CC BY
45
БИОПРЕПАРАТЫ И РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА
УДК 633.11«321»:631.8
ВЛИЯНИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ, УДОБРЕНИЙ И БИОПРЕПАРАТОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
19 9 1
А.А. Завалин, д.с.-х.н., Н.С. Алметов, д.с.-х.н., Н.В. Горячкин, к.с.-х.н., А.А. Алферов, к.с.-х.н.
1ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, e-mail: [email protected] 2Марийский государственный университет, e-mail: [email protected]
Приведена оценка действия и последействия биопрепарата Флавобактерин, созданного с использованием ассоциативных и симбиотических микроорганизмов и минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы в зернотравяных севооборотах с многолетними бобовыми и злаковыми травами. Применение биопрепаратов способствовало дополнительному накоплению в урожае яровой пшеницы основных элементов питания, повышало окупаемость PK-удобрений прибавкой урожайности в 2,6-8,2 раза, азотных - в 1,4-1,6 раза.
Ключевые слова: удобрения, биопрепараты, инокуляция семян, ассоциативные и симбиотические микроорганизмы, севооборот, баланс азота.
INFLUENCE OF PREDECESSORS, FERTILIZERS AND BIOPREPARATIONS ON YIELD AND QUALITY OF SPRING WHEAT
lDr. Sci. A.A. Zavalin, 2Dr. Sci. N.S. Almetov, 2PhD. N.V. Goryachkin, lPhD. A.A. Alferov
ARSRI for Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, e-mail: [email protected] Mari El State University, e-mail: [email protected]
Estimation of effect and aftereffect of Flavobacterin biopreparations produced from associative and symbiotic microorganisms and mineral fertilizers on yield of spring wheat at grain-grass crop rotations with perennial legume and cereal grasses. Application of biopreparations allowed extra accumulation of nutrients in spring wheat, provided profitability of PK-fertilizers by addition of yield till 2,6-8,2 times, N-fertilizers till 1,4-1,6 times.
Keywords: fertilizers, biopreparations, seeds inoculation, associative and symbiotic microorganisms, crop rotation, nitrogen balance.
Возделывание яровой пшеницы в Нечерноземной зоне, где большинство почв характеризуется невысоким содержанием гумуса, требует решения проблемы азотного питания растений. При ограниченном ресурсном обеспечении сельского хозяйства многолетние бобовые и бобово-злаковые травы, как предшественники, являются важным и единственным доступным средством повышения урожайности зерновых культур и вовлечения атмосферного азота в агроценоз [1, 2]. Также возможным решением проблемы обеспечения растений минеральным азотом при недостатке применения азотных удобрений может стать азот биологический, фиксированный на корнях сельскохозяйственных культур ассоциативными диазотрофами, образующими экзоризосферные ассоциации на корнях небобовых культур [3, 4].
Цель работы - изучение влияния и взаимодействия севооборота, удобрений и биопрепаратов на урожайность и использование яровой пшеницей элементов питания, а также количество вовлеченного в агроценоз биологического азота.
Исследования проводили на экспериментальном поле Марийского государственного университета в 2009-2011 гг. в зернотравяных севооборотах со следующим чередованием культур: севооборот 1 - ячмень с подсевом клевера красного - клевер красный I г.п. - клевер красный II г.п. - яровая пшеница; севооборот 2 - ячмень с подсевом тимофеевки луговой - тимофеевка луговая I г.п. - тимофеевка луговая II г.п. - яровая пшеница; севооборот 3 - ячмень с подсевом смеси клевера красного и тимофеевки луговой в соотношении 1:1 - клевер красный и тимофеевка луговая I г.п. - клевер красный и тимофеевка луговая II г.п. - яровая пшеница. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур соответствовала общепринятой для условий Республики Марий Эл.
Почва опытного участка - дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая. Агрохимические показатели пахотного слоя почвы перед закладкой опыта: содержание гумуса (по Тюрину) 2,1-2,3%; рНКс1 5,8-6,0; содержание Р2О5 и К2О (по Кирсанову) соответственно 230-254 и 175-194 мг/кг; 8 (по Каппен-
1. Урожайность яровой пшеницы (средняя за 2009-2011 гг.), т/га
Удобрение Биопрепарат на ячмене, многолетних травах и яровой пшенице Севооборот
1 (с клевером) 2 (с тимофеевкой) 3 (клевер + тимофеевка)
Г Г " Контроль 2,29 1,70 2,16
Без удобрений Инокуляция 2,71 2,03 2,55
Р60К60 Контроль 2,41 1,86 2,20
Инокуляция 2,81 2,22 2,60
N30P 60К60 Контроль 3,14 2,58 2,94
Инокуляция 3,71 3,03 3,48
HCPo5 для частных различий 0,080
HCPo5 для предшественников 0,033
HCP05 для удобрений 0,033
HCP05 для биопрепарата 0,027
ну-Гильковицу) 9,2-10,8 и Hr (по Каппену) - 1,341,50 мг-экв/100 г почвы.
Опыт был заложен трех полях, в трехкратной повторности. Минеральные удобрения в виде Naa, Pw Kx вносили согласно схемы опыта под предпосевную культивацию зяби. Для инокуляции семян яровой пшеницы применяли Флавобактерин, созданный на основе штамма Л30, относящегося к роду Flavobacterium sp. Семена обрабатывали биопрепаратом непосредственно в день посева под навесом в дозе 600 г препарата на гектарную норму семян. В качестве прилипателя использовали №КМЦ. Учет урожайности проводили в фазе полной спелости зерна прямым комбайнированием комбайном СК-5 «Нива». Общая площадь делянки - 108 м2, учетной - 80 м2. Пробы растений и почвы отбирали по стандартным методикам, агрохимические анализы осуществляли в аккредитованной лаборатории. Статистическую обработку данных проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) с применением пакета программ прикладной статистики Stat.
Результаты и обсуждение. Продуктивность сельскохозяйственных культур зависит от применяемых агротехнологий, в которых важнейшее место отводится обеспеченности растений элементами минерального питания. Созданный в 70-80 гг. ХХ века высокий уровень обеспеченности почв Республики Марий Эл подвижными формами фосфора и калия выдвигает на первое место снабжение растений азотом, особенно на дерново-подзолистых почвах. В обеспеченности культурных растений азотным питанием важное место занимают минеральные удобрения. Использование
азота аммиачной селитры при возделывании яровой пшеницы повышает урожайность зерна в зависимости от предшественника на фоне фосфорно-калийных удобрений на 0,72-0,90 т/га, или 30-39% (табл. 1), что подтверждает результаты исследований о ее высокой отзывчивости на внесение минерального азота [5]. Величина урожая зерна яровой пшеницы в среднем за 3 года достигала 2,6-3,7 т/га.
Отзывчивость яровой пшеницы на внесение азотного удобрения меняется в зависимости от предшественника. Ее возделывание по пласту тимофеевки луговой по фону фосфорно-калийных удобрений позволило увеличить урожайность от внесения минерального азота на 0,72-0,81 т/га (прирост 36-39%). Применение азотного удобрения под яровую пшеницу, выращиваемую после клевера или клевера в смеси с тимофеевкой, способствовало увеличению урожайности зерна на 0,73-0,90 т/га (30-34%).
Существенное влияние на увеличение урожая зерна яровой пшеницы оказала инокуляция семян препаратом Флавобактерин. Его эффективность зависела от метеорологических условий вегетационного периода, предшественников и минеральных удобрений. Инокуляция семян Флавобактерином как без внесения минеральных удобрений, так и на фоне Р60К60 обеспечила прибавку, которая в среднем за три года составила 0,33-0,40 т/га или 1719%. На фоне полного минерального удобрения дополнительный сбор зерна от инокуляции семян Флавобактерином составил 0,45-0,47 т/га, или 1718%. Этот факт свидетельствует о положительной роли бактериального удобрения в фиксации азота.
Необходимо отметить, что в опыте исследовали
2. Окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожайности
зерна яровой пшеницы в севооборотах при использовании биопрепарата, кг зерна/кг
Удобрение Вариант Севооборот
1 (с клевером) 2 (с тимофеевкой) 3 (клевер + тимофеевка)
NPK N NPK N NPK N
Р60К60 Без обработки 1,0 - 1,3 - 0,3 -
Флавобактерин 3,4 - 3,5 - 2,8 -
N30P 60К60 Без обработки 5,7 28,3 5,9 29,3 5,2 26,0
Флавобактерин 8,6 43,0 8,2 41,0 8,1 40,7
как влияние биопрепарата на яровую пшеницу, так и его влияние на последователей. Установлено, что применение биопрепаратов позволяет увеличить урожайность зерна яровой пшеницы на 0,33-0,57 т/га, или на 17-19%, а последействие на всех культурах в севообороте дополнительно дает прибавку урожайности на 0,08-0,13 т/га, или 3-6%.
Размеры окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожайности яровой пшеницы (с учетом основной и побочной продукции) зависели от севооборота, применяемых минеральных удобрений и от инокуляции семян биопрепаратами (табл. 2). Поскольку урожайность зерна при внесении под яровую пшеницу P60K60 была невысокой, то минимальной была и окупаемость минеральных удобрений. Внесение N30, увеличив прибавку урожайности, обеспечило существенный рост окупаемости минеральных удобрений - 5,2-5,9 кг зерна/кг. При этом окупаемость 1 кг азота составила 26-29 кг зерна. Использование Флавобактерина увеличивало окупаемость NPK, в том числе 1 кг азота до 40-43 кг зерна. Наиболее низкой эффективность биопрепарата наблюдалась при возделывании яровой пшеницы по злаковому предшественнику. При посеве яровой пшеницы по бобовому и бобово-злаковому предшественнику прибавка урожайности от биопрепарата отмечена на 0,05-0,10 т/га выше, чем по злаковому. Таким образом, инокуляция семян яровой пшеницы Флавобактерином повысила окупаемость азотных удобрений в 1,4-1,6 раза, а фосфорно-калийных удобрений в 2,6-8,2 раза. Окупаемость азотных удобрений в составе NPK была более чем в 5 раз выше окупаемости фосфорно-калийных удобрений.
Использование растениями элементов питания определяется выносом их урожаем, который зависит от концентрации NPK и величины урожая основной и побочной продукции. С улучшением условий питания увеличивается урожайность, но в результате повышается вынос элементов питания возделываемыми культурами. С другой стороны, возрастание выноса азота, фосфора и калия является свидетельством более благоприятных условий для растений [6, 7]. Исследования показывают, что низкий вынос NPK с урожаем основной и побочной продукции был в вариантах без применения удобрений при возделывании яровой пшеницы по тимофеевке луговой. Накопление азота в урожае яровой пшеницы в севообороте № 2 в контроле было всего 30 кг/га, вынос фосфора составил - 15, калия
- 16 кг/га (табл. 3). В севообороте с клевером вынос основных элементов питания с урожаем был существенно выше: азота - около 46 кг/га, фосфора
- 21, калия - 24 кг/га. Возделывание яровой пшеницы по такому предшественнику, как смесь бобо-во-злаковых трав способствовало накоплению азота в размере 41 кг/га, фосфора - 20, калия - 21 кг/га. Различия в выносе элементов минерального питания урожаем яровой пшеницы связаны с предшественником. В связи с тем, что максимальная урожайность получена в севообороте с клевером, то и вынос NPK в этом варианте тоже был максимальным.
Минеральные удобрения во всех изучаемых севооборотах способствовали увеличению выноса элементов питания в сравнении с контролем: по фону фосфорно-калийных удобрений: азота 34-51 кг/га, фосфора 19-26 кг/га и калия 20-28 кг/га. Мак-
3. Вынос элементов питания с урожаем и затраты на формирование 1 т зерна яровой пшеницы (среднее за 2009-2011 гг.)
Севооборот Удобрение Биопрепарат На весь урожай, кг/га На 1 т зерна с учетом побочной продукции, кг/т
N P2O5 ^ N P2O5 ^
№ 1 (с клевером красным) Г Г " Контроль 46,1 20,7 23,6 23,4 10,5 12,0
Без удобрений Флавобактерин 55,3 24,1 28,2 24,8 10,8 12,7
Рб0 К60 Контроль 51,1 25,7 28,4 24,7 12,4 13,7
Флавобактерин 60,6 29,3 34,4 26,1 12,6 14,8
^6^60 Контроль 74,3 34,2 38,3 27,5 12,7 14,2
Флавобактерин 89,5 40,8 45,2 29,1 13,3 14,7
№ 2 (с тимофеевкой луговой) г Г " Контроль 30,2 15,2 15,7 20,6 10,4 10,7
Без удобрений Флавобактерин 36,9 18,1 18,9 22,0 10,8 11,3
Р60 К60 Контроль 33,9 18,7 19,8 21,2 11,7 12,4
Флавобактерин 40,4 21,8 24,7 22,1 12,0 13,5
^0Р60К60 Контроль 53,2 27,2 29,3 24,0 12,2 13,2
Флавобактерин 63,5 32,2 35,5 25,2 12,8 14,1
№ 3 (клевер красный + тимофеевка луговая) Г Г " Контроль 41,3 19,5 21,2 22,2 10,5 11,4
Без удобрений Флавобактерин 48,2 22,7 25,0 23,1 10,8 12,0
Р60 К60 Контроль 44,7 22,5 25,5 23,6 11,9 13,5
Флавобактерин 53,5 25,7 30,0 25,0 12,0 14,0
^0Р60К60 Контроль 63,4 32,3 35,0 25,1 12,8 13,9
Флавобактерин 80,2 38,0 41,9 27,6 13,1 14,4
4. Структура выноса N урожаем яровой пшеницы, средняя за 2009-2011 гг., кг/га
Севооборот Удобрение Биопрепарат Всего Биологический азот Почва (минерализация) Удобрение
общий в т.ч. симбиотический в т.ч. ассоциативный
№ 1 (с клевером красным) Контроль 46,1 30,7 30,7 - 15,4 -
Без удобрений Флавобактерин 55,3 42,8 34,5 8,3 12,5 -
Р60К60 Контроль 51,1 31,5 31,5 - 19,6 -
Флавобактерин 60,6 44,2 35,1 9,1 16,4 -
60К60 Контроль 74,3 35,3 35,3 - 19,6 19,4
Флавобактерин 89,5 52,9 39,5 13,4 16,4 20,2
№ 2 (с тимофеевкой луговой) Контроль 30,2 — - - 30,2 -
Без удобрений Флавобактерин 36,9 5,5 - 5,5 31,4 -
Р60К60 Контроль 33,9 - - - 33,9 -
Флавобактерин 40,4 6,1 - 6,1 34,3 -
N30^0^0 Контроль 53,2 - - - 33,9 19,3
Флавобактерин 63,5 9,5 - 9,5 34,3 19,7
№ 3 (клевер красный + тимофеевка луговая) Контроль 41,3 19,5 19,5 - 21,8 -
Без удобрений Флавобактерин 48,2 29,1 21,9 7,2 19,1 -
Р60К60 Контроль 44,7 15,3 15,3 - 29,4 -
Флавобактерин 53,5 24,5 16,5 8,0 29,0 -
N31^60^0 Контроль 63,4 13,8 13,8 - 29,4 20,1
Флавобактерин 80,2 28,2 16,2 12,0 29,0 23,0
Примечание: симбиотический азот - азот, накопленный бобовыми предшественниками; ассоциативный азот рассчитан как 15% от общего выноса азота растениями яровой пшеницы.
симальный вынос элементов питания урожаем яровой пшеницы в севооборотах получен при внесении ^0Р60К60. Поскольку максимальная урожайность яровой пшеницы получена в севообороте с клевером, то и вынос NPK был выше, чем при ее возделывании по злаковым и бобово-злаковым травам.
Инокуляция семян яровой пшеницы в результате увеличения ее урожайности способствовала дополнительному отчуждению основных элементов питания во всех севооборотах. Так, без удобрений дополнительный вынос азота в севообороте с клевером составил 9,0 кг/га (+20%), в севообороте с тимофеевкой - 6,7 кг/га (+22%) и в севообороте с бобово-злаковыми травами - 6,9 кг/га (+17%). Дополнительное увеличение выноса NPK с урожаем яровой пшеницы получено при инокуляции семян Флавобактерином и на фоне применения фосфор-но-калийного удобрения, что обусловлено использованием растениями биологического азота, фиксированного клубеньковыми бактериями на бобовых травах и ассоциативными бактериями на злаковых культурах. В зависимости от предшественника увеличение выноса азота с урожаем яровой пшеницы по сравнению с вариантом без биопрепарата составило от 6,5 до 9,5 кг/га (прирост 18,619,7%). Применение аммиачной селитры в сочетании с биопрепаратом на фоне фосфорно-калийного удобрения, способствовало дополнительному накоплению основных элементов питания урожаем и в зависимости от севооборота увеличило вынос азота по сравнению с вариантом РК на 30-38 кг/га (прирост составил 75-87%). Дополнительный вынос фосфора и калия был связан с потреблением
инокулированными растениями питательных веществ из почвы, а также с использованием их из минеральных удобрений [3].
Для расчета доз удобрений на планируемый урожай и составление баланса элементов минерального питания используют нормативы затрат NPK на получение 1 т урожая. Они зависят от многих факторов, среди которых важнейшее значение имеет удобренность посевов, предшественники и сорта.
Расчеты показали (табл. 3), что затраты азота на получение 1 т зерна яровой пшеницы с учетом побочной продукции в зависимости от изучаемых факторов и погодных условий колеблются от 21 до 29 кг/га, фосфора - от 10 до 13 кг/га и калия - от 11 до 15 кг/га.
Исследование структуры выноса азота урожаем яровой пшеницы (табл. 4) показало, что в общем количестве биологического азота значительная доля приходится на азот, вовлекаемый в агроценоз симбиотическими азотфиксаторами при выращивании клевера в чистом виде и в смеси с тимофеевкой. Расчеты поступления биологического азота, проведенные по методикам [8, 9], позволили определить размеры его накопления. Применение биопрепарата в сочетании с симбиотическим азотом бобовых трав способствует снижению потребления яровой пшеницей почвенного азота, образуемого в результате минерализации органического вещества, в севообороте с клевером - на 2,9 кг/га (вариант без удобрений), при возделывании после смеси клевера с тимофеевкой - на 2,7 кг/га. Одновременно применение биопрепарата на яровой пшенице повыша-
ет долю биологического азота в формировании урожайности на 11 -13%.
В севообороте с бобовыми травами на фоне фосфорно-калийных удобрений потребление растениями яровой пшеницы азота из почвы снижается на 3,2 кг/га (16%), что обусловлено потреблением ассоциативного азота, фиксированного в результате использования биопрепарата. Однако при ее возделывании в аналогичном варианте удобрений после клевера с тимофеевкой наблюдается только тенденция к снижению потребления почвенного азота.
При расчете структуры потребления азота в варианте с применением аммиачной селитры вынос азота из почвы был принят как при внесении фос-форно-калийных удобрений.
Расчет структуры выноса азота урожаем яровой пшеницы показал, что инокуляция семян яровой пшеницы биопрепаратом способствует повышению потребления азота из минеральных удобрений на 0,4-2,9 кг/га. Максимальное увеличение (2,9 кг/га
(+14%)) использования азота аммиачной селитры наблюдалось в севообороте с бобово-злаковыми травами.
Таким образом, полевые исследования по применению биопрепарата Флавобактерина в сочетании с минеральными удобрениями в севооборотах с разными предшественниками показали, что инокуляция им семян яровой пшеницы увеличила ее урожайность, прибавка от использования собственно биопрепарата составила 0,330,57 т/га (прирост 17-19%).
Применение биопрепаратов способствовало дополнительному накоплению в урожае яровой пшеницы основных элементов питания (азота 6,5-9,5 кг/га), повышало окупаемость внесения РК-удобрений прибавкой урожайности в 2,6-8,2 раза, азотных - в 1,4-1,6раза.
Инокуляция семян Флавобактерином снижает потребление яровой пшеницей азота из почвы на 2,7-3,2 кг/га.
Литература
1. Лошаков В.Г. Севооборот и плодородие почвы / Под ред. Сычева В.Г. - М.: ВНИИА, 2012. - 512 с.
2. Иванов Ю.Д. Современные аспекты экологизации севооборотов в земледелии Центральной нечерноземной зоны России // Агро XXI, 2002, № 9. - С. 18-19.
3. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. - М.: ВНИИА, 2005. - 302 с.
4. Завалин А.А., Алметов Н.С. Применение биопрепаратов и биологический азот в земледелии Нечерноземья. -М.: Изд. ВНИИА, 2009. - 152 с.
5. Кумаков В.А. Биологические основы возделывания яровой пшеницы по интенсивной технологии. - М.: Агро-промиздат, 1988. - 103 с.
6. Климашевский Э.Л. Генетический аспект минерального питания растений. - М.: Агропромиздат, 1991. - 415 с.
7. Завалин А.А., Благовещенская Г.Г., Чернова Л.С., Шмырева Н.Я. Управление азотным питанием в почве // Агрохимический вестник, 2012, № 4. - С. 38-40.
8. Трепачев Е.П. Агрохимические аспекты биологического азота в современном земледелии. - М.: Агроконсалт, 1999. - 531 с.
9. Завалин А.А., Алметов Н.С., Бердников В.В., Благовещенская Г.Г. Эффективность применения биопрепаратов в севообороте // Агрохимия, 2010, № 6. - С. 28-37.
10. Кураков А.В., Прохоров И.С., Костина Н.В., Махова Е.Г., Садыкова В.С. Стимуляция грибами азотфиксации в дерново-подзолистых почвах // Почвоведение, 2006, № 9. - С. 1075-1081.
References
1. Loshakov V.G. Crop rotation and soil fertility / Ed. Sychev V.G. - М.: ARSRI for Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, 2012. - 512 p.
2. Ivanov Yu.D. Modern aspects of crop rotation ecologization in agriculture of Central Non-Chernozem zone of Russia // Agro XXI, 2002, № 9. - P. 18-19.
3. Zavalin A.A. Biopreparations, fertilizers and harvest. - М.: ARSRI for Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, 2005. - 302 p.
4. Zavalin A.A., Almetov N.S. Application of biopreparations and biological nitrogen in agriculture of Non-Chernozem region. - М. : ARSRI for Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, 2009. 152 p.
5. Kumakov V.A. Biological basements of spring wheat cultivation by intensive technology. - М.: Agropromizdat. 1988. - 103 p.
6. Klimashevsky E.L. Genetic aspect of plant mineral nutrition. - М.: Agropromizdat, 1991. - 415 p.
7. Zavalin A.A., Blagoveshchenskaya G.G., Chernova L.S., Shmyreva N.Ya. Management of nitrogen nutrition // Agro-chemical herald, 2012, № 4. - P. 38-40.
8. Trepachev E.P. Agrochemical aspects of biological nitrogen in modern agriculture. - М. : Agroconsult, 1999. - 531 p.
9. Zavalin A.A., Almetov N.S., Berdnikov V.V., Blagoveshchenskaya G.G. Efficiency of biopreparation application in crop rotation // Agrochemistry, 2010, № 6. - P. 28-37.
10. Kurakov A.V., Makhova E.G., Sadykova V.S., Prokhorov I.S., Kostina N.V. Stimulation of nitrogen fixation in sod-dy-podzolic soils with fungi // Eurasian Soil Science, 2006, Vol. 39, № 9. - P. 968-974.
