CC BY
195
Application of biopreparations with mineral fertilizers raises efficiency of inoculation. Accumulation of biological nitrogen increased in a crop in 2 times.
Key word: Long-term grasses, mineral fertilizers, associative and symbiotic microorganisms, biopreparations, nitrogen fixation, seed inoculation.
УДК 631.872:631.417.1:631.427
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОПРЕПАРАТА БАРКОН
ДЛЯ ИНОКУЛИРОВАНИЯ СОЛОМЫ, ПРИМЕНЯЕМОЙ
В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ
И.В. РУСАКОВА, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
ВНИИ органических удобрений и торфа Россель-хозакадемии
Н.И. ВОРОБЬЕВ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии Рос-сельхозакадемии
E-mail: rusakova.iv@yandex.ru
Резюме. В лабораторном (инкубационном), вегетационном и полевом опытах изучали влияние обработки соломы различных культур (озимой пшеницы, ячменя и люпина) биопре-паратом-гумификатором Баркон на динамику процессов ее трансформации в дерново-подзолистой супесчаной почве и урожайность сельскохозяйственных культур. В инкубационном и полевом опытах установлено стимулирующее влияние биопрепарата на микробиологические процессы трансформации соломы: увеличение численности аммонифицирующих микроорганизмов - на 10...58 %, амилолитических - на 13...47 %, аэробных целлюлозоразлагающих - на 33.83 %, показателя суммарной биологической активности - в 1,3 раза, коэффициента гумификации соломы - на 52.66 %, содержания углерода, экстрагируемого горячей водой - на 13.15, микробной биомассы - на 115.130 мг/кг почвы. Рост численности гетеротрофной микрофлоры не сопровождается повышением суммарной эмиссии СО2, по сравнению с вариантом без Баркона, что может свидетельствовать о более активном включении органического углерода, внесенного в составе соломы в микробную биомассу и гумусовые вещества. Добавление минерального азота создает более благоприятные условия азотного питания для почвенной микробиоты, участвующей в разложении соломы и обеспечивает максимальные показатели численности протеолитических и амилолитических микроорганизмов - соответственно в
1,89-1,37 и 1,68 раза выше, чем при ее внесении с Барконом без добавок азота.
В вегетационном опыте инокулирование соломы Барконом способствовало устранению ее фитотоксичности. Прибавка надземной фитомассы ячменя, по отношению к аналогичным вариантам без биопрепарата, составила 12.13 % . Применение биопрепарата-гумификатора Баркон для обработки пожнивных остатков обеспечивает более эффективное использование нетоварной части урожая зерновых и зернобобовых культур (а также других отходов растениеводства) для оптимизации гумусного состояния пахотных почв. Ключевые слова: солома, биопрепарат, растительные остатки, гумификация, биологическое состояние, плодородие почв.
На сегодняшний день агроэкологическая целесообразность и высокая экономическая эффективность использования в качестве удобрения побочной продукции растениеводства, основную часть которой составляет солома зерновых и зернобобовых культур, установлена научными исследованиями и подтверждена практическим опытом [1...7]. Ценность соломы, как удобрения, обусловлена прежде всего высоким содержанием
органических соединений (80.86 %), представленных моно- и полисахаридами, декстринами, белками, лигнином и др., которые при поступлении в почву подвергаются микробиологической трансформации, становятся участниками всех этапов процесса гумификации и служат основой для формирования различных гумусовых веществ. В естественных условиях большая часть органических веществ соломы минерализуется до конечных продуктов (СО2 и Н2О) и лишь 10.20 % преобразуется в гумус или накапливается и сохраняется в почве в форме устойчивых к разложению соединений. В связи с этим возможности накопления гумуса за счет соломы весьма ограничены. По нашим экспериментальным данным, полученным в длительном полевом опыте, при использовании 18 т/га соломы за 2 ротации 5-польного зернопропашного севооборота содержание гумуса в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы увеличилось, по сравнению с исходным, всего на 0,06.0,07 %, или на 10 % (относительных) [8]. Близкие значения коэффициентов ее гумификации получены и другими исследователями [2,9.11]. Для более рационального использования соломы как дополнительного ресурса органического вещества необходима разработка способов повышения ее эффективности в отношении оптимизации гумусного состояния пахотных почв.
Величина коэффициентов гумификации в значительной степени определяется структурой и активностью комплекса почвенных гетеротрофных микроорганизмов, принимающих участие в разложении органического вещества [12]. В связи с этим один из перспективных приемов повышения коэффициента гумификации послеуборочных растительных остатков, используемых в качестве удобрений, - инокуляция их микробиологическими препаратами. Это позволяет регулировать состав и численность микробного комплекса, конструировать почвенные фитомикробные системы в направлении ускорения разложения фитомассы, обеспечения воспроизводства почвенного плодородия, высокой и устойчивой продуктивности растений при минимальных ресурсо- и энергозатратах [13, 14].
Биопрепарат-гумификатор Баркон, разаработан-ный во ВНИИСХМ, содержит комплекс эффективных микроорганизмов, осуществляющих деструкцию целлюлозно-лигниновых комплексов в растительной биомассе и последующую трансформацию их в гумусоподобные и гумусовые вещества [15]. Его применение позволяет создать высокую концентрацию полезных форм микроорганизмов (более 100 млрд клеток на 1 г субстрата), которые могут успешно конкурировать с аборигенной микрофлорой почвы,
занимая соответствующие экологические ниши. При обработке соломы (стерни) этим биопрепаратом микроорганизмы, участвующие в ее трансформации, образуют гумификационную трофическую цепь (эффект информационной трансмиссии от биопрепарата к почвенной микрофлоре). При этом обеспечивается более эффективное включение растительных остатков в гумусообразовательные процессы.
Цель нашей работы - изучить влияние инокулиро-вания биопрепаратом Баркон на процессы минерализации-гумификации соломы и урожайность сельскохозяйственных культур.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в двух опытах (инкубационном и вегетационном) в условиях лаборатории, а также в полевом эксперименте на опытном поле ВНИИОУ на дерновоподзолистой супесчаной почве. Инкубационный опыт поставлен в сосудах, вмещающих 4 кг воздушно-сухой почвы, в контролируемых условиях температуры ^=18.22 оС) и влажности почвы (60 % ПВ) в течение 300 суток. Схема опыта включала следующие варианты: почва (П); П + солома (С); П + С + Баркон (Б); П + С + Б + Nаа (аммиачная селитра из расчета 10 кг N на 1 т соломы). Солому вносили из расчета 10 т/га. Повторность опыта 3-хкратная.
Через 14, 30, 60, 90, 120, 180 и 300 суток после внесения соломы отбирали почвенные пробы, в которых определяли численность физиологических групп микроорганизмов (ФГМ) методом посева почвенной суспензии в соответствующих разведениях на питательные среды; углерод микробной биомассы (Смб) - методом регидратации - экстракции [16]; содержание легко разлагаемого органического углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв) - по методике Шульц-Кершенса [17]; содержание органического углерода (Сорг) - методом Тюрина в модификации Никитина со спектрофотометрическим окончанием по Орлову-Гриндель. Учет минерализационных потерь углерода (С-СО2) из почвы сосудов с использованием абсорбционного метода проводили в течение первых 30 суток ежедневно, затем интервал между замерами составлял 2 суток, а начиная с 83 дня - 5 суток.
В вегетационном опыте проводили сравнительное изучение влияния соломы озимой пшеницы (СОП), ячменя (СЯ) и люпина (СЛ) с инокуляцией Барконом и без, на формирование надземной и корневой биомассы ячменя. Схема опыта: почва (П) - контроль; П+СОП; П+СОП+Баркон (Б); П+СЛ; П+СЛ+Б; П+СЯ; П+СЯ+Б. Учет биомассы растений проводили через 42 суток после появления всходов: надземную часть срезали, корни отмывали декантацией на сите 0,5 мм, высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали. Доза соломы из расчета 5 т/га. Повторность опыта пятикратная.
Перед внесением в почву солому всех используемых в опытах культур измельчали до размеров 1.1,5 см, инокулировали Барконом (из расчета 100 мл препарата на 1 кг соломы) и компостировали в течение 3-х недель при влажности 60 % и температуре 22.24 ° С.
В вариантах без биопрепарата вносили солому, прокомпостированную с Н2О в аналогичных условиях.
Испытания эффективности биодеструктора Баркон в полевом опыте проводили в 2006.2009 гг
Испытания эффективности биодеструктора Баркон проводили в 2006-2009 гг. в полевом эксперименте на дерново-подзолистой супесчаной почве на опытном поле ВНИИ органических удобрений в зернопропашном севообороте: озимая пшеница - люпин - кар-
тофель - ячмень - однолетние травы (люпин+овес). Схему опыта включала следующие варианты: без удобрений; солома+NPK; солома+NPK+Баркон; солома; солома+Баркон. Солому (озимой пшеницы - под люпин, ячменя - под однолетние травы) измельчали во время уборки зерна комбайном Сампо-500 с измельчителем. Затем стерню и равномерно распределенную по поверхности почвы солому обрабатывали биопрепаратом при помощи ручного опрыскивателя согласно схеме опыта из расчета 500 л рабочего раствора на 1 га и заделывали в верхний слой почвы с использованием БДТ-3, через 3.4 недели проводили вспашку. Минеральные удобрения (N30P60K60 под люпин, N60P45K45 под травы) вносили весной под предпосевную культивацию.
Графики и гистограммы построены с использованием компьютерной программы Excel. В тексте статьи, таблице и на графиках приведены средние значения.
Результаты и обсуждение. В нашем эксперименте уже после 3-недельной инкубации (компостирования) образцов соломы, инокулированной Барконом, наблюдались ярко выраженные морфологические признаки микробной трансформации: темная окраска, потеря тканями первоначального анатомического строения. В целом можно сказать, что она выглядела более «гумифицированной», по сравнению с соломой, компостировавшейся с водой (рис. 1).
Рис. 1. Вид соломы после инкубирования: а) без Баркона. б) с Барконом.
Стимулирующее действие биопрепарата на микробиологические процессы разложения соломы проявились в увеличении численности аммонифицирующих микроорганизмов, по сравнению с вариантом без Баркона, в разные сроки на 10.58 % и амилолитических
- на 13.47 % (рис. 2а, б). Влияние инокулирования соломы Барконом на динамику микроорганизмов на среде Гетчинсона было заметным на более поздних стадиях разложения, в период между 180 и 3QQ сутками. В эти сроки в варианте П+С+Б отмечена в 1,33.1,83 раза более высокая численность аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов, по сравнению с вариантом без использования Баркона (рис. 2 в). Для соломы злаковых культур характерно низкое содержание азотистых соединений и широкое соотношением &N, поэтому добавление минерального азота создало более благоприятные условия азотного питания для почвенной микробиоты, участвующей в разложении соломы. Наибольшей численностью микроорганизмов, участвующих в превращениях азота, почва в этом варианте характеризовалась в первые сроки наблюдений (14 и 30 сут.). Так, численность протеолитических микроорганизмов, растущих на МПА, была выше, чем при внесении соломы ячменя только с Барконом, в 1,89-1,37 (на 14 и 30 сутки), амилолитических на КАА - в 1,68 раза (на 14 сутки). В последующие сроки отбора почвенных проб, начиная с 60 суток, из-за быстрой биологической иммобилизации минерального азота влияние его добавки в отношении аммонифицирую-
щих и амилолитических микроорганизмов заметно снизилось, и различия по вариантам нивелировались. Стимулирующее действие добавок минерального азота на рост целлюлозолагающей микрофлоры наиболее заметно проявилось в период с 30 по 120 сутки.
. Динамика кумулятивной эмиссии С-СО2 при компостировании соломы в дерново-подзолистой почве —•— П; ■ — П+С;— П+С+Б— П+С+Б+Ы.
звавшее активизацию роста численности сапрофитной микрофлоры, сопровождалось также увеличением содержания микробной биомассы (Смб) и углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв), соответственно - на 115.130 и 13.15 мг/кг почвы, по сравнению с вариантом без Баркона (табл. 1).
Учет накопления биомассы ячменя в вегетационном опыте показал, что при внесении СОП, не инокулиро-ваннной биопрепаратом, отмечена тенденция снижения надземной и корневой биомассы, по сравнению с контролем. Этот эффект может быть обусловлен образованием и накоплением на первых стадиях разложения соломы органических соединений, токсичных для высших растений и депрессирующих их рост и развитие.
Таблица 1. Влияние биопрепарата Баркон на содержание Сорг, Сэгв и Смб почве в конце инкубационного опыта 1.
Рис. 2. Динамика численности аммонифицирующих (а), амилолитических(б), целлюлозоразлагающих(в) микроорганизмов в дерново-подзолистой почве. □ - П; □ - П+С; ЕЗ -П+С+Б; Ш — П+С+Б+Ы.
Несмотря на существенно более высокую численность почвенной гетеротрофной микрофлоры в вариантах с Барконом, в инкубационном опыте не зафиксировано увеличения размеров суммарной эмиссии СО2, по сравнению с вариантом без препарата. Напротив, в первые 3.26 суток компостирования отмечена тенденция более низкого (на 7,1.11,6 %) выделения углекислого газа из почвы при внесении соломы, предварительно обработанной Барконом, что свидетельствует о меньших минерализационных потерях органического углерода и активизации его включения в микробную биомассу и гумусовые вещества, то есть о более интенсивно протекающей гумификации органического вещества соломы. В целом за 206 дней размеры суммарной эмиссии С-СО2 во всех вариантах с соломой оказались близки и составили (за вычетом контроля): П+С - 40,8; П+С+Б - 43,6; П+С+Б+Nаа - 44,7 мг С-СО2 на 100 г почвы, или 30,6; 32,7 и 33,5 % (соответственно) от количества углерода, поступившего с соломой (рис. 3).
Обработка соломы ячменя биопрепаратом оказала положительное влияние на содержание в почве органического углерода. Так, количество Сорг к концу компостирования в вариантах П+С+Б и П+С+Б+Nаа было существенно выше, чем в контроле. Предварительное компостирование с Барконом обеспечило увеличение коэффициента гумификации соломы, по сравнению с вариантом, где ее использовали без обработки биопрепаратом, на 52 %, а в случае добавления аммиачной селитры - на 66 %. Внесение в дерново-подзолистую почву инокулированной биопрепаратом соломы, вы-
Вариант С , % орг Коэффициент гумификации соломы С эгв С „ мб
Почва (контроль) 0,694 - 142 200
П+С 0,723 0,207 167 250
П+С+Б 0,738 0,314 182 365
П+С+Б+Nаа 0,742 0,343 180 380
Инокулирование соломы биопрепаратом Баркон способствовало устранению фитотоксичности соломы. Так, в варианте СОП+Б прибавка надземной фитомассы ячменя, по отношению к аналогичным вариантам без биопрепарата, составила 12 %,СЛ+Б - 0,4, СЯ+Б - 13%. Совместное применение Баркона с соломой озимой пшеницы способствовало увеличению соотношения надземной и корневой биомассы - с 2,44 до 2,86, с соломой люпина - с 2,74 до 3,29, с соломой ячменя - с 2,84 до 3,45.
В результате исследований, проведенных в полевом опыте, установлено, что обработка биопрепаратом Баркон соломы озимой пшеницы (под люпин) и соломы ячменя (под однолетние травы) способствовала увеличению биологической активности почвы в 1,3 раза, содержания легкоразлагаемых форм органического вещества (Сэгв) - в 1,2, микробной биомассы - в 1,2 раза, снижению пораженности люпина антракнозом
- на 17.20 %, повышению урожайности люпина - на 10.13 %, сена однолетних трав (люпино-овсяная смесь) - на 8.13 % (табл. 2).
Выводы. Таким образом, использование биопре-парата-гумификатора Баркон для инокулирования соломы перед внесением ее в почву в качестве удобрения стимулирует рост численности почвенной сапрофитной микробиоты и содержания микробной биомассы без увеличения размеров эмиссии С-СО2, способствует трансформации соломы в направлении активизации гумификационных процессов, увеличивает коэффициент ее гумификации на 52.66 %, повышает содержание
в почве общего органического Таблица 2. Показатели эффективности использования биопрепарата
(Сорг) - на 6...7 % и легкораз-лагаемого углерода (Сэгв) - на 27...28 %. Обработка соломы Барконом устраняет фитотоксический (депрессирущий) эффект при ее использовании в качестве удобрения, положительно влияет на рост и развитие растений.
Применение биопрепарата Баркон для регулирования гумификации клетчатку- и лигнинсодержащей фитомассы позволит в перспекти- зерновых и зернобобовых культур (а также других от-
ве обепечить условия более эффективного использо- ходов растениеводства) для оптимизации гумусного
вания пожнивных остатков и нетоварной части урожая состояния пахотных почв.
Литература.
1. Алиева Е.И. К вопросу о влиянии растений и удобрений на баланс органического вещества и питательных элементов в почве//Задачи комплексного обслуживания колхозов и совхозов. М., 1974. - С.38-39.
2. Визла Р.Р., Винкалне М.Р. Изучение длительного применения соломы в качестве удобрения // Бюллетень ВНИИ удобрений и агропочвоведения. - М., 1984. - № 65. - с.89-94.
3. Колсанов Г.В. Солома как удобрение в зернопропашном севообороте на черноземе лесостепи Поволжья //Агрохимия. - 2006. - № 5. - С.30-40.
4. Коновалов Н.Д., Коновалов С.Н. Побочная продукция урожая как источник восполнения плодородия черноземов Тамбовской области //Агрохимия. - 2007. - № 8. - С.5-10.
5. Кулинский Н.А., Русакова И.В., Новиков М.Н. Биологизированная система земледелия в Нечерноземной зоне//Земледелие. - 2006. - № 4. - С.8-9.
6. Чуян Н.А., Масютенко Н.П., Еремина Р. Ф. Влияние внесения навоза и растительных остатков на плодородие чернозема и продуктивность зернопропашного севооборота в условиях лесостепи ЦЧЗ // Агрохимия. - 2008. - № 9. - С.29-36.
7. Кольбе Г., Штумпе Г. Солома как удобрение. - М.: Колос, 1972. - 88 с.
8. Русакова И.В. Содержание и качественный состав гумуса дерново-подзолистой супесчаной почвы при длительном применении соломы зерновых и зернобобовых культур//Агрохимия. - 2009. - № 1. - С. 11-17.
9. Алиева Е.И. Итоги восьмилетнего использования соломы как удобрения на дерново-подзолистых почвах//Использование соломы как органического удобрения. М.: Наука, 1980. - С.178-187.
10. Asmus F., Volker U. Einflub von Strohdungung auf Ertrag und Bodeneigenschaften in Fruchtfolgen mit unterschiedlichem Getreideanteil//Arch. Acker - u. Pflanzenbau u. Bodenkd. Berlin, 1984. - B. 28. - H.7. - Р. 411-417.
11. Черепанов Г.Г. Роль послеуборочных остатков в почвозащитном земледелии: Обзорная информ./ВНИИТЭИагропром. М., 1991. - 52 с.
12. Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М., Доросинский Л.М. и др. Биологические основы плодородия почвы. - М.: Ко-лос,1984. - 287 с.
13. ЗавалинА.А. Использование биопрепаратов при биологизацииземледелия//Сб. докл. Междунар. науч.- практ. конф. «Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия». - Владимир.: ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. - С. 21-26.
14. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Кипрушкина Е.Н. Эффективность применения препарата экстрасол. - М.: Изд. ВНИИА, 2007. - 216 с.
15. Научные основы и практические рекомендации по использованию биоудобрений из отходов животноводства для биологического земледелия /ред. И.А. Архипченко. - ГНУ ВНИИСХМ. - Спб, 2005. - 44 с.
16. Благодатский С.А., Благодатская Е.В., Горбенко А.Ю., Паников Н.С. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве//Почвоведение. - 1987. - № 4. - С. 64-71.
17. Шульц Е., Деллер Б., Хофман Г. Метод определения углерода и азота, экстрагируемых горячей водой//Методы исследований органического вещества почв. - М.: РАСХН-ВНИПТИОУ, 2005. - С. 230-241.
USE BIOPREPARATION BARKON FOR INOCULATION OF STRAW, APPLICABLE AS FERTILIZERS
I.V. Rusakova, N.I. Vorobyev
Summary. In the laboratory (incubative), vegetal and field experiences were studied the influence of treatment the straw of different cultures (winter wheat, barley and lupine) by the biological preparation Barkon on the dynamics of the processes of its transformation in the soddy-podzolic sandy loam soil, the productivity of agricultural crops. In the incubative and field experiences is established the stimulating influence of the biological preparation on the microbiological processes of the transformation of the straw: an increase in the number of ammonifying microorganisms - to 10-58%, amylolytic - by 13-47%, aerobic microorganisms, which destroy cellulose tissue - to 33- 83%, the index of summary biological activity - into 1, 3 times, the coefficient of the humification of straw - to 52- 66%, the carbon content extracted by hot water - to 13-15, microbial biomass - on 115-130 mg/kg. The increase in the number of heterotrophic microflora was not accompanied by an increase in the summary emission CO2 in comparison with the version without Barkon, which can testify about the more active inclusion of organic carbon, introduced in the composition of straw into the microbial biomass and the humus substances. The addition of mineral nitrogen created the more favorable conditions of nitric nourishment for the soil microbiota, which participates in the decomposition of straw and ensured the maximum indices number of proteolytic and amylolytic microorganisms -respectively into 1,89-1,37 and 1,68 times higher than with the introduction of the straw of barley Barkon without the additions of nitrogen. In the vegetal experience Barkon inoculation of straw contributed to the elimination of its phytotoxicity. Thus, with the introduction into the soil of the straw, inoculated of Barkon the addition of the overground phytomass of barley composed 12- 13% with respect to the analogous versions without the biological preparation. The application of the biological preparation -gumifikator Barkon for treating the after-harvest remainders will make it possible to provide the condition for the more effective use of a noncommodity part of the harvest of cereal and leguminous crops (and also other withdrawals of plant growing) for the optimization of the humus state of arable soils. Key words: straw, biopreparation, vegetable remainder, humification, biological condition, fertility of soils.
Баркон
Показатель Без удобрений Солома+ NPK Солома+ Баркон+NPK Солома Солома+ Баркон
Суммарная БА, % 1GG 174 223 122 149
Сэгв, мг/кг почвы 148 2G5 242 165 188
Смб, мг/кг почвы 289 372 439 333 386
Урожайность люпина (зерно), ц/га 8,3 1G,3 11,3 6,8 7,7
Урожайность однолетних трав (сено), ц/га 45 68 73 38 43
Пораженность люпина антракнозом, % 15 25 2G 3G 25
