Агрохимическое состояние и биологическая активность почвы в последействии длительного применения минеральных удобрений

Выводы.

1. Региональные особенности поведения свинца в исследуемых почвах Оренбургской области заключаются в том, что повышенное общее содержание металла обусловлено доминированием (от 85 до 88%) их прочно связанных соединений. Большая часть непрочно связанных соединений свинца, преимущественно удерживаемых карбонатами (специфически сорбированные), составляет от 5 до 12%;

2. Загрязнение почв свинцом в вегетационном опыте, а также на мониторинговых площадках приводит к нарушению равновесия. Так, прочность связи металла с почвенными компонентами уменьшается. С увеличением общего содержания металла от 3 до 5 раз доля НС возрастает в 1,5 раза. Прочное удерживание внесённого свинца обеспечивается, по-видимому, органическими веществами;

3. Поглощение свинца почвой должно быть описано как процесс аккумуляции его в виде разнообразных соединений, удерживаемых адсорбционными центрами с различной устойчивостью. Первый период процесса трансформации соединений привнесённого свинца потенциально связан в целом с превращением обменных форм в комплексные с органическим веществом;

4. По причине прочно удерживать свинец, почвы образуют ряд: чернозём обыкновенный ^ тёмно-каштановая почва. В тёмно-каштановой почве по аналогии с чернозёмом обыкновенным обозначена большая роль обменных процессов в трансформации свинца. С повышением уровня кар-бонатности почв возрастает их способность прочно связывать поступающий в них металл;

5. Определена близкая взаимосвязь между величиной непрочно связанных форм свинца в почве и локализацией их в растениях.

Снижение подвижности свинца в загрязнённых почвах обусловлено устойчивой комплексообра-зующей способностью почвенных компонентов органического и неорганического происхождения. Это утверждение позволяет предложить мероприятия для снижения ионов свинца путём внесения мела (сорбционные свойства и комплек-сообразующие свойства Ca) и навоза (источник органических веществ).

Литература

1. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охрана от загрязнения / Под ред. Т.Н. Василенко. М.: Изд-во стандартов, 1984. 4 с.

2. ГОСТ Р 53900-2010 Ячмень кормовой. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2011. 9 с.

3. Методические указания по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. М.: Гидрометеоиздат, 1981. С. 45-73.

4. Минкина Т.М. Соединения тяжёлых металлов в почвах Нижнего Дона, их трансформация под влиянием природных и антропогенных факторов: автореф. дисс. ... докт. биолог. наук. Ростов-на-Дону, 2008. 18 с.

5. Соколова О.Я. Валовое содержание свинца и его подвижных форм в почвах районов Оренбургской области / О.Я. Соколова, О.А. Науменко, Е.В. Бибарцева [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. № 12. С. 213-216.

6. Раскатов А.В. Транслокация тяжёлых металлов в загрязнённой агломерации / А.В. Раскатов, В.А. Черников, В.В. Кузнецов [и др.] // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2002. № 1. С. 65-100.

7. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжёлые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.

8. В1ау, К., К. Fischer. K. МёНег, 3. Filser, and A. Kettrup. 1997. Extraction of a copper contaminated soil material using an aminoacid-containing residue hydrolysate. 1. Cu-elution dynamics and binding-specific release. (In German, with English abstract.) Z.Pflanzenernaehr. Bodenkd. 2000. VI. 53. P. 187-222.

9. Bural, G.I. D.G. Dixon, and B.R. Glick. Plant growth-promoting bacteria that decrease heavy metal toxicity in plants. // Can. 3. Microbiol. 2000. V. 46. P. 237-245.

10. Hamer, D.H. 1986. Metallothioneiris. Ann. Rev. Biochem. 2001. IV. 21. P. 177-145.

Агрохимическое состояние и биологическая активность почвы в последействии длительного применения минеральных удобрений

Н.Н. Шаповалова, зав. лабораторией, Е.А. Менькина,

к.с.-х.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ

В России и за рубежом проведены многочисленные агрохимические исследования, в которых установлено положительное влияние умеренных доз минеральных удобрений на питательный режим почвы, её агрохимические свойства, урожай и качество продукции возделываемых культур, на биологическую активность, увеличение численности различных групп почвенных микроорганизмов. Меньше данных о последействии длительного применения различных доз минеральных удобрений на агрохимические показатели и активность отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов.

Географическая сеть опытов с удобрениями позволяет проводить и оценивать многолетние исследования воздействия различных систем удобрения на плодородие почв, изменение численности эколого-трофических групп микроорганизмов. Вынос питательных веществ из почвы превышает их возврат с вносимым объёмом минеральных и органических удобрений в 5 раз. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур [1, 2]. Установлено, что при длительном систематическом применения фосфорсодержащих удобрений происходит повышение содержания всех форм фосфорных соединений в почве [3, 4]. Одни авторы указывают, что

фосфор удобрений в силу своей малоподвижности практически не теряется из почвы [5], другие говорят о кратковременном действии минеральных удобрений, поскольку внесённый фосфор быстро переходит в устойчивые малоподвижные соединения [6].

Целью нашего исследования являлось изучение агрохимических показателей и численности эколого-трофических групп микроорганизмов в последействии длительного применения минеральных удобрений.

Материал и методы исследования. Исследование проведено в длительном опыте № 077, заложенном Л.Н. Петровой на экспериментальном поле ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ» в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в 1975 г.

Постановка полевого опыта и обобщение результатов исследования выполнены в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехова [7].

Почва опытного участка — чернозём обыкновенный мощный малогумусный тяжелосуглинистый. Агрохимические свойства почвы в слое 0—20 см при закладке опыта были следующие: содержание гумуса по Тюрину — 4,3%, подвижного фосфора по Мачигину — 10,4—15,7 мг/кг почвы, обменного калия в 1-процентной углеаммоний-ной вытяжке по Мачигину — 174—190 мг/кг, рН водной суспензии — 7,3, валового азота — 0,25%, валового фосфора — 0,12%, валового калия — 2,13%, общих карбонатов по Павлову — 1,17%. Годовое количество осадков колебалось от 550 до 570 мм, за вегетационный период выпадало 350—400 мм, ГТК — 0,9—1,1. Сумма эффективных температур составляла 3000—3200°С, продолжительность безморозного периода — 180 дней. Летний период достаточно жаркий, со среднемесячной температурой в июле 22—24°С, максимальная температура может достигать +40°С.

Методы исследования включали в себя полевой (стационарный), лабораторный и математико-

статистический. Стационарный метод предусматривал отбор почвенных образцов в трёхкратной повторности из слоя 0—20 см, в осенний период на паровом поле, перед посевом озимой пшеницы. В лабораторных условиях в отобранных образцах определяли: общий гумус по методу И.В. Тюрина [8], содержание нитратного азота колориметрическим методом дисульфофеноловой кислотой, содержание подвижного фосфора по Мачигину, содержание обменного калия по Мачигину в 1-процентной углеаммонийной вытяжке. Микроорганизмы, использующие органические формы азота, выявляли методом подсчёта колоний на плотной питательной среде на мясопептонном агаре (МПА); микроорганизмы (в том числе актиномицеты), способные использовать минеральные формы азота, изучали на среде Чапека по общепринятым методикам [9]. Методом дисперсионного анализа экспериментальные данные были обработаны статистически [7].

Площадь опытной делянки составляет 75 м2, уборочная площадь — 22 м2. Повторность вариантов на каждом поле четырёхкратная.

Схема опыта включала следующие уровни минерального питания: контроль (без удобрений); N30;

^50; ^0Р120К120; ^0Р120К120; ^50Р120К120; Р30; Р90; Р150; ^20Р30К120; ^20Р90К120; ^20Р150К120.

Начиная с 2006 г. изучали последействие минеральных удобрений.

Во время проведения исследования среднегодовая температура воздуха была близкой к средне-многолетнему значению — 9,6°С. Дефицит осадков (50% от нормы) отмечался при подготовке почвы к посеву и в период сева.

Результаты исследования. Особенности изменения плодородия почв под влиянием систематического применения удобрений в севооборотах, степень проявления нежелательных последствий интенсивной химизации земледелия могут быть изучены только в длительном опыте [10]. Важными показателями плодородия почвы являются содержание азота, подвижного фосфора и обменного калия.

1. Последействие длительного применения минеральных удобрений

на агрохимические показатели

Вариант минерального Нитратный Подвижный Обменный Гумус, рН

питания азот, мг/кг фосфор, мг/кг калий, мг/кг % среды

Контроль(без удобрений) 33,8 17 216 2,97 7,07

N30 33,0 20 212 3,22 6,86

N90 36,3 27 221 3,08 6,66

N150 43,9 24 212 3,06 6,61

^0Р120К120 36,7 48 253 3,54 6,98

^0Р120К120 31,3 46 254 3,37 6,80

^50^20^20 29,4 40 267 3,36 6,75

Р30 34,5 26 203 3,09 7,04

Р90 42,2 50 218 3,07 7,01

Р150 38,5 60 219 2,92 7,00

^N120^0^20 30,5 24 259 2,88 7,01

^^^120Р90К120 27,3 37 249 2,80 6,82

^\20Р150К120 39,4 48 244 2,85 6,75

Коэффициент вариации 7,1 2,6 10,7 13,8 44,6

Показатели влияния длительного применения минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы представлены в таблице 1.

По таблице 1 видно, что систематическое внесение возрастающих доз минеральных удобрений привело к увеличению содержания в почве N0^ Р205; К20, но одновременно при этом происходило незначительное увеличение кислотности (на 0,23 — на контрольном варианте и на 0,69 — на варианте с максимальной дозой азотного удобрения ^50) и уменьшение содержания гумуса от 18 до 35% по сравнению с исходными данными. Одна из причин отрицательного влияния длительного систематического внесения минеральных удобрений — это повышение концентрации питательных веществ в почвенном растворе на сосущую силу и регулятор-ную способность корней, а также на соединение в них аминокислот.

По обеспеченности нитратным азотом почвы характеризуются как среднеобеспеченные. Наиболее высокий этот показатель был на вариантах с внесением Р90 и ^50 и превышал контрольный вариант без внесения удобрений на 25 и 30% соответственно.

Фосфор, в отличие от азота и калия, в силу своей малоподвижности практически не теряется из почвы, накапливаясь в ней в больших количествах [11]. Было установлено, что при внесении только азотных удобрений содержание подвижного фосфора было средним и не превышало 27 мг/кг. Высокая обеспеченность фосфором отмечалась на вариантах комплексного внесения удобрений с повышенным содержанием фосфора (Р120) и возрастала по сравнению с контрольным вариантом в среднем в 2,5 раза. Самые высокие показатели были получены на вариантах с внесением высоких доз только фосфорных удобрений — на 38 мг/кг больше относительно контрольного варианта.

Калий — один из важнейших элементов в питании растений. Почвы характеризуются средней обеспеченностью калием. Внесение высоких доз калия К[20 увеличивает его содержание в почве в среднем на 18%.

Гумус также относится к важнейшим органическим соединениям, встречающимся в почвенной среде. От него зависят пищевой и водный режим, физико-химические свойства почвы. Наше исследование показало (табл. 1), что содержание общего гумуса не превышало 3,54%. Причём на вариантах с высоким содержанием азотных и калийных удобрений произошло его снижение в среднем на 5% по сравнению с контрольным вариантом. По нашим данным видно, что влияние возрастающих доз полного минерального удобрения приводит к подкислению почв, особенно на вариантах с применением высоких доз азотных удобрений. При внесении ^50 кислотность увеличивается на 7%.

Зачастую агрохимические свойства почвы изучают в отрыве от её биологической активности,

которая в основном определяется деятельностью микрофлоры почвы. С ней связаны процессы синтеза и распада гумуса, минерализация пожнивно-корневых остатков возделываемых культур, перевод труднодоступных для растений элементов питания в доступную форму, трансформация вносимых в почву минеральных, в первую очередь азотных удобрений [12]. Формирование и аккумуляция минеральных форм азота обуславливается рядом сложных процессов и потреблением его растениями [13]. Изучение численности отдельных групп микроорганизмов продемонстрировало низкие показатели их активности, что, по-видимому, связано с отсутствием осадков в осенний период отбора образцов (табл. 2). Самые низкие показатели были получены при изучении влияния последействия только азотных и только фосфорных удобрений на эколого-трофические группы микроорганизмов.

На вариантах, где вносились полные дозы удобрений с большим содержанием основных элементов минерального питания, наблюдалось увеличение численности изучаемых групп микроорганизмов в 16 раз. Максимальная численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, была на варианте с максимальной дозой азотного удобрения ^50 на фоне РшК^о и превысила его содержание на контрольном варианте в 20 раз. Также выявлена большая численность микроорганизмов, использующих минеральный азот, по сравнению с численностью микроорганизмов, использующих органический азот, что является показателем интенсификации мобилизационных процессов в данной почве [13, 14]. Проведённый корреляционный анализ между содержанием агрохимических показателей и численностью данных групп микроорганизмов показал наличие положительной корреляции. Тесная корреляция была установлена между численностью изучаемых групп микроорганизмов и содержанием обменного калия 0,83.

Выводы. Последействие систематического внесения возрастающих доз минеральных удобрений привело к значительному снижению гумуса по сравнению с показателями перед закладкой опыта. Внесение азотных удобрений совместно с высокими дозами Р120К120, увеличивает содержание гумуса в среднем на 6%.

Варианты, на которых вносились высокие дозы азотных удобрений, превышали контрольный вариант в среднем на 11%. По обеспеченности этим элементом питания почвы являются среднеобеспеченными. Фосфорные удобрения в 2—3,5 раза повысили содержание Р205. При систематическом внесении калийных удобрений максимальные положительные изменения отмечены в содержании обменной формы почвенного калия. Содержание обменного калия в почве увеличивается в среднем на 17% на фоне контрольного варианта без внесения удобрений.

2. Численность эколого-трофических групп микроорганизмов, тыс. КОЕ в 1 г АСП

Вариант минерального питания Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота,

Контроль (без удобрений) 828 621

N30 957 600

N90 1237 660

N150 1205 1368

^0Р120К120 6500 6900

^0Р120К120 9523 9753

^^150Р120К120 17270 14228

Р30 1350 1113

Р90 1061 795

Р150 1413 970

^^120Р30К120 6525 4158

^^120Р90К120 11702 9041

^^120Р150К120 14,568 12,977

Коэффициент вариации 0,98 0,95

Численность микроорганизмов, использующих органический и минеральный азот, низкая. Последействие внесения или азота, или фосфора незначительно повышает численность микроорганизмов, тогда как внесение комплексных минеральных удобрений значительно увеличивает численность эколого-трофических групп микроорганизмов — в среднем в 14 раз.

Литература

1. Минеев В.Г. Актуальные проблемы агрохимии в современном земледелии // Состояние и перспективы агрохимических исследований в географической сети опытов с удобрениями. М., 2010. С. 7-10.

2. Косолапова А.И. Эффективность длительного применения удобрений на дерново-подзолистых почвах Предуралья / А.И. Косолапова, Н.Е. Завьялова, Е.М. Митрофанова [и др.] // Агрохимия. 2018. № 2. С. 42-55.

3. Хлыстовский А.Д. Плодородие почвы при длительном применении удобрений и извести. М.: Наука, 1992. 192 с.

4. Никитишен В.И. Эколого-агрохимические основы сбалансированного применения удобрений в адаптивном земледелии. М.: Наука, 2003. 183 с.

5. Никитишен В.И., Личко В.И. Эффективность прямого действия и последействия длительного применения удобрений на серой лесной почве // Агрохимия. 2011. № 1. С. 11-19.

6. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: Наука, 1981. 244 с.

7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 5-е доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 487 с.

9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 304 с.

10. Шустикова Е.П., Шаповалова Н.Н., Петров Н.Л. Эффективность минеральных удобрений в полевом севообороте в зависимости от доз и длительности применения: методич. рекомендации. Михайловск, 2005.

11. Завьялова Н.Е., Сторожева А.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений на фосфатный режим дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия. 2015. № 9. С. 33-40.

12. Волосенкова И.А. Влияние длительного применения минеральных удобрений на продуктивность культур агроэкологическое состояние светло-серой лесной почвы: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Нижний Новгород, 2004. 12 с.

13. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. М.: Росагропромиздат, 1990. 206 с.

14. Науменко А.В. Свойства луговой чернозёмовидной почвы и продуктивность культур зерносоевого севооборотв в зависимости от известкования и длительного применения удобрений в условиях Приуралья: автореф. дисс. . канд. с.-х. наук. Барнаул, 2011.

Становление фитосанитарного состояния посевов полевых культур при освоении технологии без обработки почвы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края

В.Н. Черкашин, к.б.н., Г.В. Черкашин, к.с.-х.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ

При переходе с общепринятой традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур на технологию прямого посева важным звеном является фитосанитарное состояние полевых культур. Исключение агротехнических приёмов, с помощью которых проводится борьба с комплексом фитопатогенов, сорными растениями

и почвообитающими вредителями в верхнем слое почвы, влечёт за собой их накопление, что может привести к большим потерям урожая [1]. Следовательно, главная роль в защитных мероприятиях принадлежит фитосанитарному мониторингу и корректировке защитных мероприятий.

Технология возделывания полевых сельскохозяйственных культур без обработки почвы (No-till) начала широко внедрятся на Ставрополье. В 2017 г. она применялась на площади около 200 тыс. га.