Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СМЕШАННЫХ БОБОВО-ЗЛАКОВЫХ АГРОЦЕНОЗОВ

Гордеева Т.Х. 1 Новоселов С.И. 2
1 ФБГОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
2 ФБГОУ ВПО «Марийский государственный университет»
Изучена микробиологическая активность почвы одновидовых и совместных с бобовыми растениями посевов зерновых культур на дерново-подзолистой почве Востока Нечерноземья. Выявлено усиление активности микробиологических процессов и повышение микробной биомассы при возделывании яровой пшеницы в смешанных посевах с однолетними (вика, горох) бобовыми травами. Наиболее благоприятный режим складывается в совместных посевах пшеницы с горохом. Установлена сопряженность величины микробной биомассы и урожайности яровой пшеницы в смешанных посевах, отражающая в совокупности благоприятный питательный режим и улучшение условий произрастания растений. Эффективным приемом, обеспечивающим повышение продуктивности агроценозов и улучшение качества зерна яровой пшеницы, является совместное ее возделывание с бобовыми культурами. Наибольшая продуктивность агроценоза с лучшими показателями качества зерна яровой пшеницы формируется при ее совместном возделывании с горохом.
одновидовые и смешанные посевы
микрофлора
микробиологическая активность
продуктивность агроценоза
качество зерна
1. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России. – М.: Агрорус, 2004. – 1110 с.
2. Пасынков А.В., Лекомцев П.В. Влияние инокуляции семян биопрепаратами на урожайность и белковость зерна при возделывании пшеницы и гороха в чистых и смешанных посевах // Здоровье – питание – биологические ресурсы: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Киров: НИИСХ. С.-В., 2002. – Т. 1. – С. 488–496.
3. Зеленский Н.А., Савинов А.С. Влияние бинарных посевов на продуктивность агроценоза озимой пшеницы // Вестник Алтайского ГАУ, 2008. – no. 11(49). – С. 5–6.
4. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. – М.: Колос, 1983. – 296 с.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 304 с.
6. Муха В.Л. О показателях, отражающих интенсивность и направленность почвенных процессов // Труды ХарСХИ. – Харьков, 1980. – Т. 273. – С. 13–16.

Одним из путей повышения продуктивности агроценозов является использование смешанных посевов бобовых и злаковых культур. По данным ряда авторов [1, 2], межвидовые и внутривидовые смеси сельскохозяйственных культур обеспечивают более высокую урожайность по сравнению с урожайностью каждого из компонентов; характеризуются большей устойчивостью урожая в условиях варьирующих факторов внешней среды; позволяют активно включать в агроценоз биологический азот; повышают устойчивость к полеганию. Кроме того, введение бинарных посевов дает возможность более выгодно использовать посевные площади, улучшить баланс питательных веществ без отрицательного воздействия на все компоненты агроландшафтов [3]. Совместное возделывание злаковых и бобовых культур приводит к изменению микробоценозов почвы. При этом изменения в составе почвенной микрофлоры и ее активность в значительной степени зависят от биологических особенностей возделываемых культур, формирования микроклимата, распределения и доступности элементов питания, экологических условий среды. Повышенное содержание азота в корневых выделениях растущих растений и растительных остатков бобовых способствует сохранению почвенного плодородия и обогащению почв доступными для растений формами азота.

Целью исследования является изучение влияния одновидовых и совместных с бобовыми растениями посевов яровой пшеницы на микробиологическую активность почвы и продуктивность агроценозов.

Материал и методы исследования

Эффективность смешанных посевов изучали в вегетационном двухфакторном опыте на агробиостанции Марийского государственного университета. Фактор А – удобрения: А1 – без удобрений; А2 – N30P30K30. Фактор В – вид посева: В1 – пшеница; В2 – пшеница + вика; В3 – пшеница + горох. Использовали вегетационные сосуды Митчерлиха диаметром 19 см, массой почвы в сосуде 4,5 кг. Количество растений яровой пшеницы в одновидовом посеве составляло 10 растений на сосуд. В смешанных посевах высевали по 5 растений пшеницы и 5 растений бобового компонента на сосуд. Возделывали яровую пшеницу сорта Приокская, горох Труженик, вику Льговская. Повторность опыта 4-кратная. Почва опыта дерново-подзолистая среднесуглинистая. Агрохимические показатели почвы при закладке опыта: pHсол. – 6,6–6,8; содержание гумуса 1,97–2,0 %; гидролизуемый азот – 68–77 мг/кг; подвижный фосфор – 300–351 мг/кг; подвижный калий – 206–220 мг/кг; Hr – 3,0 мг-экв/100 г почвы.

Учет численности микроорганизмов проводили путем посева на агаризованные питательные среды. Аммонифицирующие бактерии учитывали на мясопептонном агаре; микроорганизмы, использующие минеральный азот, – на крахмалоаммиачном агаре; грибы – на подкисленном сусло-агаре; олигонитрофилы – на среде Эшби; олиготрофы – на почвенном агаре; целлюлозоразрушающие микроорганизмы – на среде Гетчинсона с целлюлозным порошком; частоту встречаемости азотабактера – на среде Эшби методом обрастания комочков почвы [4]. Микробную биомассу определяли методом регидратации [5]. Для характеристики направленности микробиологических процессов в почве одновидовых и смешанных посевов бобовых и зерновых культур и ее экологического состояния определяли содержание общей биомассы микроорганизмов, коэффициенты минерализации, олиготрофности, олигонитрофильности, биогенности почвы и микробной трансформации растительных остатков в органическое вещество почвы [6].

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ численности почвенной микрофлоры показал, что в почве совместных с бобовыми травами посевов яровой пшеницы активно метаболирует микрофлора, трансформирующая азотсодержащие органические соединения. При этом численность аммонифицирующей микрофлоры в почве смешанных посевов пшеницы с викой увеличивается в 1,7 раза; с горохом в 2,1 раза по сравнению с чистыми посевами. Такая же закономерность сохраняется по фону минеральных удобрений (табл. 1).

Таблица 1

Численность эколого-трофических групп микроорганизмов в почве одновидового и смешанного посевов яровой пшеницы с бобовыми культурами

Вариант (В)

Бактерии, млн кл/г абс. сухой почвы

Актиномицеты, млн. кл/г абс. сух. почвы

Микромицеты, тыс. КОЕ/г абс. сух. почвы

Аммонифи-цирующие

Амино-автотрофные

Олиго-трофные

Олигонитро-фильные

Без удобрений (А)

Пшеница

1,5

1,3

2,8

1,7

0,85

56,2

Пшеница + горох

3,1

4,9

1,4

4,2

1,18

24,2

Пшеница + вика

2,6

3,9

1,8

4,7

0,89

27,7

N30P30K30

Пшеница

1,9

2,7

2,8

2,8

0,91

35,2

Пшеница + горох

4,2

5,6

2,1

9,5

1,24

22,4

Пшеница + вика

3,8

5,5

2,5

5,3

1,16

29,8

HCP05

Частных различий

0,18

0,32

0,22

0,30

0,08

2,22

Фактора А

0,11

0,19

0,13

0,17

0,04

1,28

Фактора В

0,13

0,23

0,15

0,21

0,05

1,57

Стимуляция микрофлоры смешанных посевов обусловлена, вероятно, большим количеством легкогидролизируемых микроорганизмами соединений корневых выделений и корневого опада. Среди микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота, доминирует бактериальная микрофлора. Численность микроорганизмов, выделяемых на средах с минеральными источниками азота, показывает потенциальную способность микробного сообщества почвы иммобилизировать азот в микробной биомассе, что повышает содержание биологически связанного азота и снижает непроизводительные потери. Количество аминоавтотрофных бактерий выше в почве смешанных посевов зернобобовых. Внесение небольших доз минеральных удобрений активизирует микробиологические процессы, стимулируя рост численности аминоавтотрофных микроорганизмов.

Значение коэффициента минерализации в почве совместных посевов пшеницы с бобовыми культурами больше единицы, что свидетельствует об интенсивности процессов мобилизации азота в почве (табл. 2). Это подтверждает и высокий коэффициент микробной трансформации растительных остатков в смешанных посевах. Наибольшие значения данного показателя отмечаются в смешанных посевах яровой пшеницы и гороха.

Существенную роль в мобилизации азота в почве играют олигонитрофильные микроорганизмы. Активное развитие олигонитрофилов в почве совместных посевов зернобобовых можно объяснить малой требовательностью к присутствию питательных веществ и в первую очередь азота. При потреблении азота растениями в процессе роста и развития олигонитрофилы получают преимущественное развитие. Достаточно высокие коэффициенты олигонитрофильности в почве смешанных посевов пшеницы с бобовыми растениями свидетельствуют как об усилении иммобилизации азота в почве, так и усилении потребления его растениями.

Таблица 2

Интенсивность микробиологических процессов в почве одновидового и смешанного посевов яровой пшеницы с бобовыми культурами

Вариант опыта

Коэффициент

Относительная оценка плотности микрофлоры, %

минера-лизации

олиготроф-ности

олигонитро-фильности

микробной трансформации растительных остатков

азотфикси-рующая

целлюлозо-разрушающая

Без удобрений

Пшеница

0,9

1,87

1,13

3,23

54,8

22,6

Пшеница + горох

1,6

0,45

1,36

5,06

78,4

31,0

Пшеница + вика

1,5

0,69

1,86

4,33

57,6

36,0

N30P30K30

Пшеница

1,05

1,47

1,47

3,71

53,2

27,8

Пшеница + горох

1,3

0,5

2,26

7,35

66,0

38,5

Пшеница + вика

1,5

0,66

1,4

6,43

64,1

43,3

Изменение питательного режима в почве повлияло на численность олиготрофной микрофлоры. Представители олиготрофной группы прокариот в почве совместных посевов были не многочисленные, что обусловлено, вероятно, достаточным количеством питательных веществ. Минимальные значения коэффициента олиготрофности отмечаются в почве совместных посевов пшеницы с горохом без удобрений и по фону NPK.

В процессах трансформации различных веществ, в образовании и разложении гумуса в почве важную роль играют актиномицеты. Их присутствие в исследуемой почве может являться показателем усиления минерализации труднодоступных веществ в почве. Изменение численности актиномицетов совпадает с динамикой азотмобилизирующих бактерий. В почве смешанных посевов зернобобовых количество микроорганизмов данной группы увеличивается. Следует отметить, что в почве смешанных посевов происходит некоторая перегруппировка этих микроорганизмов в сторону увеличения доли бактерий при снижении относительного содержания актиномицетов. Наибольшая численность актиномицетов отмечается в почве посевов пшеницы с горохом.

Изменение структуры посевов способствует снижению численности микроскопических грибов. В почве смешанных посевов пшеницы с викой количество микромицетов уменьшается в 2 раза, по фону минеральных удобрений – в 1,2 раза, в посевах с горохом – в 2,3 и 1,6 раза соответственно, по сравнению с теми же показателями в чистых посевах. Относительный показатель биогенности почвы изменяется с достаточно широкой амплитудой: в почве чистых посевов пшеницы его значение составляет 2,7–5,4; в совместных посевах с викой 9,4–12,8, с горохом – 12,9–18,8 соответственно.

Корневые выделения смешанных посевов пшеницы с бобовыми растениями благоприятно повлияли на частоту встречаемости азотобактера. При этом наилучшие условия для его развития складываются при совместном возделывании пшеницы с горохом, что обусловлено, вероятно, тем, что горох может ассимилировать малоподвижные формы фосфорных удобрений, благоприятно влияя на встречаемость азотобактера в почве.

В смешанных посевах бобовых и злаковых культур отмечается активное разложение целлюлозы. Распространение и активность целлюлозоразрушаюших микроорганизмов связаны с наличием минерального азота и характеризуют обеспеченность почвы азотным питанием для высших растений. Численность целлюлозоразрушаюших микроорганизмов в почве совместных посевов яровой пшеницы с викой увеличивается в 1,4 раза, с горохом в 1,6 раза по сравнению с чистыми посевами; по фону минеральных удобрений эта закономерность сохраняется.

В смешанных посевах яровой пшеницы с бобовыми культурами увеличивается общая биомасса почвенных микроорганизмов. Наименьшая величина микробной биомассы отмечается в одновидовых посевах яровой пшеницы: без удобрений она составляет 382 мкг С/100 г, по фону минеральных удобрений – 628 мкг С/100 г абсолютно сухой почвы. Совместное выращивание яровой пшеницы с однолетними бобовыми травами оказывает существенное воздействие на биологическую активность почвы и формирование в ней микробной биомассы. Наиболее благоприятный режим складывается в совместных посевах с горохом – 1037 мкг С/100 г абсолютно сухой почвы. Увеличение общей микробобиомассы в смешанных посевах яровой пшеницы свидетельствует о достаточно высокой активности микробиологических процессов. Проведение корреляционного анализа выявило существенную положительную связь величины микробной биомассы с урожаем возделываемой зерновой культуры (r = 0,88). Сопряженность величины микробной биомассы и урожайности яровой пшеницы отражает в совокупности благоприятный питательный режим и улучшение условий произрастания растений.

Изучение продуктивности яровой пшеницы в одновидовых и смешанных посевах с бобовыми культурами выявило преимущество последних во все годы исследований (табл. 3).

Таблица 3

Влияние удобрений на урожайность зерна одновидового и смешанного посевов яровой пшеницы с бобовыми культурами

Вариант (В)

2000 г.

2001 г.

2002 г.

В среднем за три года

г./сосуд

г. к. ед./ сосуд

г./сосуд

г. к. ед./ сосуд

г. к. ед./сосуд

г./сосуд

г. к. ед./ сосуд

Без удобрений (А)

Пшеница

6,12

7,22

6,54

7,72

6,68

7,89

6,45

7,60

Пшеница + вика

3,46

11,52

3,71

10,28

3,71

11,53

3,63

11,11

6,3

5,00

6,07

5,79

Пшеница + горох

3,86

14,05

3,83

12,29

3,9

12,86

3,86

13,07

8,06

6,59

7,0

7,21

N30P30К30

Пшеница

7,39

8,72

6,96

8,21

7,35

8,68

7,23

8,54

Пшеница + вика

3,97

13,53

3,91

12,18

4,05

13,11

3,98

12,94

7,50

6,41

7,07

6,99

Пшеница + горох

4,12

15,40

4,09

13,25

4,10

14,03

4,1

14,22

8,94

7,14

7,79

7,95

НСР05

Част. разл.

Фактора А

Фактора В

 

0,6

0,4

0,5

 

0,6

0,3

0,4

 

0,7

0,4

0,5

 

0,5

0,3

0,4

Примечание. Над чертой – урожайность пшеницы, под чертой – урожайность бобового компонента.

В 2000 г. выход кормовых единиц в совместном посеве пшеницы с викой без удобрений возрастает на 4,3 г. к. ед./сосуд, с горохом – на 6,83 г. к. ед./сосуд. На фоне удобрений эти прибавки соответственно составляют 4,81 и 6,68 г. к. ед./сосуд. Применение минеральных удобрений в этом году увеличивает урожайность яровой пшеницы и бобовых компонентов. Выход кормовых единиц при их применении под пшеницу возрастает на 1,50 г. к. ед./сосуд, в смешанных посевах пшеницы с викой и горохом – соответственно на 2,01 и 1,35 г. к. ед./сосуд. В 2001 г. выход кормовых единиц по пшенице без удобрений составляет 7,72 г. к. ед./сосуд, а при их применении – 8,2 г. к. ед./сосуд. В смешанных посевах пшеницы с викой и горохом без удобрений он возрастает на 2,56 и 4,57 г. к. ед./сосуд, а при их применении – на 3,97 и 5,04 г. к. ед./сосуд соответственно. В 2002 г. увеличение выхода кормовых единиц в смешанном посеве пшеницы с викой на фоне без удобрений составляет 3,64 г. к. ед./сосуд, а на удобренном – 4,43 г. к. ед./сосуд. В смешанном посеве пшеницы с горохом эти прибавки были еще выше и составили соответственно 4,37 и 5,35 г. к. ед./сосуд. В среднем за три года минимальный выход кормовых единиц получен при возделывании яровой пшеницы в чистом виде. Максимальный выход кормовых единиц был в смешанных посевах яровой пшеницы с горохом.

Используемые в опыте минеральные удобрения и бобовые компоненты оказали влияние на качество зерна яровой пшеницы (табл. 4).

Таблица 4

Качество зерна яровой пшеницы в одновидовом и смешанных посевах (среднее за три года)

Вариант (В)

Сырой белок, %

Сырая клейковина, %

ИДК, у.е.

Масса 1000 семян, г

Р2О5, %

К2О, %

Без удобрений (А)

Пшеница

14,10

34,03

80,0

25,37

0,73

0,45

Пшеница + вика

14,36

35,57

70,0

26,13

0,87

0,45

Пшеница + горох

15,27

36,40

65,0

26,20

0,83

0,50

N30P30K30

Пшеница

14,69

37,97

65,0

25,40

0,74

0,46

Пшеница + вика

15,33

38,40

70,0

26,23

0,79

0,48

Пшеница + горох

15,71

39,47

75,0

26,87

0,77

0,48

НСР05

Част. различий Фактора А

Фактора В

0,55

0,32

0,39

0,96

0,56

0,68

7,9

4,6

5,6

0,72

0,42

0,51

Fфакт < Fтабл

Fфакт < Fтабл

Применение минеральных удобрений увеличивает содержание сырого белка и клейковины, улучшает показатель ИДК, не изменяет массу 1000 семян, содержание фосфора и калия. Лучшие показатели качества зерна были получены в смешанных посевах яровой пшеницы с горохом. В данном варианте по сравнению с контролем в зерне содержание сырого белка увеличивается на 1,2 %, а в варианте с N30P30K30 – на 1 %, сырой клейковины соответственно 2,4 и 1,6 %. Полученное зерно соответствует первому классу качества. Существенное увеличение содержания белка в зерне яровой пшеницы, высеваемой в смеси с горохом, по сравнению с одновидовым посевом обусловлено, по-видимому, улучшением условий азотного питания.

Выводы

Таким образом, использование бобовых культур в смешанных посевах яровой пшеницы повышает биологическую активность почвы, интенсифицирует микробиологические процессы и способствует накоплению почвенного органического вещества. Наибольшая микробная биомасса отмечается в посевах с горохом по фону минеральных удобрений. Эффективным приемом, обеспечивающим повышение продуктивности агроценозов и улучшение качества зерна яровой пшеницы, является совместное ее возделывание с бобовыми культурами. Наибольшая продуктивность агроценоза с лучшими показателями качества яровой пшеницы формируется при ее совместном возделывании с горохом.

Рецензенты:

Демаков Ю.П., д.б.н., профессор кафедры экологии, почвоведения и природопользования, ПГТУ, г. Йошкар-Ола.

Карасев В.Н., д.с.-х.н., профессор кафедры СПС, ботаники и дендрологии, ПГТУ, г. Йошкар-Ола.

Работа поступила в редакцию 01.10.2014.


Библиографическая ссылка

Гордеева Т.Х., Новоселов С.И. МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СМЕШАННЫХ БОБОВО-ЗЛАКОВЫХ АГРОЦЕНОЗОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-1. – С. 99-104;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35485 (дата обращения: 26.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074