АГРОХИМИЯ, 2011, № 5, с. 54-59
Агроэкология
УДК 631.445.41:631.46:631.8
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ДЛИТЕЛЬНО ОКУЛЬТУРЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО РАЗНОГО УРОВНЯ
УДОБРЕННОСТИ
© 2011 г. И.Д. Свистова1, Л.Д. Стахурлова2, М.В. Еременко2, А.Ю. Бендяк1
воронежский государственный педагогический университет 394000 Воронеж, ул. Ленина, 86, Россия 2Воронежский государственный университет 394693 Воронеж, Университетская пл., 1, Россия E-mail: stakhurlova@rambler.ru
Поступила в редакцию 15.09.2010 г.
Установлены значимые параметры биотестирования чернозема выщелоченного в условиях многолетней агротехногенной нагрузки. Ими являются: увеличение целлюлолитической активности, изменение численности индикаторных видов почвенных грибов и развитие микробного фитотоксикоза. В полевых опытах выявлен кумулятивный эффект многолетнего внесения удобрений на микробоце-ноз чернозема. Накопление токсигенных видов грибов в почве с высоким агрофоном требует микологического мониторинга.
Ключевые слова: биотестирование, выщелоченный чернозем, фитотоксичность, длительное применение удобрений.
ВВЕДЕНИЕ
Антропогенная нагрузка на почву (распашка, обработка посевов, внесение органических и минеральных удобрений, средств защиты растений) ведет к негативным процессам: уплотнению, дегуми-фикации, декальцинированию, подкислению или ощелачиванию почв [1]. В этой связи актуальной проблемой является не только изучение изменения показателей биологической активности длительно окультуренной почвы по сравнению с целиной, но и биотестирование уровня агротехногенной нагрузки с разными системами удобрения. На основании исследования биодинамических показателей почвы многолетних стационарных полевых опытов необходимо выбрать наиболее информативные параметры для ранней диагностики эффективности агрохимических мероприятий [2, 3].
В качестве показателей биотестирования почвы предлагают активность почвенных ферментов [4], развитие почвенного фитотоксикоза [5], нарушение структуры и функционирования почвенного микробного сообщества [4, 6]. Черноземные почвы характеризуются высокой буферностью по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, т.к. изменение показателей их биологической активности происходит при применении более высоких доз удобрений [3, 7].
Ранее рядом авторов была установлена сукцессия микромицетов при внесении минеральных удобрений в почву, и в зависимости от дозы установлены адаптивные зоны реакции микробного сообщества на данное воздействие: гомеостаза, стресса, резистентности и репрессии [4-7]. При высоких дозах минеральных удобрений снижается видовое разнообразие грибов и обнаружено сходство комплексов типичных видов для контрастных типов почв [6]. Концентрационные диапазоны перехода микробного сообщества в другую адаптивную зону соответствуют зонально-географическому ряду почв и максимальны для черноземов [4-7]. Большинство работ выполнено в лабораторных условиях в модельных опытах на почвенных микрокосмах с однократным внесением минеральных удобрений. При этом показано, что нарушения структуры микробного сообщества чернозема обнаруживаются только с дозы N300, развитие фитотоксикоза - с N2500 [7].
Актуальным является изучение биодинамики чернозема при многолетнем внесении различных доз удобрений для выяснения возможного кумулятивного эффекта в естественных условиях.
Цель работы - исследование основных показателей биологической активности чернозема выщелоченного, подверженного длительному мелиоративному воздействию, и выбор наиболее значимых показателей биотестирования.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования был чернозем выщелоченный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый на покровных карбонатных суглинках. В слое 0-20 см содержалось 6.1% гумуса, сумма поглощенных оснований - 27-29 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного азота 1.2-2.4, фосфора - 9.5-16.0, калия - 9.8-19.3 мг/100 г почвы, рН 6.5, Нг - 3.2 мг-экв/100 г почвы, V - 91%. Исследования проводили на базе ВНИИСС им. А.Л. Мазлу-мова (Рамонь, Воронежская обл.) в полевом опыте, заложенном в 1936 г. На стационаре размещен 9-польный зерносвекловичный севооборот, пробы почвы отбирали под сахарной свеклой.
Варианты опыта: 1 - контроль без удобрений, 2 - Ш5Р45К45 + навоз 25 т/га, 3 - Ш5Р45К45 + навоз 50 т/га, 4 - Ш0Р90К90 + навоз 25 т/га, 5 -Ш35Р135К135 + навоз 25 т/га, 6 - Ш90Р190К190. Удобрения вносили в виде Каа (34 % К), Рсд (39 % Р205) и калийной соли (40% К20). Повторность опыта трехкратная. Агротехника возделывания культур общепринятая для зоны. Пробы почвы отбирали в 5 точках делянки 3 раза за вегетационный период, анализировали среднюю пробу.
Агрохимические анализы выполняли общепринятыми методами [8]. Активность почвенных ферментов определяли методами, предложенными Ха-зиевым [9]. Активность разложения целлюлозы оценивали аппликационным методом [9].
Численность почвенных микроорганизмов по эколого-трофическим и таксономическим группам определяли методом посева на элективные питательные среды, затем рассчитывали показатели структуры микробного сообщества почвы. Подсчитывали численность аммонификаторов на мя-сопептонном агаре, иммобилизаторов азота - на крахмало-аммиачном агаре с расчетом коэффициента иммобилизации азота [2]. Отдельно считали численность актиномицетов на крахмало-аммиач-ном агаре и грибов (микромицетов) - на среде Ча-
пека с расчетом соотношения мицелиальных форм почвенных микроорганизмов [2].
Изоляты почвенных грибов идентифицировали с помощью определителей [10-16], комплекс типичных видов устанавливали по критериям пространственной и временной встречаемости [6].
Фитотоксические свойства почвы оценивали методом биотестов на почвенных пластинках с использованием в качестве тест-растения редиса сорта Жара. Для усиления действия биотического фактора на поверхности почвы формировали инициированное амилолитическое микробное сообщество путем напыления тонкого слоя растворимого крахмала. Почву инкубировали 2 нед для развития неспецифического сообщества микроорганизмов, затем на поверхность почвы раскладывали семена тест-растения [9]. Фитотоксичнось почвы определяли как величину ингибирования всхожести семян по сравнению с контролем, %. Контрольную всхожесть семян определяли на увлажненной фильтровальной бумаге, она составила 98%.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Многолетнее внесение низких доз полного минерального удобрения на органическом фоне незначительно повысило гидролитическую кислотность чернозема, но не оказало влияние на величину рН^О и рНкс1. Начиная с дозы К90Р90К90 на фоне внесения навоза и в наибольшей степени - в вариантах с многолетним внесением высоких доз только минеральных удобрений, возрастала гидролитическая кислотность чернозема выщелоченного на 1.3-2.1 мг-экв/100 г, рН^О уменьшился на 0.6 ед., рНкс1 - на 0.9 ед. (табл. 1). Полученные данные свидетельствовали об изменении состава почвен-но-поглощающего комплекса даже такой высокобуферной почвы, как чернозем выщелоченный. По-видимому, многолетнее систематическое внесение средних и высоких доз минеральных удобрений привело к вытеснению протонами катионов кальция, что согласуется с выводами ряда работ [17-19].
Таблица 1. Влияние удобрений на кислотность почвы в слое 0-20 см (среднее за сезон)
Показатели кислотности Варианты
контроль без удобрений (КРК)45+ + навоз 25 т/га (КРК)45 + + навоз 50 т/га (КРК)90 + + навоз 25 т/га (КРК)135 + + навоз 25 т/га (КРК)190
рнн2о 5.68 5.86 6.20 5.30 5.10 5.04
рНкс1 5.40 5.49 5.50 5.02 4.70 4.49
Н 3.20 3.61 3.59 4.52 4.90 5.30
3 4 Варианты
Рис. Ингибирование всхожести семян тест-растений как показатель фитотоксичности почвы. Варианты опыта: 1 - контроль без удобрений, 2 - Ж5Р45К45 + навоз 25 т/га , 3 - Ж5Р45К45 + навоз 50 т/га, 4 - Ш0Р90К90 + навоз 25 т/га, 5 - М35Р135К135 + навоз 25 т/га, 6 - М90Р190К190.
Показан значительный рост фитотоксических свойств почвы, обусловленный стимулированием развития микробного сообщества (рисунок). Фито-токсичность чернозема выщелоченного при многолетнем внесении удобрений возрастала в 2-3.5 раза соответственно при дозах (№К)90-190. Таким образом, на рост и развитие тест-культуры большое влияние оказывала структура микробного комплекса почвы [20-22].
При исследовании почвенных ферментов в вариантах опыта выявлено снижение активности фос-фатазы в 2-2.5 раза при использовании средних и высоких доз удобрений (табл. 2). Активность остальных исследованных ферментов практически
не могла служить показателем биотестирования. Заметное увеличение целлюлозолитической активности чернозема (в 2 раза) выявлено в варианте с двойной дозой навоза и при дозе минеральных удобрений (№К)190. Известно, что рост микроорганизмов на целлюлозе требует потребления дополнительных источников азота для оптимального соотношения С^ в микробной биомассе [4-6].
При анализе эколого-трофической структуры микробного сообщества чернозема выщелоченного отмечена высокая консервативность численности отдельных групп микроорганизмов, включенных в круговорот азота (табл. 3), в то же время отмечена тенденция к повышению иммобилизации азота в микробной биомассе почвы на высоком агрофоне. Азот микробной мортмассы относится к легкогид-ролизуемой фракции органического азота почвы, минерализация его в последующие годы повышает актуальное плодородие почвы [21]. В то же время известен эффект "затравки": при внесении минеральных удобрений усиливается и процесс дегуми-фикации, т.е. уменьшается потенциальное почвенное плодородие [1, 4].
В данном опыте показано, что использование черноземов как пашни привело к количественным и качественным изменениям гумуса. Распашка черноземов выщелоченных и выращивание сельскохозяйственных культур без внесения удобрений способствовали уменьшению содержания гумуса в среднем на 16% по сравнению с целинным
Таблица 2. Влияние фона удобрений на ферментативную активность почвы в слое 0-20 см (среднее за сезон)
Ферментативная активность Контроль без удобрений (№К)45+ + навоз 25 т/га (№К)45+ + навоз 50 т/га (№К)90 + + навоз 25 т/га (№К)135 + + навоз 25 т/ га (№К)190
Уреаза, мг NH3 /г/сут 0.75 0.74 0.81 0.67 0.70 0.77
Фосфатаза
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.