Производство экологически безопасной продукции при обработке растений препаратом на основе биогумуса

DOI:

На текущее время актуальным является переработка органических отходов и рационального использования как высокоценного биологического ресурса [5; 6; 9]. В конце 1990-х гг. в странах Западной Европы и США внедрена технология вермикультивирования. Принцип ее действия состоял в использовании искусственно разведенных дождевых червей при переработке и превращении органи- ческих отходов в биологически активное, высокоэффективное удобрение [8; 9]. В России примерно в эти же годы нашли применение в практической деятельности ресурсо- и энергосберегающие биотехнологии по разведению, что позволило создать современные активнодействующие препараты. Вместе с тем на сегодняшний день в хозяйствах нашей страны они не пользуются широкой популярностью: во-первых, информация о проблемах их влияния на почву и растенияне системна, во-вторых, накопленный массив информации в виде научных статей, диссертаций, патентов до настоящего времени не обобщен, в-третьих, в практике используется малый ассортимент культур в агрономической деятельности. К тому же, в открытой печати и в сети Интернет встречается множество противоречивой информации их действия без учета конкретных почвенно-климатических условий и биологических особенностей сельскохозяйственных культур [5]. В связи со сказанным исследования по изучению влияния одного из таких препаратов на основе биогумуса, в нашем случае, Гумистара на горохе посевном в условиях неустойчивой погоды в Старожилов-ском районе Рязанской области являются актуальными.

По возделыванию зернобобовых Рязанская область стоит на 8-м месте в России, а по производству гороха – 6-м. По площади посевы гороха занимают в регионе 14 место, им засевается свыше 3 % всех площадей, то есть более 29 тыс. га. Около 83 тыс. т зерна собирается в среднем в год. Горох посевной ( Pisum sativum ) принадлежит к семейству Fabaceae, роду Pisum, у которого на корнях формируются клубеньки, представляющие бактероидную ткань. Бактерии питаются минеральным азотом, что вызывает разную интенсивность потребления растениями питательных веществ в онтогенезе. Без сомнения, азот используется растениями гороха от всходов до созревания, но максимум фиксируется в фазу цветения. Фосфор в наибольшем количестве поступает в растения лишь от цветения до созревания семян при развитой симбиотической фиксации атмосферного азота. Калий в отличие от азота и фосфора интенсивнее усваивается горохом в раннем онтогенезе. Важную роль в жизнедеятельности клубеньковых бактерий играют микроэлементы, особенно молибден [2; 5]. И еще одна особенность – клубеньковые бактерии требовательны к влаге. Все биологические особенности культуры были учтены при разработке программы исследований и выборе вариантов опыта.

Материалы и методика исследований

Цель исследований, проведенных в КФХ Белоусов И.В. в Старожиловском районе Ря- занской области, изучение эффективности препарата Гумистар на горохе посевном. Научно-исследовательская работа выполнена по заявке руководителя хозяйства.

Почва хозяйства – серая лесная среднесуглинистого гранулометрического состава среднего уровня плодородия. Получить стабильно высокий урожай гороха посевного возможно только в условиях улучшения минерального питания за счет использования удобрительных средств, к примеру, препарата Гуми-стар, и оптимального водного режима.

Рассчитанный по общеизвестной формуле гидротермический коэффициент (ГТК) позволил определить градацию влагообеспечен-ности для вегетационного периода:

ГТК =

214 0,1·2284

= 0,9

– приближенный к среднемноголетним

Значение 0,9 говорит о достаточном увлажнении за вегетационный период в год исследований, но, учитывая характер выпадающих осадков в определенные периоды, растения гороха, чувствительные к влаге, испытывали недостаток ее в почве и атмосферном воздухе [6], что негативно сказывалось на росте вегетативных и развитии генеративных органов. Максимум осадков приходился на июль. В то же время дожди носили неэффективный ливневый характер, при котором большой объем воды быстро стекает вниз по профилю почвы; корни растений не успевают поглотить ее. Содержание продуктивной влаги находилось на уровне 75 % от оптимума, поэтому оросительная мелиорация по-прежнему сохраняла свою актуальность. Отсюда, используемые варианты опыта способствовали не только восстановлению баланса минерального обеспечения, но и восполнению влаги в почве (поливы) и атмосферном воздухе (опрыскивание). Солнечных дней много было в начальные фазы онтогенеза, к цветению часто отмечалась облачность. В районе преобладал западный перенос воздушных масс, а в летнее время господствовали западные и северо-западные ветра. Скорость ветра изменялась значительно: от среднемноголетних значенийдо порывов 9–12 м/сек, что могло вызвать полегание стеблей, несмотря на установ- ленную в опыте подпорную сетку. При общем анализе погодных условий экстремальных отклонений не выявлено. В КФХ Белоусов И.В. был заложен трехфакторный мелкоделяноч-ный полевой опыт в трехкратной повторности с вариантами, отображенными в таблице 1.

В опыте в соответствии со схемой закладывались 15 делянок общей площадью 60 м2. Технология возделывания культуры общепринятая для региона. Посев гороха в опыте проведен в конце апреля рядовым способом с нормой высева из расчета 1,2 млн семян на га.

Гумистар – концентрированная жидкая форма биогумуса, представляющая водную вытяжку гуминовых веществ и микроэлементов. Для производства препарата использовался биогумус, произведенный червями в ОАО «Агрофирма “Грин-ПИКъ”». Подготовка раствора в опыте: после разведения концентрированной формы по рекомендации производителя препарат настаивался в течение 5 часов и использовался для замачивания семян перед посевом, полив 1 раз в декаду из расчета 200 мл препарата на 10 л воды и опрыскивание растений 3 раза за вегетацию из расчета 60 мл препарата на 10 л водыв соответствии с вариантами.

В полевых условиях были проведены следующие натурные и лабораторные исследования на кафедре агрономии и агротехнологии:

• 1.    Фенологические наблюдения каждой фазы (всходы, бутонизация, начало цветения, массовой цветение, начало созревания, полное созревание).

• 2.    Биометрические измерения при фиксировании высотырастений через каждые 7 суток начиная с фазы «полные всходы» с де-лянкиу 20 растений от поверхности почвы до верхнего междоузлия.

• 3.    Формирование симбиотического аппарата определялось по массе клубеньков на корнях растений.

• 5.    Скорость формирования листьев учитывалась у 20 растений на каждой делянке.

• 6.    Учет урожая – поделяночно с начала цветения и до образования 30 % бобов через каждые 7 суток. Для учета срезались растения с площади 1 м² в трех точках на каждой делянке.

• 7.    Активность каталазы фиксировалась в трехкратной повторности в фазу налива семян в листьях методом Баха и Опарина, пероксидазную активность – колориметрическим методом Бояркина с модификациями [4].

• 8.    Динамика накопления сухих веществ в семенах гороха учитывалась только при полной спелости бобов. Из 20 растений каждой делянки обрывались бобы и из них вылущивались семена [4].

• 9.    Для структурного анализа отбирались растения по следующим показателям: длина стебля, количество бобов, семян в бобе, семян с растения (продуктивность).

• 10.    Определение и подсчет численности вредителей-фитофагов – по ГОСТу [1].

• 11.    Определение сорных видов растений проводилось по ботаническому определителю и подсчет их численности [3; 7].

• 12.    Экспериментальные данные подвергались обработке по методике Доспехова (1985) с помощью компьютерной программы Statistica 10. Усовершенствованные графические возможности программы в интерактивном приложении позволяют получить многомерные графики и настройки изображения при статистических приемах обработки результатов исследований.

Объект исследования – горох посевной интенсивного типа сорта Немчиновский 46, относящийся к среднеспелым.

Результаты исследований

Известно, антиоксидантная система растений включает ферментативные и нефер-

Таблица 1

Схема трехфакторного мелкоделяночного полевого опыта

Варианты опыта Обработка препаратом Гумистар на основе биогумуса Замачивание семян (фактор А) Поливы (фактор Б) Опрыскивание (фактор В) Контроль нет нет нет Вариант 1 да нет нет Вариант 2 нет да да Вариант 3 да да да Вариант 4 да да нет ментативные компоненты защиты. Пероксидаза и каталаза – важные ферменты окислительного стресса, на который реагировали растения гороха (табл. 2). В результате анализа данных таблицы 2 обнаружен предельный показатель преломления излучения Fо, падающего на слой вещества, к потоку прошедшего излучения F, ослабленного в результате поглощения и рассеяния

D = lg ( Fo/F ) (1)

при определении пероксидазной активности растений на варианте 2 при поливах и опрыскивании раствором препарата. Установлены значения с отклонениями в 37, 27, 12 и 9 % соответственно вариантам опыта. Возрастание пероксидазной активности позволило увеличить иммунный статус, Гумистар выступил как-бы элиситором индуцированного иммунитета.

Растения смогли защититься от болезней при снижении способности поддерживать свою целостность и индивидуальность, о чем свидетельствовали результаты лабораторного опыта. Каталаза проявлялась динамичнее на варианте 2 и ее активность по сравнению с другими вариантами опыта проявилась сильнее на 117, 15 и 4 % соответственно. Ферментативная активность у контрольных растений была в минимуме, что не могло способствовать выработке иммунитета к неблагоприятным условиям среды, поэтому и растения визуально имели невыгодный внешний вид. Достоверность результатов адекватно подтверждена статистическими уравнениями зависимости активности каталазы и пероксидазы от действующих факторов R = 0,80 и R = 0,77. Конечный результат взаимодействия растений с ризобиями слагался из степени развития симбиотического аппарата, его азотфиксирующей активности и продолжительности активного симбиоза. Созданные на варианте 2 опыта условия в мае-июне поддерживали активное развитие клубеньковых бактерий на корнях растений (см. табл. 3).

Максимальная масса клубеньков сформировалась к фазе ветвления – 22 мая – 44–69 мг/ растение, в фазу бутонизации – 5 июня-заре-гистрировано угнетение процесса в виде снижения массы до 11–15 мг, а 15 июля – лизис клубеньков. На наш взгляд, большая изменчивость показателя объяснялась возделыванием гороха на участке третий год в присутствии значительной массы спонтанных штаммов ризобий.

Азотфиксация у растений гороха на варианте 2 проходила на фоне крепких проростков и достатка влаги в почве, прибавка получена по сравнению с другими вариантами опыта в фазу ветвления 57, 41, 33 и 23 %, бутонизации – 45, 33, 33, 5 %.

Продолжительность азотфиксации, по литературным источникам [3], не превышает 40 дн., а высокая температура и недостаток влаги сокращают срок до 14–20 дней. Как раз подобные погодные условия и наблюдались в ответственные периоды вегетации – июне и июле. В наших исследованиях длительность азотфиксации на вариантах 2 и 4 составляла 36 дней, на варианте 1 и 3–29 дней, на контроле – 25 дней.

Стебель гороха может расти до фазы полного созревания. В фазе 2–3 листьев высота этого вегетативного органа достигала от 3,0 до 4,5 см, а в фазе 4–5 листьев – 7,5–9,5 см. Наиболее интенсивный рост растений гороха подмечен в фазе 6–13 листьев, то есть до цве-

Таблица 2

Ферментативная активность

Варианты опыта Обработка препаратом Гумистар на основе биогумуса Активность фермента Замачивание семян Поливы Опрыскивание Каталаза, мкмоль Н2О2/г сырой массы / мин Пероксидаза, изменение оптической плотности / г сырой массы / мин Контроль нет нет нет 45 228 Вариант 1 нет да нет 100 246 Вариант 2 нет да да 98 312 Вариант 3 да да да 94 286 Вариант 4 да да нет 85 278 тения. За период всходы-цветение прирост длины стеблей составил на варианте 2 – 57,2 см.

Листья гороха развивались быстро. На варианте 2 начало образования третьего листа отмечено на 5–7, четвертого – на 9–11 сутки после появления семядольных листьев. Через 3–4 суток после четвертого листа появляется пятый и еще через 3–4 суток – шестой. Формирования седьмого и восьмого листа шло через 23–25, девятого и десятого – 26–30 суток после всходов. На 33–36 сутки после появления всходов было насчитано 11– 13 листьев. После появления 12–13 листьев наступала фаза цветения.

Продолжительность вегетации слагалась из основных периодов: посев – всходы, всходы – цветение и цветение – созревание (табл. 3).

Период посев-всходы. При обеспеченности влагой семена гороха прорастают при температуре 1–2 °С, но для последующего роста уровень ее должен быть на 3–4 °С выше нормы. В наших опытах фаза массовых всходов наступал в среднем через 11 суток.

Период всходы-цветение колебался по вариантам опыта от 29 до 32 суток.

Для периода цветение-созревание необходимо тепло. Максимальный период (34 су- ток) от цветения до созревания был отмечен на контроле при средней температуре воздуха в этот период +18,0 °С, что вызвало задержку развития растений и увеличение полного вегетационного периода до 75 суток. Наиболее быстрые темпы развития растений гороха отмечены на вариантах 2 и 4 – 30 суток.

Полный вегетационный период (всходы – созревание) составил на контроле 80 сут., а на варианте 2 – 65 суток, то есть на 15 сут. короче. На других вариантах – 72 и 74 сут. соответственно. На наш взгляд некоторое уменьшение сроков каждого из этапа онтогенеза связано с созданием более комфортных условий для растений гороха замачиванием, поливами, опрыскиванием питательным раствором, что, в свою очередь, обеспечивало улучшение водного и питательного режимов.

Урожай являлся значимым показателем и зависел, что общеизвестно, от генетических особенностей, погодных и почвенных условий, агротехнических приемов и других причин [11]. Урожайность гороха в опыте составила 22,7–27,7 ц/га (табл. 4) и в среднем по КФХ Белоусов И.В. не превышала максимум в хороший год по погодным условиям 24 ц/га, и было выше минимума в неблагоприятные – 18 ц/га.

Таблица 3

Масса клубеньков и фенологические наблюдения

Варианты опыта	Масса клубеньков (фазы), г		Периоды, сут.
	Ветвления	Бутонизации	Посев-всходы	Всходы-цветение	Цветение-созревание	Всходы-созревание
Контроль	44	11	14	32	34	80
Вариант 1	49	12	11	30	32	73
Вариант 2	69	16	9	28	28	65
Вариант 3	56	15	11	29	30	70
Вариант 4	52	17	9	28	28	65

Таблица 4

Урожай гороха посевного

Вариант	Урожайность зерна, ц/га	Прибавка к контролю		Ошибка разности, md	Критерий достоверности, t факт
		ц/га	%
Контроль	22,7	–	–	–	–
Вариант 1	24,6	1,9	8,4	0,036	1,58*
Вариант 2	27,7	5,0	22,0	0,072	1,06
Вариант 3	25,7	3,0	13,2	0,133	1,09
Вариант 4	26,2	3,5	15,4	0,084	1,22

Примечание. * – разница урожая по вариантам достоверна, так как t факт > t₀₅ = 2,4.

Специализированный график, интегрированный с соответствующими статистическими процедурами и доступный из диалогов и контекстных меню результирующих таблиц данных построен при проведении корреляционно-регрессионного анализа. Данный анализ, считывающий межфакторные связи, и, как следствие, определяющий роль каждого исследуемого фактора: прямое, непосредственное его влияние на результативный признак; косвенное влияние фактора через его влияние на другие факторы; влияние всех факторов на результативный признак, дал уравнение зависимости урожайности гороха ( Y ) от активности каталазы ( a ) и пероксидазы ( x ), представленное в виде диаграммы на рисунке:

Y =0,067 + 4,15 а + 8,34 х . (2)

Максимальная поверхность принадлежит варианту 2, чуть ниже – варианту 4. В итоге, все графические опции и процедуры доступны из программ на Statistica Visual Basic. Урожайность зависела от числа плодоносящих растений на единицу площади и массы семян на 1 растение продуктивности. Продуктив-ность растения определлась количеством бобов на рас- тении, количеством семян в бобе и массой 1000 семян. Количество бобов на растении обусловливалось количеством продуктивных узлов и бобов на продуктивном узле. В наших опытах максимальным количеством бобов отличался вариант 2, что отображено в таблице 5.

Все показатели структуры урожая, по полученным данным, находились в пределах сорта. В период созревания нижних бобов накопление сухого вещества в вегетативных органах растения гороха прекращалось, а в семенах продолжалось. Из литературных данных [4] известно, что в период созревания количество азота, сахаров и крахмала в створках бобов гороха уменьшается из-за оттока этих веществ в семена. В опыте темп накопления сухого вещества в семенах гороха был различным на варианте 2 и 4 – по 59 г, белка – 30,1 и 31,4 % соответственно, на других вариантах было отмечено снижение показателей на 3–4 %, что, очевидно, связано с обогащением почвы питательными веществами при поступлении с Гумистар и их усвоением растениями, и, конечно, ибо не менее важно, восполнением дефицита влаги в почве.

Одним из адаптационных факторов в получении стабильно высоких урожаев зерна

Зависимости урожайности гороха от активности каталазы и пероксидазы на вариантах опыта

Таблица 5

Структура урожая гороха посевного

Варианты опыта Количество, шт. Масса семян с 1 растения, г Масса 1000 семян, г бобов на 1 растение семян в бобе семян на 1 растение Контроль 2,3 3,20 9,58 1,83 193 Вариант 1 2,6 3,25 9,72 2,40 232 Вариант 2 3,0 3,65 9,78 2,49 243 Вариант 3 2,8 3,38 9,76 2,41 234 Вариант 4 3,0 3,50 9,76 2,46 244 гороха является повреждение зерен вредителями, потери могут достичь 15–20 %. Бобовым вредят около 14 видов, из которых были изучены три вида вследствие присутствия их в наших посевах: Sitona crinitus, Laspeyresia nigricana, Acyrthosiphon pisum. Установлено, что существенного отличия в количестве фитофагов на вариантах опыта не было, но отмечено очень незначительное превышение экономического порога вредоносности (+1 % при r = 0,67) на всех вариантах.

Сорняки способны снижать урожайность гороха до 30 %. К тому же горох прорастает при температуре + 2 ^оС, что является благоприятным условием и для сорной ранней яровой и зимующей растительности. Вначале вегетации рост растений гороха превосходит высоту сорняков, но в последующем замедляется, стебли могут полегать, что способствует вторичному заселению участка сорной растительностью. По результатам обследования видового состава сорных растений в посевах гороха выявлены в основном яровые малолетние виды Chenopodium album, Amaranthus retrofleocxus, Setaria viridis и др. Всего выделено 8 видов сорных растений из 6 семейств. По два вида найдено растений из семейств Астровые и Капустные. Несмотря на то, что Амарантовые представлены только одним видом – Amaranthus retroflexus , они занимают более 30 % от общего количества сорняков на опытном участке. С учетом проведенной обработки гербицидом на основе бентазона посевов гороха, общее количество растений на 1 м² не превышало 22 экземпляра.

При применении Гумистар теоретически обнаружена зависимость экономических показателей от способов обработки семян – замачивания, поливов и опрыскивания. Расчет показал уровень рентабельности, который показал оптимальность использования препарата Гумистар на горохе посевном в хозяйстве,-составил 80,7 % на варианте 2, а в контроле 58,4 %. Рост показателя объясняется улучшением качества зерна гороха, снижением себестоимости продукции и эффективной маркетинговой стратегией хозяйства.

Выводы

Обобщая результаты исследований, достоверно доказана высокая агрономическая эффективность препарата Гумистар на горохе посевном при проведении 12 поливов при снижении влажности почвы и 3-х опрыскиваний растений на варианте 2:

– изменение оптической плотности пероксидазной активности до 312 г сырой массы в минуту; каталазная активность составила 98 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин.

– максимальная масса клубеньков сформировалась к фазе ветвления в среднем до 69 мг/растение, что выше по сравнению с другими вариантами на 17–25 мг; продолжительность азотфиксации составляла 36 дн.; высота стеблей у гороха за период всходы-цветениебыла максимальной; на 33–36 сутки после появления всходов отмечено образование 11–13 листа;

– продолжительность вегетационного периода длилась 65 суток, что короче на 5–15 суток; урожай гороха составил 27,7 ц/га, что превысило средние значения по хозяйству на 15–30 %; на 1 растение образовалось в среднем по 3 боба с 3,65 семенами массой 9 г; масса 1000 семян 243 г; накопление сухого вещества в семенах достигло 59 г;

– количество фитофагов на растениях превышало экономический порог вредоносности на 1 %, общее количество сорных растений на 1 м2до 22 экземпляров.

Уровень рентабельности на варианте 2 превысил в опыте 80 %.