Введение
В настоящее время сельскохозяйственное производство является мощным фактором антропогенного воздействия на окружающую среду. Хозяйственное использование земель приводит к коренной перестройке природных ландшафтов и формированию антропогенных. Применяя необходимые севообороты и удобряя почву, человек стремится поддерживать плодородие почвы для повышения урожаев [12]. Одним из условий сохранения и дальнейшего повышения плодородия орошаемых почв является постоянное совершенствование агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур, среди которых огромное значение для каждой почвенно-климатической зоны имеет построение научно-обоснованных систем чередования культур в полевых севооборотах. Севообороты оказывают многогранное влияние на сложные биохимические процессы, протекающие в почве. Авторами показано, что севооборот играет главную роль в сохранении плодородия [3] и повышении биологической активности почв [16, 17].
Цель настоящего исследования – многолетнее сравнительное изучение закономерностей изменения биологической активности почв субтропической зоны в целинных вариантах, в севообороте и при бессменном выращивании культур, которое позволяет глубже и полнее понять значение севооборотов в повышении плодородия почв и получения высоких урожаев.
Объекты и методы проведения исследований
Объектами исследований являются орошаемые и целинные cеро-бурые, лугово-сероземные, аллювиально-лугово-лесные и желтоземно-глеевые почвы Азербайджана, исследования проводились в 1992—2015 годы.
В орошаемых серо-бурых почвах (in WRB – Irragic gypsic calsisols) сухих субтропиков содержание гумуса составляет 1,5—1,9%, реакция почвенной среды слабощелочная (8,3—8,5), почва засоленная (хлорид-сульфатная). За годы исследований на орошаемых серо-бурых почвах в шестипольном овоще-кормовом (I схема) севообороте возделывали следующие культуры:
1. Люцерна 1-го года пользования + ячмень;
2. Люцерна 2-го года пользования;
3. Арбуз;
4. Картофель;
5. Чеснок;
6. Капуста белокочанная + томат.
В пятипольном овощном (II схема) севообороте:
1. Томат;
2.Фасоль;
3. Арбуз;
4. Картофель;
5. Фасоль.
Контролем служили одни и те же участки, где бессменно выращивали следующие культуры: томат, картофель, чеснок, белокочанная капуста, арбуз, фасоль.
В орошаемых лугово-сероземных почвах (in WRB – Irragic gleyic calsisols) сухих субтропиков пахотный горизонт содержит 1,3—2,8% гумуса. В морфологическом строении лугово-сероземных почв часто встречаются признаки засоления и оглеения. В орошаемых лугово-сероземных почвах в четырехпольном овоще-кормовом севообороте возделывали следующие культуры:
1. Люцерна 1-го года пользования;
2. Люцерна 2-го года пользования;
3. Огурцы;
4. Томат.
Контроль – на одних и тем же участках бессменно выращивали следующие культуры: огурец и томат.
В орошаемых аллювиально-лугово-лесных почвах (in WRB – Irragic mollic luvisols) полузасушливых субтропиков содержание гумуса составляет 3,0—3,5%, карбонатность наблюдается по всему профилю, реакция почвенной среды – слабощелочная (8,0—8,1). В шестипольном овоще-кормовом севообороте возделывали следующие культуры:
1. Люцерна 1-го года пользования + ячмень;
2. Люцерна 2-го года пользования;
3. Лук репчатый;
4. Огурцы;
5. Капуста белокочанная;
6. Травы (на сидерат ) + томат.
Контроль – на одних и тех же участках бессменно выращивали следующие культуры: томат, лук репчатый, огурцы, капуста белокочанная.
В орошаемых желтоземно-глеевых почвах (in WRB – Irragic gleyic luvisols) влажных субтропиков содержание гумуса составляет в верхних горизонтах 2,5—5,0%, реакция почвенной среды кислая (водный 5,5—6,5, солевой 5,0—5,5). В орошаемых желтоземно-глеевых почвах в пятипольном овощном севообороте возделывали следующие культуры:
1. Томат;
2. Капуста белокочанная + кукуруза на силос;
3. Лук репчатый;
4. Фасоль;
5. Фасоль.
Контроль – на одних и тех же участках бессменно выращивали следующие культуры: томат, капуста белокочанная, кукуруза на силос, лук репчатый, фасоль.
Показатели биологической активности почв определены по следующим методикам: в полевых условиях интенсивность выделения углекислого газа определяли по Макарову [11], разложения целлюлозы – по Вострову и Петровой [2], в лабораторных условиях активность ферментов – по Хазиеву [14], интенсивность процесса нитрификации – по Болотиной, Абрамовой [1], аммонификации – по Теппер с соавт [13]. Микробиологические анализы проведены методом посева на стандартных питательных средах по методике Института Микробиологии Академии Наук СССР (Москва): на мясо-пептонном агаре (МПА) учитывали общее количество бактерий, использующих органический азот, на крахмало-аммиачном агаре (КАА) – численность бактерий, утилизирующих минеральные формы азота, на среде Чапека – почвенные микроскопические грибы. Далее подсчитывали общее число колоний, выросших на данной среде, и определяли общую численность микроорганизмов определенной физиологической группы. Все наблюдения проводили в пахотном (в слое 0–25 см) и подпахотном (в слое 25–50 см) горизонтах, все анализы проводились в 3-х кратной повторности. Полученные данные подвергались статистической обработке по общепринятой методике.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлено, что на формирование и изменение биологических свойств почв существенное влияние оказывает использование их в сельскохозяйственном производстве, которое представляет собой комплекс разнообразных антропогенных факторов, влияющих на биологическую активность [6]. Активность ферментов является основным биохимическим показателем и индикатором плодородия почв и диагностическим показателем биохимических процессов [6, 17]. Ферментативная активность почвы отражает интенсивность и направленность в ней основных биохимических процессов: синтеза и распада гумуса, гидролиза органических соединений, окислительно-восстановительного режима почвы. Ферментативный пул почвы характеризует не только текущий уровень биохимических процессов в почве, но и интенсивность деятельности почвенной биоты в прошлом, поскольку ферменты способны иммобилизоваться и накапливаться в почве, и при определенных условиях проявлять биокаталитические функции [15].
Активность фермента инвертазы. В орошаемых желтоземно-глеевых почвах ферментативная активность инвертазы была наиболее высокой. Если в орошаемых серо-бурых почвах ферментативная активность инвертазы в 0—50 см слое колебалась в интервале 6,40—15,26, при бессменном возделывании – 5,38—11,83; в лугово-сероземных почвах, соответственно, – 6,19—12,63 и 3,66—8,75; в аллювиально-лугово-лесных почвах – 7,01—12,15 и 4,01—8,56; то в желтоземно-глеевых почвах – 8,30—15,35 и 6,69—13,17 мг глюкозы на г почвы за 24 часа (таблицы 1—4). Биологическая активность изучаемых почв убывает в следующем ряду: желтоземно-глеевые > серо-бурые > аллювиально-лугово-лесные > лугово-сероземные.
Активность фермента уреазы. В орошаемых серо-бурых почвах активность фермента уреазы в пахотном и подпахотном слоях изменялась в интервале 2,02—4,20 и при бессменном – 1,41—2,97, в лугово-сероземных почвах, соответственно, 1,76—5,01 и 0,92—2,44; в аллювиально-лугово-лесных почвах –
Таблица 1 – Статистическая обработка активности ферментов орошаемых серо-бурых почв
|
Варианты |
Глубина, см |
n |
инвертаза, мг глюкоза/г почвы за 24 час x±t05sx |
уреаза, мг/NH4 1 г почвы за 24 час x±t05sx |
фосфатаза, мг/P2O5 г почвы за 1 час x±t05sx |
каталаза, см3 О2 г почвы за 1 мин x±t05sx |
дегидрогеназа, мг/TFF 10 г почвы за 24 час x±t05sx |
I схема – шестипольный овоще-кормовой севооборот
|
I Люцерна 1-го года пользования + ячмень |
0-25 |
108 |
12,30±0,342 |
3,12±0,085 |
2,91± 0,078 |
13,8±0,596 |
6,69±0,171 |
|
25-50 |
108 |
10,75±0,371 |
2,76±0,080 |
1,71± 0,065 |
11,6±0,618 |
5,10±0,190 |
|
|
II Люцерна II года пользования |
0-25 |
108 |
14,19±0,309 |
3,62±0,113 |
3,35± 0,112 |
15,0±0,651 |
8,26±0,315 |
|
25-50 |
108 |
12,21±0,318 |
3,29±0,112 |
2,27± 0,109 |
13,5±0,652 |
6,57±0,311 |
|
|
III Арбуз |
0-25 |
108 |
12,47±0,406 |
3,42±0,111 |
2,78± 0,092 |
13,6±0,535 |
6,84±0,221 |
|
25-50 |
108 |
10,62±0,302 |
2,89±0,121 |
2,04± 0,076 |
11,7±0,460 |
4,64±0,139 |
|
|
IV Картофель |
0-25 |
108 |
10,78±0,447 |
2,97±0,106 |
2,40± 0,101 |
12,3±0,438 |
4,85±0,212 |
|
25-50 |
108 |
9,25±0,306 |
2,38±0,077 |
1,78± 0,102 |
10,0±0,380 |
2,97±0,103 |
|
|
V Чеснок |
0-25 |
108 |
8,59±0,370 |
2,61±0,089 |
1,74± 0,098 |
11,2±0,414 |
4,55±0,158 |
|
25-50 |
108 |
7,73±0,288 |
2,20±0,072 |
1,36± 0,071 |
8,7±0,323 |
3,91±0,126 |
|
|
VI Белокочанная капуста +томат |
0-25 |
108 |
12,27±0,329 |
3,10±0,089 |
2,72± 0,056 |
13,3±0,469 |
5,26±0,178 |
|
25-50 |
108 |
10,68±0,319 |
2,76±0,078 |
2,20± 0,065 |
10,8±0,414 |
4,34±0,213 |
II схема – пятипольный овоще-бобовый севооборот
|
I Картофель |
0-25 |
90 |
9,86±0,436 |
2,71±0,105 |
2,17±0,107 |
11,1±0,461 |
4,40±0,176 |
|
25-50 |
90 |
8,31±0,388 |
2,23±0,081 |
1,30±0,037 |
8,8±0,306 |
2,69±0,132 |
|
|
II Фасоль |
0-25 |
90 |
12,44±0,483 |
3,43±0,126 |
3,10±0,079 |
13,4±0,581 |
6,36±0,218 |
|
25-50 |
90 |
11,01±0,377 |
3,19±0,130 |
2,22±0,093 |
11,4±0,604 |
4,87±0,165 |
|
|
III Арбуз |
0-25 |
90 |
10,99±0,426 |
3,17±0,133 |
2,43±0,103 |
11,3±0,610 |
5,95±0,192 |
|
25-50 |
90 |
9,66±0,309 |
2,56±0,115 |
1,86±0,080 |
8,9±0,386 |
4,23±0,170 |
|
|
IV Томат |
0-25 |
90 |
10,40±0,340 |
2,83±0,106 |
2,66±0,069 |
11,3±0,449 |
5,25±0,152 |
|
25-50 |
90 |
9,11±0,356 |
2,46±0,094 |
2,19±0,089 |
9,7±0,407 |
4,57±0,170 |
|
|
V Фасоль |
0-25 |
90 |
12,56±0,436 |
3,31±0,118 |
3,13±0,120 |
14,2±0,621 |
6,61±0,216 |
|
25-50 |
90 |
10,97±0,336 |
3,03±0,108 |
2,27±0,078 |
11,8±0,672 |
4,59±0,164 |
Бессменно
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Томат |
0-25 |
108 |
8,82±0,492 |
1,95±0,120 |
1,70±0,102 |
9,1±0,481 |
3,55±0,142 |
|
25-50 |
108 |
7,74±0,424 |
1,65±0,108 |
0,79±0,056 |
7,7±0,445 |
3,01±0,141 |
|
|
Арбуз |
0-25 |
108 |
8,23±0,417 |
2,01±0,091 |
1,33±0,122 |
7,5±0,406 |
3,12±0,189 |
|
25-50 |
108 |
6,96±0,411 |
1,53±0,084 |
0,67±0,046 |
6,7±0,417 |
2,28±0,118 |
|
|
Картофель |
0-25 |
108 |
8,43±0,372 |
2,10±0,112 |
1,43±0,071 |
8,4±0,402 |
2,65±0,125 |
|
25-50 |
108 |
7,13±0,344 |
1,61±0,087 |
0,83±0,058 |
7,1±0,426 |
1,62±0,091 |
|
|
Чеснок |
0-25 |
108 |
7,81±0,357 |
1,73±0,108 |
0,74±0,053 |
7,6±0,301 |
2,27±0,105 |
|
25-50 |
108 |
5,99±0,270 |
1,40±0,049 |
0,62±0,052 |
6,5±0,423 |
2,22±0,105 |
|
|
Белокочанная капуста |
0-25 |
108 |
10,18±0,364 |
2,71±0,102 |
1,91±0,147 |
9,1±0,505 |
4,07±0,240 |
|
25-50 |
108 |
9,22±0,305 |
2,30±0,096 |
1,48±0,105 |
7,1±0,440 |
3,27±0,161 |
|
|
Фасоль |
0-25 |
90 |
10,34±0,536 |
2,72±0,120 |
2,16±0,145 |
10,6±0,611 |
5,07±0,281 |
|
25-50 |
90 |
9,30±0,467 |
2,40±0,095 |
1,66±0,127 |
8,0±0,599 |
3,77±0,236 |
Таблица 2 – Статистическая обработка активности ферментов орошаемых лугово-сероземных почв
|
Варианты |
Глубина, см |
n |
инвертаза, мг глюкоза/г почвы за 24 час x±t05sx |
уреаза, мг/NH4 1 г почвы за 24 час x±t05sx |
фосфатаза, мг/P2O5 г почвы за 1 час x±t05sx |
каталаза, см3 О2 г почвы за 1 мин x±t05sx |
дегидрогеназа, мг/TFF 10 г почвы за 24 час x±t05sx |
Четырехпольный овоще-кормовой севооборот
|
I Люцерна 1-го года пользования |
0-25 |
72 |
9,17±0,393 |
3,72±0,185 |
1,95±0,175 |
7,0±0,465 |
5,51±0,138 |
|
25-50 |
72 |
7,91±0,259 |
3,34±0,187 |
1,64±0,148 |
4,6±0,397 |
4,15±0,154 |
|
|
II Люцерна II года пользования |
0-25 |
72 |
10,29±0,494 |
4,32±0,220 |
2,68±0,113 |
8,2±0,620 |
5,86±0,144 |
|
25-50 |
72 |
9,37±0,373 |
3,91±0,195 |
1,88±0,089 |
5,2±0,409 |
5,33±0,142 |
|
|
III Огурцы |
0-25 |
72 |
9,00±0,328 |
3,06±0,221 |
1,04±0,050 |
6,5±0,428 |
5,66±0,200 |
|
25-50 |
72 |
7,57±0,402 |
2,39±0,194 |
0,43±0,036 |
4,7±0,405 |
4,81±0,265 |
|
|
IV Томат |
0-25 |
72 |
8,91±0,381 |
2,68±0,215 |
0,89±0,058 |
6,2±0,476 |
5,15±0,214 |
|
25-50 |
72 |
7,61±0,354 |
2,08±0,179 |
0,68±0,059 |
3,6±0,348 |
4,66±0,252 |
Бессменно
|
Томат |
0-25 |
72 |
7,20±0,446 |
1,96±0,205 |
0,30±0,052 |
4,1±0,427 |
3,79±0,367 |
|
25-50 |
72 |
5,85±0,402 |
1,24±0,191 |
0,23±0,034 |
2,7±0,374 |
2,04±0,312 |
|
|
Огурцы |
0-25 |
72 |
6,27±0,590 |
1,63±0,367 |
0,25±0,405 |
3,3±1,122 |
2,75±0,517 |
|
25-50 |
72 |
5,08±0,332 |
0,95±0,148 |
0,20±0,230 |
2,7±0,333 |
1,57±0,143 |
Таблица 3 – Статистическая обработка активности ферментов орошаемых аллювиально-лугово-лесных почв
|
Варианты |
Глубина, см |
n |
инвертаза, мг глюкоза/г почвы за 24 час x±t05sx |
уреаза, мг/NH4 1 г почвы за 24 час x±t05sx |
фосфатаза, мг/P2O5 г почвы за 1 час x±t05sx |
каталаза, см3 О2 г почвы за 1 мин x±t05sx |
дегидрогеназа, мг/TFF 10 г почвы за 24 час x±t05sx |
Шестипольный овоще-кормовой севооборот
|
I Люцерна 1-го года пользования + ячмень |
0-25 |
108 |
9,28±0,313 |
4,56±0,114 |
1,06±0,057 |
6,8±0,280 |
5,20±0,304 |
|
25-50 |
108 |
8,53±0,329 |
4,02±0,084 |
0,82±0,057 |
6,1±0,256 |
3,83±0,245 |
|
|
II Люцерна II года пользования |
0-25 |
108 |
11,17±0,184 |
5,05±0,118 |
1,23±0,063 |
8,1±0,296 |
5,59±0,284 |
|
25-50 |
108 |
10,51±0,213 |
4,59±0,112 |
1,10±0,087 |
7,3±0,331 |
4,74±0,252 |
|
|
III Репчатый лук |
0-25 |
108 |
8,44±0,187 |
3,84±0,093 |
0,62±0,029 |
6,1±0,189 |
4,82±0,280 |
|
25-50 |
108 |
7,81±0,187 |
3,37±0,106 |
0,36±0,028 |
5,2±0,206 |
3,64±0,197 |
|
|
IV Огурцы |
0-25 |
108 |
8,42±0,172 |
3,76±0,116 |
0,78±0,041 |
6,5±0,285 |
3,92±0,191 |
|
25-50 |
108 |
7,86±0,171 |
3,20±0,092 |
0,57±0,038 |
5,7±0,290 |
3,00±0,148 |
|
|
V Белокочанная капуста |
0-25 |
108 |
10,05±0,227 |
4,19±0,108 |
0,99±0,044 |
6,9±0,226 |
4,69±0,254 |
|
25-50 |
108 |
9,06±0,246 |
3,45±0,094 |
0,46±0,031 |
5,9±0,225 |
4,09±0,233 |
|
|
VI Зеленая трава+ томат |
0-25 |
108 |
10,73±0,254 |
4,04±0,117 |
0,88±0,046 |
8,1±0,247 |
5,09±0,200 |
|
25-50 |
108 |
9,57±0,244 |
3,55±0,118 |
0,61±0,033 |
7,3±0,232 |
4,27±0,142 |
Бессменно
|
Огурцы |
0-25 |
108 |
6,48±0,200 |
2,90±0,106 |
0,55±0,030 |
5,6±0,264 |
2,56±0,132 |
|
25-50 |
108 |
5,52±0,200 |
2,50±0,095 |
0,35±0,025 |
4,9±0,265 |
2,10±0,102 |
|
|
Белокочанная капуста |
0-25 |
108 |
7,40±0,279 |
3,04±0,109 |
0,45±0,032 |
5,7±0,218 |
3,43±0,240 |
|
25-50 |
108 |
6,10±0,208 |
2,58±0,092 |
0,35±0,025 |
5,0±0,242 |
2,89±0,186 |
|
|
Томат |
0-25 |
108 |
6,79±0,241 |
3,02±0,096 |
0,56±0,041 |
5,8±0,263 |
3,26±0,158 |
|
25-50 |
108 |
5,64±0,160 |
2,30±0,071 |
0,41±0,032 |
5,2±0,263 |
2,62±0,104 |
|
|
Репчатый лук |
0-25 |
108 |
5,86±0,188 |
3,14±0,137 |
0,34±0,025 |
5,3±0,255 |
1,99±0,121 |
|
25-50 |
108 |
4,87±0,146 |
2,82±0,143 |
0,19±0,016 |
4,6±0,239 |
1,75±0,112 |
Таблица 4 – Статистическая обработка активности ферментов орошаемых желтоземно-глеевых почв
|
Варианты |
Глубина, см |
n |
инвертаза, мг глюкоза/г почвы за 24 час x±t05sx |
уреаза, мг/NH4 1 г почвы за 24 час x±t05sx |
фосфатаза, мг/P2O5 г почвы за 1 час x±t05sx |
каталаза, см3 О2 г почвы за 1 мин x±t05sx |
дегидрогеназа, мг/TFF 10 г почвы за 24 час x±t05sx |
Пятипольный овоще-бобовый севооборот
|
I Томат |
0-25 |
90 |
12,54±0,325 |
3,24±0,083 |
2,04±0,096 |
4,1±0,270 |
14,11±0,536 |
|
25-50 |
90 |
11,33±0,250 |
2,62±0,058 |
1,41±0,088 |
3,1±0,232 |
11,45±0,449 |
|
|
II Белокочанная капуста +qar??dal? |
0-25 |
90 |
13,11±0,289 |
3,27±0,094 |
2,37±0,069 |
5,2±0,255 |
14,63±0,523 |
|
25-50 |
90 |
11,34±0,271 |
2,66±0,076 |
1,90±0,075 |
3,6±0,217 |
12,02±0,518 |
|
|
III Репчатый лук |
0-25 |
90 |
10,69±0,254 |
2,78±0,098 |
1,87±0,076 |
3,8±0,249 |
12,11±0,572 |
|
25-50 |
90 |
9,16±0,316 |
2,44±0,098 |
1,15±0,081 |
2,8±0,172 |
8,38±0,390 |
|
|
IV Фасоль |
0-25 |
90 |
13,18±0,360 |
3,86±0,095 |
2,63±0,111 |
5,8±0,238 |
14,78±0,542 |
|
25-50 |
90 |
11,56±0,338 |
3,28±0,081 |
2,15±0,121 |
4,5±0,192 |
12,88±0,480 |
|
|
V Фасоль |
0-25 |
90 |
13,27±0,404 |
3,81±0,112 |
2,60±0,104 |
5,6±0,291 |
14,79±0,411 |
|
25-50 |
90 |
11,16±0,297 |
3,32±0,082 |
2,05±0,111 |
4,1±0,172 |
12,50±0,535 |
Бессменно
|
Томат |
0-25 |
90 |
10,65±0,424 |
2,72±0,087 |
1,57±0,094 |
3,0±0,267 |
12,94±0,537 |
|
25-50 |
90 |
9,38±0,384 |
2,33±0,094 |
0,64±0,057 |
2,5±0,210 |
9,12±0,419 |
|
|
Белокочанная капуста |
0-25 |
90 |
9,96±0,444 |
2,38±0,145 |
1,03±0,078 |
4,5±0,272 |
11,78±0,540 |
|
25-50 |
90 |
8,64±0,295 |
2,12±0,146 |
0,87±0,074 |
3,0±0,242 |
7,97±0,537 |
|
|
Qar??dal? |
0-25 |
90 |
10,42±0,313 |
2,96±0,148 |
1,01±0,073 |
3,9±0,249 |
11,50±0,491 |
|
25-50 |
90 |
8,89±0,289 |
2,71±0,146 |
0,83±0,074 |
2,8±0,228 |
8,52±0,483 |
|
|
Репчатый лук |
0-25 |
90 |
9,31±0,403 |
2,18±0,159 |
0,68±0,060 |
2,3±0,177 |
8,40±0,452 |
|
25-50 |
90 |
7,88±0,363 |
1,92±0,146 |
0,54±0,050 |
1,8±0,144 |
6,55±0,368 |
|
|
Фасоль |
0-25 |
90 |
11,27±0,447 |
3,35±0,138 |
1,81±0,098 |
4,3±0,273 |
12,71±0,580 |
|
25-50 |
90 |
10,40±0,441 |
2,92±0,129 |
1,11±0,082 |
3,7±0,226 |
10,40±0,443 |
3,12—5,35 и 2,47—3,90, в желтоземно-глеевых почвах – 2,21—3,96 и 1,97—3,49 мг NH4 г почвы за 24 часа. Более низкая уреазная активность отмечалась в желтоземно-глеевых почвах, сравнительно высокая – в аллювиально-лугово-
лесных почвах. Из всех изученных почв самая низкая уреазная активность характерна для желтоземно-глеевых почв, высокая активность отмечена в орошаемых аллювиально-лугово-лесных почвах.
Активность фермента фосфатазы. В орошаемых серо-бурых почвах активность фермента фосфатазы в 0—50 см слое варьировала в интервале 1,56—2,81, а при бессменном выращивании этих культур – 0,69—1,92; в лугово-сероземных почвах, соответственно, 0,74—2,28 и 0,23—0,27, в аллювиально-лугово-лесных почвах – 0,50—1,15 и 0,27—0,49, в желтоземно-глеевых почвах – 1,51—2,39 и 0,61—1,46 мг P2O5 на г почвы за час. Фосфатазная активность была более высокой в орошаемых серо-бурых, лугово-сероземных и желтоземно-глеевых почвах, чем в аллювиально-лугово-лесных почвах. Фосфатазная активность была более высокой в орошаемых серо-бурых, лугово-сероземных и желтоземно-глеевых почвах, чем в аллювиально-лугово-лесных почвах.
Активность фермента каталазы. В орошаемых серо-бурых почвах под выращиваемыми культурами активность каталазы в слое 0—50 см в севообороте изменялась в пределах 7,8—16,9, при бессменном выращивании – 5,9—11,2, в лугово-сероземных, соответственно, 3,3—8,6 и 1,9—4,1, в аллювиально-лугово-лесных – 4,9—9,1 и 3,0—6,5; в желтоземно-глеевых – 2,5—6,1 и 1,6—4,7 см3 O2 на 1 г почвы за минуту. Наиболее высокая активность каталазы наблюдалась в орошаемых серо-бурых почвах, а низкая – в лугово-сероземных и желтоземно-глеевых почвах. По-видимому, в лугово-сероземных почвах засоленность, а в желтоземно-глеевых почвах кислотность ингибирует активность каталазы.
Активность фермента дегидрогеназы. В орошаемых серо-бурых почвах активность дегидрогеназы в слое 0—-50 см колебалась в интервале 3,74—8,69 и при бессменном выращивании – 2,03—5,43; в лугово-сероземных, соответственно, 4,16—5,86 и 1,57—3,78; в аллювиально-лугово-лесных – 2,81—5,98 и 1,61—3,77, в желтоземно-глеевых – 7,86—15,50 и 5,79—8,92 мг ТФФ на 10 г почвы за 24 часа. Наиболее высокую дегидрогеназную активность проявили желтоземно-глеевые почвы. Изучение дегидрогеназной активности орошаемых почв показало, что активность фермента в зависимости от типа почв и от биологических особенностей возделываемых культур изменяется в динамике. Наиболее высокую дегидрогеназную активность проявили желтоземно-глеевые почвы. По-видимому, анаэробные условия в желтоземно-глеевых почвах положительно повлияли на активность дегидрогеназы.
Биогенность орошаемых почв. Микроорганизмы – основной компонент почвы, определяющий интенсивность ее биологических процессов, связанных с трансформацией органического вещества и циклом питательных элементов. Одним из важнейших направлений экологии микроорганизмов является изучение микробных сообществ почв, что представляет значительный интерес для решения многих ключевых задач, включая плодородие черноземов и устойчивость природных экосистем [4]. Почвенная микробиота – чувствительный индикатор последствий разного рода антропогенных воздействий на почву [7]. Анализ особенностей функционирования почвенных микроорганизмов в естественных экосистемах, позволяет определять причины происходящих в ней изменений и наметить пути их регулирования [9, 10].
Микробное сообщество почвы и ризосферы растений, их функциональное состояние тесно связаны с агротехническими приемами ведения сельскохозяйственных культур [8,17].
В орошаемых серо-бурых почвах в слоях 0—50 см общая численность микроорганизмов (рис.1) в севообороте колебалась в пределах (2,1—2,8) × 106, бактерии – (1,4—2,0) × 106, спорообразующих бактерий – (0.1–0.2) × 106, актиномицетов – (2.6—5.9) × 105 и микроскопических грибов – (1.4–3.8) × 103, в лугово-сероземных соответственно – (2,0—2,2) × 106; (1,0—1,3) × 106; (0,3—0,4) × 106; (4,8—6,2) × 105 и (3,9—4,9) × 103, в аллювиально-лугово-лесных – (2,7—3,6) × 106; (2,2—3,2) × 106; (0,8—1,1) × 106; (3,9—4,6) × 105 и (2,6—6,2) × 103 и в желтоземно-глеевых - (2,4—3,0) × 106; (1,6—2,1) × 106; (0,2—0,3) × 106; (5,1—5,5) × 105 и (2,3—5,2) × 103 КОЕ/г /г сухой почвы. В серо-бурых и лугово-сероземных почвах сухой субтропической зоны и под монокультурами количество микроорганизмов было наименьшим.
Рис 1 – Общая численность микроорганизмов орошаемых почв, тыс. г/почвы. Условные обозначения: I схема орошаемая серо-бурая почва; II схема орошаемая серо-бурая почва; III схема орошаемая лугово-сероземная почва; IV схема орошаемая аллювиально-лугово-лесная почва; V схема орошаемая желтоземно-глеевая почва; 1, 3, 5, 7, 9 – севооборот; 2, 4, 6, 8, 10 – бессменное возделывание (контроль).
Интенсивность нитрификации почв. В орошаемых серо-бурых почвах интенсивность нитрификации в севообороте в слое 0—50 см изменялась в интервале 27,5—96,9, в лугово-сероземных 8,4—13,6, в орошаемых аллювиально-лугово-лесных почвах – 13,2—50,0, в желтоземно-глеевых почвах – 13,1—33,7 и 8,1—19,8 мг N-NO3/кг, интенсивность при бессменном выращивании этих культур была сравнительно более низкой. Активность минерализации азотосоединений в желтоземно-глеевых почвах была сравнительно низкой.
Интенсивность аммонификации почв. В орошаемых серо-бурых почвах активность процесса аммонификации в слоях 0—50 см в севоообороте колебалась в интервале 10,6—29,0, а при бессменном выращивании этих культур – 7,0—20,8, в лугово-сероземных – 33,9—45,4 и 13,8—30,6, соответственно. В орошаемых аллювиально-лугово-лесных почвах – 22,0—54,5 и 17,8—32,8, в орошаемых желтоземно-глеевых почвах – 88,1—131,7 и 80,6—121,4 мг N-NH4/кг. Интенсивность процесса аммонификации изучаемых почв убывает в следующем ряду: орошаемые желтоземно-глеевые>аллювиально-лугово-лесные > серо-бурые > лугово-сероземные.
Интенсивность выделения углекислого газа из почвы. Интенсивность выделения углекислого газа в орошаемых серо-бурых почвах в севообороте колебалась в интервале 2,53—4,16, при бессменном выращивании этих культур – 2,27—3,49, в орошаемых лугово-сероземных – 2,59—4,03 и 1,11—2,6 соответственно, в орошаемых аллювиально-лугово-лесных – 2,39—4,50 и 1,52—2,96 и в орошаемых желтоземно-глеевых – 3,99—8,07 и 2,06—3,42 кг СО2/га в час, а при бессменном выращивании этих культур была наиболее низкой.
Интенсивность разложения целлюлозы. Интенсивность разложения целлюлозы в орошаемых серо-бурых почвах колебалась в пределах 4,6—15,9 %, при бессменном выращивании – 4,4—11,2 %, в лугово-сероземных – 18,3—36,5 % и 15,6—28,8 %, соответственно. В орошаемых аллювиально-лугово-лесных почвах – 8,9—33,5 % в севообороте, и 7,2—22,0 % – при бессменном выращивании, в орошаемых желтоземно-глеевых почвах – 11,1—34,4 % в севообороте и 14,1—28,5 % при бессменном выращивании овощей.
Интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБСП). В последние годы в научной литературе наблюдается повышенный интерес к оценке биологического состояния почв [5 ]. ИПБС орошаемых серо-бурых почв в I схеме (овоще-кормовой) был на 18 % выше, чем в целинных вариантах и на 34 % выше, чем при бессменном, а во II схеме (овоще-бобовый) – соответственно на 12 % и 30 % выше (Таблица 5). Интегральный показатель орошаемых лугово-сероземных почв в севообороте был 100%, в целинных почвах – на 15 %, а при бессменном возделывании овощных культур – на 35 % ниже. В аллювиально-лугово-лесных почвах ИПБСП в целинных вариантах был 100%, в севообороте – на 2%, а при бессменном выращивании – на 40% ниже, в желтоземно-глеевых почвах, соответственно, 100 % на целине, 92% и 70% – при выращивании овощей. Авторы предлагают для оценки биологической активности почв пятибальную шкалу [8]. ИПБС почвы, используемой в севообороте, и в целинных вариантах, колебался в интервале 82—100%, поэтому они отнесены к почвам очень высокой биологической активности, при бессменном выращивании ИПБС снижается до 60—70%, что, тем не менее, позволяет их оценить, как почвы высокой и средней биологической активности.
Выводы
ИПБС изучаемых почв в севообороте и в целинных вариантах колебался в пределах 82—100 %, а при бессменном выращивании этих культур – 60—70%. Почвы целинные и используемые в севообороте отнесены к почвам с очень высокой биологической активности, а при бессменном выращивании овощей – к высокой и средней биологической активности.
Таблица 5 – Биодиагностика почв субтропической зоны
|
Варианты |
инвер- таза, мг глюкоза/г почвы за 24 час |
уреаза, мг/NH4 1 г поч- вы за 24 час |
фосфа- таза, мг/P2O5 г почвы за 1 час |
каталаза, см3 О2 г почвы за 1 мин. |
дегидро-геназа, мг/TFF 10 г почвы за 24 час |
нитри- фика- ция, мг/NO3 14 дней |
аммо- нифи- кация, мг/NH4 14 дней |
СО2 кг/га· час |
интен. разлож. целлюл. %, 14 дней |
колич. КОЕ/г сухой почвы |
ИПБСП, % |
Сухие субтропики – серо-бурые почвы (I схема – шестипольный овоще-кормовой севооборот)
|
Целина Севооборот (I схема) Бессменно |
11,40 11,77
8,97 |
4,10 3,14
2,20 |
1,91 2,65
1,55 |
10,8 13,2
8,7 |
4,38 6,08
3,48 |
46,8 65,1
34,2 |
17,8 21,2
14,8 |
2,50 3,36
2,74 |
8,4 10,3
7,7 |
1,3 × 106 2,2 × 106
1,2 × 106 |
82 100
66 |
Сухие субтропики – серо-бурые почвы (II схема – пятипольный овоще-бобовый севооборот)
|
Целина Севооборот (II схема) Бессменно |
11,40 11,24
8,97 |
4,10 3,09
2,20 |
1,91 2,70
1,55 |
10,8 12,3
8,7 |
4,38 5,71
3,48 |
46,8 55,6
34,2 |
17,8 20,4
14,8 |
2,50 3,32
2,74 |
8,4 10,0
7,7 |
1,3 × 106 1,8 × 106
1,2 × 106 |
88 100
70 |
Сухие субтропики – лугово-сероземные почвы (четырехпольный овоще-кормовой севооборот)
|
Целина Севооборот Бессменно |
7,29 9,34 6,74 |
2,13 3,46 1,79 |
2,56 1,64 0,28 |
4,8 7,0 3,8 |
6,81 5,55 3,27 |
8,9 11,7 7,1 |
52,7 42,4 23,3 |
1,87 2,28 1,94 |
17,8 28,0 22,0 |
1,4 × 106 2,3 × 106 1,1 × 106 |
85 100 65 |
Полузасушливые субтропики – аллювиально-лугово-лесные почвы (шестипольный овоще-кормовой севооборот)
|
Целина Севооборот Бессменно |
12,8 9,69 6,64 |
5,6 4,24 3,03 |
1,48 0,93 0,48 |
6,2 7,1 5,6 |
6,75 4,88 2,81 |
25,7 31,2 16,5 |
50,4 35,6 23,3 |
4,90 3,39 2,80 |
17,4 19,5 13,9 |
2,8 × 106 3,7 × 106 2,6 × 106 |
100 88 60 |
Умеренно-влажные субтропики – желтоземно-глеевые почвы (пятипольный овоще-бобовый севооборот)
|
Целина Севооборот Бессменно |
13,7 12,6 10,3 |
3,8 3,39 2,72 |
2,86 2,30 1,22 |
4,5 4,9 3,6 |
16,03 14,08 11,46 |
23,9 26,7 15,5 |
132,8 118,1 101,4 |
8,40 6,07 5,06 |
29,5 23,9 19,9 |
2,9 × 106 3,2 × 106 2,7 × 106 |
100 92 70 |