчивость к воздействию воды и ветра, а также различие в почвенных режимах, определяющих уровень и воспроизводство плодородия. Наиболее широкое применение при проведении основной обработки получили отвальная вспашка и безотвальное рыхление.

Литературные данные о воздействии способов основной обработки (отвальная вспашка и безотвальное рыхление) на уровень почвенного плодородия и агрогенетические характеристики почвы недостаточны и весьма противоречивы. Об этом свидетельствует широкая дискуссия, развернувшаяся в журнале "Земледелие" (Шикула, 19Ь0; Г.Н.Ванькович, 1968 и др.), а также публикации в журналах "Почвоведение", "Зерновые культуры", "Вестник сельскохозяйственной науки", и в других научных

! 4

I

5 изданиях последних 10-15 лет.

Влияние культурного растения на состав и свойства почвы не ме-! нее значимо, чем обработка почвы.

В имеющихся исследованиях обычно обработка рассматривается на фоне определенны): сельскохозяйственных культур. Собственно влияние растения на свойства почвы в данном случае не вццелялось, хотя хорошо известно воздействие севооборотов и отдельных культур на почвенное плодородие. В современных условиях рациональные севообороты на фоне высокой агротехники и химизации являются ведущими факторами в увеличении урожайности и расширенного воспроизводства почвенного плодородия. Такие севообороты также должны выполнять почвоза-,' щитные функции, учитывающие "прочность" почвенного покрова и "безболезненные" изменения в почвенном профиле. Однако многолетний опыт | США, Англии, Франции, Германии показывает, что наиболее перспективной моделью развития сельскохозяйственного производства в экономическом понимании является разумная специализация, основанная, прежде всего, на внедрении монокультуры в растениеводстве. Такое внед-| рение сдерживается снижением почвенного плодородия в бессменных по-| севах. При высокой культуре земледелия в бессменных посевах для воз-| делывания оказались пригодными только кукуруза, озимая рожь, табак, картофель и некоторые овощные культуры (Д.Н.Прянишников, 1976; В.П. : Нарцисов, 19Ь2). Другие сельскохозяйственные культуры требуют пло-досмены. Причины почвоутомления, вызываемые бессменными посевами, в настоящее время недостаточно изучены (А.М.Гродзинский и др.,1979), поэтому изучение влияния конкретных сельскохозяйственных культур на свойства почвы, особенно при различных обработках, в создавшихся . условиях, весьма желательно.

Обобщение результатов исследований воздействия сельскохозяйственного использования на основные типы почв, в том числе и черноземы (В.Д.Муха, 1979; В.Г.Унгурян, 19Ь2, Ф.И.Левин, 19ЬЗ) показало, что при вовлечении их в сельскохозяйственное производство и окультуривание резко усиливается микробиологическая и ферментативная активность, интенсивность процессов минерализации и превращения органического вещества, трансформации коллоидно-дисперсных минералов, подвижность питательных элементов и т.п.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в настоящее время разработаны теоретические предпосылки управления почвенным плодородием, как в условиях простого, так и расширенного его воспроиз-| водства. Современная система .управления почвенным плодородием долж-I на строиться на основе почвенно-экологического районирования и мик-

рорайонирования с учетом специализации и концентрации сельскохозяйственного производства, а также сохранения почвенного покрова, как важнейшего природного ресурса.

Для практической реализации полученных научных результатов необходимы исследования конкретного воздействия отдельных агротехнических приемов и культурных растений на состав почв и элементы ее плодородия в определенных конкретных условиях.

Решению именно этих научных и производственных вопросов и посвящена наша диссертационная работа.

2. Характеристика объектов и методика исследования

Объектами исследований являются черноземы типичные тяжелосуглинистые на лёссе лесостепной зоны, которые располагались на двух ключевых стационарных участках с многолетними опытами:

- на поле опытного хозяйства Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии в Курской области (Россия);

- на поле опытного хозяйства научно-производственного объединения "Элита" в Полтавской области (Украина).

Первый стационар находится в Медвенском районе и представляет собой типичный участок лесостепи Центрально-Черноземной области Средне-Русской возвышенности.

' Второй стационар находится в Полтавском районе и представляет собой типичный участок Левобережной (Вжной) Лесостепи Полтавской равнины.

Черноземы типичные мощные являются наиболее плодородными почвами и отличаются исключительно благоприятными в агрономическом понимании характеристиками: реакция почвенного раствора близка к нейтральной (рН = 6,0-6,5), профиль глубокий (более 100 см), равномерно и хорошо пуму сиро ван (4,5-6,0 %), содержание азота, фосфора,. калия достаточно высокое.

При проведении исследований были использованы общепринятые ме- ' тодики.

В частности, определяли гумус общий по Тюрину в модификации Никитина; азот общий и легкогидролизуемый по Корнфильду; подвижные фосфор и калий по Чирикову; гидролитическую кислотность и обменно поглощенные основания; общую микробиологическую активность и устойчивость микроорганизмов (В.Д.Муха, 1962); ферментативную активность (Ф.Х.Хазиев, 1973) и почвоутомление под озимой пшеницей и сахарной свеклой (В.Д.Муха, С.В.Поспелов, 1989).

о

Кроме того, была установлена энергетическая эффективность и энергоемкость производства продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы (В.А.Токарев, 1965; В.М.Володин и др., 1989).

3. Воздействие агроценозов и основной обработки на элементы плодородия чернозема типичного

| 3.1. Изменение уровня эффективного плодородия. Влияние агроцен

! -зов основной обработки наиболее четко отразилось на уровне эффектив ного плодородия. Согласно многолетним экспериментальным данным ВНИИ и ЗПЭ, Полтавской государственной опытной станции, возделывание в б сменных посевах сахарной свеклы и озимой пшеницы резко (в 2-3 раза) снижает урожайность этих культур без применения удобрений по сравне нию с возделыванием их в севообороте (табл.1). При этом для посевов озимой пшеницы различия в основной обработке достоверной разницы в урожайности не обеспечили. Для сахарной свеклы безотвальное рыхлени привело к существенному снижению урожайности. Таким образом, различия между основными обработками более контрастно проявляются под са | харной свеклой.

3.2. Содержание гумуса и соотношение С:№. Изучением содержания гумуса и его качества занимались многие исследователи (Ы^.Кононова 1963; П.Г.Адерихин, 1964; А.А.Коротков, 197Э; Д.С.Орлов, 1974; А.П. Щербаков, 1988 и до.).

•К настоящему времени детально изучены состав и свойства гумуса разрабатываются теории гумификации органических веществ в почве.

Содержание гумуса - основной диагностический показатель при ха рактеристике всех типов почв и реаультатов антропогенного воздействия.

Несомненно основная обработка - один из сильнейших моментов та кого воздействия на органический ресурс лаедшафта. И различия между вариантами основной обработки находят отражение в почвенном профиле Одни ученые склоняются к выводу о положительном влиянии вспашки на накопление в почвах гумуса (М.Н.Ыельникова, О.СДуравлев, 1962; А.А.Зайцев, 1963; 0.В.Сдобников, 1985; А.МДыков, 1967 и др.), доу-гие плоскорезной обработки (И.И.Лебедева, Е.В.Семенин, 1974). ! Полученные нами данные (табл.2) показывают, что в Северной Ле-

состепи (Курский стационар) в пахотном горизонте (0-20 см) различие ! между обработками в содержании гумуса наблюдается под сахарной свек лой в бессменных посевах: при вспашке выше, чем при безотвальном ры : лении, при низком качестве гумуса (С : N ). В то же время под озимо пшеницей наблюдается увеличение показателя С : N при безотвальном

I. Уровень эффективного плодородия чернозема типичного под различными агроценозами

Варианты опыта ! Средняя многолетняя урожайность,ц/га | ^ (1990-1993 У

Агроценоз | Основная обработка 1 почвы 1 Курский стационар (без удобрений) ! ! Полтавский стационар { (навоз + /УРКУ !

Озимая пшеница в севообороте Вспашка Безотвальное рыхление ЗЬ,0 38,3 45,6

Озимая пшеница в бессменных посевах Вспашка Безотвальное рыхление нср05 14,1 12,7 3,8 32,7 4,1

Сахарная свекла в севообороте Вспашка Безотвальное рыхление 303,5 241,4 468,0

Сахарная свекла в бессменных посевах Вспашка Безотвальное рыхление нср05 91,0 74,4 53,9 349,0 49,5 -о

рыхлении по сравнению со вспашкой в севообороте и бессменных посевах. Здесь следует отметить, что величина С : N , отражающая качество гумуса особенно реагирует на антропогенное воздействие, на что обращали внимание многие исследователи (Ф.Дюшофур, 1956; Б.А. Никитин, 1975; В.ДДуха, 1979; А.И.Шуков, П.Д.Попов, 19ЬЬ и др.). Сравнение воздействия одинаковых обработок, проводимых в различных агроценозах, показало снижение содержания гумуса в горизонте 0-20 см в бессменных посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы по сравнению с севооборотом. Качество гумуса при этом существенно не изменялось.

Таким образом,под озимой пшеницей и сахарной свеклой в Северной ; Лесостепи в пахотном горизонте чернозема типичного вспашка и безотвальное рыхление в пределах агроценоза практически не приводят к изменению содержания гумуса, эти изменения накапливаются в подпахотном горизонте (при вспашке % гумуса выше, чем при безотвальном рых-| лении). Качество гумуса изменяется только в пахотном горизонте под озимой пшеницей.

Сравнение влияний агроценозов показало увеличение содержания гумуса при вспашке и безотвальном рыхлении в пахотном горизонте при плодосмене против аналогичных обработок в бессменных посевах сахар-| ной свёклы и озимой пшеницы.

Влияние культур сказывается на качестве гумуса - под озимой пшеницей гумус менее насыщен азотом, чем под сахарной свеклой на всех вариантах, кроме вспашки в севообороте.

В Южной Лесостепи (Полтавский стационар) количественные изменения в пахотном горизонте имеют противоположную направленность: в бессменных посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы содержание гумуса увеличивается по сравнению с севооборотом. В подпахотном горизонте этой тенденции нет.

Бессменные посевы сахарной свеклы приводят к увеличению содержания азота в гумусовых соединениях по сравнению с озимой пшеницей в Северной и Южной Лесостепи.

3.3. Активность микроорганизмов. Изменение количества и качества гумуса под влиянием различных агроценозов и обработок обусловлено прежде всего жизнедеятельностью микроорганизмов. Согласно многочисленным исследованиям общая микробиологическая активность и соотношение микроорганизмов, участвующих в трансформации азотсодержащих ! органических и минеральных соединений определяют направленность поч-' вообразования в целом и пумусообразования в особенности (А.А.Обраэ-цова, Ы.БЛагтренко, 1961; И.Ы.Бабьева, 1971; Т.В.Аристовская, 1980;

2. Содержание гумуса (%) и соотношение органического углерода и общего азота (С : N ) в верхних горизонтах чернозема типичного под различными агроценозами

Варианты опыта

Курский стационар

! Полтавский стационар

гумус } С: // { гумус { С : Л/ Ь^У0 и : ^ ртс^! и:/у

Агроценоз

Основная обработка | почвы

I:

и-аи а! и-^и с(^-4иск^-4и сУ

С-20 с

ь|р-20 см |20

-40ск|20-40

Озимая пшеница в севообороте

Озимая пшеница в бессменных посевах

Сахарная свекла в севообороте

Сахарная свекла в бессменных посевах

Вспашка

Безотвальное рыхление Вспашка

Безотвальное рыхление Вспашка

Безотвальное рыхление Вспашка

Безотвальное рыхление

НСР,

5,10 5,17

4,89 4,81

5,0Б 5,14

Иг50 12,25

12,08 13,04

4,76 4,15

4,47 3,97

11,29 11,23

12,09 11,89

5,25 5,43

II,II 10,81

4,53 4,00

11,21

10,36

05

5,12

4,72 10,76 4,42 11,40 5,50 4,93 11,24 3,81 10,85 -0,16 0,56 0,25 0,68 0,15

11,07 4,88 11,58

11:68 4,91 11,52

11,19 4,79 11,65

10,79 4,71 10,72

0,61 0,14 0,46

О.А.Берестецкий, I9bl; Л.М.Захарцева, 1987; Д.Г.Звягинцев, 1988).

Влияние агроценозов и обработок на жизнеспособность микроорганизмов, усваивающих азот органических и минеральных соединений, изучалось с использованием методики В.Д.Мухи, вошедшей в список унифицированных методов анализа свойств почв на Украине (1962).

По этой методике определялась микробиологическая активность в инактивированном и максимально активном (инкубированном при оптимальной температуре и влажности) почвенных образцах. Рассчитывалась степень устойчивости микроорганизмов, участвующих в трансформации органических (на мясопептонном агаре - МПА) и минеральных (на крахмал-аммиачном агаре - КАА) соединений и показатель интенсивности трансфор-Í нации азотсодержащих соединений. Исследовался пахотный горизонт ; (0-20 см).

Жизнеспособность микроорганизмов, участвующих в трансформации органических азотсодержащих соединений проявляется в зависимости от агроценоза и обработки (табл.3).

В инактивированном образце на МПА под озимой пшеницей в севообороте наблюдалось увеличение численности микроорганизмов на участках со вспашкой по сравнению с безотвальным рыхлением. В обоих вариантах обработки численность микроорганизмов в почве севооборота надаого выше, чем в бессменном посеве. Под сахарной свеклой в севообороте микроорганизмов также больше при вспашке, чем при безотвальном рыхлении.

В бессменном посеве свеклы разницы между вариантами обработки нет. Активность выше в севообороте и бессменном посеве под озимой пшеницей, чем под сахарной свеклой.

Сравнение потенциальных возможностей микрофлоры, трансформирующей органическое вещество (инкубированный образец на МПА) показало, ■ что под озимой пшеницей в севообороте при разных обработках микро] биологические процессы вдут активнее, чем под сахарной свеклой (кро-¡ ые вспашки в севообороте).

Аналогичные результаты получены при исследовании жизнеспособности микроорганизмов, трансформирующих минеральные азотсодержащие соединения (инактивиро ванный образец на КАА).

Потенциал трансформации минеральных соединений (инкубированный образец на КАА) под сахарной свеклой выше, чем под озимой гппе- ' ницей на аналогичных вариантах.

Таким образом, можно говорить о благоприятном воздействии севооборота и вспашки на жизнедеятельность полезной почвенной микро-

3. Влияние агроценозов и основной обработки на жизнеспособность микроорганизмов

и степень их устойчивости

--1 1 '■■ '1--- Варианты опыта 1 Микроорганизмы на { Микроо^анизмы на Степень устойчивости, % (Су} Показатель интенсивное ти трансфор мации азотсодержащих органически: соединений СУ МПА Су КАА

Агроценоз Основная обра- {инактиви- {инкубиро- ннактиви-1инкубиро-бпттса ппивн рованный '.ванный об- ЬоБанный ванный об-образец, разец,млн. образец, ¡разец.млн. млн.на 1г на I г гохн.на 1гГна I г { ПОЧВЫ | почвы [ ПОЧВЫ | почвы 1 ! ! 1 на МПА на КАА

Озимая пшеница Вспашка •0','747" Ю8;зоз 1,069 * 202,060 0,69 0,53 1,30

в севообороте Безотвальное 0,569 . 104,378 0,998'г 164,645 0,54 0,49 1,10

рыхление

Озимая пшеница Вспашка 0,416 63,668 0,612 138,219 0,50 0,44 1Д4

в бессменных Безотвальное 0,309 82,316 0,476 131,339 0,37 0,35 1,03

посевах рыхление

Сахарная свекла Вспашка 0,627 103,169 1,167 232,605 0,61 0,51 1,20

в севообороте Безотвальное 0,356 90,006 0,795 204,195 0,40 0,39 1,02

рыхление

Сахарная свекла Вспашка 0,302 66,641 0,607 164,145 0,35 0,33 1,06

в бессменных Безотвальное 0,262 87,556 0,504 164,967 0,30 0,31 0,97

посевах рыхление

нср05 0,042 10,316 0,076 24,336 0,03 0,004

флоры, а также о весьма специфическом отрицательном воздействии на жизнедеятельность организмов бессменных посевов сахарной свеклы и озимой пшеницы, особенно при безотвальном рыхлении.

3.4. Активность ферментов и уровень почвоутомления. В последнее время ферментативная активность все чаще привлекается для биологической характеристики почвы, как сравнительно устойчивый показатель (З.П.Попова, 1970; Ф.Х.Хазиев, 1972; А.Ш.Галстян, 1974, 197Ьидр.). Результаты наших исследований показали существенные изменения ферментативной активности почв в различных агроценозах при различных обработках. В частности исследовалась активность каталазы, инверта-зы, лолифенолксадазы и рассчитывался показатель почвоутомления по методу В.ДДухи и С.В.Поспелова (A.C. № I70407I, 1992; A.C. № 1704072, 1992).

В соответствии со способами диагностики почвоутомления под сахарной свеклой и под озимой пшеницей необходимо было установить соотношение между активностью каталазы и полифенолксидазы для посевов сахарной свеклы и соотношение активности инвертазы и каталазы для посевов озимой пшеницы (табл.4).

Каталаза (класс оксидоредуктаз) катализирует реакцию разложения перекиси водорода, образующейся в процессе дыхания, ядовитой для организмов, на воду и молекулярный кислород.

' В пределах агроценозов под сахарной свеклой активность каталазы при вспашке выше, чем при безотвальном рыхлении. При сравнении аг роценозов в севообороте активность выше при вспашке и безотвальном рыхлении, чем бессменных посевах при аналогичных обработках.

Под озимой пшеницей, как в севообороте, так и в повторных посевах активность каталазы снижается от вспашки к безотвальному рыхлению.

Сравнение ыедау агроценозами показывает более высокую каталаз-ную активность в севообороте по сравнению с бессменными посевами (сравнение между аналогичными обработками).

Полифенолоксидаза (класс оксидоредуктаз) .участаует в превращении органических соединений ароматического ряда в компоненты гумуса.

Под сахарной свеклой полифенолоксидазная активность повышается при безотвальном рыхлении по сравнению со вспашкой в севообороте и в бессменных посевах. При вспашке и безотвальном рыхлении в бессменных посевах полифенолоксидаза ведет себя активнее по сравнению с ана логичными вариантами обработки в севообороте.

Инвертаза (класс гидролаз) расщепляет углеводы, образующиеся в почве при разложении растительных остатков. Под озимой пшеницей в се

4. Активность ферментов и уровень почвоутомления чернозема типичного (слой 0-20 см) под различными агроценозами (Курский стационар)

17

Активность'¡Активность показатель «Показатель

- ро

Варианты опыта

Агроценоз

¡Активность

мнвертазы { каталазы ¡полифеноло- рочвоутом- ^ючвоутомленш

1-Шг инвер- ;(Ш1 0 на ¡ксидазы ртек

. основная обработка разного са- I г почвы (Мг пурпур- } д почвы кара I г поц за 2 мин.) галина на ; «

сара 1 г поч ¡вы за 2 мин)}

! !

.) ¡галина •«100 г почвы)

инв : А кат

А пф' : А кат

Озимая пшеница в севообороте Вспашка Безотвальное рыхл. 26,96 31,22 9,62 6,64 3,01 3,53 —

Озимая пшеница в бессменных Вспашка Безотвальное рыхл. 35,27 36,76 7,25 6,29 - 4,66 6,16 -

посевах НСР05 0,29 0,09 - - -

Сахарная свекла в севообороте Вспашка Безотвальное рыхл. _ 6,04 7,07 4,02 4,70 - 0,50 0,66

Сахарная свекла в бессменных Вспашка Безотвальное рыхл. - 5,02 4,15 5,Ь6 6,59 - 1,17 1,59

посевах нср05 0,04 0,06 _

вообороте активность инвертазы выше при безотвальном рыхлении, чем при вспашке.

В бессменных посевах озимой пшеницы при безотвальном рыхлении 'инвертаза ведет себя активнее, чем при вспашке.

При сравнении агроценозов вспашка и безотвальное рыхление в бессменных посевах озимой пшеницы характеризуются большей инвертаз-ной активностью перед аналогичными обработками в севообороте.

Доказано, что активность почвенных ферментов может быть показателем почвенного плодородия (В.Ф.Купревич, 1951; Д.Т. 1976; В.Д.Муха, 19"}9; А.ПДербаков, А.В.Косолапова, 1968), применяется для иаучения биотических взаимодействий в агроценозах (Ф.Х.Хазиев, 1979) и тесно связана с различными физическими, химическими свойствами почвы, содержанием углерода, элементами питания и др. (Д.А.Гаджие-ва, Ф.Т.Надиров, 19Ь7; В.А.Яцевич, 1'.А .Павловская, 1988; M.A.GiSPERT Р.G.ARCARA , 1988; Н.Ф Ловчий, Н.А.Шимко, 1988). Поэтому данный показатель был использован для биодиагностики почвоутомления, тем более что многие исследователи выявили тесные корреляционные связи между урожайностью и активностью ферментов, причем на различных культурах и типах почв (Ф.Х.Хазиев, Г.А.Павловская, В.А.Яцевич, 1972; Г.С.Боб-рилова, 1985; В.И.Котельников, 1966; Г.В.Меренюк, Н.И.Фрунзе, 1988).

В научной литературе при оценке динамики активности авторы, как правило, анализируют лишь направленность изменения ферментативной активности, т.е. больше или меньше в севообороте по сравнению с бессменными посевами. Кроме того, все ферменты рассматриваются в отдельности, без учета взаимосвязи между ними.

Разработанный В.Д.Мухой, С.В.Поспеловым (1982) метод определения почвоутомления основан на учете соотношения активности ферментов, имеющих наиболее тесную положительную и отрицательную корреляцию с уровнем урожайности.

Полученные данные' свидетельствуют о том, что и сахарная свекла и озимая пшеница приводят к заметному усилению почвоутомления. Причем для сахарной свеклы резкое увеличение почвоутомления наступает в бессменных посевах. Различия в воздействии основной обработки менее значимы.

Для озимой пшеницы наиболее резко почвоутомление проявилось при •безотвальном рыхлении в бессменных посевах.

Таким образом, для сахарной свеклы более сильное влияние плодосмена, а для озимой пшеницы - основной обработки.

3.5. Питательные элементы. Жизнедеятельность микроорганизмов и

ферментативная активность, как результат этой деятельности, определя

ют уровень мобилизации питательных элементов почвы,прежде всего соединений азота, фосфора и калия.

Проблема азота является одной из важнейших в земледелии. Согласно многочисленным исследованиям распашка и сельскохозяйственное использование почв, приводит к усилению его подвижности (Н.С.Аццонин, 1935; О.А.Чесняк, 1965; Н.И.Болотин, 1976; В.Д.Муха, Л.И.Васильева, 1977; Н.Н.Королев, 1966; А.П.Щербаков, А.В.Косолапова, А.Ф.Стулин, 196Ь и др.).

На содержание азота и его подвижность в посевах озимой пшеницы в первую очередь влияет севооборот, а в посевах сахарной свеклы обработка и севооборот (табл.5). Наиболее оптимальным вариантом для исследуемых культур является их возделывание в севообороте при вспашке. Исключение составляет легкогидролизуемый азот в бессменных посевах сахарной свеклы на удобренном Полтавском стационаре.

Сельскохозяйственное использование существенно влияет на содержание подвижного фосфора в почве. Согласно полученным нами данным (табл.5) содержание подвижного фосфора существенно возрастает в пахотном слое при безотвальном рыхлении, как под озимой пшеницей, так и сахарной свеклой в севообороте и бессменных посевах. При этом в бессменных посевах озимой пшеницы происходит наибольшее накопление подвижного фосфора в пахотном слое, (что связано с аккумуляцией фосфора в ризосфере злаков). В пахотном слое наблюдается противоположная закономерность.

Согласно многочисленным исследованиям (Н.Г.Городний, 1960; А.А.Коротков, 1975; А.В.Петербургский, 1979; Т.Н.Кулаковская, 1967 и др.), изменение в содержании подвижного калия при различном сельскохозяйственном использовании не столь существенно. В калийном режиме пахотных почв решающее значение приобретает динамическая взаимосвязь между необменным и обменным калием (В.Д.Муха, 1979).

По нашим данным (табл.5) безотвальное рыхление, особенно в бессменных посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы, приводит к существенному накоплению калия в пахотном слое. При этом возделывание куль-, тур в севообороте обеспечивает более высокое содержание обменного калия, за исключением бессменных посевов озимой пшеницы на удобренном Полтавском стационаре. В целом резкого качественного изменения в содержании подвижного калия на исследуемых вариантах не наблюдается.

3.6. Состав обменно поглощенных катионов. Изменения в составе обменно поглощенных катионов отражают направленность почвообразовательного процесса и могут служить основой для прогнозирования экологической устойчивости почвы, как компонента ландшафта.

5. Содержание легкогидролизуемого азота, подвижного фосфора и подвижного калия в черноземе типичном под различными агроценозами (Мг/100 г почвы)

Варианты опыта

Курский стационар

Полтавский стационар

Агроценоз | основная обработка | почвы ! 0-20 см { 20-40 см 1 -20 см -40 см

! N 1 Р 1 к М р ! « } N ! р 1 Р 1 у к

Озимая пшеница Вспашка 23,5 В, 2 11,6 22,3 7,4 9,1 21,1 16,5 12,5 20,4 10,8 9,7

в севообороте Ье зо твал ьн. рыхл е ние 23,2 9,6 12,9 22,6 6,5 8,7 - - - - - -

Озимая пшеница в Вспашка 21,4 11,7 9,6 20,7 7,9 8,5 19,6 17,9 15,2 18,7 9,6 8,6

бессменных посевах Безотвальн.рыхление 19,9 14,2 11,9 19,3 5,9 7,3 - - - - - -

Сахарная свекла Вспашка 24,2 7,9 П,2 23,9 7,1 9,6 20,3 16,0 11,5 19,9 И,1 9,0

в севообороте Безотвальн.рыхление 24,7 6,6 11,4 23,4 6,6 8,1 - - - - - -

Сахарная свекла Вспашка 25,7 7,5 е,9 25,9 6,7 7,0 23,7 15,6 И,7 23,4 10,4 6,3

в бессменных по- Безотвальн.рыхление 26,4 8,9 10,0 23,4 6,1 6,7 - - - - - -

севах НСР05 1,3 1,0 1,0 0,6 1,0 2,4 1,2 1,3 1.1 1,1 0,8

о>

Наиболее благоприятный в экологическом и агрономическом понимании среди обменю поглощенных катионов является катион кальция. В последнее время при интенсивном сельскохозяйственном использовании почвы, особенно при применении высоких доз минеральных удобрений насыщенность колловдного комплекса кальцием- несколько снижается и потребность в кальции значительно возрастает (В.Д.Муха, 1979).

Согласно результатам наших исследований на черноземе, расположенном в Северной Лесостепи, безотвальное рыхление приводит к снижению суммы обменно поглощенных катионов пахотного горизонта (0-20 см) по сравнению с вспашкой под озимой пшеницей и сахарной свеклой.

Безотвальное рыхление в бессменных посевах сахарной свеклы, в отличие от бессменных посевов озимой пшеницы, приводит к снижению суммы поглощенных оснований, в пахотном и подпахотном горизонтах. Бессменные посевы сахарной свеклы, независимо от основной обработки, приводит к снижению суммы обменно поглощенных оснований в верхней части профиля почвы бессменных посевов озимой пшеницы.

Это явление наблюдается в Северной и Южной Лесостепи. Снижение содержания обменно поглощенных оснований эаконоыегчо сочетается с увеличением обменно поглощенных ионов водорода, т.ч. . с увеличением гидролитической кислотности и- снижением степени насыщенности основаниями (табл.б).

Дри этом емкость катионного обмена изменяется не столь значительно, хотя уменьшение величины последней четко прослеживается в монокультуре сахарной свеклы, особенно при безотвальном рыхлении.

Изменение реакции почвенного раствора по вариантам опытов не повторяет закономерностей поведения обменно поглощенного катиона водорода. Характер агроценоза и основной обработки существенно влияют на состав обменно поглощенных катионов и важнейшие физико-химические характеристики.

3.7. Различия в содержании показателей (контрастность между пахотным и подпахотным горизонтами. Изменение в содержании (количестве) определенных элементов плодородия при различном сельскохозяйственном использовании в пахотном и подпахотном горизонтах дает возможность выявить направленность процессов почвообразования и культурой (антропогенной) эволюции почвенного профиля. Особый интерес представляет уровень контрастности пахотного и подпахотного горизонтов по содер-. жанию гумуса, насыщенности его азотом (соотношение С .: N ) и подвижных питательных веществ.

Согласно результатам исследований (табл.7) в Северной Лесостепи (Курский стационар) под озимой пшеницей в севообороте и бессменных посевах при безотвальном рыхлении происходит более контрастное увели-

6. Гидролитическая кислотность (Нг) и степень насыщенности основаниями (Сн) в черноземе типичном под различными агроценозами (Мг-экв./100 г п и на %)

Варианты опыта

Курский стационар ~Т

Полтавский стационар Т

0-20 см

20-40 см

0-20 см

20-40 см

Агроценоз | почвы ! Нг { Сн ! я- { Сн 1 | Нг | Сн 1 } Нг } Сн

Озимая пшеница в Вспашка 2,23 94,78 1,96 95,28 2,47 94,34 1,92 95,50

севообороте Безотвальн.рыхление 2,31 94,52 1,99 95,21 - - - -

Озимая пшеница в Вспашка 2,84 93,38 2,11 94,97 1,95 95,54 1,84 95,70

бессмен.посевах Безотвальн.рыхление 3,06 92,86 2,20 94,75 - - - -

Сахарная свекла Вспашка 2,41 94,35 2,03 95,11 2,50 94,28 1,89 95,52

в севообороте Безотвальн.рыхление 2,57 93,91 2,08 94,98 - - - -

Сахарная свекла в Вспашка 2,96 93,02 2,24 94,61 2,35 94,57 2,05 95,08

бессмен.посевах Безотвальн.рыхление 3,25 93,31 2,63 93,59 - - - -

НСР05 0,07 0,18 0,04

сг

7. Уровень контрастности между пахотным и подпахотным горизонтами по содержанию гумуса {%)

■ и соотношению С :N

Варианты опыта

Курский стационар

Т

Полтавский стационар

основная обработка разница {о

- ¡разница Ьтклоне {в содер-| ние, ркании . ¡гумуса, ,

! % I %

азница ртклоне-ежду } ние, ¡соотно- } рениями |

! С : N I %

Агроценоз

почвы

азница ртклоне-¡в содер-. ние, калии { ¡гумуса, }

! % ! %

эазни- ; откло

меж-] нение соот| гашени-1

№

С:Ы

!

Озимая пшеница Вспашка 0,34 6,67 0,31 2,67 0,38 7,22 -0,51 -0,12

в- севообороте Безотвальн.рыхление 1,02 19,73 1,02 8,32 - - -

Озимая пшеница в Вспашка 0,42 8, 59 -0,01 -0,08 0,52 9,58 0,26 16,51

бессмен.посевах Безотвальн.рыхление 0,64 17,45 1,15 8,81 - - - -

Сахарная свекла Вспашка 0,55 10,03 -0,10 -0,89 0,33 6,45 -0,67 5,65

в севообороте Безотвальн.рыхление 1,14 22,18 0,45 4,16 - - - -

Сахарная свекла в Вспашка 0,30 6,36 -0,64 -5,16 0,79 14,36 0,07 . 0,65

бессмен.посевах Безотвальн.рыхление 1,12 22,72 0,39 3,47 - - - -

чение содержания гумуса в пахотном горизонте (по сравнению с подпахотным) в отличие от вспашки. Аналогичная тенденция наблюдается и под сахарной свеклой.

4. Энергетическая оценка эффективности исследуемых агроценозов и основных обработок

■ Наращивание объемов сельскохозяйственной продукции невозможно без дополнительных вложений антропогенной энергии. В практике сельскохозяйственного производства в последние два десятилетия широко применяются энерго-и ресурсосберегающие технологии, основанные на безотвальных обработках почвы. С этих позиций нами сделан энергети ческий анализ производства продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы при возделывании этих.культур и в севообороте, и в бессменных посевах на черноземе, как высокоэнергосодержащем природном ресурсе. Энергетический анализ включал определение показателей: энергетической эффективности и энергоемкости производства продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Энергетическую эффективность агроценозов определяли по отношению Е выход : Е вход.

На основании подученных данных (табл.8) различий в энергетической эффективности между обработками в пределах одного агроценоза не наблюдается. Это характерно для озимой пшеницы и сахарной свеклы.

При установлении влияния севооборота на энергетическую эффективность отмечается более высокая (в 2 раза) эффективность при возделывании в севообороте по сравнению с бессменными по се вами-' о з имо й пшеницы и сахарной свеклы.

Определение энергоемкости, получаемой продукции, установленной по отношению затрат энергии и урожайности основной продукции (Мдж/ц), показало, что возделывание озимой пшеницы в севообороте менее энергоемко по сравнению с бессменными посевами. При возделывании сахарной свеклы наблюдалась та же закономерность, но разница между вариантами менее значима. Следует отметить, что разница в энергоемкости между обработками при возделывании сахарной свеклы в севообороте выше (4,29 Мдж/ц), чем при возделывании ее в бессменных посевах (1,70 Мдж/ц).

Но абсолютные затраты энергии на производство I ц корнеплодов сахарной свеклы все же выше при безотвальном рыхлении (и в севообороте, и в бессменных посевах). Возделывание озимой пшеницы в бессмеь ных посевах на вспашке также менее энергоемко, чем при безотвальном рыхлении. Поэтому под озимую пшеницу, возделываемую в севообороте рационально использовать обе обработки, а под сахарную свеклу - тол: ко вспашку.

8. Энергетическая эффективность агроценозов на черноземе типичном

Варианты опыта Урожай-' Затраты энергииМдж/га Выход {Энергети-! * мллм<т Энергоемкость,

Агроценоз { Основная обработ- ность, ц/га суммар- I в том числе • энергии, Мдж/Га # ЧсСКШа > } эффек- . [ТИВНОСТЬ | 1 I I 1 ! 1

I ка почвы ! I ! ные ка обра- Ьвещест-ротку по-^вленная ревов и анергия уборку семян V*

Озимая пшеница в Вспашка 38,0 8782,5 4000 . 4762,5 177606,I 20,25 231,12

севообороте Безотвальн.рыхление 38,3 8782,5 3960 4762,5 176826,I 20,45 226,25

Озимая пшеница в Вспашка 14,1 7336,5 2554 4782,5 78073,I 10,64 520,32

бессмен.посевах Безотвальн.рыхление 12,7 7225,5 2443 4782,5 70951,4 9,62 Кб,94

Сахарная свекла в Вспашка 304 13971,4 13861 110,4 156015,5 11,31 45,96

севообороте Безотвальн.рыхлен. 241 12110,4 12000 110,4 125693,7 10,4 50,25

Сахарная свекла в Вспашка 91,0 5410,4 5300 110,4 47637,3 8,84 59,46

бессмен.посевах Безотвальн.рыхлен. 74,4 4550,0 4440 110,4 39172,9 6,61 61,16 .то .и

ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования выявили существенные изменения чернозема типичного лесостепи как природного ресурса биосферы в результате воздействия агроценозов и основных обработок.

2. В условиях лесостепи бессменные посевы сахарной свеклы и озимой пшеницы приводят к снижению уровня эффективного плодородия

3. Бессменные посевы озимой пшеницы и сахарной свеклы ведут к снижению содержания гумуса, увеличению почвоутомления и снижению энергетической эффективности.

4. Различия в основной обработке существенно сказываются на уровне плодородия, arpoгенетических и экологических характеристиках чернозема типичного лесостепи. Глубокая отвальная вспашка снижает негативное воздействие бессменных посевов озимой пшеницы.

5. Различные агроценозы и основные обработки приводят к изменению микробиологической и ферментативной активности. При этом в повторных посевах, особенно при безотвальном рыхлении, резко снижается жизнеспособность и степень устойчивости полезных почвенных микроорганизмов.

6. Изменение агрохимических, физикохимических, биологических характеристик чернозема типичного под воздействием бессменных посевов, особенно при безотвальном рыхлении, существенно ухудшает экологическое состояние верхней части его профиля, что необходимо учитывать при сельскохозяйственном"использовании.

Рекомендации производству

1. При возделывании озимой пшеницы целесообразно основную обработку проводить гутем безотвального рыхления, за исключением варианта озимая пшеница по озимой пшенице - в этом случае для снижения почвоутомления необходима глубокая вспашка.

2. Сахарную свеклу необходимо возделывать в севообороте при глубокой отвальной основной обработке.

По материалам диссертации в соавторстве опубликованы следующие работы:

1. Влияние способов механической обработки на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур // Информационный листок № 275-92, Курск, ЦНТИ, 1992.

2. Микробиологическая активность чернозема1.типичного под различными агроценозами.

П Тезисы докладов научной конференции Белгородской сельскохозяйственной академии, Белгород, 1994.

3. Изменение некоторых arpoгенетических характеристик чернозема типичного под воздействием агроценозов и основной обработки //. Труды Курской государственной сельскохозяйственной академии (в печати).

4. Влияние основной обработки на элементы плодородия чернозема типичного II Тезисы докладов научной конференции Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии, (в печати)