Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РИСА НА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РИСА НА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ"

й-22,491

*

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ "СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

СИДИБЕ Гуро

УДК 631.461 : 631.445.4 : 633.18

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ РИСА НА ОКИСЛИТЕЛЬНО^ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫИ РЕЖИМ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ

Специальности~06.01.03 — почвоведение; 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1987

/^^^SfC/accL-

Диссертация выполнена на кафедрах почвоведения и микробиологии Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители — доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Савич; кандидат биологических наук, доцент О. Д. Сидоренко. .

Официальные оппоненты — доктор биологических наук JI. Ф. Тарарина; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В. Г. Ларешин.

Ведущая организация — Почвенный факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Защита состоится « ^ > 1987 г. в /^"iac.

на заседании специализированного совета К.-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета ßnjuL "

С.М.Саблнна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди, зерновых культур, возделываемых на земном шаре, рис занимает второе место как.по площади посева, так и по урожайности. Рис является основным продуктом питания почти половины населения планеты. Это прежде всего страны Южной и Юго-Восточной Азии, Латинской Америки, Африки.

В СССР посевы риса занимают около 700 тыс. га, а производство зерна составляет 2,5 млн. тонн.

В СССР интенсивно осваиваются дельта Кубани и долины в устьях рек Дальнего Востока. Приуралья и Южного Прибалхашья, все активнее вовлекаются под рис ранее не используемые засоленные земли.

Продовольственен программой СССР предусмотрено довести производство риса в 1990 г..до 3,3—3,5 млн. тонн. Рост валового сбора зерна этой культуры в СССР предполагается обеспечить в основном за счет повышения урожайности. .

Однако возделывание риса в затопленном режиме приводит иногда к нежелательным изменениям свойств почвы, особенно при монокультуре риса. С ухудшением физико-химических .свойств почв под влиянием затопления связано резкое снижение урожая риса не только при бессменной культуре, но и заметное падение его после 4—5 лет возделывания на вновь осваиваемых участках.

Для разработки теоретически обоснованной системы агротехнических мероприятий по поддержанию и повышению плодородия почв, используемых под рис, необходимо изучение процессов, протекающих в рисовых полях, в их взаимосвязи и постоянном взаимодействии.

Одним из путей повышения урожайности риса в условиях затопления является регулирование окислительно-восстановительного (ОВ) состояния в системе «почва — растение», направленное на усиление биохимических и микробиологических процессов.

Исследований по изучению изменений естественного равновесия почвенных и биологических процессов под влиянием длительного использования почв под рисом и взаимо-

у

Связи ОВ-режима, обмена веществ и микробиологической активности лугово-черноземовидной почвы крайне недостаточно.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы было проведение комплексных наблюдений за изменением естественного равновесия почвенных процессов, обусловленных экстремальным гидрологическим режимом поля при бессменном возделывании культуры риса с 1937 г. Результаты исследований могли бы дать возможность- прогнозировать изменения свойств лугово-черноземовидной 'почвы и снизить отрицательное действие ряда факторов на плодородие почв под рисом.

Для выполнения этого необходимо было решить следующие конкретные задачи. -

1. Изучить динамику , окислительно-восстановительного режима лугово-чернозезмовидной почвы под монокультурой риса и на целине.

2. Определить содержание гумуса, основных питательных элементов (азот, фосфор, калий) и динамику количества подвижных форм соединений (железо, марганец) и обменных оснований (кальций и магний) исследуемой почвы.

3. Выяснить содержание и динамику численности аэробных и анаэробных микроорганизмов в лугово-черноземовидной почве в течение летнего сезона.

4. Исследовать зависимость ОВ-режима, биохимической активности почвы и содержания анаэробных микроорганизмов, от срока компостирования образцов лугово-черноземовидной почвы, используемой под монокультурой риса, и целины.

5. Установить связь биохимических процессов и физико-химических свойств почвы рисовых полей и дать оценку их возможных изменений.

Научная новизна. В работе показана корреляционная зависимость изменения физико-химических свойств и микробиологической активности ' лугово-черноземовидной почвы под влиянием бессменного ее использования под рисом с учетом сезонной динамики процессов.

Впервые установлено, что монокультура риса приводит к обеднению лугово-черноземовидной почвы подвижными фракциями кальция. При этом наблюдается расширение отношения Ие : Са+М^ в верхнем слое пахотного горизонта и увеличение этого показателя в течение вегетационного периода, начиная от появления всходов риса до молочно-восковой спелости зерна. Это следует учитывать при расчете элементов минерального питания, необходимых для этой культуры, и обязательном известковании почв.

Выявлено, что при длительном бессменном возделывании риса развитие анаэробных бактерий рода Clostridium находится в отрицательной зависимости от ОВ-режима луго-во-черноземовидной почвы (г =—0,63...—0,56). В условиях длительного бессменного возделывания затопляемого риса математически достоверно установлена зависимость между биохимической способностью почвы восстанавливать железо и активностью микроорганизмов (г = 0,52... 0,94).

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для разработки эффективных приемов направленного регулирования интенсивности биохимических процессов в почвах при длительном использовании их в рисосеянии.

Данные по содержанию Са, Mg и Fe и их перераспределение по горизонтам рекомендуется использовать для создания оптимальных условий при внесении органических и минеральных удобрений в монокультуре риса. Эти данные наряду с показателями биологической активности верхнего .0—10 см слоя (уменьшение активности каталазы, увеличение содержания железоредуцирующих и маслянокислых бактерии) почв иод монокультурой риса могут быть использованы для оценки влияния агротехнических приемов на плодородие почв при возделывании риса.

' Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на Республиканской конференции молодых ученых Казахстана в г. Кокчетаве (18—20 июля 1985 г.) и на секции почвоведения научной конференции ученых Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева (июнь 1986 г.). Результаты исследований обсуждались на заседании кафедры микробиологии (Москва, 1984, 1985 гг.) и совместном заседании кафедр микробиологии и почвоведения ТСХА (1986 г.).

По материалам диссертации опубликованы 2 статьи.

Объем и структура работы. Содержание диссертации изложено на 142 страницах, включая 27 таблиц. Она состоит из введения, обзора литературы, раздела «Объекты и методы исследования», 10 глав экспериментальной части, заключения, выводов к приложения. Список литературы содержит 242 источника, в том числе 58 зарубежных авторов.

Автор выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность заведующим отделов ВШШриса, кандидатам сельскохозяйственных наук В. Ф. Шашенко, В. Т. Ры-марь, директору института, ' академику ВЛСХШШ, Е. П. Алешину за помощь и предоставленную возможность выполнить отдельные разделы диссертации.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые опыты были выполнены в 1984 г. на экспериментальной базе ВШШриса в элитно-семеноводческом хозяйстве «Красное» (Кубань). Почва опытного участка лу-гово-черкоземовидная среднесуглинистая, сорт риса Крас-нодарский-424. Образцы для анализов отбирали по вариантам: целина (участок, не включенный в рисовую систему) и монокультура риса с 1937 года: 1 —-контроль--(без удобрений); 2 — 180Х120Р60К; 3 — 120№0Р60К+сидера-ты 280—290 ц/га; 4 — сидераты 280—290 ц/га.

Отбор образцов почвы по слоям 0—10 и 10—20 см проводили в течение вегетационного периода растений и анализировали в Институте риса ВАСХНИЛ.

Лабораторные опыты проводили-на кафедре микробиологии ТСХА с соблюдением заданных стандартных условий при разной влажности (оптимальная — 60% от ПВ, избыточная — в I см слое воды над почвой) с непользованием отобранных образцов почвы из пахотного горизонта. Пов-торность опыта 4-кратная.

Химические и. физико-химические исследования. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом; (Ка-уричев, 1980); реакцию почвенного раствора (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh, мв) — потен-циометрически на универсальном иономере ЭВ-74. В качестве электродов сравнения использовали хлорсеребряные электроды, . в качестве измерительных — соответственно стеклянные и платиновые электроды.

Водорастворимые формы соединений железа, марганца, содержание кальция и магния определяли на атомно-адсорб-ционном спектрофотометре фирмы Parkin Elmer 503.

Гумус почвы определяли по Тюрину, общий азот — по Кьельдалю, фосфор — по Кирсанову, калий — в уксусио-аммонийной вытяжке; сумму обменных оснований и гидролитическую кислотность — по Каппену (Кауричев, 19S0).

Ферментативную активность почвы определяли по методике A. 111. Галстян (1978). Активность каталазы измеряли газометрическим методом; активность фсрриредуктазы основана на учете количества образующегося двухвалентного железа.

Количественный учет микроорганизмов. Для учета аэробных микроорганизмов были использованы твердые питательные среды (Красильников, 1966; Егоров, 1976). Микроорганизмы, усваивающие органические формы азота, определяли на мясопептонном згаре (МПА); потребляющие минеральный азот — на крахмало-аммиачном' (КАА); повтор-ность 3:кратная. Результаты опыта обрабатывали методом

вариационной статистики (Савич, 1972). Количество анаэробных бактерий:, железоредуцируюших , (Бромфильд, 1У54), маслянокислых (Виноградский, 1952) и ацетонобу-тиловых (Омелянский, 194®) определяли в жидких питательных средах методом предельных разведений, повтор-ность 4-кратная. Число микроорганизмов устанавливали по таблицам Мак Креди, разработанным на основе методов вариационной статистики. ' - "

.Математическая обработка результатов активности ка-талазы и ферриредуктазы проведена методом дисперсионного анализа; учитывали корреляционную зависимость "••между. ОВП, рН, численностью аэробных и анаэробных микроорганизмов, активностью ферментов и содержанием железа, марганца и обменных оснований (кальция и магния). Вся математическая обработка проводилась в электронно вычислительной лаборатории ТСХЛ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

" Особенность окислительно-восстановительного состояния лугово-черноземовидной почвы при бессменном> * . возделывании культуры риса -

Окислнтелыю-восстаиовитёльнЬе состояние в системе «почва —растение» в значительной степени определяет условия формирования плодородия почв, рост и развитие риса. Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) не является величиной постоянной и за период вегетации риса подвержен'значительным изменениям. Однако ОВП может служить диагностическим признаком неблагоприятных агрономических показателей почвы (оглеение, бесструктурность, анаэробнозис и т. д.), длительно находящейся под слоем воды.

Динамика ОВП в лугово-чериоземовидной почве в зависимости от приемов использования ее под рисом показана в табл. 1, В течение сезона ОВП целины изменяется незначительно и его колебания совпадают с выпадением атмосферных осадков. В монокультуре после появления 'всходов риса ОВП почвы в верхнем слое пахотного горизонта резко снизился до отрицательного значения и сохранялся таким почти без изменений "до полного созревания риса. Это можно объяснить наступлением анаэробиозиса и интенсивным накоплением органического материала — продуктов метаболизма макро-, и микроорганизмов в верхнем горизонте. ■ -

Повышение концентрации водорастворимых органических Ееществ в почве (варианты, с внесением сидератоз и

Таблица- 1 Динамика ОВП и рН в лугово-чернэземовидной почве . за период вегетации риса

Фазы вегетации риса

Глуби- з3 • о 3

Вариант на слоя почвы. <и х ■ - и а я г о 5 л и 5 А « ^ о о о О) си

см X <и 5 о о % « «

о а а- X ¡5 я <ч Л сч 03 о) а й 2 о и £ В) и ¿5 са о £ V о* О О.ХО С Г) у

Целина * ... 0- -1П 258* 217,5 260 £60 320-

5,70 7,92 7,80 7,70 7,00

10- -20 215 152,5 235 235 285

8,00 8.60 8.25 . 7,75 7,60

Монокультура , риса с 1937 г. Контроль (без удобрений). 0- -10 185 —40 —30 —80 80

5,60 6,40 6,55 6,45 6,15

... 10- -20 128 85 190 75 130

5,20 6,10 6,25 6,15 6,55

Сидераты (280—300 ц/га озим, горох+оз. ржи) 0- -и». 125 —63- —55 —120 ' 85

6,00 5,95 6,30 6,3 0 5,60

* " 10- -20 85 160 190 125 40

, * * - 5,70 5,10 6,20 6,10 6,00

Сидераты+ЮО.Ч'ЭОРбОК П- -10 137 —45 —75 —100 25

6,00 6,25 5,85 6,35 6,00

- - 10 -20 105 145 185 150 55

■ 5,20 5,15 5,55 5,30 6,30

180Ш20Р60К 0 -10 168 —120 —50 —45 40

6,30 6,70 6,35 6,46 6,60

10 -20 116 95 85 50 45

5,23 5.70 5,80 6,25 6,15

* В числителе — ОВП, в знаменателе — рН (с хлорсерсбряным элек-• т родом — ХСЭ). -

минеральных удобрений) также заметно снижало ОВП. верхнего слоя почвы.

Затопление почвы меняет реакцию среды и в течение всего вегетационного' периода: рН в монокультуре риса ниже, чем на целинном- участке. Это, вероятно, обусловлено "выщелачиванием - Са, внесением физиологически . кислых удобрений, гидролизом органических соединений, с большей константой- диссоциации и активной утилизацией микрофлорой органических кислот и образованием повышенных концентраций углекислоты в почвенной среде.

Полевые исследования показали, что в процессе вегета-6 \

шш. риса при затоплении происходит значительное снижение ОВП,\ подщелачивание среды. Особенно интенсивно снижается потенциал в верхнем 10 см горизонте почвы. При этом внесение сидератов (вариант сидераты: и сидераты+ + ЫРК)-способствует некоторому подкислению среды.

Результаты определения буферности почвы, характеризующей: устойчивость ОВ:систем почвы к внешним воздействиям (влажности, реакции средн и т. д.), представлены в табл. 2.

Таблица 2

. . _ Буферность лугово-черноземовидной почвы в. зависимости ■ от срока затопления пахотного горизонта -

• . 15 дней 93 дня

"_

Варианты Ех м л .

X ■ Л о •в о О. - Ы-.

* а. ш в е. Ш а <3

Целина . .. . . у...... 5.7* 258.0 7.7 260 ' 2,0 —2.0

8,00 215 7,8 235 -0,2 —20

Монокультура риса в 1937 г. Контроль (без удобрений) ■ . . 5.6 185.0 6.4 —80.0 0.8 265,0

5,2 128 6,2: 75 1,0 43,0

Сидераты...... . . , . 6.0 125.0 6.3 —120» 0.3 245.0

5,7 85- 6,10 125 0,4 —40

Сидераты+100N 90Р60К . . . . 6.0 137,0 6,3 —100. 0.3 237.0

5.2 105 5.3 150 1.0 —45

Ш.М120Р60К . * . . . . 6.3 168.0 6.4 —45.0 —о.г 213,0

5,2 116 6.2 50 1.0 66,0

* В числителе — буферность почвы на глубине 0—10 см; в знаменателе — на глубине 10—20 см.

Внесение сидератов+\ТРК, МРК • и отдельно сидератов не приводят к существенному изменению ОВ буферной емкости в верхнем горизонте и несколько увеличивает буферности почв в щелочном интервале в связи с подкисляющим действием самих почвенных реагентов. В слое 10—20 см наблюдается увеличение ОВ-буферности при внесении минеральных удобрений.

Данные лабораторного опыта также показали значительное снижение величины НИ и подщелачивание среды при компостировании образцов лугово-черноземовидной почвы в условиях избыточного увлажнения.

При этом увеличение срока компостирования до 3 месяцев привело к некоторому повышению ЕЬ, очевидно, в связи с освобождением из твердой фазы почвы дополни-

тельного " количества. потенциал-определяющих железа и марганца,, :

Таблица 3

Окислительно-восстановительная буфгрность -и разность потенциалов образцов почвы мнокультурь! риса при компостировании в условиях избыточного увлажнения :

15 дней . 45 дней

Вариант . Р" ЕЬтпу по ХСЭ ЛЕИ рН ЕЬ-пп/ по ХСЭ ДЕЬ-

Контроль (без удобрений) ' 8.3* .7,2 о!о 130 8.1 7,2 210 —25 23оТ*

Сидераты . - - - - . -7,9 , —35 35 7,6- 125 200

• 7,0 —70 6,9 —75

Сйдераты+ ЮОНЭОРбОК . 7.3 —45 25 ' 7,30 " 140 236

6,8 —70 6.8 —96

180М120Р60К _ • 7,9 40 65 7,8 155 200

6,8 —25 6,9 —45

* В числителе— вода; в знаменателе —почва.

Вода, которой залита почва, имет более высокие значения ОВП, чём верхние и, особенно, нижние слон почзы При этом величины АрН и ЛЕИ между водой л твердой фазой почвы возрастают с увеличением времени компостирования- образцов" в условиях избыточного увлажнения. В образцах "почвы из вариантов с, внесением сидератов и минеральных удобрений эти величины ниже, чем в контроле.

Изменение некоторых агрохимических.показателей лугово-черноземовидной почвы в связи с ее длительным: использованием под монокультуру риса

При избыточном увлажнении почвы усиливаются протекающие в ней восстановительные процессы, что оказывает влияние, на качество и количество органического вещества (Неуныдов, 1977; Бобоев, 1976; Кауричев и др., 1981; Ма-медов, 1983; Кириенко, 1985). Рисовые поля особенно нуждаются в органических удобрениях, т. к. использование высоких доз минеральных удобрений не всегда положительно влияет на содержание гумуса и химические свойства почвы.

В последние годы в литературе появились сведения о том, что систематическое внесение высоких доз физиологически кислых минеральных удобрений, увеличивает актуальную кислотность почвы, возрастает обменная кислот-8

ность, уменьшается сумма поглощенных оснований, в том числе содержание обменного кальция (Сонина и др., 1983; В1азко, 1983; Савич, 1984).

Проведенные нами исследования показали, - что изменение рН и ЕЙ среды при развитии почв в условиях избыточного увлажнения приводит к изменению подвижности катионов Са, Мд,. Ре, Мп, изменению их соотношения (табл. 4).

. ' " Таблица 4

Влияние срока затопления на содержание водорастворимых форм соединений Са, Мй, Ре, Мп в пахотном горизонте лугово-черноземовидной почвы рисовых полей (мт/л)-

Вариант 15 дней- 93 дня

Са м8 Ре Мп С.а + М е Са Ре Мп Пл + Ми

Ке Ге

Целина 17,9 4,5 1,8 0,2 12,2 5,3 1,3 2,5! 0,2 2,6

Монокультура с

1937 г.

Контроль (без 4,7

удобрений) 22.2 0,5 0,3 58,5 4.7 1.2 2.3 0,04 2,6

Сидераты - 19,6 4,5 0,8 0,4 30,1 8,8 3.7 2.9 0.4 4.3

Сидераты+ •

+ 10О.М90РС0К 20,4 4,4 1,1 0,6 22.6 4,2 0,9 2,0 0.05 2,5'

180.М120Р60К 17,6 3,8 1,0 0,5 20,5 2-7 0,7 3.2(0,1 1.1

При избыточном увлажнении почвы к концу вегетации риса соотношение (Са+.Мд) : Ие значительно уже, чем в период всходов. Это обусловлено как вымыванием Са и Мй, так и их потребленйем растениями. Неблагоприятное соотношение (Са+М^): Ре, наблюдаемое в молочно-восковой спелости зерна,, может быть одним из факторов, снижающих урожайность риса. При избыточном увлажнении наблюдается и резкое возрастание соотношения Ре: Мп от 2 . . .9 до 7,.. 60, что в ряде случаев может вызвать недостаток усвояемого марганца. При внесении сидератов отношение (Са + Мд):Ре к концу вегетации риса было более благоприятным, чем в других вариантах опыта.

Лабораторные опыты также показали, что при компостировании образцов почв . в условиях избыточного увлажнения отмечается тенденция к увеличению подвижного железа, сужения отношения (Са+Мд): Ре. Однако в ряде случаев такой четкой зависимости не наблюдается, так как потребления растениями Са и М.^ в данном случае не происходит, и нет вымывания этих элементов..

Биологическая активность почвы в разных ОВ-режимах ,

Физико-химические и биологические процессы . в почве весьма активны. Их интенсивность зависит от ферментов почвы, в значительной мере определяющих напрвленность синтеза и минерализации- органических веществ почвы ■ и влияющих на обеспеченность растений элементами питания.

Одним из характерных показателей биологической ёк-тивности почвы является активность каталазы. ;

Результаты. наших исследований показали,, что активность каталазы лугово-черноземовидной почвы выше на целине по сравнению с образцами почвы с участков, заняткх монокультурой риса (табл. 5). Активность каталазы -поч-

та б л и ц а 5 Активность каталазы лугово-черноземовидной почвы в течение вегетации риса (см3 О; на1 г почвы за.1 мин)-

Фазы вегетации риса

Вариант 3 3 о а о 3 2 а з »- <и ? Я I ^ 3 «о аэ К" <$ о . О % Й о о ° с

• - Л ' м- 05 со и 1 И 5 с п"— о

Целина 1,10* 1,53 0,63 1,28 1,68-

1,50 1,68 0,65 1,65 1,73

Монокультура с 1937 г. Контроль (без удобрений) Сидераты 0.23 0,58 0.73 0,30 1,33 1,38 1,23 1,25 0,05 "оЗо 0.33 0,15 1.08 1,10 • 0,£0 0,90 0,950,65 1,08 0,98

Сидераты+100Ы90Р60К . 0.53 1,03 0,23 0,13 0,73

0,23 0,80 0.05 0,45 0,53

160.\'120Р60К 0,28 0.98 0.33 0,15 0,83

0,30 1,25 0,23' 0,53 0,35

• * В числителе—в слое почвы 0—10 см; - в знаменателе—10—20 см.

вы под монокультурой риса имеет определенную закономерность. Максимум активности фермента отмечен в фазу кущения-растений, после чего наблюдаетсяг ее резкое снижение. •

Рассматривая динамику активности каталазы как показатель ОВ-режима почвы,, необходимо отметить, что внесение сидератов и минеральных удобрений не оказывало существенного влияния на активность фермента под монокультурой риса, в отличие от контроляА Это, по-видимому, связано с буферностью лугово-черноземовидной почвы.

Наиболее характерным процессом для затопленных почв является биологическое восстановление окислов железа. Основным условием редукции железа " является наличие окисляемого органического вещества и микрофлора, способная к восстановлению окиси железа. Многие почвенные микроорганизмы способны восстанавливать окись железа, обладая высокой ферриредуктазной активностью. . .

Нами установлено, что активность ферриредуктазы лу-гово-черноземовндной почвы весьма низка на целине и практически не меняется в течение летнего сезона. Это связано с относительной стабильностью экологической обстановки на целинном участке (табл. 6).

Таблица 6

Активность ферриредуктазы лугово-черноземовидной почвы * в течение вегетации риса (мг восстановленного Ре^Оз на 100 г почвы за 48 час)

Фазы вегетации риса "

полное

Вариант . всходи кущение выметывание и цветение новое-ковая спелость созревание _ (после" сброса воды)

Целина . . ........ 1140* 18,75 27,60 25.65 24,65

12.05 18,40 18,75 23,30 22,22

Монокультура риса с 1937 г. . . Контроль (без удобрений) . . . 13,90 17,95 22.60 20,10 8,95

14.35 12,40 30,20 16,00 23,15

17,40 38,45 20.30 25,10 47,30

16,30 13,45 12.45 14,25 15,55

Сидераты + ЮОЫЭОРбОК . . . . 17,70 37,80 16,30 20.85 83,35

12,55 19,10 23,20 16,90 23,75

180М120Р60К........ 12,00 15,35 24,30 62,70 25,85

11,65 14,05 24,85 15,00 14,20

* В числителе—в слое почвы 0—10 см; в знаменателе—10—20 см.

В почве, под монокультурой риса активность ферриредуктазы резко изменялась в течение вегетации растений. Во всех вариантах опыта, кроме контрольного, минимальная "активность фермента зафиксирована в верхнем слое почвы во время-появлениям всходов, а максимальная —в этом же горизонте (0—10 см) после сброса воды в варианте с внесением минеральных удобрений совместно с сидератами. По-видимому, здесь дольше сохраняется запас доступных источников энергии для развития железоредуцнрующих микрооорганизмов.

Условный показатель соотношения активностей феррире-дуктазы и каталазы в основном выше в 0—10 см слое пахотного горизонта (табл. 7). Соотношение активности ка-

Таблица 7. Влияние срока затопления лугово-черноземовидной почвы рисовых полей на активность окислительно-восстановктсельных ферментов и их соотношение -

Вариант' Глубина взятия образцов, см Активность каталазы, дни Активность ферриредуктазы, дни Феррнре-дуктаза: каталазя, дни

15 | 93 15 | 93 15 1 93

Целина 0—10 1,1 1,3 11,4 25.6 10,4 20,0

Монокультура с 1937 г. 10—2С 1.5 1.6 12.1 23,3 8.0 14.1

Контроль (без удобре- . 0—10 0.2 '1.6 13,9 20,1 60.4 18,6

кий) 10—20 0.6 1.1 14,3 16.0 24,7 14,6

Сидераты 0—10 0.7 0.2 17,4 25,1 23.6 125.5

10—20 0.3 0.9 16.3 14,2 54.3 15,8

Сидераты+ 100К90Р60К 0—10 0.5 0.1 17,7 20,8 35.5 203,0

10—20 0.2 0.4 12,5 16,9 62,5 42,2

180Ш20Р60К 0—10 0.3 0.1 12,0 62,7 42,9 627,0

, - 10—20 0.3 0,5 11,6 15,0 38,8 28,3

* В см3 Ог на 1 г почзы за I мин. .** В мг восстановленного Ре20з на 100 г почвы за 48 час.

талазы и ферриредуктазы между слоями пахотного горизонта. (0—10 и 10—20 см) на целинном участке почти постоянно, независимо от срока определения.

При монокультуре риса во всех вариантах опыта, кроме конроля, активность каталазы, 'как' правило", резко снижается в зависимости от длительности срока затопления почвы, а активность ферриредуктазы возрастает.

Таким образом, бессменное возделывание риса на лугово-черноземовидной почве подавляет активность каталазы независимо от применяемых агротехнических мероприятий.

Условный показатель соотношения активности ферриредуктазы к активности каталазы свидетельствует о преобладании восстановительных процессов над окислительными в верхнем слое пахотного горизонта при бессменном выращивании риса. Известно, что уровень и соотношение активности ферментов в почве определяются ее биогениостью, химическими, физико-химическими -свойствами и действующими на них факторами. В этом аспекте интересным является показатель содержания аэробной и анаэробной микрофлоры, кислотности, степени насыщенности основаниями почвенного поглощающего комплекса.

Количество аэробов в почве на целиннном участке поч-12

tu не изменяется в течение летнего периода. Длительное же затопление снижает содержание микроорганизмов, усваивающих минеральные и органические формы азота. В верхнем слое их, как правило, больше,, чем в нижележащем. Внесение органических и минеральных удобрений изменяют это соотношение. - »

Роль анаэробных бактерий рода Clostridium в затопленных почвах*разнообразна (фиксация молекулярного азота, восстановление железа), и развитие их тесно связано с ОВ~-режимом почвы. При монокультуре риса численность анаэробов намного больше, чем в целинной" почве. Следует отметить, что с изменением реакции среды содержание маслянокислых и ацетонобутиловых бактерий в почве при монокультуре риса меняется в течение вегетации растений.

Снижение ОВП длительно затопленной почвы соответствует высокому- содержанию анаэробных бактерий рода Clostridium. Данные лабораторного опыта подтвердили зависимость количества . анаэробных бактерий (маслянокислых, ацетонобутиловых -и железоредуцирующих) от длительности избыточного увлажнения образцов (табл. 8).

Таблица 8

Изменение количества анаэробных бактерии в зависимости. -от степени увлажнения лугово-черноземовидной почвы (млн/1 г абсолютно сухой почвы)

Монокультура риса

Определяемый параметр 1 Целина контроль сиде-раты 180N-120Р60К сидера-1Ы + 100N 90Р60К

Число железоредуцируюших бактерий . . ........ 738,0* 1508 4100,0 1557,0 1583

1583,0 238,0 4167,0 1532,0 3968

Соотношение кол-ва железореду-. цирующих бактерий прн' компостировании образцов при избыточной и оптимальной влаж- 1230 274.2 215.8 1.3 - 10,5

ности . . . ....... 83,3 . 9>9 41,7 7,7 3,3

Число маслянокислых бактерий . Число ацетонобутиловых бакте-• рий«........... 19,0 0,5 2,10 0,95 4.75" 3.2 19.0 19,27 18,8 2,7 2.7 9.8 10.0 18,2 5.0

0,3 4,8- 19,2 5,6 18,2

Соотношение маслянокислых и ацетонобутиловых бактерий при избыточной влажности .... 8.9 0.3 1,0 0,3 2.0

1.» 1.0 1,0 0,5 1.0

* В числителе — 1 мес. затопления; в знаменателе — 2 мес. за топления, - •

Через два месяца компостирования почв в условиях избыточного увлажнения число маслянокислых бактерий резко возрастает, особенно в варианте с внесением сидератов.

Железоредуцируюших бактерий при избыточном увлажнении почвы также больше, чем при оптимальном увлажнении. Наибольшая численность их отмечена- в почве при монокультуре риса. Внесение сидератов способствует увеличению содержания железоредуцируюших бактерий в почве.

Анализ полученных результатов позволил установить, что при разной системе удобрений почва, занятая монокультурой риса, значительно отличается от целинной почвы сво-ми химическими свойствами, ферментативной и микробиологической активностью. Причем между химическими свойствами почвы, ферментативной и микробиологической .активностью существует довольно тесная взаимозависимость.

Полевые и лабораторные исследования выявили достаточно высокие коэффициенты корреляции между различными показателями.

Так, но данным лабораторного опыта: рН-— каталазная активность (г = 0,86), рН — марганец (г =—0,79); Мп — каталазная активность (г = —0,70); содержание маслянокислых и железоредуцирующих бактерий (г = 0,79); содержание маслянокислых бактерий и содержание кальция (г — 0,52).

По данным полевых опытов: рН — каталазная активность (г = 0,89); рН — маслянокислые бактерии (г ——0,50); рН — ацетонобутиловые бактерии (г ——0,86). Высокие коэффициенты корреляции установлены между содержанием отдельных групп микроорганизмов (г = 0,65 .. .0,99), а высокозначимая отрицательная связь — между ОВП и анаэробными бактериями рода Clostridium.

Следовательно, изменив ■ реакцию среды (известкованием), можно достичь . значительного уменьшения подвижности Д1п, что будет способствовать увеличению активности каталазы, увеличению численности маслянокислых и железоредуцирующих бактерий.

Заключение

Агрономическая характеристика лугово-черноземовид-ной почвы, длительно используемой под бессменные посевы риса, свидетельствует о происходящих в результате ' этого неблагоприятных изменениях некоторых свойств данной почвы.

В почвах при монокультуре риса возникает анаэробиоз, соответственно в неблагоприятном направлении изменяется ОВ-режим, при котором возможно образование токсич-

14

ных концентраций Mn, Fe (образование H2S маловероятно); реакция (рН) среды остается ниже 7. В этих условиях происходит некоторое обеднение, верхнего слоя пахотного горизонта (0—10 см) аэробными микроорганизмами, ослабевает активность каталазы и возрастает содержание же-лезоредуциругощнх и маслянокнслых бактерий. Кроме того, отмечается тенденция к снижению содержания гумуса и азота в почве.

Таким образом, регулируя рН, Eh почв, можно изменить количество и соотношение отдельных групп микроорганизмов, что, в свою очередь,. вызывает изменение свойств почвы. Правильное использование приема регулирования ОВ-режима будет способствовать повышению урожая риса.

На основании полученных экспериментальных данных для повышения плодородия лугово-черноземовидной почвы, длительно используемой иод посевы риса, можно рекомен-. довать следующие мероприятия:

1. Известкование почв для устранения неблагоприятного отношения (Ca + Mg):Fe в виде подкормки растений кальцием с поливной водой, обогащенной Са и другими микроэлементами. . •

2. Внесение сидерагов и других растительных остатков для повышения биохимической и микробиологической активности ночвы, что соответственно приведет к увеличению обеспеченности почв • элементами питания и образованию комплексных соединений Са, Си, Zn, Mg, Fe, Al, Mn, а также к увеличению подвижности и усвояемости меди, цинка и других микроэлементов.

3. При наличии достаточного количества гербицидов для борьбы с сорняками, в рисосеющих хозяйствах предпочтительна пахота без оборота высокоплодородного верхнего слоя. .

Выводы

1. Выявлена разиокачественность пахотного горизонта рисового поля, связанная с возникновением микрозон по вертикали, характеризующихся слабым притоком кислорода, что приводит к снижению ОВП и развитию анаэробных процессов в верхнем слое 0—10 см.

2. Снижение ОВП почвы обусловливает формирование экологической ниши для развития анаэробных микроорганизмов. Установлено, что между численностью анаэробных бактерий рода Clostridium и ОВП затопленной почвы при бессменном Еозделывании риса существует обратная связь (г =—0,63...—0,56).

. 3. Активность каталазы почвы под бессменной культурой риса значительно подавлена в отличие от целины, не-

'зависимо от внесенных, сидератов или минеральных удобрений. .

4. При длительном возделывании риса активность фер-риредуктазы лугово-черноземовидной почвы непосредственно зависит от внесения органических и минеральных удобрений и степени увлажнения почвы.

5. Установлена тесная зависимость между биохимической способностью почвы восстанавливать железо и ее. микробиологической активностью в условиях бессменного возделывания затопляемого риса (г=0,52 ..." ^0,94). -

6. Наличие органического вещества и'длительность затопления приводят к накоплению' водорастворимого железа и миграции его вниз по профилю, в результате чего оно больше накапливается в нижнем слое (10—20 см) пахотного горизонта. . ■ #

7. Динамика содержания марганца в почве "под монокультурой риса и целине показала, что длительное использование почв под рисом не изменило значительно его содержание.

8. Выявлено, что длительное возделывание риса истощает запасы гумуса почвы, несмотря на систематическое внесение органических и минеральных удобрений.

9. Установлено, что затопление лугово-черноземовидной почвы при возделывании риса приводит к подкислению среды и повышает содержание подвижных форм фосфора, что способствует* улучшению питательного режима растений риса.

10. Впервые показано, что бессменная культура риса

Са+Мй

приводит к снижению отношения —^ ■■ в лугово-черно-

земовидной почве, что отрицательно влияет на развитие растений и урожайность риса.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1._Сидибе Гуро. Окислительно-восстановительное состояние и микробиологическая активность почвы рисовых полей.—В сб.; Тезисы докладов республиканской иаучно-практич. конференции молодых ученых и специалистов в г. Кокчетаве (18—20 июля 1985 г.), Алма-Ата, 1985, с. 41 — 43.

2. Сидоренко О. Д., Савич В. И., Сидибе Г. Окислительно-восстановительное состояние и микробиологическая активность лугово-черноземовидной почвы при бессменном выращивании риса. — Известия ТСХА, вып. 4, 1986, с. 68—72.

Объем 1 п. л. Заказ 3575. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. Л. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44