CC BY
14
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.108 Чевердин А.Ю.
1ORCID: 0000-0003-2621-0957, аспирант, Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-черноземной полосы им.В.В. Докучаева ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДИАЗОТРОФНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ПОСЕВАХ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ
Аннотация
Приведены результаты исследований по влиянию диазотрофных микробных препаратов на продуктивность ярового ячменя в условиях юго-востока Центрального Черноземья. Препараты использовались для предпосевной инокуляции семян и в период вегетации. Почва опытного участка чернозем обыкновенный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый. Проведенные исследования выявили достаточно высокую эффективность микробных препаратов на всех этапах роста и развития культурных растений. Под их воздействием отмечено изменение обеспеченности элементами минерального питания. Диазотрофы проявили ярко выраженный фосфатмобилизирующий эффект. Оказывая положительное влияние на ростовые процессы диазотрофы способствовали росту зерновой продуктивности до 4,6 ц/га. Предпосевная инокуляция семян яровых культур в условиях Центрального - Черноземья на черноземах высоко окультуренных почвах способствует улучшению условий роста и развития растений и, в конечном итоге, повышению урожайности. Применение микробных препаратов позволит снизить техногенную нагрузку в современных агротехнологиях производства зерновых культур. Заменить часть «химического» азота на «биологический» и снизить на 30 и более кг/га дозу применяемых минеральных удобрений.
Ключевые слова: чернозем обыкновенный, диазотрофы, ячмень яровой.
Cheverdin A.Yu.
1ORCID: 0000-0003-2621-0957, Postgraduate student, Dokuchaev Agricultural Research Institute of the Central Chernozem Belt EFFICIENCY OF DIAZOTROPHIC PREPARATIONS ON SOWING OF SPRING BARLEY
Abstract
The results of studies on the effect of diazotrophic microbial preparations on the productivity of spring barley in the conditions of southeast of the Central Chernozem region are presented. The preparations were used for presowing seed inoculation and during the growing season. The soil of the experimental site is chernozem plain of medium-heavy mediumhumus heavy loamy. Researches have revealed rather high efficiency of microbial preparations at all stages of growth and development of cultivated plants. Under their influence, a change in the availability of elements of mineral nutrition was noted. Diazotrophs showed a pronounced phosphate-mobilizing effect. Having a positive effect on growth processes, diazotrophs contributed to an increase in grain productivity to 4.6 c / ha. Presowing inoculation of spring crop seeds in the conditions of the Central Chernozem region on chernozems of highly cultivated soils promotes the improvement of the conditions for the growth and development ofplants and, ultimately, the increase in yields. The use of microbial drugs will reduce the anthropogenic load in modern agrotechnologies for the production of grain crops, replace part of the "chemical" nitrogen with "biological" and reduce the dose of applied mineral fertilizers by 30 and more kg / ha.
Keywords: common chernozem, diazotrophs, spring barley.
Основным условием получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур является обеспеченность почвы элементами минерального питания. Несмотря на высокое природное плодородие черноземов в агротехнологиях при возделывании с/х культур может ощущаться острый недостаток минеральных элементов, приводящий к существенному снижению продуктивности [1, С. 36], [2, С. 15], [3, С. 212].
Альтернативой минеральным удобрениям, широко применяемым в современных агротехнологиях, могут служить диазотрофные препараты служащие мощным фактором повышения почвенного плодородия [4, С. 238], [5, С. 192], [6, С. 54].
Исследованиями проведенными в различных почвенно-климатических условиях показана высокая эффективность диазотрофов в повышении продуктивности многих с-х культур [7, С. 15], [8, С. 19], [9, С. 35], [10, С. 27].
Современное развитие высокоинтенсивного с-х производства невозможно без применения удобрений, всевозможных регуляторов и стимуляторов роста растений. Многие препараты направлены на регулирование и контроль численности полезных микроорганизмов. Увеличение продуктивности составляет примерно 15-30%. При этом отмечается, что эффективность биопрепаратов возрастает на почвах испытывающих дефицит элементов минерального питания [10, С. 125].
В связи с этим изучение эффективности диазотрофных препаратов в различных почвенно-климатических условиях весьма актуально, представляет существенный научный и практический интерес.
Методика исследований
Полевые исследования проведены в НИИСХ ЦЧП им.В.В. Докучаева в 2015-2017 гг. Почва - чернозем обыкновенный (сегрегационный) со следующей агрохимической характеристикой: рНвод - 7,15; рНсол - 6,45; Нг - 1,8 ммоль экв/100 г; фосфор общий - 0,22%; калий валовой - 0,305 %; обменный Са - 28 ммоль экв/100 г; обменный Mg - 6 ммоль экв/ 100 г; гумус - 7,2 %. Нитратный азот N-NO3 - 12-15 мг/кг; доступный фосфор 120-140 мг/кг; доступный калий - 100-120 мг/кг почвы.
Культура - яровой ячмень. Предшественник - зерновые. Площадь учетной делянки - 5 м2. Повторность -шестикратная. Уборка напрямую комбайном «Хеге». Диазотрофные препараты использовались для предпосевной инокуляции семян и в фазы трубкования и колошения согласно схемы опыта. Микробные препараты получены из ВНИИСХ микробиологии.
Характеристика препаратов: штамм 7 мизорин - входящие в состав данного биопрепарата бактерии Arthrobacter mysorens обладают широким спектром действия на фитопатогенные микроорганизмы; штамм 8 азоризин — бактериальный препарат, созданный на основе штаммов, относящихся к роду Azospirillum; штамм 18-5 - биопрепарат, созданный на основе бактерий Pseudomonas sp.; штамм 17-1 - препарат на основе бактерий Pseudomonas sp., использует минеральные и органические источники азота; штамм ПГ - 5 - входящие в состав данного препарата бактерии Pseudomonas sp. подавляют развитие болезней (на 30-80%) и стимулирует рост и развитие растений. Штамм 30 флавобактерин - входящие в состав препарата бактерии Flavobacterium sp. продуцируют высокоактивный антибиотик «флавоцин» с широким спектром действия на фитопатогенные грибы и бактерии.
Опыт двухфакторный. Фактор первого порядка - дозы минеральных удобрений - без удобрений и N30. Минеральные удобрения вносятся под предпосевную культивацию.
Схема опыта: 1 - контроль (необработанные семена); 2 - мизорин (штамм 7); 3 - азоризин (штамм 8); 4 - штамм 17 - 1; 5 - штамм 18 - 5; 6 - флавобактерин (штамм 30); 7 - штамм ПГ - 5.
Результаты исследований
Основное предназначение применяемых в опыте диазотрофных препаратов заключается в регулировании эффективного плодородия почв. С одной стороны, они способствуют активизации процессов ассоциативной азотфиксации в посевах злаковых культур, с другой, служат фосфатмобилизаторами и повышают доступность почвенного фосфора культурным растениям. В этой связи существенный научный интерес представляют данные по изменению содержания биогенных элементов в почве под влиянием диазотрофных препаратов.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о различном влиянии микробных биопрепаратов на количество доступных для растений элементов питания. Причем наиболее контрастно это прослеживается в начальные фазы развития растений ярового ячменя - от всходов до колошения. Во вторую половину вегетации различия в некоторой степени сглаживаются.
Наблюдения за содержанием нитратного азота в фазу всходы - кущение показывают тенденцию его снижения на вариантах с предпосевной инокуляцией семян (табл. 1). Наиболее рельефно данная закономерность прослеживается на естественном фоне без применения минеральных удобрений. В среднем за годы исследований на варианте без обработки семян содержание N-NO3 было на уровне 4,5мг/кг. Предпосевная инокуляция диазотрофными препаратами приводило к снижению количества нитратного азота в почве. Его величина варьировала в интервале от 3,3 до 4,1 мг/кг.
Внесение под предпосевную культивацию азотных удобрений в количестве 30 кг/га способствовало улучшению обеспеченности растений ячменя элементами питания. Содержание нитратного азота в почве повысилось с 4,5 до 6,2 мг/кг. Комбинация использования минеральных удобрений с микробными препаратами не оказала заметного влияния на его количество в почве. Варьирование в этом случае было на уровне контрольного варианта - от 5,1 до 6,3 мг/кг. Лишь при использовании штамма 18-5 отмечен существенный рост содержания N- NO3 до 8,0 мг/кг.
Другим важным элементом, необходимым для нормального роста и развития растений, является фосфор. Наблюдения за содержанием доступного фосфора показывают на заметное увеличение его содержания под влиянием микробных препаратов. Особенно четко данная закономерность прослеживается на безудобренном фоне. Увеличение содержания на вариантах с инокуляцией составило от 19,0 до 35,0 мг/кг P2O5. На контроле обеспеченность доступной формой фосфора была минимальной и равнялась 131,0 мг/кг.
Сочетание применения минерального удобрения с предпосевной инокуляцией семян не оказало положительного влияния на обеспеченность растений фосфором. Его содержание в почве было примерно на уровне естественного фона без применения удобренний. При этом по отношению к контролю (необработанные семена на фоне N30) наблюдается тенденция снижения содержания фосфора под воздействием диазотрофов. Так если на варианте без инокуляции его количество было на уроне 185 мг/кг, то на опытных вариантах отмечено уменьшение до 155-178 мг/кг.
По результатам проведенных нами исследованиями можно также констатировать тенденцию улучшения в обеспеченности растений подвижным калием под влиянием микробных препаратов. При этом наиболее высокие значения характерны для удобренного фона.
Таблица 1 - Содержание элементов питания под посевами ячменя в фазу всходов - кущение в слое почвы 0-30 см, _2015-2017 гг., мг/кг_
Фон удобренности Варианты опыта N-NO3 P2O5 K2O
Без удобрений контроль 4,5 131 109
штамм 7 мизорин 4,1 156 134
штамм 8азоризин 3,8 150 104
штамм 17-1 3,3 161 121
штамм 18-5 4,1 166 139
штамм 30 флавобактерин 3,6 161 120
штамм ПГ-5 3,8 163 146
N30 контроль 6,2 185 125
штамм 7 мизорин 6,2 165 140
штамм 8 азоризин 6,1 163 120
штамм 17-1 5,1 155 136
штамм 18-5 8,0 167 127
штамм 30 флавобактерин 6,3 167 133
штамм ПГ-5 6,0 178 127
Частные различия P2O5 Делянки 2-го порядка
НСР05 = 24.1 мг/кг Делянки 1 -го порядка
KO
НСР05 = 9.8 мг/кг Делянки 2-го порядка НСР05 = 12.5 мг/кг
P2O5
Делянки 2-го порядка
НСР05 = 24.1 мг/кг Делянки 1 -го порядка
KO
НСР05 = 9.8 мг/кг Делянки 2-го порядка НСР05 = 12.5 мг/кг
Результатом всех агротехнических приемов является продуктивность культуры. Анализ полевых наблюдений свидетельствует о заметном увеличение продуктивности растений ярового ячменя под влиянием диазотрофов. Наиболее существенное увеличение сбора зерна с единицы площади отмечается на вариантах без применения минеральных удобрений. Предпосевное внесение минерального азота в дозе N30 в сочетании с микробными препаратами не способствовало дальнейшему росту продуктивности.
В среднем за годы исследований урожай зерна на контрольном варианте естественного фона без применения минеральных удобрений составил 28,6 ц/га (табл.2). Инокуляция семян штаммами 17-1 и ПГ 5 обеспечила получение наибольшего сбора зерна - 33,0 и 33,2 ц/га. Близкие значения отмечены при использовании штаммов 7 и 18-5 - 32,6 ц/га.
Таблица 2 - Влияние микробных препаратов на урожай зерна ярового ячменя, 2015-2017 гг. (ц/га)
Варианты Без удобрений N30 среднее
Контроль - необработанные семена 28,6 31,5 30,1
Обработка семян штамм 7 32,6 30,6 31,6
Обработка семян штамм 8 31,7 30,4 31,0
Обработка семян штамм 17-1 33,0 30,9 31,9
Обработка семян штамм 18-5 32,6 32,5 32,6
Обработка семян штамм 30 32,1 31,8 32,0
Обработка семян штамм ПГ-5 33,2 29,7 31,5
Частные различия Делянки 1 -го порядка 8хср = 1,43; 8а = 2,03
НСР05 = 3,47 ц/га Делянки 2-го порядка 8хср = 1,0; 8а = 1,41 НСР05 = 2,83 ц/га Оценка существенности главного эффекта Для главного эффекта фактора А 8а = 0,64
НСР05 = 2,05 ц/га Для главного эффекта фактора В и взаимодействия АВ
8а = 1,0
НСР05 =2,0 ц/га Доля участия в общей изменчивости признака Повторений 5,3% Фактора А 18,8% Фактора В 62,3% Взаимодействие АВ 21,2%
Минеральные удобрения в чистом виде повышали продуктивность ячменя на 3,1 ц/га. Комплексное их использование с диазотрофами не способствовало росту урожайности ярового ячменя.
Выводы.
1. Особую актуальность полученные экспериментальные данные имеют при производстве экологически безопасных продуктов для детского питания. Существенное значение в привлечении в земледелие дополнительного количества биологического азота принадлежит биологическим препаратам, созданным на базе ассоциативных микроорганизмов - диазотрофов, что обеспечивает повышение урожайности зерновых культур.
2. Проведенные исследования выявили заметную роль почвенных диазотрофов в изменении обеспеченности культурных растений элементами минерального питания. С одной стороны, отмечается снижение количества нитратного азота в почве, обусловленное лучшим потреблением на создание более мощной вегетативной массы. С другой, прослеживается явный фосфатмобилизирующей эффект, повышающий содержание доступного фосфора на 19,0-35,0 мг/кг почвы.
3. Предпосевная инокуляция семян способствовало повышению зерновой продуктивности ячменя до 4,6 ц/га. Причем данная закономерность характерна только для естественно фона без применения удобрений. Сочетание диазотрофных препаратов с минеральным азотом не способствовало дальнейшему росту урожайности.
Список литературы / References
1. Минакова О.А. Изменение плодородия выщелоченного чернозема и продуктивности культур в зерносвекловичном севообороте центрально-черноземного региона при длительном применении удобрений/ О.А. Минакова, Л.В. Александрова// Российская сельскохозяйственная наука. - 2008. - №3. - С.36-38.
2. Никульников И.М. Влияние системы удобрения и обработки почвы в севообороте на питательный режим чернозема выщелоченного и урожайность сахарной свеклы/ И.М. Никульников, О.К. Боронтов, М.И. Никульников// Агрохимия. - 2005. - №3. - С.15-21.
3. Навольнева Е. В. Питательный режим чернозёма типичного/ Навольнева Е.В., Соловиченко В.Д., Ступаков А.Г. и др.// Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия: Сборник докладов научно-практической конференции с Международным участием Курского отделения МОО "Общество почвоведов имени В.В. Докучаева". 2016. - Издательство: Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии Россельхозакадемии (Курск). - С.212-216.
4. Безлер Н.В. Участие псевдомонад в формировании азотного фонда чернозема выщелоченного/ Безлер Н.В., Петюренко М.Ю.// Черноземы центральной россии: генезис, эволюция и проблемы рационального использования: сборник материалов научной конференции, посвященной 80-летию кафедры почвоведения и управления земельными ресурсами в 100-летней истории Воронежского государственного университета. 2017. 15-19 мая 2017г. - г. Воронеж, Изд-во ВГУ. - С.238-247.
5. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай/А.А. Завалин. - М., Изд-во ВНИИА, 2005-300 с.
6. Бурлацкая Г.Р. Влияние азотфикситфиксирующего штамма Pseudomnas fluorescens на развитие небобовых растений / Г.Р.Бурлацкая, З. Кубицова, М.М. Умаров// Вестник МГУ, сер. 17. - №1. - 1991. - С.54-58.
7. Сауткина М.Ю. Влияние ассоциативных биопрепаратов на плодородие чернозема обыкновенного и урожайность озимого тритикале в условиях юго-востока ЦЧЗ: автореф. дис... канд. с-х.наук: 06.01.01: защищена 03.03.2017. утв.. 12.10.2017/ Сауткина Марина Юрьевна. - Рамонь, 2016. - 20с.
8. Бондаренко А.Н. Микробиологические препараты в аридных условиях/ А.Н. Бондаренко, В.П. Зволинский// Земледелие. - 2013. - №3.-С.19-20.
9. Бугаев П.Д. Эффективность обработки семян ячменя биопрепаратами/ П.Д. Бугаев, В.Г. Сычев, О.В. Тарасенкова//Плодородие. -2003-№5.-С. 35-36
10. Ерофеев А.А. Влияние доз минеральных удобрений и биопрепаратов на урожайность озимых культур/ А.А. Ерофеев, А.Г. Макаренкина, И.А. Латышова и др..// Аграрная наука Евро-северо-востока. - 2012. - №3,. - С.26-31.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Minakova O.A. Izmenenie plodorodija vyshhelochennogo chernozema i produktivnosti kul'tur v zernosveklovichnom sevooborote central'no-chernozemnogo regiona pri dlitel'nom primenenii udobrenij [Change of fertility of the lixivious chernozem and efficiency of cultures in a zernosveklovichny crop rotation of the Central Black Earth region at prolonged use of fertilizers]/ O.A. Minakova, L.V. Alexandrova// Rossijskaja sel'skohozjajstvennaja nauka [the Russian agricultural science]. - 2008. - №. 3. - P.36-38. [in Russian]
2. Nikulnikov I.M. Vlijanie sistemy udobrenija i obrabotki pochvy v sevooborote na pitatel'nyj rezhim chernozema vyshhelochennogo i urozhajnost' saharnoj svekly [Influence of system of fertilizer and processing of the soil in a crop rotation on the nutritious mode of the chernozem lixivious and productivity of sugar beet]/ I.M. Nikulnikov., O. K., Borontov, M.I. Nikulnikov// Agrohimija [Agrochemistry]. - 2005. - №. 3. - P.15-21. [in Russian]
3. Navolneva E. V. Pitatel'nyj rezhim chernozjoma tipichnogo [Nutritious mode of the chernozem typical]/ Navolneva E.V., Solovichenko V.D., Stupakov A.G. and others// Aktual'nye problemy pochvovedenija, jekologii i zemledelija: Sbornik dokladov nauchno-prakticheskoj konferencii s Mezhdunarodnym uchastiem Kurskogo otdelenija MOO "Obshhestvo pochvovedov imeni V.V. Dokuchaeva". 2016. [Current problems of soil science, ecology and agriculture: The collection of reports of a scientific and practical conference with the International participation of the Kursk office of MOO "Society of soil scientists of V.V. Dokuchayev ",2016]. - Izdatel'stvo: Vserossijskij nauchno-issledovatel'skij institut zemledelija i zashhity pochv ot jerozii Rossel'hozakademii (Kursk) [ Publishing house: All-Russian Research Institute of agriculture and protection of soils against erosion of the Russian Agricultural Academy (Kursk)]. - P.212-216. [in Russian]
4. Bezler N.V. Uchastie psevdomonad v formirovanii azotnogo fonda chernozema vyshhelochennogo [Participation of pseudo-monads in formation of nitric fund of the chernozem lixivious]/ Bezler N.V., Petyurenko M.Yu.//ChERNOZEMY CENTRAL''NOJ ROSSII: GENEZIS, JeVOLJuCIJa I PROBLEMY RACIONAL"NOGO ISPOL"ZOVANIJa: sbornik materialov nauchnoj konferencii, posvjashhennoj 80-letiju kafedry pochvovedenija i upravlenija zemel'nymi resursami v 100-letnej istorii Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. 2017. 15-19 maja 2017g. - g. Voronezh, Izd-vo VGU. [CHERNOZEMS of the CENTRAL RUSSIA: GENESIS, EVOLUTION AND PROBLEMS of RATIONAL USE: the collection of materials of the scientific conference devoted to the 80 anniversary of department of soil science and management of land resources in 100-year history of Voronezh State University. 2017. On May 15-19, 2017, Voronezh, VSU Publishing house]. - P.238-247. [in Russian]
5. Zavalin A.A. Biopreparaty, udobrenija i urozhaj [Biological products, fertilizers and harvest]/ A.A. Zavalin - M., Izd-vo VNIIA, 2005. -300 p. [in Russian]
6. Burlatskaya G.R. Vlijanie azotfiksitfiksirujushhego shtamma Pseudomnas fluorescens na razvitie nebobovyh rastenij [Influence of an azotfiksitfiksiruyushchy strain of Pseudomnas fluorescens on development of not bean plants]/ G.R. Burlatskaya., Z .Kubitsova., M.M..Umarov// Vestnik MGU, ser. 17 [The bulletin of MSU, is gray. 17]/ - 1991. - №. 1. - P. 5458. [in Russian]
7. Sautkina M.Yu. Vlijanie associativnyh biopreparatov na plodorodie chernozema obyknovennogo i urozhajnost' ozimogo tritikale v uslovijah jugo-vostoka CChZ [Influence of associative biological products on fertility of the chernozem ordinary and productivity of winter triticale in the conditions of the southeast of TsChZ]: Avtoref. yew ... edging. with - x. sciences: 06.01.01: defense of the thesis 03.03.2017: approved 12.10.2017/ Sautkina Marina Jur'evna. - Ramon', 2016. - 20 p. [in Russian]
8. Bondarenko A.N. Mikrobiologicheskie preparaty v aridnyh uslovijah [Microbiological medicines in arid conditions]/ A.N. Bondarenko, V.P. Zvolinsky// Zemledelie [Agriculture]. - 2013. - № 3. - P.19-20. [in Russian]
9. Bugaev P.D. Jeffektivnost' obrabotki semjan jachmenja biopreparatami [Efficiency of processing of seeds of barley biological products]/ P.D. Bugaev, V.G. Sychev, O.V. Tarasenkova// Plodorodie [Fertility]. - 2003. - №5. - P.35-36. [in Russian]
10. Erofeev A.A. Vlijanie doz mineral'nyh udobrenij i biopreparatov na urozhajnost' ozimyh kul'tur [Influence of doses of mineral fertilizers and biological products on productivity of winter crops]/ A.A. Erofeev, A.G. Makarenkina, I.A. Latyshova and others // Agrarnaja nauka Evro-severo-vostoka [Agrarn. Euro-northeast science]. - 2012. - № 3. - P.26-31. [in Russian]
