WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

СТЕПАНОВА

Юлия Владимировна

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА МИКРОБИОТУ И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.01 – общее земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Кинель - 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА) Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Научный руководитель:

кандидат биологических наук, профессор Марковская Галина Кусаиновна

Официальные оппоненты:

Куликова Алевтина Христофоровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. Столыпина, зав. кафедрой  почвоведения, агрохимии и агроэкологии

Дубачинская Нина Никоноровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный аграрный университет, кафедра управления технологическими процессами в АПК

Ведущая организация:

ГНУ Самарский НИИСХ им. Тулайкова

Защита состоится 29 мая 2012 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета ДМ220.058.01 при ФБГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия».

Адрес: 446442, Самарская область, г. Кинель, пгт. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2, ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, диссертационный совет. Факс: 8-(84663) – 46-1-31, Е-mail: ssaa-samara@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан «26» апреля 2012 года

Учёный секретарь

диссертационного совета Марковская Галина Кусаиновна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Одним из приоритетных принципов современного земледелия, как отрасли сельскохозяйственного производства, является ресурсосбережение, позволяющее существенно снизить затраты на производство продукции и, соответственно, повысить рентабельность и конкурентоспособность отрасли. Однако, кроме ресурсосбережения, в земледелии важной задачей является сохранение плодородия почвы. Основным путем практической реализации этих принципов является минимализация обработки почвы. Непосредственно в процессе производства продукции она обеспечивает защиту почв как главного природного ресурса, снижение затрат труда и топлива, снижение энергоемкости и металлоемкости производства (Гамзиков, 1982; Петренко, 1987; Шульмейстер, 1993; The Environment…, 2002; Ресурсосберегающие…, 2003).

Проблема минимализации почвообработки, имеющая глобальную тенденцию, весьма важная и в то же время достаточно сложная, с множеством позитивных и негативных проявлений. Например, академик В. И. Кирюшин (2010) считает, что при разработке энергосберегающих технологий задача сводится, в основном, к экономии топлива, хотя затраты на гербицидные обработки посевов в связи с усилением их засорённости под влиянием минимализации нередко превышают экономию на топливе.

На сегодняшний день мало изученным остается вопрос о влиянии минимализации обработки почвы на агробиологическое состояние и плодородие тяжелых суглинистых почв при лимитированном поступлении влаги, имеющих место в условиях лесостепи Среднего Поволжья. В связи с этим при оценке системы обработки почвы необходимо учитывать изменение всех показателей почвы, и в первую очередь, биологических. Таким образом, накопленный во многих странах положительный опыт внедрения ресурсосберегающих технологий требует проведения исследований по изучению влияния нового направления не только на урожайность сельскохозяйственных культур, но и на эколого-биохимическое состояние почв в условиях лесостепи Среднего Поволжья.

Целью данной работы являлось выявление экологобезопасных и экономически обоснованных способов основной обработки почвы при возделывании озимой пшеницы в Среднем Поволжье.

В соответствии с поставленной целью нами решались следующие задачи:

-определение численности основных групп почвенных микроорганизмов (бактерий, грибов и актиномицетов) в динамике вегетации озимой пшеницы и в паровых полях при различных способах основной обработки почвы;

-изучение влияния различных способов основной обработки на ферментативную активность почвы;

-изучение влияния различных способов основной обработки на влажность и объёмную массу пахотного слоя почвы, а также на урожайность озимой пшеницы;

-определение экономической и экологической оценки различных способов основной обработки почвы.

Научная новизна работы. Впервые для чернозема обыкновенного лесостепной зоны Среднего Поволжья выявлены состав и численность микробиоты, а также её биохимическая активность в комплексе с агрофизическими показателями под воздействием минимализации обработки почвы в паровых полях севооборота, а также при возделывании озимой пшеницы по различным предшественникам.

Теоретическая и практическая значимость. Дана биологическая оценка влияния минимализации обработки почвы в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья при возделывании озимой пшеницы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Почвы агроценозов лесостепной зоны Среднего Поволжья характеризуются значительными сезонными колебаниями численности основных групп микроорганизмов и менее существенными изменениями этого показателя в зависимости от технологии обработки почвы. Сокращение механической нагрузки на почву приводит к перераспределению численности микрофлоры в зависимости от глубины обработки, не изменяя общей численности в пахотном горизонте.

2. Сокращение механической нагрузки на почву не приводит к переуплотнению пахотного горизонта чернозема обыкновенного и поддерживает плотность почвы в пределах оптимальных значений для возделывания озимых колосовых культур.

3. При возделывании озимой пшеницы наиболее эколого-экономически эффективным способом основной обработки почвы является безотвальное рыхление.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА».

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку: на XXXII Самарской областной студенческой научной конференции (Самара, 2006 г.); на III Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Самара, 2006 г.); на научно-практической конференции молодых учёных Приволжского Федерального округа (Саратов, 2007 г.); на I Всероссийской студенческой научной конференции (Уфа, 2007 г.); на Всероссийской студенческой научной конференции (Москва, 2007 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Самара, 2007 г.); на V Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Самара, 2008 г.); на Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня образования Самарской ГСХА «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Самара, 2009 г.); на областной научно-практической конференции «Вклад молодых учёных в науку Самарской области» (Самара, 2012 г.).

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, в т. ч. 2 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 121 странице компьютерной верстки, иллюстрирована 19 рисунками и 26 таблицами, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, приложений. Список литературы включает 274 наименования, в том числе 5 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.  МЕТОДИКА И АГРОТЕХНИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в зернопаровом звене севооборота кафедры «Общее земледелие».

Чередование культур в севообороте: 1) пар чистый/ пар сидеральный; 2) озимая пшеница; 3) соя; 4) яровая пшеница; 5) ячмень.

В звене этого севооборота изучали три различные системы основной обработки почвы.

1. «Общепринятая» для условий центральной зоны Самарской области – отвальная вспашка, состояла из лущения на 6-8 см дисковым орудием Catros и вспашки на 20-22 см под яровые зерновые культуры, и на 25-27 см под чистый пар (ПЛН –8-40). Посев проводился сеялкой АУП-18 на 5-6 см.

2. «Безотвальная» состояла из осеннего безотвального рыхления почвы на 6-8 см и повторно на 10-12 см под чистый пар и озимую пшеницу при помощи дискового орудия Catros. Посев проводился сеялкой АУП-18 на 5-6 см.

3. «Поверхностно-нулевая» (технология no-till) здесь с осени механической обработки почвы не проводилось, в весенне-летний период проводились 3-4 поверхностные обработки чистого пара под посев озимой пшеницы и прямой посев озимой пшеницы сеялкой DMS Primera на 5-6 см.

При достижении сорняками ЭПВ применялись гербициды. Солома зерновых культур измельчалась в процессе уборки и оставалась в поле на всех вариантах опыта.

Повторность опыта трехкратная, размер опытной делянки 1200 м2.

Все исследования проводились с использованием общепринятых методик:

1. Выделение микроорганизмов из почвенных образцов и определение численности основных агрономически полезных групп (бактерии, актиномицеты, грибы) проводили методом посева разведенной почвенной взвеси на твердые стерильные питательные среды в чашки Петри (Сэги, 1983). Образцы почвы для лабораторных исследований отбирались на глубине 0-5 см, 5-10 см, 10-20 см и 20-30 см в начале весенней вегетации, середине вегетации и перед уборкой озимой пшеницы. Для бактерий использовалась среда МПА (мясо-пептонный агар), для актиномицетов – КАА (крахмало-аммиачный агар), для грибов – синтетическая среда Чапека. Разведение составляло: для бактерий – 1:105, для актиномицетов – 1:105, для грибов – 1:103. Количественный учет численности бактерий проводился на 3-5 день после посева, актиномицетов – на 7-10 день, грибов – на 10-14 день.

Число колониеобразующих единиц (КОЕ) определяли для абсолютно сухой почвы с учетом влажности (W):

КОЕ = (количество колоний х разведение) / (100 – W)/100.

Влажность почвы после высушивания в термостате при температуре 105С до постоянного веса по слоям 0-5, 5-10, 10-20 и 20-30 см определяли по формуле:

W влажность = (вес бюкса с сырой почвой – вес бюкса с сухой почвой)/ (вес бюкса с сухой почвой – вес бюкса) х 100%

Повторность четырёхкратная.

2. Ферментативную активность почв определяли стандартными методами, описанными в пособии Ф.Х. Хазиева (2005). Образцы почвы для лабораторных исследований отбирались на глубине 0-5 см, 5-10 см, 10-20 см и 20-30 см в начале весенней вегетации, в середине вегетации и перед уборкой озимой пшеницы.

Каталазную активность почвы определяли методом Р. С. Канцельсона и В. В. Ершова (Хазиев, 2005) и рассчитывали в мкмоль H2O2 (разложившейся)/мин/г почвы.

Уреазную активность почвы определяли методом И. Н. Ромейко и С. М. Малинской, содержание аммиака – реактивом Несслера фотоэлектро-колориметрически на приборе КФК-2 (Аринушкина, 1970). Уреазную активность почвы рассчитывали в мкмоль NH4+ (образовавшегося)/мин/г почвы.

Активность инвертазы определяли методом А.Ш. Галстян (Хазиев, 2005).

Активность ферментов пероксидаза и полифенолоксидаза определяли методом А. Ш. Галтян, А. И. Чундеровой (Панников, 1975) и выражали в мг пурпургаллина на 1 г почвы.

3. Дыхание почвы определяли в полевых условиях по методике В. И. Штатнова (1987).

4. Токсичность почвы определяли по методике выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенного загрязнения почв ФР.1.39.2006.02264.

5. Определение степени разложения растительных остатков (пробы брались через каждые 10 см на глубине 40 см) проводилось методом почвенных монолитов, предложенным Н. В. Станковым (Практикум по земледелию, 1967). По разнице массы растительных остатков прошлых лет на период начала вегетации и после уборки урожая (выделяли и определяли массу пожнивных остатков, корневых остатков и остатков прошлых лет) устанавливали степень их разложения за вегетационный период. Повторность трехкратная.

6. Объемную массу почвы определяли с помощью режущих цилиндров (Кауричев, 1970, 1980). Пробы почвы отбирались в два срока на глубину 30 см через каждые 10 см. Повторность трехкратная.

7. Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом, в два срока. Образцы почвы отбирались через каждые 10 см на глубине 30 см. Повторность трехкратная

8. Урожайность озимой пшеницы определяли механизированным методом – сплошным обмолотом комбайном СК-5 поделяночно с приведением зерна к 14-процентной влажности и 100-процентной чистоте. Учетная площадь делянки 72 м2.

9. Эколого-экономическая оценка эффективности изучаемых способов основной обработки почвы при возделывании озимой пшеницы проводилась в соответствии с методом энергетической оценки севооборотов, технологий выращивания культур (Рабочев, 2005).

10. Статистическую обработку данных, корреляционный анализ проводили в соответствии с методами, описанными Ю. П. Фроловым (1997), с использованием пакета анализа Microsoft Excel.

Автор выражает глубокую признательность заведующему кафедрой «Общее земледелие», заслуженному деятелю науки Российской Федерации, профессору  Г. И. Казакову за предоставленную возможность проведения исследований на опытном поле кафедры «Общее земледелие», поддержку и методическую помощь.

2. ВЛИЯНИЕ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ, ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЛОДОРОДИЯ И УРОЖАЙНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

2.1 Микробиологическая активность почвы

Изучение динамики численности микромицетов в паровых полях севооборота в течение вегетационного периода показало, что в среднем за 3 года исследований их наибольшая активность по всем изучаемым вариантам опыта зафиксирована весной в первый срок определения (рисунок 1). Это объясняется тем, что плесневые грибы относятся к психрофильной группе микроорганизмов и активизируются даже при низких температурах. Кроме того, в это время в почве содержится большое количество свежего, неразложившегося за зиму, органического вещества, которое осталось после уборки предшественника. Во второй срок определения, в середине вегетации, наблюдается резкое снижение численности плесневых грибов по всем вариантам опыта (рисунок 1). Это связано, с уменьшением запасов свежего органического вещества в почве, а также с её иссушением. В конце вегетации (3 срок определения) наблюдается возрастание численности микромицетов, особенно по фону сидерального пара, в связи с поступлением в почву свежего органического вещества сидератов.

Следует отметить, что в почве под сидеральной культурой численность микромицетов в среднем за вегетацию была на 17% выше, по сравнению с чистым паром.

Значительных различий в численности микромицетов под влиянием способов обработки почвы не обнаружено. Однако следует отметить, что способы обработки почвы привели к неравномерному распределению микромицетов по слоям почвы.

Рисунок 1 - Динамика численности микромицетов (тыс. КОЕ/ 1г а.с. почвы) в чистом и сидеральном парах в течение вегетационного периода (в среднем за 3 года).

В более ранних исследованиях сотрудников кафедры отмечалось преобладание среди грибной микрофлоры грибов рода Penicillium, тогда как в наших опытах прослеживается явная тенденция смены состава микробиоты. В последние годы наблюдается преобладание грибов рода Aspergillus, причем в основном вида Aspergillus flavus.

Вслед за микромицетами разложение растительных остатков продолжают бактерии. Изучение динамики численности бактериальной микрофлоры в течение летнего периода (рисунок 2), показало, что весной активность бактерий, несмотря на наличие влаги в почве сравнительно невелика. Это объясняется большей требовательностью бактерий к условиям теплообеспеченности почвы.

Во второй срок определения наблюдается выраженная депрессия численности бактерий, вызванная иссушением почвы, а к концу вегетации отмечено резкое увеличение их количества по всем изучаемым вариантам опыта.

Анализ полученных результатов, показал, что вид пара оказал существенное влияние на количество бактерий. В отличие от микромицетов, по фону чистого пара численность бактериальной микрофлоры была на 26% выше, чем по сидеральному пару. Это объясняется тем, что микромицеты являются антагонистами бактерий, обладая более мощным ферментативным аппаратом и способностью выделять антибактериальные антибиотики. Способ обработки почвы не вызвал достоверного влияния на численность бактерий, однако и в первый и во второй сроки определения нулевая обработка привела к резкому обеднению слоя почвы 20-30 см.





Рисунок 2 - Динамика численности бактерий (млн. КОЕ/ 1г а. с. почвы) в чистом и сидеральном парах в течение вегетационного периода (в среднем за 3 года)

Анализируя данные по численности актиномицетов, следует отметить невысокую их численность весной, в 1 срок определения, затем возрастание активности к середине вегетации (2 срок определения) и спад к концу вегетационного периода (рисунок 3).

Таким образом, пик активности актиномицетов приходится на середину лета, когда наблюдается депрессия численности микромицетов и бактерий. В среднем за вегетацию наибольшая численность актиномицетов зафиксирована по фону чистого пара, что может свидетельствовать о глубоких деструкционных процессах разложения гумусовых веществ. В то же время под сидеральной культурой актиномицетов было в 1,8 раза меньше, что возможно способствует уменьшению потерь гумуса.

Таким образом, присутствие в почве микроорганизмов, различающихся по требовательности к уровню влажности, источников питания позволяет поддерживать биологическую активность почвы в течение всего летнего периода. Это подтверждается данными по определению динамики общей биогенности почвы (рисунок 4.)

Рисунок 3 - Динамика численности актиномицетов (млн. КОЕ/ 1г а.с. почвы) в чистом и сидеральном парах в течение вегетационного периода (в среднем за 3 года)

Выявлена четкая закономерность: биогеность почвы по фону чистого пара в 1,5 раза выше в сравнении с сидеральным паром.

Кроме того вид пара оказывает существенное влияние на соотношение основных групп микроорганизмов в почве, в вариантах опыта с чистым паром резко увеличивается доля актиномицетов, по сравнению с сидеральным паром (рисунок 3).

Рисунок 4 - Динамика общей биогенности почвы (млн. КОЕ/ 1г а.с. почвы) в чистом и сидеральном парах в течение вегетационного периода (в среднем за 3 года)

Таким образом, более высокая численность микроорганизмов, и особенно актиномицетов, в чистом пару при отсутствии поступлений органического вещества в почву может привести к усилению минерализации гумуса, что негативно сказывается на плодородии почвы.

Способ основной обработки почвы не оказал существенного влияния на общую биогенность: так по фону варианта с отвальной вспашкой она составила - 9,6; по фону безотвального рыхления - 10,3; по фону варианта без осенней механической обработки почвы (технология no-till) – 8,7 млн. КОЕ на 1 г а.с.п.

Однако способ обработки почвы оказал существенное влияние на распределение микроорганизмов по слоям почвы: в варианте без осенней механической обработки почвы (технология no-till) биогенность слоя 20-30 см была на 35-38% меньше, чем при отвальной вспашке и безотвальном рыхлении соответственно (таблица 1).

Таблица 1 - Общая биогенность почвы в чистом и сидеральном парах (млн. КОЕ/ 1г а.с. почвы), среднее за 3 года

Основная

обработка

почвы под пары

слой

почвы,

см

Сроки определения

В среднем

за вегетацию

1 срок

2 срок

3 срок

Чистый пар

Отвальная вспашка

0 - 5

3,94

7,22

18,32

9,80

5 - 10

4,24

15,12

21,54

13,60

10 - 20

5,76

9,61

16,26

10,50

20 - 30

4,96

14,81

9,73

9,80

0 - 30

4,65

11,72

16,74

11,00

Безотвальное рыхление

0 - 5

3,85

19,24

31,03

18,00

5 - 10

4,76

21,31

15,45

13,80

10 - 20

4,55

10,61

13,23

9,50

20 - 30

5,15

9,31

12,12

8,90

0 - 30

4,55

15,12

18,03

12,60

Технология no-till

0 - 5

7,86

9,54

25,72

14,40

5 - 10

6,56

7,62

16,44

10,20

10 - 20

5,16

6,02

13,05

8,10

20 - 30

4,15

4,81

13,94

7,60

0 - 30

5,96

6,92

17,34

10,10

Сидеральный пар – горчица

Отвальная вспашка

0 - 5

3,15

3,43

11,54

6,00

5 - 10

4,18

9,15

14,35

9,20

10 - 20

4,85

3,61

11,15

6,50

20 - 30

3,85

5,71

9,93

6,50

0 - 30

4,16

5,53

11,64

7,10

Безотвальное рыхление

0 - 5

7,58

9,13

15,97

10,90

5 - 10

5,66

3,11

17,95

8,90

10 - 20

6,17

7,51

9,43

7,70

20 - 30

3,66

3,00

7,24

4,60

0 - 30

5,77

5,61

12,65

8,00

Технология no-till

0 - 5

4,97

10,25

13,03

9,40

5 - 10

3,45

8,21

9,33

7,00

10 - 20

2,35

9,81

13,04

8,40

20 - 30

2,54

5,80

6,94

5,10

0 - 30

3,25

8,52

10,54

7,40

Анализ результатов определения биогенности почвы в опыте показал, что гидротермические условия года и предшественник в большей степени влияют на численность микрофлоры в посевах озимой пшеницы, чем способы обработки почвы (рисунок 5).

Биологическая активность наших почв в зависимости от метеорологических условий вегетационного периода может изменяться от 4 до 30 млн КОЕ/г а.с.п. Следует отметить, что более резкие колебания численности микроорганизмов наблюдались в вариантах опыта, где предшественником озимой пшеницы выступал чистый пар: диапазон колебаний составил более 700% (от 30 млн. КОЕ /г а. с. п. в 2008 году до 4 млн. КОЕ/г а. с. п. в 2010 году). Несмотря на высокую биогенность в течение 2007 и 2008 годов, снижение ГТК в 2009 и особенно в 2010 году вызвало резкую инактивацию большей части микрофлоры в вариантах с этим предшественником. При использовании в качестве предшественника сидерального пара биогенность почвы была более стабильной, диапазон колебаний составил не более 220%. И даже в годы с критической влажностью не наблюдалось столь резкого снижения численности микробиоты, как в вариантах с чистым паром. Таким образом, можно сделать вывод, что при использовании в качестве предшественника сидерального пара создаются более благоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, в том числе и на последующей культуре – озимой пшенице.

Рисунок 5 - Динамика общей биогенности почвы (млн. КОЕ/ 1г а.с. почвы) на посевах озимой пшеницы

Поскольку гидротермические условия местности оказывают значительное влияние на микрофлору почвы, мы сгруппировали полученные данные по годам исследований, где гидротермический коэффициент превышает среднемноголетнее значение (0,82), назвав их годы с достаточным увлажнением и годы с недостаточным увлажнением (гидротермический коэффициент меньше среднемноголетнего значения).

Анализируя данные по общей биогенности почвы в годы с достаточным увлажнением (таблица 2), следует отметить высокую активность микроорганизмов в первый срок определения, независимо от предшественника и варианта обработки почвы. К середине вегетации культуры наблюдается спад активности почвенных микроорганизмов, что объясняется снижением влажности почвы и уменьшением количества свежего органического вещества. В третий срок определения, к моменту уборки озимой пшеницы, активность микрофлоры увеличивается, что, по-видимому, связано с поступлением свежего органического вещества в виде корневых выделений и растительных остатков.

В среднем за вегетацию озимой пшеницы в годы с достаточным увлажнением наблюдается высокая активность изучаемых групп почвенных микроорганизмов, относительно равномерное их распределение по пахотному горизонту почвы. Следует отметить, что в сложившихся условиях предшественник и вариант обработки почвы не оказали влияния на численность микроорганизмов.

В годы с достаточным увлажнением преобладающей группой почвенных микроорганизмов являются бактерии.

Таблица 2 - Общая биогенность в посевах озимой пшеницы в зависимости от основной обработки почвы (млн. КОЕ/ 1г а. с. почвы), ГТК>0,8

Основная

обработка

почвы под пары

слой

почвы,

см

Сроки определения

В среднем

за вегетацию

1 срок

2 срок

3 срок

Предшественник – чистый пар

Отвальная вспашка

0 - 5

14,34

5,69

8,67

9,57

5 - 10

11,64

6,31

6,80

8,25

10 - 20

9,02

5,41

9,91

8,11

20 - 30

10,56

6,99

3,49

7,01

0 - 30

11,39

6,15

7,23

8,26

Безотвальное рыхление

0 - 5

18,15

6,67

8,08

10,97

5 - 10

10,13

3,58

8,82

7,51

10 - 20

11,14

5,43

5,92

7,50

20 - 30

6,88

4,89

4,11

5,29

0 - 30

11,56

5,15

6,74

7,82

Технология no-till

0 - 5

14,68

5,09

8,82

9,53

5 - 10

10,16

7,17

7,88

8,40

10 - 20

16,13

5,43

4,84

8,80

20 - 30

16,59

5,99

8,51

10,36

0 - 30

14,39

5,91

7,54

9,28

Предшественник – сидеральный пар

Отвальная вспашка

0 - 5

8,09

5,18

10,78

8,02

5 - 10

12,6

4,82

9,42

8,95

10 - 20

8,80

4,66

7,74

7,07

20 - 30

11,07

5,95

5,91

7,64

0 - 30

10,12

5,21

8,46

7,93

Безотвальное рыхление

0 - 5

16,21

8,88

6,59

10,56

5 - 10

12,44

6,50

5,66

8,20

10 - 20

8,97

7,25

4,39

6,87

20 - 30

7,55

4,15

4,67

5,46

0 - 30

11,31

6,71

5,34

7,79

Технология no-till

0 - 5

12,64

8,02

7,74

9,47

5 - 10

9,89

7,60

7,24

8,24

10 - 20

8,76

6,31

6,98

7,35

20 - 30

9,68

7,39

7,89

8,32

0 - 30

10,26

7,43

7,50

8,40

В годы с недостаточным увлажнением не наблюдается резкой депрессии почвенной микрофлоры (таблица 3).

Таблица 3 - Общая биогенность в посевах озимой пшеницы в зависимости от основной обработки почвы (млн. КОЕ/ 1г а.с. почвы), в годы с ГТК<0,8

Основная

обработка

почвы под пары

слой

почвы,

см

Сроки определения

В среднем

за вегетацию

1 срок

2 срок

3 срок

Предшественник – чистый пар

Отвальная вспашка

0 - 5

8,46

7,77

5,27

7,17

5 - 10

4,50

8,39

6,84

6,58

10 - 20

4,99

4,52

3,65

4,39

20 - 30

3,80

5,77

8,82

6,13

0 - 30

5,44

6,58

6,16

6,06

Безотвальное рыхление

0 - 5

4,28

10,65

12,46

9,13

5 - 10

9,34

11,70

6,61

9,22

10 - 20

4,81

5,56

4,20

4,86

20 - 30

5,47

5,38

4,51

5,12

0 - 30

5,95

8,31

6,99

7,08

Технология no-till

0 - 5

2,85

24,16

7,31

11,44

5 - 10

4,99

5,95

5,40

5,45

10 - 20

4,19

5,63

6,89

5,57

20 - 30

3,99

3,82

5,15

4,32

0 - 30

3,98

9,89

6,19

6,69

Предшественник – сидеральный пар

Отвальная вспашка

0 - 5

9,78

15,25

15,21

13,41

5 - 10

7,31

6,96

17,46

10,58

10 - 20

5,18

7,01

7,78

6,66

20 - 30

8,19

6,21

13,36

9,25

0 - 30

7,62

8,85

13,45

9,97

Безотвальное рыхление

0 - 5

17,81

22,07

7,92

15,93

5 - 10

10,61

9,44

16,91

12,32

10 - 20

5,32

5,69

6,81

5,94

20 - 30

8,33

3,39

7,28

6,33

0 - 30

10,52

8,15

9,71

9,46

Технология no-till

0 - 5

7,58

12,33

8,05

9,32

5 - 10

9,31

7,41

7,17

7,96

10 - 20

3,40

5,43

3,41

4,08

20 - 30

6,65

2,91

4,51

4,69

0 - 30

6,74

6,98

5,79

6,50

Количество микроорганизмов остаётся на довольно высоком уровне за счёт увеличения активности актиномицетов, что может быть причиной усиленной минерализации гумусовых веществ почвы.

2.2 Ферментативная активность почвы

Результаты исследований показали, что в вариантах, где предшественником озимой пшеницы выступал чистый пар, обработка почвы не оказала существенного влияния на активность фермента уреаза (рисунок 6). Активность его одинакова в среднем по слою 0-30 см и составляет 0,075 мкмоль NH4+/мин/г почвы.

В вариантах опыта, где предшественником озимой пшеницы выступал сидеральный пар, отмечено увеличение уреазной активности почвы. Особенно это заметно в варианте с отвальной вспашкой почвы: активность фермента оказалась в 1,5 раза выше в сравнении с размещением озимой пшеницы по чистому пару, что свидетельствует о высоком уровне азотного обмена почвы. Введение в севооборот сидерального пара в вариантах безотвального рыхления и без осенней механической обработки почвы (технология no-till) вызвало незначительное увеличение активности фермента в пахотном горизонте почвы, наибольшее его содержание отмечено в слое 0-10 см при безотвальном рыхлении и в слое 0-5 см при применении технологии no-till (рисунок 6).

Рисунок 6 - Уреазная активность почвы (мкмоль NH4+/мин/г почвы) на посевах озимой пшеницы, 2004-2006 гг.

Активность инвертазы - один из наиболее устойчивых показателей. Исследования показали, что отвальная вспашка с осени под чистый пар способствовала довольно равномерному распределению фермента в слое 0-30 см, но наибольшее его содержание отмечено в слое 0-5 см. В варианте с безотвальным рыхлением почвы наблюдается снижение количества фермента в слое 0-5 см (в 1,2 раза по сравнению с отвальной вспашкой), наиболее активен фермент в слое 5-20 см. При применении технологии no-till происходит снижение активности инвертазы, что говорит о снижении содержания легкогидролизуемого органического углерода (рисунок 7).

Рисунок 7 - Активность инвертазы (мкмоль глюкозы/мин/г почвы) на посевах озимой пшеницы, 2005-2006 гг.

Введение в севооборот сидерального пара вызвало снижение активности фермента в варианте безотвального рыхления почвы в слое 10-30 см. В вариантах отвальной вспашки и без осенней механической обработки почвы (технология no-till) происходит увеличение активности инвертазы, что может быть свидетельством увеличения гидролитических процессов в почве.

Одним из наиболее чувствительных к изменению условий почвенной среды является фермент каталаза. Исследования показали, что при размещении озимой пшеницы в севообороте после чистого пара, вариант обработки почвы не оказывает влияния на ее каталазную активность. Отмечено равномерное распределение фермента по пахотному горизонту почвы, независимо от способа ее обработки (рисунок 8).

Рисунок 8 - Активность каталазы (мкмоль H2O2/мин/г почвы) на посевах озимой пшеницы, 2004-2006 гг.

Введение в севооборот сидерального пара вызвало снижение каталазной активности почвы (рисунок 8) по всем изучаемым вариантам опыта, что свидетельствует об ослаблении окислительных процессов в почве, что подтверждает предыдущий вывод по инвертазе.

Определение динамики активности полифенолоксидазы на посевах озимой пшеницы, где предшественником выступал чистый пар, показало, что наибольшая активность фермента отмечена в варианте с безотвальным рыхлением почвы. Активность полифенолоксидазы в вариантах с отвальной вспашкой и без осенней механической обработки почвы (технология no-till) была ниже (рисунок 9).

Активность фермента полифенолоксидазы на посевах озимой пшеницы, где в качестве предшественника выступал сидеральный пар, не зависела от способа обработки почвы (рисунок 9).

Пероксидазная активность почвы была довольно высока, что обуславливает высокие темпы минерализации почвы и также не зависела от варианта обработки почвы (рисунок 10).

Рисунок 9 - Активность полифенолоксидазы (мг пурпургаллина/мин/г почвы) на посевах озимой пшеницы, 2009-2011 гг.

Рисунок 10 - Активность пероксидазы (мг пурпургаллина/мин/г почвы) на посевах озимой пшеницы, 2009-2011 гг.

2.3 Накопление и разложение растительных остатков

В результате исследований установлено, что весной наибольшее количество растительных остатков в посевах озимой пшеницы наблюдалось в севообороте с сидеральным паром в вариантах c отвальной вспашкой и безотвальным рыхлением почвы и составило соответственно 7,15 и 6,51 т/га, что в 1,6–1,8 раза больше, чем в аналогичных вариантах в севообороте с чистым паром (рисунок 11). Количество растительных остатков в варианте применения технологии no-till составило 4,64 и 4,04 т/га, т.е. не зависело от вида пара. Причем в севообороте с чистым паром масса растительных остатков весной в этом варианте опыта несколько превысила другие, что связано, по-видимому, с меньшей их минерализацией.

В севообороте с сидеральным паром накопление органических остатков было наименьшим в варианте применения технологии no-till. Большее поступление растительных остатков в варианте отвальной вспашки и безотвального рыхления почвы связано, по-видимому, с большей массой корневых остатков.

Как видно из рисунка 11, разложение растительных остатков в посевах озимой пшеницы происходило медленнее в варианте применения технологии no-till независимо от вида пара в севообороте. Однако определение интенсивности дыхания в этих вариантах опыта показало более высокие значения данного показателя. Это связано, по-видимому, с тем, что под растительным покровом при высоком уровне растительных остатков в верхнем слое наблюдалась высокая активность почвенной микрофлоры в этом горизонте, что отразилось на выделении СО2, но не на разложении растительных остатков в целом в пахотном слое.

Рисунок 11 – Поступление (т\га) и разложение (%) растительных остатков в зависимости от способа основной обработки почвы и предшественника на посевах озимой пшеницы

Более интенсивное разложение растительных остатков отмечено в севообороте с сидеральным паром в варианте отвальной вспашки почвы и безотвального рыхления, что составило соответственно 5,65 и 4,54 т/га, или 82 и 75%. Таким образом, более высокий уровень свежих растительных остатков способствовал активации почвенных микроорганизмов и соответственно, минерализационных процессов.

2.4 Объемная масса пахотного слоя почвы

В результате проведённых исследований установлено, что в весенний период глубина и способ обработки оказывают существенное влияние на плотность сложения почвы в паровых полях. Так в варианте без осенней механической обработки почвы (технология no-till) отмечено уплотнение почвы на 0,05 г/см3 по сравнению с отвальной вспашкой и на 0,03-0,04 г/см3 с безотвальным рыхлением, при этом вид пара не оказал влияния на изучавемый показатель (таблица 4).

За весенне-летний период отмечено естественное уплотнение почвы при этом значения плотности выравниваются по всем изучаемым вариантам опыта.

Таблица 4 - Объемная масса почвы в слое 0-30 см (г/см3) в зависимости от основной обработки и вида пара 2003-2010 гг.

Варианты опыта

Слой почвы

Сроки определения

Весенний период

Период посева

Чистый пар

Отвальная вспашка

0-10

0,90

1,03

10-20

1,03

1,19

20-30

1,11

1,21

0-30

1,02

1,14

Продолжение таблицы 4

Безотвальное рыхление

0-10

1,90

1,04

10-20

1,09

1,19

20-30

1,10

1,20

0-30

1,03

1,15

Технология no-till

0-10

0,94

1,04

10-20

1,14

1,20

20-30

1,14

1,20

0-30

1,07

1,15

Сидеральный пар

Отвальная вспашка

0-10

0,91

1,04

10-20

1,03

1,19

20-30

1,11

1,20

0-30

1,02

1,14

Безотвальное рыхление

0-10

0,91

1,02

10-20

1,09

1,18

20-30

1,12

1,24

0-30

1,04

1,15

Технология no-till

0-10

0,96

1,06

10-20

1,12

1,20

20-30

1,14

1,20

0-30

1,07

1,15

Также было установлено, что под посевом озимой пшеницы плотность почвы находится на оптимальном уровне (таблица 5).

Таблица 5 - Объемная масса почвы в слое 0-30 см (г/см3) в зависимости от основной обработки и предшественника в посевах озимой пшеницы, 2003-2010 гг.

Варианты опыта

Слой почвы

Сроки определения

Период возобновления вегетации

Период уборки

Предшественник – чистый пар

Отвальная вспашка

0-10

1,01

1,05

10-20

1,15

1,24

20-30

1,14

1,24

0-30

1,10

1,17

Безотвальное рыхление

0-10

1,02

1,07

10-20

1,16

1,21

20-30

1,14

1,24

0-30

1,11

1,17

Технология no-till

0-10

1,03

1,05

10-20

1,17

1,24

20-30

1,14

1,25

0-30

1,12

1,18

Предшественник – сидеральный пар

Отвальная вспашка

0-10

1,03

1,05

10-20

1,14

1,22

20-30

1,15

1,22

Продолжение таблицы 5

0-30

1,11

1,17

Безотвальное рыхление

0-10

1,02

1,05

10-20

1,17

1,21

20-30

1,15

1,24

0-30

1,11

1,17

Технология no-till

0-10

1,01

1,07

10-20

1,17

1,22

20-30

1,16

1,26

0-30

1,11

1,18

Отмечено, что плотность сложения почвы не зависит от способа её обработки  и предшественника озимой пшеницы. Однако отмечено незначительное уплотнение почвы при отсутствии её обработки по фону чистого пара.

2. 5 Динамика влажности почвы

При весеннем определении влажность почвы в паровых полях не зависела от способов её обработки и вида пара (таблица 6).

При осеннем определении влажность почвы в севообороте с чистым паром была выше по всем изучаемым вариантам опыта по сравнению с сидеральным паром, что объясняется расходом почвенной влаги сидеральной культурой. Варианты обработки почвы не оказали влияния на изучаемый показатель (таблица 6).

Таблица 6 - Влажность почвы (% от абс. сухой почвы) в паровых полях в слое 0-30 см, в зависимости от способа основной обработки почвы, 2004-2010 гг.

Обработка почвы

Сроки определения

Весна

Осень

Чистый пар

Отвальная вспашка

28,6

26,2

Безотвальное рыхление

28,1

26,6

Технология no-till

29,9

25,7

Сидеральный пар

Отвальная вспашка

29,2

24,6

Безотвальное рыхление

28,6

22,5

Технология no-till

28,4

23,8

Влажность почвы под посевами озимой пшеницы представлена в таблице 7.

Таблица 7 - Влажность почвы (% от абс. сухой почвы) под посевами озимой пшеницы в слое 0-30 см, в зависимости от способа основной обработки почвы и предшественника, 2004-2010 гг.

Обработка почвы

Сроки определения

Период посева

Период возобновления вегетации

Период уборки

Предшественник – чистый пар

Отвальная вспашка

28,3

28,7

22,1

Безотвальное рыхление

28,0

28,4

20,9

Технология no-till

28,4

28,8

22,2

Продолжение таблицы 7

Предшественник – сидеральный пар

Отвальная вспашка

26,1

29,3

24,6

Безотвальное рыхление

24,1

27,0

22,6

Технология no-till

25,9

28,7

22,3

Установлено, что влажность почвы не зависит от способа её обработки, но значительно изменяется в зависимости от периода вегетации культуры. Наибольшая влажность отмечается при весеннем отрастании озимой пшеницы, а наименьшая – перед уборкой. Заметных различий по вариантам основной обработки почвы не наблюдается.

2. 6 Урожайность сельскохозяйственных культур

Проведя исследования 2004-2010 гг. по влиянию обработки почвы и предшественника на урожайность озимой пшеницы, мы установили, что обработка почвы не оказывает достоверного влияния на изучаемый показатель. Так, в течение семи лет исследований, лишь в 2005 г., 2006 г. и в 2008 г. отмечаются достоверные различия по урожайности между вариантами обработки почвы. Но и в этих случаях, не один из изучаемых вариантов обработки почвы не является преимущественным (таблица 8). 

Таблица 8 - Влияние различных способов основной обработки почвы на урожайность озимой пшеницы (ц/га), 2004-2010 гг.

Обработка почвы

2004 г.

2005 г.

2006 г.

2007 г.

2008 г.

2009 г.

2010 г.

В среднем 2004-2010 гг.

Отвальная

вспашка

24,1

14,2

18,4

28,4

30,8

25,7

8,8

21,5

Безотвальное

рыхление

24,4

12,0

17,5

27,1

33,2

24,8

7,8

21,0

Технология no-till

27,2

16,2

22,1

26,9

25,8

25,0

8,1

21,6

НСР05

2,98

недост

1,18

дост

1,82

дост

2,83

недост

2,86

дост

1,33

недост

1,64

недост

При изучении влияния предшественника на урожайность озимой пшеницы отмечено положительное влияние чистого пара на изучаемый показатель (таблица 9).

Таблица 9 - Влияние предшественника на урожайность озимой пшеницы (ц\га), 2004-2010 гг.

Предшественник

2004 г.

2005 г.

2006 г.

2007 г.

2008 г.

2009 г.

2010 г.

В среднем 2004-2010 гг.

Чистый пар

34,8

15,8

19,7

29,2

29,9

29,4

8,7

23,9

Сидеральный пар

15,6

12,4

18,9

25,7

-

20,9

7,7

14,5

НСР05

2,43

дост

0,96

дост

1,49

недост

2,31

дост

2,34

дост

1,09

дост

1,34

недост

Исключение составляют лишь 2006 г. и 2010 г., где не обнаружено достоверных различий, в остальные годы различия по урожайности достоверны. В среднем за годы проведённых исследований 2004-2010 гг. отмечено увеличение урожайности озимой пшеницы при размещении её в севообороте после чистого пара в 1,6 раз по сравнению с размещением культуры после сидерального пара.

2. 7 Эколого-экономическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур

Эколого–экономическая оценка эффективности различных способов основной обработки почвы позволяет реально учитывать изменение уровня плодородия почвы и эколого–экономические последствия проводимых мероприятий.

Так при возделывании озимой пшеницы по отвальной вспашке прибыль составила 1,69 тыс. руб./га, при безотвальном рыхлении почвы 2,55 тыс. руб./га. Уровень совокупной рентабельности составлял соответственно 14,54% и 24,47% (таблица 10).

Таблица 10 - Эколого-экономическая оценка возделывания озимой пшеницы в зависимости от различных способов основной обработки почвы

Показатели

Единицы

измерения

Способы основной обработки почвы

Отвальная вспашка

Безотвальное рыхление

Технология no-till

Урожайность

т/га

2,42

2,35

2,41

Стоимость произведённой продукции

тыс. руб./га

13,31

12,93

13,25

Стоимостной эквивалент снижения почвенного плодородия

тыс. руб./га

3,61

3,50

3,61

Производственные затраты с учётом стоимости на восстановление почвенного плодородия

тыс. руб./га

11,62

10,38

15,16

Прибыль

тыс. руб./га

1,69

2,55

- 1,91

Уровень совокупной рентабельности

%

14,54

24,47

-

Окупаемость

%

-

-

87,40

Прибыль от возделывания озимой пшеницы по технологии no-till (отказ от осенней механической обработки почвы) имеет отрицательное значение. Окупаемость затрат при этом составила 87,40%.

Эколого-экономическая оценка различных технологий возделывания озимой пшеницы показывает, что с точки зрения эколого-экономического анализа наиболее эффективным является вариант безотвального рыхления почвы.

ВЫВОДЫ

1. Почвы агроценозов лесостепного Поволжья характеризуются значительными сезонными колебаниями численности основных групп микроорганизмов и менее существенными изменениями этого показателя в зависимости от технологии обработки почвы.

2. Способ основной обработки пара не оказывает существенного влияния на общую биогенность почвы, однако отсутствие осенней механической обработки (технология no-till) вызывает снижение биогенности слоя почвы 20-30 см и увеличение биогенности слоя 0-5 см.

3. В среднем за вегетацию озимой пшеницы в годы с достаточным увлажнением наблюдается высокая активность изучаемых групп почвенных микроорганизмов (микромицеты, бактерии, актиномицеты) и равномерное их распределение по пахотному горизонту почвы. В годы с достаточным увлажнением преобладающей группой почвенных микроорганизмов являются бактерии. В годы с недостаточным увлажнением не наблюдается депрессии почвенной микрофлоры, количество микроорганизмов остаётся на высоком уровне за счёт увеличения численности актиномицетов

4. Способ обработки почвы не оказывает влияния на активность ферментов: уреазы, каталазы, полифенолоксидазы и пероксидазы, но оказывает влияние на распределение уреазы по слоям почвы, так при снижении механической нагрузки наблюдается увеличение активности фермента в верхнем слое почвы 0-10 см и снижение его активности с увеличением глубины. Тогда как наибольшая активность полифенолоксидазы отмечена в слое 20-30 см независимо от системы обработки почвы.

5. Разложение растительных остатков происходило медленнее в варианте применения технологии no-till независимо от вида предшественника озимой пшеницы.

6. Влажность и плотность сложения почвы не зависят от изучаемых способов её обработки.

7. Урожайность озимой пшеницы не зависит от способа обработки почвы, но зависит от предшественника, так по фону чистого пара отмечено увеличение урожайности в 1,6 раз по сравнению с размещением культуры после сидерального пара.

8. Эколого-экономическая оценка различных технологий возделывания озимой пшеницы показывает, что с точки зрения эколого-экономического анализа наиболее эффективным является вариант безотвального рыхления почвы.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Под озимую пшеницу и пар основную обработку целесообразно существенно минимализировать, осуществляя ее дисковыми орудиями или комбинированными агрегатами на глубину до 10-12 см.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Марковская, Г. К. Влияние различных способов основной обработки почвы на её биологическую активность в условиях лесостепной зоны Самарской области / Г. К. Марковская, Ю. В. Юдина // Достижения науки и техники АПК.- 2009.-№3.-С. 21-23.

2. Марковская, Г. К. Сравнительное изучение различных способов основной обработки почвы и их влияние на микробиоту почвы на посевах озимой пшеницы в условиях лесостепи Среднего Заволжья / Г. К. Марковская, Ю. В. Степанова // Вестник Ульяновской ГСХА.- 2011.-№4(16).-С. 32-37.

Публикации в иных изданиях

3. Марковская, Г. К. Влияние различных способов основной обработки на микробиоту почвы при возделывании яровой пшеницы в условиях лесостепи Заволжья / Г. К. Марковская, Г. В. Милюткина, Н. А. Кирясова, Ю. В. Юдина // Известия Самарской ГСХА.- 2006.-№4.-С. 17-19.

4. Милюткина, Г. В. Влияние различных способов основной обработки на ферментативную активность почвы и разложение растительных остатков при возделывании яровой  пшеницы в  условиях лесостепи Заволжья / Г. В. Милюткина, Н. А. Кирясова, Ю. В. Юдина // Известия Самарской ГСХА.-2006.-№4.-С. 19-21.

5. Юдина, Ю. В. Влияние способов основной обработки почвы на её биологическую активность / Тезисы докладов XXXII Самарской областной студенческой научной конференции.- Самара.- 2006.- С. 168.

6. Юдина, Ю. В. Влияние способов основной обработки почвы на её биологическую активность / Роль молодых учёных в реализации национального проекта «Развитие АПК» Материалы научно-практической конференции молодых учёных Приволжского федерального округа.- Саратов.- 2007.- С. 249-252.

7. Юдина, Ю. В. Влияние способов основной обработки почвы на её биологическую активность. Студент и аграрная наука Материалы I Всероссийской студенческой научной конференции.- Уфа.- 2007.- С. 40-42.

ЛР № 020444  от 10.03.98 г.

Подписано в печать 25.04.2012.

Формат 6084 1/16.

Бумага офсетная

Усл. печ. л.1,0.

Заказ № 126 тираж 100

Редакционно-издательский центр Самарской ГСХА

446442, Самарская обл., пос. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2

Тел.: (84663) 46-2-44, 46-2-47

Факс 46-2-44

E-mail: ssaariz@ mail.ru






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.