CC BY
26
УДК 631.531.1+631.87
ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОПРЕПАРАТОВ И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ-СИНЕРГИСТОВ ПОД ГОРОХ И СОЮ
О. В. Костин, канд. с.-х. наук; В. И. Костин, доктор с.-х наук, профессор; А. В. Дозоров, доктор с.-х наук, профессор
ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»
Выявлена энергетическая и экологическая эффективность применения биопрепаратов на фоне микроэлементов-синергистов, определено содержание тяжелых металлов в семенах бобовых культур.
Ключевые слова: горох, соя, молибден, марганец, удобрение
Использование эффективных и экологически чистых биологических препаратов, повышающих продуктивность и улучшающих качество сельскохозяйственных растений, весьма актуально, поэтому разработка и теоретическое обоснование данных современных технологических приемов - один из важных резервов снижения материальных затрат на производство получаемой растениеводческой продукции для условий лесостепи Поволжья. Без решения этих вопросов невозможно повысить урожайность зернобобовых культур.
Целью многолетних исследований являлось изучение влияния комплекса технологических приемов с применением биопрепаратов на экологическую и энергетическую эффективность и содержание тяжелых металлов в зерне гороха и сои.
Для расчета энергетической эффективности был использован традиционный способ, основанный на учете различий в урожайности сельскохозяйственных расте-
ний на контрольном и опытном вариантах. Все затраты по возделыванию гороха и сои подсчитывали по каждому варианту опытов в соответствии с технологическими картами, в которых отражены все фактические расходы на выполнение комплекса приемов с учетом действующих нормативов и цен на семена, удобрения, продукцию, оплату труда с начислением, стоимости ГСМ, издержек на амортизацию, текущий ремонт и др.
Оценка энергетической эффективности проводилась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание культур и накоплению потенциальной энергии основной и побочной продукции [1].
Тяжелые металлы в зерне, семенах и почве определяли методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии. Опыты проводятся с 1992 года по настоящее время в полевых и производственных условиях на опытном поле Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, производственные - в Цильнинском, Чердаклин-
Таблица 1
Энергетическая оценка возделывания гороха при разных способах обработки семян
(1992-2000 гг).
Вариант Урожайность, т/га £ ^ ^ ^ я си і— і_ рр/ ¡= си Д анД СО О 1— Получено энергии с урожаем, ГДж/га Чистый энергетический доход, ГДж/га Коэффициент энергетической эффективности Биоэнерге- тический коэффициент
Контроль - без обработки 1,64 34,14 58,45 24,31 0,71 1,71
РбоКбб 1,80 36,14 64,12 27,98 0,77 1,77
Р60К55+ ризоторфин 1,95 36,27 69,45 33,18 0,91 1,91
Р60К55 + Мп 1,88 36,31 67,03 30,72 0,85 1,85
Р60К55 +Мо 1,94 36,41 69,13 32,72 0,90 1,90
Р60К55 + Мп + Мо 2,04 36,60 72,69 36,39 0,89 1,99
Р60К55 +Мп + ризоторфин 2,05 36,56 73,03 36,67 1,00 2,00
Р60К55 + Мо + ризоторфин 2,15 36,62 76,59 40,27 1,10 2,09
Р60К55 + Мп + Мо + ризоторфин 2,24 36,83 79,83 43,29 1,18 2,17
Энергетическая оценка применения штаммов ризобий для инокуляции семян сои и обработки Мо (1992-1994 гг).
Вариант Урожайность семян, т/га Затраты энергии, ГДж/га Получено энергии с основной и побочной продукцией, ГДж/га Чистый энергетический доход, ГДж/га Коэффициент энергетической эффективности Биоэнергетический коэффициент Энергетическая себестоимость 1 т, ГДж
семян белка
РК - контроль 1,66 21,54 73,29 51,75 2,40 3,40 12,98 36,57
РК+ ризобий 2,07 22,16 91,39 69,23 3,12 4,12 10,70 28,45
РК+ ризобий+ Мо 2,16 22,30 95,36 73,06 3,28 4,28 10,32 26,58
ском и Ульяновском районах. Объект исследований - горох Труженик и соя УСХИ - 6.
В качестве биопрепаратов для инокуляции семян использовали активный штамм ризобия (ризоторфин и микроэлементы-синергисты Мо и Мп, входящие в состав нитратредуктазы), пектин из АтагапШиэ сгиепШэ с молекулярной массой 1400020000 у. е. и эпин.
Ростоускоряющее и защитное действие биологических препаратов связано с гормоноподобным эффектом в растительной клетке. Их свойства четко проявляются в активации ростовых процессов, повышении адаптации растений к действию физических (погодных) условий, химических (пестициды, тяжелые металлы) и биологических (болезни) факторов внешней среды. Благодаря этим качествам целесообразнее использовать их в качестве стимуляторов роста для получения экологически чистой продукции растениеводства.
В региональных условиях Поволжья, как и в целом по стране, нет полных данных для обоснования теоретических и практических аспектов использования биопрепаратов, обладающих физиологической активностью в повышении адаптации в агрофитоценозах. Активация физиологических про-
цессов и более интенсивное поглощение элементов минерального питания и микроэлементов способствуют росту урожайности и улучшению качества продукции гороха и сои. По результатам многолетних исследований, предпосевная инокуляция семян как агроприем может использоваться в технологии возделывания изучаемых культур, энергетическая оценка которой показала, что рекомендуемые приемы дают возможность сделать ее более энергосберегающей.
Наибольшее накопление энергии с основной и побочной продукцией гороха за 1992-2000 гг. исследований было в варианте при совместной инокуляции семян ризо-торфином и микроэлементами-синергиста-ми на фоне внесения фосфорно-калийных удобрений (табл. 1).
Величина энергии, накопленной в этом варианте с основной и побочной продукцией, на 36,6 % больше, чем в контрольном варианте. При оптимизации уровня минерального питания и инокуляции семян активным штаммом ризобий коэффициент энергетической эффективности равен 1,18, что на 66 °% выше по сравнению с контролем, биоэнергетический коэффициент составляет 2,17, или на 27 °% выше контроля.
Таблица 3
Биоэнергетическая эффективность элементов технологии возделывания сои
(2004-2006гг).
Вариант Урожайность семян, т/га Затраты техногенной энергии, МДж/га Энергия, накопленная в урожае, МДж/га Коэффициент биоэнергетической эффективности
Контроль - без обработки 2,54 17665,4 44955,0 2,24
Ризоторфин + Мп+Мо (фон) 2,78 17918,2 49202,7 2,44
Фон+эпин 3,20 18344,5 56636,2 2,94
Фон+пектин 2,97 18113,6 52565,4 2,66
Содержание тяжелых металлов в почве, мг/кг возд.-сух. почвы
Почва Медь Цинк Свинец Кадмий Никель Хром
ПДК 55,0 100,0 32,0 3,00 85 100
Ульяновская область 21,3 50,5 17,0 1,51 42 50
Опытный участок 20,3 50,7 16,1 1,50 42 50
В исследованиях с соей коэффициент энергетической эффективности и биоэнергетический коэффициент были максимальными при инокуляции семян штаммом 634б (производства Всероссийского института сельскохозяйственной микробиологии) и молибденом (табл. 2).
Энергетическая себестоимость 1 т семян сои и белка была наибольшей на фоне минерального питания (РК), и составила соответственно 12,98 ГДж и 36,57 ГДж. Применение молибдена на фоне инокуляции семян сои штаммом 643б при внесении фосфорно-калийного удобрения обеспечивает максимальное получение энергии с урожаем основной и побочной продукции и наибольшую окупаемость затрат на ее производство. Энергозатраты на инокуляцию и обработку семян молибдатом аммония (Мо) окупаются энергосодержанием прибавок урожая. При этом чистый энергетический доход возрастает до 22 ГДж/га, коэффициент энергетической эффективности и биоэнергетический коэффициент повышаются на 37 и 26 % соответственно, энергетическая себестоимость семян снижается на 20 %, белка - на 27 %. Аналогичные данные получены и в опытах 20042006 гг. (табл. 3).
Результаты исследований показали, что наиболее энергетически эффективным является использование эпина и пектина на фоне инокуляции семян ризоторфином и микроэлементами-синергистами.
Охрана природной среды в связи с ростом промышленного и сельскохозяйственного производства в настоящее время приобретает жизненно важное значение.
Загрязнение окружающей среды и снижение качества сельскохозяйственной продукции ведет к росту затрат на преодоление негативных последствий этих процессов. Почва является основным средством производства растениеводческой продукции, и охрана экологической чистоты гарантирует ее плодородие и высокое качество продукции [2, 3]. В настоящее время остро стоит проблема загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами (ТМ). Превышение предельно допустимых уровней их содержания в почвах отражается на качестве сельскохозяйственных растений, уменьшается содержание биологически активных веществ (витаминов, ферментов, гормонов и др.), ухудшается аминокислотный скор, нарушаются азотный и углеводный мета-болизмы.
Ежегодно каждый квадратный метр поверхности почвы адсорбирует до 5,5...6,0 кг химических соединений (хром, свинец, ртуть, кадмий и др.) Они трансформируются по трофическим уровням и передаются в организм животных и человека. Попадая в почву, ТМ вступают во взаимодействие с минеральными и органическими компонентами почвенно-поглотительного комплекса и подвергаются трансформации под влиянием различных физических, химических и биологических процессов. К сожалению, эти вопросы изучены крайне недостаточно, а при использовании биологических препаратов рассматриваются авторами впервые.
В среднем фоновое содержание тяжелых металлов в почве опытного участка соответствует их содержанию в почвах Ульянов-
Таблица 5
Содержание тяжелых металлов в семенах гороха, мг/кг
Металл Контроль -без обработки РК - фон РК+ризотор- фин РК+Мп РК+Мо РК+Мп+Мо - р о зото п р+ +рК +ин о. ■©■ РК+ризотор-фин+ Мо РК+ризотор- фин +Мп+Мо к 1_ ,К Д П
Свинец 0,67 0,64 0,60 0,60 0,8 0,58 0,56 0,48 0,48 0,5
Кадмий 0,06 0,05 0,045 0,045 0,045 0,043 0,043 0,042 0,043 0,02
Никель 1,72 1,60 1,58 1,58 1,56 1,52 1,48 1,46 1,41 5,0
Хром 0,43 0,39 0,37 0,37 0,36 0,36 0,36 0,36 0,35 0,2
Содержание тяжелых металлов в семенах сои, мг/кг
Металл і X СО 1- оео ^ Ю Ю К О. РК+ризотор- фин РК+Мп РК+Мо РК+Мп+Мо - р о зото п р+ +рК +ин о. ■©■ -р о о о «5 р+ +рК +ин о. ■©■ РК+ризо- торфин +Мп+Мо
Свинец 0,32 0,30 0,25 0,30 0,28 0,29 0,25 0,23 0,21
Кадмий 0,028 0,025 0,019 0,024 0,024 0,030 0,018 0,019 0,017
Никель 2,32 2,29 2,24 2,23 2,21 2,20 2,18 2,14 2,02
Хром 0,22 0,25 0,20 0,21 0,22 0,23 0,19 0,19 0,17
ской области и не превышает ПДК (табл. 4). Элементарный состав почвы можно представить в виде ряда: 2п > Сг >№ >Си> РЬ >Сс1.
В связи с этим была поставлена задача изучить использование биопрепаратов и микроэлементов в качестве механизма защиты от накопления тяжелых металлов в системе «почва - растение», так как при возрастании потока загрязнителей защитные возможности растений снижаются. В табл. 5 приведены данные влияния инокуляции семян и оптимизации уровня обеспеченности элементами минерального питания на содержание тяжелых металлов в семенах гороха.
Изучаемые факторы не изменяют общих закономерностей процесса поступления тяжелых металлов в зерно, но проявляется тенденция их снижения. В семенах гороха при совместной обработке семян ризоторфином и микроэлементами-синер-гистами содержание свинца снижается по отношению к контролю на 0,19 мг/кг, кадмия - на 0,017 мг/кг, никеля - на 0,31 мг/кг и хрома - на 0,08 мг/кг. Вместе с тем следует отметить, что содержание кадмия и хрома практически во всех вариантах превышает ПДК.
Анализ содержания тяжелых металлов (табл. 6) в семенах сои показывает, что оно по всем определяемым элементам не превышает ПДК, за исключением кадмия в первом, втором, четвертом и пятом вари-
антах. Содержание хрома во всех вариантах на уровне ПДК, за исключением сочетания обработки семян микроэлементами и ризоторфином, где их содержание ниже ПДК.
Ртуть и мышьяк не обнаружены в семенах изучаемых культур, кроме этого отмечено более низкое содержание свинца, кадмия и хрома. У сои никель трансформируется в 1,3-1,5 раза больше по сравнению с горохом, но и содержание этого металла ниже ПДК. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что растения сои имеют большую возможность с помощью физиологических барьеров ограничивать трансформацию токсических металлов из корней в надземную массу.
Литература
1. Базаров, Е. И. Методика биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства / Е. И. Базаров, Е. В. Глинка, А. А. Мамонтова. - М.: ВАСХНИЛ, 1983. - 41 с.
2. Минеев, В. Г. Химизация земледелия и природная среда / В. Г. Минеев. - М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.
3. Яблоков, А. В. Сельское хозяйство без пестицидов / А. В. Яблоков // Экологическая альтернатива. - М.: Прогресс, 1990. -С. 499-520.
