Влияние антропогенных факторов на микробное сообщество почвы

Обработка почвы. Мелиорация

Среди антропогенных факторов наибольшее влияние на микробное сообщество почвы имеют разнообразные приемы обработки и мелиорации.

Обработка почвы.

В настоящее время в земледелии используют различные приемы основной и поверхностной обработок почвы. Для выполнения основной обработки используют как общие приемы — вспашку, безотвальное рыхление, фрезерование и др., так и специальные приемы — двухъярусную и трехъярусную вспашку, щелевание, кротование и др. К приемам поверхностной и мелкой обработок почвы относят лущение, культивацию, боронование, прикатывание и др. Главный прием основной обработки почвы, влияющий на жизнедеятельность ее микрофлоры, — вспашка. Она должна создавать в почве благоприятные условия для протекания мобилизационных процессов, в результате которых накапливаются питательные вещества для растений. Однако в сельскохозяйственной науке и практике существуют разные подходы к решению вопроса об использовании различных приемов основной обработки почвы. Обоснование их связано с почвенными микробиологические процессами. Переходя к анализу воздействия разных приемов основной обработки почвы на микрофлору, отметим прежде всего уже упомянутую биологическую разнокачественность пахотного слоя, которая выражается в постепенном снижении численности микроорганизмов по мере углубления в почву.

Как видно из таблицы 7, по мере углубления в почву численность практически всех групп микроорганизмов снижается. При этом химический состав почв в пределах пахотного слоя тождествен. Снижение численности микронаселения с глубиной может быть следствием ухудшения воздушного режима и накопления каких-либо токсичных веществ в нижних слоях почвы, очевидно, продуктов неполного распада растительных остатков.

Таблица 7

Распределение микроорганизмов в пахотном слое почвы, тыс. на 1 г.

В зоне достаточного увлажнения, в частности в дерново-подзолистых почвах, верхний горизонт пахотного слоя остается более богатым микроорганизмами в течение всего вегетационного периода. Черноземы, как и все неорошаемые почвы юга, находятся в зоне недостаточного увлажнения, и летом их верхние слои обычно подсыхают, поэтому количество микроорганизмов здесь заметно меньше.

Снижение микробиологической активности по мере углубления в почву подтверждается и таким суммарным показателем, как «дыхание почвы», т. е. выделение диоксида углерода, служащее показателем жизнедеятельности микроорганизмов. Самый активный по энергии дыхания — верхний слой почвы. Лучше аэрируемая парующая почва «дышит» энергичнее, чем занятая растительностью. Верхний слой незанятой почвы при безотвальной обработке выделяет больше С0₂, чем при вспашке. Последнее объясняется тем, что при безотвальной обработке основная масса растительных остатков остается наверху.

При аппликационной пробе на заложенном вертикально в почву полотне также отчетливо выявляется зона максимальной активности микроорганизмов. При нормальном увлажнении почвы эта зона расположена в верхнем горизонте пахотного слоя.

Почвы глубоких горизонтов пахотного слоя, химически ничем не отличаясь от почвы из высоколежащего горизонта, неблагоприятно действуют на растение. Если чашки Петри наполнить почвой из разных горизонтов окультуренного чернозема и посеять в нес семена растений, то прорастание семян и развитие растений лучше всего идет в почве из горизонта 0—10 см, хуже — из горизонта 15— 25 см и совсем плохо в почве из горизонта 30—40 см (подпахотного). Можно сделать вывод о том, что плодородие почвы определяется не только ее химическим составом, но и деятельностью микроорганизмов.

Разные слои парующей почвы, вспаханной с оборотом пласта, не отличаются по плодородию. Верхний горизонт, перемещенный вниз, сохраняет высокое плодородие, а в нижнем (ставшем верхним) при улучшении аэробиоза активизируются мобилизационные микробиологические процессы и плодородие существенно повышается.

Отдельные горизонты пахотного слоя сохраняют свои особенности в течение 1 — 1,5 месяцев после вспашки. Позднее верхний слой обогащается микробами, а в нижнем активность их подавляется. Таким образом, в нижнем горизонте пахотного слоя происходит аккумуляция потенциального плодородия, переходящего в плодородие эффективное при активизации деятельности микроорганизмов.

Накопление в нижних слоях почвы резерва плодородия подтверждается опытом, проведенным на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве МСХА. На небольших делянках (20 м²) слои почвы толщиной 5 см были сняты и перемещены так, как это происходит при разных приемах обработки. Разное расположение слоев существенно сказалось на урожае посеянного на делянке овса.

При пересчете урожая на 1 га были получены следующие данные:

Прием обработки Урожайность овса, т/га

Поверхностное рыхление слоя 0—5 см 1,19.

Рыхление всех слоев и расположение 1,78.

их без оборота пласта Рыхление всех слоев и перемещение их 3,06.

в обратном порядке Смешивание всех слоев (имитация вспашки) 3,02.

Положительное действие оборота пласта объясняется, вероятно, тем, что подвижные органические вещества, аккумулированные в нижнем горизонте, попадая вверх, в условиях лучшего аэробиоза быстро подвергаются минерализации и повышают плодородие почвы. Верхний слой почвы, наиболее биологически активный, постепенно становится менее плодородным.

Следовательно, оборот пахотного слоя может дать значительный эффект. Однако вопрос о том, как часто целесообразно его делать, следует решать в зависимости от многих условий (системы земледелия, почвенно-климатических условий и т. д.). Поэтому система обработки почвы не должна быть одинаковой в различных почвенно-климатических условиях и даже в одной и той же зоне, но при неодинаковом использовании земли.

Мелиорация. Огромное значение в повышении плодородия почв имеют мелиоративные мероприятия. К ним относят орошение почв в зонах недостаточного увлажнения, осушение избыточно увлажненных почв, внесение в кислые и щелочные почвы соединений, нормализующих реакцию среды, удаление из почвы избыточных солей и т. д.

В зонах недостаточного увлажнения при дефиците влаги микробиологические процессы почвы приостанавливаются и большая часть микроорганизмов переносит засуху в анабиотическом состоянии. Увлажнение почвы активизирует микрофлору, что приводит к накоплению питательных веществ для растений и способствует их росту.

Полив должен быть строго нормирован. Избыточное увлажнение почвы вызывает нежелательные явления, снижающие плодородие (вторичное засоление, ухудшение структуры почвы и т. д.).

Осушение переувлажненных почв благоприятно сказывается на составе микрофлоры, в частности это относится к вводимым в культуру торфяникам. В мелиорированных торфяниках обычно накапливается избыток доступных растениям соединений азота (аммиака и нитратов). Часть нитратов поступает в дренажные воды и теряется для урожая. Поэтому следует учитывать такого рода изменения микробиологических процессов при мелиорации и регулировать их доступными приемами, например глубиной дренажной системы, спуском из нее воды и т. д. Одним из методов предупреждения избыточной минерализации органических соединений торфяников является насыпное пескование, которое применяют в некоторых странах Западной Европы. На поверхность торфа наносят песок слоем 10—15 см, и в дальнейшем механической обработке подвергается только песчаная насыпь. Это задерживает развитие в торфяной массе активных микробиологических процессов. Эксплуатация пескованных торфяников исчисляется иногда сотнями лет.

Для химической мелиорации кислых подзолистых и дерново-подзолистых почв широко применяют известкование. Применение извести устраняет кислотность и уменьшает содержание в почве подвижного алюминия, токсичного для многих микроорганизмов и растений. Внесение извести резко меняет соотношение отдельных групп микроорганизмов почвы и активизирует деятельность тех из них, которые важны для плодородия почвы (табл. 8).

Таблица 8.

Изменение состава микроорганизмов дерново-подзолистой почвы при известковании

Известь способствует образованию клубеньков у бобовых растений, особенно у люцерны и клевера. Из бобовых лишь для люпина предпочтительна кислая реакция среды.

В южной зоне нашей страны большие плошали заняты солонцовыми почвами. Для их сельскохозяйственного освоения проводят химическую мелиорацию, чаще всего гипсование, в результате которого натрий в почвенном поглощающем комплексе замещается на кальций, что заметно улучшает физические свойства почвы и нейтрализует ее реакцию (обычно щелочную). Состав почвенной микрофлоры нормализуется — угнетаются анаэробы, в частности сульфатредукторы.

Бактерии, восстанавливающие сульфаты, образуют сульфиды, которые в рассматриваемых почвенных условиях (при наличии С0₂) превращаются в соду:

При внесении в почву гипса образуются труднорастворимый карбонат кальция, выпадающий в осадок, и сульфат натрия, в растворе имеющий нейтральную реакцию и легко удаляемый промывкой.

Для введения в сельскохозяйственное использование после открытой разработки полезных ископаемых огромное значение имеет рекультивация земель. При рекультивации, когда удается поверхностный слой выровненной территории покрыть почвой, нормализация жизни почвенного слоя наступает весьма быстро.

Первоначально в заселении таких субстратов большое участие принимают цианобактерии, фиксирующие молекулярный азот. Им сопутствуют зеленые, желто-зеленые и диатомовые водоросли. Сопровождающая водоросли группировка бактерий представлена неспороносными бактериями с преобладанием микобактерий. В более поздние сроки окультуривания она обогащается бациллами и актином и цетам и.