Использование местных удобрений, почвенного гриба Trichoderma koningii Oudem. и no-till обработки для улучшения агрочернозема в Южном Предуралье

Одной из проблем агропочвоведения во всех природно-климатических зонах планеты остается водная и ветровая эрозия почв. Для предотвращения этих процессов и восстановления плодородия почв, наряду с традиционными противоэрозионными технологиями земледелия (1-3) важная роль отводится использованию местных агроруд (4, 5) и удобрений. В качестве основы органоминеральных удобрений можно использовать сплавину (6, 7), которая в больших количествах образуется при зарастании озер и водохранилищ и требует утилизации после их очистки (патенты

^∗ Работа выполнена при поддержке гранта РНФ ¹ 17-16-01030 «Динамика почвенной биоты в хроносериях посттехногенных ландшафтов: анализ почвенно-экологической эффективности процессов восстановления экосистем».

РФ ¹ 2524376 и ¹ 2531167). Приемы биологизации земледелия особенно эффективны в сочетании с почвозащитными обработками, особенно no-till (8-12). При этом улучшаются не только водно-физические, агрохимические, но и биологические свойства почвы — увеличивается микробная биомасса (13, 14), ферментативная активность (15, 16), повышается всхожесть семян (17).

Как известно, при многолетнем использовании технологии no-till происходит накопление медленно разлагающихся растительных остатков (18), деструкция которых в анаэробных условиях может приводить к увеличению фитотоксичности почвы. Для ускорения гумификации остатков целесообразно применять различные виды микроскопических грибов рода Trichoderma , что позволяет получать ценное органическое удобрение, обладающее способностью ограничивать развитие болезней (19-21). Использование штаммов T. harzianum и T. viride при компостировании послеуборочных остатков (соломы риса, пшеницы) способствовало уменьшению отношения С:N и формированию компоста с благоприятным для растений содержанием питательных элементов (22). В этих исследованиях компостирование проводили в специальных условиях — в ямах, компостерах, буртах, что требовало дополнительных затрат на транспортировку и специально отведенных площадей. Гораздо выгоднее было бы проводить этот процесс непосредственно в поле, однако лишь единичные работы посвящены изучению возможности применения микроорганизмов рода Tricho-derma в полевых условиях. Показано, что внесение T. reesei для ускорения разложения соломы в поле способствовало увеличению активности почвенных ферментов и повышению содержания гумуса в почве (23). Использование T. viride для обработки полей с сахарным тростником позволило увеличить содержание питательных элементов в почве, активизировать микробное дыхание и повысить урожайность культуры (24). Эти данные свидетельствуют, что различные штаммы рода Trichoderma могут достаточное время выживать в естественных условиях и способствовать ускорению разложения растительных остатков, избыточное накопление которых вполне вероятно в климатических условиях Южного Предуралья, однако подобные исследования в регионе не проводились.

Мы впервые изучили эффективность местных удобрений и растительных остатков с добавлением Trichoderma koningii Oudem. на фоне почвозащитной обработки слабоэродированного агрочернозема и показали, что внесение культуры микроскопических грибов T. koningii ИБ Г-51 усиливает гумификацию сплавины и в меньшей степени — соломы, что особенно важно в условиях технологии no-till. Сочетание сплавины с T. kon-ingii по влиянию на свойства почвы соизмеримо с навозом.

В задачи настоящей работы входило сравнение влияния удобрений на агрохимические свойства, ферментативную активность почв и урожайность сельскохозяйственных культур при нулевой и классической обработках почвы, а также воздействия микроскопического гриба Trichoderma koningii на разложение растительных остатков.

Методика . Исследования проводили в Южной лесостепной зоне Республики Башкортостан в течение 3 лет на агрочерноземе глинистоиллювиальном слабоэродированном. На фоне нулевой (no-till) и классической обработок почвы был заложен мелкоделяночный опыт с однократным внесением по 10 кг удобрений по вариантам: 1-й (контроль, без внесения удобрений); 2-й — сплавина + (NP)6₀; 3-й — сплавина + T. konin-gii + (NP)6₀; 4-й — навоз крупного рогатого скота подстилочный; 5-й — солома + (NP)6₀; 6-й — солома + T. koningii + (NP)6₀; 7-й — цеолит

(Тузбекское месторождение); 8-й — гумат Nа (порошковый препарат из бурого угля, «Башинком», Россия). Площадь делянок составила 4 м² (2½2 м), повторность опыта — 3-кратная. Сплавина представляла собой растительную массу (рогоз, камыш, осока), извлеченную при очистке близлежащего пруда. Сплавину измельчали вместе с корнями до фрагментов размером 3-5 см и вносили в почву во влажном состоянии. Солому пшеницы измельчали до таких же размеров. Для ускорения процессов гумификации растительные остатки обрабатывали суспензией микроскопического гриба T. koningii ИБ Г-51, выращенного на среде Чапека (2 % сахарозы) в течение 14 сут при 28 ° С (штамм был ранее выделен нами из агрочернозема и поддерживается в коллекции микроорганизмов УИБ УФИЦ РАН).

В 2011 году на опытных делянках выращивали мягкую яровую пшеницу (сорт Омская 36), в 2012 году — яровой ячмень (сорт Челябинский 99), в 2013 году — сахарную свеклу (гибрид Маша, ООО «КВС РУС», Россия, селекция фирмы «KWS SAAT SE», Германия).

Обеспеченность влагой в 2011 и 2013 годах была близка к средним многолетним значениям, 2012 год оказался острозасушливым, температура все 3 года соответствовала среднемноголетним значениям.

Почвенные образцы отбирали весной и осенью каждого года из слоев 0-10, 10-20 и 20-30 см. Агрохимические исследования проводили в соответствии с общепринятыми методами: содержание гумуса определяли по Орлову и Гриндель, щелочногидролизуемого азота — по Корнфилду, подвижного фосфора и обменного калия — по Чирикову (25), активность инвертазы — по Щербаковой с окончанием по Самнеру, пероксидазы и полифенолоксидазы — по Карягиной и Михайловой, протеазы и дегидрогеназы — по Галстяну, целлюлазы по Конгу с окончанием по Самнеру, уреазы — по Щербакову (26).

Для статистической обработки полученных результатов использовали пакет программ MS Excel. В таблицах представлены средние значения ( M ) и их стандартные отклонения (±SEM). Статистическую значимость различий оценивали по наименьшей существенной разности при 5 % уровне значимости (НСР₀₅). Влияние агрохимических показателей почвы на ее ферментативную активностью оценивали с помощью корреляционного анализа (приведены значения r при p < 0,05).

Результаты . Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта почвы опытного участка была в среднем на 29 см меньше, чем на близлежащей залежи, что и послужило основанием считать агрочернозем глинистоиллювиальным слабоэродированным. Внесение навоза и растительных остатков (табл. 1) привело к изменению агрохимических свойств почвы. За 3 года содержание гумуса в пахотном горизонте повысилось, причем не только при обороте пласта, но и в условиях no-till. По сравнению с контролем оно возросло на 3,5-5,6 % на фоне no-till и на 1,8-4,1 — при классической обработке. При этом в динамике содержания гумуса наблюдались разнонаправленные тенденции: при использовании навоза и соломы на 3-й год наблюдалось некоторое снижение этого показателя, в вариантах со сплавиной — постепенное повышение. Наиболее заметно это было в верхнем слое (0-10 см) при нулевой обработке. Аналогичные результаты для слоя 0-5 см показаны при использовании растительных остатков (27). В том же слое добавление суспензии T. koningii к сплавине способствовало достоверному повышению содержания гумуса по сравнению не только с контролем, но и с вариантом без ее внесения. При добавлении соломы такой эффект был менее выражен.

В целом через 3 года в слое 0-30 см увеличение содержания гумуса было достоверным во всех вариантах с удобрением (кроме внесения цеолита и гумата натрия) независимо от вида обработки, причем эффективность сплавины, соломы и навоза оказалась почти одинаковой.

Наряду с гумусовым состоянием, изменилось и содержание питательных элементов. Обеспеченность почвы опыта подвижным фосфором была низкой. При внесении навоза и растительных остатков с добавлением минеральных удобрений на фоне no-till содержание подвижного фосфора за 3 года увеличилось до средней категории, а при классической обработке достоверное увеличение наблюдалось только на варианте с навозом.

• 1.    Агрохимические свойства почвы в слое 0-30 см при разных вариантах удобрения в зависимости от технологии обработки ( M ±SEM, Республика Башкортостан, 2011-2013 годы)

  Вариант опыта	Гумус, % Р подв. , мг/100 г		К обм. , мг/кг	N щел. , мг/кг
  Контроль	No-till 7,53±0,03	4,7±0,1	95,7±0,3	197,4±1,2
  Навоз	7,95±0,03	6,8±0,3	127,6±5,0	213,2±2,5
  Сплавина + Trichoderma koningii + (NР)60	7,87±0,03	6,3±0,5	126,5±15,0	212,0±3,8
  Сплавина + (NР)60	7,77±0,05	5,6±0,3	109,1±4,6	212,6±3,1
  Солома + T. koningii + (NР)60	7,82±0,03	5,5±0,3	98,8±1,0	209,4±5,3
  Солома + (NР) 60	7,79±0,03	5,3±0,2	97,8±2,1	200,1±5,8
  Цеолит	7,59±0,02	4,8±4,6	103,5±0,9	197,2±3,8
  Гумат Na	7,66±0,02	5,0±0,2	100,6±5,7	200,6±6,0
  Контроль	Вспашка 7,73±0,01	4,5±0,1	89,1±5,6	204,2±2,4
  Навоз	8,04±0,02	6,8±0,4	129,0±2,5	213,1±3,7
  Сплавина + T. koningii + (NР)60	8,05±0,03	5,4±0,7	123,1±2,9	206,9±1,6
  Сплавина + (NР)60	7,90±0,02	4,8±0,3	105,5±8,1	203,9±3,6
  Солома + T. koningii + (NР)60	8,00±0,02	4,6±0,2	99,1±2,4	206,2±4,1
  Солома + (NР) 60	7,87±0,02	4,4±0,2	92,9±4,2	205,6±2,8
  Цеолит	7,78±0,01	4,6±0,3	89,3±0,4	207,3±2,4
  Гумат Na	7,76±0,02	5,6±0,7	98,8±4,4	203,8±5,0
  НСР 05	0,11	1,1	8,2	10,9

• 2.    Активность почвенных ферментов в слое 0-10 см по годам исследования при разных вариантах удобрения и технологиях обработки ( M ±SEM, Республика Башкортостан)

  Вариант опыта	Обработка	2011	2012		2013
  		осень	весна	осень	весна	осень
  	П е р о к с и д а з а, мг бензохинона/г			почвы за 30 мин при 30 ° С
  1-й	No-till	80,1±2,2	202,4±14,2	208,1±12,0	225,1±8,8	134,5±5,5
  	Вспашка	83,2±3,1	202,7±10,8	218,6±13,0	188,2±10,2	115,8±4,8
  2-й	No-till	85,8±3,8	214,7±11,0	236,3±9,5	233,8±14,3	173,3±10,4
  	Вспашка	109,8±5,1	237,5±15,2	247,4±6,1	210,9±7,2	132,6±9,8
  3-й	No-till	92,5±3,6	215,9±9,1	228,9±9,7	254,2±7,4	151,1±7,7
  	Вспашка	98,1±3,8	242,4±8,0	254,8±14,2	209,1±5,7	150,5±8,3
  4-й	No-till	86,9±1,9	210,4±13,8	208,5±14,5	238,7±9,6	143,7±11,2
  	Вспашка	88,2±1,9	230,7±14,1	243,1±15,3	204,2±6,7	125,2±10,8
  5-й	No-till	91,3±2,8	218,9±9,7	243,7±7,2	259,1±13,8	148,0±12,5
  	Вспашка	99,3±3,0	241,8±15,2	259,7±10,5	257,2±14,5	167,8±14,7

3. Урожайность сельскохозяйственных культур при разных вариантах удобрения и технологиях обработки ( M ±SEM, Республика Башкортостан)

В отличие от подвижного фосфора, содержание обменного калия изначально было повышенным (см. табл. 1). Независимо от вида обработки, его достоверное (НСР₀₅) увеличение до высокой обеспеченности произошло только при внесении навоза и сплавины с добавлением (NP)6₀ и T. koningii. При этом в первом случае количество обменного калия постепенно снижалось в течение опыта, а во втором — возрастало по мере разложения сплавины. Содержание щелочногидролизуемого азота изменялось в узком диапазоне, и увеличение его количества на 7-8 % по сравнению с контролем наблюдалось только при внесении навоза и сплавины на фоне нулевой обработки. Это хорошо согласуется с показанным в работе уменьшением потерь подверженных выщелачиванию соединений азота при no-till (28).

Продолжение таблицы 2

6-й	No-till	82,6±1,7	214,1±14,0	240,6±8,3	235,7±9,5	136,3±9,7
	Вспашка	85,1±2,0	220,7±13,7	253,5±15,1	214,7±10,0	141,8±11,3
НСР 05		6,1	25,1	23,2	19,7	12,7
	П ол и ф е н ол ок сид аз а, мг бензохинона/г			почвы за 30	мин при 30 ° С
1-й	No-till	80,0±3,1	101,2±7,8	93,2±4,4	107,6±7,9	90,8±4,2
	Вспашка	88,6±2,8	87,1±5,7	94,7±3,9	93,9±6,5	95,0±5,7
2-й	No-till	95,9±4,5	116,0±8,1	116,1±6,7	134,4±12,5	125,2±9,7
	Вспашка	100,7±5,2	93,5±7,8	109,0±7,9	134,1±11,6	99,7±8,4
3-й	No-till	103,8±6,7	117,4±6,6	105,1±4,7	128,9±8,8	114,8±7,6
	Вспашка	112,4±11,0	94,1±4,2	119,4±10,6	104,4±6,2	117,9±9,2
4-й	No-till	92,5±9,8	106,5±8,8	104,2±9,9	114,8±10,6	109,9±8,6
	Вспашка	91,0±9,8	89,8±10,3	112,7±12,1	95,3±9,7	98,0±6,7
5-й	No-till	91,3±7,4	107,5±7,6	104,4±10,1	109,9±12,4	100,2±3,8
	Вспашка	115,4±12,2	89,1±9,9	105,5±5,7	144,1±15,3	123,9±5,7
6-й	No-till	82,6±5,6	102,4±5,9	96,5±8,2	110,2±8,9	89,8±10,4
	Вспашка	108,3±7,6	86,7±6,2	97,7±8,7	131,9±13,4	101,4±8,8
НСР 05		7,3	6,8	6,6	9,7	8,1
		Инвертаз	а, мг глюкозы/г почвы за 24 ч
1-й	No-till	4,8±0,3	19,6±0,9	14,5±1,3	16,0±1,4	2,6±0,7
	Вспашка	5,4±0,3	22,8±1,2	25,5±2,0	23,8±2,5	7,2±0,9
2-й	No-till	6,9±0,5	22,5±1,2	19,8±2,3	16,7±1,9	4,5±0,4
	Вспашка	5,2±0,4	26,9±1,4	29,0±2,5	23,1±2,2	8,3±0,5
3-й	No-till	6,9±0,7	22,9±1,1	22,7±2,9	18,7±1,1	6,4±0,7
	Вспашка	5,0±0,6	24,7±1,6	24,8±1,8	20,2±1,2	6,2±0,7
4-й	No-till	5,8±0,4	21,2±1,0	20,4±1,5	18,3±2,0	2,6±0,3
	Вспашка	5,1±0,7	24,9±0,8	29,4±2,9	22,6±2,5	8,1±0,8
5-й	No-till	6,7±1,0	22,3±1,2	18,6±2,7	21,9±2,8	5,2±0,7
	Вспашка	4,8±0,3	22,3±0,9	26,6±3,3	16,6±2,9	6,1±0,5
6-й	No-till	6,5±0,7	17,9±1,3	18,2±1,5	19,1±1,7	2,5±0,3
	Вспашка	4,8±0,3	19,6±0,9	14,5±1,3	16,0±1,4	2,6±0,7
НСР 05		0,7	2,1	3,3	2,8	0,5
		Протеаза	, мг гистидина/г почвы за 24 ч
1-й	No-till	10,0±1,3	6,3±0,3	7,9±0,8	8,0±0,9	6,5±0,2
	Вспашка	7,6±0,9	4,7±0,8	5,9±0,7	8,5±1,1	4,6±0,3
2-й	No-till	15,8±1,2	8,3±0,4	9,4±0,7	11,5±1,0	10,4±0,8
	Вспашка	15,7±1,2	7,0±0,4	7,7±0,4	11,5±1,0	5,9±0,5
3-й	No-till	15,2±0,8	9,2±1,0	10,9±0,9	11,4±1,0	8,8±0,7
	Вспашка	13,3±0,7	6,2±0,7	8,4±0,8	14,0±1,2	7,1±0,3
4-й	No-till	13,5±0,7	7,3±0,9	8,7±0,8	8,1±0,6	7,4±0,6
	Вспашка	11,3±0,6	5,9±0,5	4,2±0,6	11,7±0,7	5,4±0,2
5-й	No-till	15,4±0,8	10,1±1,1	7,2±0,4	9,2±0,4	6,9±0,2
	Вспашка	13,9±0,7	5,7±0,2	7,5±0,4	10,4±0,6	5,3±0,4
6-й	No-till	11,3±0,5	9,7±0,9	6,3±0,5	9,8±0,3	6,4±0,5
	Вспашка	11,3±0,6	5,8±0,4	5,6±0,3	13,9±0,8	5,1±0,5
НСР 05		1,1	0,6	0,7	1,0	0,7
Примеч	ани е. 1-й вариант	— контроль,	2-й — навоз, 3-й —	сплавина +	Trichoderma koningii + (NР)60,
4-й — сплавина + (NР)60, 5-й		— солома+ T. koningii + (NР)60,		6-й — солома + (NР)60.

На 3-й год опыта растительные остатки морфологически стали неразличимы вследствие их трансформации. Как известно, важную роль в гумификации растительных остатков играют почвенные ферменты (29) и компоненты растительного опада (30). При внесении навоза и растительных остатков, в отличие от вариантов с использованием гумата натрия и цеолита, ферментативная активность почвы была выше, чем в контроле (табл. 2). Динамика активности изученных ферментов оказалась разнонаправленной, что может быть обусловлено, с одной стороны, процессами трансформации органического вещества, с другой — изменением агрофизических свойств почвы. Так, максимальную активность пероксидазы, целлюлазы и инвертазы регистрировали на 2-й год исследований, активность дегидрогеназы последовательно возрастала, а протеазы — снижалась. Динамика активности полифенолоксидазы и уреазы была выражена слабо (данные не приведены). Наиболее тесную корреляционную связь (p < 0,05) выявили для протеазы с содержанием подвижного фосфора (r = 0,75±0,12), калия (r = 0,69±0,12) и азота (r = 0,53±0,14), для полифе-нолоксидазы — с содержанием гумуса (r = 0,62±0,13), калия (r = 0,56±0,14) и азота (r = 0,62±0,13). Для остальных ферментов коэффициенты корреля- ции, как правило, не превышали 0,4. Добавление суспензии микроскопического гриба T. koningii к сплавине и соломе способствовало росту ферментативной активности почвы, независимо от технологии обработки.

Урожайность сельскохозяйственных культур, выращиваемых в севообороте экспериментального хозяйства, зависела не только от применения удобрений, но и от способов обработки почвы, в значительной степени определяющих содержание влаги. В отличие от навоза и растительных остатков, цеолит и гумат натрия в условиях опыта оказались практически неэффективными (табл. 3). Вероятно, на это повлияло отсутствие орошения (31) и органических удобрений, усиливающих действие цеолита (32), а также форма вносимого гумата натрия (порошок) (33). В 1-й (влажный) год на фоне вспашки урожайность пшеницы была выше, чем в аналогичных вариантах no-till. Очевидно, это обусловлено повышением доступности питательных элементов при добавлении (NP)60 и более быстрой минерализацией органического вещества навоза. При вспашке наибольшую урожайность обеспечивало внесение навоза и соломы, а на фоне no-till — сплавины с добавлением суспензии микроскопических грибов. В течение вегетационного периода острозасушливого 2012 года содержание влаги в условиях нулевой обработки было выше, чем при вспашке (30), что и предопределило более высокую урожайность ячменя. В 2013 году урожайность сахарной свеклы при отвальной вспашке была выше, чем при no-till. На этот раз лимитирующим фактором стало повышение плотности почвы (34), к которому сахарная свекла очень чувствительна.

Вариант	Пшеница, г/м	2 (2011 год)	Ячмень, г/м2	(2012 год)	Сахарная свекла, кг/м2 (2013 год)
опыта	вспашка 1	no-tillage	вспашка 1	no-tillage	вспашка	1 no-tillage
1-й	406,8±33,8	283,5±30,5	95,1±6,0	146,8±10,7	2,9±0,3	2,3±0,2
	2000,0±51,7	1950,0±70,6	385,3±12,8	393,3±13,7
2-й	723±42,1	582,8±49,4	231,3±10,4	254,1±12,3	3,6±0,3	2,6±0,3
	3500,0±52,8	2316,7±120,3	510,0±13,5	783,3±15,1
3-й	651±43,2	621,4±39,0	165,3±15,4	192,6±13,6	3,9±0,5	2,7±0,2
	3066,7±93,7	2433,3±115,7	471,7±19,3	570,0±22,3
4-й	425,0±28,6	546±35,7	120,9±9,4	150,3±12,4	3,7±0,3	3,0±0,3
	2900,0±88,3	2733,3±87,4	463,3±12,9	466,7±17,5
5-й	705,0±48,3	566,4±60,3	115,8±11,6	166,7±13,4	3,6±0,3	2,8±0,3
	3666,7±114,7	2000,0±103,0	483,3±16,4	568,3±23,5
6-й	686,6±65,0	432±53,6	128,6±11,0	167,2±12,8	3,5±0,2	2,7±0,1
	3566,7±106,8	2483,3±98,3	413,3±14,5	470,0±16,7
7-й	368±38,9	330±37,1	122,6±16,7	104,9±11,4	2,8±0,4	2,0±0,3
	2466,7±87,5	2250,0±90,3	343,3±20,4	380,2±23,1
8-й	424,1±39,7	369,8±36,8	125,4±14,6	129,6±14,7	3,0±0,3	2,3±0,2
	3300,0±106,5	2283,3±123,5	383,3±22,7	386,7±19,7
НСР 05	43,1 450,8		9,2 57,8			0,2

П р и м е ч а н и е. 1-й вариант — контроль, 2-й — навоз, 3-й — сплавина + Trichoderma koningii + (NР)₆₀, 4-й — сплавина + (NР)₆₀, 5-й — солома+ T. koningii + (NР)₆₀, 6-й — солома + (NР)₆₀, 7-й — цеолит, 8й — гумат Na. Над чертой масса зерен, г/м², под чертой — масса снопа.

Таким образом, в среднем за 3 года исследований урожайность культур при классической обработке была выше, но в острозасушливом 2012 году она оказалась больше на фоне нулевой обработки, когда рентабельность составила 257 % против 116 % на вспашке. Прибавка урожая составила в среднем 40-72 % (навоз — 67 %, сплавина + T. koningii — 47 %, сплавина — 40 %, солома + T. koningii — 72 %, солома — 66 %) при вспашке и 21-38 % (навоз — 32 %, сплавина + T. koningii — 28 %, сплавина — 36 %, солома + T. koningii — 10 %, солома — 26 %) при no-till.

Итак, в условиях Южного Предуралья на агрочерноземе глинистоиллювиальном слабоэродированном внесение навоза и растительных остат- ков при вспашке и нулевой обработке почвы способствует повышению содержания гумуса, улучшению питательного режима, увеличению ферментативной активности почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. При нулевой обработке изменения агрохимических показателей более выражены в слое 0-10 см, при классической — 0-30 см. Только в засушливых условиях рентабельность удобрений при технологии no-till выше, чем при классической вспашке. Использование культуры микроскопических грибов Trichiderms koningii в биологизированных технологиях приводит к усилению процессов гумификации растительных остатков, особенно сплавины. По влиянию на свойства почвы это удобрение приближается к варианту с внесением навоза.