Оценка влияния биопрепаратов на рост и развитие сорговых культур в условиях Вологодской области

Для Вологодской области ведущим направлением сельского хозяйства является молочное животноводство, поэтому важнейшая задача отрасли растениеводства – обеспечение крупного рогатого скота высококлассными кормами [1]. Одним из путей повышения классности и энергонасыщенности кормов может стать интродукция более урожайных и ценных кормовых культур, а для экологизации их возделывания – использование биологических препаратов. Применение биопрепаратов позволяет повысить продуктивность сельскохозяйственных культур, снизить применение пестицидов и агрохимикатов, уменьшить затраты на возделывание [2–4].

В настоящее время актуально применение экологически чистых биопрепаратов для усиления круговорота элементов питания, в результате отмечается повышение плодородия почвы, урожайности, качества продукции, а значит, растет ее конкурентоспособность в сельскохозяйственном производстве [5]. Микробиологические препараты позволяют снизить токсическую нагрузку на агроландшафты [6; 7]. Кроме того, дефицит минеральных удобрений стал причиной поиска альтернативных источников азота, как следствие, возможности микроорганизмов могут быть использованы для обеспечения самых различных потребностей растений [8–11].

Интродукция растений – важный резерв укрепления кормовой базы. Ограниченный набор кормовых культур обуславливает неустойчивость кормопроизводства и затрудняет обеспечение скота полноценным кормом. Дефицит кормов чаще всего приходится на раннюю весну и позднюю осень, когда на полях нет вегетирующих растений. Также проблемой является малый объем запасов кормов в связи с низкой урожайностью из-за по- годных условий. Таким образом, очень актуально внедрение новых видов кормовых культур [2].

При введении в культуру нетрадиционные виды растений должны обладать рядом особенностей: повышенной устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам среды, высокой способностью к усвоению макро- и микроэлементов [8]. В результате в условиях недостаточной обеспеченности основными факторами жизни уровень продукционного процесса у них, как правило, выше, чем у традиционных [2].

При подборе нетрадиционных кормовых культур руководствуются следующими критериями отбора: урожайность зеленой массы, урожайность зерна для возобновления посевов, отавность, адаптация к разным зонам возделывания. Этим критериям соответствуют сорговые культуры.

Цель исследования – оценить возможные перспективы возделывания сорго на зеленую массу в условиях Северо-Запада, в том числе с применением биологических препаратов.

Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:

– изучить биометрические показатели сорговых культур;

– оценить питательную ценность зеленой массы сорговых культур;

– проанализировать влияние применения биологических препаратов на продуктивность культур.

Новизна научного исследования. Впервые в условиях Вологодской области проведено исследование по изучению роста и развития новых сортов сорго.

Практическая значимость. Использование нетрадиционных кормовых культур в севооборотах Вологодской области может решить проблему с разнообразием культур путем интродукции новых видов с высокими показателями устойчиво- сти к изменяющимся условиям внешней среды и позволит получать высококлассные корма (сено, сенаж, силос, зеленую массу, травяную муку и зерно). Зеленая масса сорговых культур содержит сбалансированное количество аминокислот, белков, углеводов, витаминов, каротинов и микроэлементов, уровень которых выше, чем в традиционных культурах. В свою очередь использование биологических препаратов обеспечит стимуляцию роста растений и повышение иммунитета, увеличит процент всхожести семян и приживаемости растений, способствует увеличению коэффициента использования минеральных и органических удобрений. Применение биопрепаратов поможет снизить нагрузку на окружающую среду за счет меньшего использования пестицидов химического происхождения и уменьшить использование удобрений вследствие лучшего коэффициента усвояемости питательных элементов [12].

Методика исследований

Работа по изучению особенностей роста, развития, урожайности нетрадиционных кормовых культур с применением биологических препаратов проводилась на опытном поле ФГБУН «Вологодский научный центр Российской академии наук» (ВолНЦ РАН) в 2020 году. Для оценки опытных образцов использовалась методика полевого опыта Б.А. Доспехова [13]. Почва на опытном поле осушенная дерново-подзолистая, среднесуглинистая. Результаты химического анализа почвы опытного участка следующие: азот аммиачный 4,2±0,6 мг/кг, азот нитратный 38,9±7,8 мг/кг, массовая доля подвижного калия 261,0±39,2 мг/кг, массовая доля подвижного фосфора 260,0±52,0 мг/кг, pH солевой вытяжки 6,6±0,1.

Объекты исследования: сорго сахарное Sorghum bicolor (L.) , сорт Галия и сорго-суданский гибрид Sorghum xdrummondii

(Steud.) Millsp. & Cha Moench, сорт Гвардеец. Сорт сахарного сорго Галия включен в 5, 6, 8 регионы допуска, среднеранний, устойчив к полеганию и засухе. Сорт сорго-суданского гибрида Гвардеец включен в 5, 6, 8, 10 регионы допуска, относительно устойчив к засухе.

Для проведения исследования использовались препараты компании ООО «Био-троф», содержащие живые клетки микроорганизмов. В основе препарата «Натурост» лежит культура клеток Bacillus subtilis, «Натурост-Актив» – Lactobacillus buchneri, а «Натурост-М» – Bacillus megaterium. Ранее было установлено положительное влияние биопрепаратов на рост и продуктивность зерновых и кормовых культур [14; 15].

Препарат «Натурост» (биопестицид) обладает антифунгицидным и антибактериальным эффектом, повышает общую урожайность растений, снижает уровень накопления микотоксинов, способствует ускорению развития вегетативных частей.

Препарат «Натурост-Актив» представляет собой микробиологическое удобрение, стимулятор роста растений. Обладает антифунгицидным действием, продуцируемые бактерией карбоновые кислоты оказывают стимулирующее влияние на корневую и вегетативную части растений, повышают всхожесть семян.

Препарат «Натурост-М» является микробиологическим удобрением. Благодаря метаболитам бактерий силикаты и фосфаты при разрушении переходят в доступную форму фосфора и калия.

По заявлению производителя преимуществом используемых препаратов выступает отсутствие резистентности к ним патогенных объектов. Указанные биологические препараты могут применяться совместно с химическими и использоваться при комплексном внесении.

Мелкоделяночный полевой эксперимент включал в себя трехкратную повторность, площадь учетной делянки 4,5 м2.

Посев культур проводился широкорядным способом с нормой высева 200 тыс. шт. на 1 га по рекомендациям оригинато-ра сортов. Перед посевом семена опытных групп протравливали в рабочих растворах препаратов в концентрации 1 мл препарата на 1 литр воды в течение двух часов, семена контрольной группы замачивались в воде. Обработка препаратами по вегетирующим растениям проводилась в фазы начала кущения и начала трубкования. Опрыскивание надземной массы растений осуществлялось рабочими растворами согласно рекомендациям производителя, с расходом 1 литр препарата на гектар.

Посев проводился 22 мая. Уход за культурами – в соответствии с принятыми общими агротехническими требованиями. Минеральные и органические удобрения не вносились. Учет биометрических показателей растений осуществлялся в первой декаде сентября в фазу трубкования – колошения.

Высушивание биоматериала производилось в сушильном шкафу (ШС-40 СПУ) при температуре 80–120 ºС в течение 30 минут (выключение работы ферментов) и далее 60 ºС до полного высыхания (окончательное высушивание биоматериала).

Определение основных показателей ценности кормовых культур (сахара, протеина и др.) в биомассе осуществлялось на ИК-анализаторе SpectraStar 2200 (Unity Scientific, США).

Определение пигментов проводили на спектрофотометре ПЭ-5400УФ (Россия) при длинах волн 663, 644 и 452,5 нм. Пигменты извлекали экстракцией 85%-м ацетоном из листьев растений. Работу выполняли в трехкратной биологической и аналитической повторности. Содержание хлорофиллов рассчитывалось по уравнениям Реббелена1 (1):

C хл. a = 10,3 D663 – 0,918 D644;

С хл. b = 19,7 D644 – 3,87 D663;    (1)

C хл. а + хл. b = 6,4 D663 + 18,8 D664;

C кар. = 4,75 D452,5 – 0,226 C хл.а+хл.b, где:

С хл. а , C хл. b , C хл. а + хл. b и C кар. – соответственно концентрации хлорофиллов а , b , их суммы и каротиноидов, мг/л;

D – экспериментально полученные величины оптической плотности при соответствующих длинах волн.

Статистическая обработка данных осуществлялась по стандартным методикам с использованием пакета анализа данных программы MS Excel’2010. Представлены средние значения показателей (M), величины их стандартных отклонений (±SD) и наименьшая существенная разность (НСР). Оценку достоверности различия выборочных средних проводили при значении доверительной вероятности 0,95.

Метеорологические условия. С 22 мая по 10 сентября среднее значение температуры воздуха на высоте 2 метра над поверхностью земли было +15,4 0С, минимальное 3,0 0С 22 мая, максимальное значение температуры + 28,5 0С 7 июля. Средняя относительная влажность за приведенный период 72% на высоте 2 метра над поверхностью земли. Количество осадков составляет 326 мм в сумме за дни с осадками (67)2.

В день посева 22 мая температура колебалась в районе +5 0С. Относительная влажность 75%. Сумма осадков в день посева составила 12 мм.

Результаты исследований

Накопление биомассы растений зависит от многих факторов, в том числе содержа- ния фотосинтетических пигментов. Как следует из данных табл. 1, содержание пигментов в листьях растений сахарного сорго выше во всех вариантах с использованием препаратов. В зависимости от биопрепарата происходит увеличение содержания хлорофилла а на 1,6–70,3%, хлорофилла b – на 7,1–85,7%, каротиноидов – на 14,3–68,6%. Максимальное содержание пигментов наблюдалось в листьях растений с внесением препарата «Натурост-М».

У сорго-суданского гибрида – аналогичная картина, содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений выше в опытных вариантах. Так же, как и в опыте с сахарным сорго, наибольшая концентрация пигментов наблюдается у расте- ний с внесением препарата «Натурост-М», концентрация хлорофилла а выше на 58%, хлорофилла b – на 54,5%.

В связи с тем, что в опытных вариантах зафиксировано большее содержание фотосинтетических пигментов, можно предполагать, что накопление биомассы в этих вариантах также будет происходить более эффективно.

Данные табл. 2 показывают, что растения сорго сахарного не перешли к стадии кущения, что, возможно, обусловлено недостаточной суммой активных температур. Под влиянием препарата «Натурост» несколько увеличивается длина стебля и площадь листовой поверхности растения. На сорго-суданском гибриде наблюдается

Таблица 1. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений, мг/г сухой массы

Вариант	Хлорофилл a	Хлорофилл b	Сумма хлорофиллов	Каротиноиды	Отношение а/b
Со			рго сахарное
К	0,64±0,16	0,14±0,04	0,78±0,20	0,35±0,08	4,57±0,30
Н	0,79±0,15	0,18±0,04	0,97±0,19	0,40±0,07	4,39±0,13
НА	0,65±0,05	0,15±0,01	0,79±0,06	0,35±0,02	4,33±0,09
НМ	1,09±0,09	0,26±0,03	1,34±0,12	0,59±0,06	4,19±0,16
Сорго-суданский гибрид
К	0,50±0,09	0,11±0,02	0,61±0,11	0,33±0,09	4,55±0,80
Н	0,60±0,12	0,13±0,02	0,73±0,13	0,40±0,07	4,61±0,31
НА	0,75±0,04	0,16±0,01	0,91±0,04	0,59±0,01	4,69±0,37
НМ	0,79±0,16	0,17±0,04	0,97±0,20	0,54±0,09	4,64±0,20
Источник: собственные исследования.

Таблица 2. Ростовые показатели исследуемых растений

Вариант Кустистость, шт. Длина стебля, см Площадь листьев, см2 Сорго сахарное К 1,0±0,0 47,5±16,3 56,70±14,74 Н 1,0±0,0 54,1±10,4 57,66±13,11 НА 1,0±0,0 46,2±9,4 51,11±10,21 НМ 1,0±0,0 36,8±6,4 41,40±12,60 Сорго-суданский гибрид К 1,4±0,7 23,1±11,9 44,60±11,85 Н 1,8±1,5 42,4±13, 6 57,83±20,20 НА 3,8±1,2 20,4±12,5 33,77±17,28 НМ 2,6±1,3 25,9±12,6 43,87±15,13 более выраженный эффект от внесения биопрепаратов. Так, кустистость растений увеличивается на 28,6–200%, длина стебля возрастает до 83%, площадь листьев – до 29%.

Более объективным показателем ростовой активности является биомасса растений. Из данных табл. 3 следует, что биопрепараты оказали на нее значительный стимулирующий эффект. Так, сырая масса растений сорго-суданского гибрида под влиянием биопрепаратов возрастает на 61,3–100%, увеличение сухой массы еще более выражено. Наибольший эффект наблюдается при внесении препарата «Натурост». Увеличение биомассы растений можно связать с увеличением кустистости.

В опытах с сахарным сорго получены аналогичные результаты. Увеличение биомассы растений под влиянием биопрепаратов составило от 15 до 32%.

Важным представлялось оценить питательную ценность сорговых культур. Из данных табл. 4 следует, что под влиянием биопрепаратов несколько увеличилась питательность сахарного сорго. Так, содержание кормовых единиц повысилось от 4,8 до 12,7% по сравнению с контролем, обменной энергии – на 3,4–4,7%, сырого протеина – на 17,3–20,1%. Несколько увеличивается содержание жира и снижается содержание сырой клетчатки.

Ранее нами было показано схожее влияние биопрепаратов на кормовую ценность райграса однолетнего (табл. 5). Следует отметить, что питательная ценность сорго сахарного несколько уступает традиционной культуре – райграсу однолетнему. Можно предположить, что это связано с неблагоприятными для культуры метеорологическими условиями в 2020 году. Температура воздуха в среднем за период вегетации достигала +15,4 ⁰С (81 день), а для сорго требуется не менее +20 ⁰С.

Таблица 3. Масса растений сорго–суданского гибрида, г/растение

Вариант	Масса сырая	Масса сухая	Доля сухого вещества, %
Контроль	15,5 ± 3,9	0,63 ± 0,31	11,33/4,06
Натурост	31,0 ± 9,9	4,06 ± 1,46*	17,40/13,09
Натурост–Актив	27,5 ± 8,5	3,99 ± 1,25*	16,65/14,50
Натурост–М	25,0 ± 8,0	2,11 ± 0,89*	13,29/8,44,
НСР 05 1,71
* Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05. Источник: собственные исследования.

Таблица 4. Питательная ценность сухой биомассы сорго сахарного

Вариант опыта	В 1 кг сухого вещества		Содержание в сухом веществе, %				Перевариваемый протеин, г/кг	Каротин, мг/кг
	кормовые единицы	обменная энергия, МДж	сырой протеин	сырая клетчатка	жир	сахар
Контроль	0,63	8,81	10,97	34,34	2,44	12,63	88,5	172
Натурост	0,71	9,12	12,86	32,55	2,72	12,42	87,7	176
Натурост-Актив	0,66	9,22	12,94	32,07	2,86	12,21	90,9	175
Натурост-М	0,70	9,11	13,18	32,66	2,63	11,26	89,0	178

Источник: собственные исследования.

Таблица 5. Питательная ценность сухой биомассы райграса

Вариант опыта	В 1 кг сухого вещества		Содержание в сухом веществе, %				Перевариваемый протеин, г/кг	Каротин, мг/кг
	кормовые единицы	обменная энергия, МДж	сырой протеин	сырая клетчатка	жир	сахар
Сорго сахарное
Контроль	0,77	9,76	11,44	29,16	3,08	20,68	73,7	190
Натурост	0,81	9,85	12,17	28,66	3,10	22,21	80,9	192
Натурост-Актив	0,79	9,90	13,00	28,39	3,21	21,82	89,1	193
Натурост-М	0,82	9,92	11,82	28,29	3,26	21,24	77,4	188
Источник: Продуктивность кормовых трав при использовании микробиологических препаратов в условиях Вологодской области / А.В. Платонов [и др.] // Кормопроизводство. 2021. № 1. С. 21–25.

Заключение

Промежуточные результаты опытов показали, что под влиянием биопрепаратов в листьях сорговых культур существенно возрастает содержание фотосинтетических пигментов. Больший эффект оказал препарат, созданный на основе штамма бактерий Bacillus megaterium .

Результаты мелкоделяночных полевых опытов свидетельствуют о влиянии препаратов микробного состава: Натурост, Натурост-Актив и Натурост-М – на рост и развитие сорговых культур. Под влиянием биопрепаратов происходит значительное увеличение кустистости и биомассы у сорго-суданского гибрида. Наибольший прирост биомассы сорго-суданского гибрида зафиксирован в варианте с использованием биопрепарата на основе штамма бактерии Bacillus subtilis («Натурост»). Продуктивная кустистость у обеих куль- тур не велика, что может быть связано с небольшой суммой активных температур за сезон.

Под влиянием биопрепаратов улучшилась и питательная ценность сахарного сорго. В опытных вариантах возрастает содержание кормовых единиц, обменной энергии, сырого протеина, снижается содержание клетчатки. Однако питательная ценность биомассы сорго сахарного несколько ниже питательной ценности традиционной культуры для Вологодской области – райграса однолетнего.

В настоящее время исследования возможностей выращивания сорговых культур на территории Вологодской области продолжаются. Вследствие низкой зерновой продуктивности сорговых культур в Вологодской области будут оценены возможности их использования на зеленый конвейер.