О. В. Кутовая1, А. М. Гребенников1, А. К. Тхакахова1, В. А. Исаев1, В. М. Гармашов2, В. А. Беспалов2, Ю. И. Чевердин2, В. П. Белобров1
1Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Россия, 119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
2НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, Россия, 397463 Воронежская обл., Таловский р-н, п/о институт им. В.В. Докучаева, уч. № 2
Изучено влияние способов обработки почвы (вспашка с оборотом пласта на глубину 20–22 и 14–16 см, безотвальная и поверхностная обработки соответственно на глубину 14–16 и 6–8 см, а также нулевая или минимальная обработка) на биологическую активность различных эколого-трофических групп микроорганизмов на агрочерноземах Каменной степи (Воронежская область) с использованием классических методов посева на элективные среды. Показано, что черноземы являются высокорезистентными почвами, устойчивыми к внешнему воздействию, сохраняющие высокую биологическую активность даже при максимальной механической обработке. Вспашка с оборотом пласта приводит к аэрации пахотного горизонта и инициации активности аэробных форм микроорганизмов углеродного цикла, отвечающих за минерализацию как сложных, так и простых органических соединений почвы. Вклад микроорганизмов азотного цикла (нитратредукторов и азотфиксаторов) в общую биологическую активность миграционно-мицелярных черноземов пашни и залежи был минимальным. Степень механического воздействия на почву влияет на количественные показатели и биологическую активность микроорганизмов в почве – чем сильнее воздействие, тем более глубинные слои затронуты. Процессы поступления свежего органического вещества превалируют над процессами минерализации практически во всех вариантах опыта, кроме вспашки с оборотом пласта на глубину 14–16 см, на что указывают значения коэффициентов минерализации. Наиболее сильный гумусово-аккумулятивный эффект наблюдали в варианте с нулевой обработкой, который максимально приближен к таковым процессам залежи. Минимальная обработка почвы позволит сохранить уникальную структуру черноземной почвы, увеличить поступление свежих органических остатков, сохранить высокое биологическое разнообразие, свойственное природным биоценозам.
Ключевые слова: биологическая активность, вспашка, поверхностная обработка, нулевая обработка, микробиоценоз
DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61
Ссылки для цитирования:
Кутовая О.В., Гребенников А.М., Тхакахова А.К., Исаев В.А., Гармашов В.М., Беспалов В.А., Чевердин Ю.И., Белобров В.П. Изменение почвенно-биологических процессов и структуры микробного сообщества агрочер- ноземов при разных способах обработки почвы // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 35-61. doi: 10.19047/0136-1694-2018-92- 35-61
Kutovaya O.V., Grebennikov A.M., Tkhakakhova A.K., Isaev V.A., Garmashov V.M., Bespalov V.A., Cheverdin Yu.I., Belobrov V.P. The changes in soil-biological processes and structure of microbial community of agrochernozems in conditions of different ways of soil cultivation, Dokuchaev Soil Bulletin, 2018, Vol. 92, pp. 35-61. doi: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61
THE CHANGES IN SOIL-BIOLOGICAL PROCESSES AND STRUCTURE OF MICROBIAL COMMUNITY OF AGROCHERNOZEMS IN CONDITIONS OF DIFFERENT WAYS OF SOIL CULTIVATION
O. V. Kutovaya1, A. M. Grebennikov1, A. K. Tkhakakhova1, V. A. Isaev1, V. M. Garmashov2, V. A. Bespalov2, Yu. I. Cheverdin2, V. P. Belobrov1
1V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Russia, 119017, Moscow, Pyzhevskii per. 7-2
2V.V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black Earth strip, 397463, Voronezh region., Talovsky district, pos. 2 section of V.V. Dokuchaev Institute quarter 5-81
The impact of soil cultivation methods (tillage with soil overturning at a depth of 20–22 and 14–16 cm, beardless plowing and surface treatment respectively at a depth of 14–16 and 6–8 cm, and also zero or minimal tillage)) on biological activity of various ecology-trophic groups of microorganisms on agronochernozems of the Kamennaya Steppe (Voronezh oblast) using classical inoculation methods on elective media. It is shown that chernozems are highly resistant soils that are resistant to external impacts, preserving high biological activity even at the maximum mechanical treatment. Tillage with soil overturn leads to aeration of the arable horizon and the activity initiation of aerobic microorganisms of the carbon cycle, responsible for the mineralization of both complex and simple organic compounds of the soil. The contribution of microorganisms of the nitrogen cycle (nitrate-reducers and nitrogen fixers) to the overall biological activity of migratory-micellar chernozems of arable land and layland was minimal. The level of mechanical impact on the soil affects the quantitative indices and biological activity of microorganisms in the soil - the stronger the effect, the deeper layers are affected. The processes of entrance for fresh organic matter prevail over the processes of mineralization practically in all variants of the experiment, except for tillage with the soil overturn to a depth of 14–16 cm, as indicated by the values of the mineralization coefficients. The strongest humus-accumulative effect was observed in the variant with zero treatment, which is maximally approximated to such processes, occurred in a layland. Minimal soil cultivation will help to preserve the unique structure of chernozem soil, to increase the flow of fresh organic remains, to preserve the high biological diversity which is specific for natural biocenosises.
Keywords: the biological activity, tillage, surface treatment, zero treatment (no-till), microbiocoenosis
СОДЕРЖАНИЕ
1. Василенко Е.С., Кутовая О.В., Тхакахова А.К., Мартынов А.С. Изменение численности микроорганизмов в зависимости от величины агрегатов миграционно-мицелярного чернозема // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева 2014. Вып. 73. С. 85–97.
2. Гребенников А.М. Влияние смешивания посевов на микробиологическую активность почв // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева 2008. Вып. 61. С. 75–82.
3. Гребенников А.М. Воспроизводство плодородия черноземов ЦЧЗ при их сидерации смешанными агросообществами: Автореф. дис. … докт. с.-х. н. М., 2011а. 44 с.
4. Гребенников А.М. Использование сидерации смешанными агросообществами для повышения плодородия типичных черноземов // Плодородие. 2011б. № 2. С. 30–32.
5. Железова А.Д., Тхакахова А.К., Ярославцева Н.В., Гарбуз С.А., Лазарев В.И., Когут Б.М., Кутовая О.В., Холодов В.А. Микробиологические показатели агрегатов типичных черноземов в многолетних полевых опытах // Почвоведение. 2017. № 6. С. 711–717. doi: 10.7868/S0032180X17060120.
6. Заварзин Г.А., Колотилова H.H. Введение в природоведческую микробиологию. М.: Книжный дом Университет, 2001. 256 с.
7. Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. 598 с.
8. Зинченко М.К., Бибик Т.С., Стоянова Л.Г. Влияние систем удобрений на структуру и изменение отдельных физиологических групп микроорганизмов в серой лесной почве Владимирского ополья // Фундаментальные исследования. № 12. Ч. 3. 2014. С. 552–557.
9. Иванова Е. А., Кутовая О. В., Тхакахова А. К., Чернов Т. И., Першина Е.В., Маркина Л.Г., Андронов Е. Е., Когут. Б.М.Структура микробного сообщества агрегатов чернозема типичного в условиях контрастных вариантов сельскохозяйственного использования // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1367–1382. doi: 10.7868/S0032180X15110088.
10. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
11. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
12. Кутовая О.В., Гребенников А.М., Чевердин Ю.И., Маркина Л.Г. Влияние длительности использования агрочерноземов в земледелии на мезофауну и активность микрофлоры // Аграрная Россия. 2017. № 1. С. 2–9.
13. Кутовая О.В., Тхакахова А.К., Чевердин Ю.И. Влияние поверхностного переувлажнения на биологические свойства лугово-черноземных почв Каменной Степи // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 82. С. 56–70. doi: 10.19047/0136-1694-2016-82-56-70.
14. Лебедева И.И., Чевердин Ю.И., Титова Т.В., Гребенников А.М., Маркина Л.Г. Структурное состояние миграционно-мицелярных (типичных) агрочерноземов Каменной Степи в условиях разновозрастной пашни // Почвоведение. 2017. № 2. С. 227–238. doi: 10.7868/S0032180X17020095
15. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучае-ва, 2008. 182 с.
16. Титова В.И., Козлов А.В. Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества. Нижний Новгород, 2012. 64 с.
17. Balota E.L., Colozzi-Filho A., Andrade D.S., Dick R.P. Microbial biomass in soils under different tillage and crop rotation systems // Biol. Fertil. Soils. 2003. V. 38. No. 1. P. 15–20.
18. Chan K.Y., Mead J.A. Surface physical properties of a sandy loam soil under different tillage practices // Austr. J. Soil Res. 1988. V. 26. No. 3. P. 549–559.
19. Hobbs P.R., Sayre K., Gupta R. The role of conservation agriculture in sustainable agriculture // Philosophical Transactions of the Royal Society B. V. 363, No. 1491, pp. 543–555, 2008. doi: 10.1098/rstb.2007.2169
20. Mathew R.P., Feng Y., Githinji L., Ankumah R., Balkcom K.S. Impact of No-Tillage and Conventional Tillage Systems on Soil Microbial Communities // Applied and Environmental Soil Science. 2012. Article ID 548620. 10 p.
21. Schwab E.B., Reeves D.W., Burmester C.H., Raper R.L. Conservation tillage systems for cotton in the Tennessee Valley // Soil Sci. Soc. Am. J. 2002. V. 66. No. 2. P. 569–577.
22. Staley T.E. Soil microbial biomass alterations during the maize silage growing season relative to tillage method // Soil Sci. Soc. Am. J. 1999. V. 63. No. 6. P. 1845–1847.
23. Trojan M.D., Linden D.R. Macroporosity and hydraulic properties of earthworm-affected soils as influenced by tillage and residue management // Soil Sci. Soc. Am. J. 1998. V. 62. No. 6. P. 1687–1692.
24. Uri N.D. Factors affecting the use of conservation tillage in the United States // Water, Air, and Soil Pollution. 1999. V. 116. No. 3–4. P. 621–638.
25. West T.O., Post W.M. Soil organic carbon sequestration rates by tillage and crop rotation: a global data analysis // Soil Sci. Soc. Am. J. 2002. V. 66. No. 6. P. 1930–1946.
26. World reference base for soil resources 2014. International soil classifica-tion system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome, 2014. 181 p.
REFERENCES
1. Vasilenko E.S., Kutovaya O.V., Tkhakakhova A.K., Martynov A.S. Changes in the intensity of soil-biological processes caused by different-sized aggregates of migrationary-mycelial chernozems, Dokuchaev Soil Bulletin, 2014, Vol. 73, pp. е70–е81.
2. Grebennikov A.M. The effect of mixing of crops in microbiologiche-cal activity of soil, Dokuchaev Soil Bulletin, 2008, V. 61, pp. 75–82. (in Russian)
3. Grebennikov A.M. The reproduction of the fertility of chernozems of CCZ with their green manuring mixed agrocommunities, Doctor’s thesis Moscow, 2011a. 44 p. (in Russian)
4. Grebennikov A.M. Use of green manuring mixed agrose societies to improve the fertility of typical Chernozem, Fertility, 2011b, No. 2, pp. 30–32. (in Russian)
5. Zhelezova A.D., Takakuwa A.K., Yaroslavtseva N.V., Garbuz C.A., Lazarev V.I., Kogut B.M., Kutovaya O.V., Kholodov V.A. Microbiological Parameters of Aggregates in Typical Chernozems of Long-Term Field Experiments, Eurasian Soil Science, 2017, V. 50 (6), pp. 701–707. doi: 10.1134/S1064229317060126
6. Zavarzin G.A., Kolotilova H.H. Introduction to the natural history micro-biology. Moscow: publishing house of the University, 2001. 256 p. (in Russian)
7. Zaks L. Statistical estimation. Moscow: Statistics, 1976. 598 p. (in Russian)
8. Zinchenko M.K., Bibik T.S., Stoyanova L.G. The Influence of systems of fertilizers on the structure and change of separate physiological groups of microorganisms in gray forest soil of Vladimir Opole, Fundamental research, 2014, No. 12. Part 3, pp. 552–557. (in Russian)
9. Ivanova E.A., Kutovaya O.V., Tkhakakhova A.K., Chernov T.I., Pershina E.V., Markina L.G., Andronov E.E., Kogut B.M. The Structure of Microbial Community in Aggregates of a Typical Chernozem Aggregates under Contrasting Variants of Its Agricultural Use, Eurasian Soil Science, 2015, V. 48 (11), pp. 1242–1256. doi: 10.1134/S1064229315110083
10. Classification and diagnostics of soils in Russia. Smolensk: Oikumena, 2004. 342 p. (in Russian)
11. Classification and diagnostics of soils of the USSR. Moscow, Kolos Publ., 1977, 223 p. (in Russian)
12. Kutovaya O.V., Grebennikov A.M., Chevardin Y.I., Markina L.G. The Effect of duration of use of agrocenoses in agriculture, menopau-well, microflora activity, Agrarian Russia, 2017, No. 1, pp. 2–9. (in Russian)
13. Kutovaya O.V., Tkhakakhova A.K., Cheverdin Yu.I. Effects of surface flooding on biological properties of meadow-chernozems in Kamennaya steppe, Dokuchaev Soil Bulletin, 2017, V. 82, pp. 56–71. doi: 10.19047/0136-1694-2016-82-56-70.
14. Lebedeva I.I., Cheverdin Yu.I., Titova T.V., Grebennikov A.M., Markina L.G. Structural State of Migrational-Mycelial (Typical) Agrochernozems of the Kamennaya Steppe on Plowed Fields of Different Ages, Eurasian Soil Science, 2017, V. 50 (2), pp. 218–228. doi: 10.1134/S1064229317020090
15. Field determinant of soils in Russia. Moscow, 2008. 182 p. (in Russian)
16. Titova V.I., Kozlov A.V. Methods of evaluation the functioning of the micro-biocenose of the soil participating in the transformation of organic matter. Nizhny Novgorod. 2012. 64 p. (in Russian)
17. Balota E.L., Colozzi-Filho A., Andrade D.S., Dick R.P. Microbial biomass in soils under different tillage and crop rotation systems, Biology and Fertility of Soils, 2003, V. 38, No. 1, pp. 15–20.
18. Chan K.Y., Mead J.A. Surface physical properties of a sandy loam soil under different tillage practices, Austral. J. Soil Res., 1988, V. 26, No. 3, pp. 549–559.
19. Hobbs P.R., Sayre K., Gupta R., The role of conservation agriculture in sustainable agriculture, Philosophical Transactions of the Royal Society B, vol. 363, No. 1491, pp. 543–555, 2008. doi: 10.1098/rstb.2007.2169
20. Mathew R.P., Feng Y., Githinji L., Ankumah R., Balkcom K.S. Impact of No-Tillage and Conventional Tillage Systems on Soil Microbial Communities, Appl. Environ. Soil Sci., 2012, Article ID 548620. 10 p.
21. Schwab E.B., Reeves D.W., Burmester C.H., Raper R.L. Conservation tillage systems for cotton in the Tennessee Valley, Soil Sci. Soc. Am. J., 2002. V. 66, No. 2, pp. 569–577.
22. Staley T.E. Soil microbial biomass alterations during the maize silage growing season relative to tillage method, Soil Sci. Soc. Am. J., 1999, V. 63, No. 6, pp. 1845–1847.
23. Trojan M.D. Linden D.R. Macroporosity and hydraulic properties of earthworm-affected soils as influenced by tillage and residue management, Soil Sci. Soc. Am. J., 1998, V. 62, No. 6, pp. 1687–1692.
24. Uri N.D. Factors affecting the use of conservation tillage in the United States, Water, Air, and Soil Pollution., 1999, V. 116, No. 3–4, pp. 621–638.
25. West T.O., Post W.M. Soil organic carbon sequestration rates by tillage and crop rotation: a global data analysis, Soil Sci. Soc. Am. J., 2002, V. 66, No. 6, pp. 1930–1946.
26. World reference base for soil resources 2014. International soil classifica-tion system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome, 2014. 181 p.