CC BY
21УДК 631.872:631.417.1:631.427
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ СОЛОМЫ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ
И.В. Русакова, к.б.н., В.В. Московкин — Всероссийский НИИ органических удобрений и торфа
E-mail: [email protected]
Изложены результаты экспериментального исследования минерализации соломы ячменя, биологических свойств дерново-подзолистой почвы при использовании микробиологических препаратов. Баркон - на основе культур микроорганизмов деструкторов целлюлозо- и лигнинсодержащих растительных отходов; Экстрасол - на основе культуры эффективных штаммов Bac. subtilis; Экстрасол ЦС - с усиленной целлюлозолитической активностью. Все использованные в опыте биопрепараты проявили высокую эффективность в отношении интенсификации разложения растительной биомассы соломы, что зафиксировано по увеличению размеров выделения СО которые за истекший срок наблюдений были в сумме на 32-58 % выше, чем в варианте 2, где солома внесена без применения биопрепаратов и компенсирующей дозы азота Изучаемые биопрепараты положительно воздействовали на развитие почвенной микрофлоры, а также увеличивали биологическую активность почвы.
Ключевые слова: разложение соломы, биологические препараты, эмиссия CO2, микробная биомасса, почва.
Растительные остатки сельскохозяйственных культур российскими и зарубежными исследователями рассматриваются как важнейший ресурс воспроизводства органического вещества и сохранения функциональных свойств почв в агроценозах [1-6]. Производство возможно большего количества растительных остатков для возврата излишков в почвы и альтернативного использования - одно из основных требований к инновационным системам земледелия.
В России ежегодное производство послеуборочных растительных остатков составляет около 120 млн. т. В этом колоссальном ресурсе аккумулировано 48 млн. т углерода и 2,2 млн. т NPK, что сопоставимо с объемом питательных элементов, вносимых с минеральными удобрениями [7]. В структуре послеуборочных остатков солома зерновых и зернобобовых культур составляет до 80 %. Излишки этой фитомассы, не нашедшие применения в животноводстве и других отраслях, составляют ежегодно не менее 40-64 млн. т. Их возврат и заделка в почву позволяет замкнуть круговорот биогенных элементов в земледелии и повысить продуктивность и устойчивость агроэкосистем.
Один из факторов, ограничивающий более широкое использование соломы в качестве удобрения, является достаточно низкая скорость ее разложения, особенно при внесении высоких доз, а также в условиях слабой биологической активности почв, что может приводить к снижению урожайности. Использование микробиологических препаратов, содержащих высокоэффективные штаммы и консорциумы микроорганизмов-деструкторов, для инокуляции растительных
№ 3-4 (73-74) 2015
остатков перед заделкой в почву может служит одним из способов активизации их разложения .
В некоторых отечественных и зарубежных исследованиях установлено, что применение микробиологических препаратов позволяет ускорить процессы минерализации и гумификации соломы в почве, снизить проявление фитотоксичности, увеличить урожайность сельскохозяйственных культур [8-11]. Взаимодействие целлюлозо- и лигнолитических микроорганизмов, входящих в состав этих препаратов, с растительными остатками рассматривается как стратегия для эффективного их разложения [12-14]. Данные полевых опытов по оценке эффективности инокуляции пожнивных остатков биопрепаратами, полученные российскими учеными, немногочисленны и нуждаются в уточнении и подтверждении результатами дополнительных исследований.
Цель исследований - изучить влияние микробиологических препаратов нового поколения на основе высокоэффективных штаммов целлюлозоразла-гающих микроорганизмов на процессы минерализации и гумификации послеуборочных остатков зерновых культур и урожайность тритикале на дерново-подзолистой супесчаной почве.
Исследования проводили в мел-коделяночном полевом опыте, заложенном на опытном поле ВНИИОУ. Схема опыта: 1. Без удобрений - контроль; 2. Солома ячменя (СЯ), 5 т/га; 3. СЯ, 5 т/га +N50^^; 4. Фон+Баркон; 5.Фон+Экстрасол; 6. П+Фон+Экстрасол ЦС. Повторность - четырехкратная.
Солому ячменя в августе после уборки зерна измельчали до 15-20 мм, равномерно распределяли по поверх-
ности делянок, вносили компенсирующую дозу азота (аммиачную селитру), из расчета 10 кг на 1 т соломы, обрабатывали биопрепаратами согласно схеме опыта, после чего заделывали в пахотный слой почвы (0-20 см). Весной следующего года высевали яровое тритикале.
В эксперименте использовали микробиологические препараты, разработанные во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии: Баркон - на основе культур микроорганизмов деструкторов целлюлозо- и лигнинсодержащих растительных отходов; Экстрасол - на основе культуры эффективных штаммов Bac. subtilis; Экстрасол ЦС - с усиленной целлюлозолитической активностью.
Для оценки влияния применяемых биопрепаратов на разложение соломы проведено изучение: эмиссии CO2 - абсорбционным методом; содержания микробной биомассы (Смик) методом регидратации - экстракции; численности основных физиологических групп микроорганизмов (ФГМ) - методом посева почвенной суспензии на твердые и жидкие питательные среды; цел-люлозолитической активности почвы - «аппликационным» методом; углерода, экстрагируемого горячей водой (Сэгв) - при 1-часовом кипячении.
Результаты исследования и их обсуждение. Эмиссия углекислоты из почвы служит интегральным показателем актуальной биологической активности почвы и отражает интенсивность минерализации органического вещества.
Наблюдения за эмиссией СО2 из почвы проводили в динамике, начиная с 1 суток после заделки соломы, с интервалом 7 суток до появления от-
g/iaSuMipckiù ЗемдеШецТ)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
^ о ся
'"и. СЯ+Ы50 СЯ+Ы50+Б дД ДД -—
СЯ+Ы50+Эс СЯ+Ы50+Эцс д-1 ____ • ^ - ^ г
Без удобрений 'о" -—дП
У ...пР--"" 0°
- - -ноО'" ' й( _. - - " - ~
Л ♦ ♦
// -о —" ♦♦ + + _——— _—
;/ $.
*•' / **
О 10 20 30 40 50
Срои компостирования, суг.
Рис. 1. Кумулятивные кривые эмиссии С - СО2 в опыте
60
70
1. Контроль {&ез 2. Солома 5 т/га 3. Солома 5 т/га 4. Фон + Баркон удо&рений) + N50 - ©он
Рис. 2. Содержание микробной биомассы в пахотном слое дерново-подзолистой почвы в различные сроки после заделки соломы
рицательных почвенных температур и наступления заморозков.
Согласно полученным данным, за весь период наблюдений после заделки соломы в почву (63 суток) минимальное количество С-СО2 выделилось из почвы контрольного варианта -72,5 г/м2. В варианте с внесением 5 т/га соломы эта величина была выше в 1,5 разаисоставила109,4г/м2. Добавкаком-пенсирующей дозы N50 к соломе способствовала увеличению эмиссии углерода в варианте 3 на 27 % - до 139,3 г/м2.
Все использованные в опыте биопрепараты проявили высокую эффек-
ВлаЭимгрскт Земледелец*
тивность в отношении интенсификации разложения растительной биомассы соломы, что зафиксировано по увеличению размеров выделения СО2, которые за истекший срок наблюдений были в сумме на 32-58 % выше, чем в варианте 2, где солома внесена без применения биопрепаратов и компенсирующей дозы азота, и на 424 % выше по сравнению с вариантом CЯ+N50 (рис. 1).
В опыте установлено, что по интенсивности влияния на минерализацион-ные потери СО2 биопрепараты можно расположить в такой последовательно-
сти: Экстрасол > Экстрасол ЦС > Баркон. Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами исследований [12] в инкубационном опыте (73 сут.), согласно которым внесение соломы в почву увеличивало эмиссию С-С02 на 39 % по сравнению с контролем. Было установлено, что в варианте с инокулированной соломой выделилось суммарно на 10 % больше С-С02, чем без обработки биопрепаратом. По данным [14], в условиях достаточного увлажнения дыхание почвы (эволюция С02) было увеличено в варианте с соломой, обработанной биопрепаратом на основе микромицета итопотусеБ го5е1ре1И5, по сравнению с необработанной соломой.
Разложение растительных остатков в почве происходит нетолько с минерализацией лабильных фракций органического вещества до С02. При этом происходит ассимиляция органического углерода в микробной биомассе, в результате в почве увеличивается содержание микробного углерода. Увеличение размеров накопления микробной биомассы может служит показателем аккумулятивной направленности биохимических процессов трансформации послеуборочных остатков. В дальнейшем углерод микробной биомассы трансформируется в углерод гумуса и пополняеттаким образом его запасы в почве.
В результате анализа содержания микробной биомассы (С ) в полевом
1 4 мик'
опыте можно отметить, что наиболее заметно влияние инокуляции соломы биопрепаратами проявилось через 1,5 мес. после заделки соломы в почву, когда значения Смик в этих вариантах были выше в 1,22 -1,35 раза выше по сравнению с вариантом 3 (рис. 2).
Увеличение содержания углерода микробной биомассы, дегидрогена-зы и гумуса было установлено также в исследованиях [13] при внесении в почву соломы, инокулированной биопрепаратом на основе культуры гриба Т. гееэе'!.
Влияние обработки соломы биопрепаратами отразилось и на содержании лабильного углерода, экстрагируемого горячей водой - Сэгв. Можно отметить тенденцию увеличения этого показателя весной следующего года в вариантах с внесением инокулированной соломы по сравнению с вариантами, где послеуборочные остатки не были обработаны биопрепаратами.
В результате изучения биологического состояния почвы методом учета численности ФГМ установлено увеличение группы протеолитических бактерий в 1,71 и 1,39 раза и амило-
№ 3-4 (73-74) 2015
1. Показатели биологического состояния дерново-подзолистой почвы при использовании соломы с микробиологическими биопрепаратами
— Численность мпк роорганнзмов Целлю-
прогео- ампло- деллю- ыпкро- нитри- а. лоз олп-
Вариант литнчес- литнчес- лозоли- мице- фициру- ра.^е тпчес-
кпх кпх тпчес- кнх тов ющих папит кая актив-
млн. КОЕ/г почвы тыс. КОЕ/г почвы ность, %
] .Без удобрений 4,1 8,3 20.6 34,7 8.0 272 11.5
4,5 8,9 29,6 55,1 6.7 25
2. Сол ома, 5 т/га 5.6 10.8 28.0 57,0 13.3 491 6,8
7,7 19.8 ЗЗД 91,2 9.0 150
З.Сол ома, 5 т/га + 62 11.4 31,3 56,7 20.0 495 15.8
N50 6,8 19.1 36.5 76,7 12.0 450
4. Солома. 5 т/га + 6.7 12.3 39.0 58.0 14.3 495 16.0
N50 + Баркон 6,1 15.0 50,5 81,7 12,6 25
5. Солома, 5 т/га + N50 + Экстрасол С 10.6 6,6 18.5 9.8 39.7 51,0 52,3 53,6 14,7 9,7 822 250 16.1
6. Солома, 5 т/га + м 18.7 31.0 59,7 15,3 822 20.2
N50 + Экстрасол ЦС 6.7 9,7 52,1 67,6 10,0 95
Над чертой - 04.05.2012 г., под чертой - 03.10.2012 г.
Рис. 3. Соотношение быстро- и медленнорастущих протеолитических микроорганизмов на МПА в пахотном слое почвы опыта
литических - в 1,62 и 1,64 раза в вариантах с применением Экстрасола и Экстрасола ЦС, соответственно. Эффективность биопрепаратов в отношении микроорганизмов, участвующих в минерализации целлюлозы, отмечена на следующий год после заделки соломы (3.10.2012 г.) , когда численность аэробных целлюлозолитических микроорганизмов в вариантах с обработкой соломы Барконом, Экстрасолом и Экс-
трасолом ЦС была выше на 38 -43 % по сравнению с вариантом 3 (табл. 1).
При проведении микробиологических анализов учет численности протеолитических микроорганизмов на мясо-пептонном агаре был проведен дифференцированно (на 1-ые и 4-ые сутки после посева) для учета быстро-и медленнорастущих бактерий и рассчитана их доля в общей численности микроорганизмов, выделяемых на
этой среде. Установлена более высокая доля быстрорастущих бактерий в вариантах с Экстрасолом С (52 %) и Экстрасолом ЦС (46 %), что может свидетельствовать о более активном освоении микрофлорой внесенного органического субстрата и энергично протекающих процессах минерализации (рис. 3).
Урожайность ярового тритикале в вариантах с Экстрасолом и Экстрасолом ЦС была несколько выше, чем при внесении соломы с компенсирующей дозой азота, но величины прибавок были ниже НСР (табл. 2).
Таким образом, в результате исследований в полевом опыте установлена эффективность микробиологических препаратов Баркон, Экстрасол, Экстрасол ЦС в отношении разложения пожнивных остатков зерновых культур в дерново-подзолистой почве. Изучаемые биопрепараты оказали положительное воздействие на развитие почвенной микрофлоры и повышение биологической активности почвы, а также способствовали увеличению содержания водорастворимого углерода. Применение таких биопрепаратов-деструкторов, способствующих ускорению и более полной трансформации растительной биомассы, особенно актуально и эффективно при использовании высоких доз соломы в специализированных, насыщенных зерновыми культура-
№ 3-4 (73-74) 2015
Владимгрскш Землейлод
2. Урожайность ярового тритикале
Вариант Урожайность, г/м2 Прибавка урожайности
r/Mi %
1. Контроль(без удобрений) 150
2. Солома 5 т/га 143 -7 -5
3. Солома 5 т/га + N50 (Фон) 158 8 5
4. Фон + Баркон 158 8 5
5. Фон + Экстрасол 164 14 9
6. Фон + Экстрасол ЦС 168 18 12
НСР05
ми севооборотах, а также при заделке растительных остатков под зерновые культуры, в ресурсосбре-гающих технологиях и др., то есть в тех ситуациях, когда необходимо обеспечить условия скорейшего разложения растительной биомассы, применяемой в качестве удобрения, для предотвращения ее негативного влияния и усиления положительного действия.
Литература
1. Семенов В.М., Ходжаева А.К. Агроэкологические функции растительных остатков в почве // Агрохимия, 2006, №7. - С.63-81.
2. Blanco-Canqui H. & Lal R. Crop Residue Removal Impacts on Soil Productivity and Environmental Quality// Critical Reviews in Plant Sciences, 2009, V. 28, I. 3. Special Issue: Carbon Sequestration. - P. 139-163.
3. Jensen E.S., Ambus P. Prospects for manipulating crop residues to control nitrogen mineralisation-immobilisation in soil //K. Skogs-o. Lantbr.akad. Tidskr. , 2000, 139:8. - P. 25-42.
4. Lal R. The Role of Residues Management in Sustainable Agricultural Systems// Journal of Sustainable Agriculture, 1995, V.5, I.4. - P. 51-78.
22
5. Русакова И.В., Еськов А.И. Оценка влияния длительного применения соломы на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы // Доклады Российской сельскохозяйственной академии, 2011, № 5. С. 28-31.
6. Хисамова К.Ч. Влияние системы удобрения с использованием соломы на биологическую активность почвы и урожай ячменя // Агрохимический вестник, 2015 № 1 - С. 35-37
7. Русакова И.В. Воспроизводство плодородия почв на основе использования возобновляемых биоресурсов // Агрохимический вестник, 2013, № 4 -С 7-12.
8. Богатырева Е.В. Использование соломоразлагающих биопрепаратов в зоне неустойчивого разложения Ставропольского края // Земледелие, 2013, № 8. - С. 14-16.
9. Сергеев Г.Я., Каверович В.В., Костенко Т.А. Влияние препарата Байкал ЭМ1 на скорость разложения соломы // Земледелие, 2006, № 4. - С. 14-15.
10. Русакова И.В., Воробьев Н.И. Влияние биопрепарата Баркон на процесс гумификации соломы // Агрохимия, 2011, № 1. - С. 48-55.
11. Li P., Zhang D.D., Wang X.J., Wang X.J., Cui Z.J. Survival and performance of two cellulose- degrading microbial systems inoculated into wheat straw-amended soil// J. Microbiol. Biotechnol., 2012, I. 22. - P. 126-132.
12. Abro S., Tian X., You1 D., Ba Y., Li M., Wu F. Influence of microbial inoculants on soil response to properties with and without straw under different temperature regimes // African Journal of Microbiology Research, 2011, V. 4(19). -P. 3054-3061.
13. Gaind S., Nain L. Chemical and biological properties of wheat soil in response to paddy straw incorporation and its biodegradation by fungal inoculants //Biodegradation, 2007, V. 18(4). - P. 495-503.
14. Pfender W., Fieland V.,Ganio L., Seidler R. Microbial community structure and activity in wheat straw after inoculation with biological control organisms //Applied Soil Ecology, 1996, V. 3, I. 1. - P. 69-78.
I. V. Rusakova, V.V. Moskovkin.
STUDY OF MICROBIOLOGICAL PREPARATION IMPACT ON TRANSFORMATION OF CEREAL STRAW IN THE SOD-PODZOLIC SOIL
The article presents the results of an experimental study of barley straw mineralization, biological properties of sod-podzolic soil while using microbiological preparations. Barkon was applied with destroy microorganisms of cellulose and lignin containing wastes; Extrasol - with strains Bac. subtilis; Extrasol CS - with intensified cellulosolytic activity. All preparations applied showed a high efficiency towards straw biomass decomposition judging by CO2 isolation increase which were by 32-58% higher during the study period than those in variant 2 where straw was applied without biopreparations and compensative nitrogen dose.
Keywords: straw decomposition, microbiological preparations, microbial biomass, soil.
CO2 emission,
VII съезд Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, состоится 15-22 августа 2016 г. в Белгороде Девиз съезда «Почвоведение - продовольственной и экологической безопасности страны»
Съезд будет включать Научную программу и Делегатское собрание.
Научная программа состоит из 4-х разделов: 1.Пленарные заседания. 2.Работа симпозиумов. З.Работа секций (комиссий, подкомиссий и рабочих групп). 4.Научные полевые экскурсии.
Условия участия в съезде
В работе съезда помимо делегатов могут принимать участие авторы заказных докладов, докладов на пленарных заседаниях и симпозиумах, а также первые авторы принятых к публикации тезисов докладов.
Адреса Оргкомитета съезда В Москве -119017, г.Москва, Пыжевский пер., 7, стр.2 Общество почвоведов им. В.В.Докучаева.
Тел. (7-495) 951-43-59 (Погодина Галина Семеновна) E-mail: [email protected] В Белгороде - 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85, НИУ «БелГУ», факультет горного дела и природопользования Тел. (4722) 30-13-00*21-77 (Голеусов Павел Вячеславович) E-mail: [email protected]
ВлаЭимгрскт ЗемлеШец!)
№ 3-4 (73-74) 2015
