Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ АГРОТЕМНОГУМУСОВЫХ ОТБЕЛЕННЫХ ПОЧВ ПРИМОРЬЯ

Пуртова Л.Н. 1 Щапова Л.Н. 1 Емельянов А.Н. 2 Тимошинов Р.В. 2 Киселева И.В. 1
1 ФГБУН «Биолого-почвенный институт» ДВО РАН
2 ФГБНУН «Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»
Исследовано влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на физико-химические свойства агротемногумусовых отбеленных почв и функционирование микрофлоры. Наибольшее накопление гумуса зафиксировано на вариантах с внесением навоза (2) и смеси навоз + известь + NPK (3). Количество подвижного фосфора варьировало от низких (варианты: 1) контроль; 2) навоз; 5) NPK) до средних значений (варианты: 3) навоз + известь + NPK; 4) известь + NPK). Содержание обменного калия на всех исследуемых вариантах опыта избыточное. Отмечались негативные моменты в функционировании микрофлоры. Снижался уровень обогащённости почв каталазой. Высокое содержание грибов и актиномицетов на варианте 4 (известь + NPK) усиливали процессы минерализации органического вещества. Резкое увеличение соотношения грибов и актиномицетов свидетельствовало о снижении окультуренности почв на варианте с внесением высоких доз минеральных удобрений.
почва
гумус
каталаза
микрофлора почв
плодородие
1. Алексеева Е.Н. Влияние длительного применения разных доз удобрений на плодородие средневыщелоченного тяжелосуглинистого чернозема // Почвоведение. – 1970. – № 3. – С. 127–131.
2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: МГУ, 1970. – 487 с.
3. Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и известкования на химические свойства, групповой и фракционный состав гумуса дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. – 1986. – № 1. – С. 85–90.
4. Доспехов Б.А., Кирюшин Б.Д., Братерская А.Н. Действие 60- летнего применения удобрений, периодического известкования и севооборотов на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. – 1976. – № 4. – С. 3–14.
5. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. – Смоленск: Ойкумена, 2004. – 342 с.
6. Кукишева А.А. Влияние экологических факторов на микрофлору и ферментативную активность дерново-подзолистой почвы Томской области и чернозема выщелоченного Алтайского Приобья: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Новосибирск, 2011. – 20 с.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягенцева. – М.: МГУ, 1991. – 303 с.
8. Орлов Д.С. Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. – 2004. – № 8. – С. 918–926.
9. Пуртова Л.Н. Костенков Н.М. Влияние гербицидов на процессы гумификации, оптико-энергетические, показатели агрогенных почв Приморья // Агрохимия. – 2011. – № 2. – С. 3–9.
10. Рыбачук Н.А., Ознобихин В.И. Разработка методики картографической оценки трансформации и динамики агрохимических показателей пахотных почв // Тр. Дальневост. отд-ния Докучаевского о-ва почвоведов РАН. – Владивосток: ДВО РАН, 2005. – Т.2. – С. 12–18.
11. Шарков И.Н. Сравнительная характеристика двух модификаций абсорбционного метода определения дыхания почв // Почвоведение. – 1987. – № 10. – С. 153–157.

Исследованию влияния длительного применения удобрений на плодородие различных типов почв посвящено достаточно большое количество работ [1, 3, 4]. Установлено улучшение качества гумуса при применении органо-минеральной системы удобрений. Отмечено, что на минеральном фоне с увеличением доз минеральных удобрений увеличивалось содержание фульвокислот и усиливалась подвижность гумуса, что приводило к снижению его содержания.

Между тем вопросы, связанные с разработкой научных основ повышения плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных растений, не могут быть решены без углубленного знания микрофлоры и микробиологических процессов трансформации органического вещества. Являясь одним из важнейших факторов плодородия почв, органическое вещество при современном земледелии с использованием высоких доз минеральных удобрений минерализуется, что приводит к снижению в почве общих запасов гумуса. Это в значительной мере касается и почв Дальневосточного региона, в которых наблюдается снижение энергозапасов почв из-за потерь гумуса.

Основная цель работы – оценить изменения в физико-химических показателях почв и сообществах микроорганизмов, участвующих в процессах разложения органического вещества, а также направленность этих процессов под влиянием различных агроприемов (внесение органических, минеральных удобрений, извести).

Материалы и методы исследований

Объектом исследований явились агротемногумусовые отбеленные почвы (названия приведены согласно современной классификации почв 2004 [5]). Профиль почв дифференцирован на горизонты: PU (0–25 см) – серый, неоднородной окраски, комковатой структуры, среднесуглинистый, с ясным переходом в ELng (25–47 см) – сизо-бурый, много Fe-Mn конкреций, плотный, мелко-комковато-слоистый среднесуглинистый, переход постепенный; BTg (47–102) – сизовато-серо-бурый, призматически-слоистый, много мелких конкреций, плотный, влажный, тяжелосуглинистый; Cg (> 102 см) – охристо-сизая глина, плотная, сырая, обилие Fe-Mn конкреций.

Полевые работы проводились в Уссурийском районе (пос. Тимирязевский Приморского края) на стационарных площадках Приморского НИИСХ в длительном опыте с 1941 года. Опыт заложен на агротемногумусовой отбеленной почве по схеме:

1. Контроль.

2. Навоз240т/га.

3. Навоз240т/гга + известь17т/га + N120P180K180.

4. Известь17т/га + N1605P1905K1215.

5. N2614P 2800K2025.

При изучении физико-химических свойств почв использовали общепринятые методы в почвоведении: рН водный и рН солевой измеряли потенциометрически, гидролитическую кислотность определяли по Каппену, поглощенные катионы по Шолленбергеру, содержание гумуса по Тюрину, обменный калий по Масловой, фосфор по Кирсанову [2]. Оценка содержания гумуса проведена по [8], агрохимических показателей почв по [10]. При исследовании изменений в показателях биогенности и биологической активности почв применяли общепринятые методы в почвенной микробиологии [7]. Показатели эмиссии СО2 исследовали в условиях in exp по Шаркову [11].

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно схеме географического районирования исследуемая территория приурочена к лесостепной зоне, а почвы относятся к Приморской юго-западной гидротермической провинции. Для провинции характерны высокие показатели выпадения осадков (до 800 мм), радиационного баланса (52,2 ккал/см2 год) и затрат энергии на почвообразование (44,9 ккал/см2 год) [9]. Процесс гумусообразования в вариантах опыта с длительным применением удобрений, судя по параметрам рНс в горизонте PU, протекал в условиях среднекислой и слабокислой реакции среды (табл. 1).

рН водный варьировал от 5,90 до 6,54 и находился в диапазоне слабокислой реакции среды. Гидролитическая кислотность изменялась от низкой (варианты 1, 2, 3), до незначительной (варианты 4, 5). В составе поглощенных катионов преобладали ионы Са2+ и Mg2+. Во всех вариантах опыта, по сравнению с контролем, зафиксировано возрастание содержания гумуса, которое составило на вариантах

3 – (навоз240 т/га + известь17 т/га + N120P180K180) + + 0,43 %;

2 – (навоз240 т/га) + 0,36;

4 – (известь17т/га + N1605P1905K1215) + 0,16;

5 – (N2614P2800K2025) + 0,11 % (табл. 2).

При этом содержание гумуса согласно градациям [8] соответствовало уровню низких значений. Содержание подвижного фосфора низкое как на контроле, так и на вариантах 2 и 5. Возрастание содержания подвижного фосфора до средних значений установлено на варианте 5 с внесением высоких доз NPK. На варианте 4 (Известь + NPK) количество фосфора в горизонте PU возрастало до повышенных, а на варианте 3 (навоз + известь + NPK) до высоких значений.

Таблица 1

Физико-химические показатели агротемногумусовых отбеленных почв Приморья

Варианты опыта

Горизонт

Глубина, см

рН

Нг*, м-экв./100 г почвы

Поглощенные катионы по Шолленбергеру, мг-экв./100 г почвы

водный

солевой

Са2+

Mg2+

K+

Na+

1. Контроль

РU

0-20

6,09

5,25

3,56

17,16

8,32

0,73

1,41

2. Навоз 240т/га

6,54

5,71

2,40

19,95

7,35

0,89

1,63

3. Навоз240т/гга + известь17т/га + N120P180K180

6,33

5,58

2,89

17,68

7,28

0,80

1,23

4. Известь17т/га + N1605P1905K1215**

5,99

5,21

3,96

16,64

10,40

0,99

1,88

5. N2614P 2800K2025

5,90

5,07

4,47

14,04

8,32

1,24

1,74

Примечания:

Нг* – гидролитическая кислотность почв;

** – суммарное количество удобрений, внесённых за 1941–2015 гг.

Таблица 2

Агрохимические показатели агротемногумусовых отбеленных почв

Варианты опыта

Горизонт

Глубина, см

Гумус, %

Фосфор по Кирсанову

Калий по Масловой

Степень насыщенности основаниями, %

мг/100 г почвы

1. Контроль

РU

0–20

3,55

0,68

34,11

88,0

2. Навоз240т/га

3,91

1,31

53,76

92,0

3. Навоз240т/гга + известь17т/га + N120P180K180

3,98

5,88

69,47

86,0

4. Известь17т/га + N1605P1905K1215

3,71

4,26

61,57

86,0

5. N2614P2800K2025

3,66

3,48

55,33

83,0

Содержание подвижного калия на исследуемых вариантах опыта достаточно высокое. На контроле количество его достигало высоких показателей, а на вариантах 2, 3, 4, 5 – избыточных.

Для горизонта PU агротемногумусовых подбелов, при длительном применении удобрений, свойственны высокие показатели степени насыщенности основаниями. Это свидетельствует о низком содержании в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода. Низкое содержание гумуса, высокая степень насыщенности основаниями говорит о нехватке свежего органического вещества, необходимого для усиления процессов трансформации органического вещества микрофлорой почв и активизации процессов гумусонакопления.

На необходимость активизации микробиологических процессов указывали и достаточно низкие показатели ферментативной (каталазной) активности почв. Согласно оценочным градациям обогащенности почв каталазой [7], для горизонта PU исследуемых почв, свойственна бедная (варианты 2, 3, 4, 5) и средняя (контроль) обогащенность почв каталазой. Показатели каталазной активности составили на вариантах: 1 (контроль) – 3,2 О2 см3/1 г почвы за 1 мин; 2, 3, 4 – 2,0; 5 – 2,7 О2 см3/1 г почвы за 1 мин соответственно. Таким образом, длительное применение удобрений во многом способствовало снижению ферментативной (каталазной) активности почв.

Внесение извести совместно с минеральными удобрениями (вариант 4), судя по показателям эмиссии СО2 (1,57 г С–СО2 м2/сут) заметно усилило интенсивность разложения органического вещества почвы. На вариантах 3 и 5 продуцирование СО2 составило 1,52 г С-СО2 м2/сут. На контроле и на варианте 2 зафиксировано снижение эмиссии С–СО2 из горизонта PU до 1,43 г С–СО2 м2/сут.

Исследования микрофлоры показали, что большая численность микроорганизмов, утилизирующих органический азот, отмечена на контроле (табл. 3).

Таблица 3

Численность и групповой состав микроорганизмов в длительном опыте с органическими, минеральными удобрениями и известью (тыс. КОЕ на 1 г почвы)

Вариант

Аммонификаторы, (МПА)

Грибы (среда Чапека)

Бактерии, использующие минер. азот (КАА)

Актиномицеты

Олигонитрофилы (Эшби)

1. Контроль

24000

65,5

37800

1400

32000

2. Навоз240

15650

63,5

29600

800

27600

3. Навоз 240т/га + Известь17т/га + N120 + P180 + К180

16500

65,5

29000

1100

23400

4. Известь17т/га + N1605 + P1905 + K1215

12600

95,0

32000

1200

31600

5. N2614 + P2800 + K2025 (NPK)

48200

104,0

94400

300

65200

Здесь же наблюдается достаточно высокая численность микроорганизмов, развивающихся за счет минерального азота. Эти процессы сбалансированы, и коэффициент минерализации, характеризующий направленность и активность основных процессов круговорота азота, значительно меньше, чем на других вариантах. Это указывает на меньшую интенсивность минерализации растительных остатков (табл. 4). В сохранении и пополнении азота в почве большую роль играет олигонитрофильная микрофлора. Значительное содержание олигонитрофилов на контроле свидетельствует об обеспеченности почвы азотом. Коэффициент эвтрофности (отношение численности микроорганизмов на МПА и КАА) на контроле – 0,63.

Таблица 4

Влияние удобрений на интенсивность микробиологических процессов агротемногумусовой отбеленной почвы

Вариант

Горизонт

[Гр] / [Акт]•10–2

Kмин (КАА/МПА

Kэвт (МПА/КАА)

1. Контроль

PU

4,70

1,60

0,63

2. Навоз240

7,90

1,90

0,57

3. Навоз 240 + Из17 + N120 + P180 + К180

5,90

1,70

0,56

4. Из17 + N1605 + P1905 + K1215

7,90

2,50

0,40

5. N2614 + P2800 + K2025 (NPK)

34,6

1,90

0,51

Примечание. [Гр] – грибы, [Акт] – актиномицеты.

На варианте с навозом содержание всех групп микроорганизмов заметно меньше, чем на контроле. Вероятнее всего, последействие навоза как органического удобрения уже не сказывается. О недостаточной обеспеченности микрофлоры свежим органическим веществом свидетельствует коэффициент эвтрофности равный 0,57.

При этом численность микроорганизмов, развивающихся за счет минеральных источников азота (КАА) и являющихся показателем минерализационных процессов в почве, снижалась по сравнению с контролем. Недостаточная интенсивность микробиологических процессов, вероятно, способствует сохранению гумуса в варианте с навозом (табл. 2), хотя коэффициент минерализации достаточно высокий. Добавление к навозу извести и минеральных удобрений слабо сказывается на развитии микробиологических процессов. Коэффициент эвтрофности на варианте навоз + известь + минеральные удобрения равен 0,56. Некоторое увеличение коэффициента эвтрофности скорее всего происходит за счет присутствия в почве извести и минеральных удобрений, которые сохраняют органические удобрения от быстрой минерализации микроорганизмами, хотя коэффициент минерализации в этом варианте достаточно высокий (1,90).

Очень высокая численность микроорганизмов всех групп в почве отмечена на варианте с минеральными удобрениями. Коэффициент эвтрофности по-прежнему остается относительно высоким (0,51). Ежегодное внесение минеральных удобрений заметно стимулирует развитие всех групп микроорганизмов. Большая численность микроорганизмов способствует интенсивному разложению гумуса, и его содержание оказывается более низким в варианте с одними минеральными удобрениями.

Внесение извести заметно снижает содержание микроорганизмов, хотя и способствует развитию минерализационных процессов. Возрастает численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среда КАА), и коэффициент минерализации оказывается самым высоким. Вариант известь + минеральные удобрения имеет самый низкий коэффициент эвтрофности – 0,30, что указывает на слабую обеспеченность микрофлоры свежим органическим веществом и вероятность минерализации гумуса.

На вариантах с внесением минеральных удобрений увеличивалось содержание грибов. На наш взгляд, вероятно, это связано с подкислением почвы. Развитие грибов увеличивалось в ряду: навоз < навоз + известь + NPK < контроль < Известь + NPK < NPK.

Содержание актиномицетов – активных минерализаторов трудноразлагаемого органического вещества существенно изменялось. Наибольшее их количество зафиксировано на контроле и на вариантах 3 (навоз + известь + NPK) и 4 (Известь + NPK).

Резкое увеличение соотношения грибов и актиномицетов [Гр]/[Акт] указывает на снижение окультуренности почв [6]. Это подтверждается значительным увеличением численности микроорганизмов, развивающихся за счет минеральных форм азота (среда КАА) и являющихся показателем развития минерализационных процессов, интенсивность которых определяла высокая доза минеральных удобрений.

Выводы

1. Длительное применение удобрений способствовало возрастанию содержания гумуса. Наибольшее накопление гумуса зафиксировано на вариантах с внесением навоза (3,91 %) и смеси навоз + известь + NPK (3,98 %). Количество подвижного фосфора изменялось от низких (варианты 1, 2, 5) до средних значений (варианты 3, 4). Содержание обменного калия на всех исследуемых вариантах опыта избыточное.

2. Внесение минеральных удобрений и извести (вариант 4) активизировало процессы разложения органического вещества и отразилось в увеличении показателей эмиссии СО2.

3. Отмечались негативные моменты в функционировании микрофлоры – снижался (до низких значений), по сравнению с контролем, уровень обогащённости почв каталазой. Высокое содержание грибов и актиномицетов на варианте 4 (известь + NPK) указывало на глубокие процессы минерализации органического вещества. На варианте с внесением высоких доз NPK прослеживалась тенденция к возрастанию численности аммонификаторов и усиление микробиологических процессов мобилизации азотсодержащих компонентов.

4. Резкое увеличение соотношения грибов и актиномицетов свидетельствовало о снижении окультуренности почв на варианте с внесением высоких доз минеральных удобрений.


Библиографическая ссылка

Пуртова Л.Н., Щапова Л.Н., Емельянов А.Н., Тимошинов Р.В., Киселева И.В. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ АГРОТЕМНОГУМУСОВЫХ ОТБЕЛЕННЫХ ПОЧВ ПРИМОРЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 9. – С. 77-81;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36123 (дата обращения: 18.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074