БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ И ПРЯМОМ ПОСЕВЕ

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ И ПРЯМОМ ПОСЕВЕ

Научная статья

Гармашов В.М.^1, *, Гармашова Л.В.²

¹ ORCID: 0000-0003-1214-9032;

^{1, 2} Воронежский федеральный аграрный научный центр им. В.В. Докучаева, Каменная Степь, Россия

* Корреспондирующий автор (niish1[at]mail.ru)

Аннотация

В почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР минимализация обработки чернозема приводит к снижению биологической активности почвы - общей численности микроорганизмов на 1-9%, при нулевой обработке почвы на 9%, групп микроорганизмов, участвующих в минерализации гумуса – на 2,7-9,6%, при прямом посеве на 9,6% по сравнению с классической системой обработки почвы в севообороте – вспашкой на глубину 20-22 см. Снижение глубины обработки чернозема обыкновенного – поверхностная обработка также приводит снижению биологической активности почвы и группы микроорганизмов минерализаторов гумуса, но в меньшей мере, чем отказ от обработки почвы.

Из почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, нулевая обработка обеспечивает минимальную активность группы микроорганизмов, участвующей в минерализации гумуса и минимальное нарастание их численности в течение времени ее применения. Минимальная биологическая активность почвы и наименьшая численность минерализаторов гумуса с наиболее стабильным уровнем их развития по годам отмечается в почве косимой залежи.

Ключевые слова: чернозем обыкновенный, минимализация обработки почвы, прямой посев, микробиологическая активность, общая численность микроорганизмов, минерализаторы гумуса.

BIOLOGICAL ACTIVITY OF ORDINARY CHERNOZEM WITH MINIMIZATION OF SOIL TREATMENT AND DIRECT SEEDING

Research article

Garmashov V.M.^1, *, Garmashova L.V.²

¹ ORCID: 0000-0003-1214-9032;

^{1, 2} V. V. Dokuchaev Voronezh Federal Agricultural Research Center, Kamennaya Steppe, Russia

* Corresponding author (niish1[at]mail.ru)

Abstract

In the edaphoclimatic conditions of the South-East Central Black Earth Economic Region minimizing the processing of topsoil leads to a decrease in the biological activity of soil: the total number of microorganisms decreases by 1-9%, with zero tillage it can decrease down to 9%, the groups of microorganisms involved in the mineralization of humus decrease down to 2.7-9.6% with direct seeding it decreases down by 9.6% compared to the classical system of tillage in crop rotation, which is plowing with the depth of 20-22 cm Reducing the depth of processing of ordinary chernozem surface treatment also leads to a decrease in the biological activity of the soil and the group of microorganisms that mineralize humus, but to a lesser extent than a complete absence of soil treatment.

Among the soils used in agricultural production, no tillage ensures a minimal activity of the group of microorganisms involved in the mineralization of humus and a minimal increase in their number during the time of using no-till. The study observes the minimal biological activity of the soil and the smallest number of humus mineralizers with the most stable level of their development over the years in the soil of those croplands that remain untreated for long periods of time.

Keywords: common chernozem, minimization of tillage, direct seeding, microbiological activity, total number of microorganisms, humus mineralizers.

Введение В современных условиях развития земледелия стремление к повышению эффективности производства при постоянном росте цен на энергоносители, и, особенно, на углеводородное топливо, заставляет сельхозтоваропроизводителей искать пути уменьшения энергозатрат, внедряя минимализацию почвообработки, в том числе и систему нулевой обработки – прямой сев. Однако, судя по литературным данным, результаты внедрения таких систем обработки почвы носят разноречивый характер, как по объему выращенной продукции, так и по влиянию на почвенное плодородие [1], [2], [5, С. 104]. Одним из самых чувствительных показателей, отражающих уровень и направленность изменения плодородия почв, является микробный пул почвы, так как микроорганизмы не только активно участвуют в создании плодородия, но и чутко реагируют на изменения, происходящие в почвенной среде [6, С. 423], [9, С. 369], [10, С. 131]. Поэтому мониторинг показателей микробного компонента почвы позволяет на ранних стадиях изучения агротехнических приемов установить направленность почвенных процессов. В этой связи целью исследований было изучить динамику микробиологических процессов в черноземе обыкновенном при минимизации обработки почвы и прямом посеве.

Условия материалы и методы

Исследования проводились в ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева» в стационарном опыте по разработке наиболее эффективных приемов и систем почвообработки в севообороте, обеспечивающих сохранение плодородия почвы и высокую продуктивность выращиваемых культур. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, с благоприятными физико-химическими показателями 0-30-сантиметрового слоя: гумус – 6,48%, общий азот – 0,36%, общий фосфор – 0,35%, общий калий – 1,85%, рН_KCl – 6,99, гидролитическая кислотность – 0,57 мг-экв./100г.

Приемы обработки почвы изучаются в севообороте: горох – озимая пшеница – кукуруза на зерно – ячмень – однолетние травы – озимая пшеница – подсолнечник – ячмень.

Мониторинговые наблюдения за микробиологической активности почвы были проведены в течение семи лет с 2014 по 2020 год с нарастающим сроком использования способов обработки почвы в севообороте на первом поле стационарного опыта, при традиционной обработке почвы – вспашке на глубину 20-22 см (контроль), поверхностной на глубину 6-8 см, прямом посеве и в почве естественной экосистемы – залежь косимая.

Для исследований отбирали репрезентативные смешанные почвенные образцы с каждого изучаемого объекта из слоя почвы 0-20 см. Учет микроорганизмов проводили в свежих образцах методом посева на агаризованные элективные питательные среды различного состава по методике Е.З. Теппер [11, С. 152-154]. Обработку экспериментальных данных осуществляли дисперсионным методом математического анализа (Доспехов, 1985) [12] с использованием программного обеспечения ПК Microsoft Office Excel 2010.

Агрометеорологические условия в годы исследований были различными и контрастными в течение вегетационного периода, а в среднем близкими к типичным для юго-востока ЦЧЗ.

Результаты исследований и их обсуждение

В рамках проводимого исследования была изучена динамика изменения биологической активности чернозема обыкновенного по общей численности микроорганизмов и по группе микроорганизмов, относящихся к минерализаторам гумуса, при традиционной системе обработки почвы в севообороте – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см (контроль), поверхностной на глубину 6-8 см, нулевой обработках почвы и многолетней залежи косимой.

Анализ результатов исследований свидетельствует, что на фоне широкоамплитудных колебаний интенсивности развития микробного сообщества почвы по годам, связанных с изменением погодных условий лет проведения опытов и сменой типов агроценозов, в многолетнем ряду наблюдений так же прослеживается влияние обработок на микробиологическую активность чернозема обыкновенного (рис. 1).

Рис. 1 – Развитие микроорганизмов при различных обработках почвы в севообороте (общая численность)

 

Статистический анализ результатов исследований выявил, что между интенсивностью микробиологических процессов в почве и гидротермическими условиями вегетационного периода, выражаемые через гидротермический коэффициент (ГТК) периода вегетации культуры, связь прямая и наиболее тесная в условиях обрабатываемой почвы при классической обработке – вспашке на глубину 20-22 см и поверхностной обработке на глубину 6-8 см. Коэффициент корреляции составляет r = 0,40-0,43. При нулевой обработке почвы связь намного слабее коэффициент корреляции составляет 0,23, а в условиях залежи r = 0,29.

Наиболее тесная корреляционная связь между общей численностью микроорганизмов и гидротермическими условиями вегетационного периода (ГТК) была при поверхностной обработке почвы r = 0,43, что вполне логично, так как при этой обработке наиболее плодородный горизонт формируется на поверхности почвы в слое 0-8 см. Здесь же концентрируется и значительная часть корневых систем выращиваемых растений. Сосредоточенный на поверхности почвы плодородный слой в большей степени подвержен воздействию погодных условий.

Менее значимое влияние на развитие микробного пула почвы погодные условия оказывают при формировании гомогенного 0-22 сантиметрового обрабатываемого слоя на глубину 20-22 см – при вспашке на 20-22 см r = 0,40. При нулевой обработке почвы, так же, как и в почве залежи, влияние погодных условий на микробиологическую активность почвы намного слабее или даже практически отсутствует, r = 0,23 и 0,29, чему способствует сформировавшийся мульчирующий слой на поверхности почвы. Отказ от обработки почвы снижает микробный компонент в черноземе обыкновенном на 9,1%, поверхностная обработка почвы – на 1,2% по отношению к классической почвообработкой. В почве залежи – уровень микробиологической активности, оцениваемый по общей численности микроорганизмов, ниже на 23,4% в сравнении с обрабатываемой почвой и на 17,6% ниже, чем при нулевой обработке почвы.

Рассматривая интенсивность развития микробного компонента в почве в динамике, с нарастающим эффектом влияния различных обработок почвы прослеживается общая тенденция снижения биологической активности почв пашни при всех изучаемых обработках (рис. 1). Наиболее интенсивно это происходит при поверхностной обработке почвы и вспашке, о чем свидетельствуют тренды изменения микробного компонента в почве и уравнения регрессии (рис. 1). Также это прослеживается и при переходе на прямой посев при No-till, но при меньшем уровне биологической активности чернозема обыкновенного. Наиболее стабильный уровень микробиологической активности почвы сохраняется в почве залежи.

Важным показателем направленности изменения плодородия почвы является интенсивность развития физиологической группы микроорганизмов – минерализаторов гумуса. Статистический анализ результатов развития группы микроорганизмов, относящихся к минерализаторам гумуса, показал практически полное отсутствие влияния ГТК вегетационного периода на интенсивность их развития, коэффициент корреляции r= – 0,1-0,02, при большей степени изменения их активности по годам при поверхностной и нулевой обработках почвы, где коэффициент вариации развития минерализаторов гумуса составил V=28,2-22,6%, тогда как при классической обработке почвы – вспашке – V=16,4%.

В течение периода наблюдений в динамике развития минерализаторов гумуса прослеживается общий тренд роста их численности, особенно в обрабатываемой почве, о чем свидетельствуют линии тренда и уравнения регрессии (рис. 2).

Рис. 2 – Развитие минерализаторов гумуса при различных приемах обработки почвы в севообороте

 

Наиболее активно развитие минерализаторов гумуса шло в обрабатываемых почвах при вспашке и поверхностной обработке почвы, где их среднегодовое количество находилось в пределах 12,5-12,4 млн. КОЕ в 1 г почвы, при нулевой обработке отмечается уменьшение их численности по сравнению с контролем на 9,6% (рис 2). Наименьшее среднегодовое количество минерализаторов гумуса отмечено на залежи 10,63 млн. КОЕ в 1 г абс. сухой почвы.

Из почв, используемых в сельскохозяйственном производстве при нулевой обработке, отмечается минимальная численность и минимальное нарастание интенсивности развития минерализаторов гумуса в течение времени ее использования. Поверхностная обработка также приводит к снижению биологической активности почвы и группы микроорганизмов минерализаторов гумуса, но в меньшей мере. Наименьшая активность минерализаторов гумуса с наименьшей интенсивностью нарастания их численности по годам была на залежи.

Заключение

Таким образом, минимализация обработки чернозема обыкновенного в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР приводит к снижению биологической активности почвы – общей численности микроорганизмов, на 1-9% и, соответственно, микроорганизмов, участвующих в минерализации гумуса – на 2,7-9,6% в сравнении с традиционной системой обработки почвы в севообороте – вспашкой на глубину 20-22 см. Из почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, нулевая обработка обеспечивает минимальную активность группы микроорганизмов участвующей в минерализации гумуса и минимальное нарастание их численности в течение времени ее применения. Снижение глубины обработки чернозема обыкновенного – поверхностная обработка также приводит к снижению биологической активности почвы и группы микроорганизмов минерализаторов гумуса, но в меньшей мере.

Минимальная биологическая активность почвы и наименьшая численность минерализаторов гумуса с наиболее стабильным уровнем их развития по годам отмечается в почве косимой залежи.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / Refernces

1. Шарков И.Н. Минимализация обработки и ее влияние на плодородие почвы / И.Н. Шарков // Земледелие. – 2009 – № 3 – С. 24-28.
2. Дорожко Г.Р. Влияние длительного применения прямого сева на основные факторы плодородия почвы и урожайность озимой пшеницы в условиях засушливой зоны / Г.Р. Дорожко, О.И. Власова, О.Г. Шабалдас, Т.Г Зеленская // Земледелие. – 2017. – № 7. – С. 7-10.
3. Гилев С.Д. Эффективность прямого посева в Зауралье / С.Д. Гилев //Земледелие. – 2014. – № 6. – С. 19-22.
4. Черкасов Г.Н. Возможность применения нулевых и поверхностных способов основной обработки почвы в различных регионах / Г.Н. Черкасов, И.Г. Пыхтин, А.В. Гостев // Земледелие. – 2014. – № 5. – С. 13-16.
5. Lafond G.P. The effect of tillage system and crop rotation on soil water conservation, seedlinq establishment and crop yield / Lafond G.P., Loeppky H., Dersken D.A. // Can. J. Plant Sci. 1992. № 72. P. 103-105.
6. Звягинцев Д.Г. Биология почв / Д.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зенова: Учебник – 3-е изд. испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 445 с.
7. Милащенко Н.З. Устойчивое развитие агроландшафтов / Н.З. Милащенко, О.А. Соколов, Т. Брайсон, В.А. Черников. В 2-х тт. Т. 1. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2000. 316 с.
8. Свистова И.Д. Влияние многолетнего внесения удобрений на почвенно-поглотительный комплекс и микробное сообщество выщелоченного чернозема / И.Д. Свистова и др. // Агрохимия. – 2004. – № 6. – С. 16-23.
9. Джанаев З.Г. Агрохимия и биология почв юга России / З.Г. Джанаев // Под ред. В.Г. Минеева. – М.: изд-во Моск. университета, 2008. – 528 с.
10. Гармашов В.М. Биологическая активность чернозема обыкновенного при освоении технологии No-till / В.М. Гармашов, Л.В. Гармашова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2020. – №12 (102) Ч. 1. – С. 131-136.
11. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для вузов / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. М. Дрофа, 2004. 256 с.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. Изд. 5-е доп. и перераб. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.

Список литературы на английском языке /References in English

1. Sharkov I. N. Minimalizacija obrabotki i ee vlijanie na plodorodie pochvy [Minimalization of processing and its influence on soil fertility] / I. N. Sharkov // Zemledelie [Agriculture]. – 2009 – No. 3-pp. 24-28. [in Russian]
2. Dorozhko G.R. Vlijanie dlitel'nogo primenenija prjamogo seva na osnovnye faktory plodorodija pochvy i urozhajnost' ozimoj pshenicy v uslovijah zasushlivoj zony [Influence of long-term application of direct sowing on the main factors of soil fertility and winter wheat yield in the conditions of arid zone] / G.R. Dorozhko, O.I. Vlasova, O.G. Shabaldas, T.G Zelenskaja // Zemledelie [Agriculture]. – 2017. – №. 7. – pp. 7-10. [in Russian]
3. Gilev S.D. Jeffektivnost' prjamogo poseva v Zaural'e [Efficiency of direct sowing in the Trans-Urals] / S.D. Gilev // Agriculture. – 2014. – №. 6.– pp. 19-22. [in Russian]
4. Cherkasov G.N. Vozmozhnost' primenenija nulevyh i poverhnostnyh sposobov osnovnoj obrabotki pochvy v razlichnyh regionah [The possibility of using zero and surface methods of basic soil treatment in various regions] / G.N. Cherkasov, I.G. Pyhtin, A.V. Gostev // Zemledelie [Agriculture]. – 2014. – №. 5. – P. 13-16. [in Russian]
5. Lafond G.P. The effect of tillage system and crop rotation on soil water conservation, seedlinq establishment and crop yield / Lafond G.P., Loeppky H., Dersken D.A. // Can. J. Plant Sci. 1992. № 72. P. 103-105.
6. Zvyagintsev D. G. Biologija pochv [Soil Biology] / D.G. Zvjagincev, I.P. Bab'eva, G.M. Zenova: Textbook-3rd ed. - M.: MSU Publishing House, 2005. - 445 p. [in Russian]
7. Milashchenko N.Z. Ustojchivoe razvitie agrolandshaftov [Sustainable development of agricultural landscapes] / N.Z. Milashhenko, O.A. Sokolov, T. Brajson, V.A. Chernikov. In 2 vols. 1. Pushchino: ONTI PNC RAS, 2000. 316 p. [in Russian]
8. Svistova I.D. Vlijanie mnogoletnego vnesenija udobrenij na pochvenno-poglotitel'nyj kompleks i mikrobnoe soobshhestvo vyshhelochennogo chernozema [Influence of long-term fertilization on the soil-absorbing complex and microbial community of leached chernozem] / I.D. Svistova et al. // Agrohimija [Agrochemistry]. – 2004. – № 6. – pp. 16-23. [in Russian]
9. Dzhanaev Z.G. Agrohimija i biologija pochv juga Rossii [Agrochemistry and biology of soils of the South of Russia] / Z.G. Dzhanaev // Under the editorship of V.G. Mineev. University, 2008. - 528 p. [in Russian]
10. Garmashov V. M. Biologicheskaja aktivnost' chernozema obyknovennogo pri osvoenii tehnologii No-till [Biological activity of ordinary chernozem in the development of No-till technology] / V.M. Garmashov, L.V. Garmashova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. – 2020. – №12 (102) Part 1. – p. 131-136. [in Russian]
11. Tepper E.Z. Praktikum po mikrobiologii [Practicum on microbiology] / E.Z. Tepper, V.K. Shil'nikova, G.I. Pereverzeva: textbook. manual for universities. M. Drofa, 2004. 256 p. [in Russian]
12. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience] / Ed. 5-th add. – M.: Agropromizdat, 1985. – 351 p. [in Russian]