CC BY
43
doi: 10.24411/0044-3913-2020-10306
УДК 631.461.:633.11 «324»:631.872-027.32/33
Влияние сжигания стерни и соломы озимой пшеницы на численность микроорганизмов в чернозёме выщелоченном
Influence of erosion process development on the content of mobile phosphorus and potassium and on the productivity of winter wheat on arable land and forbs-cereals associations on virgin soil
V. A. Stukalo, T. G. Stepanenko, V. D. Drup, S. V. Okrut, T. G. Zelenskaya
Stavropol State Agrarian University, per Zootekhnicheskii, 12, Stavropol', 355017, Russian Federation
Abstract. The studies aimed to compare changes in the morphological characteristics of darkchestnutsoils, the content of mobile phosphorus and potassium, and winter wheat productivity due to the development of erosion processes to establish the possibility of the use of these soils as arable land. The work was carried out in 20172019 in the Petrovsky urban district ofthe Stavropol Territory. The soil was dark chestnut carbonate. The term of use of arable land was 56 years. A landscape plot with complex relief was selected for the study. The steepness of the slope was 3.4 degrees, the length ofthe slope was 710 m. Two factors were studied in the experiment: A - the type of land (virgin land and arable land), B - the type of relief (upland, steep slope, foot ofthe slope, eluvial landscape). During the years ofthe research, arable land was used to growwinterwheat Yuka, and forbs-cereals associations grew on virgin soil. The involvement of dark chestnut soils in arable land led to a decrease in the content of nutrients compared to virgin soil due to theircarry-overwith harvest and a decrease in the thickness of soil horizons due to the development of water and wind erosion. The productivity of forbs-cereals associations on virgin soil was in the range of 0.96-1.14 t/ha, and their productivity was 336.0-339.0 fodder units/ha. The highest yield on arable land over the years of the research was noted under the conditions of the key plot of the eluvial landscape (a zone with an accumulative functon) - 4.64 t/ha. At the foot of the slope (a zone with a partially accumulative function) and on the upland (a zone of deflation), it was 3.80-3.87t/ha, on the steep slope (a zone of water erosion) - 3.14 t/ha. The productivity of 1 ha of arable land was higher than that of virgin lands by a factor of20-25. Trend models reflected a close and very close relationship between the thickness of the soil horizon, the content of mobile phosphorus, potassium and the productivity of winter wheat (r=0.884-0.983).
Keywords: virgin soil; arable land; morphological characteristics of soils; winter wheat (Triticum aestivum L.); productivity; fodder units; economic efficiency; degradation; erosion processes; erosion.
Author Details: V. A. Stukalo, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: stukalo.vladimir@ gmail.com); T. G. Stepanenko, Cand. Sc. (Biol.), 0 assoc. prof.; V. D. Drup, Cand. Sc. (Biol.), assoc. N prof.; S. V. Okrut, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.;
T. G. Zelenskaya, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. P) For citation: Stukalo VA, Stepanenko TG, S< Drup VD, et al. [Influence of erosion process de-^ velopment on the content of mobile phosphorus s and potassium and on the productivity of winter Hj wheat on arable land and forbs-cereals associate tions on virgin soil]//Zemledelie. 2020;(3):21 -4. ® Russian. doi: 10.24411 / 0044-3913-2020-S 10305.
В. С. ЦХОВРЕБОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
(e-mail: [email protected]) В. И. ФАИЗОВА, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
в. я. Лысенко, кандидат
сельскохозяйственных наук, доцент
А. А. НОВИКОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Д. В. КАЛУГИН, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Ставропольский государственный аграрный университет, пер. Зоотехнический, 12, Ставрополь, 355017, Российская федерация
Цель исследований - изучить влияние сжигания стерни и соломы озимой пшеницы на численность различных физиологических групп микроорганизмов и содержание основных элементов питания в выщелоченном черноземе Ставропольского края. Содержание гумуса в почве перед закладкой опыта составляло 4,1...4,3 %, рН - 6,8, ёмкость поглощения - 37.38
' вод ' ' '
мг-экв./100 г, содержание подвижных (по Мачигину) форм фосфора и калия - соответственно 18.25 и 280.290 мг/кг, серы - 3,5.4,0 мг/кг. Среднемноголетняя сумма осадков за год - 630.650 мм, гидротермический коэффициент за период вегетации - 1,1.1,2. Сжигание стерни и соломы проводили на площадках 5 м2, затем имитировали полив дистиллированной водой в дозе 250 м3/га. Масса соломы составляла 5,0.5,5 т/га. Почвенные образцы отбирали из слоя 0.5 см. Первый отбор проводили сразу после сжигания, второй - через сутки, третий - через 5 суток после увлажнения. Сжигание не повлияло на численность аммонификаторов. При их количестве 60 млн КОЕ/гпочвы разница с контролем без сжигания составила 2,5 млн (НСР 9,7 млн КОЕ/г). Через сутки численность микроорганизмов этой группы возросла втрое. Аналогичная картина отмечена и по численности нитрификато-ров. Количество Azotobacter сразу после сжигания стерни оставалось неизменным, через сутки величина этого показателя в контрольном варианте увеличивалась почти в 2 раза, в опытном - в 3 раза. Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов сразу после сожжения стерни снижалась до 160 тыс. КОЕ/г, или на 20 тыс. КОЕ/г, по сравнению с контролем, а через сутки после полива возрастала до 226 и 249 тыс. КОЕ/г соответственно.
Численность микромицетов подчинялась такой же динамике. После сжигания стерни и её увлажнения отмечено увеличение содержания нитратного азота и подвижного калия, в сравнении с контролем, тогда как концентрация подвижных фосфора и серы оставалась неизменной.
Ключевые слова: сжигание стерни, численность микроорганизмов, аммони-фикаторы, нитрификаторы, микромицеты, элементы питания.
Для цитирования: Влияние сжигания стерни и соломы озимой пшеницы на численность микроорганизмов в чернозёме выщелоченном / В. С. Цховребов, В. И. Фаизова, В. Я. Лысенко и др. // Земледелие. 2020. № 3. С. 24-26. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10306.
Сегодня необходимость заделки соломы злаковых культур в почву и нецелесообразность её сжигания не вызывает сомнений в сообществе почвоведов и земледелов [1, 2]. Однако существуют некоторые исключения, когда солому лучше сжечь. Такая необходимость появляется при отсутствии комбайнов с измельчителями соломы или дефиците азотных удобрений, которые необходимо вносить на стерню как обязательный технологический приём, способствующий увеличению скорости разрушения растительных остатков. К тому же это может быть и фитосанитарным приёмом на поле, в котором отмечали вспышки определённых болезней [3, 4].
Вопрос о влиянии сжигания стерни на показатели почвы, в том числе и микробиологические, остаётся дискуссионным. Одни исследователи считают, что при сжигании растительных остатков погибает микрофлора в верхнем почвенном горизонте, которая длительное время не восстанавливается [5]. Некоторые авторы придерживаются другого мнения [6].
Цель исследования - изучить влияние сжигания стерни и соломы озимой пшеницы на численность различных физиологических групп микроорганизмов и содержание основных макроэлементов питания в почве.
Исследования проводили в 2019 г. на опытной станции Ставропольского ГАУ. Почва - чернозем выщелоченный мощный малогумусный тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках, содержание гумуса - 4,1...4,3 %;
1. Количество различных физиологических групп микроорганизмов в слое 0...5 см чернозёма выщелоченного
в результате сжигания стерни
Вариант Влажность почвы,% Аммонификато-ры, млн КОЕ/г Нитрификаторы, млн КОЕ/г А2о1оЬас1ег, тыс. КОЕ/г Целлюлозоразруша-ющие, тыс. КОЕ/г Микромицеты, тыс. КОЕ/г
Исходное: без сжигания (контроль) 14,3 62,5 55,0 15,0 181 204
после сжигания - 60,0 64,5 14,0 164 162
Через 1 сутки после увлажнения: без сжигания (контроль) 22,6 177,0 143,0 27,5 226 251
после сжигания 21,9 186,5 172,5 48,0 249 270
Через 5 суток после увлажнения без сжигания (контроль) 17,3 115,0 110,0 22,0 358 258
после сжигания 16,7 146,0 142,0 24,0 345 292
НСР05 1,8 9,7 11,0 4,2 17,0 20,5
рН водной вытяжки - 6,8; ёмкость поглощения - 37.. .38 мг-экв./100 г; степень насыщенности основаниями - до 93 %; содержание (по Мачигину) подвижного фосфора и калия - соответственно 18.25 и 280.290 мг/кг, серы - 3,5.4,0 мг/кг
Территория опытной станции находится в зоне неустойчивого увлажнения, годовое количество осадков составляет обычно 630.650 мм, в том числе за период вегетации - 350. 400 мм, гидротермический коэффициент за вегетацию - 1,1.1,2, сумма активных температур - 2800.3000 оС.
Сжигание стерни проводили на площади в 5 м2, затем имитировали полив дистиллированной водой в дозе 250 м3/га (25 мм осадков). Масса соломы составляла 5,0.5,5 т/га, при урожайности озимой пшеницы в 4,5.5,0 т/га. Смешанные почвенные образцы отбирали из верхнего слоя 0.5 см на сожженной и несожженной части. Первый отбор проводили сразу после сжигания стерни, второй - через 1 сутки и третий - через 5 суток после увлажнения. В образцах определяли влажность, количество микроорганизмов различных групп и содержание элементов питания. Кроме того, сразу после сжигания измеряли температуру почвы в слоях 0.2 и 3.5 см. Опыт заложен в трёхкратной повторности. В контрольном варианте сжигание не проводили.
Численность колоний образующих единиц (КОЕ) микроорганизмов определяли путем прямого подсчета выросших колоний на твердых, селективных питательных средах: ам-монификаторов - на мясо-пептонном агаре (МПА); микроорганизмов, использующих минеральные формы азота - на крахмало-аммиачном агаре (КАА); азотфиксаторов рода Azo1o-Ьас1ег - на среде Эшби; целлюлозо-разрушающих микроорганизмов - на среде Гетчинсона; микромицетов - на среде Чапека-Докса. Содержание нитратного азота определяли потен-циометрическим методом; подвижных фосфора и калия - по Мачигину в модификации ЦИНАО; подвижной серы - по методике ЦИНАО, влажность почвы - весовым методом, тем-
пературу почвы - с использованием электронного экспресс-термометра.
В начальный период влажность почвы в слое 0.5 см составляла 14,4 % (табл. 1). Это всего на 2,8 % выше влажности завядания. Через сутки после увлажнения почвы дистиллированной водой в дозе 250 м3/га (имитация 25 мм осадков) величина этого показателя в контроле возрастала на 8,3 %, в опытном варианте - на 7,6 %. Через 5 суток после увлажнения она снижалась до 17,3 и 16,7 % соответственно.
Температура почвы до сжигания в слое 0.2 см была равна 38 оС, в слое 3.5 см - 26 оС. Сжигание стерни и соломы привело к кратковременному ее повышению до 65 оС и 34 оС соот-вественно.
Сжигание стерни и соломы не повлияло на численность аммонифика-торов (см. табл. 1). При количестве микроорганизмов 60 млн КОЕ/г почвы разница с контролем составила 2,5 млн КОЕ/г при НСР = 9,7 млн КОЕ/г. Через сутки после имитации полива численность микроорганизмов этой группы возросла втрое, что произошло в результате увлажнения почвы. Достоверной разницы по величине исследуемого показателя между вариантами со сжиганием стерни и соломы и без него не отмечено.
Через 5 дней после полива наблюдали некоторое сокращение популяции аммонификаторов, по сравнению с предыдущим периодом. Так, численность микроорганизмов в контроле со 178 млн КОЕ/г уменьшилась до 115 млн КОЕ/г, а в варианте со сжиганием - со 186,5 до 146,0 млн КОЕ/г. На наш взгляд основная причина таких изменений - снижение влажности почвы. Необходимо отметить, что в варианте со сжиганием стерни и соломы количество микроорганизмов исследуемой группы было достоверно (на 31 млн КОЕ/г) выше, чем в контроле. Следовательно, сжигание стерни не влияет на численность аммонификаторов как сразу после сжигания, так и через сутки после увлажнения.
Аналогичная ситуация отмечена и для микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, абсолютное большинство которых представ-
лено нитрификаторами. Как известно, между этими двумя физиологическими группами микроорганизмов существует тесная метабиотическая связь, обусловленная тем, что выделения аммонификаторов служат пищей для нитрификаторов. Это приводит к сходству изменений численности микроорганизмов указанных групп.
Численность азотфиксаторов рода Azotobacter сразу после сжигания стерни оставалась практически неизменной, через сутки после увлажнения в контроле она увеличивалась почти в 2 раза, в варианте со сжиганием стерни и соломы - в 3 раза. Рост численности азотфиксакторов также можно связать с повышением влажности почвы, при этом после сжигания соломы он был достоверно выше, чем в контроле. Возможно, повлияло единовременное обогащение почвы поступившими продуктами горения соломы, среди которых немаловажное значение имеет калий [7, 8].
Через 5 суток после сжигания и имитации полива количество азотфиксаторов снижалось в 1,5. 2,0 раза при отсутствии различий между исследуемыми вариантами.
В изменении численности целлю-лозоразрушающих микроорганизмов отмечены некоторые отличия, по сравнению с азотпреобразующими. Так, сразу после сжигания стерни и соломы установлено достоверное уменьшение величины этого показателя до 160 тыс. КОЕ/г, или на 20 тыс. КОЕ/г, по сравнению с контролем. Через сутки после полива их численность возросла в контрольном и опытном вариантах до 226 и 249 КОЕ/г, а через 5 суток - до 358 и 345 тыс. КОЕ/г соответственно при отсутствии достоверных различий между вариантами в оба срока определения. ы
Количество микромицетов из- е
менялось в соответствии с такой же л
закономерностью, которая отмечена д
для целлюлозоразрушающих микро- л
организмов. Для них так же было ха- и
ф
рактерно снижение популяции сразу 2
после сжигания стерни и соломы. По 3
всей видимости, в верхнем пересу- м
шенном слое почвы, подверженном 2
действию ультрафиолетового излу- о
2. Содержание элементов питания в слое 0...5 см чернозема выщелоченного,
мг/кг
Вариант N-NO3 P2O5 K2O S
Исходное:
без сжигания (контроль) 8,5 18,2 295 3,5
после сжигания 8,8 19,1 305 3,8
Через 1 сутки после увлажнения: без сжигания (контроль) 11,6 18,5 290 3,5
после сжигания 14,8 20,2 326 3,8
Через 5 суток после увлажнения: без сжигания (контроль) 8,8 18,0 290 3,5
после сжигания 9,0 18,5 310 3,7
НСР05 1,1 1,5 9,4 0,4
чения [8, 9], бактериальная микрофлора не сохраняет свою популяцию. По этой причине микроскопические грибы, которыми представлена в большинстве своём и целлюлозораз-рушающая микрофлора, осуществляющие свою жизнедеятельность на поверхности и в верхних слоях почвы, в большей степени страдают от перегрева в результате сжигания стерни. Для них характерно снижение численности сразу после сжигания и увеличение после полива, особенно через 5 суток. При этом разница с контролем достигает 34 тыс. КОЕ/г при величине этого показателя в контроле 258 тыс. КОЕ/г почвы (см. табл. 1). Следовательно, микроми-цеты очень быстро восстанавливают свою популяцию после воздействия высоких температур.
Содержание подвижных форм основных элементов питания (азота, фосфора, калия и серы) в почве сразу после сжигания стерни и соломы не изменялось (табл. 2). Через сутки после увлажнения отмечали достоверное увеличение содержания нитратного азота, особенно в варианте со сжиганием. Через 5 дней после полива величина этого показателя в обоих вариантах была близка к первоначальной.
Содержание подвижного калия через сутки после имитации полива в почве в контроле практически не изменилось и составляло 290 мг/кг. В варианте со сжиганием стерни и соломы отмечен рост величины этого показателя на 36 мг/кг Через 5 суток в опытном варианте она снижалась, но оставалась достоверно выше, чем в контроле, на 20 мг/кг.
Обеспеченность почвы подвижными формами фосфора и серы при сжигании стерни и соломы с последующим увлажнением не менялась. ^ Таким образом, сжигание стерни и о соломы озимой пшеницы не приводит ю к снижению количества азотпреобра-^ зующей микрофлоры, представленной о аммонификаторами, нитрификаторами | и азотфиксаторами рода Azotobacter, в слое почвы 0.5 см. При увлажнении ® дистиллированной водой в результате 5 имитации полива в дозе 250 м3/га (25 $ мм осадков) происходит увеличение
чиленности изучаемых микроорганизмов, особенно в вариантах со сжиганием стерни, хотя и незначительно. Количество микромицетов и целлю-лозоразрушающих микроорганизмов сразу после сжигания уменьшается. После увлажнения почвы их численность также возрастает. Следовательно, воздействие высоких температур, в конечном итоге, не приводит к снижению популяции микробов.
Сжигание стерни и соломы с последующим увлажнением приводит к увеличению содержания нитратного азота и подвижного калия в почве, тогда как содержание подвижных фосфора и серы остаётся неизменным.
Литература.
1. Багаутдинов Ф. Я., Хазиев Ф. Х., Му-катанов А. Х. Влияние соломы и древесных опилок на некоторые биохимические процессы в эродированных почвах // Агрохимия. 1985. № 2. С. 75-81.
2. Дзюин А. Г. Влияние соломы в севообороте на численность микроорганизмов и биологическую активность почвы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018. Т. 62. № 1. С. 58-64.
3. Мишустин E. H. Текущие задачи в изучении микробного населения почв // Микробные сообщества и их функционирование в почве: Сб. науч. тр. Киев: Науко-ва думка, 1981. С. 3-13.
4. О природе продуктов разложения соломы в почве, ингибирующих рост растений / В. Т. Емцев, JI. K. Ницэ, М. Х. Брук и др. // Известия ТСХА. Вып. З. 1981. С. 81-87.
5. Авров O. E. Влияние температуры и влажности почвы на разложение соломы // Использование соломы как органического удобрения. М.: Наука, 1980. С. 103-113.
6. Гамаюнова B. B. Влияние запахивания и сжигания соломы на плодородие почвы и урожай культур // Орошаемое земледелие. 1986. № 31. С. 11-16.
7. Мишустин E. H. Использование соломы в качестве удобрения // Почвоведение. 1971. № 8. С. 49-54.
8. Bakken Lars R. Straw decomposition in soil, effects on denitrification and mineralization/immobilization of nitrogen during the fall and spring // Meld. Norg. Landbrukshogsk. 1986. № 13. Р. 1-16.
9. Soil fertility problems in Central Ciscaucasia / VS Tskhovrebov, VI Faizova, AM Nikiforova et al. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2017. Т. 8. № 6. С. 574-580.
Influence of burning of stubble and straw of winter wheat on the population of microorganisms in leached chernozem
V. S. Tshovrebov, V. I. Faizova, V. Ya. Lysenko, A. A. Novikov, D. V. Kalugin
Stavropol State Agrarian University, per. Zootekhnicheskii, 12, Stavropol', 355017, Russian Federation
Abstract. The research aimed to study the effect of burning stubble and straw of winter wheat on the population of different physiological groups of microorganisms and the content of the main nutrients in leached chernozem of the Stavropol Territory. The humus content in the soil before the experiment was 4.1-4.3%, pH - 6.8 units, absorption capacity - 37-38 mEq/100 g, the content of mobile forms of phosphorus and potassium (according to Machigin) - 18-25 and 280-290 mg/kg, respectively, the content of sulphur was 3.5-4.0 mg/kg. The long-term average annual precipitation is 630-650 mm, the hydrothermal coefficient for the growing season is 1.1-1.2. The stubble and straw of winter wheat were burned on an area of 5 m2, and then we imitated irrigation with distilled water at the dose of 250 m3/ ha (25 mm of precipitation). The straw mass was about 5.0-5.5 t / ha. Soil sampled from the upper horizon of 0-5 cm. The first sampling was carried out immediately after burning, the second - in a day, the third - in 5 days after moistening. Burning did not affect the number of ammonifiers. With their amount of 60 million CFU/g of soil, the difference with the control without burning amounted to 2.5 million (LSD was 9.7 million CFU/g). A day later, the number of microorganisms in this group tripled. A similar pattern was noted in the number of nitrifying microorganisms. The amount of Azotobacter immediately after stubble burning remained unchanged, in 24 hours the value of this indicator in the control variant increased almost 2 times, in the experimental one - 3 times. The number of cellulose-destroying microorganisms immediately after stubble burning decreased to 160 thousand CFU/g, or by 20 thousand CFU/g, compared to the control, and in a day after irrigation, it increased to 226 and 249 thousand CFU/g, respectively. The number of micromy-cetes obeyed the same dynamics. After stubble burning and its moistening, an increase in the content of nitrate nitrogen and mobile potassium was noted in comparison with the control, while the concentration of mobile phosphorus and sulphur remained unchanged.
Keywords: stubble burning; number of microorganisms; ammonifiers; nitrifiers; micromycetes; nutrients.
Author details: V. S. Tskhovrebov, D. Sc. (Agr.), prof. (e-mail: [email protected]);
V. I. Faizova, D. Sc. (Agr.), prof.; V. Ya. Lysenko, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; A. A. Novikov, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; D. V. Kalugin, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Tskhovrebov VS, Faizova
VI, Lysenko VYa et al. [Influence of burning of stubble and strawof winter wheat on the population of microorganisms in leached chernozem]. Zemledelie. 2020;(3):24-6. Russian. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10306.
