Возделывание предшествующей культуры — не только средство повышения урожайности основной культуры, но также агротехнический прием по обогащению почвы органическим веществом — основным источником энергии для развития микрофлоры.
Пожнивные остатки — это практически единственный резерв поддержания и увеличения органического вещества в почвах Болгарии. Влияние пожнивных остатков на плодородие почв и почвенно-биологические процессы зависит как от количества, так и от их состава — особенно от содержания азота. Заделка растительных остатков после уборки урожая приводит к повышению численности микрофлоры независимо от типа почвы, причем важно установить, какие микроорганизмы развиваются и какие микробиологические процессы активируются. Это зависит в основном от состава и содержания азота в растительных остатках. Так, при наличии бедных азотом растительных остатков активируются процессы, приводящие к снижению количества усвояемого азота. Эти факторы следует учитывать при подборе предшественников и определении доз удобрений.
Причины, которые определяют роль и значение различных предшественников в севообороте, пока недостаточно выяснены. Отрицательное влияние бессменного возделывания пшеницы можно объяснить такими неблагоприятными биологическими факторами, как увеличение в ризосфере пшеницы численности микрофлоры, иммобилизующей азот и другие питательные вещества, рост антагонистов полезной микрофлоры в ризосфере монокультуры и др. После продолжительного бессменного возделывания в ризосфере озимой ржи, картофеля и люпина отмечено снижение общей численности микроорганизмов.
Проведенные опыты с различными культурами и предшественниками показали многочисленное влияние чередования культур на сложные биохимические процессы, протекающие в почве, и на взаимоотношения между культурными растениями и почвенными микроорганизмами. При монокультуре пшеницы, например, накапливаются фитотоксичные формы микроорганизмов, вызывающие токсикоз почвы.
Ризосферная микрофлора различных растений характеризуется специфичностью. В ризосфере пшеницы содержится больше микроорганизмов — антагонистов, чем в ризосфере люцерны, кукурузы и других культур, выращиваемых в тех же условиях. Численность антагонистов азотобактера в ризосфере пшеницы снижается, если эту культуру возделывают при оптимальном применении удобрений.
Численность, состав, активность микроорганизмов в ризосфере пшеницы, ячменя, гороха, сои, льна, подсолнечника, кукурузы и сорго при различном чередовании этих культур различаются. В ризосфере пшеницы при возделывании ее после различных предшественников численность аммонифицирующих бактерий незначительна, главным образом преобладают микроорганизмы, использующие минеральный азот. Наибольшая численность этих групп микроорганизмов — в ризосфере пшеницы при возделывании ее по пару или после гороха. В указанных вариантах был получен самый высокий урожай.
При возделывании ячменя изменения численности и соотношения отдельных групп микроорганизмов под влиянием предшественника и удобрения были незначительными. Численность аммонифицирующих микроорганизмов невысока. Получена прямая корреляция между численностью ризосферной микрофлоры ячменя и урожайностью.
В ризосфере гороха, возделываемого после различных предшественников, преобладали бактерии, связанные с использованием минерального азота. Это можно объяснить повышенным содержанием азота в корневой массе бобовых культур. После злаковых предшественников в ризосфере гороха отмечалось снижение численности микрофлоры, что, по-видимому, связано с начавшейся биологической иммобилизацией азота.
В ризосфере подсолнечника независимо от предшественника развивалось почти одинаковое количество микрофлоры, использующей органический и минеральный азот. С повышением численности микрофлоры в ризосфере возрастала урожайность подсолнечника. В ризосфере кукурузы под влиянием предшественника изменялась в основном численность аммонифицирующих бактерий. В целом можно сказать, что в ризосфере возделываемых растений подсолнечника, кукурузы и сорго численность аммонифицирующих бактерий выше, чем в ризосфере других культур.
Существенно меняются численность и состав микрофлоры при монокультурном возделывании пшеницы. В ризосфере бессменно возделываемой пшеницы. численность бактерий, связанных с иммобилизацией усвояемого азота, выше, чем в ризосфере пшеницы, возделываемой после гороха. Численность и состав ризосферной микрофлоры пшеницы зависит от предшественника в большей степени, чем, например, у пропашных культур. Меняется численность микрофлоры, использующей для своего развития минеральные формы азота. Предшественник в значительной степени определяет интенсивность процессов иммобилизации усвояемого азота. Пропашные предшественники пшеницы усиливают процессы минерализации, а пшеница и ячмень увеличивают численность микроорганизмов, связанной с иммобилизацией усвояемого азота.
Чередование некоторых технических культур вызывает изменения активности ризосферной микрофлоры, зависящей от предшественника. Вика и горох в качестве предшественников табака оказывают положительное влияние на его урожай. В ризосфере гороха и вики, выращиваемых в чистых посевах, численность микроорганизмов (кроме бактерий, усваивающих минеральный азот) выше, чем в ризосфере табака, возделываемого после них. Горох как предшественник табака вызывает значительные изменения в соотношении отдельных групп микроорганизмов. Численность бактерий, усваивающих органические и минеральные формы азота, остается довольно высокой, а спорогенных бактерий и актиномицетов снижается. Возрастает численность почвенных микроскопических грибов, главным образом Penicillium и Aspergillus. В ризосфере табака, возделываемого после гороха, усиливаются процессы минерализации легкоразлагающихся, богатых азотом органических веществ. Урожайность табака в этом случае бывает высокой.
В ризосфере бессменно возделываемого табака численность аммонифицирующих бактерий снижается, что свидетельствует о низком количестве органического азота в этой почве. Отмечено также подавление развития Az. chroococcum вследствие возрастания численности его антогониста В. mesentericus (свыше 75% от общего числа спорогенных бактерий в ризосфере табака).
Уплотнение табачных севооборотов викой вызывает повышение численности бактерий, усваивающих органический азот, и актиномицетов в ризосфере растений, что показывает на интенсивную минерализацию органических остатков. Несмотря на повышение биогенности почв после введения в севооборот вики, урожайность табака остается низкой, что обусловлено, по-видимому, уплотнением и иссушением почвы, а также накоплением фитотоксичных веществ при интенсивной минерализации и т. д.
В ризосфере сахарной свеклы, возделываемой после различных предшественников, накапливаются бактерии, усваивающие органические формы азота, и бактерии, усваивающие минеральный азот. При бессменном возделывании свеклы увеличивается численность актиномицетов и почвенных микроскопических грибов. При возделывании свеклы после вико-овсяной смеси увеличивается общая численность ризосферной микрофлоры. Почвенная биогенность ризосферы возрастает также после возделывания кукурузы. В этом случае характерными показателями являются; относительно низкая численность актиномицетов и существенное увеличение доли бактерий в общем количестве ризосферной микрофлоры. Наиболее низкая биогенность почв отмечена при возделывании свеклы после пшеницы. Люцерна в качестве предшественника сахарной свеклы вызывает увеличение численности микроорганизмов в ризосфере; значительно возрастает количество бактерий, усваивающих минеральные и органические формы азота. В период созревания свеклы и накапливания в корнеплодах сахаров численность и состав микрофлоры ризосферы растений, выращиваемых после различных предшественников, существенно не различаются. При монокультурном возделывании свеклы в почве непосредственно вблизи корня создаются условия для накопления нетипичных ризосферных микроорганизмов. Таким образом, приведенные данные показывают, что предшественник оказывает большое влияние на ризосферную микрофлору сахарной свеклы.
Проведены исследования по влиянию бессменного возделывания на жизнедеятельность ризосферной и почвенной микрофлоры некоторых овощных культур. При возделывании в монокультуре перца, среднеранних томатов и картофеля в ризосфере растений и в почве снижается численность бактерий, минерализующих органические азотсодержащие соединения. Отмечено также некоторое снижение численности и обеднение видового состава актиномицетов и почвенных микроскопических грибов. Из аспорогенных бактерий на площадях, занятых перцем, в наибольшей степени снижается численность бактерий рода Pseudomonas, а из спорогенных — В. aglomeratus, В. cereus, В. virgillus, а увеличивается в основном В. mesentericus. Особенно четко отрицательный эффект бессменного возделывания перца сказывается на биологических свойствах почвы. В этом случае агроприемом, благоприятно влияющим на микрофлору ризосферы, является уплотнение севооборота бобовыми культурами.
Бессменное возделывание среднеранних томатов вызывает незначительные изменения численности почвенных микроорганизмов. Тенденция к снижению численности некоторых групп микроорганизмов отмечается при монокультуре картофеля: в ризосфере снижается численность бактерий рода Pseudomonas, а возрастает В. megaterium, В. mesentericus, В. aglomeratus. Видовое разнообразие актиномицетов также уменьшается. Увеличивается численность грибов родов Penicillium и Cephalosporum.
Благоприятное влияние на развитие почвенных микроорганизмов и интенсивность микробиологических процессов оказывает травопольный овощной севооборот. На участках, занятых травяной смесью, активируется развитие бактерий, актиномицетов и почвенных грибов. Увеличение численности почвенной микрофлоры происходит также на участках, занятых перцем после запашки травяной смеси. В весенний период численность микроорганизмов возрастает слабо, в летний — значительно, что вызвано главным образом трансформацией органических веществ в почве. Травяные смеси активируют также развитие аммонифицирующих бактерий, причем запашка травяной массы или пожнивных остатков приводит еще к более бурному развитию этих бактерий. Весной увеличивается численность аспорогенных аммонифицирующих бактерий семейств Pseudomonaceae и Bacteriaceae, интенсивно разлагающих легкоусвояемые азотсодержащие вещества. Летом активируются аммонифицирующие спорогенные формы, вызывающие минерализацию труднодоступных азотсодержащих органических веществ. Увеличение численности В. megaterium свидетельствует о благоприятном режиме в почве.
Такие приемы, как возделывание трав и внесение навоза в севообороте овощных культур, усиливают нитрификацию, особенно в летние и осенние месяцы. После распашки травяного пласта нитрифицирующая активность почвы бывает очень высокой. Благоприятное воздействие на развитие азотобактера в почве оказывает многолетние бобово-злаковые травосмеси, при возделывании которых снижается численность антагонистов азотобактера и увеличивается численность микроорганизмов, положительно влияющих на его развитие. Аналогично травосмесям положительное влияние на микрофлору оказывают однолетние бобовые культуры — фасоль и горох.
Чередование культур следует рассматривать как прием, регулирующий интенсивность и направленность биологических процессов в почве. Севооборот — не просто набор культур, переносящих или не переносящих друг друга, а средство регулирования и оптимизации биологических свойств почвы. Регулирование микробиологических процессов в почве — это важный резерв повышения ее плодородия.
В заключение следует отметить, что для повышения почвенного плодородия необходимо в течение вегетационного периода использовать приемы, активизирующие процессы минерализации, в результате которых используется часть иммобилизованного азота, представляющего собой большую часть азота удобрений, включенного в микробную массу. Осенью и зимой требуется применять приемы, активизирующие иммобилизацию усвояемых питательных веществ в почве, тем самым предохраняя их от вымывания. При этом для каждых конкретных почвенных условий желательно подбирать соответствующие приемы — удобрение, орошение, чередование культур и т. д. Возможность практического регулирования биологических свойств почвы позволяет экономить средства и повышать урожайность; кроме того, оптимальные биологические процессы способствуют обогащению почвы усвояемыми питательными веществами и улучшению питания растений.