Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 10
1.1 Современные биопрепараты для растениеводства и земледелия 10
1.1.1 Регуляторы роста растений 11
1.1.2 Биофунгициды 18
1.1.3 Землеудобрительные препараты 20
1.1.4 Полифункциональные препараты 21
1.2 Опыт использования биопрепаратов в растениеводстве и земледе лии 28
1.2.1 Применение ростстимулирующих биопрепаратов 29
1.2.2 Применение биофунгицидов 36
1.2.3 Применение землеудобрительных биопрепаратов 37
1.2.4 Применение полифункциональных биопрепаратов 39
1.3 Базовые разработки ВНИИМЗ в области биотехнологии для растение водства и земледелия 49
ГЛАВА 2 Условия и методика проведения исследований, объекты исследований 55
2.1 Полевые опыты по выращиванию яровой пшеницы с применением биопрепарата ЖФБ 55
2.2 Опыт по выращиванию огурцов с применением биопрепарата ЖФБ в тепличных условиях 60
2.3 Модельный эксперимент по исследованию влияния ЖФБ на агрохимические и биологические показатели почвы 64
2.4 Методы определения химических, микробиологических и биохимических показателей
2.4.1 Методы определения агрохимических показателей дерново-подзолистой почвы 66
2.4.2 Методы определения агрохимических показателей тепличных грунтов 66
2.4.3 Методы определения химических и биохимических показателей зерна яровой пшеницы 67
2.4.4 Методы определения химических и биохимических показателей плодов огурца 67
2.4.5 Микробиологический анализ почвы 68
2.4.6 Определение ферментативной активности почвы 68
2.5 Статистическая обработка результатов 70
ГЛАВА 3 Влияние жидкофазного биопрепарата жфб на развитие яровой пшеницы и состояние почвы 71
3.1 Урожайность и качество яровой пшеницы, возделываемой по фону минерального удобрения и с применением ЖФБ 71
3.2 Урожайность и качество яровой пшеницы, возделываемой по фону органического удобрения и с применением ЖФБ 79
3.3 Содержание и вынос основных элементов питания в опытах с яровой пшеницей 82
3.4 Влияние биопрепарата ЖФБ на состояние почвы при выращивании яровой пшеницы 86
ГЛАВА 4 Влияние ЖФБ на развитие растений огурца и состояние почвогрунта в условиях тепличного хозяйства 98
Глава 5 Исследование влияния ЖФБ на агрохимические и биологические показатели почвы (модельный эксперимент по компостированию) 108
Выводы 123
Список сокращений 125
Список использованной литературы 126
- Регуляторы роста растений
- Опыт по выращиванию огурцов с применением биопрепарата ЖФБ в тепличных условиях
- Методы определения химических и биохимических показателей плодов огурца
- Урожайность и качество яровой пшеницы, возделываемой по фону органического удобрения и с применением ЖФБ
Введение к работе
Актуальность исследований. Основной способ повышения продуктивности сельскохозяйственных культур – внесение качественных удобрений. Чрезмерное применение минеральных удобрений и химических средств защиты может оказывать негативное влияние на плодородие почв, экологическое состояние окружающей среды, качество выращиваемой продукции. Важнейшая роль в повышении плодородия почв и улучшении качества растениеводческой продукции принадлежит удобрениям и препаратам, имеющим биогенную природу, разработкой и внедрением которых занимаются во всем мире (Злотников, 2011; Завалин, 2009; Иванцов, 2006; Khalid, 1999; Дерев’янський, 2013; Ulukan, 2005; Pat.5071462 US; и др.). Большую значимость приобретают биопрепараты широкого спектра действия, имеющие функции регулятора роста, биофунгицида, иммуномодулятора и землеудобрительного препарата. Преимущество при масштабном использовании получают жидкофазные биопрепараты. Разработка и внедрение таких биопрепаратов на постсоветском пространстве проводится различными НИИ самостоятельно или с участием коммерческих организаций. Внушительный ряд известных в стране биопрепаратов нового поколения, обладающих комплексным защитно-стимулирующим действием на растения, повышающих урожайность и качество продукции, разработан кафедрой агроэкологии и микробиологии Новосибирского ГАУ совместно с НПЦ «ЭМ-Биотех», кафедрой микробиологии и иммунологии РГАУ-МСХА, ФГБУН Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФГБУ Уфимский научный центр РАН, Институт химии Коми НЦ УрО РАН, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» и др.
В ФГБНУ ВНИИМЗ разработан жидкофазный биопрепарат – ЖФБ, получаемый на основе ферментационно–экстракционной технологии. Общая совокупность свойств ЖФБ, включающая экологическую и санитарную чистоту, благоприятный рH, высокое содержание биогенных элементов и микроэлементов и особенно высокий уровень микробной обсемененности, способна обеспечивать эффективную биостимулирующую активность при возделывании различных сельскохозяйственных культур (Рабинович и др., 2007; Рабинович и др., 2015).
Степень разработанности темы. Информация о современных полифункциональных биопрепаратах для сельского хозяйства представлена в научной литературе, патентной базе и Интернет-ресурсах. В Российской Федерации в розничной продаже появляется все большее количество такой продукции, пользующейся спросом сельхозтоваропроизводителей. Создание биопрепаратов осуществляется по всему миру, в том числе российскими исследователями (Платонычева, 2009; Карпова и др., 2008; Демликамов и др., 2007; Гинс и др., 2010; Злотников, 2006; Кирпичников и др., 2010; Дурынина и др., 2006; и др.). Разработки, сопровождающиеся тестированием качества получаемых препаратов и их апробацией в рекомендованных областях, осуществляются, как правило, на базе различных НИИ. В отделе биотехнологий ВНИИМЗ разработана
ферментационно-экстракционная технология переработки органических отходов, направленная на получение ряда препаратов для сельского хозяйства, в том числе нового жидкофазного полифункционального биопрепарата ЖФБ (Пат. РФ № 50530, Пат. РФ № 71654, Пат. РФ № 2365568, Пат. РФ № 2428405). Выполненные в институте исследования в значительной части охватывают технологические аспекты его получения. При этом вопросы апробации данного биопрепарата на различных сельскохозяйственных культурах представлены слабо. В этой связи представляемая диссертационная работа направлена на исследование данного вопроса, включая определение целесообразности применения ЖФБ при возделывании некоторых сельскохозяйственных культур, оценку степени его влияния как на культуру, так и на почву и выбор оптимальных параметров использования нового биопрепарата.
Цель исследований. Изучение влияния нового биопрепарата ЖФБ на урожайность и качество различных сельскохозяйственных культур, агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы и почвогрунта.
Основные задачи: 1. Оценить влияние ЖФБ на урожайность яровой пшеницы и тепличных огурцов. 2. Оценить влияние ЖФБ на качество и биохимический состав зерна яровой пшеницы и плодов огурца. 3. Выявить оптимальные нормы расхода и способы внесения ЖФБ на посевах яровой пшеницы и при выращивании тепличных огурцов. 4. Определить влияние ЖФБ на состояние дерново-подзолистой почвы при выращивании яровой пшеницы и тепличного почвогрунта при выращивании огурцов. 5. Определить влияние ЖФБ на состояние дерново-подзолистой почвы разного гранулометрического состава в модельном эксперименте.
Научная новизна
Впервые изучено влияние и выявлены оптимальные способы, нормы и концентрации рабочего раствора биопрепарата ЖФБ на формирование урожайности яровой пшеницы и выращенных в тепличных условиях огурцов, а также оценено его влияние на биохимический состав товарной продукции.
Установлено повышение под воздействием ЖФБ содержания сырого протеина в зерне пшеницы, снижение уровня нитратов и увеличение содержания фосфора, калия и моносахаров в плодах огурца.
Установлено положительное действие ЖФБ на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы при выращивании яровой пшеницы по фону минерального или органического удобрений, а также на состояние тепличного почвогрунта при выращивании огурца.
Выявлено, что наибольшие изменения агрохимических и биологических составляющих дерново-подзолистой почвы под влиянием биопрепарата ЖФБ наблюдались в почвах легкого гранулометрического состава (по данным модельного эксперимента по компостированию).
Теоретическая и практическая значимость. Основные положения диссертационной работы расширяют представления о роли жидкофазных биопрепаратов при возделывании различных сельскохозяйственных культур и будут способствовать дальнейшему развитию теории питания растений. Экспериментальные данные по изучению влияния биопрепарата ЖФБ на рост и развитие сель-
скохозяйственных культур служат основой для разработки технологий его применения при выращивании яровой пшеницы в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России и огурцов – в тепличных условиях, с целью повышения их урожайности и улучшения характеристик товарной продукции. Результаты модельного эксперимента по изучению влияния биопрепарата ЖФБ на агрохимические и биологические свойства дерново-подзолистой почвы, позволяют в последующем надеяться на расширение спектра его применения для земледелия.
Методология и методы диссертационного исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе проведения полевых и модельного лабораторного опытов, исследований агрохимических, микробиологических и биохимических показателей почвы и тепличного почвогрунта, а также учета урожайности сельскохозяйственных культур, анализа качественных характеристик товарной продукции, осуществляемых по общепринятым, утвержденным и ГОСТированным методикам.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Опрыскивание посевов яровой пшеницы биопрепаратом ЖФБ способствует повышению урожайности культуры, улучшению морфо-биометрических показателей растений и повышению содержания сырого протеина в зерне.
-
Применение ЖФБ на посевах яровой пшеницы обеспечивает изменение агрохимических и биологических показателей почвы при выращивании яровой пшеницы.
-
Корневая подкормка биопрепаратом ЖФБ растений огурца, возделываемых в условиях теплицы, способствует увеличению урожайности товарных плодов, снижению содержания нитратов и повышению содержания фосфора и калия в плодах огурца.
-
Применение ЖФБ на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава обеспечивает рост биологических показателей (коэффициента минерализации по азоту, различных групп микроорганизмов) и повышает содержание подвижного фосфора и нитратов в почве (по данным модельного эксперимента).
Степень достоверности результатов. Статистическая обработка полученных данных осуществлялась методами дисперсионного и регрессионного анализа с помощью программ STATGRAPHICS Centurion XVI.II, Microsoft Excel 2003 и пакета программ для анализа полевых экспериментов «Ландшафт». Приведенные уравнения регрессии рассчитаны при 5 % уровнях значимости.
Апробация работы. Основные практические результаты диссертации докладывались на заседаниях Научно-методического совета ФГБНУ ВНИИМЗ 2006-2012 гг. и 2015 г.; Международной научно-практической конференции «Проблема аграрной науки и образования» (Тверь, ВНИИМЗ, 2008); I и II Международной конференции молодых ученых и специалистов «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации» (Коломна, ВНИИ «Радуга», 2008 г., 2009г.); VII-ой Международной дистанционной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, Горский ГАУ, 2011 г.); Международной научно-
практической конференции «Инновационные процессы – основа модели стратегического развития АПК в XXI веке» (Тверь, ВНИИМЗ, 2011); XXII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: секция «Биология» (Москва, МГУ, 2015); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития аграрной науки в современных экономических условиях» (Соленое Займище, ПНИИАЗ, 2015 г.); XI Midzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Dynamika naukowych bada - 2015» (Polska, 2015); I Международной научно-практической Интернет-конференции «Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования» (Соленое Займище, ПНИИАЗ, 2016);50-ой Международной научной конференции молодых ученых, спецали-стов-агрохимиков и экологов «Современные проблемы агрохимии в условиях поиска устойчивого функционирования агропромышленного комплекса при техногенных ситуациях» (Москва, ВНИИА, 2016 г.); III Международной научно-практической конференции «Методы и технологии в селекции растений и растениеводстве» (Киров, Зональный НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, 2017).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 29 печатных работ, в том числе 4 работы в журналах, рекомендуемых ВАК РФ и 2 работы в зарубежном журнале, индексируемом в системе научного цитирования Web of Science, получены 1 патент на изобретение и 2 патента на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 166 страницах и состоит из введения, 5 глав, выводов, 33 приложений. Список литературы включает 149 наименований, из них 34 иностранных авторов.
Регуляторы роста растений
Существует большое количество регуляторов роста растений биологического происхождения: бактериальные и природные (Триандафилова и др., 2009). Система регуляции физиологически активными соединениями во многом определяет характер таких важнейших физиологических процессов, как рост и формирование различных органов, время и характер цветения, сроки созревания, переход к состоянию покоя и выход из него семян и почек (Кононенко и др., 2007; Mishra, 2001). При этом интенсивность воздействия на растения зависит от вида препарата, его концентрации, способа применения (отдельно и в смеси) и кратности обработок (семян и растений) (Шаповал и др., 2010; Prasad et al., 2015).
Низкие нормы расхода и возможность управлять процессами роста и развития растений определяют перспективность более широкого применения регуляторов роста биологического происхождения в сельскохозяйственном производстве. По мнению многих ученых, участвующих в разработке технологических приемов выращивания сельскохозяйственных культур, регуляторы роста растений должны пользоваться не меньшим спросом, чем минеральные удобрения или средства защиты растений (Регуляторы роста растений …, 2009).
Перспективное направление – создание микробиологических (бактериальных) препаратов, представляющих собою живые клетки отселектированных по полезным свойствам микроорганизмов, которые находятся или в культуральной жидкости, или адсорбированы на нейтральном носителе (Завалин, 2005).
Еще в Советском Союзе выпускали три вида бактериальных удобрений: азотобактерин, нитрагин и фосфоробактерин, не получившие тогда широкого применения (Ежов, 1947). В настоящее время интерес к применению биопрепаратов на основе почвенных микроорганизмов для растениеводства и земледелия возрос и сопровождается бурным ростом сообщений о новых формах биопрепаратов и их применении, регистрацией товарных знаков, патентов (Винаров и др., 2006).
Биопрепараты на основе ассоциативных микроорганизмов комплексного действия хорошо зарекомендовали себя в широком спектре сельскохозяйственных культур в России и за рубежом. Микроорганизмы, наряду с азотфиксацией, продуцируют физиологически активные вещества, которые, воздействуя на растения, стимулируют их рост и развитие. Новые штаммы микроорганизмов способны подавлять развитие патогенной микрофлоры, что в итоге снижает заболеваемость растений, повышает их продуктивность, улучшает качество растениеводческой продукции (Завалин, 2005; Kloepper et al., 1989). Связано это с тем, что микроорганизмы хорошо приживаются в зоне корневой системы растений, усиливая свою активность. В результате значительно возрастает интенсивность микробиологических, биохимических и иных процессов в ризосфере, повышается растворимость труднодоступных элементов питания, накапливается биологический азот (Завалин и др., 2000).
Самым крупным разработчиком бактериальных препаратов в России является ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, располагающий уникальной коллекцией бактерий и налаженной схемой производства биопрепаратов на их основе. ГПП «Экос» ВНИИСХМ выпускает ряд бактериальных препаратов – Ри-зоаргин, Флавобактерин, Агрика и др. Входящие в состав Флавобактерина бакте 13 рии штамма Flavobacterium sp. 30 фиксируют азот из атмосферного азота и питают им растения, продуцируют высокоактивный антибиотик флавоцин с широким спектром действия на фитопатогенные грибы и бактерии. Препарат стимулирует рост и развитие растений за счет продуцирования физиологически активных веществ, позволяет получать экологически безопасную продукцию, улучшая ее качество (Карпова, 2008). Бактериологический бактериальный препарат группы ассоциативных диазатрофов Ризоагрин создан на основе штамма Agrobacterium radiobakter 204 (в 1 г торфяного препарата содержится не менее 2,5 млрд. активных клеток бактерий). Агрика относится к этой же группе бактерий и создана из штамма Bacillus subtilis Б-04 (в 1 мл ферментационной жидкости не менее 200х106 активных клеток бактерий) (Демликамов, Корягин, 2007).
Широко рекламируемый биопрепарат Экстрасол (основа – азотфиксирующие бактерии) способствует лучшему использованию элементов минерального питания растений, синтезирует ростовые и другие биологически активные вещества, снижает поражение растений фитопатогенами родов Fusarium, Alternaria, Helminthosporium, Puccinia, Phytophtora и др., а также оказывает положительное влияние на развитие агрономически полезной микрофлоры. Микроорганизмы, содержащиеся в рабочем растворе биопрепарата и продукты их метаболизма (витамины, ферменты, гормоны, аминокислоты), попадая на листовую поверхность, являются регуляторами жизненно важных функций. В процессе своей жизнедеятельности бактерии биопрепарата вырабатывают вещества, способные оказывать стимулирующее действие на рост и развитие растений, в результате чего обеспечивается нормализация физиологии и биохимии растительной клетки, увеличение индекса листовой поверхности, увеличение интенсивности фотосинтеза и дыхания, регуляция транспирационного коэффициента и коэффициента водопотребления; снижение дефицита усвояемых форм микроэлементов. Все эти факторы в целом влияют на продуктивность и качество выращиваемой продукции (Технологии получения полифункциональных…, 2013).
Другой ряд биопрепаратов, выпускаемых ВНИИСХМ, созданы на основе эндомикориозного гриба, который проникает в корень и образует с растением симбиоз, обеспечивая питание растений фосфором – Микориз, Микофил, Глиокладин. Эти биопрепараты можно применять как под овощные, так и под зерновые культуры, исключение составляют только крестоцветные, с которыми эндомикоризный гриб не образует симбиоз (Платонычева, 2009).
Микориз содержит споры и активный мицелий девяти различных микори-зообразующих грибов, включая виды с повышенной зимостойкостью, а также специальный биостимулятор. Он стимулирует рост корневой системы растений, способствует насыщению растения питательными веществами и влагой, оптимизирует баланс питания, повышает жизнестойкость растений к различным болезням и экологическим стрессам (Использование микробиологических …, 2012).
При внесении в почву минеральных фосфорных удобрений растения поглощают только 20-25 % вносимого фосфора. Микроорганизм, входящий в Ми-кофил, обладает уникальным свойством – он способен поглощать фосфор из недоступных растению соединений и транспортировать в корень. Таким образом, Микофил обеспечивает поступление в растения фосфора, который накопился в почве за многие годы использования минеральных удобрений и который лежит там мертвым капиталом. Применение Микофила заменяет внесение 80-150 кг фосфорных удобрений на гектар и гарантирует практически полное усвоение растениями поставляемого фосфора (Кандыбин, http://www.agroxxi.ru). При использовании биопрепарата прибавки урожая колеблются от 5 до 50 % в зависимости от культуры (Кирпичников, Волков, 2010).
Опыт по выращиванию огурцов с применением биопрепарата ЖФБ в тепличных условиях
Место и условия проведения. Эксперимент проводился в 2009-2010 гг. на базе тепличного хозяйства ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур. Тепличный комплекс ВНИИССОК оснащен самым современным оборудованием, позволяет решать вопросы управления микроклиматом, а также процессами роста и развития растений, что в значительной степени облегчает работу специалистов и является хорошей научной базой для проведения исследовательских работ различного направления.
Объекты исследования: огурцы сорта Кураж и субстрат для выращивания – почвогрунт.
Огурцы Кураж F1 – самоопыляющийся сильнорослый сорт, упомянутый в Госреестре РФ как культура, подходящая для выращивания в теплицах. Зрелые плоды достигают 15 см в длину, 3 и более см в диаметре. Вес – до 140 гр. Сорт Кураж F1 гибридный, партенокарпический (при цветении преобладают женские соцветия), скороспелый. Одинаково хорошо плодоносит при выращивании на открытом грунте, в домашних и промышленных теплицах. Завязи располагаются на стеблях букетным способом, в пазухах листьев, густо укрывающих плети. Минимальный промежуток от дня посадки до первого плодоношения – 36 суток. Огурец Кураж F1 обладает отличными вкусовыми качествами: мякоть светлая; вкус с выраженным характерным ароматом, обладает едва ощутимой сладостью; хруст-кость отличная; толщина кожуры вовремя собранных плодов небольшая; при достаточном поливе горечь в плодах не ощущается; насыщенная окраска плодов сохраняется при термической обработке; плоды сохраняют вкусовые достоинства при длительном хранении в условиях с умеренно пониженной температурой. У гибрида отличная стойкость к следующим распространённым заболеваниям: лож 61 ной и настоящей мучнистой росе; пятнистости оливковой; вирусу мозаики огуречной; гнилям корневым. У этого гибрида очень мощная корневая система, обеспечивающая хороший рост и помогающая формировать отличную ассимиляционную поверхность.
Технология выращивания огурца – малообъемная с жидкой подкормкой. Для малообъемного способа выращивания огурца использовался субстрат (поч-вогрунт), состоящий из верхового торфа и агроперлита смешанных в соотношении 7:3. Применяется нейтрализованный торф марки «Агробалт – Н» (рНвод. – 5,5…6,5, органическое вещество 85…90 %, зольность 10…15 %), изготовлен на основе верхового торфа низкой степени разложения, добытого резным или фрезерным способом, для нейтрализации торфа применяют известняковые материалы (доломитовая мука, известковая мука). Агроперлит – это кислое вулканическое стекло с мелкой концентрически-скорлуповатой отдельностью с размером частиц 1-5 мм и насыпной плотностью 100-130 кг/м. Главные свойства этой добавки – разрыхление почвы и улучшение ее структуры. Благодаря его высокой адсорбирующей способности впитывать жидкости вместе с питательными веществами в количестве до 400% от собственного веса и потом постепенно отдавать их растению, позволяет сэкономить средства на снижении интенсивности орошения и потерях воды вследствие испарения и нежелательного дренажа. Так же, как и при избытке влаги, свойство буферизации проявляется и при передозировке удобрений. Они поглощаются агроперлитом и затем постепенно отдаются растению по мере необходимости (Дьяконова, 2012).
Выращивание рассады проводят в кассетах, по одному растению огурца на кассету. Растения выдерживают в отделении для проращивания в течение 3-5 недель. Пикировка рассады проводится в фазу полного четвертого листа.
Для автоматического полива и внесения удобрений используется система капельного полива, с помощью насосов растворы удобрений из баков А и Б (таблица 5) подаются в бак смешивания, где происходит перемешивание питательного раствора с разбавлением маточного в соотношении 1:100. Для распределения питательного раствора под растения проложена сеть трубопроводов и капельных линий, одна капельница на одно – два растения. Основную заправку субстрата до оптимальных уровней питания проводят в теплице за две недели до пикировки растений. Для удобрения растений в течение вегетации используется сначала питательный раствор для фазы развития растений: посадка – начало плодоношения, а затем для фазы массового плодоношения таблица 3. В течение вегетации разовую норму полива задают по 100-120 мл на растение, в солнечные дни четыре раза в сутки (8, 12, 16 и 20 часов), в пасмурную погоду – три раза (8, 13 и 18 часов).
Примерный температурный режим для огурца: ночью – 18-190С, днем – 21-230С в пасмурные дни и 23-250С в солнечные дни. Оптимальная температура поливной воды 20-210С. Относительную влажность воздуха в теплице поддерживают на уровне 75-80% с помощью включения разделенных контуров отопления с заданной температурой.
По мере надобности проводят дополнительные внекорневые подкормки гу-миновыми или другими биопрепаратами раз в 10-14 дней.
Методика проведения опыта. Пикировка рассады проводилась во второй декаде февраля обоих лет исследования в пластиковые лотки размером 1,6 м2 (0,4х4 м, высота 0,2 м) по 10 растений, по 4 лотка на вариант (40 растений огур 63 ца), повторность опыта четырехкратная (итого на 1 вариант 16 лотков). Общая площадь теплицы составляла 672 м2. Тестируемый жидкофазный биопрепарат – ЖФБ, вносили путем внекорневой подкормки растений огурца, начиная с фазы 7-8 листа с периодичностью два раза в месяц (всего 6 поливов). ЖФБ применялось в пяти различных нормах расхода рабочего раствора – 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 л/м2. Приготовление рабочего раствора ЖФБ осуществляли путем разбавления маточного в соотношении 1:30. Контролем служили варианты без внесения ЖФБ. Сбор огурцов осуществлялся три раза в неделю, начиная с первой декады марта. Урожайность плодов огурца определяли сложением сборов, производимых с начала плодоношения до конца марта (ранний сбор) и с 01 апреля по 31 мая (массовый сбор), при этом учитывались только стандартные плоды.
Для отмечения реакции почвогрунта на внесение ЖФБ отбирались пробы грунта три раза: исходная (18.02.09 и 15.02.10) – перед первым применением ЖФБ, второй раз (11.03.09 и 14.03.10) в период раннего сбора огурцов и третий раз (06.05.09 и 21.04.10) в период массового сбора урожая.
Методы определения химических и биохимических показателей плодов огурца
Несмотря на различия в динамике фосфатмобилизующих микроорганизмов, динамика подвижного фосфора была практически идентичной по всем вариантам опыта и не обнаруживала явного лидера (Приложение И).
Оценивая динамику содержания подвижного калия за вегетационный период, отметим, что внесение ЖФБ путем полива позволило достоверно увеличить количество калия к концу вегетации по сравнению с контролем примерно на 9 % (Приложение И). В почве также было определено содержание микроскопических грибов, образующие перегнойные соединения и обволакивающие почвенные частицы мицелием, что отражается на структурировании почвы и повышении её плодородия. При внесении ЖФБ приемом полива количество грибов оказывалось максимальным в фазы молочно-восковой и полной спелости, а при применении опрыскивания в фазу колошения, в контрольном варианте на протяжении всего вегетационного периода наблюдали минимальные значения данных микроорганизмов (рисунок 3, Приложение З).
Кроме грибов, положительно воздействующих на почву, в их сообществе встречается большое количество представителей патогенов, негативно отражающихся на росте растений. В связи с этим в почвах опыта было определено содержание микроорганизмов фузариозного увядания, актуальных, прежде всего, для развития злаков. Как видно из представленного рисунка 4 (Приложение З), в течение всего вегетационного периода их количество при использовании ЖФБ было снижено по отношению к контролю – в среднем на 38 %. При этом количество микроорганизмов фузариозного увядания было меньшим при применении приема полива (3,2 тыс. КОЕ/г против 4,6 тыс. КОЕ/г в контроле), когда почва непосредственно контактирует с биопрепаратом, а не через вегетативные органы растения. Из данного наблюдения следует, что использование жидкофазного биопрепарата способно обеспечивать протекторную функцию.
Рисунок 4 – Динамика содержания микроорганизмов фузариозного увядания в почве при выращивании яровой пшеницы (2009 г.)
Итак, эксперимент по изучению влияния способов внесения ЖФБ показал, что применение биопрепарата путем полива под растения в большей степени влияло на микробиологические и агрохимические составляющие почвы. Так, в активные фазы роста пшеницы в почве данного варианта наблюдали большую численность аммонифицирующих микроорганизмов, а на протяжении всего периода вегетации меньшее количество микроорганизмов фузариозного увядания растений, по сравнению с вариантом с применением приема опрыскивания.
Неблагоприятные погодные условия 2010 г. оказали свое влияние не только на формирование урожая яровой пшеницы, но и на состояние почвенного раствора. Недостаток в питании яровой пшеницы в варианте без применения биопрепаратов подтверждается напряженностью окислительно-восстановительных процессов, проходимых в почве и определяемых через коэффициент ОВК = отношение активности почвенных ферментов – каталазы и дегидрогеназы. В контрольном варианте на протяжении всего вегетационного сезона наблюдалось повышенное значение ОВК (рисунок 5, Приложение К, Л), что отражало необходимость активизации в почве микробиологических и биохимических процессов, способных уменьшить дефицит питания. Опрыскивание посевов ЖФБ способствовало снижению напряженности окислительно-восстановительных процессов, свидетельствуя об оптимальности режима питания в данных вариантах. Надо отметить, что не все нормы расхода ЖФБ показывали такой эффект: при использовании ЖФБ в нормах внесения 0,05 и 0,4 л/м2 в некоторые фазы роста пшеницы наблюдались высокие значения ОВК.
Динамика содержания нитратов в почве в течение вегетации яровой пшеницы в 2010 г. по всем вариантам опыта была практически идентичной (Приложение М). При рассмотрении динамики аммонийного азота (рисунок 6, Приложение М), видно, что в период большой потребности азота, его содержание в почве всех вариантов отличается не значительно. Исключение составил вариант с нормой внесения ЖФБ 0,1 л/м2 – здесь после первой обработки посевов в фазу кущения наблюдался значительный прирост аммонийного азота в почве к фазе колошения, и, хотя это преимущество не сохранилось до конца вегетации, все же дополнительное содержание азота именно в период закладки вегетативной системы яровой пшеницы благоприятно воздействовало на формирование урожая. Рисунок 6 – Динамика содержания аммонийного азота в почве при выращивании яровой пшеницы (2010 г.)
Начиная с фазы колошения и до конца вегетации, наблюдали накопление подвижного фосфора во всех вариантах с применением ЖФБ (таблица 26), это связано с большим содержанием фосфатмобилизующих микроорганизмов в биопрепарате, которые попадают в почву, стекая из-за большого объема, вносимого ЖФБ. При этом максимум содержания подвижного фосфора в среднем за период вегетации наблюдался при опрыскивании ЖФБ при норме расхода 0,1 л/м2.
При внесении ЖФБ в нормах 0,1-0,4 л/м2 наблюдали тенденцию к накоплению в почве подвижного калия, в зависимости от нормы ЖФБ прибавка колебалась от 3 до 11 % на варианте с опрыскиванием посевов пшеницы нормой 0,1 л/м2 (таблица 26).
Наблюдались изменения и в содержании элементов питания в почве опытов, проводимых по фону минерального (N50P50K50) и органического удобрения (КМН 7 т/га) при выращивании яровой пшеницы в 2011-2012 гг. Анализ почвенного раствора выявил снижение содержания аммонийного азота к концу вегетации по всем вариантам опытов. При этом отмечали, что в вариантах с применением ЖФБ при выращивании пшеницы по фону минерального удобрения содержание аммонийного азота было выше по сравнению с фоном. Данное преимущество отмечали, начиная с фазы молочной спелости, а к концу вегетации прирост NH4 в зависимости от применяемого разбавления ЖФБ составил 1,8-3,9 мг/кг почвы по сравнению с фоном NPK (Таблица 27, Приложение Н). Дополнительному накоплению аммонийного азота в почве вариантов с ЖФБ по фону NPK способствовало опрыскивание посевов пшеницы большой нормой биопрепарата (0,1 л/м2 = 1000 л/га), значительная часть которого, содержащая большое количество аммонифицирующей микрофлоры, попадает на почву и активирует процессы аммонификации азотистых органических веществ.
Урожайность и качество яровой пшеницы, возделываемой по фону органического удобрения и с применением ЖФБ
Среднесуглинистая почва в плане накопления Р2О5 реагировала на применение ЖФБ менее значимо, чем другие почвенные разности (рисунок 17, Приложение N). Здесь, как и в случае с фосфатмобилизующими микроорганизмами эффект от использования ЖФБ был отмечен только по фону солома+мочевина (прибавка к контролю составила 4 %). Достоверное увеличение подвижных форм фосфора составило в начале компостирования – 16 мг/кг почвы при р 0,05, в конце процесса – 12 мг/кг почвы при р 0,01.
Исследуя, содержание подвижных форм калия по почвенным разностям не дало такого активного роста как подвижный фосфор. В песчаной почве наибольший эффект от ЖФБ был выявлен по фону солома+мочевина (рост по сравнению с контролем составил в среднем 13 мг/кг (при р 0,01)). В супесчаной почве был отмечен незначительный эффект от внесения ЖФБ по фонам торфа и КМН, но достоверного увеличения К2О не было. В легкосуглинистой почве достоверный прирост подвижного калия относительно контроля наблюдался только в конце процесса компостирования по фону солома+мочевина – на 9 мг/кг почвы при р 0,01. В среднесуглинистой почве эффект от ЖФБ в отношении накопления подвижного калия не был отмечен ни по одному фону основного удобрения.
Во всех исследуемых почвенных разностях в течение процесса компостирования наблюдали тенденцию накопления нитратов, который во всех случаях убывал в соответствии с использованием фонов удобрения: солома+мочевина КМН торф. К примеру, в супесчаной почве эффект нитратонакопления в среднем в течение компостирования был более заметен по фонам солома+мочевина и КМН (10-11 %) против 8 % по фону торфа (рисунок 18, приложения D, F, J). Относительно песчаной почвы следует отметить отсутствие влияния ЖФБ или слабое влияние на накопление нитратов по всем фонам основного удобрения.
В легкосуглинистой почве заметный эффект от внесения ЖФБ был отмечен только по фону солома + мочевина – достоверный прирост NO3 составил 16,5 мг/кг. Эффективность применения ЖФБ в среднесуглинистой почве в плане накопления NО3 была невысокой 2 % в среднем за опыт.
Ни для одной из разновидностей почвы не отмечали серьезного воздействия ЖФБ на формирование уровня аммонийного азота.
Наряду с анализом результатов, касающихся отдельных агрохимических и микробиологических показателей, была предпринята попытка выявить наличие парных связей между некоторыми из них, используя регрессионный анализ. От-мечение таких связей позволило установить степень влияния (взаимовлияния) одного из анализируемых факторов на другой.
В нашем случае регрессионный анализ был направлен на установление доминирующих факторов, участвующих в формировании уровней питательности отдельных почвенных разностей, поэтому в качестве независимой переменной (у) рассматривались только агрохимические показатели (Р2О5, К2О, NH4, NO3, pH). В целом, выполненный анализ позволил установить, от чего в почвах различного гранулометрического состава в большей степени зависит формирование уровня ее питательности. По всем почвенным разностям наблюдали сильное взаимовлияние друг на друга подвижных форм фосфора и калия (таблица 36), похожее взаимовлияние наблюдали между калием и нитратным азотом (таблица 37).
На формирование содержания элементов питания оказывали влияние биологические факторы, но только в почвах с высоким содержанием углерода – супесчаной и среднесуглинистой (таблица 38).
Данные регрессионного анализа свидетельствуют, что формирование уровня питательности в среднесуглинистой почве в значительной мере определяется живой фазой, а именно, накопление элементов питания связано положительными корреляционными связями с развитием амилолитических, фосфатмобилизующих микроорганизмов и грибов. Однако повышенная численность микроорганизмов в почве не всегда отражает уровень напряженности общебиологических процессов. Мерилом такой напряженности с большим основанием могут считаться обобщенные показатели, к которым можно отнести ОВК и Км. Как отмечали выше, ОВК именно в среднесуглинистой почве приобретает невысокие значения.
Таким образом, регрессионный анализ подтвердил ранее сделанные выводы о том, что среднесуглинистая почва в наименьшей степени нуждается в притоке элементов питания, учитывая, что изначально ей свойственен самый высокий Км, обеспечивающий уровень питательности данной почвы. По этой причине средний суглинок наименее восприимчив и к использованию биопрепарата ЖФБ (эффект торможения или запаздывания воздействия).
В то же время формирование уровня питательности в почвах более легкого гранулометрического состава в значительной степени связано с притоком доступных питательных компонентов из материалов компостирования и ЖФБ. Регрессионный анализ в этих случаях свидетельствует о тесной связи каждой проанализированной переменной (у) с зависимыми переменными (х), в роли которых – ме 122 няющиеся переменные, характеризующие уровень питательности почв с различных позиций. Поэтому вполне закономерно, что в песчаной почве формируются самые высокие общебиологические показатели (Км и ОВК), свидетельствующие о напряженности процессов распада и синтеза, способствуя накоплению в ней элементов питания (особенно калия и фосфора).
Благодаря воздействию ЖФБ в дерново-подзолистых почвах формируется благоприятный фон из доступных растениям элементов питания, причем по максимуму это происходит в почвенных разностях, обладающих легким гранулометрическим составом. Реакция легкосуглинистой и среднесуглинистой почв на внесение ЖФБ была замедленной, вследствие их меньшей аэрации, что привело к торможению биологических процессов по трансформации элементов питания. Данное исследование позволило выявить возможность применения ЖФБ в качестве землеудобрительного препарата в первую очередь на почвах легкого гранулометрического состава.