Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ НА МИКРООРГАНИЗМЫ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ОСУШЕННОЙ ДЕРНОВО- ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ НА МАЛОМОЩНЫХ ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ НА МИКРООРГАНИЗМЫ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ОСУШЕННОЙ ДЕРНОВО- ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ НА МАЛОМОЩНЫХ ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ"

А

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

На правах рукописи

РАБИНОВИЧ Галина Юрьевна

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ НА МИКРООРГАНИЗМЫ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ОСУШЕННОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ НА МАЛОМОЩНЫХ ДВУЧЛЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1991

Работа выполнена на кафедре микробиологии Московской сельскохозяйственной академии им. К А Тимирязева и в отделе мелиоративного земледелия Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственного использования мелиорированных земель

Научный руководитель— профессор, доктор биологических на>к В. К. Шильникова.

Официальные оппоненты — ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук В. С. Гузев, доцент, кандидат биологических наук Н. П. Покровский.

Ведущая организация — ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Пушкин, Ленинград.

Защита состоится .......1991 г.

в « /Ь часов на заседании специализированного совета К 120 35 06 в Московской сельскохозяйственной академии нм. К А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49 Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан » .¿З^^ёу?^. . . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

Л. В Мосина

А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Осушительные работы в Нечерноземной зоне -один из мащньгх факторов рационального использования переувлажненных земель. Агроиспользование этих земель, в том числе обработка сельскохозяйственными орудиями и проведение мелиоративных мероприятий ведут к изменению сбалансированности микробиологических процессов трансформации углерода и азота в почве, структуры микробоценозов, биологической активности почвы и, в конечном ито ге, непосредственно влияют на ее плодородие С ¿3831 , 1973, Ков-да,у!981; Берестецкий,. 1983, 1986) .

По мнению У.киэйег (1976), регулируемое воздействие обработок, внесение удобрений и приведение других культуртехнических мероприятий не нарушает жизнедеятельности микроорганизмов в почве. В связи с этим выявление оптимального режима воздействия обработок на осушенную дерново-подзолистую глееватую почву СевероЗападной части Центрального района Нечерноземной зоны, где этот вопрос не изучен, может способствовать сохранению и повышению плодородия почв и получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Поскольку некоторые почвенные микроорганизмы служат индикаторами почвенного плодородия, обнаружение групп микроорганиз мов, наиболее четко зависящих от того или иного приема обработки является также важной и актуальной задачей.

• Цель работы - выявление влияния.различных почвообработок осушенной, дерново-подзолистой глееватой почш с целью оценки эффекта.данных мероприятий по микробиологическим показателям (характеристике.микроорганизмов,'особенно связанных с превращениями углерода и азота в почве) и биологической активности. Полученные результаты и данные по производительности почв могут

ЦЕНТРАЛЬНАЯ тЛАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Мок. оальскохоа. академии *<- К. А. Тимирязева

служить обоснованием при внедрении в производство оптимального варианта.

Задачи работы - изучить микроорганизмы, трансформирующие углерод - и азотсодержащие соединения в осушенной дерново-подзолистой глееватой почве под влиянием почвообработок; изучить ферментативную активность и другие биологические показатели почвы под влиянием обработок; изучить связи показателей микробиологической и биологической активности почвы с интегральной характеристикой почвенного плодородия - урожаем сельскохозяйственных растений; дать оценку значимости обработок изучаемой почвы.

Научная новизна. Впервые изучены динамика микроорганизмов и биологическая активность осушенной дерново-подзолистой глееватой почвы под влиянием почвообработок (минимальной, отвальной, чизельной и глубокого полосного рыхления). Установлена высокая степень отзывчивости на обработки почвы ряда групп микроорганизмов: использующих минеральные формы азота, аммонифицирующих, нит рифицирующих, денитрифицирующих и целлюлозоразрушающих аэробов. Обнаружена низкая каталазнал, дегидрогеназная и инвертаэная активность изучаемой почвы. Выявлена высокая биогенность вариантов с рыхлением, повышенная - при чизельной, низкая - при минимальной обработке."

Выявлена тесная корреляционная зависимость показателей урожайности сельскохозяйственных культур с выделением почвой углекислоты; азотфиксирующей активностью, активностью окислительно-' восстановительных ферментов. С помощью кластерного анализа по .•••" микробиологическим, биологическим, агрофизическим и агрохимическим параметрам почвы дана оценка степени сходства и различия, почвообработок. ' . ,

Практическое значение. Результаты служат дополнительным ■

обоснованием' разрабатываемых рекомендаций по внедрению наиболее эффективных и рациональных способов обработки осушаемой почвы. При внедрении ВНИИМЗ (1986 г.) оптимальных способов обработки почвы, в частности, чизельной, в ОПХ "Заветы Ленина" Калининского района Тверской области, основывающемся и на наших исследованиях, получен экономический эффект - 65 руб. с I га. Экономический эффект от внедрения глубокого рыхления в совхозе "Осеченский" Вышневолоцкого района (1990 г.) составил 107 руб/га.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на конференции молодых ученых и специалистов ТСХА, посвященной 100-летию со дня рождения Н.И.Вавилова (Москва, 1987); республиканской научной конференции (Кишинев, 1988); областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Калининской области (Калинин, 1988); научной конференции, посвященной 125-летию со дня рождения академика Д.Н.Прянишникова (в рамках ' межвузовского сотрудничества ТСХА и Варшавской высшей с.-х. школы {Москва, 1990). .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов,. содержит 750 страниц печатного текста, 24 рисунка, 37 таб-• лиц, 12 приложений. В списке литературы 202 наименования (из них 45 - зарубежные). ' v

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ " •

Исследования проводили в.полевом стационарном оште, заложенном на осушенном закрытым дренажем участке старопахотной дерново-среднеподзолистой глееватой почвы. Профиль почвы имеет двучленное строение. Пэчеы участка имеют нейтральный рН, естественную (да закладки опыта) гумусированность пахотного горизонта 2,3 %> гысо-

кую степень подвижности / , Р и К. Изучали влияние на микроорганизмы и биологическую активность отвальной (на 20-22 см), чи-зельной (на 20-22 см) и минимальной (на 10-12 см) обработок по фону глубокого полосного рыхления (на 55-60 см) и без него. Микроорганизм подсчитывали по общепринятым методикам (Большой практикум по микробиологии, 1961; Теппер Е.З. с соавт., 1987). Определяли общее количество микроорганизмов на агаризованной почвенной вытяжке (АЛВ), общее количество бактерий - аммонификаторов на мясо-пептонном агаре (ША), актиномицеты на крахмалоаммиачном агаре, грибы на сусло-агаре, целлшюзоразрутанцие аэробы на среде Гетчинсона и Клейтона, целлюлозоразрушащие анаэробы на среде Оме лянского, бациллы на среде Мишустиной, олигонитрофилы на среде Эшби, нитрифицирующие (по интенсивности нитрификации) на среде Ви ноградского и по комочкам обрастания почвы - на кремнекислом геле пропитанном двойной фосфорно-магниевой солью; денитрифицирукнцие -на среде Гильтая, анаэробные азотфиксируоцие - на среде Виноград-ского, азотобактер - на шцелоченном агаре со средой Эшби.

Интенсивность разложения целлюлозы определяли путем установки вертикально в почвенные разрезы льнополотен, подшитых к плотному полиэтилену (модификация метода ЪЬицустина, Петровой, 1563), Интенсивность выделения почвой углекислоты устанавливали адсорбционным методом Карпачевского (1977). Потенциальную активность азотфиксации определяли по методу Умарова (1976), активность ин-вертазы - методом Ожегова (1986), дегидрогеназы - методом Чунде-ровой (1972) , каталазы — методом Галстяна (1974). В работе исполь зоваш агрофизические характеристики, полученные отделом мелиоративного земледелия В1ШИЫЗ. г'

Для выявления степени сходства между почвообработками по совокупности биологических, микробиологических, агрохимических и аг

рофиэических характеристик почет использован стратифицированный кластерный анализ. (Инструментальные методы в почвенной микробиологии, 1982). Для выявления достоверности различий между результатами применен дисперсионный анализ (Доспехов,1985), для выявления связей между полученными величинами. - корреляционный анализ -(Дмитриев, 1972).

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОСУШЕННОЙ ДЕРНОВО-

ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ П0ЧВ00БРАБ0Т0К" -

Закономерности развития групп микроорганизмов в зависимости от способов обработки почвы. Количество олиготрофных микроорганизмов на АПВ в разных вариантах достигало десятков миллионов в I г абсолютно сухой почвы, в севообороте их численность возрастала, особенно в варианте с минимальной обработкой.

Грибы во всех вариантах обработки варьировали на уровне 6-15 тыс.клеток в I г абсолютно сухой почвы. Наблюдалась тенденция уве . личения их к осени и смена доминантных форм в течение севооборота: снижение практически во всех вариантах грибов рода Ризагхит и увеличение численности Сг±сЬ.о4егва ар. в вариантах без глубоко . го рыхления и при минимальной обработке с его применением. На 2-м году исследований в почвах вариантов обработки преобладал '"исог зр . Количество Реа1с1111ип зр. изменялось по вариантам незначительно. / ■

.В севообороте наблюдалось увеличение численности актиномице-тов, особенно в вариантах с применением глубокого полосного рыхления. Изменялся и качественный состав группы актиномипетов: возрастало количество темнопигментированных колоний, что по мнению _ Е.Н.Мишустина (1976), служит экологическим индикатором окульту- . ренности почвы,

Микроорганизм, участвующие в'разложении клетчатки, п оэрэб-

них и анаэробных условиях в исследованных почвах представлены крайне бедно, поскольку почве присучи высокие степень подзолис-тости ( Вала о ta , 1985), содержание глиш, плотность сложения ( Gulya3 et al., 1984), особенно при минимальных обработках,

К концу вегетации культур севооборота наблюдалось снижение степени аэробных процессов, особенно под горахо-овсяной смесью, что.по-видимому, связано со снижением величины порозности почвы. Так, если в начала вегетации горохо-овсяной смеси порозность почвы в варианте с отвальной обработкой без рыхления в слое 0-20 см была 53,1, то к концу вегетации стала 49,6 %, в этом варианте с применением глубокого рихления она снизилась с Б3,9 до 48,8 %. Такая же закономерность наблюдалась н в других вариантах почвооб-работок.

Количество аэробных разрушителей целлюлозы на протяжении севооборота было особенно, низким при отвальных обработках и в вариантах без применения глубокого рыхления почвы. Интенсивность разложения льнополотна более всего зависела от температуры воздуха, влажности и аэрации почвы, что согласуется с данными литературы (ИмшенецкиЙ, 1952; Listo, Sastaca, 1975).

Так, усиление степени разложения льнополотна наблюдалось в период усиленного выпадения осадков. Скорость распада льнополотна при отвальной обработке без рыхления со 144,6 увеличивалась до 299,3 мг/сутки} при отвальной с рыхлением - сВЗ до 217 мг/сутки. . Б то же время, несмотря на слабое развитие в почвах с отвальной обработкой аэробных целлюлозоразруваюир« микроорганизмов, именно при этой обработке без рыхления процент распада льнополотна был наибольшим. Более высокое развитие в варианте с отвальной обработкой без рыхления анаэробных целлюлозоразрушаащах бактерий могло повлиять на степень процесса разложения льнополотна, особенно при

увеличении осадков.

Локализация пятен аминокислот на поверхности льнополотиа не зависела от варианта почзообработки. Обычно пятна распространялись до глубин 25-30 см. Лишь при минимальной обработке зоны распределения аминокислот располагались в более поверхностных слоях почвы.

Наиболее активное развитие олигонитрофилов в изучаемых почвах подтверждают имеющиеся данные (Аристовская, 1965; Клевенская, IS7I) о том, что их количество в дерново-подзолистых почвах часто превышает в 10-12 раз количество микроорганизмов, учитываемых на MIA. ' '

В. динамике этой группы наблюдали два пика активности (по аналогии с общим количеством микроорганизмов на ШБ): первый - в фазу кущения.горохо-овсяной смеси, второй - в фазу всходов.озимой ржи. В севообороте количество олигонитрофилов также увеличивалось.

Без учета олигонитрофильной группы микроорганизмов доля ам-монификаторов (на МПА) составляет 70-80 % азоттрансформирующего микробоценоза. Численность их колеблется в пределах 1-3 млн. клеток в I г абсолютно сухой почвы, а под влиянием севооборота и обработок <т.е. при возрастании уровня почвенного плодородия) увеличивается до В млн» (1986 г.).

Рост в севообороте численности аммояификаторов в вариантах •' с рыхлением менее существен, чем s вариантах без рыхления (рис.1). Казалось бы, при рыхяеняи численность аммонифицирующих микроорганизмов, которые достаточно отзывчивы на обработку почвы, должна возрастать. По-видимому, этого не случилось» поскольку рыхление, способствуя изменению условий существования микроорганизмов, влияло, в первую очередь, на их функциональную активность, а т на. количественные характеристики, которые зачастую являются кснеер-

вативным показателем биологической активности почв (Аристовская, Торжевский, 1969). Изменившийся видовой состав бацилл, а возможно и других групп аммонификаторов определил неравноценность реактивной нагрузки в аммонифицирующем мккробоценозе почвы.

Все же группа микроорганизмов-^аммонификаторов оказалась наиболее отзывчивой на способы обработки почвы. Численность аммонифицирующих микроорганизмов в варианте с чизельной обработкой при рыхлении превышала численность этой группы в вариантах с минималь ной и отвальной обработками. В вариантах без рыхления при чизельной обработке количество аммонификаторов находилось на более низком уровне, чем при отвальной и особенно минимальной обработках.

Изучение нитрифицирующей группы подтвердило ее высокую требовательность к условиям аэрации, особенно в вариантах с применением глубокого полосного рыхления (рис.2). По данным . С.СгеШсЬ. et а1. (1976 г.), рыхление почвы положительно влияет на процесс нитрификации, причем при сильном рихлении в растения поступает : даже избыточное количество нитратов. Возрастание количества нит-рификаторов шло параллельно с усилением активности денитрифика-ционного процесса в севооборота (рис. 3),

Количество денитрифицирующих микроорганизмов было наибольшим в пахотном слое почвы, содержащем большее количество органического вещества и имеющем больщую влажность. Наличие шсоких -концентраций кислорода в пахотном слое почвы не угнетало денит-рификаторов, а способствовало.переключению их метаболизма с анаэробной диссимиляции на аэробную ассимиляцию нитратов (Ремпе с "■! соавт., 1^87). ...

Как .видно из рис.3, в варианте с применением минимальной обработки (в севообороте) количество денитрификаторов было больше, что согласуется с даншми 1.Сегпол (1^65 г.). При рихлении

процесс денитрификации в отдельные годы шел активнее при чизель-ной и отвальной обработках. Рост численности денитрификаторов.в вариантах с рыхлением также объясним гипотезой "аэробной" денитрификации ( АЪои , О^о'лг , 1585). Процесс нитрификации, напротив, возрастал активнее при минимальной обработке с рыхлением (рис.2)..

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОСУШЕННОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТО Я ' ' " ГЛЕЕВАТОи ПОЧШ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПОЧЮОБРАБОТОК

Анаэробные- азотфиксаторы рода С1о5йглЛ1гш обнаруживались преимущественно в верхних горизонтах, за"исключением вариантов с отвальными обработками, где вспашка и оборот пласта, очевидно, содействовали усилению их развития. В летний период количество анаэробных азотфиксаторов незначительно по сравнению с весенне-осенним, что в определенной степени связано с их способностью разлагать гумусовые соединения почвы (Емцев с соавт.,1986).

Поскольку количество органического вещества возрастает весной и осенью, их развитие в этот период весьма значительно. При .проведении дисперсионного анализа достоверных различий в содержании в почвах анаэробных азотфиксаторов как по фактору, обработок, .так и по фактору рыхления, не обнаружено. Наблюдалась тенденция-их повышения'в вариантах без рыхления.

В исследуемых-почвах .чаще, всего выявляли Аао^ЪасЪег сЬгоо-* соссиш . Нейтральный рН почвы благоприятствовал развитию этих бактерий. Наибольшая численность азотобактера выявлена в почве под картофелем в 1987 г.; ее обусловили благоприятные влажность-и температура, а также приток органики за счет запашки стернл предшественника ( ^иЬЬегЗээ ек а1. , . 1980). В 1988 г. для азотобактера условия были неблагоприятны!/.л, вследствие значительного вы-' сушивания почвы. ~ '

Таблица I

Влияние обработок на потенциальную азотфиксирующую активность (мкг /кг/24 ч) почвы» 1966-87 гг. I - 1-я закладка опыта, 2-2-я

Варианты, Горохо-овеяная смесь |Озимая рожь Картофель Овес

2 1 112 I 1 2 Г I

Отвальная 7.6 - Без рыхления ' 5,0 6,5 . 6,1 6,5 6,7

Чизельная 8,8 5,3 8,1 8,4 8,1 8,7

Минимальная 8,8 5,8 7,5 8,0 . 6,9 . 7,0

Отвальная 10,8 С рыхлением 10,2 8,7 7,7 9,0 7,7

Чизельная 12,0 11,6 10,9 10,4 10,1 9,6

Минимальная 12,6 11,8 10,0 8,8 6,9 8,7

В табл. I представлены данные азотфиксиругащей активности под разными культурами севооборота: более высокие показатели наблпда-лись под горохо-овсяной смейью.' Этот факт указывал на прямую зависимость высокого уровня азотфиксации в почве от бобовой культуры (Ыошкова с соавт.,1900). В 1988 г. потенциальная азотфиксирую-щая активность под картофелем была сопоставима по относительным величинам с данными 19У7 г. под этой же культурой. Под овсом же в вариантах без рыхления и варианте с минимальной обработкой потенциальная азотфиксация была выше, чем под картофелем. Засушливый вегетационный период 1986 г. способствовал иссужению глеева-той почвы, что отразилось на вариантах с рихленяеы (величины активности азотфиксации при отвальной и чизельной обработках под ов еом ниже). "

Определение выделения почвой углекислоты — важнейшего показа теля ее биологической активности позволило установить, что шсо-кие показатели в течение севооборота были свойственны вариантам

обработки с применением глубокого полосного рыхления (рис. 4). В 1987 г. вследствие низкой температуры, высокой влажности и слабого испарения, разница между вариантами почвообработок с рыхлением и без нега сглажена.

■ Снижение эффективности выделения CQ¿ в вариантах с рыхлением в 1967 г. под картофелем было более существенным по сравнении с аналогичным явлением под этой же культурой в вариантах без рыхле- . ния в 1986 г. Озимая рожь сыграла здесь роль промежуточной культуры севооборота (Левин, Белозеров, 1985), причем усиление мобилизации элементов питания (вследствие усиленной минерализации) было более значительным при применении глубокого рыхления почвы. Этот факт подтверждает исследования И.З.Комиссаровой (1987), установившей, что продуцирование COg почвой тесно связано с содержанием в ней органического вещества. Наименьшее количество COg содержалось в почва в период всходов, максимальное - в период цветения или колошения, к фазе полной спелости или после уборки культуры этот показатель вновь снижался. Имеющиеся особенности динамики выделения COg объясняются создаваемым в течение сезонов вегетации водно-воздушным режимом почв, а также колебаниями численности микроорганизмов, ответственных за выделение углекислоты почвой.

Несмотря на ряд положительных черт» усиление почвенного дыхания вариантов с рыхлением приводит, к предположению об активном расходовании органического вещества. почШ в о тих вариантах, что крайне нежелательно.

Основные значения каталазной активности лежат в пределах 2-3 ил Og/r сухой почвы, что по унифицированной шкале обогащение-сти почв ферментами Д.Г.Звягшцеаа (1978) относится к среднему - уровню,;' , .1 .

В процессе- севооборота каталазная активность усиливалась. Под;всеми культурами севооборота более шсокие показатели ката-лазной активности свойственны вариантам с рыхлением. Динамика активности каталазы в течение вегетационного сезона тесно связана с влажностью почвы (рис.5). В некоторых случаях эта связь наруша-' ■ лась, что при снижений каталазной активности осенью (сезон 1УЬ7г.) можно объяснить затуханием микробиологических процессов (Мищустин, 1975)¿ а также тем, что в предшествующий сухой период изменились коллоидно-химические свойства почвы и, вследствие прочной адсорбции фермента почвенными частицами (Хазиев,1982), •произошла его частичная необратимая инактивация.

Обнаружена прямая корреляционная зависимость между выделением углекислоты и каталазной активностью. В севообороте коэффициент корреляции изменялся следующим образом: Rj (ropoхо-овеяная смесь)=0,87, R^ (озимая рожь)=0,77, Rg (картофель)=0,УЗ. Прослежена связь повышенного содержания органического вещества и актй-номицетов и более высокой каталазной активности в вариантах с рыхлением.

По активности дегидрогенаги почвы можно отнести к довольно' бедным, так как количественные показатели, характеризуете наличие данного фермента в слое почты 0-20'см, лежат в интервале 0,52,5 мг TSS (10 г почвы/24 ч). '

Ни одна культура севооборота не-влияла па уровень дегидроге-назы в почве. Надо полагать, что ее активность ti большой степени определяют метеорологические и почвенные условна. Тац.ус^лгнне дегпдрогеназной активности в IvoV р.. под озимой j«¡sb¡o и картофелем (табл.2) могло зависеть от условий вегетационного периода этого года: высокой влажности, значительной величины испарения, усиления восстановительных свойств почвы. ДисперспоншГ; анализ а

Таблица 2

Активность дегидрогеназы (мг ТФ5/Ю г почвы/24 ч) за вегетационный период каждой культуры севооборота в слоях почвы 0-20 и 20-40 см (знаменатель) под влиянием почвообработок

Варианты |Горохо-овсяная ¡смесь _ !1У66(2) | Озимая рожь Картофель 7е57аТ|~1адб(2)" Овес " ТушаУ"

ОтЕальная 0,*5 1,43 1,82 1,7 0,66 0,87

0,19 1,07 0,69 0,96 0,26 0,22

Чизельная 1,7 1,93 2,21 1,76 0,90 1,25

0,23 1,33 0,23 1,0 0,23 0,52

Минимальная 1,у5 2,37 2,22 2,4 1,22 Ь22

0,15 0,91 0,4 1,22 0,43 0,56

С рыхлением

Отвальная 0,76 1,0 1,77 1,52. 0,63 0,92

0,23 0,1 0,33 0,57 . 0,38 0,56

Чизельная 1.5 1,12 1,39 1л71 0,94 ■ 0,63

0,26 0,46 0,25 0,85 0,37. 0,23

Минимальная 1,86 1,29 1,84 Г.8 0,96 1.02

0,16 0,54 0,2 •0,95 0,6Э 0,3

Примечание: I и 2 - 1-я и 2-я закладки опыта соответственно (среднее за вегетационный период каждой культуры севооборота).

случае с горохо-овсяной смесью показал наличие тенденции к уменьшению активности дегидрогеназы в вариантах с рихлеклвм. Под озимой рожью и картофелем эти различия достоверны при 5Х-ном уровне значимости. (НСРфд озимая рожь =0,47; НСР05 картофель =0,21). Дисперсионным анализом также было доказано, что под горохо-овся-ной смесью и картофелем активность дегидрогеназы была наибольшей в.вариантах с минимальной обработкой, наименьшей - в вариантах с применением отвальной. (НСР^ горохо-овсяная смесь =0,69; НСРд^ ' картофель.=0,26). В случае с озимой рожью достоверных отличий по фактору обработки не выявлено, но упомянутая тенденция сохрани-

s 4

« з.

о

JL 2

2

2 '

JL. 2

1

3 1

1985

19854988

1887

1985

1985-1986 1987

смена культур

Рис. ¿. Динамика общего количества бактерии на МПД & слае 0-20см й севообороте под шянием о5ро5оток. '' ' ,

I и й-ьараднты Sei рыхления и с рыхлением саотьетстьенно. ! — отышная, 2 г чилелькоя, 3 — минимальная, о5ра5откц. "

\

1385 1935-1986 »387 1385 1s3j-1936 1s67

Рис 2- Интенеиьнссть процесса нитрификации ( 3-я фаьи) nua культурам! ct&ooojpjTa nod ьшшпеи n-i-iCo5pu5oicrt ( 1 - отесьчои, I ~ чизольнои, 3 - чинчМ^льисш), a сое 0 -20 cn

I йгз уьл.и.цл), (I - с ры* ■'Ычиич.

з 14.

• <0 '

8. 6. 1. о

11° а

Ш5

ц г д

1985-1948

1д87

'1985*

1985-1985'

1 2

' 1987

Рис. Динамика развития -Зенитрифиррующих микроорганизмов белое 0-20см в севообороте

I и 8— варианты без рыхления ц с рыхлением .соот&атственно.: 1 -отвальная, 1-чиъйтт, Ъ —минимальной обработки.

ь.

ьыЗеление СОг, 4

КГ/ГО/Ч

2\

А VII < УШ

5 VII 5 VI» ЩЬ

i2 «и : vi!

1987

15 IX

сро определений

Рис. 4 Интенсивность выделения СОг (кг/га/ц) осушенной дерноьо-поЗм/шстои пичепГ 1 —ошльная, 2 - чишьиая, 5 — минимальная обработки. Йьерху - вариант бел рыхления, ышу - с рыхлениам.

Puc. S. Котолазнаа акшаность смл 02 (бнилу) и 5/шжность почьы (вверху) nod озимой рожью & слое 0-20см nod влиянием обработок, от&цльнии (1), чиьальной (2), минимальной (5J I - без ptK/тний, 0 - с рыхлшшвм 1986 год.

объекты

2 1 3

10

11

100

90

20

7В

объекты

6 2 5

степень

сходства, %

з 1

7

10

8

-100

: 50

. 80

70

- степень схоЭство, 7.

Рис.' 5. Денброгроммы . степей« схоЭство - (%) вариантов обработки почвы по совокупности веек, и5учаамых ь работе, дологических показателей для пахотного (I) и поЗпохотного (Й) слоеь почвы. •

Примечание: I. Объекты 1-6 — ьорионш поиьоо5ро5огки.

Беь рыхления: 1- отьальная '. 2 - чибельноя 3- минимальная;

■ С рыхлением: 4 - отвальная 5- тиАвльнаа 6 - минимальная 2. Количество покаяиелбй.- 20.

й

о5ггкгь!

.100

ийЬе<ТЫ 5 1

. зо

£0

сгепень сходство,

ш

100

90

£0

70

стернь

СВОЙСТВО, л

Рис ?. Цеш5рограмчы степени скобстаи (%} ьариинтоь обработки шчьы по соьонуиншли биологических, агрохимических и этических хцрикгйрисгик ¿ля пихотнот I и птЗпахогнога Ц слоев пачьы Примечаний 1 Объекты 1-0 — варианты почьиобрабатки Бел рыхлениа.

С рыхлением

Колимвстба

1 - отьильная

2 - ииьельнаа

3 - минимальной

4 - от бальная

5 - чиьельша

Ь - минимальная показателей: 30

лась.

Низкую инвертазную активность исследуешх почв обусловили несоответствие рН изучаемой почет оптимуму данного фермента и кар бонатность морены, подавляющая деятельность гидролитических ферментов. Но несмотря на это, различия в активности инвертазы в зависимости от обработок и культур севооборота наблюдались. Наиболь шая активность фермента отмечена для почв, занятых горохо-овсяной смесью (табл.З). Поскольку в почвах под горохо-овсяной смесью про цессы гумификации преобладают (Асыка с соавт.,1964), следовательно, энергетический потенциал и биологическая активность их и долж ны быть выше, чем под другими культурами.

Таблица 3

Активность инвертазы (мг глюкозы/г почвы) в слое 0-20 и 20-40 см (знаменатель) почвы под горохо-овсяной смесью,1966(1), озимой рожью 1986-8701), картофелем, 1967,1988(111), овсом, 1983(1У). Средние данные.

Варианта. „ Г_ , _ 1 _ X _ I _ _ Ш _ _ ! _ _ .

у ! Т > 5 I I ! 112 1112

Отвальная ' 2,76 2,81 1^2 1,25 1^45

3,75 2,31 2,0 2,13 1,7 1,67 1,63 1,53

Чизельнал М 2^8-2^8 £¿9 1^2 1,68

2,65 2,78 2,3б 2,45 1,83 2,02 0,59 1,13

Минимальная Ы1 ^ 1^97 1,77

2,68 .3,66- 2,98 2,51 1,97 .1,87 1,14 1,56

Примечание: I и 2 - варианты без рыхления и с рыхлением соответственно. . "

Активность инвертазы достоверно была наибольшей в варианте с минимальной обработкой без рыхления и с рыхлением. При чнзель-ной обработке активность фермента несколько ниже. Самая низкая активность чаще всего наблюдалась при отвальных обработках в слое 0-20 см (сказывалось перемещение слоев почвы, в т.ч. глеевого, вследствие оборота пласта). Так как почвообработка происходила в

'предыдущем году, почвы "под озимой рожью успевали приобрести прежнее .распоябжёййё-, поэтому данная зависимость не сохранялась.

•Дйнаьшка фермента в каждом вегетационном сезоне имела особенности, ее колебания зависели от влажности.

ВЛИЯНИЕ ПОЧВООБРАБОТОК НА СОВОКУПНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ

И НЕКОТОРЫХ ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЧШ '

Если дисперсионный анализ позволяет определить достоверность-различий влияния почвообработок на какой-то "один показатель биологической активности, то кластерный анализ позволяет это сделать в отношении их совокупности, В результате•проведения этого анализа и построения дендрограмм для слоев почвы 0-20 и 20-40 см, пожио утверждать следующее. Уровень сходства влияния обработок почвы на-совокупность биологических показателей был довольно высок (рис.б). Сходимость ветвей дендрограмм в общий кластер для слоя 0-20 см наблюдалась при 80-65л, для слоя 20-40 сы - при 70-75%. Это свидетельствует о том, что весьма сложно уловить различия между почвообра-ботками даже используя для сравнения целый комплекс показателей.

Тем не менее кластерный анализ позволил установить, что влияние почвообработок на совокупность биологических показателей проявляется через фактор рыхления; то есть варианты почвообработки образуют отдельные кластеры без рыхления и с рыхлением.

Если же для построения дендрограмм использовать дополнительно агрофизические и агрохимические параметр«, отражающие свойства исследуемых почв, то степень сходства между вариантами почвообработки становится иной (рис. 7).

• . Благодаря построению дендрограмм"выявлена близость свойств вариантов почвообработки между собой. Во всех случаях-построения дендрограмм отвальная и чизельная обработки без рыхления значительно отличались.от минимальной. В то же время отвальная и чи-

зельная обработки с рыхлением от минимальной с рыхлением отличаются только при учете параметров, связанных с трансформацией азота микроорганизмами или окислительно-восстановительных свойств. В других случаях чизельная обработка с рыхлением образовывала общий кластер вообще с минимальной обработкой с рыхлением.

Как следует из рис.6 и 7, отмеченные для слоя 0-20 см закономерности в слое 20-40 см не наблюдались. Кластеров, образованных по фактору рыхления в слое 20-40 см на дендрограммах нет. Хотя свойства почвообработок, образующих отдельные кластеры: чизель-ной без рыхления и минимальной с рыхлением, а также отвальной и минимальной.без рыхления на дендрограммах, построенных по совокупности разного набора показателей,близки, процентное сходство этих обработок различно.

СВЯЗЬ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР С ПОКАЗАТЕЛЯМИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ОБРАБОТОК ПОЧВЫ (заключение).

Мнение о важнейшей связи между урожайностью и биологическими показателями правомерно, поскольку урожайность - функция нескольких переменных, а чтобы трактовать ее изменение, следует пользоваться не только агрофизическими и агрохимическими показателями, ■но и рядом биологических параметров, прежде всего, полученных в условиях, приближенных к естественным, т.е. способных наиболее полно отражать метаболические изменения в почве.

Урожайность культур опыта находилась в достаточно тесной свя-

N ,

зи с биологической активностью почвы. Так, в вариантах, где отмечалась более высокая активность, получены и более высокие урожаи. По отдельным группам микроорганизмов под разными культурами такая связь прослеживалась лишь в некоторых вариантах. Так, урожайность • озимой ржи в 1966 г. при чизельной обработке с рыхлением и без

него превосходила соответствующие показатели контроля (отвальной обработки без рыхления) и минимальной обработки. 3 то же время, например, количество актиномицетов в почвах этих вариантов под озимой рожью было больше, чем в почвах вариантов с применением отвальной и минимальной обработок. Эту зависимость наблюдали и в отношения целлюлозоразрушающих аэробных микроорганизмов.

Все же, несмотря на выявленные связи и взаимное влияние неко торых микробиологических показателей и урожайности, следует отметить, что они не были устойчивы во времени, т.е. отрицательная корреляционная зависимость между урожайностью конкретной культуры севооборота и наличием в почве конкретной группы микроорганизмов под. другой культурой могла стать положительной или, что чаще всего наблюдалось, отсутствовала. Поэтому выявленные связи урожайности с биологическими характеристиками почвы, такими как выделение углекислоты, ферментативная активность, азотфиксирующая способность, наиболее полно отражают истинные процессы в почве, т.к. яв ляются обобщающими. Связь урожайности с азотфиксирующей активностью почвы выражалась величинами 1^=0,56 (горохо-овсяная смесь), 1*2*0,71 (озимая рожь), Вд»0,б8 (картофель). Были найдены и коэффи циенты корреляции урожайности с активностью окислительно-восстано вительных ферментов:' положительные с каталазной активностью и отт* рицательные - с дегидрогеназной (табл.4), Следует отметить снижение коэффициента корреляции, характеризующего связь урожайности с каталазной активностью,в почве под картофелем (3-й год севооборота). V , -; -

' В то же время в севообороте шло увеличение коэффициента, показывающего: связь урожайности с дегидрогеназной активностью. Эти данные свидетельствуют об изменении окислительно-восстановительных свойств изучаемой почвы, накоплении ею восстановительного потенциала.

Таблица 4

Коэффициенты корреляции урожайности культур севооборота (горохо-овеяной смеси (I), озимой ржи (2), картофеля (3), овса (4) с активностью окислительно-восстановительных ферментов почвы

Урожайность с.-х. культур _Катапазная активность__ ~Г[Т"|Т"|~Г' _ Дегидрогеназная активность_ I | 2 | 3 | 4

I 0,90 -0,21

2 0,685 -0,66

3 0,67 -0,66 ^

4 Не опр -0,87

Одной из важнейших является связь урожайности с выделением почвой углекислом. Корреляционшм анализом установлены линейные связи между урожайностью и выделением СО2 по воем культурам севооборота: Ед- (горэхо-овсяная смесь)=0,68, йд (озимая рожь) =0,65, йд(картофель)=0,66. Следовательно, урожайность культур ошта довольно тесно (коэффициент детерминации 44%) связана с изменением почвенного дыхания, а именно, с одной из его составляющих - выделением СО^. - .

Таким образом, выявленная связь урожайности культур севооборота с некоторыми биологическими показателями дает возможность точнее охарактеризовать влияние на почвенное плодородие разного рода почвообработок. Однонаправленное изменение находящихся в корреляционной зависимости параметров, происходящее под влиянием поч-вообработок, позволяет более объективно судить об.их.полезности при внедрении, так как может помочь выявить наиболее оптимальные из них для ширэкзго применения.

Так, усиление выделения углекислоты, увеличение показателей каталазной активности я потенциальной азотфиксирукщей способности почвы в вариантах е рыхлением подкреплялось более высокими.урота-

ями сельскохозяйственных культур этих вариантов. Коэффициенты корреляции между ниш были довольно высокими. Поскольку усиление величин названных параметров биологической активности - признак положительных изменений в почве, постольку применение глубокого полосного рыхления на осушенных дерново-подзолистых глееватых почвах заслуживает несомненного внимания.

В то же время показатели биологической активности и урожайности неоднозначно изменяются в зависимости от почвообработок. С ( одной стороны, в течение 1985-4/? гг. отмечена низкая биологическая активность в варианте с применением минимальной обработки, особенно без рыхления, с другой стороны - урожайность в вариантах с ее применением также была невысока. Эти данные подкреплялись агрофизическими характеристиками: при минимальных обработках была снижена порозность почвы, ее.водопроницаемость; увеличена плотность.

Несмотря на кажущуюся нецелесообразность использования минимальной обработки в.системе земледелия Центрального района Нечерноземной зоны по сравнению с отвальной и чиэельной, в экстремальных условиях она себя оправдывает. Так, в 1988 г. (год характеризовался значительным высушиванием почвы, вследствие неблагоприятных метеорологических условий вегетационного сезона) эта обработка оказалась наилучшей в изменившейся экологической ситуации. В связи с этим урожайность в вариантах с минимальной обработкой в 1988 г. не снижалась по сравнению с двумя другими и даже превышала вариант .с чиэельной обработкой. Наличие органических веществ (гумуса) в варианте с ее применением было выше, чем при чизельнай или отвальной обработках.

. В связи с неожиданной сменой лидера обработки по урожайности и.биологическим свойствам из-за изменившихся в 1988 г. экологических условий по сравнению с 1985-19817 гг. необходимо, как утверж-

дают почвоведы (КоБда,1551), более осторожно подходить к осушению глееватых почв, которые подвергаются сильнейшему переувлажнению лишь раз в 10 лет. Пересыхают они чаще. На основании этого следует заключить, что в условиях жаркого вегетационного периода желательно на осушенных глееватых почвах применять минимальную систему обработки на фоне глубокого рыхления, при нормальных же условиях увлажнения и температуры целесообразно применение, в первую очередь, чизельной и отвальной обработок с использованием глубокого мелиоративного рыхления.

ВЫВОДЫ

1. Кластерным и дисперсионным анализами установлены различия между вариантами почвообработок по фактору глубокого мелиоративного рыхления осушенной дерново-подзолистой глееватой почвы. Во всех вариантах с применением глубокого полосного рыхления численность аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов, актиномицетов, микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (на АПВ), тарификаторов была достоверно выше. Варианты с рыхлением характеризовались также усиленным выделением углекислоты, повышенной способностью к азотфиксации, более высокими показателями каталазной активности и урожаем сельскохозяйственных культур.

2. Различия (по микробиологическим показателям и биологической активности) мезду вариантами обработок (минимальной, чизельной, отвальной) были недостаточно выражены; Зто подтверждено дисперсионным и кластерным анализами. В варианте с минимальной обработкой по сравнению с другими отмечено низкое выделение С0£, низкие значения азотфиксирующей и каталазной активностей, повышенные . - дегадрогеназной и инвертазной. Численность микроорганизмов, ис- , пользующих минеральные формы азота, аммонификаторов, анаэробных

азотфиксаторов и целлюлозоразрушающих аэробов в этом варианте со-; поставима с вариантом чизельной обработки, чаще - ниже. Урожайность культур по фактору обработки соответствует степени биоген-ности почвы: наименьшая - в варианте с минимальной, наивысшая -;с чизельной.

3. Установлено, что изменение некоторых групп микроорганизмов (грибов, азотобактера, целлюлоэоразрушащих анаэробов) и показателей биологической активности (интенсивности разложения целлюлозы) .. от обработки почвы практически не зависело.

4. Показана тесная связь урожайности сельскохозяйственных культур с показателями биологической активности.почвы: дыханием почвы; азотфиксирующей активностью; активностью окислительно-восстановительных ферментов почвы: положительная, с каталазной, отрицательная- с дегидрогеназной.

5. Изменение гидрометеорологических условий (1988 г.) привело к изменению биогенности и биологической'активности вариантов поч-вообработки: при минимальной обработке урожайность растений и биологическая активность почвы не снижались. В связи с этим рекомендуется, с учетом прогноза метеорологических условий (оптимального режима влажности и температуры), на осушенных дерново-подзолистых глееватых почвах применять чиэельцую обработку с рыхлением; при прогнозе неблагоприятного режима - минимальную систему обработки почвы с рыхлением.

По теме диссертации опубликованы сяедупзртб работы:

?РабиновичТ.Ю.,"ШильниковаВ.К., Салихов P.A. Изменение микробиологической активности осушенной дерново-подзолистой глее-ватой почвы под .воздействием механических обработок. - Изв. ТСХА, 1988, > 2, с. 95-103. ' ! "

2. Рабинович Г.Ю., Шильникова B.K. Развитие микрофлоры, участвующей в превращении азота, при различных способах обработки осушенной дерново-подзолистой глееватой почвы. - Изв. ТСХА, 1988, 13, с. 106-117.

3. Рабинович Г.Ю. Влияние различных видов' обработки на биологическую активность и микрофлору осушенной минеральной почвы Нечерноземья. - Тез. докл. У облает, научно-практ. конф.: Калинин, 1988, с. 69.

4. Рабинович Г.Ю., Салихов P.A., Шильникова В.К. Влияние приемов обработки осушенной дерново-подзолистой глееватой почвы на

ее микробиологическую активность. - Тез. докл. Респ.конф. 29-30 июня 1988 г. "Микроорганизмы в сельском хозяйстве": Кишинев, 1988, с. 49.

5. Шильникова В.К., Рабинович Г.Ю., Митрофанов Ю.И. Биологическая активность осушенной дерново-подзолистой глееватой почвы под воздействием обработок. - Изв. ТСХА, 1991, № 2.

Объем l'/г п л

Заказ 841.

Тираж 100

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

Бесплатно