Применение новых биоудобрений и биопрепаратов при возделывании яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) и картофеля (Solanum tuberosum L.)

Общемировой опыт земледелия показывает, что урожайности сельскохозяйственных культур находится в прямой зависимости от количества используемых удобрений. Однако резкое повышение их цен и общее ухудшение экологии вынуждают искать эффективные и экологически безопас-665

ные способы увеличения урожайности (1-3), обеспечивающие сохранение структуры почвы и баланса почвенных органических соединений, макро-и микроэлементов (4, 5), способствующие саморегуляции почвенных экосистем (6, 7) и при этом более дешевые (8, 9). Существует множество регуляторов роста растений, которые за счет биологически активных соединений определяют рост и формирование различных органов, время и характер цветения, сроки созревания (10). Многие микроорганизмы из почвы или прикорневой зоны растений известны как агрономически полезные и могут служить основой для создания бактериальных препаратов.

Так, биопрепараты серии Сияние (разработка НПЦ «ЭМ-Биотех» и Новосибирского ГАУ, Россия) включают несколько десятков видов микроорганизмов (11). Альбит (ООО НПФ «Альбит», Россия) содержит очищенные действующие вещества из почвенных бактерий Bacillus megaterium и Pseudomonas aureofaciens (12). Байкал ЭМ-1 (НПО «ЭМ-центр», Россия) представляет собой композицию штаммов (фотосинтезирующие, молочнокислые, азотфиксирующие бактерии, дрожжи и микроскопические грибы) (13). Азолен (Институт биологии Уфимского НЦ РАН, Россия) разработан на основе свободноживущих азотфиксирующих почвенных бактерий Azo-tobacter vinelandii ИБ 4 (титр клеток от 4½10⁹ до 8½10⁹ КОЕ/мл) (14). Созданы биопрепараты с использованием азоспирилл ( Azospirillum lipoferum , A. brasilense и A. amazonense ) (Аграрный университет Tamil Nadu, Индия) (15). В Китае биопрепараты для бамбука на основе азотфиксирующих и фосфобактерий из его ризосферы предлагается использовать в жидком виде и в составе биоорганических удобрений, производимых с применением отходов культивирования этого растения (16). Благодаря микробному препарату на основе Azotobacter chroococcum (Punjab Agricultural University, Индия) урожайность моркови повышалась на 15,8 %, содержание каротина — на 30,6 % (17). Биопрепарат Bacillus megaterium , примененный европейскими исследователями, при инокуляции семян чечевицы повышал содержание азота и фосфора в зернах (18). Биопрепараты обеспечивают эффективную мобилизацию органического вещества и биоты почвы, что отличает их от удобрений. Биопрепараты предполагается использовать совместно с основными биоудобрениями.

Технологии компостирования при производства биоудобрений разнообразны. Например, используется птичий помет (19), смесь торфа, навоза, цеолита, древесных опилок и подпрессового бульона от переработки рыбных отходов в муку (20), измельченные рифовые кораллы, экскременты домашних животных, сточные воды, отходы, полученные из растительного волокна, смешанные в присутствии органических соединений (21). В Индии производят биоудобрение из навоза крупного рогатого скота, компостированного кокосового волокна и зеленого удобрения в сочетании с Azospirillum и фосфобактериями (22).

Компост многоцелевого назначения (КМН, разработка Всероссийского НИИ мелиорированных земель — ВНИИМЗ) (23, 24) по свойствам и составу относится к полноценным высококачественным органическим удобрениям (основное удобрение и подкормка). Он применяется под всеми культурами, возделываемыми в разных регионах России и за рубежом, в том числе под картофелем и зерновыми. Локальное и сплошное внесение КМН обеспечивает в среднем 2-3-кратную активизацию почвенной микрофлоры и дополнительную мобилизацию биогенных элементов (прибавка до 25 %), что повышает урожайность. Ценность и преимущество КМН заключаются в высокой питательности, физиологичности, экологичности и биогенности (25). Сбалансированный микробиологический состав КМН 666

способствует поддержанию почвенного плодородия, как следствие, повышается не только продуктивность культур, но и качество продукции.

Также во ВНИИМЗ предложена принципиально новая ферментационно-экстракционная технология для создания жидких биосредств разного класса (26, 27). Среди них — биопрепарат ЖФБ, в состав которого входят элементы питания и ростовые факторы (28). Питательная ценность ЖФБ обеспечивается за счет благоприятной кислотности (рН 7,0-8,0), высокого содержания К2О (до 9,5 г/л) и Р2О5 (до 10,0 г/л), богатого состава микроэлементов (в том числе присутствия Mg, Zn, Mn, Fe). Количество агрономически полезной микрофлоры достигает 1012 КОЕ/мл. Концентрация токсичных элементов в ЖФБ существенно ниже ПДК, отсутствует патогенная микрофлора и паразиты, поэтому его использование в качестве подкормки полностью безопасно для почвы, произрастающей на ней растительности и конечной продукции, предназначенной для питания человека. ЖФБ можно использовать для поддержания плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. Его рекомендуется применять как биостимулятор роста и развития растений (полив почвы и опрыскивание), а также в качестве землеудобрительного биопрепарата (полив почвы по фону одновременно с внесением основного удобрения).

Целью нашей работы была оценка эффективности биоудобрения КМН и препарата ЖФБ на пропашной и злаковой культурах (картофеле и яровой пшенице) по двум фонам основных удобрений.

Методика . Исследования проводили в 2011-2012 годах на картофеле сорта Жуковский и в 2012-2013 годах на яровой пшенице сорта Иргина на опытном полигоне Всероссийского НИИ мелиорированных земель (Тверская обл.) в микроделяночных опытах. Размещение делянок было рендо-мизированным с выделением защитных полос (29).

Опыт с яровой пшеницей включал следующие варианты: 1 — контроль (без внесения удобрений и применения биопрепарата); 2, 3, 4 — опрыскивание растений препаратом ЖФБ (доза 0,1 л/м2) после разведения маточного раствора водопроводной водой в соотношениях соответственно 1:300, 1:500, 1:1000; 5 — внесение NPK (3 ц/га); 6, 7, 8 — опрыскивание ЖФБ в соотношениях соответственно 1:300, 1:500, 1:1000 на фоне NPK; 9 — использование КМН (7 т/га); 10, 11, 12 — опрыскивание ЖФБ в соотношениях соответственно 1:300, 1:500, 1:1000 по фону КМН. Учетная площадь делянок — 9 м2, повторность опыта 3-кратная. Растения скашивали вручную в фазу полной спелости. После просушки колосья обмолачивали, зерно очищали и взвешивали. Определяли урожайность и массу 1000 зерен на каждой делянке в соответствии с методикой (29, 30). В зерне оценивали количество протеина по методу Кьельдаля (ГОСТ Р51417-99).

Опыт с посадкой картофеля проводили по фону КМН в дозе 4 т/га. Учетная площадь делянок — 7 м2, повторность 3-кратная. Посадки обрабатывали ЖФБ 3-кратно (в фазы всходов, бутонизации и цветения) из ручного опрыскивателя. ЖФБ применяли в четырех дозах рабочего раствора — 0,05; 0,1; 0,2; 0,3 л/м2; рабочий раствор использовали в двух разведениях — 1:30 и 1:300. Контролем служили учетные площадки без обработки ЖФБ. Урожай убирали вручную, учет урожайности и фракционный состав определяли согласно методике (30, 31).

Образцы почвы асептически отбирали из пахотного горизонта (0-20 см), анализы проводили по утвержденным общепринятым методикам (32, 33). Напряженность окислительно-восстановительных процессов в почве оценивали по коэффициенту ОВК, представляющему собой соотношение активности ферментов каталазы и дегидрогеназы.

Б

Вариант

Рис. 1. Урожайность (А) и содержание протеина в воздушно-сухом веществе зерна (Б) яровой пшеницы ( Triticum aestivum L.) сорта Иргина в зависимости от применения на посевах биопрепарата и удобрений: 1 — контроль, 2 — биопрепарат ЖФБ 1:300, 3 — ЖФБ 1:500, 4 — ЖФБ 1:1000, 5 — NPK (3 ц/га), 6 — NPK + ЖФБ 1:300, 7 — NPK + ЖФБ 1:500, 8 — NPK + ЖФБ 1:1000, 9 — компост многоцелевого назначения (КМН, 7 т/га), 10 — КМН + ЖФБ 1:300, 11 — КМН + ЖФБ 1:500, 12 — КМН + ЖФБ 1:1000 (Тверская обл., 2012-2013 годы).

Данные обрабатывали в программе Microsoft Excel 2003.

Результаты. При выращивании яровой пшеницы сорта Иргина без применения основного удобрения (контроль) высокая урожайность была отмечена при опрыскивании посевов ЖФБ в разведениях 1:500 и 1:1000 (рис. 1, А). Если в качестве основного удобрения использовали NPK, наибольшую прибавку урожайности получали от применения ЖФБ в разведении 1:300. При совместном применении биоудобрения КМН и биопрепарата ЖФБ (1:1000) наблюдалось снижение урожайности пшеницы, однако при разбавлении ЖФБ до 1:500 фиксировали существенный прирост этого показателя. Опрыскивание посевов биопрепаратом ЖФБ в варианте 1:300 по фону КМН обеспечило максимальную прибавку урожайности: по отношению к чистому контролю без удобрения она составила 154 %, к фону КМН — 35 %, к варианту с фоном NPK и опрыскиванием ЖФБ — 15 %. Такие значительные прибавки формировались за счет более крупного зерна. Так, существенно увеличилась масса 1000 зерен: в чистом контроле она оставила 33,28 г, в варианте с применением КМН — 45,52 г, КМН + ЖФБ (1:300) — 63,19 г, NPK + ЖФБ (1:300) — 49,08 г.

В формировании урожая участвовали различные факторы, в том числе элементный состав почвы и напряженность окислительно-восстановительных процессов, определяемых микрофлорой почвы и используемых биосредств. Значение ОВК без удобрений оказалось почти равно показателю в варианте с обработкой ЖФБ при разбавлении 1:1000 и снижалось при 1:500 и 1:300. Максимальное значение ОВК получили на фоне чистого NPK, применение биопрепарата снизило его примерно в 2 раза. При этом ОВК был сравнительно высоким в варианте ЖФБ 1:300. Взаимодополняемость NPK и более концентрированного биопрепарата могла объясняться значительным количеством активной микрофлоры ЖФБ, использующей имеющиеся ресурсы. На фоне КМН как с применением ЖФБ, так и без него ОВК был невысоким. Очевидно, что урожай здесь формировался за счет элементов питания и развития агрономически полезной микрофлоры, поэтому напряженность окислительно-восстановительных процессов снижалась.

Таким образом, мобилизующий эффект в почве под яровой пшеницей был более высоким в вариантах опыта без применения основного удобрения (биопрепарат в благоприятной дозе активировал потенциал самой почвы) и при использовании NPK без биопрепарата (эффект минеральных удобрений). В то же время урожайность в вариантах с NPK и в варианте без удобрений в целом уступала урожайности при применении биопрепарата по фону NPK (здесь ее прирост обеспечивался активизацией микрофлоры ЖФБ) и по фону КМН (здесь урожайность формировалась за счет активизации как микрофлоры самого биоудобрения, так и биопрепарата, особенно при меньшем разведении — 1:300).

Накопление протеина в зерне пшеницы оказалось наибольшим в контроле и по фону NPK (см рис. 1, Б). Максимального значения (25,1 %) этот показатель достигал в варианте с применением ЖФБ (без удобрений) при разведении 1:1000. Высокое содержание протеина (19,6 %) также было отмечено при использовании биопрепарата в разбавлении 1:500 по фону NPK.

Основываясь на данных по урожайности, можно заключить, что использование нового биопрепарата ЖФБ при возделывании яровой пшеницы целесообразно по всем исследованным фонам удобрений (как NPK, так и КМН). Наибольший эффект достигался от совместного применения КМН и ЖФБ в разведении 1:300 (даже по сравнению с традиционным для этой культуры минеральным удобрением азофоской). Вместе с тем, несмотря на снижение урожайности, в вариантах без основных удобрений наблюдалось формирование более качественного зерна.

В опыте с картофелем не все концентрации и дозы ЖФБ благоприятно воздействовали на формирование урожайности. Наилучший эффект оказал более разбавленный раствор ЖФБ (1:300), при этом дозы 0,05 и 0,1 л/м2 дали примерно одинаковую прибавку — 7 %, а дозы 0,2 и 0,3 л/м2 уменьшили урожайность по сравнению с контролем (КМН) соответственно на 6 и 10 % (табл.).

Урожайность картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Жуковский в зависимости от применения биопрепарата ЖФБ и компоста многоцелевого назначения (КМН) (Тверская обл., 2011-2012 годы)

Вариант	Урожайность, ц/га
	общая	к контролю	товарная	к контролю
КМН (контроль)	347,5		318,5
КМН + ЖФБ 1:30 (0,05 л/м2)	349,7	+2,2	323,0	+4,5
КМН + ЖФБ 1:30 (0,1 л/м2)	353,4	+5,9	332,4	+13,9
КМН + ЖФБ 1:30 (0,2 л/м2)	330,9	- 16,6	312,7	- 5,8
КМН + ЖФБ 1:30 (0,3 л/м2)	305,6	- 41,9	294,6	- 23,9
КМН + ЖФБ 1:300 (0,05 л/м2)	369,3	+21,8	347,2	+28,7
КМН + ЖФБ 1:300 (0,1 л/м2)	372,1	+24,6	352,1	+33,6
КМН + ЖФБ 1:300 (0,2 л/м2)	323,5	- 24,0	294,7	- 23,8
КМН + ЖФБ 1:300 (0,3 л/м2)	309,7	- 37,8	285,1	- 33,4
НСР 0,5	18,6		19,4

Распределение фракций картофеля по числу клубней с куста в контроле оказалось приблизительно одинаковым, а в лучших вариантах с применением ЖФБ наблюдалось увеличение количества более крупного картофеля. Соотношение фракций картофеля с куста свидетельствует, что практически весь урожай состоял из крупного и среднего картофеля. Масса товарного картофеля в варианте с опрыскиванием посевов ЖФБ в дозе 0,1 л/м2 (разбавление 1:300) увеличилась на 33 ц/га по сравнению с контролем.

Численность агрономически полезной микрофлоры под картофелем в течение вегетации варьировала без каких-либо закономерностей, и только во время клубнеобразования отмечалась четкая связь между количеством микроорганизмов с урожайностью. Так, ЖФБ в разбавлении 1:30 не оказывал влияния на численность аммонифицирующих микроорганизмов (рис. 2). Использование раствора ЖФБ 1:300 приводило к существенному увеличению этого показателя. Численность фос-фатмобилизующей микрофлоры была повышенной в вариантах с дозировкой ЖФБ 0,05 и 0,1 л/м2 при обоих разведениях, что коррелировало с урожайностью картофеля.

Роль локального внесения КМН при посадке картофеля сводилась к снабжению растений легкодоступными формами питательных веществ в начальный период развития. Ко времени цветения и начала клубнеобразо-вания возрастала роль фосфора и калия в развитии растений. На этом этапе ЖФБ способствовал формированию репродуктивных органов и образованию запасных веществ в товарной части урожая.

Рис. 2. Изменение численности аммонифицирующих микроорганизмов в почве под картофелем ( Solanum tuberosum L.) сорта Жуковский к окончанию эксперимента относительно начала вегетации по вариантам применения биопрепарата ЖФБ и компоста многоцелевого назначения (КМН) : 1 — КМН (контроль), 2 — КМН + ЖФБ 1:30 (0,05 л/м²), 3 — КМН + ЖФБ 1:30 (0,1 л/м²), 4 — КМН + ЖФБ 1:30 (0,2 л/м²), 5 — КМН + ЖФБ 1:30 (0,3 л/м²), 6 — КМН + ЖФБ 1:300 (0,05 л/м²), 7 — КМН + ЖФБ 1:300 (0,1 л/м²), 8 — КМН + ЖФБ

1:300 (0,2 л/м2), 9 — КМН + ЖФБ 1:300 (0,3 л/м2) (Тверская обл., 2011-2012 годы).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что ЖФБ целесообразно применять в качестве стимулятора роста и развития картофеля сорта Жуковский. Посевы следует опрыскивать биопрепаратом в концентрации 1:300 и дозах 0,05-0,1 л/м2. При непосредственном контакте ЖФБ с ботвой происходило удовлетворение потребностей растения в элементах питания, а микрофлора биосредства способствовала активизации биохимических реакций в процессе онтогенеза картофеля. В результате такого комплексного действия биопрепарата наблюдалась значимая прибавка урожая и увеличивалась численность почвенной микрофлоры.

Итак, совместное влияние препаратов КМН (компост многоцелевого назначения) и ЖФБ (биоперпарат, в состав которого входят элементы питания и ростовые факторы) на урожайность яровой пшеницы и картофеля было благоприятным. Прибавка происходила за счет формирования более крупного зерна или укрупнения картофельных клубней (значимо возрастала доля товарного картофеля). Почва после уборки урожая оставалась экологически чистой и обогащалась микрофлорой, способствующей воспроизводству и сохранению почвенного плодородия. Разработанные биосредства могут заменить традиционные удобрения и препараты в агротехнологиях возделывания изученных сельскохозяйственных культур.