Экологическое состояние агроценозов серых лесных почв

Влияние интенсивности эрозии и связанного с ней снижения плодородия почв на урожайность зависит от вида и культуры сорта. Так, интенсивный сорт озимой пшеницы «Астрон», распространенный в Калининградской области, не дал в 2008 г. производственно значимого урожая на средне- и сильносмытых почвах хозяйства «Светлогорский». Нами изучены показатели структуры урожая озимой ржи (сорт Пуховчанка), отличающейся широким экологическим потенциалом адаптации к неблагоприятным почвенным условиям. Установлено, что в 2008 г. озимая рожь отреагировала на эрозионную деградацию почв снижением практически всех показателей продуктивности по сравнению с 2006 г. (табл. 3).

Мы рассчитали степень достоверности различий между показателями продуктивности на различных элементах рельефа отдельно для каждого года и разницы показателей 2006 и 2008 гг. для каждого элемента рельефа. Во втором случае различия существенны при 5%-ном уровне значимости для показателей высоты растений, количества продуктивных стеблей, массой зерна на повышениях и склонах. Все эти параметры оказались в 2008 г. достоверно ниже по сравнению с 2006 г. Наиболее тесная корреляционная зависимость обнаружена ме-

жду высотой растений и содержанием гумуса (г = 0,850,88 по различным годам), урожайностью и содержанием гумуса (г = 0,84-0,91).

Таким образом, основной причиной ускоренного изменения агрохимических свойств почв в холмистом агроландшафте стало неравномерное перераспределение биогенных элементов эрозионными потоками различной интенсивности в зависимости от элемента рельефа. Деградационные процессы отражаются на урожайности сельскохозяйственных культур. Выявленные региональные особенности развития водной эрозии должны служить основой для разработки почвозащитных систем земледелия и прогноза динамики агрохимических свойств на основе почвенно-геоморфологической оценки полей.

Литература

1. Анциферова О. А. Почвы Замландского полуострова и их антропогенное изменение. Часть 1. Факторы почвообразования. Почвы подзолистого и буроземного рядов. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2008. - 395 с.

2. Панасин В.И. Микроэлементы и урожай. - Калининград, 1995. - 282 с.

УДК 631.58

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЦЕНОЗОВ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ

М.К. Зинченко

Владимирский НИИ сельского хозяйства, e-mail: adm@vnish.elcom.ru

В условиях длительного стационарного опыта исследовано влияние различных доз минеральных и органических удобрений на биологические показатели серой лесной почвы Владимирского ополья, которые достоверно отражают изменения интенсивности и направленности микробиологических и биохимических процессов на агрофонах различной интенсификации. Установлено, что биотопы нетронутой почвы имеют показатели биологической активности выше, чем серые лесные почвы, подверженные агрогенной нагрузке. Вариант, в котором произошли наибольшие негативные отклонения от природных аналогов, - высокоинтенсивный минеральный фон.

Ключевые слова: почва, микробиоценоз, экосистема, агрофон, индикаторы, процессы, оценка.

Ecological condition of grey forest soil agrocoenosis

In the conditions of prolonged stationary test influence of various doses of mineral and organic fertilizers on biological indicators of Vladimir opolye grey forest soil which reliably reflect intensity and direction changes of microbiological and biochemical processes against the agrobackground of various intensification is investigated. It is established that untouched soil biotope have biological activity indicators above than the grey forest soils subject to agrogene load. High-intensity mineral background is a variant in which there were the greatest negative deviations from natural analogues.

Keywords: soil, microbial coenosis, ecosystem, agrobackground, indicators, processes, appraisal.

Для оценки устойчивости агроценозов целесообразно использовать комплекс критериев и показателей - индикаторов, позволяющих количественно интерпретировать ее изменчивость под действием агрогенных факторов. Среди различных критериев изменения агроэкологиче-ского состояния почв наиболее чувствительные - биологические (Щербаков, 1984; Хазиев, Гулько, 1991; Мине-ев, Ремпе, 1995 и др.) Микробиологические и биохимические показатели отражают динамические свойства почв и служат индикаторами процессов жизни в почве.

Целью нашей работы была оценка изменений, происходящих в биологической составляющей почвенного комплекса агроценозов серых лесных почв по отношению к их целинным аналогам, для определения их устойчивости и сохранения равновесного состояния в рамках применяемых технологий. В качестве контроля в условиях опыта рассматривали многолетнюю (более 20 лет) залежь (нетронутая почва).

Исследования проводили в длительном стационарном опыте, заложенном в 1996 г. на серой лесной сред-несуглинистой почве Владимирского ополья. Серые

лесные почвы опытного участка характеризуются слабокислой реакцией среды (5,5-6,5) с содержанием гумуса 2,15-3,18%. Общее содержание элементов питания варьирует от 10 до 25 мг Р2О5 на 100 г почвы (по Кирсанову) и 10-15 мг К2О на 100 г почвы (по Масловой). Образцы почвы отбирали в слое 0-20 см по фазам вегетации растений.

Схема опыта включает четыре уровня минеральных и органических удобрений, рассчитываемых на достижение планируемой урожайности возделываемых культур. Способ обработки - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см. Изучали следующие фоны интенсификации: нулевой (навоз, 40 т/га); поддерживающий (навоз, 40 т/га + М100Р80К160); интенсивный минеральный №30Р230К460); высокоинтенсивный минеральный (^Г48оР330К545); интенсивный органоминеральный (навоз, 60 т/га + М400Р210К400); высокоинтенсивный органоминеральный (навоз, 80 т/га + ^60Р250К550). Представлены суммарные дозы удобрений, вносимые за ротацию шестипольного севооборота.

т/га

Для оценки влияния удобрений на биологическую активность почвы использовали следующие показатели: уровень и структура микробной биомассы - методом люминесцентной микроскопии и посевом на твердые питательные среды (Звягинцев, 1991); каталитическая активность почвы - газометрическим методом (Звягинцев, 1991); присутствие не симбиотического азотфикса-тора Azotobacter chroococcum по методу Виноградского (Рубенчик, 1960); общая фитотоксичность почвы (Мине-ев, Ремпе, 1990).

К моменту определения микробиологических и биохимических показателей прошло две ротации севооборота. Не зависимо от различий в климатических условиях 2007 и 2008 гг. сохраняется ряд закономерностей.

В пределах изучаемого опыта однозначно показано, что агрогенная нагрузка ведет к снижению биомассы микроорганизмов по сравнению с биотопами целины (рис. 1).

9п 8765432 10-

1

1. Нулевой; 2. Поддерживающий; 3. Интенсивный минеральный; 4. Высокоинтенсивный минеральный; 5. Интенсивный органоминеральный; 6. Высокоинтенсивный органоминеральный; 7. Нетронутая почва. Рис. 1. Запасы микробной биомассы в слое 0-20 см, т/га

Запасы микробной биомассы в ненарушенной почве составляют 8,8 т/га, что в 2-4 раза выше, чем на агрофо-нах различного уровня интенсификации. Самыми низкими (1,5 т/га) запасами характеризуется высокоинтенсивный минеральный фон. Ежегодное внесение высоких доз одних минеральных удобрений не способствовало развитию микробного комплекса. Внесение 40 т/га навоза осенью 2007 г. на нулевом и поддерживающем фонах повысило биомассу до уровня 3,6 т/га, что практически в 2 раза выше, чем до применения органики.

Наблюдаются некоторые изменения и в структуре микробного комплекса. Под действием высоких доз минеральных удобрений на агрофонах возрастает доля споровых форм микромицетов (11-13%). Эти показатели в среднем в 1,9-2,1 раза выше, чем на нетронутой почве (4,5-5%). Это может привести к снижению микоризы и уменьшению интенсивности разложения полимеров (Полянская, 1997). Внесение 40 т/га навоза способствует не только накоплению биомассы, но и активизации деятельности эукариотной микрофлоры, обеспечив тем самым гомеостатический уровень этим фонам, близкий к нетронутой почве.

Изучением биодинамики микромицетов установлено, что комплекс почвенных грибов на фонах интенсификации представлен видами рода Penicillium. Их содержание в вариантах опыта доходит до 90%. На органомине-ральных фонах встречаются представители родов Mucor, Fuzarium, Trichoderma. Доминирующей формой в нетронутой почве с высокой активностью подавления микроформ гриба Penicillium, является Trichoderma, ее крупные колонии с высокой активностью подавления патогенов обнаружены в вариантах внесения 60 и 80 т/га навоза.

Пул почвенных микроорганизмов должен характеризоваться не только достаточным количеством микроорганизмов, но и значительным их разнообразием (Звягинцев, 1987). Присутствие азотобактера в почве служит индикатором его экологического состояния. Штаммы Azotobacter chroococcum обладают способностью не только фиксировать молекулярный азот, но и синтезировать ростовые и другие биологически активные вещества, увеличивая таким образом, поглотительную способность корней и усиливая ростовые процессы (Дегтярева, Зарипова, 2003). Этот микроорганизм служит показате-

лем плодородия почвы (Рубенчик, 1960; Звягинцев, Бабьева, Зенова, 2005; Емцев, Мишустин, 2006), поэтому высокая информативность его присутствия дает возможность всесторонне оценить состояние почв. Как и в предыдущем году отмечается достоверное снижение обсемененности почвы азотобактером на высокоинтенсивном минеральном фоне (рис. 2). Средние значения обнаружения на этом варианте составили 28-30%, что соответствует низкому уровню обеспеченности азотобактером, установленным для серых лесных почв Владимирского ополья (Алеева, Зинченко, 2005). Нельзя объяснить эту закономерность лишь самым низким содержанием кальция в рамках опыта - 14,5 мг-экв/100 г почвы. Видимо, систематическое внесение высоких доз минеральных удобрений способствует созданию определенного уровня токсикологической нагрузки, что и сказывается на распространении азотобактера.

Высокий гомеостатический уровень по этому показателю обусловил высокоинтенсивный органоминераль-ный фон. В ходе исследования обсемененность почвы составляла 100%, что соответствует очень высокой обо-гащенности азотобактером и равнозначно показателям, полученным на нетронутой почве. Сохраняется высокий гомеостатический уровень и на интенсивном органоми-неральном фоне. Уровень обогащенности азотобактером может служить не только показателем экологического состояния почвы, но и характеристикой ее потенциальной возможности к несимбиотической азотфиксации.

Каталазная активность достаточно чувствительный показатель для использования в почвенно-экологичес-ких исследованиях (Григорян, 1997; Дабахов, 2005; Де-вятова, 2006; Пятакова, 2008). Окислительно-восстановительный фермент участвует в биосинтезе гумусовых веществ и широко распространен в почве. Значения ка-талазы используют для предварительной оценки биологической активности почвы и уровня ее плодородия.

При длительном (12 лет) систематическом применении лишь минеральных удобрений прослеживается закономерность к снижению окислительно-восстановительных процессов на высокоинтенсивном минеральном фоне. Систематическое внесение ^20Р70-90К120-170 снизило активность фермента на высокоинтенсивном мине-%

ральном фоне до 1,7 мл О2/мин. на 1 г почвы. Отрицательное действие удобрений на активность каталазы отмечали Минеев, Ремпе (1990), Щербаков (2000), Лыков (2002), Соловова (2005), Девятова (200б). Оно обусловлено блокированием простатической группы фермента анионами удобрений.

Применение навоза (органоминеральные фоны) способствовало активизации окислительно-восстановительных процессов. На этих фонах отмечена активность ка-талазы на уровне 2,1-2,3 мл О2/мин. на 1 г почвы.

Полученные данные свидетельствуют, что устойчивый порог экологической буферности серой лесной почвы лежит на уровне дозы М90Р60К120 (интенсивный минеральный фон). Дальнейшее наращивание доз минеральных удобрений без внесения органики ведет к инактивации активности каталазы. Активность каталазы в 2008 г. в вариантах опыта в среднем была выше на 22%, чем в 2007. Положительное влияние на деятельность фермента оказала степень увлажнения почвы, которая была выше, чем в прошедшем году. Каталитическая активность нетронутой почвы не была подвержена динамическим изменениям по годам исследований и отмечена значениями 2,6 мл О2/мин. на 1 г почвы.

Общая токсичность почвы связана с накоплением метаболизма микроорганизмов, экссудатов культурных растений, концентрацией и воздействием привносимых в почву ксенобиотиков (Берестецкий, 1982; Звягинцев, 1986; Минеев, Ремпе, 1990). Это может вызвать нарушение экологического равновесия в системе «почва-растение» и почвоутомление (Кирюшин, 1996).

Токсические проявления по прошествии двух ротаций обнаружены на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фонах. Средние значения составляют от 22 до 26% (рис. 3). Эти показатели незначительно превышают методический порог, однако закономерность сохраняется не зависимо от погодных условий. Динамика токсичности на этих вариантах в течение вегетации определяется значениями порядка 31-34%.

Самый низкий процент токсичности обусловил интенсивный органоминеральный фон (последействие внесения 60 т/га навоза) на уровне 8%. В 2007 г. экологическое состояние этого фона характеризовалось отсутствием

100т

90 80 70 60 50 40 30 20-Ц 10 0

-С

5

6

7

1. Нулевой; 2. Поддерживающий; 3. Интенсивный минеральный; 4. Высокоинтенсивный минеральный; 5. Интенсивный органоминеральный; 6. Высокоинтенсивный органоминеральный; 7. Нетронутая почва. Рис. 2. Обнаружение азотобактера на агрофонах с различной агрогенной нагрузкой, %

%

30 25 20 15 10 5 0

-г

5 6

1. Нулевой; 2. Поддерживающий; 3. Интенсивный минеральный; 4. Высокоинтенсивный минеральный; 5. Интенсивный органоминеральный; 6. Высокоинтенсивный органоминеральный; 7. Нетронутая почва. Рис. 3. Средние значения токсичности почвы %

токсических проявлений, то есть определялось уровнем нетронутой почвы.

Таким образом, серые лесные почвы сельскохозяйственного использования имеют показатели биологической активности ниже, чем биотопы нетронутой почвы. Вариант, в котором произошли наибольшие негативные отклонения от природных аналогов, - высокоинтенсивный минеральный фон. Применение

навоза 1 раз за ротацию способно нивелировать негативное влияние высоких доз минеральных удобрений на биологическую составляющую почвы.

Микробиологические и биохимические показатели могут быть применены при оценке технологических приемов для определения рационального использования серых лесных почв Владимирского ополья.

Литература

1. Шербаков А.П., Михновская А.Д., Хазиев Ф.Х. Сравнительная характеристика микробиологических и ферментативных показателей черноземов Европейской части СССР // Почвоведение. - 1984, № 10. - С. 45-50.

2. Хазиев Ф.Х., Гулько А.Е. Ферментативная активность почв агроценозов и перспективы ее изучения // Почвоведение. - 1991, № 8. - С. 88-103.

3. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 201 с.

4. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии - М.: МГУ, 1991.

5. Рубенчик Л.И. Азотобактер и его применение в сельском хозяйстве. - Киев: АН УССР, 1960. - 326 с.

6. Полянская Л.М., Лукин С.М., Звягинцев Д.Г. Изменение состава микробной биомассы в почве при окультуривании // Почвоведение. - 1997, № 2. - С. 206-212.

7. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М.: МГУ, 1987. - 256 с.

8. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. - М.: МГУ, 2005.

9. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. - М.: Дрофа, 2006. - 443 с.

10. Алеева Л.А., Зинченко М.К. Методы и критерии оценки качественного состояния серых лесных почв Владимирского ополья / Методические указания. - Суздаль: Владимирский НИИСХ, 2005. - 35 с.

11. Дабахов М.В. Биохимические методы оценки экологического состояния почв // Агрохимический вестник. -2005, № 2. - С. 20-22.

12. Девятова Т.А. Ферментативная активность чернозема выщелоченного при длительном систематическом применении удобрений // Агрохимия. - 2006, № 1. - С. 12-15.

13. Пятакова Л. П. Изменение биологической активности почвы в зависимости от содержания ТМ и увлажнения // Агрохимический вестник. - 2008, № 4. — С. 35-37.

14. Щербаков А.П. Биодинамика черноземов Центрально - черноземной полосы // Агрогенная эволюция черноземов. - Воронеж. - 2000.

15. Лыков А.М. Агроэкологическая оценка органического вещества легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы длительного полевого опыта ТСХА // Итоги научных исследований «Длительному полевому опыту ТСХА - 90 лет». - М.: МСХА, 2002. - С. 169-201.

16. Соловова Г.К., Пронько А.Н. Приемы повышения ферментативной активности почв Поволжья // Плодородие, 2005, № 4. - С. 13-15.

17. Берестецкий О. А. Роль культурных растений в формировании микробных сообществ почв // Автореф. дис-серт. доктора биол. наук. - М.: МГУ, 1982. - 47 с.

18. Звягинцев Д.Г. и др. Изменения в комплексе почвенных микроорганизмов при антропогенных воздействиях // Успехи почвоведения, 1986, № 14. - С. 64-69.

19. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 362 с.