Агрохимия, 2021, № 10, стр. 62-67

ВВЕДЕНИЕ

Изменение климата и отказ от классической обработки почвы провели к повышению численности сорных растений и особенно зимующих видов сорняков в посевах сельскохозяйственных культур. В условиях недостаточного увлажнения отрицательное действие этих сорняков приводит к ухудшению влагообеспеченности и минерального питания культуры. Многолетними исследованиями доказано, что при засоренности посевов пшеницы зимующими видами сорняков от 100 шт./м² и больше урожай зерна может снижаться на 25% и более [1–4]. К этому следует добавить, что нередко своевременно не удается побороть зимующие сорняки в осенний период из-за часто складывающихся неблагоприятных погодных условий, а также вследствие загруженности механизаторов и сельхозтехники полевыми работами, связанными с уборкой. В связи с этим возникает необходимость проведения защитных мероприятий весной перед посевом [5, 6].

В комплексе мер по очищению посевов от сорной растительности и повышению продуктивности сельскохозяйственных культур активно применяют гербициды [7]. К применению в РФ разрешены гербициды, относящиеся к различным химическим группам, которые могут оказывать определенное влияние на микробиоту почвы [8].

Глифосаты применяют достаточно долгий срок как высокоэффективные малотоксичные гербициды общеистребительного действия. Однако в последние годы возникает много вопросов об их безопасности, достаточно много существует противоречивых данных о влиянии данного препарата на компоненты других соединений, а также о его негативном последействии [9].

2.4-Д – системный гербицид, подавляющий развитие многих двудольных широколистных сорных растений в посевах зерновых культур. Применяется в виде солей и эфиров. Эфиры лучше проникают в ткани растений и более интенсивно и глубоко продвигаются по корневой системе, в результате чего остаточные частицы действующего вещества могут аккумулироваться в почве.

Гербициды класса сульфонилмочевин обладают селективными свойствами в отношении сорняков и занимают ведущее положение среди распространенных пестицидов в зерновом производстве. В последнее десятилетие масштаб их использования в растениеводческой отрасли постоянно увеличивается. Их применяют в посевах многих культур в чистом виде или в смеси с другими типами гербицидов. Однако некоторые из них, попадая в почву, длительный период времени сохраняют высокую фитотоксичность для чувствительных культур севооборота [3].

При обработке поля гербицидами часть их проявляет целевое токсическое действие в отношении сорняков. Другая же часть попадает в почву с экссудатом из корней растений или с пожнивными остатками [10, 11]. Однако часть бактерий способна к активной деградации гербицидов и связыванию их токсических соединений [12, 13]. Вклад микроорганизмов в процессы разложения токсических веществ различные авторы оценивают в 10–70% [14]. Эффективность работы микроорганизмов зависит от количества остаточных вредных веществ, аккумулирующихся в почве: чем их больше, тем заметнее становится снижение числа всех агрономически важных групп микробиоты [15].

Потребность в исследованиях по взаимодействию гербицидов с почвенными микроорганизмами обусловлена важностью этого вопроса, т.к. почвенная микробиота является биологическим индикатором, по изменению которой можно судить о плодородии и “здоровье” почвы. В связи с ежегодно увеличивающимся масштабом использования гербицидов и с расширением их спектра необходимо разобраться с механизмами функционирования микробных сообществ в почвах под их влиянием. Известно, что именно они обеспечивают стабильную устойчивость и продуктивность биоценозов [16].

Цель работы – изучение влияния предпосевного применения гербицидов на биологическую активность чернозема выщелоченного.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в Курганском НИИСХ – филиале УрФАНИЦ УрО РАН в лаборатории регуляторов роста и защиты растений. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный маломощный малогумусный тяжелосуглинистый со следующими показателями: содержание гумуса – 4.1–4.3% (по Тюрину), N-NO₃ – 9.3–9.4 мг/кг почвы, ${\text{p}}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ 5.7, содержание подвижного Р₂О₅ – 86–92, обменного K₂О – 188–202 мг/кг почвы (по Чирикову).

В качестве объектов изучения использовали следующие действующие вещества: метсульфурон-метил (препарат Ларен Про 10 г/га), 2,4-Д эфир (препарат Эстерон 0.6 л/га) и глифосат (препарат Торнадо-500 1.5 л/га), которые широко применяют в агропроизводстве региона. Пестициды применяли за 10 сут до посева, один раз за сезон. Гербициды вносили с помощью опрыскивателя “Solo-456” с расходом рабочей жидкости 250–300 л/га. Защищаемая культура – яровая мягкая пшеница Triticum aestivum L. сорта Зауралочка. Опыт был заложен после парового предшественника.

Исходная засоренность опытного участка была представлена в основном пастушьей сумкой (Capsella bursa-pastoris (L.) Medik.), доля которой в составе сорняков изменялась от 87 до 98%.

Погодные условия 2019–2020 гг. отличались от среднемноголетних. В годы исследования отмечено повышение температурного фона в 2019 г. на 0.7°С, в 2020 г. – на 1.9°С по сравнению со среднемноголетней нормой. В среднем за 2 года наблюдали недостаток увлажнения, сумма осадков за период вегетации составила 174 и 140 мм по сравнению со среднемноголетней нормой 195 мм.

Для определения численности почвенных микроорганизмов использовали метод разведений с последующим высевом на твердые питательные среды (мясо-пептонный агар (МПА), крахмал-аммиачный агар (КАА), среду Чапека, среду Эшби). Отбор почвы проводили на 2-х несмежных делянках в 5-ти точках. После подготовки среднего образца отбирали навеску массой 10 г, переносили в колбу с 90 мл стерильной воды и взбалтывали в течение 10 мин. Готовили разведения 1 : 100 для посева грибов, 1 : 10 000 – для бактерий и актиномицетов. Учет бактерий проводили на 5-е сут, актиномицетов, грибов – через 7 сут [17–22].

Все исследования были проведены в трехкратной аналитической повторности. Статистическую обработку полученных данных осуществляли по [23].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализы образцов перед закладкой опыта показали, что в исследованной почве происходило небольшое увеличение минерализации и снижение микробиологического синтеза почвенного органического вещества, что присуще паровым предшественникам. Минерализацию органического вещества осуществляли в основном бактерии и актиномицеты, роль микромицетов в этом процессе была ослаблена.

Исследование по изучению влияния допосевного внесения гербицидов на количественный состав микрофлоры в выщелоченном черноземе показало, что общая численность микроорганизмов исследованных групп изменялась в вариантах опыта от 4460–6620 тыс./г почвы в послеуборочный период до 21 800–27 500 тыс./г почвы в период вегетации пшеницы (через 35 сут после химической обработки) (табл. 1).

В среднем за вегетацию бóльшая численность микроорганизмов выявлена в варианте при применении Торнадо (14 600 тыс./г почвы), наименьшая – при использовании Ларена (9120 тыс./г почвы).

В связи с дефицитом осадков (13% в 2019 г., 5% в 2020 г. от нормы) и повышенным температурным фоном (на 3.7°С больше нормы в 2020 г.), через 15 сут после обработки гербицидами отмечено снижение общей биогенности на 73% от первоначального учета в контрольном варианте. На фоне этого последействие остаточных количеств гербицидов проявлялось сильнее, снижение биогенности составило от 62 до 74% относительно контроля.

Рассматривая вопрос влияния гербицидной обработки на численность микроорганизмов различных групп, следует отметить, что применение глифосата в меньшей степени повлияло на снижение численности аммонификаторов и микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота, в отличие от вариантов применения Эстерона и Ларена при первом учете (табл. 2). Независимо от действующих веществ, все испытанные препараты приводили к снижению численности олиготрофов в среднем в 1.5 раза и микромицетов – в 2 раза относительно контроля.

Через 35 сут после применения гербицидов произошло увеличение общего числа микроорганизмов, данный учет проводили в июне – это наиболее благоприятное время в условиях Зауралья для активной жизнедеятельности микробного сообщества. В среднем в вариантах опыта общая биогенность составила от 14 700 КОЕ/г почвы в варианте с Лареном до 27 500 тыс. КОЕ/г почвы – при обработке препаратом Торнадо (табл. 1).

Влияние гербицидов на почвенные микроорганизмы в исследованиях многих ученых не имеет постоянной тенденции к их росту или уменьшению. Например, в работе [24] применение Раундапа неоднозначно повлияло на численность бактерий по годам, в первый год наблюдали уменьшение количества бактерий до 50%, во второй – увеличение их численности на несколько порядков.

В наших исследованиях в вариантах с допосевным применением Торнадо стабильно по годам отмечали увеличение общей биогенности в среднем на 26% относительно контроля. Использование 2.4-Д эфира не имело такой стабильности в годы исследования, в первый год учета (2019 г.) число микроорганизмов увеличилось на 84%, во второй (2020 г.) – уменьшилось на 23%. При использовании сульфонилмочевины отмечено снижение общей биогенности на 32% относительно контроля.

Сравнивая данные 2-х учетов следует отметить, что через 35 сут после применения гербицидов число амилолитиков увеличилось, но доля актиномицетов в них значительно снизилась (табл. 3), особенно в контрольном варианте. В контроле отмечена высокая засоренность пастушьей сумкой (Capsella bursa-pastoris (L.) Medik.) – 59 розеток/м² с массой 483 г/м², и поэтому в этом варианте на фоне недостаточного увлажнения в период вегетации образовался дефицит влаги и минерального питания. Была установлена высокая зависимость изменения числа микроорганизмов от количества и массы сорняков, коэффициент детерминации составил 0.98.

Действие гербицидов на микробиологический состав почвы имело как непосредственное влияние (фитотоксичность), так и косвенное, за счет уничтожения сорняков и поступления их остатков в почву. Например, в вариантах применения препаратов Торнадо и Эстерон отмечено увеличение числа микроскопических грибов (8–10 тыс./г почвы) относительно первого учета, что непосредственно указывало на наличие клетчатки в почвенном субстрате. В варианте применения Ларена при умеренной гибели сорняков (46–48%) наблюдали низкую биогенность и негативное влияние гербицида в отношении актиномицетов (83 тыс./г почвы), представителей олигокарбофильной группы (978 тыс./г почвы) и микромицетов (4 тыс./г почвы).

Обследование почвы после уборки пшеницы показало, что наибольшее число микроорганизмов так и осталось в вариантах применения Торнадо и Эстерона (табл. 4). В контрольном варианте отмечено снижение основных групп микроорганизмов, как было показано ранее, за счет высокой засоренности данного варианта. Однако при поступлении большого количества растительных остатков после уборки увеличилось количество микроскопических грибов на 43% относительно предыдущего учета. Численность микроорганизмов имела отрицательную зависимость с количеством сорняков (R² = –0.61) и очень сильно зависела от их массы (R² = 0.99).

Биогенность почвы в варианте с сульфонилмочевиной в конце вегетации оставалась невысокой, особенно уменьшилось число амилолитиков – до 656 тыс./г почвы и олигокарбофилов – до 601 тыс./г почвы относительно предыдущих учетов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, предпосевное применение гербицидов на основе различных действующих веществ оказывало как прямое, так и опосредованное влияние на биогенность почвы. Через 15 сут после применения гербицидов отмечали негативное влияние испытанных препаратов на микрофлору почвы, что проявлялось в уменьшении численности основных агрономически важных групп микроорганизмов на 62–74%. Через 35 сут после применения препаратов под действием гербицидов произошло отмирание сорняков и поступление растительных остатков в почву, что послужило источником питания для сапротрофной микрофлоры.

В послеуборочный период действие препаратов на почвенные микроорганизмы нивелировалось, за исключением варианта с применением сульфонилмочевины, где проявился токсический эффект в отношении почвенных микроорганизмов в течение всего периода вегетации.