Введение к работе
Актуальность темы. Длительное применение научно обоснованных систем удобрений в сочетании со средствами интенсификации и оставлением стерни и соломы зерновых на черноземных почвах лесостепи юга Западной Сибири оказывает многостороннее положительное влияние на плодородие, биологическую активность почв и урожайность сельскохозяйственных культур [Трофимов, 1975; Холмов 1990].
В современных экономических условиях сельскохозяйственного производства, при низком уровне применения минеральных удобрений, дефицит питательных веществ в растениеводстве может быть восполнен за счет использования менее энергоемких, не требующих значительных денежных затрат биологических агроприемов: запашки соломы как органического удобрения, применения бактериальных удобрений на основе симбиотических и ризосферных азотфиксаторов, включения в севооборот бобовых культур [Гамзиков, 1981, 2013; Храмцов, 1997; Сычев, 2003; Воронкова, 2011].
Разработка системы комплексного применения удобрительных средств для зерновых культур, рациональных доз минеральных удобрений, соломы и биопрепаратов ассоциативной азотфиксации, является актуальным, экономически и экологически значимым агроприемом, способствующим повышению продуктивности пашни, сохранению ее плодородия.
Степень разработанности темы. Изучение влияния длительного применения минеральных удобрений на агрохимические свойства и биологическую активность черноземных почв Западной Сибири наиболее интенсивное развитие получило в 70-е - 80-е годы ХХ века. Фундаментальные исследования в области изучения агрохимии азота почв Сибири были проведены: А.Е. Кочергиным (1965), Л.М. Бурлаковой (1975), Т.П. Славниной (1978), Г.П. Гамзиковым (1981; 2013), Л.В. Помазкиной (1985), П.И. Крупкиным (2002), В.М. Назарюком (2002) и др., программирования урожая, почвенной диагностики обеспеченности растений макро- и микроэлементами Ю.И. Ермохиным (1983; 1987), влияния длительного применения удобрений на гумусное состояние и агрохимические свойства почв И.Ф. Храмцовым (1997), Ю.Н. Трубниковым (2016), приемов биологизации земледелия Н.А. Воронковой (2011). Исследованиями биологической активности сибирских черноземов занимались: И. Л. Клевенская с соавторами (1970), Л.Д. Тихомирова (1972), Н.Н. Наплекова (1970, 1974), В.Н. Слесарев, Л.Н. Святская и др. (1987), В.С. Артамонова (2002), О.Ф. Хамова (2003), А.А. Данилова (2007), О.И. Гамзикова (2008) и др.
Лабораторией агрохимии и микробиологии СибНИИСХ в стационарных опытах исследовалось влияние длительного применения минеральных удобрений и соломы на продуктивность зернопарового севооборота, агрохимические свойства, биологическую активность чернозема выщелоченного [Храмцов, 1997; Воронкова, 2011, Балабанова, 2013].
С увеличением длительности опыта (пять ротаций зернопарового севооборота), количества вносимых удобрений и запахиваемой соломы могут наблюдаться негативные сдвиги биологической активности и усиление фитотоксичности почвы [Сидоренко, 1978]. Ассоциативные азотфиксаторы в ризосфере растений обладают способностью снижать стрессовое воздействие факторов на растения и биологическую активность почв [Белимов, 2008]. Фиксация азота в ризосфере небобовых культур может достигать значительных размеров - 10-110 кг/га за сезон, что повышает долю биологического азота в питании растений, урожайность и качество зерна возделываемых культур [Гамзиков, 2013].
Цель исследований: изучить влияние длительного применения минеральных удобрений и средств биологического земледелия (солома, биопрепараты ассоциативных диазотрофов) на режим подвижных элементов питания в черноземе выщелоченном, биологические свойства почвы, продуктивность ячменя; разработать систему комплексного
применения минеральных, органических (солома) и бактериальных удобрений с целью создания микробно-растительных ассоциаций и активизации процесса биологической азотфиксации.
Задачи исследований:
Изучить влияние длительного применения минеральных удобрений и соломы на продуктивность ячменя, агрохимические и биологические свойства чернозема выщелоченного в зернопаровом севообороте;
Определить эффективность ассоциативной азотфиксации, ее роль в азотном балансе почвы и питании растений;
Дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности удобрительных средств;
Разработать технологию возделывания ячменя на основе оптимального сочетания минеральных удобрений и агробиологических средств.
Научная новизна работы. В условиях южной лесостепи Западной Сибири получены новые данные по эффективности приемов биологизации на фоне невысоких доз минеральных удобрений, внесения соломы, применения биопрепарата ассоциативных диазотрофов комплексного действия. Определены размеры ассоциативной азотфиксации; исследована микрофлора ризосферы ячменя при колонизации корней диазотрофами, установлено влияние количества соломы на процесс иммобилизации азота почвы. Выявлены зависимости между урожайностью зерна ячменя и показателями биологической активности почвы.
Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенные исследования углубляют знания о взаимодействии микроорганизмов и растений в микробно -растительных ассоциациях при разных уровнях обеспеченности почвы азотом, влиянии длительного применения минеральных удобрений и соломы на накопление элементов питания в почве и ее биологическую активность.
Разработанная и рекомендованная система биологической интенсификации (N18P42 + солома + инокуляция) в зернопаровых севооборотах освоена в хозяйстве ОПХ «Омское» Омской области на площади 174 га. При экологической безопасности, в условиях зональной агротехнологии возделывания сельскохозяйственных культур она позволяет получать до 3,62 т/га зерна ячменя, сэкономить за счет ассоциативной азотфиксации до 30 кг/га азота удобрений и увеличить сбор белка на 150 кг/га.
Результаты исследований могут быть применены при разработке рекомендаций для сельхозтоваропроизводителей, используются в учебном процессе Омского ГАУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Агрохимия и агропочвоведение».
Положения, выносимые на защиту:
-
Агрономическая, биолого-агрохимическая и экономическая эффективность длительного применения минеральных удобрений, соломы и биопрепарата ризоагрин при возделывании ячменя.
-
Агроэкологическая оценка приема инокуляции семян ячменя ризоагрином и создания микробно-растительной ассоциации с целью сохранения плодородия почвы, повышения продуктивности культуры.
Достоверность результатов исследований. Достоверность полученных научных результатов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, выполненных с применением современных апробированных методик, математической, статистической и производственной проверкой, а также анализом публикаций российских и зарубежных ученых. Диссертационная работа выполнена в рамках тематики научно-исследовательской работы сектора микробиологии ФГБНУ СибНИИСХ (0797-2014-0008).
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на международных научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы сохранения и развития биологических ресурсов» [Екатеринбург, 2015], «Аграрная наука-сельскохозяйственному производству Сибири, Казахстана, Монголии, Беларуси и Болгарии» [Новосибирск, 2015], «Отражение био-гео-антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове» [Томск, 2015], «Эволюция и деградация почвенного покрова» [Ставрополь, 2015], «Итоги диссертационных исследований» [Миасс, 2015], «Решение экологических проблем современного общества для устойчивого развития», посвященная 20-летнему юбилею ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П. А.Столыпина [Омск, 2016], «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» [Курск, 2016], «Инновационные процессы в научной среде» [Киров, 2016], «Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков» [Новосибирск, 2016], Приоритетные направления развития современной науки молодых ученых аграриев: Материалы V-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященные 25-летию ФГБНУ «Прикаспийский НИИ аридного земледелия, [Соленое Займище, 2016], Актуальные направления сельскохозяйственной науки в работах молодых ученых [Барнаул, 2016], «Аграрный потенциал в системе продовольственного обеспечения: теория и практика», [Ульяновск, 2016], заседании Омского отделения Докучаевского общества почвоведов [Омск, 2016], а также на ежегодных заседаниях научно-технического совета ФГБНУ СибНИИСХ 2012-2014 гг.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 19 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 48 таблиц, 22 рисунка, 6 приложений и списка литературы. Работа изложена на 169 страницах. Список литературы включает 292 наименования, в том числе 10 на иностранном языке.
Личный вклад автора состоит в самостоятельном сборе и обработке фактического материала, его анализе, проведении лабораторных и полевых исследований, формулировке научных положений и выводов, подготовке научных публикаций, написании и оформлении текста диссертации.
В выполнении полевых работ, структурного и части агрохимических анализов принимали участие сотрудники лаборатории агрохимии доктор сельскохозяйственных наук Воронкова Н.А, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Тукмачева Е.В., научный сотрудник Дороненко В.Д. [Шулико, Хамова, Тукмачева, 2015; Хамова, Шулико, Тукмачева, 2015; Шулико, Тукмачева, 2015; Шулико, Тукмачева, 2016; Шулико, Хамова, Тукмачева, 2016; Шулико, Хамова, Дороненко, 2016].