Влияние содержания гумуса и различных доз азотного удобрения на целлюлазную активность агродерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в посевах ячменя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

на тему: Влияние содержания гумуса и различных доз азотного удобрения на целлюлазную активность агродерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в посевах ячменя

Выполнил:

В.Б. Воробьев

В статье приводятся данные о влиянии гумусированности почвы и различных доз азотного удобрения на целлюлазную активность агродерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. Отмечено, что изучаемые факторы оказывают влияние на урожайность зерна, оптимальный уровень гумусированности и интенсивность разложения клетчатки. Установлено, что корреляционная зависимость между содержанием в почве гумуса и урожайностью зерна ячменя, а также целлюлазной активностью почвы имеет вид параболы с вершиной, соответствующей оптимальному уровню гумусированности.

The article presents data about the influence of humus rate of the soil and different doses of nitrogen fertilizer on cellulase activity of agri-sward-podzolic light loamy soil. We have established that the examined factors influence productivity of grain, optimal level of humus and intensity of cellulose decomposition. We have also established that correlation dependence between the content of humus in the soil and productivity of barley grain, as well as cellulase activity of the soil, has the form of parabola with a vertex, which corresponds to the optimal level of humus.

Введение

Важным диагностическим показателем, характеризующим плодородие почвы, является ее биологическая активность. Она тесно связана с химическими и физическими свойствами почвы, гумусовым состоянием, структурой, реакцией среды, окислительно-восстановительным потенциалом. Любые изменения, проходящие в почве, отражаются на ее биологической активности и в конечном счете на урожайности возделываемых культур. Именно поэтому использование методов биологической диагностики почв позволяет достаточно точно судить о роли различных агротехнических приемов в формировании почвенного плодородия. В настоящее время разработан большой набор биологических показателей, в той или иной степени характеризующих почвенное плодородие и достаточно тесно коррелирующих с урожайностью сельскохозяйственных культур. Наиболее доступным из них является целлюлозаразлагающая активность почвы.

Анализ источников

Некоторые авторы считают, что урожай и плодородие почвы в большей степени связаны не с наличием питательных веществ, а с интенсивностью их круговорота, непосредственное участие в котором принимает микрофлора [15, 16].

При этом отмечается, что наиболее информативными процессами, характеризующими интенсивность биологического круговорота веществ, являются: выделение почвой СО₂, активность разложения клетчатки, ферментативная активность (протеаза, уреаза, дегидрогеназа, полифенолоксидаза, пероксидаза), аммонификация, нитрификация [9, 11, 18].

Для бедных органическим веществом дерново-подзолистых почв особенно важным показателем является содержание гумуса. В пахотных горизонтах этих почв, имеющих суглинистый грансостав, гумуса содержится в среднем 1,7-2,5 %. Как правило, почвы, богатые органическим веществом (кроме заболоченных почв), имеют более высокий уровень биологической активности [5].

При этом только часть микробиологических показателей непосредственно связана с превращением гумусовых веществ. Упоминается о связи с гумусом инвертазы, полифенолоксидазы, пероксидазы, протеазы, целлюлазы, уреазы, аспарагиназы [6, 7, 10].

Органическое вещество почвы способствует развитию микроорганизмов в первую очередь той своей частью, которая более легко используется как источник питания. В зависимости от состава органическое вещество почвы можно условно разделить на 3 части: источники гумуса, детрит и гумусовые вещества специфической природы. Состав источников гумуса определяется видом растительных и животных остатков. Состав детрита - видом растительных и животных остатков и условиями их разложения и гумификации. Состав гумусовых веществ - условиями гумификации и взаимодействия с минеральной частью почв [8].

Исходя из функциональных свойств и способности к трансформации в одну группу объединяют две первые части - источники гумуса и детрит - под общим названием легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество (ЛОВ) [2].

Н.Ф. Ганжара и Б.А. Борисов под ЛОВ предложили понимать источники гумуса и детрит, который содержит в своем составе новообразованные гумусовые вещества, не связанные или слабосвязанные с минеральной частью почв. Эти вещества можно отделить от минеральной части почв и стабильных гумусовых веществ с помощью тяжелых жидкостей плотностью 1,8 г/см³, а для более тонкого препаративного отделения проведением повторной флотации в тяжелой жидкости с плотностью 1,6 г/см³ (Н. Ф. Ганжара, Б. А. Борисов, 1997). Разработанная методика определения содержания и состава ЛОВ получила последующую апробацию в различных регионах России (И. Н. Шарков [17], С. М. Надежкин [13] и др.).

Биологическая активность почвы может определяться не только численностью отдельных групп микроорганизмов, но и интенсивностью процессов, вызываемых ими.

Так, целлюлазную активность почвы часто определяют по интенсивности разложения клетчатки [1, 10, 12, 19, 20]. Скорость ее разложения зависит от наличия в почве легкодоступного азота, поэтому данный метод позволяет судить об энергии мобилизации почвенных процессов в целом.

Использование аппликационных методов, позволяющих проводить наблюдения непосредственно в поле, способствует определению актуальной биологической активности почв. Этот метод широко применяется как в нашей стране (Востров, Петрова, 1961; Мишустин, Петрова, 1963, 1966; Востров, Долгих, 1977), так и за рубежом (Latter, Howson, 1977; Walton, Allsopp , 1977; Pantera, 1980; Fischer, 2006 и др.).

Определение целлюлозолитической способности почв методом аппликации дает ценную информацию о превращении лабильной фракции органического вещества, круговороте углерода, активности целлюлозолитического комплекса.

Методы исследования

Исследования проводились в 2008-2011 гг. в соответствии с методическими указаниями по закладке полевых опытов.

Объект исследований - агродерново-подзолистая типичная, развивающаяся на лессах, среднепахотная, легкосуглинистая почва.

Опыты были заложены в производственных посевах ячменя учебно-опытного хозяйства УО БГСХА. Для этого были подобраны поля, расположенные вблизи животноводческих ферм. Эти поля отличались выровненным рельефом и автоморфным типом водного режима. Они были расположены на почве одного генезиса и имели одинаковую историю. На них длительное время возделывались одни и те же культуры, применялась одинаковая система удобрения, в одно и то же время проводилось известкование и т. д.

Ежегодно на одном из подобранных полей выделялся массив опытного участка протяженностью около 1 км и шириной 60 м. В целом эти поля характеризовались существенными отличиями в содержании гумуса (1,07-2,77 %).

На выделенном участке в посевах ячменя сорта Гонар, возделываемого после ярового рапса на фоне Р₆₀К₁₂₀, изучалась эффективность различных доз азотного удобрения: N₈₀, N₈₀₊₂₀, N₈₀₊₄₀ и N₈₀₊₆₀. Контролем служил вариант без применения азота. В первый год исследований контрольный вариант отсутствовал.

Норма высева ячменя - 4,5 млн. всхожих семян на гектар. Уход за посевами включал: обработку гербицидом «Прима» в дозе 0,6 л/га (фаза кущения), обработку фунгицидом «Рекс Дуо» в дозе 0,5 л/га (фаза колошения).

На данном поле в основную заправку под ячмень было внесено 80 кг/га д. в. азота (аммиачная селитра), 60 кг/га д. в. фосфора (суперфосфат простой) и 120 кг/га калия (хлористый калий).

Ежегодно на всех создаваемых вариантах азотного питания выделялось 20 делянок с различным содержанием гумуса (всего 100 делянок). Площадь каждой делянки _ 2 м². На этих делянках были заложены по 2 учетные площадки размером 0,25 м², с которых производился учет урожая зерна и соломы, отбирались образцы почвы для анализа на показатели, характеризующие их гумусовое состояние, агрофизические свойства почвы и свойства почвенного поглощающего комплекса.

Одновременно в период интенсивного развития растений в пахотный горизонт (на глубину до 20 см) на всех учетных площадках была заложена фильтровальная бумага для определения интенсивности разложения клетчатки. Бумага была помещена в мешочки из спандбонда для предотвращения доступа мезофауны [20].

Период экспозиции составил 1 месяц. Интенсивность разложения учитывали по убыли массы исходного материала. Легкоразлагаемое органическое вещество выделяли методом Н. Ф. Ганжараи Б. А. Борисова [2.

Результаты исследований подвергнуты корреляционному анализу по Б. Н. Доспехову [4].

Таблица 1. Агрохимические и агрофизические свойства пахотного горизонта почвы учетных площадок

Метеорологические условия в годы проведения исследований (2008-2011 гг.) существенно различались между собой, а также и по отношению к средним многолетним показателям.

В отдельные годы имелись отклонения от средних многолетних значений как по температурному режиму, так и по влагообеспеченности на протяжении всего вегетационного периода. Такие погодные условия в совокупности оказали влияние на динамику формирования урожая и его конечную величину.

Однако в целом агрометеорологические условия в годы закладки и проведения опытов можно охарактеризовать как благоприятные для роста и развития зерновых культур.

Основная часть

В ходе исследований установлено, что наиболее высокую урожайность зерна ячменя (6,66-8,32 т/га) обеспечивает внесение азота в дозе 120 кг д. в. дробно: 80 кг в основную заправку и 40 кг в подкормку. Увеличение гумусированности почвы до определенного уровня способствует росту урожайности зерна. Этот уровень зависел от дозы азотного удобрения и по мере ее увеличения возрастал от 1,63 % до 2,14 %. Возделывание ячменя на делянках с содержанием гумуса выше оптимального уровня привело к снижению урожайности зерна.

Некоторые авторы указывают, что внесение в окультуренную почву возрастающих доз минерального азота усиливает в ней разложение клетчатки и синтез аминокислот на всю глубину обогащения азотом [3, 14]. На протяжении исследований интенсивность разложения клетчатки в целом колебалась от 7,7 % до 44,6 % и зависела от содержания в почве гумуса. В 2008 и 2011 гг. был отмечен рост целлюлазной активности почвы по мере увеличения дозы азотного удобрения. В 2009 г. такой тенденции не выявлено. почва гумус удобрение урожайность

Это можно объяснить особенностями метеоусловий данного года (количество выпавших осадков в период экспозиции клетчатки в 1,5 раза превысило месячную норму), которые привели к затуханию биологической активности микроорганизмов и резкому изменению целлюлазной активности почвы.

При этом следует отметить, что во всех вариантах опыта по годам исследований максимальное разложение клетчатки было отмечено на уровне гумусированности, при котором был получен максимальный урожай зерна ячменя.

Взаимосвязь между содержанием в почве гумуса и целлюлазной активностью была в целом сильной и характеризовалась корреляционным отношением з от 0,48 до 0,94 (табл. 2).

Таблица 2. Влияние гумусированности и доз азотного удобрения на урожайность зерна ячменя и целлюлазную активность агродерново-подзолистой легкосуглинистой почвы

*(где з - коэффициент корреляционного отношения).

В 2008 и 2011 гг. наиболее высокое разложение клетчатки наблюдалось на делянках с максимальной дозой азота (2008 г. - N₈₀₊₄₀, 2011 г. - N₈₀₊₆₀). При этом увеличению целлюлазной активности почвы способствовало повышение содержания гумуса до 1,96 и 2,14 % соответственно. В 2009 г. максимальное разложение клетчатки было отмечено на контрольных делянках (без азотных удобрений). Однако ее росту также способствовало повышение содержания гумуса в почве (до 1,86 %). Во все годы исследований при более высоком содержании гумуса отмечалось плавное снижение целлюлазной активности почвы.

Как уже отмечалось, органическое вещество способствует развитию микроорганизмов и в первую очередь той своей частью, которая легко используется как источник питания [8]. Поэтому, пытаясь объяснить причину снижения целлюлазной активности при увеличении гумусированности почвы выше оптимального уровня, мы изучили закономерности изменения содержания легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) в почве.

Между содержанием в почве гумуса и содержанием ЛОВ существует положительная прямолинейная связь (r изменялся по годам исследований от 0,28 до 0,96) (табл. 3). Анализ связи показывает, что при увеличении содержания гумуса в почве на 1 % содержание ЛОВ возрастало на 0,05-0,14 % в 2008 г., 0,02-0,11 % в 2009 г. и на 0,06-0,14 % в 2011 г.

При этом прослеживается тенденция к снижению прибавки содержания ЛОВ при более высоких дозах азотного удобрения. В конечном счете доля ЛОВ в составе углерода гумуса по мере увеличения гумусированности почвы уменьшалась (табл. 3).

Таблица 3. Влияние гумусированности и доз азотного удобрения на содержание детритов в агродерново-подзолистой легкосуглинистой почве

В целом оптимальный уровень гумусированности почвы в посевах ячменя находился в пределах от 1,68 до 2,15 %. Он зависел от дозы азотного удобрения и возрастал по мере ее увеличения с 1,63 до 1,96 % в 2008 г., с 1,86 до 2,06 % в 2009 г. и с 1,82 до 2,11 % в 2011 г. (рис.).

2008 г.

2009 г.

20010 г.

Рис. Влияние различных доз азотного удобрения на оптимальный уровень гумусированности агродерново-подзолистой легкосуглинистой почвы

Таким образом, увеличение уровня оптимального содержания гумуса при более высоких дозах азотного удобрения, а также снижение доли ЛОВ в его составе позволяет предположить, что основным фактором, лимитирующим урожайность зерновых культур и снижающим целлюлазную активность на почвах с высоким содержанием гумуса, является недостаток азота.

Заключение

В интервале гумусированности от 1,07 до 2,77 % между содержанием в почве гумуса и урожайностью ячменя, а также целлюлазной активностью существует тесная криволинейная корреляционная зависимость, имеющая вид параболы с вершиной, соответствующей оптимальному содержанию гумуса (1,63-2,11 %).

Оптимальный уровень гумусированности почвы в посевах ячменя зависит от дозы азотного удобрения и при проведении дополнительных азотных подкормок возрастает.

По мере увеличения дозы азотного удобрения интенсивность разложения клетчатки возрастает.

Результаты исследований могут быть использованы при определении доз азотных удобрений в посевах ячменя, возделываемого на агродерново-подзолистой легкосуглинистой почве с различным содержанием гумуса, что особенно актуально в связи с внедрением точечного земледелия.

Литература

1. Востров, И.С. Определение биологической активности почвы различными методами / И. С. Востров, А. Н. Петрова // Микробиология. - 1961. - №4. - С. 665-669.

2. Ганжара, Н.Ф. Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества почв / Н. Ф. Ганжара, Б. А. Борисов. - М.: Агроконсалт,1997. - 82 с.

3. Данцес, Н. Р. Биологическая активность почв Московской области / Н. Р. Данцес // Природа и природные процессы на территории Подмосковья. - М., 1979. - С. 108-114.

4. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

5. Дубовенко, Е.К. Изучение активности некоторых ферментов в прикорневой почве сельскохозяйственных растений / Е. К. Дубровенко, З. И. Уласевич // Докл. симпоз. по ферм. почвы. - Минск, 1968. - С. 320-326.

6. Звягинцев, Д.Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. - М.: МГУ, 1977. - 256 с.

7. Козлов, К.А. Биологическая активность почв / К. А. Козлов // Обзор. Изд-во АН СССР. Серия Биология. - 1966. - №5. - С. 719-733.

8. Красильников, Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения / Н. А. Красильников. - М., 1958. - 463 с.

9. Кулаковская, Т.В. Интенсивность разложения клетчатки как метод изучения биологической активности органогенной и минеральной почвы / Т. В. Кулаковская // Мелиорация переувлажненных земель: сб. науч. работ / Белорусский научно-исследовательский институт мелиорации и луговодства. - Минск, 2002. - С. 108-116.

10. Купревич, В. Ф. Почвенная энзимология / В. Ф. Купревич, Т. А. Щербакова. - Минск: Наука и техника, 1966. - 273 с.

11. Минченко, Т. Э. Гумусовое состояние и биологическая активность дерново-позолистой почвы при длительном локальном внесении удобрений: автореф. дис….канд.с.-х. наук: 06.01.04 / Т. Э.Минченко; БелНИИПА. - Минск, 1996. - 19 с.

12. Мишустин, Е.Н. Аппликационные методы в почвенной микробиологии / Е.Н. Мишустин, И. С. Востров // Микробиологическое и биохимическое исслед. почв. - Киев: Урожай, 1971. - С. 136-143.

13. Надежкин, С.М. Органическое вещество почв лесостепи Приволжской возвышенности и пути его регулирования / С. М. Надежкин. - Пенза, 1999. - 241 с.

14. Постовалов, А.А. Влияние минеральных удобрений на микобиоту ризопланы ярового ячмена / А.А. Постовалов // Научные результаты агропромышленного производства: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 60-летию образования Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева. - Курган, 2004. - С. 90-93.

15. Стефанькина, Л.М. Зависимость урожая ячменя от содержания гумуса и биологической активности дерново-подзолистой супесчаной почвы: автореф. дис….канд.с.-х. наук / Л.М. Стефанькина. - Рига, 1976. - 16 с.

16. Чундерова, А.И. Влияние севооборота и бессменных посевов на активность биохимических процессов на дерново-подзолистой почве / А. И. Чундерова // Микробиология земледелия. - Л., 1970. - С. 59-65.

17. Шарков, И. Н. Минерализация и баланс органического вещества в почвах агроценозов Западной Сибири: автореф. дис. … д-ра биол. наук / И. Н. Шарков. - Новосибирск, 1997. - 37 с.

18. Щербакова, Т. А. Ферментативная активность и плодородие почвы / Т. А. Щербакова // Микроорганизмы в сельском хозяйстве. - М., 1986. - С. 12-13.

19. Ruschmeyer O. R., Schmidt E.L. Cellulose Decomposition in Soil Burial Beds/ Applied Environmental Microbiology, Appl. Microbiol. 1958. 6(2). - Р. 115-120

Размещено на Allbest.ru