Зерновые культуры как биоиндикаторы плодородия почв Тамбовской области

УДК 633.25: 631.43 ВЛ. Захаров, А.Н. Грибанов

ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ КАК БИОИНДИКАТОРЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ

В статье приведены результаты исследований по биоиндикации почв в Тамбовской области. На почве из междурядий и приствольных полос яблоневого сада, а также в естественном состоянии, проведён посев озимой пшеницы, ржи и тритикале, ячменя и овса. Получены различия в продуктивности вегетативной массы и обеспеченности её азотом, фосфором и калием. Установлено, что озимые и ячмень реагируют на изменение свойств почвы.

Ключевые слова: биоиндикация, плодородие почв, яблоневый сад, естественные угодья, зерновые

злаки.

V.L. Zakharov, A.N. Gribanov GRAIN CROPS AS BIOINDICATORS OF SOIL FERTILITY IN TAMBOV REGION

The research results on soil bioindication in Tambov region are given in the article. Seeding of winter wheat, rye and triticale, barley and oats is made on the soil from row-spacings and apple garden nearwellbore strips and in the natural conditions. Distinctions in vegetative mass efficiency and its providing with nitrogen, phosphorus and potassium are received. It is determined that winter crops and barley respond to soil property change.

Key words: bioindication, soil fertility, apple garden, natural grounds, grain cereals.

Введение. В процессе эксплуатации яблоневых садов формируются приствольные полосы и междурядья с различными свойствами. В Тамбовской области очень заметно такому влиянию подвержены преобладающие под садами лугово-чернозёмные почвы. Они в приствольных полосах и междурядьях сада по сравнению с нераспахиваемыми аналогами имеют совершенно иной водный [7] и воздушный режим [1], содержание азота, фосфора, калия, кальция и магния [8], обменную и гидролитическую кислотность [4], цел-люлозолитическую активность [5], а также отличаются по морфологическим [2], физическим и воднофизическим показателям [3]. Изменение свойств почв под влиянием яблоневых садов отражается на способности почвы удовлетворять жизненные потребности растений, то есть на плодородии. В данной работе оценка плодородия почв проводится с помощью реакции зерновых культур.

Объекты и методы исследований. Полевые исследования проводились в 2006-2009 гг. на базе Мичуринского ГАУ Тамбовской области. В ряде плодовых хозяйств области в 20-летних яблоневых садах, заложенных по схеме 5x3 м на подвое 62-396, были отобраны и проанализированы почвы луговочернозёмные, чернозёмы типичные, выщелоченные и оподзоленные, чернозёмно-луговые и серые лесные. Междурядья содержались под чёрным паром. Для оценки изменения плодородия почв в садах в исследованиях применялась биоиндикация. В качестве биоиндикаторов использовались озимые злаковые культуры: пшеница (Мироновская 808, Московская 70), рожь (Чулпан), тритикале (Трибун), яровой ячмень (сорт Гонар) и овёс (Горизонт). Для этого были заложены вегетационные опыты. Почва приствольных полос, междурядий и в целинном состоянии, отобранная со слоя 0-20 см гумусовых горизонтов, помещалась в вегетационные сосуды для посева на ней указанных культур [6]. Вместе с учётами была проведена растительная диагностика [9].

Результаты исследований и их обсуждение. Наиболее благоприятные свойства почвы имели в целинном состоянии и в приствольной полосе яблоневых агроценозов. Почвы более оструктурены, влагоёмкие, гигроскопичные, рыхлые и менее кислые, более обеспечены минеральными элементами и гумусом (табл.1).

Таблица 1

Агрохимические свойства лугово-чернозёмных почв

Вариант рНксі_ Гумус, % Содержание, мг/100 г почвы

Азот по Корнфильду Фосфор по Чирикову Калий по Чирикову

Целинный участок 6,23 5,28 29,74 14,34 38,66

Приствольная полоса сада 5,94 4,62 24,38 10,29 12,51

Междурядье 5,79 3,5 13,0 5,16 10,82

Бонитет этих почв в целинном состоянии и приствольной полосе яблоневого сада составил 83,6386,66 баллов. В междурядьях яблоневого агроценоза эта почва приобретает более негативные свойства и имеет бонитет 79,62 балла. В результате исследований получены различия в продуктивности ячменя в зависимости от свойств лугово-чернозёмных почв. По высоте первых листьев и содержанию в них воды различия в пределах ошибки опыта. Зелёная и сухая масса надземной части ячменя в фазе кущения существенно больше на почве приствольной полосы и ещё больше на почве, взятой в целинном состоянии. Наиболее интенсивное развитие вегетативной массы ячменя произошло на лугово-чернозёмных почвах с более благоприятными водно-физическими и физико-химическими свойствами, то есть из приствольной полосы и целины (табл. 2). По мере увеличения бонитета почв увеличивалась масса листьев (г=0,56), стеблей (г=0,51), зелёная (г=0,56) и сухая масса (г=0,71) надземной части, содержание общего фосфора в листьях (г=0,58) и стеблях (г=0,67), содержание калия в стеблях (г=0,53) и зелёном колосе (г=0,63).

Продуктивность вегетативной массы озимой пшеницы также неодинакова на почве с различными свойствами. Высота первых листьев пшеницы оказалась больше на почве с приствольной полосы и ещё больше на целинной почве.

Таблица 2

Величина надземной массы зерновых на лугово-чернозёмных почвах

Вариант

Показатель Междурядье Приствольная Целинное НСР05 НСР

сада полоса состояние %

Ячмень

Высота 1-го листа, см 13,62 14,0 13,22 0,63 4,62

Фаза кущения Зелёная масса, г 6,0 7,81 10,33 0,27 3,43

Содержание воды,% 78,66 78,4 78,14 3,25 4,14

Сухая масса, г 4,36 6,0 8,6 0,3 4,71

Озимая пшеница

Высота 1-го листа, см 14,3 15,6 16,34 0,98 6,37

Фаза кущения Зелёная масса, г 6,3 8,4 10,39 0,17 2,06

Содержание воды,% 78,4 76,15 78,64 1,47 2

Сухая масса, г 4,3 5,86 8,02 0,1 1,7

Овёс

Высота 1-го листа, см 16,3 18,6 20,5 2,46 13,3

Фаза кущения Зелёная масса, г 10,37 10,71 15,03 0,78 6,52

Содержание воды,% 88,06 87,0 87,04 3,18 3,6

Сухая масса, г 5,74 5,97 8,55 0,23 3,41

Растения, выращенные на почве приствольной полосы, меньше содержали воды в фазе кущения. Зелёная и сухая надземная масса растений в фазе кущения больше на почве приствольной полосы и ещё больше на целинной почве, чем на междурядной. С увеличением бонитета почв содержание общего фосфора в листьях возрастало (г=0,78). Высота первых листьев овса оказалась больше на почве приствольной полосы и ещё больше на почве с луга. Однако в фазе кущения овёс отзывался на почвенные условия не столь ярко: зелёная и сухая масса были одинаковы у растений, выращенных на почве с приствольной полосы и междурядья. Лишь на целинной лугово-чернозёмной почве вегетативная масса овса были больше, чем на почве из сада. С увеличением бонитета почвы возрастало содержание фосфора в листьях (г=0,58).

В опыте с тритикале в отобранных для эксперимента почвенных разностях проанализированы физико-химические свойства, а также гигроскопическая (Г), максимальная гигроскопическая (МГ) и наименьшая (НВ) влагоёмкость (табл. 3).

Таблица 3

Физико-химические свойства и влагоёмкость почв Тамбовской области

Тип почвы Гумус, % РНксі Щелочно- гидролизуемый азот Подвижный фосфор Обменный калий Вл почв су агоёмкость ы, % от массы хой почвы

мг/100 г почвы Г МГ НВ

1 7,45 5,72 40,04 26,04 26,84 7,24 12,03 43,30

2 6,01 5,9 46,6 9,54 8,06 7,38 12,19 42,94

3 5,28 6,23 13,0 5,16 10,82 6,22 8,24 30,34

4 3,5 5,79 24,38 10,29 12,51 3,12 7,39 21,44

5 4,62 5,94 29,74 14,34 38,66 5,57 8,02 27,16

6 3,8 5,7 24,0 4,4 11,3 10,67 8,22 23,54

7 5,8 5,9 34,3 15,2 20,9 2,6 5,72 23,7

8 5,7 5,72 38,1 15,8 21,4 7,92 6,67 23,61

9 2,3 4,6 16,4 4,6 4,4 1,5 1,5 14,7

10 2,4 5,6 15,5 6,4 6,5 1,6 3,8 22,6

11 1,0 5,3 14,1 6,6 14,8 1,9 2,8 17,0

12 3,8 5,1 28,3 14,2 11,6 3,7 12,7 30,8

13 3,3 6,0 18,4 9,6 14,4 1,2 2,9 18,2

14 3,2 5,1 23,8 11,6 8,4 2,0 5,0 18,5

Примечание: 1 - чернозём типичный тяжелосуглинистый в целинном виде; 2 - то же из яблоневого сада; 3 - лугово-чернозёмная среднеоподзоленная среднесуглинистая почва с луга; 4 - то же из междурядий сада; 5 - то же из приствольных полос яблоневого сада; 6 - чернозёмно-луговая сильнооподзоленная среднесуглинистая с луга; 7 - то же из междурядий; 8 - то же из приствольных полос сада; 9 - светлосерая лесная песчаная; 10 - серая лесная супесчаная; 11 - аллювиальная луговая легкосуглинистая; 12 -дерново-подзолистая легкосуглинистая; 13 - дерново-подзолистая на аллювии супесчаная; 14 - дерновая аллювиальная песчаная; 9-14 варианты отобраны в целинном состоянии.

По мере снижения содержания гумуса, азота, гигроскопической, максимальной гигроскопической и наименьшей влагоёмкости почвы располагаются чернозём типичный > лугово-чернозёмная, чернозёмно-луговая, дерново-подзолистые, дерновая аллювиальная > серые лесные > аллювиальная луговая. Наименьшее содержание фосфора отмечено в чернозёмно-луговой, серых лесных и аллювиальной луговой, калия - в серых лесных почвах, наивысшая гидролитическая кислотность - в чернозёмно-луговой (12,6 мг-экв / 100 г почвы), а сумма обменных оснований - в чернозёме типичном. Обменная кислотность благоприятнее в чернозёме типичном, чернозёмно-луговой и лугово-чернозёмной почве. Свойства почвы междурядий яблоневых садов менее благоприятны, чем целины. Почва приствольных полос уступает целинной, но благоприятнее междурядной. Масса листьев у тритикале на лугово-чернозёмной и чернозёмно-луговой почвах из целины и приствольных полос сада существенно больше, чем на почвах междурядий (табл. 4).

Таблица 4

Величина и качество надземной массы озимой тритикале в фазе кущения в зависимости

от состояния и типа почвы

Тип почвы Масса зелёных листьев, г/сосуд Оводнённость листьев, % Сухая масса надземной части, г/сосуд Содержание в листьях, (общие формы)%

Азот Фосфор Калий

1 9,8 85,48 2,32 2,34 1,52 0,54

2 10,3 85,5 2,43 0,9 0,82 0,53

3 10,96 85,87 2,07 1,7 1,24 0,59

4 8,3 85,4 2,2 0,8 1,0 0,5

5 9,83 86,39 2,65 1,1 1,24 0,6

6 11,3 86,67 2,65 1,5 1,12 0,52

7 7,06 85,15 1,84 0,8 1,0 0,56

8 11,75 87,3 2,28 1,3 1,12 0,59

9 12,39 86,59 2,4 0,8 0,03 0,47

10 9,39 85,4 2,39 0,24 0,02 0,31

11 12,47 87,2 1,23 0,8 0,02 0,48

12 13,49 86,15 2,62 1,3 1,18 0,57

13 10,67 87,01 2,01 1,1 0,05 0,42

14 9,73 85,17 2,46 1,1 0,06 0,5

НСР05 1,16 2,14 0,15

НСР % 11,01 2,49 6,86

Примечание. Номера вариантов аналогичны табл. 3.

Установлена тесная зависимость между бонитетом почв и сухой массой надземной части тритикале (г=0,53), содержанием в листьях общего фосфора (г=0,67) и калия (г=0,62).

Не получено различий в массе зелёных листьев и сухой массе надземной части тритикале на чернозёме типичном агроценоза и целины. Из лесных почв наименьшая масса листьев тритикале получена на серой лесной и дерновой аллювиальной, а наибольшая - на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. На аллювиальной луговой почве такого же легкосуглинистого гранулометрического состава также получены растения с массивными листьями.

Установлено, что содержание воды в листьях тритикале, как правило, не зависит от плодородия почвы. Лишь на чернозёмно-луговой почве приствольной полосы яблоневого сада в отличие от междурядной почвы оводнённость листьев оказалась существенно выше. Это можно объяснить менее кислой реакцией, большей гигроскопичностью и содержанием азота в почве приствольной полосы.

Сухая масса надземной части тритикале, выращенной на почвах из междурядий, существенно ниже, чем при выращивании на почвах приствольных полос сада. На дерново-подзолистой легкосуглинистой почве надземная масса существенно выше, чем на той же почве супесчаного гранулометрического состава. Наименьшая сухая масса надземной части тритикале получена на междурядной чернозёмно-луговой, а также на самой неплодородной почве - аллювиальной луговой.

Содержание общего азота и калия в листьях тритикале находится на очень низком уровне. Уровень содержания фосфора в листьях высокий, кроме растений, выращенных на лесных (серая, светло-серая, дерново-подзолистая на аллювии и дерновая аллювиальная) и аллювиальной луговой почве. Здесь уровень фосфора в листьях тритикале очень низкий. Указанные почвы объединяет песчаный или супесчаный гранулометрический состав и наименее благоприятные физико-химические показатели. Наиболее высокое содержание азота и фосфора в листьях у растений на целинных чернозёмных почвах, особенно на чернозёме типичном. Растения, выращенные на более лёгкой (супесчаной) дерново-подзолистой почве, содержат в листьях меньше азота, фосфора и калия, чем растения на легкосуглинистой дерново-подзолистой почве. Содержание калия в листьях растений, выращенных на лесных почвах, как правило, ниже, чем на чернозёмных. Это объясняется более лёгким гранулометрическим составом лесных почв. Содержание общего азота и фосфора в листьях тритикале, произрастающего на почвах междурядий яблоневых садов, ниже, чем у растений на почвах из приствольных полос и целинного состояния. Подобная закономерность по калию у растений отмечена лишь на лугово-чернозёмной почве. В фазе кущения тритикале образует наиболее массивные

листья на почвах более тяжёлого гранулометрического состава (легкосуглинистые), находящихся в целинном виде или в приствольных полосах яблоневого сада, где почвы по своим свойствам близки к целинным аналогам. Аналогичная тенденция была установлена и по озимой ржи. Сухая масса надземной части тритикале и ржи, масса зелёных листьев и содержание в них общего азота, фосфора и калия вполне отражают плодородие и экологию почвы и могут использоваться как тест-показатели при биоиндикации.

Обеспеченность надземной массы ячменя фосфором и калием одинаковая у растений, выращенных на почве разных зон яблоневого агроценоза. Лишь общего азота содержится меньше в растениях, произраставших на почве из междурядья. Содержание в вегетативной массе растений минеральных элементов питания существенно выше на почве, взятой в естественном состоянии, то есть отобранной с луга. Содержание общего азота и фосфора в надземной части пшеницы, выращенной на почве из приствольной полосы, существенно выше по сравнению с растениями на почве из междурядий. Обеспеченность азотом, фосфором и калием растений, выращенных на целинной лугово-чернозёмной почве, существенно выше, чем на почве из яблоневого агроценоза. На целинной почве овёс содержит в своей вегетативной массе в фазе кущения больше калия, чем на почве из сада (табл. 5).

Таблица 5

Содержание элементов питания в зелёной массе зерновых в фазе кущения, выращенных

на лугово-чернозёмной почве

Место отбора почвы Содержание азота Содержание фосфора Содержание калия

Общий N % от сухой массы Уровень Общий P2O5, % от сухой массы Уровень Общий ^О, % от сухой массы Уровень

Ячмень

Междурядье 1,58 Очень низкий 0,18 Очень низкий 4,22 Оптимальный

Приствольная полоса 3,0 Низкий 0,2 Очень низкий 4,31 Оптимальный

Целина 4,78 Опти- мальный 0,61 Оптималь- ный 4,8 Оптимальный

НСР05 0,146 0,042 0,18

НСР % 4,67 12,74 4,08

Озимая пшеница

Междурядье 1,09 Очень низкий 0,3 Очень низкий 3,51 Оптимальный

Приствольная полоса 1,62 Низкий 0,34 Очень низкий 3,54 Оптимальный

Целина 2,52 Опти- мальный 0,54 Оптималь- ный 4,1 Оптимальный

НСР05 0,09 0,016 0,317

НСР % 5,3 4,15 8,5

Овёс

Междурядье 5,72 Опти- мальный 0,86 Оптималь- ный 5,72 Оптимальный

Приствольная полоса 5,8 Опти- мальный 0,89 Оптималь- ный 5,8 Оптимальный

Целина 5,77 Опти- мальный 0,88 Оптималь- ный 5,77 Оптимальный

НСР05 0,76 0,06 0,76

НСР % 13,13 6,55 13,13

Обеспеченность азотом и фосфором растений овса во всех вариантах опыта одинаковая. Отсюда следует сделать вывод, что эта культура практически не отзывается на варьирование свойств почвы в яблоневом агроценозе.

Выводы

1. Вегетативная масса и содержание в ней минеральных элементов у зерновых злаков свидетельствуют о снижении плодородия почв в яблоневых садах, особенно в междурядьях. Наиболее заметно это явление на лугово-чернозёмных и чернозёмно-луговых почвах.

2. В начале своего роста растения одинаково реагируют на свойства почв. К фазе кущения растения накапливают меньшую вегетативную массу на почве из междурядья по сравнению с растениями на почве приствольной полосы и целинной. Содержание воды в надземной массе культур не зависит от свойств почвы. Растения в процессе своего развития растения поддерживают необходимую для жизни оводнённость тканей, поэтому содержание воды в растительных тканях не может использоваться в биоиндикации как тест-показатель плодородия почвы.

3. Показатели продуктивности надземной массы ячменя и озимых и содержание в растительных тканях азота, фосфора и калия в целом согласуются с водно-физическими и физико-химическими показателями, а также с данными бонитировки почв, поэтому указанные сельскохозяйственные растения рекомендуется использовать как тест-культуры при биоиндикации почв.

4. Овёс из-за своей неприхотливости к почвенным условиям не рекомендуется использовать как биоиндикатор плодородия почв.

Литература

1. Захаров В.Л., Пугачёв Г.Н. Аэрация почв под целиной и яблоневым агроценозом // Вузовская наука -

сельскому хозяйству: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. - Барнаул, 2005. - Кн. 1. - С. 64-66.

2. Захаров В.Л., Пугачёв Г.Н. Морфологические признаки и гумусированность почв различных фитоценозов // Вузовская наука - сельскому хозяйству: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. - Барнаул,

2005. - Кн. 1. - С. 64-66.

3. Захаров В.Л., Пугачёв Г.Н. Физические свойства почв разных фитоценозов // Плодородие почв, эф-

фективность средств химизации и методы оптимизации питания растений: мат-лы Междунар. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения А.Н. Угарова и 70-летию каф. агрохимии ИрГСХА (Иркутск, 8-9 июня 2005 г.). - Иркутск, 2005. - С. 38-41.

4. Захаров В.Л., Трунов И.А., Пугачёв Г.Н. Почвенная кислотность разных фитоценозов // Simpozion §tiintific international "70 ani Universitatii Agrare de Stat din Moldova” Horticulture, silvicultura si protectia plantelor. - Chisinau, 2003. - Р. 68-70.

5. Захаров В.Л. Целлюлозолитическая активность почв разных фитоценозов // Современные проблемы отрасли растениеводства и их практические решения: мат-лы науч.-практ. конф. - Мичуринск, 2007. -С. 293-297.

6. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами / под ред. А.В. Соколова, Д.Л. Аскинази. - М.: Наука, 1967.

7. Пугачёв Г.Н., Захаров В.Л. Водный режим луговато-чернозёмной почвы под влиянием яблоневого агроценоза // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: мат-лы меж-дунар. науч. конф. (Ростов-на-Дону, 9-12 окт. 2006 г.). - Ростов-н/Д., 2006. - С. 346-348.

8. Размещение макроэлементов в почвенном профиле яблоневого сада / И.А. Трунов, В.Л. Захаров, Г.Н. Пугачёв [и др.] // Роль сортов и новых технологий в интенсивном садоводстве: сб. науч. тр. -Орёл, 2003. - С. 359-361.

9. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур: справ. - М.: Агропромиздат, 1990. -235 с.

---------♦-----------