Отзывчивость агробиоценозов сельскохозяйственных культур на применение новых составов удобрений

Размещено на http://allbest.ru

Костромская государственная сельскохозяйственная академия

Отзывчивость агробиоценозов сельскохозяйственных культур на применение новых составов удобрений

Виноградова В.С., Козина А.А., Проценко Е.А., Новожилов И.С.

Аннотация

Представлены результаты лабораторных и полевых исследований по изучению влияния новых составов биокомплексов на биологическую активность почвы, динамику физиолого-биохимических процессов растений яровой пшеницы, продуктивность и качество хозяйственно-полезной продукции и урожайность других сельскохозяйственных культур.

Применение биокомплексов в сочетании с минеральными удобрениями и некорневыми подкормками позволит повысить численность физиологически ценной почвенной микрофлоры, продуктивность фотосинтеза растений, урожайность зерна яровой пшеницы на 15,8-24,9 % и улучшить аминокислотный состав белков зерновой продукции; собрать дополнительно клубней картофеля больше на 21%, яровых зерновых - на 21-29,5 % и озимой тритикале на 20,01%.

Ключевые слова: биокомплексы, микрофлора, физиологическая активность растений, урожайность, аминокислоты

Введение

Современный агрокомплекс идет по пути активного развития. Природоподобные технологии ложатся в основу производства хозяйственно-полезной продукции растениеводства. Однако агротехнологические процессы должны быть обеспечены не только «умными», оснащенными программным продуктом машинами и агрегатами, но и средствами регулирования состояния агроэкосистемы. От входящих компонентов, качества и спектра действия последних зависят агрохимический, агрофизический и биологический состав почвы, фитосанитарное состояние посевов, уровень продукционного процесса сельскохозяйственных культур и ценность полученной товарной продукции [1-4]. Ученые отмечают, что на протяжении последних 20 лет наметились негативные тенденции снижения почвенного плодородия в Костромской области. Для коренного улучшения кислотного режима пахотных почв необходимо восстанавливать известкование, а также увеличивать объемы применения удобрений, в том числе и органических [5].

Цель исследований - изучить динамику численности почвенной микрофлоры, физиологическую активность растений, продуктивность яровой пшеницы и урожайность сельскохозяйственных культур при использовании в технологии возделывания новых составов гранулированных удобрительных биокомплексов.

Материалы и методы

С помощью метода математического моделирования специалистами ООО «Буйский химический завод» совместно с учеными и практиками была разработана аддитивная технология производства и способов применения современных многокомпонентных удобрительных биокомплексов. На основе сырья природного происхождения были получены суградиентные удобрения, обладающие не только трофической, но и защитной и фитогормональной регуляцией. Это не простые смеси, а агрохимически, агрофизически и биологически обоснованные и математически просчитанные составы, в которые включены торф, минеральные соли макро- и хелаты микроэлементов, бактериальный комплекс и растительные экстракты. Гранулированный биокомплекс содержит: N₁₀P₇K₈Mg_1,7 S_4,34 Cгум_2,4 Cu_0,1 Zn_0,4 Fe_0,06 Mn_0,08 B_0,1 Mo_0,06; бакпрепараты (азотовит, фосфатовит, бисолбифит по 300г/т); концентрированные экстракты лекарственных трав: календулы, люцерны, гороха, тысячелистника, ромашки, чеснока и лука (30 мл/т). Полевые опыты проводили в условиях опытного поля КГСХА в 2014-2017 гг. на дерново-подзолистых среднесуглинистых слабокислых (рН 5,5) почвах с содержанием гумуса 2,0-2,1 %, подвижного фосфора - 210-240 мг/кг, калия - 160-185 мг/кг.

Схема опыта:

1. Контроль N₆₀P₃₀K₆₀-Фон;

2. Фон+Биокомплекс 200 кг/га;

3. Фон+Биокомплекс 200 кг/га+Акварин №5 3кг/га (в фазу кущения).

Площадь учетной делянки - 20 м², повторность четырехкратная. Дозу гранулированного биокомплекса из расчета 200 кг/га вносили при посеве в рядок. Некорневую подкормку водорастворимым удобрением Акварин 5 (3 кг/га) проводили в фазу кущения (картофель - в фазу интенсивного роста), опрыскивая посевы (использовали ранцевый опрыскиватель) с нормой расхода рабочего раствора 200 л/га. Агрометеорологические условия 2014 года были наиболее благоприятными и соответствовали среднемноголетним показателям как по температуре, так и по количеству осадков. 2015 и 2017 г.г. характеризовались дождливой и достаточно тёплой погодой.

Обильное количество осадков в 2015 г. наблюдалось в 3 декаде июля и составляло 55,4 мм, что превышало среднемноголетнее значение в 2 раза, в 2017 г. во второй и третьей декаде мая и второй декаде июня составило 42-52 мм. За 2016 год наибольшее количество осадков наблюдали в 1 декаде мая (108,5 мм), что в 5 раз превышало среднемноголетние значения. Однако во 2 и 3 декадах осадки были ниже среднемноголетних показателей на 8-12 мм. Температура в 2014-2017 г.г. была близка к среднемноголетнему значению и составляла 17,62°С с отклонениями ± 1-3 °С.

Для изучения причинно-следственных связей отзывчивости растений яровой пшеницы сорта Дарья на применение в технологии их выращивания многокомпонентных биокомплексов в условиях лабораторных и полевых (по Б.А. Доспехову, 2011) [6] опытов были использованы методы: физиолого-биохимические по Сапожникову, Мюллеру (2012) [7]; микробиологические (Й.Сэги, 1989) [8] и статистические (пакет прикладных программ Microsoft Office). сельскохозяйственный минеральный удобрение

Результаты исследований

За последние годы возросла комплексная антропогенная нагрузка на агроэкосистемы. С одной стороны, стремление человека совершенствовать технологии в земледелии с целью получения высокого урожая и качества продукции, а с другой - глобальное загрязнение окружающей среды не могут не влиять на формирование урожая [8].

Продукционный процесс растений происходит в сложнейших экологических и почвенно-климатических условиях. Миграция конструктивных и энергетических соединений в растительном организме достаточно сложна и зависит от огромного количества факторов, складывающихся в системе «почва-микроорганизмы-растения». Микроорганизмы являются продуцентами различных ферментов, витаминов, гормоноподобных соединений, антибиотиков.

С одной стороны, это стимулирует рост растений, с другой, - препятствует развитию фитопатогенной микрофлоры. Кроме того, микробный мир обеспечивает движение круговорота веществ. Высокая микробиологическая активность почвы поддерживается за счет органических остатков растительного и животного происхождения, удобрений и препаратов, вносимых в почву [9].

Применение в опытах минеральных удобрений влияло на численность и структуру почвенной микрофлоры со смещением в сторону грибов, что часто сопровождается увеличением содержания токсинообразующих видов. Внесение в почву в составе биокомплексов физиологически ценных групп бактерий позволило изменить соотношение в численности микроорганизмов в сторону их преобладания.

Количество КОЕ аммонифицирующих бактерий увеличилось в 1,6-2,0 раза; азотфиксирующих - в 2,4-3,06; активность бактерий, трансформирующих органо- и минералофосфаты в доступную для растений форму возросла более, чем в 5,6 раз и перед уборкой составляла 645-715 тыс./г.

В почве этих вариантов значительно повысилась интенсивность дыхания (до 0,283-0,271 мг СО₂/г/сут., что на 0,081-0,069 мг выше контроля) и разложения целлюлозы (на 3,0-3,8 %) (табл. 1).

Используя продуцируемые почвенными микроорганизмами биологически активные вещества, растения, контролируют свое развитие в онтогенезе. Как указывает Ф.М. Куперман [10], в развитии побег пшеницы проходит двенадцать этапов органогенеза.

Таблица 1. Биологическая активность почвы в полевом опыте, яровая пшеница, сорт Дарья

Первый и второй обеспечивают образование вегетативных органов, с третьего по девятый происходит формирование всех органов соцветия и цветка, оплодотворение, а с девятого по двенадцатый - период созревания зерна [11].

Без образования соответствующих морфоструктур с характерными для них физиологическими функциями и качественно новыми превращениями веществ нормальный ход онтогенетических процессов задерживается и зачастую прекращается.

Оценка состояния растений по активности физиологических процессов позволила установить положительное влияние применения удобрений. Припосевное внесение биокомплексов и некорневая подкормка посевов способствовали интенсификации физиологических процессов растений (табл. 2).

Таблица 2. Физиолого-биохимические показатели растений яровой пшеницы, сорт Дарья

1 - кущение, 2 - колошение, 3 - молочная спелость

Интенсивность фотосинтеза растений пшеницы в опытных вариантах значительно увеличивалась в фазу колошения и составляла 0,34-0,32 мг СО₂/м² час, что более чем в два раза выше контрольных показателей. Поскольку в этот период идет формирование микроспор, то можно предположить, что у растений контрольного варианта процесс микроспорогенеза отставал.

Данное обстоятельство подтверждается результатами фенологических наблюдений, которые показали, что массовый переход в фазу колошения у растений контрольного варианта был на 2 дня позже. При высокой интенсивности дыхания растений в фазу кущения (4,2; 1,4 и 2,5 мг СО₂/г в час) наблюдали снижение продуктивности фотосинтеза до 0,7; 1,2; 1,1 мг/дм², соответственно, по вариантам.

В полевых условиях продуктивность фотосинтеза постепенно нарастала от начала развития растений до их перехода к репродукции, а затем снижалась. Эта закономерность отмечена у растений пшеницы во всех вариантах. Однако показатели продуктивности фотосинтеза посевов с внесением биокомплекса и некорневой подкормкой были значительно выше контрольных цифр и колебались от 1,1 до 1,7 мг С/дм² против 0,7-1,2 мг. Выявление коррелятивных связей между содержанием хлорофилла в фотосинтезирующих органах и зерновой продуктивностью пшеницы показало, что наиболее высокий коэффициент корреляции наблюдался между урожаем зерна и средним содержанием хлорофилла у пшеницы в варианте с применением биокомплекса и некорневой подкормкой Акварином (r = +0,71). Зависимость урожая зерна от продуктивности фотосинтеза аппроксимирована степенной функцией с точностью до 86%. Проведенные исследования показали, что наибольший эффект в повышении урожая зерна и содержания в нем белка можно достичь при таком способе применения удобрений, когда предпосевное внесение сочетается с подкормками в период вегетации. При этих условиях обеспечивается бесперебойное снабжение растений макро- и микроэлементами, активизируются физиологические процессы растений, повышается их продуктивность. Прибавка урожайности зерна в этом варианте составила 1,15 т/га (табл. 3).

Таблица 3. Урожайность и качественные показатели зерна яровой пшеницы, сорт Дарья (2015-2016 г.г.)

Применение биокомплекса в дозе 200 кг/га также обеспечило получение достоверно высоких показателей урожайности зерна: 5,35 т/га против 4,62 т/га контрольных. На удобренных биокомплексами вариантах опыта получили зерно с большим накоплением клейковины: 27-29 %. Это влияет на хлебопекарные качества муки и объемный выход хлеба. При этом еще более важным является накопление в продукции незаменимых аминокислот. Они необходимы для всех животных и человека, поскольку служат источником образования белков, гормонов, ферментов и других биологически активных веществ (табл. 4).

Таблица 4. Содержание незаменимых аминокислот в белках зерна яровой пшеницы, сорт Дарья, %

Зерно пшеницы отличается низкими показателями по содержанию лизина (3-5 %). Однако дополнительная обработка посева в фазу кущения Акварином, содержащим макро- и микроэлементы, и высокая биологическая активность почвенной микрофлоры, в том числе и внесенная с биокомплексами, позволили повысить накопление этой важной аминокислоты до 2,3%, что на 0,9% выше контрольных цифр. На 0,4% увеличилось содержание триптофана, что можно связать с повышением солерастворимой фракции (альбумины-глобулины), которая больше содержит триптофана, чем глютеин и особенно глиадин.

В целом более высокое содержание незаменимых аминокислот в белках хозяйственно-полезной продукции пшеницы связывают с активной деятельностью системы почва-микроорганизмы-растения. Сообщество почвенных микроорганизмов представляет собой небольшую по массе, но весьма значительную по «работе» составную часть биогеоценоза, которая является главным участником процесса биохимического круговорота веществ и энергии, обеспечивающим устойчивое продуктивное функционирование агроэкосистем [10, 12].

Применение биокомплексов в четырехпольном севообороте позволило получить существенную прибавку урожая клубней картофеля (4,1-6,1 т/га относительно контроля 19,3 т/га); зерна яровых культур - от 0,28 до 0,86 т/га, озимой тритикале - на 0,20-0,37 т/га. Длительное применение минеральных удобрений значительно (на 18-25 %) снижало урожайность не только картофеля, но и на 12-24 % зерновых культур (табл. 5).

Таблица 5. Влияние биокомплексов на урожайность сельскохозяйственных культур, т/га (2014-2017 г.г).

Заключение

Таким образом, на интенсивность и направленность микробиологических процессов почвы, физиологическую активность растений и продуктивность сельскохозяйственных культур оказывают влияние многие природные и антропогенные факторы. Одним из таких факторов, который может довольно успешно и эффективно использоваться для регулирования этих процессов, является дополнительное обогащение пахотного слоя органическим веществом, ценными видами бактерий и питательными элементами в виде многокомпонентных гранулированных удобрений.

Совместное применение нового состава гранулированного биокомплекса в дозе 200 кг/га и водорастворимого удобрения Акварин №5 (3кг/га) на фоне N₆₀P₃₀K₆₀ способствовало повышению биологической активности почвы; интенсификации физиологических процессов растений яровой пшеницы; повышению биологической урожайности зерна до 5,77 т/га против 4,62 т/га на контроле, клейковины на 2,08% и улучшению аминокислотного состава белков хозяйственно-полезной продукции. В четырехпольном севообороте продуктивность сельскохозяйственных культур увеличилась на 4,1-6,1 т/га у картофеля (при контрольных 19,3т/га); до 2,67-2,92 т/га яровых зерновых и на 0,20-0,37 т/га зерна озимой тритикале против 1,57 т на контроле.

Список использованных источников

1. Фадькин Г.Н., Виноградов Д.В., Щур А.В., Гогмачадзе Г.Д. Миграция азота в системе «удобрение - почва - растение» под влиянием длительного применения удобрений // АгроЭкоИнфо. - 2015, №4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/4/st_15.doc.

2. Безуглов В.Г., Гогмачадзе Г.Д. Минеральные удобрения и свойства почвы // АгроЭкоИнфо. - 2009, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2009/2/st_12.doc.

3. Ильинский А.В. Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. К вопросу повышения эффективности проведения работ по реабилитации техногенно загрязнённых земель с помощью внедрения современной системы комплексного контроля // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_320.doc.

4. Щур А.В., Валько В.П., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Агроэкологическое воздействие многоукосных бобово-злаковых смесей с подсевом райграса однолетнего на накопление органических остатков, содержание в них азота и структуру почвы // АгроЭкоИнфо. - 2016, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/2/st_208.doc.

5. Плотников А.А., Лучник Н.А. Применение средств химизации и динамика почвенного плодородия в Костромской области // Агрохимический вестник. - 2015, №3. - С. 12-15.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. С основами статистической обработки результатов исследований: учеб. пособие. - М.: Колос. -1989. - 336 с.

7. Виноградова В.С., Смирнова Ю.В. Практикум по физиологии и биохимии растений. - Кострома: КГСХА. - 2012. - 107 с.

8. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. - М.: Колос. - 1983. - 135 с.

9. Сычев В.Г., Шафран С.А. Агрохимические свойства почв и эффективность минеральных удобрений. - М.: ВНИИА. - 2013. - 296 с.

10. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений. - М.: Высшая школа. - 1977. - 288 с.

11. Матаруева И.А. Об оценке микробиологической активности дерново-подзолистых почв // Почвоведение. - 1998, №1. - С. 78-87.

12. Русакова И.В. Об оптимизации биологического состояния дерново-подзолистой почвы. - М.: Плодородие. - 2006, №2. - С. 29-30.

Размещено на Allbest.ru