Фитотоксичность чернозема выщелоченного при выращивании ячменя ярового

УДК 631.4:631.5

Н.Н. Шулико, О. Ф. Хамова, Е.В. Тукмачева

ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЯЧМЕНЯ ЯРОВОГО

При оценке агроэкологического состояния почвы важно оценить влияние средств интенсификации на уровень ее фитотоксичности. На основании проведенного биотеста по определению фитотоксичности чернозема выщелоченного в длительном (более 25 лет) стационарном опыте отмечен слабый фитоток-сичный эффект в некоторых вариантах, как правило, при увеличении численности почвенных грибов либо после обработки посевов гербицидами, но в пределах 20%. В 2012 г. в варианте соломы в фазу колошения и налива ярового ячменя наблюдалось уменьшение корешка редиса в сравнении с почвенным контролем. Отмечено небольшое снижение длины корешка тест-культуры вариантов N18P42 и N18P42 + солома в 2013 г. в фазу налива зерна ячменя, в удобренном контроле в данную фазу засвидетельствован всплеск численности грибов (30% в сравнении с контролем). Проявился слабовыраженный фитотоксиче-ский эффект в фазу кущения культуры в 2014 г. в варианте инокуляция по отношению к чистой воде и почвенному контролю, возможно, это связано с обработкой посевов гербицидом. Однако к фазе налива зерна ячменя угнетения длины корешков проростков не обнаружено. Представленная математическая обработка показала наличие средней корреляционной зависимости (r = 0,40) между длиной корешка и численностью почвенных грибов в 2013 г.

Ключевые слова: ячмень, фитотоксичность, грибы, минеральные удобрения, солома, инокуляция.

Введение

При определенных условиях может возникать токсичность почвы. Образование-токсичных продуктов жизнедеятельности, межорганизменные взаимодействия, неблагоприятные физико-химические условия среды, загрязнение почвы в результате хозяйственной деятельности человека - причины возникновения токсичности почвы [1].

Проявляется она в торможении роста корней, хлорозе растений, нарушении обмена веществ, задержке поступления питательных веществ, подавлении дыхательного процесса и как следствие снижение урожайности сельскохозяйственных культур.

Распространены фитотоксичные микроорганизмы практически во всех почвах. Их содержание зависит от типа почвы. По данным О.А. Берестецкого (1978), на территории Украины большее количество грибов -продуцентов фитотоксических веществ содержится в дерново-подзолистых почвах, бактерий - в торфяно-глеевых, а также в дерново-подзолистых и серых лесных оподзоленных, актиномицетов - в темно-каштановой почве. Уменьшение количества фитотоксичных форм грибов и бактерий наблю -дается в черноземных почвах, актиномицетов - в дерново-подзолистых и серых лесных [2].

Фитотоксичные формы микроорганизмов, особенно микроскопических грибов, поселяются на неразложившихся послеуборочных остатках сельскохозяйственных культур. Так, инкубированные в почву с соломой озимой пшеницы фитотоксические формы микроскопических грибов в опыте Берестецкого (1978) хорошо прижились и выделяли токсины, ингибирующие рост и развитие растений озимой пшеницы. Установлено, что фитотоксины почвенных микроорганизмов относятся к разным группам органических соединений. Это производные фенолов, хинонов и нафтизина, полипептиды, белки, полисахариды, стероиды, терпеноиды, ароматические кислоты, пептиды

© Шулико Н.Н., Хамова О.Ф., Тукмачева Е.В., 2016

и другие соединения. Эти вещества могут при значительных количествах в почве повышать ее токсичность [2].

При разложении в почве в условиях анаэробнозиса соломистых остатков образуются фитотоксические вещества фенольной природы [3]. Накапливаясь в почве, они значительно повышают ее токсичность. Это приводит к угнетению роста сельскохозяйственных культур и снижению их урожайности.

Кроме того, благодаря микроорганизмам фитотоксические вещества, содержащиеся в послеуборочных остатках растений, переходят в почве в активное состояние. Это делает микробиологический фактор токсичности почвы еще более важным. Длительное возделывание одной культуры и повторное возделывание однотипных также способствует усилению токсичных свойств почвы.

В связи с этим нами была поставлена цель исследований - изучить фитотоксич-ность почвы при различных фонах питания и обработке семян.

Объекты и методы

Опыт заложен на основе пятипольного зернопарового севооборота с чередованием культур: чистый пар - пшеница - соя - пшеница - ячмень. Исследования проводились под заключительной культурой севооборота - ячменем.

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный среднегуму-совый тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 6,68-6,72% (по Тюрину), подвижного фосфора и обменного калия 101-120 и 350-420 мг/кг почвы (по Чирикову) соответственно.

В опыте изучались три фактора. Фактор А - внесение минеральных удобрений: вариант без удобрений (контроль); К18Р42. За ротацию севооборота вносится ^50Р270К90 кг д.в./га. Фактор В - солома: без применения соломы, внесение соломы (вносится систематически при уборке каждой культуры севооборота в количестве, соответствующем ее урожаю на фоне питания). Фактор С - бактериальные удобрения: без инокуляции, инокуляция семян ячменя ризоагрином (биопрепарат ВНИИСХМ на основе штамма Agrobacterium гаёюЪа^ег 204). Размещение вариантов - систематическое.

Погодные условия вегетационного периода 2012 г. были засушливыми, количество осадков - 72,6% от нормы при ГТК = 0,69. В 2013 г., за исключением засушливого июня, метеоусловия вегетационного периода для зерновых культур благоприятные. Количество осадков за май - август составило 218 мм (111% от нормы) при ГТК = 1,16. В 2014 г. засушливым были май и июнь, количество осадков за май - август - 135 мм (68% от нормы), ГТК = 0,68.

В течение вегетационного периода 3 раза в основные фазы развития растений ячменя (кущение, колошение, налив зерна) отбирали почвенные пробы на анализ токсичности почвы с помощью биотеста. Варианты: 1. Чистая вода; 2. Контроль; 3. Солома; 4. Инокуляция; 5. Инокуляция + солома; 6. К18Р42; 7. К18Р42 + солома; 8. К18Р42 + инокуляция; 9. К18Р42 + инокуляция + солома. В каждую чашку Петри раскладывали по 25 семян тест-культуры. Повторность четырехкратная. После прорастания семян измеряли общую длину корней проростков, затем рассчитывали среднюю длину корней взошедших семян, а также процент снижения длины по сравнению с контролем. Контролем служили семена, замоченные в том же объеме стерильной водопроводной воды. Уменьшение длины корней проростков по отношению к контролю (чистой воде), выраженное в процентах, и является показателем общей токсичности почвы, по отношению к почвенному контролю показателем биологической токсичности при применении средств интенсификации. Токсичными следует считать почвы, снижающие всхожесть семян или угнетающие рост проростков и корней не менее чем на 20% (Методика ВИУА, Минеев, 1991) [4].

Результаты исследований

В 2012 г. не отмечено снижения длины корешка редиса по отношению к чистой воде (общая токсичность).

В фазу кущения зафиксировано угнетение длины корешков у проростков в вариантах N^42 + инокуляция и N^42 + инокуляция + солома, возможно, из-за роста почвенных грибов в ризосфере ячменя в последнем варианте более чем в 4 раза к контролю (контроль - 26,2 тыс. КОЕ/г, ^8Р42 + инокуляция + солома - 119,9 тыс. КОЕ/г). Исследования О.И. Гамзиковой (1966) показали, что обогащение почвы элементами минерального питания, а также поступление большого количества растительных остатков культурных и сорных растений на удобренном фоне способствует росту численности почвенных микроорганизмов и их активности [5]. В варианте солома в фазу колошения и налива наблюдалось уменьшение корешка в сравнении с почвенным контролем (биологическая токсичность), однако снижение меньше 20%. Возможно, это связано с обработкой посевов гербицидом (баковая смесь дротик 0,4 л/га + магнум 5 г/га + ластик экстра 0,8 л/га) в фазу кущения. В период налива зерна небольшое снижение длины корешка отмечено в вариантах ^8Р42 + солома и ^8Р42 + солома + инокуляция по отношению к почвенному контролю, параллельные исследования численности почвенной микрофлоры показали увеличение количества грибов в последнем варианте на 50% в сравнении с контролем [6].

Рис. 1. Длина корешка редиса, см, слой 0-20, 2012 г.: 1 - чистая вода; 2 - контроль; 3 - солома; 4 - инокуляция; 5 - инокуляция + солома;

6 - ^8Р42; 7 - ^§Р42 + солома; 8 - ^§Р42 + инокуляция; 9 - ^§Р42 + инокуляция + солома

В 2013 г. в фазы кущения и колошения угнетения длины корешков у проростков не обнаружено. В исследованиях, проведенных И.А. Корчагиной с соавторами (2015), также отмечен рост корешков тест-культуры в почвенной вытяжке под ячменем как замыкающей культуры зернопарового пятипольного севооборота при применении средств интенсификации [7]. Ко времени созревания урожая (налив зерна) отмечено небольшое (в пределах 20%) снижение длины корешка редиса в вариантах N18Р42 и ^8Р42 + солома, в удобренном контроле в данную фазу наблюдался рост численности грибов (30% в сравнении с контролем) (рис. 2). Фитотоксичные формы имеются у всех основных групп почвенных микроорганизмов, но максимальное количество обнаружено среди микроскопических грибов. Наибольшее количество фитотоксичных видов

найдено среди родов бактерий Bacillus, Pseudomonas, грибов Pénicillium, Aspergillus, Fusarium. Среди актиномицетов большая токсичность у микробов с серым воздушным мицелием [2].

о S

4

(D

а л w

5

<D

а о w л и s ч П

кущение I колошение I налив

Рис. 2. Длина корешка редиса, см, слой 0-20, 2013 г.: 1 - чистая вода; 2 - контроль; 3 - солома; 4 - инокуляция; 5 - инокуляция + солома;

6 - М18Р42; 7 - М18Р42 + солома; 8 - М18Р42 + инокуляция; 9 - М18Р42 + инокуляция + солома

В 2014 г. проявился слабовыраженный фитотоксический эффект в фазу кущения в варианте инокуляция по отношению к чистой воде и почвенному контролю, вероятно, это связано с обработкой посевов гербицидом. К периоду колошения и налива зерна угнетения длины корешка редиса не выявлено, снижение сменилось стимуляцией роста (рис. 3).

7,0

л о S

4

(D

а л w

5

<D

а о w л и s ч П

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

5 8

6J л л 6,9

*<¥ зД

6,06,0

ЯП

ч61

Ï 1 ^ 514 Т ^ 5, 1

¥ "

;7Т1

кущение

колошение

налив

6789

Рис. 3. Длина корешка редиса, см, слой 0-20, 2014 г.: 1 - чистая вода; 2 - контроль; 3 - солома; 4 - инокуляция; 5 - инокуляция + солома; 6 - М18Р42; 7 - М18Р42 + солома; 8 - М18Р42 + инокуляция; 9 - М18Р42 + инокуляция + солома

5

4

3

2

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6,5

§ 6 sí

s 5,5

и л

es 5

и =

£ 4,5 а о И

л 4

d 3,5

3

y = 0,03x + 2,83 -R2 = 0,40

♦ ♦

♦ ♦

♦ Фактическая длина корешка, см

0 20 40 60 80 100 120 Численность почвенных грибов, тыс КОЕ/г

- Расчетная длина корешка, см

Рис. 4. Зависимость длины корешка редиса (У, см) от численности почвенных грибов (Х, тыс. КОЕ/г), 2013 г.

Проведенная математическая обработка показала наличие средней корреляционной зависимости (r = 0,40) между длиной корешка и численностью почвенных грибов в 2013 г.; в 2012 и 2014 гг. связь отсутствовала (r = 0,05 и r = 0,04 соответственно) (рис. 4).

Выводы

Таким образом, в годы исследований отмечен слабовыраженный фитотоксичный эффект в некоторых вариантах, как правило, при увеличении численности почвенных грибов либо после обработки посевов гербицидами. Однако к фазе налива зерна угнетения длины корешков проростков не обнаружено.

N.N. Shuliko, O.F. Khamova, E. V. Tukmacheva

Phytotoxicity of leached chernozem soil under growing of spring barley

The evaluation of agroecological soil health was important to evaluate the influence of the intensification of the level of soil phytotoxicity. Based on the biotest to determine phytotoxicity of leached chernozem in the long-term (25 years long) stationary experiments marked by weak phytotoxicity effect in some variants, as a rule, with an increased in the number of soil fungi, or after treatment with herbicides crops, but within 20%. In 2012 in an variant of straw in the phase of earing and ripening of spring barley was observed a decrease in root radish compared with the control soil. There was decrease the length root of the test-crop on the Ni8P42 options and Ni8P42 + straw in 2013 the phase of ripening grain of spring barley, fertilizer control in this phase there was a surge of fungi population (30% compared to control). Manifested weakly expressed phytotoxic effect in the tillering phase in 2014 on option inoculation with respect to clean water and soil control, possibly due to the processing of crops with herbicide. The coefficient of mineralization in this variant was higher than one (substantial flow of crop residues) may, therefore, there was some reduction in the length of the length root. However, the phase of grain ripening, the oppression of the length roots of seedlings were found. The data of mathematical processing showed the presence of the average correlation (r = 0,40) between the length root and the number of soil fungi in 2013, in 2012 and 2014. connection absent (r = 0,05 and r = 0,04 respectively).

Keywords: spring barley, phytotoxicity, mushrooms, fertilizers, straw, inoculation.

Список литературы

1. Пивоваров Г.Е. Ферментативная активность и фитотоксичность почвы в специализированных звеньях севооборота / Г.Е. Пивоваров // Изв. ТСХА, 1981. - Вып. 3. - С. 29-38.

2. Берестецкий О.А. Фитотоксины почвенных микроорганизмов и их экологическая роль / О.А. Берестецкий // Фитотоксичные свойства почвенных микроорганизмов. - Л., 1978. -С. 7-31.

3. Головко Э.А. Биологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур / Э.А. Головко, П.И. Бойко, Т.О. Шроль // Материалы к Республ. конф. 6-7 июня 1978 г. -Вильнюс, 1978. - С. 54-55.

4. Определение суммарной токсичности почвы, корневой системы и конечной продукции при применении химических средств защиты растений; методика и результаты / В.Г. Минеев [и др.] // Вестн. с.-х. науки. - 1991. - № 6 (417). -С. 63-71.

5. Гамзикова О.И. Действие удобрений на микробиологические процессы в почве, рост и урожайность кукурузы : автореф. дис. ... канд. биол. наук / О.И. Гамзикова. - Томск, 1966. -17 с.

6. Влияние длительного применения удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного / Н.Н. Шулико [и др.] // Плодородие. - 2015. - № 4(85). - С. 30-31.

7. Корчагина И.А. Экологическая оценка чернозема выщелоченного при применении средств интенсификации в южной лесостепи Омской области / И.А. Корчагина, А.Г. Щитов, М.Н. Кожевина // Вестн. Алт. ГАУ, Агроэкология. - 2015. - № 7 (129). - С. 51-57.

Шулико Наталья Николаевна, мл. науч. сотр., СибНИИСХ, shuliko-n@mail.ru; Хамова Ольга Федоровна, канд. биол. наук, доц., Омский ГАУ, ведущий науч. сотр., СибНИИСХ, sibniisch@bk.ru; Тукмачева Елена Васильевна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., СибНИИСХ, res81@mail.ru.

References

1. Pivovarov G.E. Fermentativnaya aktivnost' i fitotoksichnost' pochvy v specializirovannyh zven'yah sevooborota / G.E. Pivovarov // Izv. TSKHA, 1981. - Vyp. 3. - S. 29-38.

2. Beresteckij O.A. Fitotoksiny pochven-nyh mikroorganizmov i ih ehkologicheskaya rol' / O.A. Beresteckij // Fitotoksichnye svojst-va pochvennyh mikroorganizmov. - L., 1978. -S. 7-31.

3. Golovko Eh.A. Biologicheskie processy v pochvah i urozhajnost' sel'skohozyajstvennyh kul'tur / Eh.A. Golovko, P.I. Bojko, T.O. Shrol' // Materialy k Respubl. konf. 6-7 iyunya 1978 g. -Vil'nyus, 1978. - S. 54-55.

4. Opredelenie summarnoj toksichnosti pochvy, kornevoj sistemy i konechnoj produkcii pri primenenii himicheskih sredstv zashchity rastenij; metodika i rezul'taty / V.G. Mineev [i dr.] // Vestn. s.-h. nauki. - 1991. - № 6 (417). -S. 63-71.

5. Gamzikova O.I. Dejstvie udobrenij na mikrobiologicheskie processy v pochve, rost i urozhajnostэ kukuruzy : avtoref. dis. ... kand. biol. nauk / O.I. Gamzikova. - Tomsk, 1966. -17 s.

6. Vliyanie dlitel'nogo primeneniya udobrenij na biologicheskuyu aktivnost' chernozema vyshche-lochennogo / N.N. Shuliko [i dr.] // Plodorodie. -2015. - № 4 (85). - S. 30-31.

7. Korchagina I.A. Ekologicheskaya ocenka chernozema vyshchelochennogo pri primenenii sredstv intensifikacii v yuzhnoj lesostepi Omskoj ob-lasti / I.A. Korchagtna, A.G. Shchitov, M.N. Ko-zhevina // Vestn. Alt. GAU, Agroehkologiya. -2015. - № 7 (129). - S. 51-57.

Shuliko Natalia Nikolaevna, Junior Researcher, SibRIA, shuliko-n@mail.ru; Khamova Olga Fedorovna, Cand. Biol. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, Leading Researcher, SibRIA, sibniisch@bk.ru; Tukmacheva Elena Vasilevna, Cand. Biol. Sci., Senior Researcher, SibRIA, res81@mail.ru.