Статья: Воспроизводство плодородия орошаемых серо-коричневых (каштановых) почв Азербайджана посевами промежуточных культур

Баланс гумуса. Вопрос о роли растительных остатков в воспроизводстве гумуса в почве не может быть решен до конца, если не будет учитываться баланс гумуса в почвах [20, 21]. В зависимости от схемы возделывания промежуточных посевов баланс гумуса варьировал в широких пределах (таблица 2). В целинном варианте в слое почвы 0-25 см летом запасы почвенной влаги минимальны (128-154 м³/га). Поэтому летом сильная иссушенность почвы приводит к полному выгоранию растительности и резкому уменьшению запасов растительной массы, накопленной за осенний и весенний периоды. В отдельные годы при недостатке энергетического материала летом микрофлора на целине начинала использовать гумусовые вещества почвы. Это отражалось на количестве новообразованного гумуса (0,19 т/га) и балансе (+0,01 т/га) (см. таблицу 2). При получении с 1 га трех урожаев зеленой массы в год варианты 8 и 9 при минерализации гумуса 2,6 и 2,4 т/га обеспечили бездефицитный баланс гумуса (+0,52 и +0,60 т/га) и высокую интенсивность баланса (122 и 123,1 %).

Таблица 2 - Расчет баланса гумуса в слое почвы 0-25 см

Объясняется, видимо, это тем, что в этих вариантах (8 и 9) при чередовании обработок почвы: для озимых - глубокая вспашка (25-27 см), для 1-го поукосного посева - дискование (10-12 см), для 2-го поукосного посева - плоскорезная обработка почвы на 15-17 см, а также периодическом внесении навоза и ежегодном N₆₀P₉₀K₆₀ кг д. в./га происходит неглубокое припахивание растительных остатков после каждого урожая в прослойке нижней части слоя почвы 0-25 см. В результате орошения в этой прослойке разложение органического вещества в основном происходило без доступа кислорода, что снижало минерализацию органического вещества. Это оказывало на пахотный и подпахотный слои почвы окультуривающее действие: усиление новообразования гумуса (ежегодно на 0,02-0,04 %) и биологической активности почвы, увеличение глубины корнеобитаемого слоя (75-120 см). Отмечен также бездефицитный баланс гумуса в вариантах 4, 5, 10 (соответственно +0,20, +0,19, +0,20 т/га). За счет усиленной минерализации гумуса сравнительно большой дефицит его баланса отмечен в почве под ячменем на зерно (минус 1,05 т/га) при низкой интенсивности баланса (27,6 %). Затем следуют весенние посевы кукурузы и ее смеси с соей, сорго и амарантом (минус 0,38 и минус 0,37 т/га) и относительно меньше - при получении двух урожаев зеленой массы в год (варианты 2 и 3 - минус 0,24 и минус 0,23 т/га).

Биологическая активность почвы. В рамках контроля почвенного плодородия за биологической активностью почв достаточно определить общее число микроорганизмов, дыхание почвы, целлюлозоразлагающую и ферментативную активность почвы [22-25]. Почва - это биологическая система, в которой процессы превращения веществ определяются жизнедеятельностью микроорганизмов, чувствительных к смене условий почвенной среды [26], а важнейшим фактором численности почвенной микрофлоры является поступление или наличие в почве органического вещества [1]. Микробное сообщество почвы и ризосферы растений, их функциональное состояние тесно связаны с агротехническими приемами ведения культур [27]. Анализируя сезонные изменения количества микроорганизмов по вариантам, отмечали влияние на этот показатель количества и качества растительных остатков, поступающих в почву.

Весной, летом и осенью большая численность микроорганизмов
(таблица 3) с низким коэффициентом минерализации (0,5-0,7) обнаружена в варианте 8 (ячмень + вика + рапс (1-й урожай) > кукуруза + соя + сорго + амарант (2-й урожай) > ячмень + вика (3-й урожай)) (22,2·10⁶; 8,8·10⁶; 18,7·10⁶ в г почвы), варианте 9 (рожь + вика + рапс (1-й урожай) > кукуруза + соя + сорго + амарант (2-й урожай) > ячмень + вика (3-й урожай)) (23,3·10⁶; 10,2·10⁶; 19,8·10⁶ в г почвы) и в вариантах с 4-летними люцерной и эспарцетом (соответственно 20,3·10⁶; 16,7·10⁶; 17,9·10⁶ и 20,1·10⁶; 16,5·10⁶; 17,4·10⁶ в г почвы). Эти данные свидетельствуют о том, что почвы в этих вариантах характеризуются слабой интенсивностью процессов минерализации в связи с высоким содержанием микроорганизмов, которые развивались за счет утилизации органических веществ и направленности биохимических процессов в почве в сторону гумификации.

Таблица 3 - Биологическая диагностика в слое почвы 0-25 см

Наименьшее количество микроорганизмов с коэффициентом минерализации 1,5-2,0 по сезонам года отмечено на весенних посевах кукурузы и ее смеси (соответственно 2,9·10⁶; 4,6·10⁶; 1,0·10⁵ и 3,7·10⁶; 6,0·10⁶; 1,7·10⁵ в г почвы), за ними следуют целина (12,0·10⁶; 1,2·10²; 6,3·10⁶
в г почвы) и вариант 11 (1,4·10⁶; 7,7·10⁶; 1,9·10⁵ в г почвы). Промежуточное положение занимают варианты 2 и 3. Объясняется это малым количеством и низким качеством ежегодно поступающих в почву растительных остатков и интенсивностью процессов минерализации органического вещества. В целинном варианте фаза активной микробиологической деятельности протекала в короткое время (весной и осенью), а более длительный подавленный период - лето. Растительные остатки, накопленные за осенний и весенний периоды, в условиях длительного сухого и жаркого летнего периода быстро минерализовались. Возделывание ячменя на зерно бессменно (вариант 11) истощило почву и ухудшило ее микробиологические свойства.

Ферментативная активность почвы. Плодородие почвы определяется интенсивностью и направленностью ферментативных реакций. Активность этих процессов является универсальным показателем физиологического состояния биоценоза почвы [2]. 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 [28]. С этой точки зрения большой научный интерес представляет изучение ферментативной активности инвертазы и каталазы почв. Фермент инвертаза катализирует процессы гидролиза углеводов, которые попадают в почву в виде растительных остатков, с преобразованием их в доступные для растений и микроорганизмов формы, коррелирует с количеством гумуса в почве [2]. Активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почв [29]. Установлена тенденция изменения активности инвертазы в почве во всех вариантах весной, летом и осенью (таблица 3). Однако в течение теплого периода года наибольшая активность инвертазы установлена в почве в вариантах 4 и 5 с чистыми на 100 % посевами бобовых культур (20,7-22,5 и 20,4-22,1 мг глюкозы/(г почвы·24 ч)) и в вариантах 8 и 9, где в структуре кормосмесей присутствуют бобовые с долей 44-50% (19,0-23,2 и 20,5-23,9 мг глюкозы/(г почвы·24 ч)), способные фиксировать азот воздуха. На целине и при возделывании ячменя на зерно этот показатель по сравнению с вариантом 9 на 4,1-10,8 и 6,9-15,0 мг глюкозы/(г почвы·24 ч) ниже. Остальные варианты занимали промежуточное положение.

Фермент каталаза показывает развитие аэробных процессов в почве. В почвах во всех вариантах активность каталазы в слое 0-25 см по сезонам года изменялась следующим образом. При получении трех урожаев зеленой массы (варианты 8 и 9) - в пределах 20,2-24,6 и 21,4-25,1 см³ O₂/(г почвы·мин). Под люцерной и эспарцетом активность каталазы осенью была на 1,4 и 1,8 ниже, чем в варианте 9, а еще ниже - на целине (5,0), под ячменем на зерно (14,4) и весенними посевами кукурузы (16,8) и ее смеси (15,5 см³ O₂/(г почвы·мин)).

Почвенное дыхание. Основным биохимическим способом определения биологической активности почвы является учет выделяемого почвой углекислого газа. Интенсивность его выделения зависит от свойств почвы, гидротермических условий, характера растительности и агротехнических мероприятий [1]. Интенсивность выделения СО₂ в слое почвы 0-25 см весной, летом и осенью при получении трех урожаев зеленой массы в год
(варианты 8 и 9) составляла 288, 200, 235 и 301, 221, 249 мг СО₂/(м²·ч).
Под 4-летними люцерной и эспарцетом эмиссия СО₂ была на 32, 10, 20 и 38, 13, 24 мг СО₂/(м²·ч) меньше, чем в варианте рожь + вика + рапс
(1-й урожай) > кукуруза + соя + сорго + амарант (2-й урожай) > ячмень + вика (3-й урожай). Дыхание почвы под люцерной хозпосева было больше, чем на целине, во 2, 3, 6, 7 и 11 вариантах.

Целлюлозолитическая активность. Направленность почвенных процессов может быть охарактеризована таким показателем, как интенсивность разложения целлюлозы [30], а особенность разложения целлюлозы определяет специфику гумификации и минерализации органического вещества почвы [31, 32]. Определение биологической активности почвы методом аппликации весной, летом и осенью подтвердило активность микроорганизмов в почве под 4-летними люцерной (38,0; 36,1; 37,5 %) и эспарцетом (37,6; 35,7; 36,9 %), под вариантами 8, 9 и 10 (39,7; 35,9; 36,4; 40,0; 36,4; 36,9 и 33,9; 31,6; 32,1 %). Здесь микроорганизмы более активно развиваются. Летом в почве под целинной растительностью по сравнению с вариантом 9 разложение льняной ткани шло на 25,4 % медленнее.

Выводы

1 Исследованиями установлено, что по активности регулирования биологических факторов воспроизводства плодородия орошаемых серо-коричневых (каштановых) почв изучаемые варианты расположились в порядке убывания в следующем виде: вариант 8 (рожь + вика + рапс (1-й урожай) - кукуруза + соя + сорго + амарант (2-й урожай) - ячмень + вика
(3-й урожай) > вариант 9 (ячмень + вика + рапс (1-й урожай) - кукуруза + соя + сорго + амарант (2-й урожай) - ячмень + вика (3-й урожай)) > вариант 4 (люцерна) > вариант 5 (эспарцет) > вариант 10 (люцерна, хозпосев) > вариант 1 (целина) > вариант 2 (ячмень - кукуруза) > вариант 3 (рожь - кукуруза) > вариант 6 (кукуруза, весенний посев) > вариант 7 (кукуруза + соя + сорго + амарант, весенний посев) > вариант 10 (ячмень на зерно).