Книга Теоретические основыэколого-биосферного земледелия - Юрий Алексеевич Овсянников

дополнительный экологический фактор. Действие этого фактора через изменение характера жизнедеятельности и взаимоотношений живых организмов проявляется на всех уровнях агроэкосистем. Минеральные удобрения и пестициды, оказывая воздействие на сообщество, нарушают структуру педоценозов, что влечет за собой деформацию общей схемы биохимических превращений и изменение направлений почвообразовательного процесса. Поэтому изучение реакции отдельных компонентов педоценозов на внесение удобрений и пестицидов имеет большое научное и практическое значение.

5.1. Минеральные удобрения как фактор, регулирующий жизнедеятельность почвенной биоты

Внесенные в почву минеральные удобрения в первую очередь оказывают влияние на микрофлору. В опытах, заложенных еще Д. Н. Прянишниковым, длительное применение минеральных удобрений (в течение 50 лет) вызывало уменьшение численности микроорганизмов в 1 г почвы с 6559 до 5889 тыс. Аналогичные данные при 12—15-летнем внесении азота, фосфора и калия получены на Соликамской опытной станции и в других учреждениях [530]. Приведенные примеры свидетельствуют о способности минеральных удобрений оказывать прямое отрицательное влияние на заселенность почв микроорганизмами. Оно особенно заметно при использовании высоких доз, действие которых обнаруживается даже при однократном применении. При однократном внесении низких и умеренных количеств отрицательного влияния минеральных удобрений на микрофлору не обнаруживается. Однако оно проявляется после длительного применения. Так, разовое внесение удобрений в дозе 1000 кг/га вызывает такой же эффект, как и систематическое по 100 кг/га на протяжении 30 лет [157]. Неблагоприятное влияние минеральных удобрений на микроорганизмы, как правило, объясняется происходящим подкислением среды.

Вместе с тем, очень часто внесение азота, фосфора и калия стимулирует развитие микрофлоры, и ее численность в почве повышается (табл. 41).

Таблица 41 Изменение количества микроорганизмов в оподзоленном черноземе при внесении минеральных удобрении, тыс. на 1 г |560]

Вариант Бактерии, растущие на МПА Бактерии, растущие на ККА Фосформинерализующие Денитрификаторы Аммонификаторы Без удобрений 1125 150 307 125 375 N30P60K40 5120 256 507 185 2980 N60P30K40 10 320 232 982 576 2902 N60P60K40 5040 250 453 283 2835

Анализ приведенного материала (табл. 15) показывает, что в зависимости от вида микроорганизмов их численность на фоне минимальной дозы удобрений увеличивается от 1,5 до 7,9 раза. Однако наблюдаемый рост количества бактерий в почве после внесения минеральных удобрений нельзя расценивать только с положительной стороны. Применение минеральных удобрений способствует преобразованию состава микроценоза. Более того, происходит существенная его перестройка [471]. Преимущественное развитие получают отдельные виды микроорганизмов, что неблагоприятно отражается на всем микроценозе. Последствия изменения структуры микроценоза можно проследить на примере почвенного азотного цикла (рис. 7).

Основные этапы превращений этого элемента состоят в фиксации, аммонификации, нитрификации и денитрификации. При относительной их самостоятельности они осуществляются в определенном порядке и с участием специфических групп микроорганизмов. В нитрификации участвуют бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter, а в денитрификации — Pseudomonas. Следовательно, если под влиянием каких–либо причин в почве произойдет одностороннее увеличение численности одной из групп микроорганизмов, то это закономерно приведет к активизации соответствующих процессов и разбалансировке почвенных превращений. Так, при систематическом внесении азотных удобрений в почве активизируются денитрификаторы. Активизация этих бактерий является главной причиной образования подвижных соединений азота и вымывания их в водные объекты. По этой же причине ускоряется образование газообразных соединений азота, которые загрязняют атмосферу.

Одним из проявлений отрицательного воздействия минеральных удобрений через изменение структуры микроценоза является наруше ние метабиоза. Под метабиозом понимают возникновение трофических связей между бактериями [191]. Он формируется тогда, когда одна группа микроорганизмов развивается после другой и использует отходы ее жизнедеятельности. Процесс нитрификации представляет собой один из примеров метабиоза.

Рис. 7. Цикл превращений азота в почве и участие в этом процессе различных групп микроорганизмов [360]

При длительном систематическом использовании азота очень сильно увеличивается численность бактерий, способных усваивать его минеральные формы. Но при этом в малоактивное состояние переходят другие. В результате этих изменений коренным образом меняются целлюлозолитические, нитрифицирующие, денитрифицирующие и другие свойства почв [110].

Одним из проявлений отрицательного влияния на структуру микроценоза является ухудшение фитосанитарного состояния почв. Например, распространение корневых гнилей злаковых культур связывают с применением высоких доз технического азота [338]. Это происходит в результате усиленного развития микроорганизмов, как правило, грибов, вызывающих болезни растений или угнетающих их рост. Среди комплекса грибов–микромицетов активизируются токсинообразующие популяции, численность которых в естественных условиях контролируется другими членами почвенного сообщества. Вероятность поражения патогенными грибами сельскохозяйственных растений достаточно велика, так как среди почвенных грибов примерно 24% относятся к потенциально фитотоксичным видам. Чаще всего ухудшение фитосанитарной обстановки после использования минеральных удобрений наблюдается в дерново–подзолистых почвах [354]. Для них характерно развитие плесневых токсинообразующих грибов из рода Penicillium. Внесение извести для предотвращения ухудшения фитосанитарного состояния агрофитоценозов не всегда приносит положительные результаты, а иногда приводит к увеличению зараженности почвы возбудителями корневых гнилей [174].

К негативным последствиям применения азотных удобрений следует отнести снижение азотфиксирующей способности почв. Это справедливо как в отношении симбиотической, так и ассоциативной азотфиксации. По сведениям зарубежных ученых, принимавших участие в XI Генеральном собрании Европейской федерации по луговодству (1986 г.), применение даже 30 кг/га азота снижало симбиотическую фиксацию на 44—87 кг/га. Данной проблеме уделяется внимание и в нашей стране [576]. В большинстве опытов азотные удобрения, особенно в высоких дозах, ингибировали процесс азотфиксации (табл. 42).

Таблица 42 Влияние минеральных удобрений на потенциальную азотфиксирующую способность дерново–подзолистой почвы, мкг N2/10 г. почвы за сутки [235]

Анализ табличных данных показывает, что внесение удобрений на почвах низкого и среднего плодородия существенно снижало азотфиксацию весной. На почвах высокого плодородия заметное угнетение проявлялось только в конце срока наблюдений. Учитывая постепенный характер изменения интенсивности азотфиксации, думается, что на протяжении 1/3 всего периода наблюдения она была ниже уровня контроля. Исследователь, результаты которого приведены выше, да и многие специалисты, обнаруживавшие в своих исследованиях кратковременное подавление азотфиксации, считают, что подобная непродолжительная депрессия не может существенно отразиться на азотном балансе почвы. Однако если принимать во внимание многолетнее использование удобрений, то даже кратковременное ежегодное снижение азотфиксирующей способности по истечении определенного срока может иметь отрицательные последствия для почвенного плодородия.

Существенное снижение продуктивности ассоциативной азотфиксации