Актуальность темы. В связи с аридизацией климата, наблюдаемого в последние десятилетия во многих регионах России (в том числе и в Поволжье), одним из перспективных направлений повышения продуктивности земледелия должно стать расширение посевов засухоустойчивых культур, например, таких как зерновое сорго.

В агрохимических исследованиях последних лет большое внимание уделяется бактериальным препаратам ассоциативных диазотрофов. Установлено, что они способны улучшать азотный режим почвы. Их высокая эффективность установлена в опытах с просом (Надежкина Е.В., 2004), озимой рожью (Широких И.Г., 2004), озимой пшеницей (Завалин А.А., Алметов Н.С., 2006), гречихой (Юрченко Е.С., 2007) и др. Однако, разобщенность и недостаточное количество выполненных исследований по почвенно-климатическим зонам, различия в методологических подходах при постановке опытов пока еще не позволяют считать данную задачу полностью решенной и сделать научно-обоснованные рекомендации по эффективному использованию бактериальных диазотрофов. В степном Поволжье ранее подобные исследования не проводились.

Слабая изученность данного вопроса, несмотря на его бесспорную значимость для науки и практики, послужила основанием для выбора темы настоящей работы и составления схемы опыта.

Цель исследований - изучить на южных черноземах Поволжья влияние азотных удобрений и препаратов ассоциативных диазотрофов при раздельном и совместном применении на урожай зерна сорго и его качество. Задачи исследований:

Пищевой режим почвы. В посевах зернового сорго на неудобренном контроле содержание нитратного азота в первой половине вегетации (кущение - выметывание) находилось на уровне 34,6-42,5 кг/га в слое 0-40 см (табл.1). При этом максимальное количество нитратного азота (70,6 кг/га) отмечалось на контроле в 2009 г., а минимальное (13,3 кг/га) - в 2008 г. Рыхление почвы при трехкратном проведении междурядных обработок и выпадающие во второй половине вегетации атмосферные осадки способствовали стабилизации нитрификационной активности неудобренной почвы и поддержанию запасов нитратного азота на одном уровне в течение всего периода роста растений сорго.

Таблица 1. Запасы минеральных соединений азота в посевах сорго, кг/га в слое 0-40 см (среднее за 2007 - 2009 гг.)

Примечание: 1 - кущение, 2 - выход в трубку, 3 - выметывание, 4 - полная спелость

Внесение минеральных азотных удобрений увеличивало запасы нитратного азота по годам исследований в 1,5-2 раза по сравнению с контролем. Действие одних бактериальных препаратов на процессы накопления нитратного азота проявилось гораздо слабее и к концу вегетации оно уже не просматривалось. При посеве обработанных семян на фоне минеральных удобрений содержание нитратного азота было выше, чем при использовании одних биопрепаратов, но меньше, чем при внесении одних минеральных азотных удобрений.

Обменного аммония в черноземе южном во все годы исследований и на всех изучаемых вариантах было меньше, чем нитратов (на контроле в слое 0-40 см - 21,4-28,0 кг/га). При этом его содержание в изучаемом слое почвы повышалось только при внесении минеральных азотных удобрений. Применение бактериальных препаратов заметного действия на эту форму минерального азота заметного влияния не оказало.

Почва опытного участка имела среднюю и повышенную обеспеченность доступными для растений соединениями фосфора (30-35 мг/кг) по Мачигину. Изучаемые нами виды минеральных и бактериальных удобрений не влияли на фосфатный режим почвы. Содержание данного элемента было довольно стабильным как по годам исследований, так и по срокам взятия почвенных проб. Даже к уборке сорго в почве имелось достаточное для формирования высокого урожая сорго количество фосфатов (170-180 кг/га).

Изучаемые нами удобрения также не оказали какого-либо влияния на калийный режим чернозема южного.

Ферментативная активность. Каталаза, участвующая в разложении перекиси водорода на воду и молекулярный кислород, на всех изучаемых агрофонах действовала практически одинаково. Как азотные минеральные удобрения, так и бактериальные препараты мизорин и флавобактерин на активность данного фермента существенного влияния не оказали.

Пероксидазы и полифенолоксидазы, катализирующие процессы превращения органических соединений в компоненты гумуса, максимальную активность проявили в фазу кущения растений сорго. Активность этих ферментов была выше на вариантах, где совместно применяли азотные удобрения и бактериальный препарат мизорин. В отношении полифенолоксидаз можно отметить, что их активность в фазу кущения сорго была достаточно высокой и при внесении одних азотных удобрений без обработки семян бактериальными препаратами.

Инвертаза, в отличие от двух предыдущих ферментов, практически на всех вариантах максимальную активность проявила в фазу выхода в трубку растений сорго. В этот срок определения наиболее интенсивно превращение углеводов, происходящее с участием инвертазы, происходило на делянках, где применяли среднюю дозу азота (N45) и мизорин.

В условиях наших экспериментов гидролиз мочевины с участием фермента уреазы в фазу кущения сорго активнее проходил в неудобренной почве. Применение азотных удобрений в этот период заметно угнетало деятельность уреазы. В фазу выхода в трубку различия между разноудобренными вариантами несколько сгладились, и в этот период определения максимальная активность уреазы отмечалась при совместном использовании азотных удобрений (N45) и мизорина.

Определение фермента амилазы позволило установить, что ее активность по годам исследований совпадала с колебаниями температурного режима почв. В среднем за три года исследований максимальной в условиях наших опытов она была в фазу выхода в трубку. Среди изучаемых вариантов на интенсивность гидролиза крахмала находящихся в почве растительных остатков наиболее заметное воздействие оказало совместное применение азотных удобрений и мизорина.

Прохождение фенологических фаз. Появление полных всходов у обработанных и необработанных семян во все годы исследований происходило равномерно. В течение вегетации растений сорго каких-либо отклонений в сроках наступления фенологических фаз по отдельным вариантам не наблюдалось.

Высота растений. Азотные удобрения и бактериальные препараты во все годы исследований положительно влияли на рост растений зернового сорго, что в первую очередь проявилось в изменении высоты растений. Начиная с фазы кущения, удобренные растения по высоте превышали контрольные на 4,2-4,4 см. К фазе созревания метелок различия между удобренными и контрольными вариантами составляли 10-11 см. При этом самые высокие растения (в среднем 128,4 см против 117,4 см на контроле), равно как и максимальные среднесуточные приросты их, отмечались при совместном использовании мизорина и минеральных азотных удобрений.

Прирост сухой надземной массы. Положительное влияние минеральных азотных удобрений и бактериальных препаратов на формирование надземной биомассы растений сорго проявилось уже в фазу кущения (табл.2). Так, в среднем за три года в этот срок определения на варианте N45 надземной биомассы было на 20% больше, чем на контроле, после обработки семян мизорином и флавобактерином - соответственно на 18 и 5% больше. При сочетании N45 и мизорина превышение надземной биомассы над контролем составило 59%.

К концу вегетации различия между контрольными и удобренными растениями сохранились.

Таблица 2. Прирост сухой биомассы, кг/га (среднее за 2007-2009 гг.)

Полученные нами данные показывают, что максимальная биомасса растений зернового сорго во все сроки определения формировалась на вариантах совместного применения минеральных и бактериальных удобрений.

Химический состав растений. Удобренные растения сорго лучше развивались и активнее использовали запасы питательных веществ почв. В силу данных обстоятельств содержание элементов питания в растениях повышалось. Так, в фазу кущения в надземной биомассе сорго, возделываемого на удобренных делянках, азота было на 8-11% больше, чем у контрольных растений. Такая тенденция проявилась во все годы исследований и сохранялась на протяжении всего вегетационного периода. К уборке сорго ее вегетативная масса на удобренных вариантах содержала азота на 5-6% больше, чем на контроле.

Содержание фосфора в растениях сорго в фазу кущения колебалось от 0,59 до 0,60%. К уборке в вегетативной массе данного элемента было в пределах 0,23-0,28%. Также как и азота, самое высокое содержание фосфора обнаруживалось в растениях, семена которых были обработаны бактериальными препаратами и высеяны на фоне азотных минеральных удобрений.

Неоднозначные данные были получены по содержанию калия в растениях сорго. В фазу кущения различия между разно удобренными вариантами по его содержанию не превышали 4-5%, т.е. были незначительными. В фазы выхода в трубку и выметывания удобренные растения сорго накапливали калия на 16-19% больше, чем на контроле и такая тенденция сохранялась до фазы полной спелости.

На поступление азота, фосфора и калия в растения оказывали влияние и погодные условия. Самое высокое содержание азота на всех вариантах опыта отмечалось в острозасушливом 2009 г., а минимальным оно было в среднезасушливом 2007 г. Фосфора, наоборот, больше всего находили в 2007 г., а минимальное его количество было во влажном 2008 г. Минимальное количество калия в период созревания урожая отмечено в 2007 г.

Потребление и вынос элементов питания. Потребление азота растениями сорго в фазу кущения колебалось от 3,1 кг/га на контроле до 5,6 кг/га на варианте N45 + мизорин и по мере развития растений оно нарастало (табл.3). К фазе полной спелости зерна разница между рассматриваемыми вариантами составила 33,0 кг/га азота.

Таблица 3. Потребление и вынос азота, фосфора, калия растениями сорго, кг/га

Вынос данного элемента при совместном использовании N45 + флавобактерин оказался несколько ниже (112,7 кг/га). Стоит отметить, что азотные удобрения в дозе 45 кг/га д. в. и бактериальные препараты на вынос азота повлияли практически одинаково.

Из представленных в таблице 3 данных также видно, что в структуре выноса азота на долю зерна данного элемента приходится примерно в 3-4 раза больше, чем на вегетативную массу.

Потребление фосфора растениями зернового сорго изменялось от 0,5-0,9 кг/га в фазу кущения до 22,6-32,1 кг/га в фазу полной спелости. Потребление и вынос фосфора максимальных значений достигал на вариантах, где мизорин и флавобактерин применяли совместно с азотными удобрениями. В структуре выноса фосфора на долю зерна приходится в 4-6 раз больше, чем на вегетативную массу.

Калия растения сорго выносили больше, чем фосфора, но меньше, чем азота. Его вынос самым высоким оказался при совместном применении азотных удобрений и препаратов ассоциативных диазотрофов.

Потребление азота зерновым сорго на 1 т зерна с соответствующим количеством побочной продукции на контроле составило 27,8 кг/т, фосфора - 7,0 кг/т, калия - 16,3 кг/т. Под влиянием изучаемых нами удобрений эти показатели увеличивались на 10-12%. Больше всего расходовалось элементов питания на единицу продукции при сочетании минеральных азотных удобрений и бактериальных препаратов.

Урожай зерна. В среднем за три года исследований урожай зерна сорго на неудобренном контроле составил 3,19 т/га (табл.4). При этом максимальный сбор был получен в среднезасушливом 2007 г., минимальный - в острозасушливом 2009 г. Применение азотных удобрений повышало урожай зерна, и максимальная прибавка была получена от N45 (0,48 т/га).

При средней обеспеченности почвы минеральным азотом увеличение дозы удобрений в широкорядных посевах до N90 не имело практического значения.

Таблица 4. Урожай зерна сорго, т/га

Посев семян, обработанных мизорином и флавобактерином на неудобренном фоне в среднем за три года, повысил урожай зерна на 0,28 и 0,25 т/га соответственно. Эти результаты позволяют заявить о равнозначном действии изучаемых препаратов на неудобренном фоне.

При совместном использовании минеральных азотных удобрений и мизорина выяснилось, что в подобных сочетаниях увеличение дозы азота свыше N45 также нецелесообразно. Посев на его фоне семян, обработанных мизорином, позволил получить максимальную прибавку в условиях наших экспериментов - 0,91 т/га в среднем за три года.

Совместное применение азотного удобрения и флавобактерина показало, что увеличение дозы азота свыше 45 кг/га д. в. экономически нецелесообразно: при внесении N45, N60 и N90 были получены практически одинаковые результаты.

Анализ структуры биологического урожая показал, что прибавки урожая получены в основном за счет увеличения числа побегов кущения со зрелыми метелками, озерненности метелок и повышения массы 1000 семян.

Питательная ценность зерна. Содержание белка в зерне сорго под влиянием удобрений повышалось на 0,2-0,5% (в абсолютных значениях). Лучшее влияние на этот показатель качества зерна оказали минеральные азотные удобрения, а также их сочетание с мизорином (табл.5).

Таблица 5. Питательная ценность зерна сорго, % на абсолютно сухое вещество (cреднее за 2007-2009 гг.)

Максимальный выход растительного белка с единицы площади составил 537 кг/га (N45 + мизорин), что на 135 кг/га больше контрольного варианта. Вариант N45 + флавобактерин позволил получить белка на 92 кг/га больше, чем на контроле.

Содержание в зерне сорго клетчатки, золы и жира под влиянием азотных удобрений, бактериальных препаратов и их сочетаний несколько снижалось.

Экономическая эффективность. С увеличением дозы азотных удобрений и повышением урожая стоимость валовой продукции возрастала. Но при этом росли и затраты (табл.6).

Расчеты показали, что при посеве необработанными семенами на разных агрохимических фонах максимальный условно-чистый доход получен на варианте N30 с уровнем рентабельности 159%.

Таблица 6. Экономическая эффективность применения минеральных и бактериальных удобрений на зерновом сорго, среднее за 2007-2009 годы (в ценах 2009 г.)

Примечание: стоимость 1 т зерна сорго - 3200 руб.

Препараты ассоциативных диазотрофов мизорин и флавобактерин обеспечили получение условно-чистого дохода соответственно 7554 руб. /га и 7490 руб. /га с уровнем рентабельности 213 и 211%. Это выше показателей, полученных от применения азотных удобрений в изучаемых дозах ввиду значительных различий в затратах на применение разных видов удобрительных средств.

Максимальная масса условно-чистого дохода в условиях наших экспериментов получена на варианте N45 + мизорин - 8085 руб. /га при уровне рентабельности 161%. Совместное использование азотных удобрений и флавобактерина по экономическим показателям уступило варианту с мизорином.

Минимальные затраты на получение 1 т зерна сорго были отмечены при использовании бактериальных удобрений (1023 и 1032 руб. /т). Ввиду высокой стоимости азотных удобрений затраты на 1 т продукции при их применении (как в чистом виде, так и в сочетании с биопрепаратами) резко возрастали (на 18-70% выше по отношению к вариантам с бактериальными удобрениями).

Выводы

При возделывании сорго на зерно в зоне южных черноземов Поволжья для получения урожая зерна 4,0 т/га рекомендуется:

на почвах со средним содержанием азота и фосфора вносить N45 и на этом фоне высевать семена, обработанные мизорином.

Список работ опубликованных по теме диссертации