Влияние различных приемов агротехнической обработки на плодородие агротемногумусовых глеевых почв в условиях фитомелиоративного опыта

Вестник ДВО РАН. 2017. № 3

УДК 631.4

Л.Н. ПУРТОВА, Л.Н. ЩАПОВА, АН. ЕМЕЛЬЯНОВ, В.М. БОСЕНКО

Влияние различных приемов агротехнической обработки на плодородие агротемногумусовых глеевых почв в условиях фитомелиоративного опыта

Исследовано влияние различных способов агротехнической обработки (боронование, дискование) в посевах козлятника восточного (Gаlеga orientalis Lam.) на основные физико-химические свойства, каталазную активность и микрофлору агротемногумусовых глеевых почв Приморья. Установлено позитивное влияние боронования в посевах козлятника на плодородие и состояние микрофлоры почв.

Ключевые слова: почва, микрофлора, фитомелиорация, плодородие, интегральное отражение, каталазная активность.

Influence of various agrotechnical processing methods on fertility of agrodark-humic gley soils in the conditions of phytomeliorative experience. L.N. PURTOVA, L.N. SHCHAPOVA (Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity, FEB RAS, Vladivostok), A.N. YEMELYANOV, V.M. BOSENKO (Primorsky Scientific Research Institute of Agriculture, Primorsky Krai, Ussuriysk District, Timiryazevskiy village).

Influence of various ways of agrotechnical processing (harrowing, disking) in crops of Eastern galega (Galega orientalis Jam.) on the main physical and chemical properties, catalase activity and microflora of agrodark-humic gley soils of Primorye is investigated. Positive influence of harrowing in crops of Eastern galega on fertility and condition of soils microflora is established.

Key words: soil, microflora, phytomelioration, fertility, integral reflection, catalase activity.

Введение

В настоящее время из-за недостаточного ресурсного обеспечения сельскохозяйственного производства резко сокращены объемы работ по улучшению сенокосов и пастбищ. В таких условиях приоритетными являются малозатратные способы травосеяния. Травостои с участием корневищных трав рекомендуется улучшать способом омоложения, путем поверхностной обработки дернины дискованием или фрезерованием [9]. В последние годы расширяются посевы козлятника восточного (Gаlеga orientalis Lam.), имеющего мощную корневую систему, способную проникать в почву на глубину 60-80 см, и способного давать устойчивые урожаи без перезалужения в течение длительного времени [4, 12]. За годы интродукции в условиях Приморья он показал хорошую адаптацию

*ПУРТОВА Людмила Николаевна - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, ЩАПОВА Людмила Никифоровна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии, Владивосток), ЕМЕЛЬЯНОВ Алексей Николаевич - кандидат сельскохозяйственных наук, директор, БОСЕНКО Вера Михайловна - аспирант, агрохимик II категории (Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Приморский край, пос. Тимирязевский). *Е-таП: purtova@ibss.dvo.ru

к возделыванию в муссонном климате, стабильную высокую урожайность, зимостойкость [5]. Опытов по улучшению его травостоев с использованием мелких обработок почвы практически не проводилось. Не рассматривалось также влияние козлятника восточного при различных приемах агротехнической обработки (дискование, боронование) на показатели плодородия агротемногумусовых глеевых почв, что в значительной мере и обусловило актуальность проведения данных исследований.

Возделывание бобовых трав выгодно тем, что, помимо получения высококачественного корма, затраты совокупной энергии на производство продукции из них в 1,5-2 раза ниже, чем из злаковых трав. Основную потребность в азоте бобовые культуры удовлетворяют за счет симбиотической азотфиксации, что позволяет существенно сократить потребность в дорогостоящих азотных удобрениях. При этом наряду с резким уменьшением себестоимости кормов также будет улучшаться экологическая обстановка из-за снижения загрязнения окружающей среды нитратами и оксидом азота. Козлятник как фитомелио-рант в одних случаях может заменять клевер и люцерну, а в других - служить дополнением к ним, так как наряду с очевидными преимуществами (срок использования травостоя до 10 лет и более) достигает укосной спелости на 10-15 суток раньше этих трав, имеет высокую урожайность, что важно при создании зеленого конвейера [2, 8].

Цель работы - изучение влияния козлятника восточного на плодородие агротемногу-мусовых глеевых почв Приморья при различных приемах агротехнической обработки его возделывания.

В задачи исследований входило:

1) изучить изменения в агрохимических и физических параметрах почв в старовозрастных посевах козлятника при бороновании и дисковании;

2) исследовать влияние различных способов агротехнической обработки на каталаз-ную активность и микрофлору агротемногумусовых глеевых почв;

3) рекомендовать наиболее эффективные приемы агротехнической обработки почв в посевах козлятника.

Материалы и методы

Объектом исследований явились агротемногумусовые глеевые почвы с генетическими горизонтами PU - AU - G - Cg [6] под посевами козлятника восточного (Galega orientalis Lam.). Наряду с посевом козлятника рассмотрен вариант с посевом костреца безостого (Bromopsis inermis) как одного из наиболее распространенных фитомелиорантов для улучшения структуры почв. В работе применены общепринятые в почвоведении методы: рН почв определяли потенциометрически, гидролитическую кислотность - по Каппе-ну, поглощенные основания - по Шолленбергеру, подвижный фосфор - по Кирсанову, калий - по Масловой [1]. Оценку агрохимических показателей проводили по региональной шкале [7]. Содержание гумуса определяли по бихроматной окисляемости методом Тюрина [14]. Содержания и запасы гумуса оценены в соответствии с рекомендациями [13].

Оптические свойства почв, связанные с содержанием гумуса, изучали на спектрофотометре СФ-18. Спектральное отражение (р) измеряли в диапазоне видимого спектра от 420 до 740 нм, с шагом в 20 нм [11]. На основе полученных данных рассчитывали параметры интегрального отражения (R). Плотность сложения почв исследовали по [1].

Микрофлору изучали общепринятыми в почвенной микробиологии методами, ферментативную (каталазную) активность оценивали газометрически [10].

Закладка полевых опытов была произведена в 2016 г. в мае на многолетних травостоях костреца безостого и козлятника восточного. Поле засеяно кострецом безостым сорта Первомайский в 2013 г. Расположение делянок многорядное, систематическое, ступенчатое. Повторность опыта четырехкратная. Размер делянок: 10 х 10 м. Площадь делянки 100 м2. Предшественник - гречиха. Способ посева - рядовой беспокровный. Норма

высева 1724 кг/га всхожих семян. Глубина заделки семян 12 см. Поле засеяно козлятником восточным (сорт Гале) в 1998 г. Предшественник - однолетние травы. Норма высева 20 кг/га всхожих семян. Глубина заделки семян 1-2 см.

Результаты и обсуждение

Исследуемые почвы приурочены к территории, для которой характерны высокое среднегодовое количество осадков (до 800 мм), высокие показатели радиационного баланса (52,2 ккал/см2 в год). Различные способы агротехнической обработки (дискование, боронование) неоднозначно влияют на физико-химические показатели агротемногумусо-вых глеевых почв. По нашим данным, исследуемым вариантам свойственна слабокислая реакция среды (табл. 1). Различия прослеживаются в показателях обменной кислотности (рНс). Зафиксировано возрастание показателей рНс в горизонте Ри при дисковании и бороновании агротемногумусовых глеевых почв в посевах козлятника. Реакция среды в этих вариантах, согласно оценочным градациям агрохимических свойств почв, близка к нейтральной.

Таблица 1

Влияние различных способов агротехнической обработки на физико-химические показатели агротемногумусовых глеевых почв в посевах козлятника и костреца

Вариант опыта рн Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы Фосфор, по Кирсанову, мг/100 г почвы Калий, по Масловой, мг/100 г почвы Обменные катионы, по Шолленбергеру, мг-экв/100 г почвы

водный солевой

Са2+ Mg2+ К+

1. Козлятник (контроль) 2. Козлятник (дискование) 3. Козлятник (боронование) 4. Кострец (контроль) 6,30 5,16 5,21 7,24 21,0 25,20 11,55 0,89 4,74 6,63 5,60 3,39 4,27 10,50 23,63 21,0 0,45 2,03 6,62 5,78 3,35 6,56 11,55 26,25 15,75 0,89 1,35 6,66 5,59 3,03 5,82 10,40 20,80 14,56 0,88 1,34

Показатели гидролитической кислотности по сравнению с контролем снизились со средних до низких величин, что свидетельствует о насыщенности почвенного поглощающего комплекса катионами. Среди поглощенных катионов преобладали ионы Са2+ и Mg2+. Сумма поглощенных оснований достигла очень высоких значений во всех вариантах опыта: 1 - 42,4 мг-экв/100 г почвы; 2 - 50,5; 3 - 47,6; 4 - 40,7 мг-экв/100 г почвы. Установлено повышенное содержание подвижного фосфора в горизонте Ри в посевах козлятника и костреца (варианты 1, 4). Увеличение количества подвижных фосфатов (до 6,56 мг/100 г почвы) отмечено при бороновании почв (вариант 3) по сравнению с дискованием (2), при котором количество их снизилось до средних показателей. Уровень содержания подвижного калия по сравнению с контролем (1) уменьшился с высоких до средних значений.

Содержание гумуса, судя по оценочным градациям,

Таблица 2

Изменение содержания гумуса и интегрального отражения почв в агротемногумусовых глеевых почвах

Вариант опыта Содержание гумуса, % Запасы гумуса в слое 20 см, т/га Интегральное отражение почв %

1. Козлятник

(контроль) 5,01 117,2 24,0

2. Козлятник

(дискование) 3,96 103,7 28,3

3. Козлятник

(боронование) 4,49 100,5 27,2

4. Кострец

(контроль) 3,24 86,2 28,6

предложенным Д.С. Орловым с соавторами [13], достигло средних значений в варианте 1. При дисковании (вариант 2) количество гумуса в горизонте Ри агротемногумусовых глеевых почв снизилось и оказалось ниже средних значений (табл. 2).

В варианте с боронованием в посевах козлятника содержание гумуса составило 4,49 %, однако согласно оценочным градациям [13] оно оставалось ниже средних значений. Содержание гумуса в этом варианте, вероятно, связано с усилением аэрации почв, активизацией процессов трансформации органического вещества почв микрофлорой и усилением ферментативной активности почв. В посевах костреца количество гумуса оставалось самым низким. Известно, что показатель интегрального отражения связан обратной зависимостью с содержанием гумуса почв [11]. По нашим данным, высокий показатель интегрального отражения отмечен в вариантах 2 и 4 (табл. 2).

На контроле с посевом козлятника из-за увеличения содержания гумуса параметры R снизились до 24,0 %. Коэффициент корреляции для пары R-гумус составил 0,88, что указывает на тесную связь между этими показателями.

Запасы гумуса в слое 20 см достигают средних значений в вариантах 1, 2, 3. В варианте с посевом костреца запасы гумуса низкие.

Для варианта 4 (кострец - контроль), как и для варианта 2 (козлятник - дискование), установлены более высокие показатели плотности сложения почв - соответственно 1,31; 1,33 г/см3. При бороновании почв свойственна типичная для пахотных горизонтов агро-генных почв плотность сложения (1,12 г/см3), тогда как при дисковании этот показатель возрос.

Для всех исследуемых вариантов согласно градациям, разработанным Д.Г. Звягинцевым [10], характерна низкая обогащенность почв каталазой (02/см3/г за 1мин): вариант

1 - 2,7, вариант 2 - 2,0, вариант 3 - 2,6; вариант 4 - 1,7.

Для вариантов 1 и 3 с более высоким содержанием гумуса обогащенность почв ка-талазой возрастала. Между содержанием гумуса и уровнем каталазной активности установлена тесная связь, коэффициент корреляции составил 0,97. Более высокие показатели каталазной активности в посевах козлятника (варианты 1, 3) указывают на благоприятное его воздействие в качестве фитомелиоранта на окислительно-восстановительную обстановку в почве.

Исследованиями микрофлоры почв установлено, что обработка посевов козлятника боронованием и дискованием увеличивает содержание аммонификаторов более чем в

2 раза (табл. 3). В данных вариантах заметно возросла численность микроорганизмов, развивающихся за счет минерального азота (среда КАА). Однако если судить по соотношению этих двух групп микроорганизмов, то процессы минерализации органического вещества сбалансированы и коэффициенты минерализации в вариантах 2 (дискование) и

3 (боронование) оказываются чуть больше единицы.

Таблица 3

Численный и групповой состав микроорганизмов в условиях фитомелиоративного опыта при разных системах агротехнической обработки в агротемногумусовых глеевых почвах

Вариант опыта Аммони-фикаторы (МПА) Грибы (среда Чапека) Бактерии, использующие минеральный азот (КАА) Актиноми-цеты (КАА) Олигонитро-филы (среда Эшби) Коэффициент минерализации

1. Козлятник (контроль) 2. Козлятник (дискование) 3. Козлятник (боронование) 4. Кострец (контроль) 8 200 230 17 000 150 21 800 2,1 16 400 220 21 100 500 26 200 1,3 18 550 310 24 300 100 17 600 1,3 10 000 385 37 900 200 18 200 3,8

Содержание олигонитрофильных микроорганизмов было достаточно высоким и нередко превышало численность аммонификаторов и амилолитических микроорганизмов. Повышенное содержание олигонитрофилов отмечено в варианте 2 (козлятник - дискование). Высокое содержание олигонитрофилов в горизонте Ри фитомелиоративного опыта способствовало сохранению азота в почве.

Содержание актиномицетов в микробоценозе характеризовалось незначительными величинами. Только в варианте с дискованием в посевах козлятника отмечается возрастание численности актиномицетов, что, вероятно, способствует разложению гумуса в почве.

В варианте с посевом костреца (4) интенсивно развиты микробиологические процессы минерализации органического вещества. Об этом свидетельствует очень большая численность микроорганизмов на среде КАА по сравнению с МПА. Коэффициент минерализации оказывается достаточно высоким (3,8).

Заключение

Таким образом, как показали результаты проведенных исследований, различные способы агротехнической обработки в условиях фитомелиоративного опыта оказывают неоднозначное влияние на физико-химические показатели почв и функционирование микрофлоры.

При дисковании агротемногумусовые глеевые почвы с посевом козлятника (вариант 2) характеризовались среднекислой (рНс) реакцией среды, низкой гидролитической кислотностью, средним содержанием подвижных форм фосфора и калия, ниже среднего уровня содержанием гумуса и средними его запасами. Прослеживалось возрастание интегрального отражения почв по сравнению с контролем, что свидетельствовало о снижении содержания гумуса в горизонте Ри. При этом уровень каталазной активности заметно уменьшался. Негативные изменения установлены и в физических показателях почв - плотность сложения возросла с 1,17 до 1,33 г/см3.

Разложение органического вещества и его минерализация в варианте с дискованием в посевах козлятника сбалансированы. В составе микрофлоры увеличилась численность олигонитрофильных микроорганизмов. Большая численность актиномицетов в составе микробоценоза в варианте с дискованием в посевах козлятника создает вероятность разложения гумуса, что является явно негативным моментом.

Боронование почв (вариант 3) оказывало влияние на физико-химические показатели и микрофлору почв. Реакция среды в горизонте Ри агротемногумусовых глеевых почв слабокислая (рНс 5,78). Содержание подвижного фосфора уменшилось. Уменьшалось содержание гумуса, что подтверждалось снижением интегрального отражения почв, по сравнению с вариантом 2 при дисковании почв. Возрастала обогащенность почв каталазой по отношению к дискованию. Установлена тесная связь между показателями каталазной активности и содержанием гумуса (г = + 0,97). Запасы гумуса снижались из-за уменьшения плотности сложения почв.

Боронование почв в посевах козлятника способствовало развитию аммонификаторов и амилолитических микрорганизмов. Содержание олигонитрофильных микроорганизмов уменьшалось, что позитивно повлияло на сохранение гумуса в почве.

В вариантах с посевами костреца, в отличие от вариантов с посевом козлятника, отмечалось ухудшение физико-химических свойств почв. Снижалось содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия. Обогащенность почв каталазой уменьшалась. Почва уплотнялась. Показатели плотности сложения почв составили 1,33 г/см3. Высокий коэффициент минерализации свидетельствовал об интенсивно идущих процессах разложения органического вещества микрофлорой, что подтверждалось низкими показателями содержания гумуса.

Таким образом, наиболее эффективным агротехническим приемом в посевах козлятника, при котором наблюдаются позитивные изменения в показателях плодородия почв, является боронование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агрофизические методы исследования почв / Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. М. : Наука, 1966. 256 с.

2. Алькова Н.Г. Для сырьевого конвейера // Кормовые культуры. 1988. № 5. С. 37-39.

3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

4. Волошина Т. А. Возделывание и использование козлятника восточного в условиях Приморского края: рекомендации / под общ. ред. А.К. Чайки ; РАСХН, ДВ НМЦ, Примор. НИИСХ. Тимирязевский, 2006. 36 с.

5. Емельянов А.Н., Волошина Т. А. О семеноводстве козлятника восточного в Приморском крае // Кормопроизводство: науч.-произв. журн. 2013. № 7. С. 22-23.

6. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

7. Костенков Н.М., Ознобихин В.И. Научное обоснование снятия и использования плодородного слоя почв при открытых разработках полезных ископаемых // Аграрная наука сельскохозяйственному производству Дальнего Востока: к 75-летию образования Россельхозакадемии: сб. науч. тр. / РАСХН, ДВНМЦ, Примор. НИИСХ. Владивосток: Дальнаука, 2005. 458 с.

8. Кшникаткина А.Н., Гущина В.А Приемы возделывания козлятника восточного // Козлятник восточный -проблемы возделывания и использования: тез. докл. I Всесоюз. науч.-произв. семинара. Челябинск, 1991. С. 54.

9. Ларин И.В. Пастбищеоборот. Система использования пастбищ и ухода за ними. М.; Л.: Сельхозиздат, 1960. 210 с.

10. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 303 с.

11. Михайлова Н.А., Пуртова Л.Н. Оптико-энергетические методы в экологии почв. Владивосток: Дальна-ука, 2005. 79 с.

12. Новоселова А.С. Селекция и семеноводство клевера. М.: Агропромиздат, 1986. 199 с.

13. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918-926.

14. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 287 с.