Geum.ru

Степанова юлия Владимировна

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Общая характеристика работы
Содержание работы
2. Влияние основной обработки почвы на её биологическую активность, другие элементы плодородия и урожайность озимой пшеницы
Подобный материал:
1   2   3

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 105С 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