CC BY
1
УДК / UDC 574/577
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ БИОУДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА И РАСТЕНИЕВОДСТВА НА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕ
APPLICATION OF NEW BIOFERTILIZERS BASED ON BIOTECHNOLOGICAL PROCESSING OF ANIMAL HUSBANDRY AND CROP PRODUCTION WASTE ON
SPRING WHEAT
Горькова И.В.,1* д.т.н., профессор Gorkova I.V., Doctor of Technical Sciences, Professor Гагарина И.Н.,1 к.с.-х.н., доцент Gagarina I.N., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Горьков A.A.,1'2 k.c-x.h., доцент, ведущий научный сотрудник Gorkov A.A., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Leading
Researcher Костромичева E.B.,1 к.б.н., доцент Kostromicheva E.V., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor
Прудникова Е.Г.,1 к.с.-х.н., доцент Prudnikova E.G., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Яковлева И.В.,1 ст. преподаватель Yakovleva I.V., Senior Lecturer 1ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal state budgetary educational institution of higher professional education "Orel state agrarian University named after N.V. Parahin», Orel, Russia 2ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур», Орловская область, Россия Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Scientific Centr of Legumens and Groat Crops", Orel region, Russia
*E-mail: [email protected]
В статье представлены данные по испытанию микробиологических удобрений, полученных биотехнологической переработкой сена коренного биогеоценоза и подстилочного навоза. Биологическое действие данных препаратов исследовали на яровой пшенице сорта Дарья. Осуществляли внекорневую подкормку растений пшеницы на начальных этапах вегетации: в фазах 2-3 листа и конец кущения/начало выхода в трубку при расходе препаратов 80 мл на 100 л на 1 га. Показано влияние исследуемых препаратов на качество зерна и колоса пшеницы, а также на урожайность. Проведены исследования содержания органических и минеральных веществ в данных препаратах. В ходе проведения экспериментов показано биологическая активность исследуемых биоудобрений. Увеличение урожайности при обработки препаратом на основе сена коренного биогеоценоза составило 92,3 ц/га по сравнению с контролем и 116,3 ц/га к среднему стандарту. Применение препарата на основе подстилочного навоза позволило увеличить урожайность на 57,53% к контролю и на 73,8 ц/га к среднему стандарту. По морфометрическим показателям проростков пшеницы выявлен максимальный эффект действие препаратов при рабочей концентрации 10-5-10-6%. Вегетативная масса растений пшеницы увеличилась за счет возрастания кустистости и высоты растения. Отмечено возрастание показателей массы главного колоса, массы зерна с колоса, общей массы колосьев и зерна с одного растения. Биоконверсия исходного сырья при производстве биопрепаратов позволила накопить органические и неорганические вещества. В исследованной культуральной жидкости наблюдалось накопление сухого вещества 1,8 г/л для первого биоубодрения и 5,3 г/л для второго, из которого на органические соединения приходилось от 44,4% до 57%.
Ключевые слова: биоудобрения, биоконверсия, яровая пшеница, урожайность, биотехнологическая переработка
The article presents data on the testing of microbiological fertilizers obtained by biotechnological processing of hay of indigenous biogeocenosis and litter manure. The biological effect of these drugs was studied on spring wheat of the Daria variety. Foliar fertilization of wheat plants was carried out at the initial stages of vegetation: in the phases of 2-3 leaves and at the end of tillering / the beginning of tube exit at a drug consumption of 80 ml per 100 liters per 1 ha. The effect of the studied drugs on the quality of grain and ear of wheat, as well as on yield, is shown. The studies of the content of organic and mineral substances in these preparations have been carried out. During the experiments, biological activity of the studied biofertilizers was shown. The increase in yield during treatment with a preparation based on hay of indigenous biogeocenosis amounted to 92.3 c/ha compared with the control and 116.3 c/ha to the average standard. The use of the drug based on litter manure allowed to increase the yield by 57.53% to the control and by 73.8 c /ha to the average standard. According to the morphometric parameters of wheat seedlings, the maximum effect of the drugs was revealed at a working concentration of 10-5-10-6%. The vegetative mass of wheat plants has increased due to an increase in bushiness and plant height. An increase in the mass of the main ear, the mass of grain from the ear, the total mass of ears and grains from one plant was noted. The bioconversion of the feedstock in the production of biological products allowed the accumulation of organic and inorganic substances. In the studied culture liquid, there was an accumulation of dry matter of 1.8 g/l for the first biofertilizer and 5.3 g/l for the second one, organic compounds of which accounted from 44.4% to 57%. Keywords: biofertilizers, bioconversion, spring wheat, yield, biotechnological processing
Введение. Реализация федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы включает разработку новых приемов и отечественных технологий при возделывании сельскохозяйственных культур, в т.ч. пшеницы для повышения ее конкурентоспособности и обеспечения производства семян высших категорий. Для роста эффективности агросистемы важно учитывать потенциал растениеводства региона и создание простых и универсальных инструментов взаимодействия всех товаропроизводителей сельскохозяйственной продукции [1]. Важным является обеспечение системообразующими фиторегуляторами агротехнических мероприятий по обработке как посевного материала, так и листовой поверхности растений. Подобные препараты должны обладать экологичностью, пролонгированным действием, давать прибавку урожайности и обеспечивать качество. Значительным условием при применении является снижение рисков, что обеспечивается низкими концентрациями рабочих растворов и высоким метаболизмом в растениях. Технология изготовления фиторегуляторов строится на синтезе основных принципов биодинамического земледелия и современных научно-технических разработках в области микробиологии, биотехнологии, биохимии и физики. Особое место занимают препараты, образующие единую систему вместе с используемыми химическими пестицидами и минеральными элементами, они имеют свойство синергизма. При этом норма применения химических пестицидов сокращается на 20-30% на единицу посевной площади [2]. Подобные препараты представлены на отечественном рынке — это линейка продукции БАС СОТИС, Альбит, сочетающие в составе органическую и минеральную основу. Однако имеющимся биопрепаратам пока что ещё трудно конкурировать с химическими веществами из-за ряда недостатков, обусловленных самой их биологической природой.
Эффективностью действия биопрепаратов (Баркон, Микобакт, Экстрасол, Байкал-ЭМ, Триходермин и др.) на основе эффективных штаммов микроорганизмов-деструкторов Trichoderma asperellum, Bacillus megaterium,
Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Azotobacter chroococcum, Pseudomonas fluorescen и др. занимаются многие ученые [3,4,5]. Зафиксировано, что применение микробиологических препаратов позволяет ускорить процессы минерализации и гумификации соломы в почве, снизить проявление фитотоксичности, увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, например Русакова И.В. в своей статье [3] указывает на повышение урожайности ячменя на 1,5 (без азота) - 2,5 ц/га (с компенсирующей дозой азота N10 на 1 т соломы) при использовании Органит Стерн. Замечательные результаты повышение урожайности других сельскохозяйственных культур с единицы площади за относительно короткое время, низкое энергопотребление и минимальный уровень загрязнения почвы и воды показывают и другие биоудобрения [6].
Однако большую ценность приобретают те биопрепараты, в состав которых входят активные метаболиты, повышающие устойчивость растений к стрессовым факторам окружающей среды. Отличительной особенностью продуктов микробиологического синтеза, является то, что они не подвержены микробиологической порче в течение длительного времени.
Важным условием в создании новых биопрепаратов является в реальных условиях сельскохозяйственной практики обеспечение стабильности достижения конечного результата вне зависимости от климатических и других факторов.
В связи с чем остается актуальной разработка и поиск новых подходов в получении биопрепаратов, а расширение научных данных в данной области предоставит новые возможности для управления агротехнологиями.
Цель исследований разработка оптимальных регламентов и технологий применения препаратов, полученных на основе микробиологической деструкции растительных остатков на яровой пшенице.
Условия, материалы и методы.
Опытные образцы фиторегуляторов (производство ФИЦ «Немчиновка») были получены в результате 3-х ступенчатого микробиологического разложения предварительно обработанного и подготовленного сена коренного биогеоценоза (препарат 1, условное обозначение 1С) и подстилочного навоза (препарат 2, условное обозначение 4Н) с принудительной аэрацией (скорость подачи воздуха 10 м3/час) и избыточного давления. Характеристика и содержание сухих веществ в опытных препаратах представлены в таблицах 1, 2. Исследования и фенологические наблюдения проводились на опытных делянках ФГБНУ «Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур» согласно стандартизированным методикам и специализированным методам [7], позволяющим обеспечить достоверность, точность и воспроизведение результатов измерений. Посев был осуществлен 25.04.2024 г, уборка урожая 3.08.2024 г. (срок вегетации 100 дней). Внекорневая подкормка растений пшеницы сорта Дарья осуществлялась на начальных этапах вегетации: в фазах 2-3 листа и конец кущения/начало выхода в трубку. Расход препаратов составил 80 мл/100 л на 1 га. Для оценки различий между отдельными показателями использовали дисперсионный анализ [8]. Статистически значимыми приняты различия по величине уровня значимости Р, не превышающие 0,05. Математическую обработку данных проводили с использованием компьютерной программы Microsoft Office Exel.
Таблица 1 - Характеристика опытных деструкции растительных остатков_
препаратов микробиологической
Обозначение препарата
Внешний вид, цвет, запах, растворимость в воде
Внешний вид под микроскопом
РН
1С
4Н
Жидкость,
светло коричневого цвета, без запаха, хорошо растворима в воде
Жидкость, темно коричневого цвета, без запаха, хорошо растворима в воде
При высыхании на предметном стекле
7,4
разделяется на кристаллизующиеся и некристаллизующиеся части
Неоднородная по составу
7,2
Результаты и обсуждение.
Для поддержания роста растений и защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей в настоящее время широко распространено использование пестицидов, удобрений. Они являются чужеродными веществами в почвенной среде, могут нарушать работу микроорганизмов, влиять на ее структуру, на доступность питательных веществ и приводить к серьезным экологическим последствиям. Перспективными в этом направлении являются полифункциональные препараты - продукты микробиологического синтеза, деструкции биологических материалов совокупностью эпифитных (обитающих на стеблях и листьях растений) и ризосферных (обитающих в прикорневой зоне растений) микроорганизмов - симбионтов, функционирующих в определенной последовательности. Это вещества фенольной природы: биогенные амины, меланиновые пигменты, индолилуксусная кислота и другие биологически активные вещества, полностью аналогичные веществам, выделяемым симбионтами растений в естественных условиях. Эти соединения, включаясь в метаболизм, повышают устойчивость растений к стрессовым воздействиям и положительно влияют на ростовые процессы сельскохозяйственных растений.
В исследованной аэрированной культуральной жидкости наблюдается накопление 1,8 г/л (1С) и 5,3 г/л (4Н) сухого вещества, из которого в первом варианте 44,4% приходится на органические соединения при одновременном снижении в культуральной жидкости веса разлагающейся соломы, содержание минеральных соединений составляет 1,0 г/л, а органических 0,8 г/л (таблица 2). Таким образом, биоконверсия по накоплению органического вещества составляет 12 %, в то время как по утилизации исходного сырья 32 % (разница
за счет образования газообразных соединений - продуктов микробиологического синтеза). Во втором варианте большая часть 56,6% приходится на органическую составляющую и меньшая на неорганическую 44%.
Таблица 2 - Содержание сухих веществ в опытных препаратах, г/л
Обозначение препарата Содержание органических веществ Содержание минеральных веществ Всего
1С 0,8+0,1 1,0+0,3 1,8+0,3
4Н 3,0+0,6 2,3+0,5 5,3+0,6
Изучение концентрации действующих веществ препаратов проводили в лабораторных условиях путем разбавления. По морфометрическим показателям проростков пшеницы выявлен максимальный эффект при рабочей концентрации 10"5-10"6%. Это и легло в схему полевого опыта. Лето в Орловской области было засушливым, что являлось не благоприятным для нормального роста растений и накопления питательных веществ в зерне пшеницы.
Дарья
8 7 6 5
0
II ¿11
Масса главного колоса
Масса зерна с Масса колосьев с Масса зерна с главного колоса подгона подгона с одного
растения
К 1 в2
Рисунок 1 - Оценка качества колоса и зерна по массе в зависимости от применяемого препарата, сорт пшеницы Дарья: К - обработка водой; 1 -
препарат 1 С; 2- препарат 4Н
Анализируя структуру урожая, было показано, что вегетативная масса была больше за счет увеличения кустистости и высоты растения. Это привело к росту таких показателей как масса главного колоса, масса зерна с колоса, общая масса колосьев и зерна с одного растения. Результаты представлены на диаграмме рис.1., внешний вид колоса на рис.2. Препарат 1С более эффективен на показателях, относящихся к главному колосу, а препарат 4Н затронул положительные изменения в зерне с подгона. Отмечено и снижение вариабельности признаков, например масса главного колоса в контрольном образце колеблется от 0,97 до 3,21 г. Максимальное отклонение от среднего
значения составляет 1,55 г., в опытных вариантах интервал разброса значений значительно уже - на 0,62 ед. (разница между максимальными отклонениями от среднего) и составляет величины от 1,46 до 3,07 г с обработкой препарата 1С и от 1,36 до 2,11 с обработкой препарата 4Н. Аналогичные данные наблюдаются и при изучении других признаков. Это говорит о выравненное™ и стабильности признака при обработке. Средняя масса главного колоса при использовании 1С препарата выросла на 17,15%, а препарата 1Н на 1,2%.
Рисунок 2 - Внешний вид колоса в зависимости от применяемого препарата, сорт пшеницы Дарья: К - обработка водой; 1 - препарат 1С; 2- препарат 4Н
Полученные данные продуктивности напрямую связаны с урожайностью. По данным ФГБУ «Госсорткомиссия» [9] в Орловской области средняя урожайность сорта Дарья составляет 48,5 ц/га, прибавка к среднему стандарту 6,8 ц/га. В условиях мелкоделяночного опыта в ФГБНУ ФНЦ ЗБК она составила 65,7 ц/га, прибавка к среднему стандарту 24 ц/га (табл.3).
Таблица 3 - Урожайность опытных образцов Дарья, т/га
Вариант Урожайность опытных образцов Средняя прибавка к контролю, %
К 6,57+4,33 -
1 15,80+2,95 140,48%
2 11,50+1,28 57,53%
Обработка препаратом 1С привела к увеличению урожайности на 92,3 ц/га по сравнению с контролем и к среднему стандарту на 116,3 ц/га. Применение препарата 4Н позволило увеличить урожайность сорта Дарья на 57,53% к контролю и к среднему стандарту на 73,8 ц/га.
Выводы
Продукты микробиологического синтеза, деструкции биологических материалов совокупностью эпифитных и ризосферных микроорганизмов являются перспективными в создании полифункциональных препаратов для повышения генетического потенциала, урожайности и усиления продукционного процесса зерновых культур.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Уварова М.Н., Польшакова Н.В., Жилина Л.Н. Региональная политика повышения эффективности функционирования агропромышленного комплекса // Вестник ОрелГАУ. 2022. №6 (99). C.136-142.
2. Хамитова Р.Я., Мирсаитова Г.Т. Современные тенденции в области применения пестицидов // Гигиена и санитария. 2014. №4.С.23-25.
3. Русакова И.В. Эффективность биопрепарата Органит Стерн как деструктора соломы // Владимирский земледелец. 2022. №4 (102). С. 38-43.
4. Влияние длительного использования соломы зерновых культур и целлюлозолитического микромицета на микробное сообщество почвы и содержание обменных соединений цинка в черноземах выщелоченных / Н.В.Безлер, Т.А.Девятова, Н.С.Горбунова, И.В Черепухина, А.И. Громовик // Агрохимический вестник. 2022. № 1. С. 36-44.
5. Трансформации микробного сообщества и органического субстрата при аэробной ферментации помета / И.А. Архипченко, Л.Г. Бакина, А.Ю. Брюханов [и др.] // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24, № 8. С. 22-27. - DOI 10.18412/1816-0395-2020-8-22-27.
6. Hamed S.M., El-Gaml, N.M. & Eissa, S.T. Integrated biofertilization using yeast with cyanobacteria on growth and productivity of wheat. Beni-Suef Univ J Basic Appl Sci, 2022. V.11 (112). https://doi.org/10.1186/s43088-022-00288-y
7. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый общая часть. М. ФГБУ «Госсорткомиссия», 2019. 329 с.
8. Биометрия в MS Excel: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2018. 172 с.
9. ФГБУ «Госсорткомиссия»: [Электронный ресурс]. URL: https://gossortrf.ru/ (Дата обращения: 01.10.2024).
REFERENCES
1. Uvarova M.N., Polshakova N.V., Zhilina L.N. Regionalnaya politika povysheniya effektivnosti funktsionirovaniya agropromyshlennogo kompleksa // Vestnik OrelGAU. 2022. №6 (99). C.136-142.
2. Khamitova R.Ya., Mirsaitova G.T. Sovremennye tendentsii v oblasti primeneniya pestitsidov // Gigiena i sanitariya. 2014. №4. S.23-25.
3. Rusakova I.V. Effektivnost biopreparata Organit Stern kak destruktora solomy // Vladimirskiy zemledelets. 2022. №4 (102). S.38-43.
4. Vliyanie dlitelnogo ispolzovaniya solomy zernovykh kultur i tsellyulozoliticheskogo mikromitseta na mikrobnoe soobshchestvo pochvy i soderzhanie obmennykh soedineniy tsinka v chernozemakh vyshchelochennykh / N.V.Bezler, T.A.Devyatova, N.S.Gorbunova, I.V Cherepukhina, A.I. Gromovik // Agrokhimicheskiy vestnik. 2022. № 1. S. 36-44.
5. Transformatsii mikrobnogo soobshchestva i organicheskogo substrata pri aerobnoy fermentatsii pometa / I.A. Arkhipchenko, L.G. Bakina, A.Yu. Bryukhanov [i dr.] // Ekologiya i promyshlennost Rossii. 2020. T. 24, № 8. S. 22-27. - DOI 10.18412/1816-0395-2020-8-22-27.
6. Hamed S.M., El-Gaml, N.M. & Eissa, S.T. Integrated biofertilization using yeast with cyanobacteria on growth and productivity of wheat. Beni-Suef Univ J Basic Appl Sci, 2022. V.11(112). https://doi.org/10.1186/s43088-022-00288-y
7. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur. Vypusk pervyy obshchaya chast. M. FGBU «Gossortkomissiya», 2019. 329 s.
8. Biometriya v MS Excel: Uchebnoe posobie. SPb.: Izdatelstvo «Lan», 2018. 172 s.
9. FGBU «Gossortkomissiya»: [Elektronnyy resurs]. URL: https://gossortrf.ru/ (Data obrashcheniya: 01.10.2024).
