Применение новых биоудобрений на основе биотехнологической переработки отходов животноводства и растениеводства на яровой пшенице

Введение. Реализация федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы включает разработку новых приемов и отечественных технологий при возделывании сельскохозяйственных культур, в т.ч. пшеницы для повышения ее конкурентоспособности и обеспечения производства семян высших категорий. Для роста эффективности агросистемы важно учитывать потенциал растениеводства региона и создание простых и универсальных инструментов взаимодействия всех товаропроизводителей сельскохозяйственной продукции [1]. Важным является обеспечение системообразующими фиторегуляторами агротехнических мероприятий по обработке как посевного материала, так и листовой поверхности растений. Подобные препараты должны обладать экологичностью, пролонгированным действием, давать прибавку урожайности и обеспечивать качество. Значительным условием при применении является снижение рисков, что обеспечивается низкими концентрациями рабочих растворов и высоким метаболизмом в растениях. Технология изготовления фиторегуляторов строится на синтезе основных принципов биодинамического земледелия и современных научно-технических разработках в области микробиологии, биотехнологии, биохимии и физики. Особое место занимают препараты, образующие единую систему вместе с используемыми химическими пестицидами и минеральными элементами, они имеют свойство синергизма. При этом норма применения химических пестицидов сокращается на 20-30% на единицу посевной площади [2]. Подобные препараты представлены на отечественном рынке — это линейка продукции БАС СОТИС, Альбит, сочетающие в составе органическую и минеральную основу. Однако имеющимся биопрепаратам пока что ещё трудно конкурировать с химическими веществами из-за ряда недостатков, обусловленных самой их биологической природой.

Эффективностью действия биопрепаратов (Баркон, Микобакт, Экстрасол, Байкал-ЭМ, Триходермин и др.) на основе эффективных штаммов микроорганизмов-деструкторов Trichoderma asperellum , Bacillus megaterium ,

Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Azotobacter chroococcum, Pseudomonas fluorescen и др. занимаются многие ученые [3,4,5]. Зафиксировано, что применение микробиологических препаратов позволяет ускорить процессы минерализации и гумификации соломы в почве, снизить проявление фитотоксичности, увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, например Русакова И.В. в своей статье [3] указывает на повышение урожайности ячменя на 1,5 (без азота) - 2,5 ц/га (с компенсирующей дозой азота N10 на 1 т соломы) при использовании Органит Стерн. Замечательные результаты повышение урожайности других сельскохозяйственных культур с единицы площади за относительно короткое время, низкое энергопотребление и минимальный уровень загрязнения почвы и воды показывают и другие биоудобрения [6].

Однако большую ценность приобретают те биопрепараты, в состав которых входят активные метаболиты, повышающие устойчивость растений к стрессовым факторам окружающей среды. Отличительной особенностью продуктов микробиологического синтеза, является то, что они не подвержены микробиологической порче в течение длительного времени.

Важным условием в создании новых биопрепаратов является в реальных условиях сельскохозяйственной практики обеспечение стабильности достижения конечного результата вне зависимости от климатических и других факторов.

В связи с чем остается актуальной разработка и поиск новых подходов в получении биопрепаратов, а расширение научных данных в данной области предоставит новые возможности для управления агротехнологиями.

Цель исследований разработка оптимальных регламентов и технологий применения препаратов, полученных на основе микробиологической деструкции растительных остатков на яровой пшенице.

Условия, материалы и методы .

Опытные образцы фиторегуляторов (производство ФИЦ «Немчиновка») были получены в результате 3-х ступенчатого микробиологического разложения предварительно обработанного и подготовленного сена коренного биогеоценоза (препарат 1, условное обозначение 1С) и подстилочного навоза (препарат 2, условное обозначение 4Н) с принудительной аэрацией (скорость подачи воздуха 10 м3/час) и избыточного давления. Характеристика и содержание сухих веществ в опытных препаратах представлены в таблицах 1, 2. Исследования и фенологические наблюдения проводились на опытных делянках ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур» согласно стандартизированным методикам и специализированным методам [7], позволяющим обеспечить достоверность, точность и воспроизведение результатов измерений. Посев был осуществлен 25.04.2024 г, уборка урожая 3.08.2024 г. (срок вегетации 100 дней). Внекорневая подкормка растений пшеницы сорта Дарья осуществлялась на начальных этапах вегетации: в фазах 2-3 листа и конец кущения/начало выхода в трубку. Расход препаратов составил 80 мл/100 л на 1 га. Для оценки различий между отдельными показателями использовали дисперсионный анализ [8]. Статистически значимыми приняты различия по величине уровня значимости Р, не превышающие 0,05. Математическую обработку данных проводили с использованием компьютерной программы Microsoft Оffice Exel.

Таблица 1  – Характеристика опытных препаратов микробиологической деструкции растительных остатков

Обозначение препарата

Внешний вид, цвет,

запах, растворимость в

Внешний вид под микроскопом

рН

воде

1С

4Н

Жидкость, светло коричневого цвета, без запаха, хорошо растворима в воде

При высыхании на предметном стекле

7,4

Жидкость, темно коричневого цвета, без запаха, хорошо растворима в воде

разделяется на кристаллизующиеся и некристаллизующиеся части Неоднородная по составу

7,2

Результаты и обсуждение.

Для поддержания роста растений и защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей в настоящее время широко распространено использование пестицидов, удобрений. Они являются чужеродными веществами в почвенной среде, могут нарушать работу микроорганизмов, влиять на ее структуру, на доступность питательных веществ и приводить к серьезным экологическим последствиям. Перспективными в этом направлении являются полифункциональные препараты - продукты микробиологического синтеза, деструкции биологических материалов совокупностью эпифитных (обитающих на стеблях и листьях растений) и ризосферных (обитающих в прикорневой зоне растений) микроорганизмов – симбионтов, функционирующих в определенной последовательности. Это вещества фенольной природы: биогенные амины, меланиновые пигменты, индолилуксусная кислота и другие биологически активные вещества, полностью аналогичные веществам, выделяемым симбионтами растений в естественных условиях. Эти соединения, включаясь в метаболизм, повышают устойчивость растений к стрессовым воздействиям и положительно влияют на ростовые процессы сельскохозяйственных растений.

В исследованной аэрированной культуральной жидкости наблюдается накопление 1,8 г/л (1С) и 5,3 г/л (4Н) сухого вещества, из которого в первом варианте 44,4% приходится на органические соединения при одновременном снижении в культуральной жидкости веса разлагающейся соломы, содержание минеральных соединений составляет 1,0 г/л, а органических 0,8 г/л (таблица 2). Таким образом, биоконверсия по накоплению органического вещества составляет 12 %, в то время как по утилизации исходного сырья 32 % (разница за счет образования газообразных соединений – продуктов микробиологического синтеза). Во втором варианте большая часть 56,6% приходится на органическую составляющую и меньшая на неорганическую 44%.

Таблица 2 – Содержание сухих веществ в опытных препаратах, г/л

Обозначение препарата	Содержание органических веществ	Содержание минеральных веществ	Всего
1С	0,8 + 0,1	1,0 + 0,3	1,8 + 0,3
4Н	3,0 + 0,6	2,3 + 0,5	5,3 + 0,6

Изучение концентрации действующих веществ препаратов проводили в лабораторных условиях путем разбавления. По морфометрическим показателям проростков пшеницы выявлен максимальный эффект при рабочей концентрации 10-5-10-6%. Это и легло в схему полевого опыта. Лето в Орловской области было засушливым, что являлось не благоприятным для нормального роста растений и накопления питательных веществ в зерне пшеницы.

Дарья

растения

• ■К■1■2

Рисунок 1 – Оценка качества колоса и зерна по массе в зависимости от применяемого препарата, сорт пшеницы Дарья: К – обработка водой; 1 – препарат 1С; 2- препарат 4Н

Анализируя структуру урожая, было показано, что вегетативная масса была больше за счет увеличения кустистости и высоты растения. Это привело к росту таких показателей как масса главного колоса, масса зерна с колоса, общая масса колосьев и зерна с одного растения. Результаты представлены на диаграмме рис.1., внешний вид колоса на рис.2. Препарат 1С более эффективен на показателях, относящихся к главному колосу, а препарат 4Н затронул положительные изменения  в зерне с подгона.  Отмечено и снижение вариабельности признаков, например масса главного колоса в контрольном образце колеблется от 0,97 до 3,21 г. Максимальное отклонение от среднего значения составляет 1,55 г., в опытных вариантах интервал разброса значений значительно уже - на 0,62 ед. (разница между максимальными отклонениями от среднего) и составляет величины от 1,46 до 3,07 г с обработкой препарата 1С и от 1,36 до 2,11 с обработкой препарата 4Н. Аналогичные данные наблюдаются и при изучении других признаков. Это говорит о выравненности и стабильности признака при обработке. Средняя масса главного колоса при использовании 1С препарата выросла на 17,15%, а препарата 1Н на 1,2%.

Рисунок 2 – Внешний вид колоса в зависимости от применяемого препарата, сорт пшеницы Дарья: К – обработка водой; 1 – препарат 1С; 2- препарат 4Н

Полученные данные продуктивности напрямую связаны с урожайностью. По данным ФГБУ «Госсорткомиссия» [9] в Орловской области средняя урожайность сорта Дарья составляет 48,5 ц/га, прибавка к среднему стандарту 6,8 ц/га. В условиях мелкоделяночного опыта в ФГБНУ ФНЦ ЗБК она составила 65,7 ц/га, прибавка к среднему стандарту 24 ц/га (табл.3).

Таблица 3 – Урожайность опытных образцов Дарья, т/га

Вариант	Урожайность опытных образцов	Средняя прибавка к контролю, %
К	6,57 + 4,33	-
1	15,80 + 2,95	140,48%
2	11,50 + 1,28	57,53%

Обработка препаратом 1С привела к увеличению урожайности на 92,3 ц/га по сравнению с контролем и к среднему стандарту на 116,3 ц/га. Применение препарата 4Н позволило увеличить урожайность сорта Дарья на 57,53% к контролю и к среднему стандарту на 73,8 ц/га.

Выводы

Продукты микробиологического синтеза, деструкции биологических материалов совокупностью эпифитных и ризосферных микроорганизмов являются перспективными в создании полифункциональных препаратов для повышения генетического потенциала, урожайности и усиления продукционного процесса зерновых культур.