CC BY
456
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ДЕСТРУКЦИИ СОЛОМЫ
С.А. Тарасов, О.М. Шершнева
Аннотация. Обоснована необходимость использования соломы для обеспечения бездефицитного баланса гумуса в почвах и условия, при которых происходит ее минерализация и гумификация. Показана эффективность различных микробиологических препаратов как деструкторов пшеничной соломы.
Ключевые слова: баланс гумуса в почве, солома зерновых культур, почвенные микроорганизмы, микробиологические препараты, деструкция соломы.
В настоящее время выделяется множество факторов, ограничивающих проявление реального плодородия почв. Наряду с эрозионными процессами, дефицитом влаги, сокращением применения минеральных и органических удобрений, разрушением структуры и переуплотнением почв, к ним относят устойчивую не-компенсируемую минерализацию гумуса. Например, черноземы Курской области за последние сто лет потеряли около 73 общих запасов гумуса. Отрицательный баланс гумуса в них составляет - 0,66 т/га в год, а в последние десятилетия отмечается активизация процессов дегумификации в связи с нарушением сложившихся ранее балансов органического вещества [1]. Основными причинами, вызывающими чрезмерные потери гумуса почвами является их интенсивная механическая обработка [2, 3] и ежегодное отчуждение с полей большого количества органической массы с урожаем основной и побочной продукции [4]. В отличие от природных экосистем, где круговороты органики и биофильных элементов практически замкнуты, в агроэкосистемах ежегодно теряется значительная часть вещества и запасенной в ней энергии [5].
В настоящее время решение проблемы возврата в почву вынесенных с урожаем элементов минерального питания и отчужденных органических веществ имеет особую актуальность. Если примерно 20 лет назад она в какой-то степени решалась за счет внесения необходимого количества минеральных удобрений и использования подстилочного навоза, то к 2012 г. количество используемых на полях минеральных удобрений сократилось более чем в 5 раз, а количество вносимых органических удобрений снизилось в 7 раз [6]. Мониторинг плодородия пахотных почв Центрального Черноземья показал, что используемые фактические нормы внесения органических удобрений недостаточны для поддержания в них бездефицитного баланса органического вещества [7].
Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что при правильном использовании действие недостающих традиционных форм удобрений может быть дополнено растительными остатками нетоварной части урожая, в частности, соломой зерновых культур [8, 9, 10]. При разложении соломы происходит минерализация большей части органической массы и поступление в почву элементов минерального питания, и в то же время образуются гумусовые вещества. Процессы минерализации и гумификации органической массы соломы происходят при непосредственном участии почвенной биоты, в частности, определенных видов микроорганизмов. Высокая биологическая активность почвы играет важную роль в процессе формирования и становления ее плодородия. Процесс распада клетчатки, осуществляемый микроорганизмами, является одним из важнейших показателей плодородия почвы, определяющий уровень ее биогенности. Причем каждый вид живых организмов участвует прямо или косвенно пре-
имущественно на определенном этапе деструкции органического вещества. Поэтому существенное одностороннее увеличение или, наоборот, снижение численности живых организмов ведет к нарушению обменных процессов. В педоценозах с измененной структурой минерализация органики может происходить с высокими потерями углерода за счет выделения его из почвы в виде углекислого газа. Это является весьма нежелательным процессом, так как ведет к снижению коэффициента гумификации [5].
Установлено, что состав и содержание микроорганизмов в различных типах почв существенно отличается. Например, содержание бактерий и актиномицетов, увеличивается с севера на юг, а численность грибов -снижается [11]. Более того, в каждой конкретной почве складываются микробные ценозы, имеющие определенную структуру [12]. Это обусловлено интенсивностью антропогенного использования почвы, количеством выпавших осадков и другими факторами.
Существует мнение, что в результате глобальной химизации в некоторых почвах отдельные виды микроорганизмов находятся на грани исчезновения. Их место занимают нетипичные для почвообразовательных процессов и эффективного взаимодействия с растениями микроорганизмы. Об этом свидетельствует то, что перестали разлагаться запаханные пожнивные остатки, которые могут быть достаточно серьезной помехой для посевных агрегатов. На полях можно встретить нераз-ложившуюся солому прошлого года, позапрошлого и даже третьего года [13]. Поэтому повышение биогенно-сти почв за счет интродукции полезных микроорганизмов в результате использования микробиологических препаратов является актуальной проблемой. Следует учитывать, что направленные изменения в структуре микробного населения почвы могут быть инициированы изменением температуры, влажности, внесением удобрений, естественным притоком органических субстратов, прижизненных выделениях корневых систем растений и другими. Тем не менее, экспериментальные данные подтверждают выживание интродуцированных в почву популяций микроорганизмов. Конкретные условия среды определяют, будут ли привнесенные микробы входить в пул доминирующих или переживающих популяций. Случаи полной гибели интродуцентов отмечались редко [14].
Влияние обработки пшеничной соломы микробиологическими препаратами на степень ее разложения изучали в модельно-полевом опыте в условиях 2012-2014 гг. Известно, что микробиологическая активность почвы в значительной степени определяется ее влагообеспечен-ностью и температурными условиями. Годы исследований в период наблюдений (с апреля по июнь) заметно различались как по температурному режиму, так и по количеству выпавших осадков (таблица 1).
Таблица 1 - Температурные условия и количество осадков в период разложения соломы (III декада апреля - III декада июня)__
Показатели Годы
2012 2013 2014
Среднесуточная температура воздуха, С 18,1 18,7 16,6
Сумма температур, оС 1264 1309 1160
Количество выпавших осадков, мм 189,3 95,1 150,1
При разложении соломы меньше всего осадков и наиболее высокая температура была в условиях 2013 г. В
2012 г. температура при разложении соломы была немного ниже, а осадков выпало почти в 2 раза больше, в сравнении с 2013 г. Разложение соломы в 2014 г. проходило в условиях относительно пониженного температурного режима при достаточно высоком количестве выпавших осадков (в 1,6 раз больше, чем в условиях
2013 г.). Несмотря на то, что микробиологическое разложение соломы в 2013 г. проходило в условиях относительно повышенной температуры и пониженного количества осадков, тем не менее, фон для разложения соломы даже в условиях этого года по влагообеспеченности и температурному режиму был достаточно благоприятным. Влаги было достаточно для активной деятельности биоты, а температурные условия входили в диапазон активных для микроорганизмов температур. Для почвенных грибов он находится в пределах 6...30°С [15], а для бактерий сдвигается в сторону увеличения температур [5]. Условия 2012 г. и 2014 г. были еще более благоприятными для интенсивного разложения соломы.
В качестве объектов исследования использовали микробиологические препараты Гуапсин, Трихофит, Азолен и регулятор роста растений Витазим. Из всех перечисленных препаратов только Витазим не содержит живой культуры микроорганизмов. В его состав входят физиологически активные продукты жизнедеятельности микроорганизмов, в том числе лигносульфат кальция, микроэлементы в хелатной форме, органические кислоты, энзимы и витамины. Препарат Витазим синтезируют микробиологическим способом с помощью ферментации различных растительных материалов и сахаров определенной группой микроорганизмов. В свою очередь, препарат Витазим стимулирует развитие ризосферных микроорганизмов. Все остальные препараты включают в состав живую культуру определенных полезных микроорганизмов, то есть их использование предусматривает непосредственную инокуляцию микроорганизмов на растительные остатки и в почву. Гуап-син представляет собой водную суспензию бактерий Pseudomonas aurefaciens со штаммами В-111 и В-306, продукты их метаболизма и стартовые дозы NPK. Три-хофит - микробиологический препарат, изготовляемый на основе грибов рода Trichoderma lignorum и водной суспензии бактерии Pseudomonas aurefaciens (штамм В-111). Для обработки семян и посевов сельскохозяйственных культур препараты Гуапсин и Трихофит рекомендуется использовать совместно как бактериально-грибной комплекс. Азолен - жидкое микробиологическое удобрение - концентрат свободноживущих азот-фиксирующих почвенных бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 4.
В опыте моделировали норму внесения в почву соломы из расчета 3 т/га. Образцы нарезанной до размеров 4-7 см соломы обрабатывали препаратами: Гуапсин - из расчета 3 л/га, Трихофит - из расчета 3 л/га, смесь
Гуапин + Трихофит - по 3 л/га каждого препарата, Витазим - 1 л/га и Азолен - 3 л/га. В качестве контроля использовали вариант обработки соломы водой. Чтобы исключить недостаток азота в почве за счет его иммобилизации микроорганизмами, по всем вариантам опыта перед обработкой соломы в рабочий раствор добавляли аммиачную селитру из расчета 10 кг/га д.в. азота на 1 т соломы. Для выполнения требования по обеспечению необходимых норм внесения препаратов и аммиачной селитры использовали следующий прием. По каждому варианту опыта брали измельченную воздушно-сухую солому массой 1,0 кг и проводили ее обработку в соответствии со схемой эксперимента. Затем обработанную солому подсушивали до постоянного веса в закрытом от солнца помещении и отбирали ее образцы для заделки в почву из расчета 6,25 г/кг почвы, что соответствует 3 т/га. Почва - чернозем типичный мощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 6,0-6,2 %.
Образцы почвы перемешивали с обработанной соломой, помещали в сетчатые мешочки размером 40х25 см из пропиленовых нитей с мелкими ячейками и прикапывали в почву на глубину пахотного слоя. После двух месяцев экспозиции почву с соломой высыпали в сосуд с водой и перемешивали. Затем с поверхности снимали всплывшие неразложившиеся остатки соломы, а разложившиеся остатки вымывали из почвы с помощью сита 0,25 мм. Обе фракции растительных остатков высушивали до постоянной воздушно-сухой массы, взвешивали и находили процентное содержание относительно исходной массы соломы. Для правильного учета процентного содержания разложившихся остатков соломы в исходной почве предварительно определяли содержание уже имеющихся там разложившихся растительных остатков.
В результате исследований установлено, что степень разложения соломы зависела как от условий влагообес-печенности по годам, так и от применяемых для ее предварительной обработки препаратов. Чем больше выпадало осадков в период разложения соломы, тем сильнее она разлагалась. На контрольном варианте за два месяца в условиях наиболее влагообеспеченного 2012 г. солома разложилась на 63,2 %, в условиях менее влагообеспеченного 2014 г. - на 58,1 %, а в 2013 г. с наименьшим количеством осадков - на 44,2 % (таблица 2).
В целом наиболее эффективным деструктором соломы во все годы исследований был микробиологический препарат Трихофит. Предварительная обработка соломы этим препаратом в среднем за три года исследований увеличивала степень ее деструкции на 19,5 %, в сравнении с контролем. Соломоразлагающая эффективность других изучаемых препаратов была заметно меньше (таблица 2, рисунок 1).
Таблица 2 - Влияние обработки пшеничной соломы препаратами на степень ее разложения
Вариант Вес нераз-ложившейся соломы, г Вес отмытых из почвы остатков,г Отмываемые остатки в почве до внесения соломы, г Вес разложившейся соломы, г Степень разложения, %
относительно исходного состояния относительно контроля
2012 г.
1. Контроль (обработка соломы водой) 2,24 9,62 5,67 3,95 63,2 -
2. Гуапсин (3 л/га) 1,93 9,89 4,22 67,5 4,3
3. Трихофит (3 л/га) 0,87 11,01 5,34 85,4 22,2
4. Гуапсин + Трихофит (по 3 л/га) 0,84 11,04 5,37 85,9 22,7
5. Витазим (1 л/га) 1,87 9,96 4,29 68,6 5,4
6. Азолен (3 л/га) 2,07 9,78 4,11 65,8 2,6
2013 г.
1. Контроль (обработка соломы водой) 3,44 7,48 4,72 2,76 44,2 -
2. Гуапсин (3 л/га) 2,91 8,00 3,28 52,5 8,3
3. Трихофит (3 л/га) 2,47 8,42 3,70 59,2 15,0
4. Гуапсин + Трихофит (по 3 л/га) 2,39 8,53 3,81 61,0 16,8
5. Витазим (1 л/га) 2,91 8,04 3,32 53,1 8,9
6. Азолен (3 л/га) 3,40 7,51 2,79 44,6 0,4
2014 г.
1. Контроль (обработка соломы водой) 2,52 10,15 6,52 3,63 58,1 -
2. Гуапсин (3 л/га) 2,19 10,47 3,95 63,2 5,1
3. Трихофит (3 л/га) 1,24 11,49 4,96 79,4 21,3
4. Гуапсин + Трихофит (по 3 л/га) 1,22 11,51 4,99 79,8 21,7
5. Витазим (1 л/га) 2,25 10,38 3,86 61,8 3,7
6. Азолен (3 л/га) 2,46 10,28 3,76 60,2 2,1
1 - обработка соломы водой (контроль), 2 - обработка соломы препаратом Гуапсин, 3 - обработка соломы препаратом Трихофит, 4 - обработка соломы препаратами Гуапсин + Трихофит, 5 - обработка соломы препаратом
Витазим, 6 - обработка соломы препаратом Азолен
А - неразложившаяся солома, Б - разложившиеся растительные остатки
Рисунок 1 - Степень разложения пшеничной соломы под влияние микробиологических препаратов
Условия влагообеспеченности оказывали заметное влияние на соломоразлагающую эффективность используемых препаратов. Установлено, что с повышением количества выпадающих осадков степень разложения соломы на вариантах, где она обрабатывалась препаратом Трихофит, увеличивалась. Если в условиях 2013 г. обработка соломы препаратом Трихофит в сравнении с контролем обеспечивала повышение степени разложения соломы на 15,0 %, то в условиях более влажного 2014 г. - на 21,3 %. Самая высокая эффективность разложения соломы под влиянием микробиологического препарата Трихофит отмечалась в условиях 2012 г., который характеризовался наибольшим количеством выпавших осадков. В сравнении с контролем степень разложения соломы была больше на 22,2 %.
При обработке соломы бактериально-грибным комплексом Гуапсин + Трихофит отмечалось незначительное повышение степени разложения соломы, в сравнении с обработкой только препаратом Трихофит. Можно отметить, что в условиях более теплого и менее влагообеспеченного 2013 г. влияние микробиологического препарата Гуапсин на степень разложения соломы было более выражено, в сравнении с другими годами. В этих условиях степень разложения соломы под влиянием препарата Гуапсин в сравнении с контролем была больше на 8,3 %. В условиях более влагообеспе-ченного 2014 г. степень разложения соломы в сравнении с контролем увеличилась на 5,1 %, а в условиях самого влажного 2012 г. - лишь на 4,3 %.
Очевидно, что относительно высокая целлюлозо-разлагающая активность бактериального препарата Гу-апсин в условиях пониженной влагообеспеченности сказалась и на результатах деструкции соломы под влиянием бактериально-грибного комплекса Гуапсин + Трихофит в 2013 г. В этих условиях степень разложения соломы при использовании бактериально-грибного комплекса Гуапсин + Трихофит была на 1,8 % выше, в сравнении с использованием только препарата Трихо-
фит. В годы с более высоким количеством осадков дополнительный соломоразлагающий эффект препарата Гуапсин в бактериально-грибном комплексе в сравнении с препаратом Трихофит был всего лишь в пределах 0,4-0,5 %.
При относительно невысоком количестве выпадающих осадков, что характерно для 2013 г., проявилась также и повышенная соломоразлагающая эффективность препарата Витазим (на 8,9 % выше, чем на контроле). В более влажные годы степень деструкции соломы, обработанной препаратом Витазим, увеличивалась лишь на 3,7-4,3 %. Очевидно, что препарат Ви-тазим стимулирует активность в почве целлюлозораз-лагающих бактерий, которые менее зависимы от влаго-обеспеченности, чем грибы. Действие обработки соломы микробиологическим препаратом Азолен на степень ее разложения было наименее выражено, особенно при пониженном количестве осадков.
Высокий разлагающий эффект препарата Трихофит можно объяснить интродукцией в солому микромицета Trichoderma lignorum, который непосредственно разрушает лигнин [16]. Основная масса бактерий приступает к разложению растительных остатков только на следующем этапе в трофической цепи организмов, когда органический материал обработан грибами.
Характерно, что при выемке из почвы мелкоячеистых пропиленовых мешочков с образцами по вариантам опыта отмечалась различная заселенность их дождевыми червями. Наибольшее количество дождевых червей вида Alloloboühora caliginosa (пашенный червь) отмечалось в вариантах опыта, где солома обрабатывалась микробиологическим препаратом Трихофит и бактериально-грибным комплексом Гуапсин + Трихофит. В контрольном варианте дождевые черви были представлены максимум одним экземпляром или отсутствовали. В вариантах с препаратами Гуапсин, Витазим и Азолен их насчитывалось до 2-4 шт., а в вариантах, где использовали Трихофит, количество дождевых червей
было в пределах 5-7 шт. Дождевой червь Alloloboühora caliginosa является типичным представителем пахотных почв. Он обитает в гумусовом горизонте, питается полуразложившимися и разложившимися растительными остатками и различного рода микроорганизмами, которые заглатывает с почвой. В свою очередь копролиты, выделенные дождевыми червями, обильно заселяются микроорганизмами. Таким образом, присутствие в почве множества организмов, имеющих разные уровни организации, обусловливает разнообразие трофических связей. Присутствие в почве беспозвоночных может ускорять деструкцию растительных остатков более чем в 2 раза [17].
Полученные результаты свидетельствуют о том, что для повышения биогенности почвы и ускорения степени разложения соломы, перед заделкой ее в почву необходимо обрабатывать микробиологическим препаратом Трихофит при норме внесения 3 л/га. Такую обработку следует проводить в пасмурные дни или в поздние вечерние часы, исключая попадания прямых солнечных лучей на обработанную солому. В этом случае создаются благоприятные условия для внедрения микромицета в соломенную массу. Наибольшая соло-моразлагающая эффективность препарата проявляется в условиях достаточной влагообеспеченности почвы.
Список использованных источников
1 Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории Курской области в 2008 году [Электронный ресурс] . - Департамент экологической безопасности и природопользования Курской области. - Режим доступа: http://www.ecolog46.ru/index.php?item=25&node=13&task=sho w&type= nodes. - Опубликован 08.10.2010 (дата обращения 24.07.2014 г.).
2 Турусов В.И., Новичихин A.M. Обработка черноземов: опыт и тенденции развития // Земледелие. - 2012. - № 4. - С. 7-9.
3 Акулов П.Г. Воспроизводство плодородия и продуктивность черноземов. - М.: Колос, 1992. - 223 с.
4 Последствия отчуждения соломы при возделывании пшеницы и ячменя: обзор литературы / Д.Д. Таркалсон, Б. Браун, Г. Кок, Д.Л. Бьорнберг // Питание растений. - 2013. -№ 2. - С. 2-5.
5 Овсянников Ю.А. Теоретические основы эколого-биосферного земледелия. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2000. - 264 с.
6 Российский статистический ежегодник: Статистический сборник. 2013. - М.: Росстат, 2013. - 717 с.
7 Чекмарев П.А., Лукин С.В. Мониторинг плодородия пахотных почв Центрально-Черноземных областей России // Агрохимия. - 2013. - № 4. - С. 11-22.
8 Применение соломы зерновых культур на удобрение в Томской области / И.Б. Сорокин, Э.В. Титова, Л.В. Касимова и др. // Рекомендации ГНУ СибНИИТ СО РАСХН. Департамент социально-экономического развития села Томской области. - Томск, 2004. - 10 с.
9 Дедов A.B., Несмеянова М.А., Хрюкин Н.Н. Приемы биологизации и воспроизводство плодородия черноземов // Земледелие. - 2012. - № 6. - С. 4-6.
10 Безлер Н.В., Черепухина И.В. Запашка соломы ячменя и продуктивность культур в зернопаропропашном севообороте // Земледелие. - 2013. - № 4. - С. 11-13.
11 Практикум по биологии / Г.М. Зенова, А.Л. Степанов, А.А. Лихачева, Н.А. Манучарова. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 120 с.
12 Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. - Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2003. - 216 с.
13 Харченко А.Г. Новый ключ к восстановлению плодородия почвы [Электронный ресурс]. - Журнал Зерно. -2012. - № 9. - Режим доступа: http://www.zemo-ua.com/?p=14127 (дата обращения 30.07.2014 г.).
14 Коростелёва Л.А., Кощаев А.Г. Основы экологии микроорганизмов. - СПб.: Изд-во «Лань», 2013. - 240 с.
15 Бирюков Е.В. Возможности применения биопрепарата Триходермин в качестве микробиологического удобрения в условиях Тамбовской области // Вопросы современной науки и практики. - 2008. - № 1(11). - С. 84-91.
16 Мирчинк Т. Г. Почвенная микология. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 220 с.
17 Гиляров М., Криволуцкий Д. Жизнь в почве. - М.: Молодая гвардия, 1985. - 191 с.
Информация об авторах
Тарасов Сергей Анатольевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», e-mail: tarasovaa46@mail.ru
Шершнева Ольга Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры технологии хранения и переработки растительного сырья ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», e-mail: olgshershneva@mail.ru
