Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ТАЕЖНОЙ ПАЛЕВОЙ ПОЧВЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ТАЕЖНОЙ ПАЛЕВОЙ ПОЧВЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ"



На правах рукописи

Прибылых Евдокия Ивановна

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ТАЕЖНОЙ ПАЛЕВОЙ ПОЧВЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

Специальность 03.00.16 - экология 06.01.04 - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозя йственных наук

Новосибирск - 2005

Работа выполнена в лаборатории агроэкологии ГНУ Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства Сибирского отделения Россельхозакадемии в 1998-2000 гг

Ночные руководители: доктор биологических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Наплекова Надежда Николаевна,

Ведущее учреждение: ГНУ Сибирский научно-исследовательский и нсп пут земледелия и химизации сельского хозяйства СО РАСХН

Защита состоится 28 июня 2005 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д.220.048.02 при Новосибирском государственном аграрном университете по адресу: 630039, г Новосибирск, ул. Добролюбова, 160 тел.: (383-2)67-05-10; факс 84383-2^67-32-14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «23» мая 2005 г.

кандидат сельскохозяйственных наук Степанов Айаал Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Семецдяева Инна Вячеславовна,

кандидат сельскохозяйственных н^тс, доцент Галанина Татьяна Вадимовна

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Суровые климатические, специфические эдафические условия земледелия Якутии требуют особого подхода при использовании мерзлотных почв в сельском хозяйстве. Важным фактором для повышения плодородия пахотных мерзлотных почв, увеличения урожайности и экологической устойчивости агроценозов является рациональное использование органо-мннеральчых удобрений.

Ухудшение экономического состояния АПК за последние годы привело к резкому снижению применения минеральных удобрений. Уменьшилось и внесение органических удобрений. Так, по сравнению с 1991 гвдом, внесение минеральных удобрений сократилось в 2 5 раз, органических удобрений - в 3 раза. В республике, в качестве удобрения, используется свежий необеззараженный малопригодный навоз крупного рогатого скота. Все это приводит к снижению плодородия мерзлотных почв, масштабному загрязнению окружающей среды и снижению качества сельскохозяйственной продукции.

В целях создания условий, необходимых для роста и развития сельскохозяйственных культур, поддержания устойчивого уровня плодородия почв, необходимо всесторонне исследовать почвы, включая изучение микробиоценоза и биологическую активность поч в.

При изучении биологических особенностей почв важным моментом является определение ведущих процессов, отражающих состояние почвенного плодородия, количественное изучение сезонной динамики развития микроорганизмов в конкретных физико-географических условиях.

В связи с критическим состоянием естественного плодородия окультуренных почв Якутии целесообразно проведение исследований по вы явлению биологического потенцизла пахотных земель при использовании минеральных и органических удобрений.

Цепь исследований. Изучение влияния различных экологических факторов на биологическую активность мерзлотной таежной палевой почвы.

Основные задачи: I) выявить влияние температуры, влажности почвы и условий питания на биологическую активность мерзлотной таежной лапе&ой почвы; 2) установить динамику численности некоторых агрономически важных групп микроорганизмов в зависимости от действия экологических факторов; 3) изучить влияние удобрений на микробиологические процессы в мерзлотной почве и видовой состав почвенных микроорганизмов; 4) определить действие и последействие минеральных и органических удобрений на урожайность и качество картофеля и плодородие почвы; 5) выявить взаимосвязи между биологическими н агрохимическими показателями плодородия пахотной мерзлотной почвы.___

ЦНБ МСХА

фонд

литературы

3

Научная новизна. Впервые дтя условий Центральной Якутии приведена общая биологическая характеристика мерзлотной таежной палевой почвы в зависимости от экологических факторов и установлено изменение микробиоценозов почв под алияннем минеральных и органических удобрений, Выявлена взаимосвязь биологических и агрохимических показателей плодородия почвы.

Защищаемые положения:

1. Экологические факторы, обуславливающие биологическую активность мерзлотнойтаежной палевой почвы нее плодородие (гумус,азот, фосфор и калий).

2. Приемы повышения биологической активности мерзлотной почвы -научно-обоснованное внесение органических и минеральных удобрений;

3. Особенности влияния удобрений на биологические и агрохимические свойства мерзлотной почвы и урожайность картофеля.

Практическая ценность работы: В условиях Центральной Якутии на мерзлотной таежной палевой окультуренной почве целесообразно совместное применение минеральных и органических удобрений в дозах NPK (60>+ навоз 40 т/га и NPK р^ навоз 60 т/га, так как это повышает биологическую активность в 3-5 раз, что приводит к улучшению минерального питания растений и дает прибавку урожая картофеля в годы исследовании до 5,7 т/га.

Апробация результатов,. Результаты исследований докладывались на Ученых советах П1УЯНИИСХ( 1998-2000 гг), а также на Международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях в XXI в.» (Пенза, 2000); IV -ой Международной научно-практической конференции «АПКСибири, Монголии и Республики Казахстан в XXI веке» (Улан-Батор, 2001); научно-практической конференции «Роль сельскохозяйственной науки в стабилизации и развитии агропромышленного производства Крайнего Севера», (Новосибирск, 2003),

Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, б глав, выводов, практической рекомендации, приложения и списка литературы из 195 наименования, в том числе 13 иностранных авторов. Изложена на 141 стр, содержит 6 рисунков и 44 таблицы.

Место, условия и методика исследовании. В основу диссертационной работы положены результаты исследований, проведенных в 1998-2000 гг. на опытном поле ГНУ Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства СО РАСХН в ОПХ «Покрове кое» Хангаласстого улуса. Почва участка мерзлотная таежная палевая. По гранулометрическому составу - средний суглинок. Имеет слабощелочную реакцию среды (рН сол. = 7,9). Содержание гумуса в пахотном слое 2,1%, N-N03 - 0,19 мгна 100 г почвы, подвижных форм фосфора и калия соответственно 118 и 232 мг/кп

Годы исследований отличались по метеоусловиям. ГТК за вегетационный период 199$ г. составил 0,3. Выпало 34 мм осадков, что меньше

среднемкоголетнмх показателей на 65 мм или 69% нормы.

Сумма активных температур выше 10- 1922°С, что соответственно выше многолетних показателен ia434°C. Притолиенам режимеухсааза растением картофеля, высокие температуры воздуха и почвы быт благоприятны для роста и развития картофеля.

Вегетационный период 1999 г. был менее благоприятным для роста н развития культуры картофеля. ГТК за вегетационный период составил 1,19. Сумма выпавших осадков за этот период составила 219,7 мм, что на 67,7 мм больше нормы. Сумма активных температур выше tCC равнялась 1555°С, что на 67°С больше среднемноголетнего показателя.

Вегетационный период 2000 г. был менее благоприятным для выращивания картофеля. Сумма активных температур выше Ю°С составила 1572°С. Температура воздуха в мае-июле была несколько выше многолетней (2,5-1' С), а количество осадков за этот период выпало на 20 мм ниже нормы.

Основные определения биологической активности проводили в почве полевого опыта, заложенного последующей схеме:

1. Контроль(безудобрений) 5. NP(M)+навоз 40т/га

Z N<(m 6. NPK(W)+навоз 40 т/га

3. NPK,„. + навоз 20 т/га 7. NPK + навоз 60 т/га

4. Навоз 40т/га

Вносилась мочевина, двойной суперфосфат и хлористый калий. В опыте использовали картофель сорта Взрмае, Основные элементы "технологии возделывания культуры соответствовали общепринятым для региона (Системы земледелия сельсюго хозяйства Якутской АССР, 1981). Контроль и варианты с удобрениями располагали ренаомизированновЗ повгорностях. Учетная площадь делянки 25 мг.

Все учеты и наблюдения проводили по общепринятым методикам и рекомендациям. Общее количество бактерии, использующих органический азот; учитывали на мясо-пептонном агаре (МПА), использующие минеральный азот бактерии и актиномицеты - на крахмало-аммиачном агаре (КАА), микросюпнческие грибы - на агаргоованной подкисленной среде Чапека, ншрифиюторы - на жидюй среде Виноградского, азотфиксирующие микроорганизмы на безазотистон агаризованной среде Эшби и жидкой среде Виноградсшго.

Видовой состав доминирующих микроорганизмов определяли по руководствам (Красильнишв, 1949;Пошон,Баржак, I960;Bergey, 1974ияр-).

Фенологические и биометрические наблюдения, опредеяекне календарных дат наступления фаз развития картофеля, динамики формирования ассимиляционной поверхности растений картофеля, оценку фнтосанитариого состояния клубней проводили общепринятыми методами (Ерохин, Данилов, 1977; Попкова, Шнайдер, 1980; Дейчеикова, 1985; Минеевидр. 1985).

Учет урожайности клубней картофеля, биохимический анализ проводили по Методике исследований по культуре картофеля (1967).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ТАЕЖНОЙ ПАЛЕВОЙ ПОЧВЫ ПОДШШЯН11ЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ОДОБРЕНИЙ

1.1. Численность к групповой состав микроорганизмов при внесении удобрений

Внесение в мсрхюшую почву минеральных и органических удобрений и повышение их дозы положительно влияет на численность всех групп микроорганизмов: аммонифицирующих, нитрифицирующих, азотфиксирующих бактерий, актиномицетов и грибов. В вариантах внесения удобрений численность микроорганизмов достоверно увеличивается в 3-5 раз по сравнешж» с контролем. Так, в год действия, 1 геи и 2 год последействия удобрений общая численность микроорганизмов в контроле составила соответственно: 65,2; 47,2; 24,1 млн. в г почвы. В вариантах внесения минеральных и органических удобрений численность микроорганизмов повышается до 306,1 млн. в год действия удобрений, до 191,4 - в 1 год последействиям 102,6 млн. -во 2 год последействия в 1 гпочвы. В среднем за годы исследований в вариантах внесения удобрений численность микроорганизмов составляет от 61,3 (Ы№) до 200,0 млн. (ЫРК(90)+навоз бОт/га) в I г почвы, в зависимости от дозы и вида внесенных удобрений (контроле — 45,5 млн. в I г почвы). Минеральные и органические удобрения оказывают влияние не только на численность микроорганизмов, но и их групповой состав и приводят к усиленному размножению бактерий (особенно бацилл) и актиномицетов. Содержание аммонификаторов доходит до 98% в общей численности микроорганизмов. Численность актином и цетов на вариантах опыта в среднем составляла от 0,3 до 2,6 млн. в 1 гпочвы (1,18-1,79%).

В исследуемой почве, грибы составляют меньшую часть микроорганизмов по сравнению с бактерия ми и акшномицетами. Их содержание колеблется от 6,3 до 22,7 тас. в 1 гпочвы.

Внесение в почву минерального удобрения повышает общую биологическую активность почвы в 1,5 раза, органического удобрения (навоз 40 т/га) в 2 раза и совместное внесение минеральных и органических удобрений в зависимости от дозы до 5 раз (табл. 1).

Таблица 1 - Численность агрономически важны* групп микроорганизмов, млн. в ] г/почвы (1998-2000 гг.)

Вариант Аммонифицирующие бактерии Микроорганизмы, использующие минеральный азот Грибы Обиш численность микроорганизмов Бактерии Акти-номи-кетьс Грибы

Общая численность Из них: бактерии Акти-номи-негы Грибы

мл к. тыс. или. %

Контроль (без удобрений) 45,1 9,1 7,7 0,3 0,4 9,9 45,5 98,8 1,18 0,02

N60 60,4 12,9 11.7 0,8 0,3 ¿Л 61,3 98,3 1,69 0,01

КРК (эо) + навоз 20 г/га 88,2 13,8 11,8 1,3 0,6 11,6 89,5 98,1 1,89 0,01

Навоз 40 т/га 136,0 12,5 9,3 1,6 1,8 9а 137,7 98,2 1,79 0,01

ЫР («к) + навоз 40 т/га 176,6 13,3 1М 1,4 0,5 12,0 173,1 98,6 1,39 0,01

№К (6о) +навоз 40 т/га 167,2 20,6 17,8 1,3 М 14,0 168,6 98,6 1,39 0,01

№К (») +навоз бОт/га 197,4 20,0 16,9 2,6 0,4 22,6 200,0 98,3 1,69 0,01

НСР„,« 19,6

1.2. Динамика численности микроорганизмов в мерзлотной почве

Резкие климатические условия Центральной Якутии, обусловленные продолжительной, суровой зимой и коротким, но жарким летом, приводят к тому, что содержание общей численности микроорганизмов в почве в течение вегетационного периода изменяется, подчиняясь этлогическим условиям в газы исследований, В динамике обшей численности микроорганизмов есть алин максимум в июле, иоша в среднем по вариантам она составляет 146,3 млн. в 1 г почвы. Анализ динамики температуры и влажности почвы опытного участка показывает; что с понижением температуры вооауха (в августе) в среднем до+14,7° С (июле+19,6°С) и почвы до+13,4° С (июле+19,1 °С) общая численность микроорганизмов уменьшается по вариантам опыта в среднем до 120 Д млн. в I г почвы.

В динамике состава микроорганизмов резких изменений в соотношении основных групп не наблюдается, что объясняется «затяжным» характером протекания микробиологических процессов.

Установлена тесная корреляционная связь между влажностью почвы и содержанием в почве грибов, которая составляет г=0,94. Множественный корреляционный анализ взаимосвязей между температурой, влажностью почвы н содержанием аммонифицирующих бактерий в почве составляет г =0,99; актином идетов г=0,99 и грибов г =0,94. В годы исследований в вариантах опыта содержание бактерий уменьшается к концу вегетации, а грибов увеличивается, вследствие изменений гндротерми ческо го режима почвы.

Таким образом, сезонная динамика численности микроорганизмов почвы зависит от экологических факторов: температуры почвы и воздуха, а также влажности почвы и количества выпавших осадков (таб.т.2).

Таблица 2 - Динамтса численности микроорганизмов в зависимости от

экологических условий (1998-2000 гг.)

Месяц Температура ПОЧВЫ, С Влажность почвы, % Обшая численность микроорган ¡имов, млн. 1 г почвы

Июнь 17,9 12,8 109,6

Июль 19,1 9,7 146,3

Август 13,4 12,6 120,2

Среднее 16,8 11,7 125,3

Примечание: все показатели в слое 0-20 см в среднем по вариантам опыта

13. Интенсивность процесса минерализации органического вешества

В годы исследований интенсивность минерализации органического вешества на вариантах опыта замедленная. В среднем за 3 года в вариантах опыта коэффициент минерализации составляет от 0,1 до 0,2 (табл.3). 8

Таблшщ 3 - Интенсивность микробиологических процессов в

окультуренном мерзлотном почве 1998-2000 гг.)

Вариант Обшая численность микроорганизмов, млн. в 1 г почвы Соотношение микрооргэнт, наКАА/МПА Соотношение акгиномицетов и грибов Содержание гумуса в % (в конце опыта)

Контроль (без удобрений) 45,4 0,2 1,0 1.9

N40 68.0 ОД 2.6 2,4

ИРК.(№) + навоз 20 т/га 89,8 ОД 2,1 2,1

Навоз 40 т/га 137,7 0,1 2,8 2 Л

КР навоз 40 т/га т,о 0,1 4,5 2.9

№К(«1)+наи>140 т/га 168,7 0,1 1А 2,4

ЫРК с9о)+навоз 60 т/га 200,0 0,1 5,6 2,7

НСР 0.05 19,6

Большой контраст между высокой численностью микроорганизмов и их низкой физиологической активностью, которая проявляется в слабой интенсивности процесса минерализации приводит к накоплению органического вещества в верхнем слое (0-20 см) почвы.

Корреляционный анализ взаимосвязи между интенсивностью микробиологических процессов и содержанием гумуса показал шличие обратной корреляционной связи (г=М},61). Микробиологический показатель углубления минерализации органического вещества в почве (отношения численности акпмомиютов к численности грибов) повышается с увеличением дозы вносимых минеральных и органических удобрений. Корреляционная зависимость между содержанием гумуса в почве и показателем углубления степени минерализации в юнце опыта носила прямолинейный характер и составила г=0,79. Зависимость между коэффициентом минерализации и углубления степени минерализации показывает наличие обратной связи между ними (г=-0,61).

Таким образом, в мерзлотной таежной палевой почве Центральной Якутии при внесении минеральных и органических удобрений происходят одновременно два сопряженных между собой процесса: минерализация органических веществ и процесс гумусообразования. Напряженность двух сопряженных микробиологических процессов влияла на накопление гумуса почвы в конце опьтта. Частный корреляционный анализ показывает; что между показателем минерализации органического вещества и накоплением гумуса за годы исследований имеется обратная связь (г =-0,57).

1.4. Оценка биологической ак-пшностн мерзлотной почвы при внесен!ш удобрен!ш

О ькнкубиологичесюй активности мерзлотной почвы вывели, используя метод относительных величин (АцциДж., 1959; Каря тина, 1983), У1аибольшая суммарная биологическая активность почвы наблшпается при внесении минеральных и органических удобрений (ЫРКда)+наюзбО т/га)-278%, в контроле- 100% (табл. 4).

В вариантах внесения N и совместного внесения минерального удобрения с навозом в дозе 40 т/га относительная биологическая активность почвы составляет от 123 до 178%. Таким образом, с увеличением дозы удобрений биологическая активность мерзлотной почвы повышается.

Таблица4 - Биологическая активность мерзлотной почвы при внесении минеральных и органических удобрений

Вариант 19% г. I 1999 г. | 2000 г, | Среднее

Оценка биологической активности почвы. Уа

Контроль (без удобрений) 100 J0Ö 100 100

N«o 117 120 132 123

NPK(jo) + навоз 20т/га 170 161 193 174

Навоз 40 т/га 165 232 140 178

NP (ы>> + навоз 40 т/га 193 148 195 178

NPK (ац+навоз 40 т/га 22 Н 278 233 246

NPK (9»)+навад 60 т/га 313 275 246 278

1.5. Кячестпеннмм состав микроорганизмов мерзлотной таежной палевой почвы

Видовой состав микроорганизмов мерзлотной почвы характеризуется крайне низким разнообразием. В групповом составе микрофлоры преобладают бактерии рода Bacillus. Наиболее часто всречаются бациллы: Bac.subtilis,Bac. се rem. Вас. mesentericus wBac.mycoutes, Вас. agglomeralus (табл.5).

Таблица 5 - Качественный состав аммонифицирующих бактерий в мерзлотной таежной палевой почве Центральной Якутии

Аммонифицирующие бактерии Наличие в почве

в гол действия в последействии

Род Bacillus:

Bac.stifitilis +++

Вас. agglomerates ++ +

BacnnroiJcs ++ +

Вас. cereus +++

Вас. megaKrium ++ ++

Вас. mesenterial? -М-+ +++

Род Pseudomonas:

Pseudomonasfluoresceins +++ +

Pseudomonas herbicota ++ +

Примечание: количественный учет этих микроорганизмов имеет ряд условностей,

обозначения (+++)-встречались обильно, (++)- много, (+) единично

Наличие в исследованной почве в год внесения удобрений споровых бактерийное, myeoides, Бас. agglomeralus, Вас. cereus показывает на хорошо идущий процесс аммонификации, связанный с превращением менее подвижных форм органического вещества почвы.

Спорообразуюшие бактерии Вас. subtilis и Вас. mesentericus хорошо используют и органические, и минеральные формы азота (Мирзоева, 1959),

Эти бактерии обильно были представлены в почве в основном в год действия, а также в годы последействия удобрений, характеризуя относительно высокую степень минерализации органического вешества.

Содержание неспорообразующих бактерий незначительно. Они представлены в основном родом Pseudomonas: Ps.ßuorescens, Ps. herbicola.

Микофлора мерзлотной таежной палевой почвы характеризуется преобладанием грибов из рода Penicittium. Часто встречаются Thrichoderma, Fusarium, Мисог, редко Aspergillus.

Также выявлены серые и белые актиномииеты,

1.6 Влияние экологических условий на процесс нитрифпкашш

В мерзлотной таежной палевой почве за весь период исследований наблюдалось активное развитие процесса нитрификации. Активность нитрификации имела прямую зависимость от экологических условий. Так, 8 год действия удобрений, благоприятные погодные условия, которые проявились в высокой среднемесячной температуре воздуха (19,3°С) и почвы (19,2°С), а также нзличие питательных веществ создавали обильное размножение нитрифицирующих бактерий в почве, которое в среднем по вариантам за вегетационный период составляло 10~т(табл. 6).

Наибольшая численность их достигала титра 10"9 на варианте внесения NPK W) + навоз 60 т/га. В последействии удобрений, вследствии понижения темперауры воздуха до 15,4°С, почвы до 15,8°С и увеличения количества выпавших осадков (56,6 мм), численность нитрифицирующих бактерий уменьшается и в среднем по вариантам составляет Ю-3. Установлено, что нитрификационная способность нитрифицирующих бактерий в вариантах опыта повышается с увеличением дозы удобрений, что подтверждается содержанием нитратов по вариантам опыта, т.е повышается интенсивность процесса нитрификации (табл. 6).

Таблидаб-Влняние метеорологических условий на активность

процесса нитрификации в мерзлотной почве в годы исследований

Годы исследований Температура почвы,"С Температура воздуха, °С Количество осадков, мм Количество нитрификаторов, титр Содержание нитратов, в почве мг/100 г

1998 19,2 19,3 16.0 10"' 0.83

1999 15,8 15.4 56.6 Ю"1 0,20

2000 15,4 16.1 26,0 10* 0.41

За 3 года 16,8 16.9 32.9 101 0,48

Множественный корреляционный анализ зависимостей показывает высокую достоверную связь между температурой воздуха, количеством выпавших осадков и численностью нитрификаторов равную 0,93. Взаимосвязь между температурой почвы и содержанием нитрификаторов в вариантах опыта показывает наличие высокой корреляционной связи между ними 0,90.

Результаты биохимического анализа показывают высокую тарификационную активность нитрифицирующих бактерий.

За годы исследований в динамике процесс нитрификации интенсивно идет в начале и в середине вегетационного периода. Исследования показали, что в окультуренной почве процесс нитрификации усиленно идет и в контроле, с увеличением дозы внесенных удобрений повышается интенсивность нитрификации и содержание нитратов в почве.

1.7. Аэробная и анаэробная азотфнксация в мерзлотной почве

В мерзлотной таежной палевой почве аэробные азотфиксируюшие микроорганизмы в основном были обнаружены в год действия удобрений и составляли в вариантах опыта от 79,3 до 98,6 % обрастания комочков почвы. Гидротермические условия года и наличие органических веществ способствовали размножению АгоюЬааег сЪгоососсит во всех вариантах опыта. В динамике за вегетационный период повышения содержания Л2о1оЬааег наблюдается в июле и в среднем по вариантам составляет 99%. В нюне отмечено наименьшее их содержание в почве — 76%. В конце вегетационного периода содержание АгоюЬааег в вариантах опыта доходит до 92% обрастания комочков (табл.7).

Установлено, что на содержание в почве АгоюЬас1ег оказывают метеорологические условия года- Множественный корреляционный анализ взаимоотношений между содержанием в почве Лго1оЬас1ег и показателем температуры воздуха и количеством выпавших осадков показывает высокую достоверную связь равную 1,0. Имеется корреляционная зависимость и между содержанием АгоеоЬааег в почве и содержанием гумуса равная 0,91.

Таблица 7 - Динамика содержания в почве аэробных азотфнксагторов в мерзлотной таежной палевой почве, в % (1998 г.)

Июнь Июль Авп /СТ

Вариант Azoio-bacter chrooc. Lypo-myces Azoto-bacter chrooc L)j>o myces Azof-obacter chrooc. L>V° myces

Контроль(без удобрений) 74 100 90 100 60 100

Ни 38 100 100 100 100 100

МРК + навоз 20 т/га 82 100 100 100 100 100

Навоз 40 т/га 78 100 100 100 100 100

ЫР + наеоз 40 т/га 96 100 100 100 100 too

ЫРК (бО)+навоз 40 т/га 80 100 99 100 97 100

ЫРКт+навоз бОт/га 82 100 92 100 90 93

Среднее: 76 100 99 100 92 97,6

Также, было отмечено присутствие наряду с А:о(оЬас/ег дрожжевого гриба из рода Ьуротусех, Содержание гриба Ьуротусея в почве обильное и составляет за весь вегетационный период 100% обрастания комочков почвы. На содержание азотобактера в почве влияет и наличие питательных веществ. Так, наибольше содержание азотобактера в среднем за вегетационный период отмечается на варианте совместного внесения минерального и органического удобрения (Ы Р + навоз 40 т/га) и составляет 98,6% (табл. 8).

Таблица 8 - Влияние органического н минерального вещества почвы на

размножение азотобактера

Вариант 1 Содержание | Azotobactcr, ' % (срсднсс) РН волн. Гумус, % Азот, % Фосфор, мг/кг Ка1ий, мг/кг

Коьггродь (без удобрений) 74,6 8.2 2,04 0,11 113 230

К*, 79,3 8J 2,10 0,15 94 226

NPK (3о> + навоз 20 т/га 94,0 8,0 2,10 0,14 107 243

Навоз 40 т/га 92,6 7,9 2,10 0.07 112 234

N Р («п + навоз 40 т/га 98.6 8,2 2,21_I 0,10 103 230

NPKiwn+навоз 40 т/га 92,0 7,9 2,83 0,21 125 262

NPKfwi+Haeoi бОт/га 88,0 7,9 2,94 ] 0,21 143 267

В варианте внесения NPK(W) + навоз 60 т/га содержание азотобактера составляет 88,0%, что показывает возможно отрицательное действие относительно высоких доз калийных и азотных удобрений.

Анаэробная азотфиксация исследована на плотной среде Эшби. В динамике численность Clostridium была высокой в августе и составляла в вариантах опыта от 37 до 81% в зависимости от дозы и вида внесенного удобрения. Учет наличия Clostridium на жидкой среде Винограде кош показал, что внесение удобрений усиливает анаэробную азоггфиксацию. Численность Clostridium в вариантах внесения органического удобрения (навоз 40т/га) и совместного внесения NPK^+навозбОт/гавиюнедостгаетдо 10"т. Косенн содержание Clostridium в почве уменьшается до 101 (табл.9).

Таблица 9- Динамика содержания анаэробных бактерий ОоэЛтДшт на

жтшж среде Внноградского за вегетационный период 1998 п» (титр)

Вариант Июнь Июль Август

Контроль (без удобрений) 10^ ю-* ' иг*

ЫРК (Ю) + навоз 20 т/га 10" 10*

Навоз 40 т/га ю-4 иг* 10"4

ИРК («к» + навоз 60 т/га ю-7 ю4 10^

2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ШШЯЮЩИЕНА БИОЛОГИЧЕСКУК) АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ПОЧВЫ

Проведенные мэрредявдонные анализы зависимостей между экологическими фаюсраминпо1азш^этяшбщгюгическмакщвда

факторами, опреаитвдщими биологическую акшвдасп. мфзиогшойтаеядасм палевой потвы является температура почвы, вда^ла, миичесгео выпавших осашсв, влажность пемвы иналич№тотше№ньиатв11ешта{аэспа,фосфсраигапга)и^ вешесгв

в почве(гумус почвы,жтас^танических^изфетм) в голы исследований.

Установлена тесная прямая корреляционная зависимость между обшей численностью микроорганизмов и температурой воздуха (1=0,71), количеством выпавших осадков (г=0,79), между температурой почвы и численностью нитрифицирующих бактерий (г=0,90). Достоверно обратная зависимость отмечена, между влажностью почвы и обшей численностью микроорганизмов (г=-0,94); и нитрифицирующих бактерий (г=-0,98). Корреляционная связь установлена между содержанием азотобаетера в почве и влажностью почвы 1=0,75. Множественная корреляционная зависимость между численностью актиномицетов, аммонификаторов с температурой и влажностью почвы, которая соответственно равна г=0,99 иг=0,99.

Достоверная прямая корреляционная зависимость проявляется между показателем биологической активности почвы и содержанием нитратного азота, гумуса в почве и дозой удобрений, которая соответственно состакля ет 1=0,91; г=0,90; г=0,94. Корреляционная зависимость отмечена между численностью аммонифицирующих бактерии и содержанием в почве калия т=0,79; т=фосфора р=0,9 1; гумуса 1=0,88; между численностью трибе® и содержанием в почве общего ззсггаг=0,76; углерода г=0,85, фосфора г=0,76, гумуса г=0,8]; между численностью иитрификаторов и содержанием в почве общего азота г=0,67, калия г=0,86, фосфора г=Ю,90, с дозой удобрений г=0,97 (табл. 10).

Анализ корреляционной зависимости показателей экологических условий и биологической активности почвы показывает; что на характер и динамику биологической активности почвы в годы исследований влияют метеорологические условия года исследования и наличие в почве питательных веществ.

Таблица 10 - Взаимосвязь биологической активности почвы с агрохимическими свойствами мерзлотной почвы (1998-2000 п.)» коэффициент корреляции

Показатели Доза _удобрен. Гумус Азот, общий РЛ к:о Углерод N-NOj

Корреляционные отношения

Оценка биологич. активности почвы 0,94** 0,90** 0,86* - 0,76* 0,70 0,91**

Ам мон нф. бактерии 0,97** 0,88* 0,53 0,91** 0,79* 0,87** 0,76*

Бактерии на К АА 0,80** 0,91* 0,86* - 0,57 0,91** 0,90**

Ннтриф. бактерии 0,97»* 0,88** 0.67 0,90** 0,86* 0,89** 0,86*

Актиномииеты 0,97* 0,77* - - - 0,77* 0,79»*

Грнбы 1 0,83** 0,81* 0,76* 0,76* - 0,85* -

Азотобактер 1 - 0,56 0,56 - - -

Примечание: * - достоверность связи приведена при уровне значимости 0,05 ** - достоверность связи приведена при уровне значимости 0,01

3. ВЛИЯНИЕ "УДОБРЕНИЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МЕРЗЛОТНОЙ ПОЧВЫ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ

Внесение минеральных и органических удобрений наряф с повышением биологической активности и с улучшением питательного режима почвы способствуют развитию растений картофеля, повышают урожайность и качество клубней картофеля. Так, с увеличением дозы удобрений и с активизацией микробиологических процессов в почве во все годы исследований наблюдается повышение урожайности картофеля. Наибольшая урожайность картофеля отмечена в варианте внесения относительно высоких доз удобрений (NPKW+навоз 60 т/га). В год действия урожайность картофеля в этом варианте составляет 17,3 т/га; в 1 геи последействия — 13,2 и во 2 год последействия — 15,8 т/га В контроле соответственно по голам 11,6; 9,6; 10,6 т/га. Прибавкаурошая к контролю на вариантах внесения удобрений, за годы исследований составляет от 0,4 до 5,7 т/га (табл. 11),

Биохимический анализ клубней картофеля показал, что в год действия удобрений высокое содержание сухого вещества и крахмала в клубнях картофеля отмечено при внесении минерального удобрения и на варианте совместного внесения NPK,„.+навоз 40 т/га.

(OU)

Так, содержание сухого вещества в клубнях картофеля составляет соответственно 22,7 и 22,9%; крахмала- 12,5 и 13,9%. Во всех удобренных вариантах отмечено повышение содержания азота до 2,15% в клубнях картофеля. В последействии удобрений высокое содержание сухого вещества отмечено в варианте NPK(W) + навоз 60 т/га—21,7%. В удобренных вариантах наблюдается тенденция повышения содержания аскорбиновой кислоты до 7,1% в варианте NPK(W)+навоз 60 т/га (контроле—6,05%).

Таблица 11 -Урожайность картофеля в зависимости от дозы н вида

внесенных удобрений (1993-2000 гг.)

Вариант Урожайна ь,в т/га ПриГивга урожая к контролю

Год лей- ТЙ11Я удобрений 1 ГОД последействия 2 год косле-деИ-ствня Г ОД ( 1-Й ГОД | 1-Й №Д действия 1 после- 1 пооле-удобрейиЯ | леПстпня | действия

т/га 1 т/га т/га

Контроль («1 удобрений) 11,6 9.6 10,6 ) -

Н>о 12,5 10.0 ! 1,4 0,9 I 0,4 1 0,8

МРК +НПВ01 Ют/г» 13,1 (0,5 12.4 1,5 ' 0,9 ' 1.4

Нэндо, 40 т/га 14.0 11,0 12,8 2.4 ) 1,4 [ 2,2

№ (да + »иво^ 40 т/га 14.8 П.6 13.6 3,2 . 2,0 3,0

КРК (ь ^+иаяоз 40 т/га 15.3 11.9 14,0 3,7 ! 2Л | 3,4

М1'К (41,+НВВ01 бОт/гя Ю 13.2 15,3 5,7 ] 3,6 5.2

НСР«.» 1,69 (Ш 1,44

Содержание нитратов в вариантах внесения удобрений в год действия удобрений в клубнях картофеля составило от 43,6 до 157,0 мг/кп В I год последействия удобрений высокое содержание нитратов отмечено в варианте внесения органического удобрения (навоз 40 т/га) - 172,0 мг/кг и в варианте внесения минерального удобрения -106,3 (табл. 12). Во всех вариантах опыта содержания нитратов в клубнях картофеля не превышало ПДК(230мг/кг).

Таблица 12 - Содержание нитратов в клубнях картофеля

Вариант Нитрату, е мг/кт

1ВД» 1ЭД9 2000

Контроль (без удобрений) 34.3 60,9 29,9

ы« 43,6 106,3 57,0

Ь'РК,.», +навоз 20т/га 78.7 29,2 42.2

Навоз 40 т/га 47,4 172,0 -

МР («I)+ навоз 40 т/га 172.0 49,6 -

НРК (ю>+навоз 40 т/га 189,0 87,3 22,2

гал+навоо бОт/га 157,0 73,2 -

4. ОКУПАЕМОСТЬ УДОБРЕНИЙ ПРИБАВКОЙ УРОЖАЯ КАРТОФЕЛЯ

Как один из параметров экономической эффективности вносимых удобрений определена окупаемость прибавкой урожая картофеля в среднем затри том. Результаты окупаемости приведены в табл. 13.

Окупаемость действующего вещества удобрений снижается прибавкой урожая при повышении дозы, аокупаемость 1 кг удобрений-увеличивается в том же порядке. Окупаемость удобрений прибавкой урожая картофеля высокая при совместном внесении минеральных и органических удобрений. В варианте внесения ЫРК + навоз 60 т/га окупаемость 1 т удобрения прибавкой урожая составляет 80 кг

Таблица 13 - Окупаемость )добрений прибавкой урожая картофеля

Вариант Урожайность, т/га Прибавка урожая ааЗ года Окупаемость 1 кг л в удобрений прибавкой урожая, кг Окупаемость 1 т удобрений прибавкой урожая, кг

Контроль (без удобрений) 10,6 . - •

Ню 11,3 0,7 409,4 0,7

ЫРК + навоз 20 т/га 11,9 1.3 30,0 64

Навоз 40 т/га 12,6 2,0 1М 50

ЫР («ц+ навоз 40 т/га 1 13,3 2.7 17,9 68

ЫРК «¡го+кавоз 40 т/га 13,7 3.1 17,6 78

ЫРК 1ч,ч+навоэ бОт/га 15.4 4,8 13,3 80

НСР «05 | 1,32

5. БАЛАНС ГУМУСАПРИВНЕСЕНИИЭДОБРЕН11Й

На основании расчетов установлено, что баланс гумуса был положительный при внесении навоза в дозе 40-60 т/га и составлял от+8,9 до 16,0 т/га. Наиболее благоприятным для накопления гумуса в почве было совместное внесение минерального и органического удобрения (ЫРК (50)+ навоз 60 т/га), баланс гумуса составлял + 16,0 т/га. Отрицательный баланс гумуса наблюдался на варианте контроля (-11,6 т/га) и варианте внесения минерального удобрения (-12,8 т/га). Также совместное внесение ЫРК (10)и навоза 20 т/га привело к снижению запаса гумуса в почве. Баланс гумуса на этом варианте отрицательный (-1,8 т/га).

Таким образом, совместное внесение в мерзлотную таежную палевую почву минеральных и органических удобрений в дозе навоза 40-60 т/га способствует воспроизводству плодородия почвы, так как баланс гумуса складывается положительной дополнительно образуется до 16,0 тгумусана 1 га(табл,14).

Таблица 14-Расчет баланса гумуса в мерзлотной таежной палевой почве при внесении минеральных и органических удобрений

н ш к £ * Приход, т/га 3 г« 3,

Вариант в а ^ Не ¡н Ш £ | И. 1 Т 1 Щ г, а, к £* 1 = а 1

Контроль (6« удобрении) 10,6 0,46 11.Я8 0.32 -11.«

N«1 11.3 0,51 13.14 0.35 - . -12,8

№К да, +навоз 20 т/га 11,9 0,55 14.22 0.3 12,0 ■1,8

1 ].иЮ1,40 т/[а 12,6 0,60 15,48 0,42 24,0 +8,9

(«л + наяоз 40 т/га 11,3 0,65 16,74 0,47 24.0 +7,7

+наво! 40 т/го 13,7 0,68 _17146 0.48 24,0

КРК.да.+навоэ бОт/га 15,4 0,80 20,52 0,56 36,0 +16.0

ИСРщм 1,32

выводы

1. Главным экологическим фактором, определяющим биологическую активность мерзлотной таежной палевой почвы Центральной Якутии я вляется наличие вечной мерзлоты, создающей низкую температуру почвенного профиля. Коэффициент корреляции биологических показателей с темперзтурои почвы составляет: общая численность бактерийг=0,98; грибов =0,87; нмтрификаторов г=0,99; азотфиксаторов г=0,98. На биологическую активность почвьг достоверно влияет также влажность и обеспеченность питательными веществами.

2. Биологическая активность мерзлотной таежной палевой почвы значительно повышается (в 3-5 раз) при внесении минеральных и органических удобрений (ЫРК(И|) + навоз 40 т/га и МРК^ ■+■ навоз 60 т/га). Увеличивается численность всех таксономических (бактерий, грибов, актином и цетов) и некоторых экшого-трофических групп (аммонификагоров, нитрификаторов, свободноживуших азотфиксаторов). В групповом составе микрофлоры преобладают бактерии. Видовой состав микроорганизмов характеризуется крайне низким разнообразием.

3. Окультуренная мерзлот шя таежная палевая почва характеризуется крайне незначительным периодом биологической активности, приуроченным к летне-осеннему сезону, с максимумом в июле. Потенциальная физиологическая активность микроорганизмов в них проявляется недостаточно.

4. Применение минеральных и органических удобрений (КРК16(1) + навоз 40 т/га и + навоз 60 т/та) повышает биологическую активность мерзлотной таежной палевой почвы и улучшает ее питательный режим.

Так, в конце опыта содержание в почве нитратного азота соответственно составляет: 0,43 и! ,05 мгка 100 г почвы, калии: 262 и 260 мг/кг, фосфора: 134 и 143 мг/ кг Содержание гумуса в почве повышается до 2,68% (в контроле 1,9%), общего азота до 0, ] 8 (вдапрсле0,14)1 При этом баланс питательных веществ гкда>юггельный.

5. Применение минеральных и органических удобрений (ЫРК(60)+навоз 40 т/га и навоз 60 т/га) повышает биологическую активность почвы, урожайность картофеля (15,4 т/га при урожае в контроле 10,6 т/га) и его качество: содержание сухого вещества по сравнению с контролем повышается на 0,5%; крахмала на 0,2%, количество нитратов в картофеле не превьадает ПДК,

6. Наиболее эффективно внесение в мерзлотную таежную палевую почву органического удобрения (навоз 40 т/га и 60 т/га) совместно с ИРК^и Окупаемость удобрений прибавкой урожая составляет 80 кг/т. Внесение отдельно «совместное внесение минерального удобрения №К(10) с навозом 20 т/га нерационально т.к. биологическая активность почвы и урожайность картофеля повышается незначительно.

и

ПРЕДЛОЖЕН ИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В условиях Центральной Якутии на мерзлотной таежной палевой окультуренной почве целесообразно совместное применение минеральных и органических удобрений в дозах NPK (60} + навоз 40 т/га и NPK + навоз 60 т/га, так как это повышает биологическую активность в 3-5 раз, что приводит к улучшению минерального питания растений и дает прибавку урожая картофеля в годы исследований до 5,7 т/га.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕР1!АЛАМ(Щ1ССЕРТАЦ1П I

1. Прибылых Е.И. Влияние удобрений на микробиологические процессы в почве / ЕЛ.Прибылых, А.И.Степанов // Материалы научно-практ. конф., посвяш. 60-летию организации в Якутии гос. селекц., и респ., животное., опытной станции. 2 ноября 1999 г Якутск.-448 с.

2. Прибылых ЕЛ, Азотфиксирующие микроорганизмы в почве под картофелем / Е.И Лрибылых// Доклады и тезисы докл. научно-практ.конф., декабрь, 1999г. Новосибирск,-С.75.

3. Степанов А.И. Влияние удобрений на численность аммонифицирующих бактерий в почве под картофелем / А.И.Степанов, ЕЛ 1.Прпбьглых//Тезисы докладов Межд научно-практ. конф., 20-23 июля 1999 г, Новосибирск.—С.44,

4. Степанов АИ. Влияние сбалансированных доз удобрений на урожайность и болезни картофеля / ЛИ. Степанов, УК.Эверстова, ЕЛ.Прибылых//Сб.нтдоюв Достижения науки в производстве. -2000 п -с.26-28.

5. Степанов А.И. Исследования азотфиксирующих микроорганизмов в почве под картофелем / А.И.Степанов, Е.И.Прибылых // Материалы III респ.научно-прахг. конф., 2000 г., Якутск.—265 с.

6. Степанов А.И., Arpoэкологичекие аспекты исследования плодородия мерзлотных почв Якутии/А.И,Степанов, В.И.Дмитриева, E.I (.Прибылых, У.К,Эверстова//Сб, материалов Международной научно-практ. конф.,23-24 ноября 2000 г., Пенза. - С. 29-31.

7. Прибылых К.11. Влияние минеральных и органических удобрений на биологическую активность почвы и урожайность картофеля /Е.И. Прибылых // Материалы 4-Й Межд, научно-практ.конф., Улан-Батор, 9-10 июля 200 t г., Новосибирск.—432 с.

8. Наплекова H.H., К вопросу биологической активности о кул ьтуренных почв Центральной Якутии / H.H. Наплекова, Е.И. При былых //Материалы научно-практ. конф., 2003 г. Новосибирск.-С. 170-172.

Прибылых Евдокия Ивановна

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МЕРЗЛОТНОЙ ТАЕЖНОЙ ПАЛЕВОЙ ПОЧВЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

Автореферат

Подписано к печати 20.05,2003 г. Формат 60x84 1/32. Гарнитура Times. Печать трафаретная Усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ № 155

Отпечатано в ГНУ ЯНИИСХ СО РАСХН. Лицензия №19-0031 от 09,11.2001 г. г. Якутск, ул, Каландарншвили, 5 тел.: 36-40-76,