Агрохимия, 2019, № 8, стр. 3-13

ВВЕДЕНИЕ

Территория Курганской обл. расположена в западной части Западно-Сибирской низменности. В основном это плоская равнина с незначительным общим уклоном с юга на север и с запада на восток. Равнина слабодренированная, расчленена сетью междуречий [1]. Климат в Зауралье резко континентальный, характерны суровые зимы и относительно жаркое лето. По почвенно-климатическим условиям территория Курганской обл. делится с существенными их отличиями на северо-западную, центральную, восточную и южную зоны. Поэтому стационарные опыты были заложены в каждой природно-климатической зоне. Наиболее благоприятные погодные условия для возделывания сельскохозяйственных культур и проявления эффективности удобрений складываются в северо-западной зоне в связи с лучшим увлажнением растений. Пашня в Курганской обл. занята в основном черноземами выщелоченными и обыкновенными солонцеватыми.

Различные агротехнические приемы, действуя на продуктивность сельскохозяйственных культур, влияют и на свойства почвы. Среди разных показателей свойств почвы содержанию органического вещества отводится первостепенная роль в характеристике ее плодородия, поскольку оно тесно связано с условиями питания и влагообеспеченности растений [2]. Понятие “плодородие почвы” формулируется как специфическое ее свойство, характеризующее накопленные ресурсы вещества, энергии и информации, которые используются растениями в биогеоценозе [3]. Изменение эффективного плодородия выражается в динамике урожайности сельскохозяйственных культур.

Гумус состоит из инертной части, прочно связанной с минеральной частью почвы, устойчивой к микробиологическому разложению, и легко разлагаемой лабильной, на которую приходится 10–30% [4]. Соотношение содержаний углерода и азота (С : N) в лабильной части равно 5–10 [5], в гуминовых кислотах – 14–15 [2]. Очень важно знать возможность и пути регулирования содержания гумуса. Регулирующая система должна быть шире регулируемой. Первая должна накопить исследования о влиянии множества приемов на вторую. Обработка почвы, севооборот, приемы удобрения, вид растения, сорт и т.п. – все эти факторы в определенной степени могут менять состояние органического вещества почвы и других ее свойств. В настоящем исследовании изучали в основном роль удобрений в разных видах севооборотов. Для близких к Зауралью территорий есть данные о положительном действии удобрений на содержание гумуса в почве [6, 7].

Учет урожайности культур в хозяйствах и районах области показал ее изменчивость: в частности, для зерновых и зернобобовых культур в Курганской обл. урожайность за 4 пятилетия (1996–2015 гг.) была следующей: 8.8, 9.8, 13.0 и 16.2 ц/га; в 2016 и 2017 гг. получено 17.2 и 20.3 ц/га соответственно.

Наблюдения за динамикой показателей плодородия почв ведутся во время туров обследования, что позволяет проследить за ходом их изменений. Средневзвешенное содержание гумуса в почвах на территории, обслуживаемой ГСАС “Курганская”, в зависимости от туров обследования менялось следующим образом: 4.58% (1982–1990 гг.), 4.36 (1990–2000 гг.), 4.39 (2000 г.–настоящее время) и 4.28% (2005 г.–настоящее время). В северо-западной зоне почвы богаче гумусом, в этом случае изменения его содержания за период 1984–2016 гг., по данным САС “Шадринская”, были следующими: 5.35, 5.45, 5.36, 5.10 и 5.50% [8]. Повышение последнего показателя можно объяснить сокращением площадей посевов и оставлением в качестве пашни наиболее плодородных почв. Кроме этого, могло сыграть роль резкое уменьшение объемов обследования почв.

В отношении кислотности почв величины ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ сохранились на одном уровне. Показатель потенциальной кислотности рН_KCl начал снижаться с 1980-х гг. На территории ГСАС “Курганская”, начиная с наблюдений в 1982 г., изменения рН_KCl были следующими: 6.10, 5.75 и 5.74 ед. В северо-западной зоне величина рН_KCl изменилась со средневзвешенного показателя 5.82 в период 1965–1974 гг. до 5.34 для цикла 2013–2016 гг. (до слабокислой степени) [8].

Материалы наблюдений за свойствами почвы в исследованиях Курганского НИИСХ показали не только их варьирование в зонах области и во времени, но и позволили найти приемы, положительно действующие на показатели почвенного плодородия. Цель работы – изучить динамику плодородия черноземных почв под влиянием агротехнических приемов в условиях Курганской обл.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Наблюдения за свойствами почвы в динамике вели в стационарных опытах отдела агрохимии Курганского НИИСХ. Схемы опытов предложены В.И. Волынкиным. В экспериментах отслежено изменение потенциального плодородия во времени и под влиянием удобрений. Описание опытов представлено в работах [9, 10].

Объекты исследования – почвы 3-х опытных полей Курганского НИИСХ. Центральное опытное поле. Почва – чернозем выщелоченный маломощный среднесуглинистый. Содержание гумуса по Тюрину в слое 0–20 см – 4.50%, валовых элементов питания: азота – 0.22, фосфора – 0.07, калия – 1.3%. Валовые запасы в слое почвы 0–20 см, т/га: гумус – 113, азот – 5.5, фосфор – 1.76, калий – 32.7; ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ 6.2–6.4, рН_KCl 6.2 в 1971 г., в 2016 г. – 5.0. Гидролитическая кислотность исходная – 2.46 ммоль(экв)/100 г, в 2006 г. – 3.92. Суммарное содержание катионов кальция и магния сохраняется на уровне 20–22 ммоль(экв)/100 г. Степень насыщенности ППК основаниями равна 85%. Содержание подвижных форм (по Чирикову), мг/кг: Р₂О₅ – 38–40, K₂О – 200–250. Ежегодное применение фосфорного удобрения повышало содержание подвижного фосфора с 40 до 80–90 мг/кг. Накопление нитратного азота в пару в 1-метровом слое в среднем было равно 117 кг/га. Количество N-NО₃ в 1-метровом слое при применении N40–60 после непаровых предшественников повышалось до 90–120 кг/га (в контроле – 30–40 кг/га) [9, 10].

Шадринское опытное поле (северо-западная зона области). Почва – выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый чернозем. Содержание гумуса в слоях 0–20 см и 0–30 см на участках 2-х опытов было равно 5.37 и 6.14%, валовых элементов питания: азота – 0.36, фосфора – 0.13, калия – 0.70%. Валовые запасы в слое 0–20 см, т/га: гумуса – 135–155, азота – 9.1, фосфора –3.33, калия – 17.9; ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ 6.2–6.4, рН_KCl 6.2 в 1971 г., в 2016 г. – 4.8 ед.; гидролитическая кислотность – 3.1 ммоль (экв)/100 г, сумма поглощенных оснований – 36.9 ммоль(экв)/100 г, степень насыщенности ППК основаниями – 84%. Содержание подвижных форм (по Чирикову), мг/кг: Р₂О₅ – 68–72, K₂О – 150–170. Такое содержание подвижного фосфора в почве опытного поля сложилось в результате многолетнего применения в разных опытах навоза и суперфосфата (опытное поле действовало с 1916 г.). На этом повышенном фосфатном фоне в современных опытах под влиянием ежегодного внесения фосфорного удобрения содержание подвижного фосфора повысилось с 70 до 90–120 мг/кг. Запасы N-NО₃ в пару в 1-метровом слое в среднем были равны 85 кг/га, а после непаровых предшественников при применении N60–80 оно равнялись 80–90 кг/га (в контроле – 49 кг/га) [9, 10].

Макушинское опытное поле (восточная зона области). Почва – обыкновенный солонцеватый чернозем, тяжелосуглинистый и легкоглинистый. Содержание гумуса в слое почвы 0–20 см – 4.5–5.0%, валовых элементов питания: азота – 0.26, фосфора – 0.07, калия – 0.95%. Валовые запасы в этом слое почвы, т/га: гумуса – 118, азота – 6.1, фосфора – 1.6, калия – 22.4; ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ 7.3; суммарное содержание катионов кальция и магния – 44–47, натрия – 0.81–0.95 ммоль(экв)/100 г. Содержание подвижных форм, мг/кг: Р₂О₅ (по Мачигину) – 3–4, (по Чирикову) – 28, K₂О – 170–185. На этом фосфатном фоне содержание подвижного фосфора от фосфорного удобрения повышалось с 28 до 45–50 мг/кг. Накопление N-NО₃ в пару в 1-метровом слое почвы в среднем было равно 194 кг/га, после непаровых предшественников – 85 в контроле и при применении N20–40 – 120–140 [9, 10].

Повторность при отборе смешанного образца в вариантах – 3–4 пробы с делянки во всех повторениях эксперимента. Площадь делянок в разных опытах – от 100 до 270 м². Повторность трехкратная.

Характеристику плодородия почв дополняет урожайность культур, сформированная на естественных фонах питания и улучшенных. Видные ученые-агрохимики Д.Н. Прянишников и Д.У. Кук при подборе удобрений под разные культуры считали обязательным “спросить у растения”. По их мнению, более точную оценку отзывчивости растений на агротехнические приемы можно получить в условиях длительных стационарных опытов [11–13]. Сильное влияние на свойства почвы оказывают: удобрение культур, вид севооборота и система обработки почвы. Стационарные опыты служат своеобразными надежными реперными площадками для наблюдений за динамикой эффективного и потенциального плодородия почвы на экстенсивных и интенсивных фонах. Преимущество длительных стационарных опытов в том, что оцениваемые фоны имеют строго зафиксированную историю, что уменьшает роль случайных факторов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На фонах применения достаточного количества минеральных или органических удобрений наблюдали положительное влияние средств химизации на содержание гумуса и другие агрохимические свойства почвы.

Удобрения способны существенно повышать содержание гумуса в почве. В нашем исследовании выявлена роль вида севооборота и удобрений. В короткоротационных севооборотах кукуруза–пшеница регулярно проводимые междурядные обработки в посеве кукурузы и ежегодная вспашка в условиях удаления соломы с поля в неудобренных вариантах приводили к потерям гумуса. Например, на Центральном опытном поле в севообороте кукуруза–пшеница за период 1978–2016 гг. на фонах без удобрения отмечено снижение содержания гумуса с 4.40 до 3.90%. Еще в одном эксперименте с таким же севооборотом за 7 лет (с 1975 по 1982 гг.) содержание гумуса в контроле снизилось с 4.89 до 4.44%.

В зернопропашных севооборотах с насыщением зерновыми культурами на 75% и оставлением соломы в поле этого не наблюдали. Среди вариантов с удобрением выделены экономически эффективные состав и дозы удобрений. От уровня урожайности зависела степень воздействия агрофона на свойства почвы. Например, на Центральном опытном поле прибавки от удобрений в севообороте кукуруза–пшеница–пшеница–овес при ежегодной вспашке были высокими в тех вариантах опыта, где применяли азот в сочетании с фосфором, особенно при дозах азота N40–60 (рис. 1). В связи с бедностью почвы подвижным фосфором (40 мг/кг), азотно-фосфорное удобрение, примененное в севообороте, имело существенное преимущество перед внесением одного азотного. Аналогичной была закономерность для посевов бессменной пшеницы по стерне, выращиваемой на том же участке после 7-ми ротаций севооборота (табл. 1). С повышением урожайности при применении удобрений увеличивалось и содержание гумуса в слое 0–20 см почвы.

Рис. 1.

Прибавки урожайности зерна (пшеницы и овса) в севообороте (1971–1998 гг.) и в посевах бессменной пшеницы (1999–2017 гг.), ц/га; урожайность зерновых в контроле в севообороте – 18.6, в посевах бессменной пшеницы – 10.1 ц/га.

В контроле этого опыта содержание гумуса варьировало по годам с небольшими изменениями при близких показателях к исходному уровню 4.5%. Изменение его содержания по годам коррелировало с варьированием урожайности за периоды перед очередным отбором почвенных образцов. После урожайных лет содержание гумуса было несколько больше, после засушливых лет – меньше, но в среднем в контроле отмечено сохранение его первоначального уровня. В севообороте при внесении N50–75Р40 содержание гумуса повышалось. При меньшей дозе N25Р40 увеличение его содержания было незначительным, при внесении только азотного удобрения его содержание снижалось. В последующие годы в посевах бессменной пшеницы по стерне эти закономерности подтвердились (табл. 2). Так как бессменные посевы пшеницы с минимальной обработкой почвы широко распространились в производственной практике, то потребовалось изучение особенностей данного нового агрофона.

Переход от вспашки к минимизации обработки почвы в эксперименте отрицательно сказался на процессе накопления органического вещества, что связывают со снижением урожайности пшеницы на стерневых фонах [14]. В нашем исследовании кроме этого фактора имело значение и усиление засушливых явлений в годы выращивания бессменной пшеницы по сравнению с периодом севооборота и вспашки. К тому же в севообороте была более урожайная зерновая культура – овес, поэтому даже без удобрений продуктивность зерновых культур была равна 18.6 ц/га, отдельно пшеницы в севообороте – 15.8 ц/га. Урожайность бессменной пшеницы по стерне в контроле снизилась до 10.0 ц/га. Сравнение количества растительных остатков показало сильную зависимость массы остатков от величины урожайности культур (табл. 3). Солому оставляли на поле с 1978 г., с момента использования комбайна “Сампо-500”.

Расчетный баланс гумифицированного органического вещества (ОВг) подсчитан за 7 ротаций севооборота и далее за 3 четырехлетия для посевов бессменной пшеницы, т.е. в целом за 40 лет опыта (28 лет в севообороте и 12 лет бессменной пшеницы). Расчет показал, что он был отрицательным в контроле без удобрений 7 раз, при применении N60 без фосфора – 3 ротации, в вариантах применения N25–20Р40–26 – 2 раза, N50–40Р40–26 – 1 раз, N75–60Р40–26 – ни разу. Положительный баланс ОВг в последнем варианте существенно менялся. Более высоким он был в урожайных 3-, 5- и 8-й ротациях, равняясь 0.46–0.52 т/га. В очень засушливом 10-м четырехлетии баланс даже при высокой дозе азота составил всего лишь 0.07, в среднем за 10 ротаций – 0.24 т/га. Положительный баланс ОВг надежнее складывался, если поступление биомассы (корней, стерни и соломы) повышалось до 5–6 т/га, что отмечено только при внесении 2-й и 3-й доз азота с фосфором (в севообороте – N50–75Р40, в повторных посевах – N40–60Р26). В контроле пополнение почвы растительными остатками было значительно меньше: 3.0–4.0 т/га во влажные годы и 1.8–2.0 т/га – в засушливые.

В северо-западной зоне на Шадринском опытном поле за агрохимическими свойствами почвы проследили в 2-х опытах. Один из них – 30-летний эксперимент (опыт В.И. Волынкина, А.И. Себянина и В.П. Новоселова) с дозами фосфора в севообороте кукуруза–пшеница–ячмень, где ежегодно вели вспашку. Все поля севооборота размещены в пространстве. Дозы азота для вышеназванных культур следующие: N100–40–60, в среднем в севообороте N67. Урожайность кукурузы повышалась с 51 ц сухого вещества/га в контроле до 84 при применении N100 и до 87–90 ц, если вносили Р15–30. Сбор зерна пшеницы возрастал с 18.5 до 27.8 ц/га при внесении N40 и с 29.4 до 30.2 ц/га при внесении N40Р15–30. Урожайность зерна ячменя 15.3 ц/га была в контроле без удобрения, повышаясь до 25.1 ц/га при применении N60 и до 26.1–27.0 в вариантах внесения N60Р15–30. В этом опыте азот оказывал высокое действие даже без фосфорного удобрения, поскольку обеспеченность растений фосфором почвы опытного участка была повышенной (содержание Р₂О₅ было равно 70–75 мг/кг). Оценка сделана по шкале Чирикова, корректированной для местных условий Зауралья: очень низкая обеспеченность – при содержании <20, низкая – 20–45, средняя – 45–60, повышенная – 60–80 и высокая – >80 мг/кг. Содержание Р₂О₅ на уровне 70–75 мг/кг сложилось, как уже упоминалось, за счет многолетних экспериментов по применению навоза и минеральных удобрений на опытном поле, которое начало работать с 1916 г. Данные этого опыта показали необходимость иметь паспорт не только того поля, для которого подбирают дозы удобрений, но и паспорт опыта с агрохимической характеристикой почвы. Только тогда перенос результатов опыта в производство будет обоснованным.

Суммарный сбор кормовых единиц за ротацию севооборота кукуруза–пшеница–ячмень в вариантах с азотным удобрением повышался со 105 в контроле до 173 ц/га. В сочетании с фосфором дополнительное увеличение продуктивности было небольшим. Применение соломы в качестве органического удобрения на урожайность не влияло (рис. 2).

Рис. 2.

Сбор кормовых единиц за ротацию севооборота кукуруза–пшеница–ячмень на Шадринском опытном поле (1978–2007 гг.).

Среднее для 3-х ярусов опыта содержание гумуса в контроле составило 5.37%. Близким оно оказалось в вариантах многолетнего применения удобрений в дозах N67Р30–45, меньшим – при отдельном внесении азота и фосфора, особенно в варианте Р30, где урожайность была всегда низкой. Без влияния на урожайность внесение соломы оказало положительное действие на содержание гумуса (в других вариантах солому удаляли с поля) (рис. 3).

Рис. 3.

Содержание гумуса в слое 0–20 см в севообороте кукуруза–пшеница–ячмень в опыте (Шадринское опытное поле, среднее в повторениях, НСР₀₅ = 0.5).

Отметим, что в этом опыте агрохимическая характеристика почвы проведена поделяночно. Смешанный образец готовили из 4–5 скважин на делянке, анализ вели для каждого повторения отдельно. Опыт размещен в 3-х ярусах. Содержание гумуса на участке уменьшалось от левого края опыта к правому, а также от 1-го яруса к 3-му. Было по 3 контроля в повторении для каждой из 3-х культур севооборота (всего 27). Содержание гумуса в 27-ми контролях показало определенную пестроту почвы участка. Коэффициент вариации внутри ярусов: в 1-м – 5.1%, во 2-м – 8.1% и в 3-м – 15.9%. Среднее содержание гумуса во всех контролях – 5.37%.

Достовернее было оценить положительное действие соломы, добавленной к внесению N67Р30, сопоставив содержание гумуса в этом варианте с рядом находящимся контролем. Такое сравнение было возможно вести для 9-ти пар дат. Среднее увеличение содержания гумуса при внесении соломы составило 0.32% в абсолютной величине (5.15 и 5.47% соответственно). Такое же сравнение влияния вариантов применения N67P15 и N67Р30 с ближним контролем дало результат: 5.15% в контроле и 5.14 и 5.21% в вариантах применения минеральных удобрений без соломы соответственно. Удаление соломы с поля ограничивало количество органического материала для новообразования гумуса.

Во втором эксперименте на Шадринском опытном поле, который вели В.И. Овсянников и В.П. Новоселов, сравнивали разные виды севооборотов, где удобрения применяли при ежегодной вспашке. Сохранение содержания гумуса отмечено только под посевами бессменной пшеницы при применении N40–80Р30. Остальные результаты наблюдений свидетельствовали о снижении содержания гумуса по сравнению с исходным средним для участка показателем 6.14% (табл. 4).

Снижение содержания гумуса за 40 лет в контроле и в вариантах с удобрением составило 0.5–0.7%. Наиболее заметными потери гумуса за 40 лет были в зернопаровом севообороте и под посевами бессменной кукурузы с внесением меньшей дозы удобрения. При высокой дозе (N120), несмотря на регулярные междурядные обработки почвы, снижение содержания гумуса под бессменной кукурузой было небольшим – 0.2%.

В восточной зоне на Макушинском опытном поле на обыкновенном солонцеватом черноземе в 2008 г. в опыте с севооборотами (опыт В.И. Овсянникова, Г.П. Попова с 1969 г.) изучили влияние применения удобрений на содержание гумуса. В вариантах применения Р30 и N40P30 содержание гумуса повысилось по отношению к контролю на 0.1% в зернопаровом севообороте и на 0.3–0.5% – под посевами бессменного овса. В вариантах с бессменной пшеницей определяли содержание гумуса в 2013 г. Фон – вспашка первые 30 лет и поверхностная обработка в следующие 15 лет. Почва в этом случае была очень бедна подвижным фосфором (28 мг/кг), что было причиной эффективного действия внесения Р30 (табл. 5).

На фоне применения Р30 урожайность пшеницы повышалась на 4.0–8.0 ц/га в первые годы при внесении суперфосфата. В дальнейшем прирост урожайности в этом варианте был ≈3–5 ц/га. С 2000 г. перестали вносить фосфорное удобрение. В следующие 15 лет опыта последействие суммарной дозы фосфора Р900 было существенным.

Азотный режим обыкновенного солонцеватого чернозема по условиям азотного питания по сравнению с выщелоченным был более благоприятным. Это объясняется нейтральной реакцией почвенного раствора, усиливающей деятельность микроорганизмов-нитрификаторов. Поэтому при внесении азота дополнительно к дозе Р30 усиление азотного режима было небольшим, а первые 3 года внесение азота на фоне Р30 не давало эффекта. Затем он стал проявляться, усиливаясь в годы с достаточным увлажнением. Тем не менее, экономическая оценка 3-х доз азота показала, что в обыкновенный солонцеватый чернозем достаточно к Р30 добавлять N20.

Повышенная урожайность пшеницы в варианте Р30 привела к увеличению содержания гумуса с 5.05% в контроле до 5.34%. При совместном внесении азота и фосфора содержание гумуса оставалось близким к контролю.

Кислотность почвы. В опытах Курганского НИИСХ на выщелоченных черноземах Центрального и Шадринского опытных полей с 1980-х гг., как и в агрохимслужбе области, наблюдали подкисление почвы с изменением рН_KCl c 6.2–6.4 до 5.0. С течением времени подкисление было отмечено как в контроле, так и в других вариантах. Действовали 2 фактора – временнóй и применение удобрений. При этом содержание суммы Са²⁺ и Mg²⁺ сохранялось на исходном уровне – 20–22 на Центральном поле и 36.9 ммоль(экв)/100 г – на Шадринском поле.

В обыкновенном солонцеватом черноземе восточной зоны на Макушинском опытном поле кислотность почвы менялась с переходом от нейтрального ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ к щелочному. В слое 0–20 см на 44-й год опыта величина ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ в контроле стала равной 8.03, тогда как исходная была равна 7.3. В вариантах применения N20–40P30 изменения были более заметными – до 8.25 и 8.12. В глубоких слоях чернозема под удобренным посевом величина ${\text{р }}{{{\text{Н }}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ была еще больше – до 8.8–8.9. В слое 20–100 см при внесении удобрений по сравнению с контролем наблюдали более сильное подщелачивание почвенного раствора. На этой глубине содержание поглощенного натрия составляло 3–4 ммоль(экв)/100 г при его наличии в слое 0–20 см < 1 ммоль(экв)/100 г. Небольшие изменения кислотности в слое 0–20 см могли быть вызваны подъемом поглощенного натрия с восходящим током влаги в годы с повторениями засух. Более заметным это было на фоне применения удобрений, что связано с более интенсивным развитием корневой системы пшеницы в удобренных вариантах и переносом Na⁺ в верхние слои почвы [15]. Постепенно доля натрия в составе ППК возрастала. При восходящем токе влаги некоторая часть натрия переходила из ППК в водный раствор. С испаряемой влагой соли натрия поднимались из нижних горизонтов почвы в верхние, вызывая их постепенное осолонцовывание. Несмотря на увеличение количества поглощенного натрия в гумусовом горизонте, чернозем остался слабосолонцеватым, поскольку содержание катиона не превышало 1 ммоль(экв)/100 г.

Влияние удобрений на состояние микробоценоза почвы. Показатели содержания гумуса, нитратного азота и подвижного фосфора – это свидетельство активной деятельности микроорганизмов, определяющей биологическое плодородие почвы. Важную роль играют бактерии, среди них в почве преобладают гетеротрофы, которые питаются готовыми органическими веществами. Меньшее их количество представлено аутотрофами, которые, как и растения, создают из неорганических веществ органические, и сапрофитами, питающимися мертвым органическим веществом. Кроме бактерий в почве есть грибы (их доля составляет 1/40 от количества бактерий), а также актиномицеты (1/10 от численности бактерий). Во влажные годы в почве присутствуют водоросли (до 10 тыс./г почвы). Из класса Рrotozoa в почве встречаются корненожки, жгутиковые и реснитчатые инфузории, которые питаются бактериями и грибами. На углерод микробной массы приходится 24–81% углерода, потенциально минерализуемого в окультуренных почвах. Активность деятельности микроорганизмов в почве регистрируется по выделению углекислого газа [2].

До 90–95% азота, внесенного с удобрением, включается в состав микробной массы, затем происходит ее минерализация. Ее количество и видовой состав зависит от количества осадков и температурного режима [16]. Средние показатели содержания углерода микробной массы в черноземе целинном – 52.3, в пахотном – 44.0 и залежном – 47.8 мг С/100 г почвы [17].

Прямой метод исследования микрофлоры почв на мясопептонной агаризованной среде (МПА) дает сведения о бактериях-аммонификаторах, разлагающих белки животных и растительных остатков с образованием аминокислот, которые после дезаминирования превращаются в аммиак и другие соединения. Нитрификаторы – бактерии, окисляющие аммиак в нитриты, а затем в нитраты, их определяют на среде Виноградского. Денитрификаторы – бактерии, восстанавливающие нитраты в газообразный азот, их определяют на среде Гильтая. На среде Гетчинсона проращивают аэробные целлюлозоразлагающие микроорганизмы. На крахмало-аммиачном агаре (КАА) определяют актиномицеты [18]. Микробная биомасса, составляя от 0.4 до 6.7% от углерода органического вещества (ОВ), является основным компонентом минерализуемого пула ОВ почвы [19].

Анализ микрофлоры пахотного слоя почвы проведен на Шадринском опытном поле в тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе. Минеральное и органическое удобрения существенно повышали численность микроорганизмов по сравнению с неудобренной почвой. Внесение органических удобрений (навоза, соломы, особенно навоза) заметнее увеличивало количество всех групп микроорганизмов (табл. 6).

Уровень формирования урожайности свидетельствует об отзывчивости растений на повышение биологической активности почвы. В севообороте кукуруза–пшеница–ячмень на тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе урожайность одной из культур – пшеницы – в вариантах составила: 18.5 ц/га – в контроле, 23.4 – в варианте с последействием навоза (вносили в дозе 30 т/га в 1-м поле под кукурузу). Удобрение N67 было эффективнее, повысив урожайность зерна пшеницы до 30.2 ц/га. Добавление к N67Р30 соломы не меняло урожайность, она была равна 30.0 ц/га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В полевых стационарных опытах было выявлено, что в выщелоченном черноземе в короткоротационном севообороте кукуруза–пшеница в неудобренных вариантах содержание гумуса уменьшалось. В 4-польном зернопропашном севообороте с кукурузой и 3-мя зерновыми культурами, а также в посевах бессменной пшеницы содержание гумуса в контроле во времени оставалось на одном уровне. При внесении второй (N50–40) и третьей (N75–60) доз азота совместно с фосфором содержание гумуса повышалось на 0.7–0.9% в условиях севооборота и на 0.3–0.5% в посевах бессменной пшеницы, возделываемой на том же участке после севооборота.

В эксперименте на Шадринском опытном поле в 9-ти повторениях оценено положительное влияние соломы на содержание гумуса по отношению к рядом размещенному контролю (на 0.32%). Из приемов удобрения положительным действием выделили применение дозы N67, отрицательным – одностороннее применение фосфорного удобрения на зафосфаченной ранее почве, где урожайность всегда была невысокой. Использовать эти результаты опыта в виде рекомендаций для производственных полей можно только на участках с аналогичными агрохимическими характеристиками. Почвы Шадринского района по обеспеченности подвижным фосфором – среди лучших в области, т.к. ранее район был объявлен зоной сплошной химизации, но встречаются участки с содержанием 40 мг Р₂О₅/кг, которое было до широкого применения удобрений.

На Шадринском опытном поле в другом 40-летнем опыте с разными севооборотами отмечено снижение содержания гумуса, более заметное в зернопаровом севообороте, несмотря на применение удобрений. Размеры снижения равнялись 0.5–0.7% к средней исходной величине на участке (6.14%). Под посевами бессменной кукурузы на фоне меньшей дозы удобрения N40P30 уменьшение содержания гумуса достигло почти 0.8%, но при внесении N120P30 его снижение составило 0.2%. Под посевами бессменной пшеницы отмечено сохранение содержания гумуса при условии применения азотно-фосфорного удобрения N40–80P30.

В обыкновенном солонцеватом черноземе Макушинского опытного поля содержание гумуса повышалось при применении удобрений на 0.1% в зернопаровом севообороте и на 0.3–0.5% под посевами бессменного овса. При выращивании бессменной пшеницы высокоэффективным был вариант Р30, где отмечено повышение содержания гумуса на 0.3%. При применении азотно-фосфорного удобрения содержание гумуса оставалось практически на уровне контроля. При удалении во времени культуры от пара на этой почве достаточно вносить N20–30Р15–20.

Кислотность выщелоченных черноземов за 40 лет возросла при изменении величины рН_KCl в контроле с 6.2–6.4 до 5.4 на Центральном опытном поле и до 5.2 на Шадринском, т.е. на 1 ед. Удобрения несколько повысили ее дополнительно, понизив показатель рН_KCl к современному контролю на 0.2 ед. В обыкновенном солонцеватом черноземе в восточной зоне отмечено подщелачивание почвенного раствора в связи с подъемом поглощенного натрия нижних слоев почвы в гумусный горизонт.

Анализ микрофлоры почвы показал, что удобрения увеличили численность микроорганизмов, определяемых на средах МПА, КАА и других. Суммарная биологическая активность в тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе Шадринского опытного поля повысилась со 100% в контроле до 226% при применении органического удобрения, до 242% при внесении N67P30 и до 314%, если к минеральному удобрению добавляли солому.