АГРОХИМИЯ, 2014, № 1, с. 15-22
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.423.3:631.445.41:631.582
МИНЕРАЛИЗАЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В СЕВООБОРОТАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
© 2014 г. А.Е. Малыгин, Г.М. Захаров, Т.Н. Крупская, Н.А. Земенков
Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства РАСХН 630501 Новосибирская обл., Новосибирский р-н, пгт. Краснообск, СибНИИЗиХ, а/я 356, Россия E-mail: alekmal@ngs.ru
Поступила в редакцию 14.06.2013 г.
В полевом стационарном опыте изучено влияние предшественников и погодных условий года на запасы минеральных форм азота и урожайность ячменя. Показано, что гидротермические условия вегетационного периода оказали влияние на минерализационную активность выщелоченного чернозема и запасы регидратационного аммонийного азота. Выявлена сезонная флуктуация микробной биомассы в поверхностном слое почвы полей севооборотов. Показано, что зернотравяной севооборот в варианте без удобрений улучшил реакцию почвенной среды.
Ключевые слова: минерализационная активность, выщелоченный чернозем, севообороты, интенсификация.
ВВЕДЕНИЕ
Длительные стационарные полевые опыты являются важным источником получения информации о влиянии сельскохозяйственных культур севооборотов и удобрений на экологию почвы, ее агрофизические, агрохимические, биологические свойства. Они могут быть основой для разработки соответствующих нормативов по их применению [1]. Способность культурных растений противостоять абиотическим и биотическим факторам (засухе, сорной растительности, болезням, вредителям) дает возможность управления агроценозом при минимальных затратах техногенных средств [2], что должно учитываться при построении севооборотов.
Совокупность сельскохозяйственных культур севооборота оказывает многостороннее влияние на сложные биохимические процессы, происходящие в почве, и тем самым влияет на ее плодородие. Растения в виде корневых и пожнивных остатков, а также продуктов их преобразования служат источником питания и энергии для микроорганизмов. В свою очередь, почвенные микроорганизмы, являясь одним из компонентов биоценозов, формируют благоприятные условия для развития ра-
стений [3]. Участвуя в процессах минерализации и иммобилизации, микроорганизмы изменяют потоки углерода и азота и тем самым временно отчуждают часть нутриентов почвы из сферы питания растений, препятствуя их потере [4].
Активность различных физиологических групп почвенной микрофлоры может характеризовать текущее состояние данной почвы, то есть указывать на большие или меньшие запасы в ней подвижных органических и ряда минеральных соединений [5]. На эту величину могут оказывать влияние минеральные удобрения, внесение которых может привести к их частичной иммобилизации в микробную биомассу и увеличению запасов легко разлагающихся метаболитов [6]. В настоящий момент в литературе имеются данные, полученные в разных биоклиматических зонах и для разных экосистем [5, 7, 8]. Поэтому представляло интерес продолжить аналогичные исследования на выщелоченном черноземе лесостепной зоны Западной Сибири.
Цель работы - изучение в длительном полевом опыте влияния севооборотов на биохимическую деятельность микроорганизмов при применении разных технологических приемов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на центральном опытном поле СибНИИЗиХ, расположенном в центрально-лесостепном Приобском агроландшафт-ном районе северопредалтайской лесостепной провинции. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднесуглинистый. Мощность гумусового горизонта (А1) - 39 см, АВ - 13 см. Во всех почвенных горизонтах преобладали фракции крупной пыли и мелкого песка. Плотность сложения выщелоченного чернозема варьировала от 1.02 г/см3 в пахотном горизонте до 1.46 г/см3 в горизонте Вк. Содержание гумуса в пахотном слое почвы - 4.2-4.8%, общего азота - 0.270.41%, подвижного фосфора (по Карпинскому и Замятиной) - 3.4-5.9 мг/кг, (по Чирикову) - 180185 мг/кг почвы, обменного калия - 70-77 мг/кг почвы, рНН2О 6.7.
Стационар по изучению севооборотов заложен в 1996 г. с уравнительного посева яровой пшеницы по доннику на семена. С 1997 г. все изученные севообороты развернуты во времени и пространстве. Поля севооборотов размером 475 м2 размещали рендомизированно по блокам в 6 ярусов в трехкратной повторности. Учетная площадь составляла 150 м2. Опыты заложены на 2-х уровнях интенсификации: малоинтенсивном - без удобрений с применением гербицидов; интенсивном -с полным набором средств химизации (удобрения + применение пестицидов для защиты растений от болезней, вредителей и сорняков). Минеральные удобрения вносили в следующих дозах: Каа240, Рс120 на ротацию четырехпольного севооборота осенью под основную обработку, фосфорные - в запас на ротацию севооборота из расчета Р30 под культуру. Обработку против вредных биообъектов проводили по результатам фитосанитарной диагностики.
Приемы основной и предпосевной обработки почвы использовали по рекомендациям СибНИИЗХим [1], причем соблюдали принцип соответствия обработки почвы оптимальным технологиям возделывания культур. Адаптивно-комбинированная обработка включала отвальную вспашку или безотвальное рыхление стойками СибИМЭ (с предплужниками или без них) в зависимости от агроэкологических факторов. Уборку урожая зерновых проводили комбайном "Сампо" с измельчением и оставлением соломы в поле.
Материалы, представленные в статье, получены в 2010-2012 гг. в 4-польных севооборотах: 1) пар-пшеница-пшеница-ячмень; 2) клевер на зеленую массу-озимая рожь-пшеница-ячмень +
+ клевер; 3) викоовсяная смесь на зерно-пшеница-пшеница-ячмень; 4) клевер на зеленую мас-су-пшеница-пшеница-ячмень + клевер; 5) пшеница-овес-пшеница-ячмень.
Отбор образцов проводили перед посевом, в фазе колошения зерновых и в период уборки. В свежих почвенных образцах определяли содержание углерода, аммонийного и нитратного азота в солевых (0.5 н. K2SO4) вытяжках, а также запасы углерода и азота в почвенных образцах методом регидратации. Этот метод, согласно современным представлениям, позволяет провести количественную оценку углерода и азота в почвенной микробной биомассе и тем самым определить ее величину [9].
Содержание органического углерода в вытяжках определяли методом сжигания с серно-хро-мовой смесью, содержание аммонийного азота -в вытяжках с реактивом Несслера, количество нитратного азота - ион-селективным методом.
Все определения выполняли в трехкратной повторности. Величины стандартной ошибки среднего находились в пределах 10%. Средние величины приведены в расчете на воздушно-сухую почву. Статистическую обработку результатов выполняли с использованием электронной таблицы Microsoft Excel. Результаты в таблицах представлены в виде средних плюс-минус стандартное отклонение.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При изучении средообразующего воздействия севооборотов, отличающихся по насыщению зерновыми культурами с разными фонами интенсификации, на формирование весенних запасов нитратного азота почвы под заключительной культурой (ячменем) было выявлено влияние гидротермических факторов предыдущего вегетационного периода. Лето 2010 г. было умеренно дефицитным, но осадки в конце мая способствовали формированию урожая ячменя в пределах 20-40 ц/га, вынос азота урожаем составил 50-70 кг/га на малоинтенсивном фоне и 90-130 кг/га при внесении удобрений. Однако в дальнейшем сумма осадков и среднедекадная температура июня, июля и начала августа были ниже среднемноголетних, что привело к снижению нитрификационной активности почвенных микроорганизмов (табл. 1, 2). В результате весенние запасы нитратов на малоинтенсивном фоне в 1-метровом слое в 2011 г. составили 44-56 кг/га, что снизило урожай ячменя на этом фоне в сравнении с предыдущим годом, хотя гидротермические
Таблица 1. Запасы нитратного азота в слое 0-100 см, урожайность ячменя и коэффициент активности нитрификации
Предшественники ячменя Год Май Август Урожайность ячменя, ц/га Коэффициент активности нитрификации
N-N0., , кг/га
Пар-пшеница-пше- 2010 41.8±4.4 26.1±1.2 22.6±2.9 1.52
ница 61.9±6.7 35.5±3.4 40.4±4.4 1.88
2011 43.6±4.9 18.0±1.2 16.1±2.3 1.21
91.2±2.9 26.1±2.9 43.7±4.6 1.59
2012 48.1±4.8 29.3±2.4 12.5±1.1 2.30
191±12 107±12 15.6±1.5 0.65
Клевер-озимая рожь- 2010 62.9±2.9 23.0±0.6 25.0±2.9 1.38
пшеница 218±32 26.0±0.8 40.4±4.2 0.94
2011 47.2±2.1 16.7±2.2 14.5±2.9 1.00
184±13 116±19 33.9±3.8 1.29
2012 81.4±8.1 35.4±2.4 10.1±0.9 0.87
162±19 187±21 15.1±1.6 *
Викоовсяная смесь- 2010 63.3±2.5 39.6±2.5 27.2±3.1 1.96
пшеница-пшеница 97±11 29.3±1.2 34.6±3.9 1.02
2011 56.1±6.1 19.0±2.1 19.5±2.1 1.33
92.1±7.6 20.2±2.8 34.4±3.8 1.19
2012 74.2±8.2 36.2±4.4 13.3±1.9 1.00
127±14 69.8±5.4 17.8±2.1 1.22
Клевер-пшеница- 2010 64.9±8.9 26.1±1.2 26.3±1.5 2.05
пшеница 121±13 44.4±5.3 34.1±3.8 1.34
2011 46.8±5.3 14.9±0.8 19.8±2.1 1.69
128±13 37.2±4.4 41.3±5.4 1.30
2012 74.2±8.2 38.4±4.1 11.4±1.8 0.86
127±14 68.1±7.0 20.2±2.4 1.50
Пшеница-овес-пше- 2010 68.6±6.8 29.8±1.8 25.3±1.9 1.71
ница 76.2±8.4 23.4±1.4 34.1±2.8 1.81
2011 47.4±5.3 16.2±1.6 17.0±1.8 1.25
101±9.0 16.0±2.3 41.8±2.2 1.60
2012 59.3±6.9 41.9±5.2 12.5±2.6 1.50
128±15 87.1±9.7 13.5±2.7 0.90
Примечание. Над чертой - малоинтенсивный фон, под чертой - интенсивный фон. То же в табл. 2-4. * Образовалось в результате нитрификации 113 кг N-N0 /га.
условия 2011 г. были аналогичны условиям 2010 г. Осеннее внесение удобрений способствовало поддержанию урожая ячменя в 2011 г. на интенсивном фоне на уровне среднемноголетних показателей. Осадки и температуры выше среднемноголетних в послеуборочный период, вероятно, усилили процесс минерализации, что привело к накоплению нитратного азота в 1-метровом слое почвы к весне 2012 г. Особенно это было заметно в севооборотах с клевером и викоовсяной смесью (табл. 1). Тем не менее аномальные погодные условия как в начале вегетации, когда шла закладка колоса, так и
в дальнейшем привели к формированию низкого урожая ячменя даже на удобренном фоне. В осенний период выявлено накопление
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.