ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 6, с. 769-774
АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
УДК 631.445.4:631.452
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАК ИНДИКАТОР ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ В РАЗЛИЧНЫХ БИОЦЕНОЗАХ
© 2007 г. Л. Д. Стахурлова1, И. Д. Свистова2, Д. И. Щеглов1
1 Воронежский государственный университет, 394693, Воронеж, Университетская пл., 1 2Воронежский государственный педагогический университет, 394000, Воронеж, ул. Ленина, 86
Поступила в редакцию 14.04.2006 г.
Исследовали луговато-черноземную почву в системе залежь-лесополоса-пашня. Установлено, что длительное сельскохозяйственное использование черноземов приводит к уменьшению содержания общего азота и изменению состава микробного сообщества. В комплексе почвенных грибов возрастает доля фитопатогенов: Fusarium, Aspergillus ustus, Pénicillium daleae, Pénicillium rubrum. Ухудшается фитосанитарное состояние почвы. Использование метода биотеста позволило оценить роль микроорганизмов в развитии фитотоксичности.
Возрастающая антропогенная нагрузка на экосистемы приводит к качественным и количественным изменениям показателей плодородия даже таких высокобуферных почв как черноземы. В связи с этим все большее внимание уделяется изучению динамических характеристик почвы: содержанию доступных элементов питания растений, ферментативной и микробиологической активностям. Многочисленными исследованиями доказано, что состав и численность почвенной биоты может служить информативным индикатором экологического состояния биоценозов. Так, черноземы обыкновенные Воронежской обл. можно отнести к почвам среднеобогащенным микроорганизмами, причем оказалось, что общая численность микрофлоры является величиной довольно стабильной и может быть одной из основных характеристик почвенного подтипа [1]. Однако несмотря на большое количество работ, посвященных изучению биологической активности, структура микробного комплекса и фитотоксичность черноземов исследованы крайне недостаточно. Важными представляются сравнительные данные, полученные в условиях агроценозов и ненарушенных экосистем.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Наблюдения за изменением агрохимических показателей, численности основных эколого-трофических групп микроорганизмов и фитоток-сичностью почвы проводили в условиях Камен-ностепного стационара. Территория Каменной степи, занимаемая ВНИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, составляет 6205 га и залегает на водоразделах рек Битюг и Хопер. Господствующая форма рельефа - равнинные водоразделы со степными западинами, расчлененные сетью балок.
Подходы к классификации и номенклатуре почв Каменной степи изменялись во времени. На первой почвенной карте, составленной по материалам обследования К.Д. Глинки (1892 г.), выделены три группы почв: черноземы, солонцы и солонцеватые черноземы, пойменные почвы днищ балок Таловая и Озерки. Лугово-черноземные почвы выделены на плоских водораздельных участках [2]. Однако основными почвами стационара считали черноземы обыкновенные.
В настоящее время под влиянием образовавшейся "верховодки" стали отчетливо проявляться признаки гидроморфизма. Результаты почвенного обследования, проведенного сотрудниками кафедры почвоведения и агрохимии ВГУ в 2001 г., показали, что большая часть территории, занимаемой ВНИИСХ ЦЧП, представлена луговато-черно-земными почвами тучными и среднегумусными среднемощными тяжелосуглинистыми на оглеен-ных карбонатных глинах и суглинках.
Наши исследования проведены на луговато-черноземной почве в системе залежь-лесополоса-разновозрастная пашня (12, 47 и 108 лет использования). В верхнем 0-20 см слое почвы пашни содержание гумуса составляло 6.01%, сумма кальция и магния - 49.82 мг-экв/100 г почвы.
С каждого варианта (залежь косимая, залежь некосимая, лесополоса, разновозрастная пашня) отбирали смешанные образцы почвы из пяти точек в слоях 0-20 и 20-40 см в середине июня. Анализы почвы на агрохимическую характеристику проводили по общепринятым методам: общий азот - по Кьельдалю, нитраты с дисульфофено-ловой кислотой, фосфор - по Чирикову, калий -по Масловой, рН водный - потенциометрически, гидролитическую кислотность - по Каппену [6].
Численность основных эколого-трофических групп микроорганизмов устанавливали методом
посева почвенной суспензии из разведений на ага-ризованные питательные среды. Для выявления аммонификаторов использовали мясо-пептон-ный агар, педотрофов - почвенный агар, иммоби-лизаторов - крахмало-аммиачный агар, олиго-трофов - среду Эшби. Для определения актино-мицетов и грибов использовали среду Чапека [9]. Характеристику структуры микробного сообщества почвы проводили по коэффициентам, предложенным Андреюк. Рассчитывали следующие показатели эколого-трофической структуры: коэффициент иммобилизации минерального азота (К имм = иммобилизаторы азота/аммонификато-ры), коэффициент олиготрофности (К олиг = = олигонитрофилы/аммонификаторы), коэффициент педотрофности (К пед = педотрофы/аммо-нификаторы). Таксономическую структуру микробного сообщества оценивали по соотношению мицелиальных и бактериальных микроорганизмов (К1 = грибы/аммонификаторы, а также мицелиальных эукариотов и прокариотов (К2 = гри-бы/актиномицеты).
Фитотоксичность почвы, обусловленную гидролитическими микроорганизмами, определяли методом биотестирования, предложенного Гузе-вым, и выражали в процентах ингибирования всхожести семян и роста корней проростков тест-культуры. Усиления биологического фактора почвенного токсикоза достигали инициированием развития микробного сообщества с помощью напыления водорастворимого картофельного крахмала на поверхность почвы. В качестве тест-объекта использовали семена кресс-салата [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Еще Прянишников отмечал, что главным условием, определяющим продуктивность биоценозов является уровень обеспеченности почв азотом, так как этот элемент в наибольшей степени определяет запасы растительной и животной пищи на Земле [5].
В верхнем 0-20 см слое исследуемых черноземов содержание общего азота изменяется от 0.36 (пашня 108 лет) до 0.52% (некосимая залежь). В нижнем слое обнаружено уменьшение содержания азота (табл. 1). На накопление общего азота заметное влияние оказывает возраст пашни. Отмечено закономерное уменьшение азота от 0.42% под пашней 12-летнего использования до 0.36% под пашней 108-летнего использования, что связано не только с ежегодным отчуждением растительности, но и усилением процессов минерализации азоторганических соединений.
Длительное сельскохозяйственное использование черноземных почв не способствовало увеличению содержания легкодоступных растениям минеральных соединений азота, о чем свидетель-
ствуют данные по количеству нитратов. Таким образом, полученные результаты исследований свидетельствуют, что максимальной обеспеченностью азотом характеризуются почвы залежи и лесополосы.
В разных почвах содержится неодинаковое количество фосфора. Значительная часть фосфора приходится на органические соединения, которые, главным образом, входят в состав гумуса. Так, содержание Р2О5 в органическом веществе лесостепных почв составляет 1.78-2.46%, степных - 0.9-1.27% [5]. Исследуемые почвы хорошо обеспечены фосфором. Вниз по профилю идет закономерное уменьшение Р2О5. Анализ полученных результатов выявляет повышение содержания подвижного фосфора с увеличением значений гидролитической кислотности (Нг).
Содержание и формы калия в почве определяются гранулометрическим составом и природой глинистых минералов. Наиболее высоким содержанием калия характеризуются южные степные районы Белгородской и Воронежской областей, где сформировались обыкновенные черноземы, и где более короткий срок интенсивного землепользования. Наблюдения за изменением содержания калия в системе залежь-лесополоса-разновозрастная пашня не показали существенных различий по вариантам, его количество менялось от 56 до 62 мг/100 г почвы. В отличие от азота и фосфора не зафиксировано уменьшения содержания калия вниз по профилю.
Реакция среды почвенного раствора черноземов под различными биоценозами изменялась от нейтральной до слабощелочной. Вниз по профилю рН водый увеличивался, что легко объясняется генезисом степных черноземов. Гидролитическая кислотность была максимальной под лесополосой - 5.8 мг-экв/100 г почвы. За 3 года наблюдений не выявлено закономерного увеличения гидролитической кислотности в черноземах под разновозрастной пашней.
Направленность процессов превращения веществ в почвах можно оценить по соотношению численности микроорганизмов на различных питательных средах. Так, количество легкодоступного азота в почве в большей степени определяется составом микроорганизмов, участвующих в превращении азота и минерализации органических остатков. Разложение органических азотсодержащих соединений осуществляется, главным образом, аммонифицирующими бактериями, которые при помощи ферментов, выделяемых в почву, переводят белковый азот в доступную для растений форму. Численность групп микроорганизмов, выделяемых на средах с минеральными источниками азота, показывает потенциальную способность микробного сообщества почвы иммобилизовать азот в микробной биомассе, что по-
Таблица 1. Агрохимические показатели почв Каменной степи под различными биоценозами (средние данные за 2003-2005 гг.)
Вариант опыта Глубина, см N общ, % N-N03 Р2О5 К2О Нг, мг-экв/100 г почвы рН водный
мг/100 г почвы
Залежь 0-20 0.52 2.15 16.4 56.7 1.52 7.0
некосимая 20-40 0.38 1.90 10.03 53.8 1.17 7.6
Залежь 0-20 0.50 2.09 16.02 61.5 1.64 7.2
косимая 20-40 0.35 1.88 15.05 55.2 1.94 7.7
Лесополоса 0-20 0.46 2.34 19.02 61.8 5.76 6.6
20-40 0.42 2.24 18.04 49.2 3.70 7.0
Пашня 0-20 0.42 1.73 18.46 56.4 2.88 6.9
12 лет 20-40 0.32 1.47 18.03 55.2 2.28 7.2
Пашня 0-20 0.40 1.84 17.05 56.0 1.80 7.4
47 лет 20-40 0.35 1.69 10.46 55.5 1.66 7.6
Пашня 0-20 0.36 1.43 16.71 55.7 1.86 7.3
108 лет 20-40 0.29 1.32 10.25 54.8 1.29 7.6
вышает содержание биологически связанного азота и снижает его непроизводительные потери.
Численность аммонификаторов в почве под лесополосой, некосимой и косимой залежью, пашней длительного срока использования менялась незначительно от 9 до 14 млн. КОЕ/г почвы. Испол
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.