Cellulosolytic activity of gray forest soil under the influence of plant residues destructors in the conditions of the south of Western Siberia

Full Text

На основе распада льняного полотна формируется мнение о интенсивности протекающих процессов и уровне биологической активности почвы. Биологическая активность почвы наиболее точно отражает почвенные условия совокупность которых обеспечивает результат работы земледельца в виде полученного урожая возделываемых культур [1, 2, 3].

К настоящему моменту интерес представляет вопрос о том, каким образом изменяется целлюлозолитическая активность почвы по фенологическим сезонам года и зависимость от способа обработки во времени [4].

Цель исследований: установить влияние препаратов деструкторов на формирование урожайности и процесс функционирования агросистемы в зависимости от условий влажности и способа основной обработки почвы.

Впервые в Кемеровской области проводится испытание препаратов различного происхождения для оценки их влияния на улучшение плодородия почвы за счет увеличения доли полезных микроорганизмов, подавления патогенной микрофлоры, более быстрого разложения растительных остатков и уменьшения применения минеральных удобрений.

Задачи исследований: определить целлюлозоразлагающую активность почвы, биогенность амилолитических и протеолитических микроорганизмов и урожайность культур в зависимости от действия препаратов деструкторов и способа основной обработки почвы.

Материал и методы исследований. Опыты проводились в 2022-2024 гг. на поле ИП Глава КФХ Горяев Роман Анатольевич расположенного в селе Красный Яр, Ижморского округа, Кемеровской области согласно схеме геоморфологического районирования, представленной южной окраиной Западно-Сибирской низменности. Равнинные территории области входят в Предалтайскую и Среднесибирскую провинции лесостепной зоны серых лесных и других типов почв в пределах суббореального почвенно-биоклиматического пояса. Ижморский округ расположен в умеренно-прохладном, умеренно увлажненном климатическом подрайоне. В почвенном покрове преобладают темно-серые и серые лесные почвы.

Опыт проводился в четырехпольном севообороте. Предшественником яровой пшеницы являлась озимая пшеница. Согласно чередованию культур, на участке полевого производственного опыта в 2023 году высевали пшеницу сорта Руслада, в 2024 году горох сорта Эрби, в 2025 году заключительной культурой использовали овес сорта Максим.

Варианты опыта состояли из 12 вариантов из них 4 варианта контроля. Опыт трехфакторный. Фактор А – микробиологические препараты, фактор В – обработка почвы, фактор С – удобрения.

 

Схема опыта

Поверхностная 10-12 см		Отвальная 20-22 см
Контроль	Контроль N 20 кг д.в. на га	Контроль	Контроль N 20 кг д.в. на га
Биокомпозит	Биокомпозит N 20 д.в. на га	Биокомпозит	Биокомпозит N 20 кг д.в на га
Стернифаг	Стернифаг N 20 кг д.в. на га	Стернифаг	Стернифаг N 20 кг д.в. на га

 

Почва опытного участка серая лесная тяжелосуглинистая. Содержание органического вещества определяли фотометрическим методом в соответствии с ГОСТ 26213-2021 «Почвы. Методы определения органического вещества», по градациям, разработанным и утвержденным в почвоведении является повышенным – 7,66%, содержание нитратного азота ионометрическим методом по ГОСТ 26951-86 «Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом» низкое – 5,97 мг/кг, содержание фосфора низкое – 8,61 мг/кг, содержание калия низкое – 15,84 мг/кг, определяли по Чирикову в модификации ЦИНАО по ГОСТ 26204-91 «Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО», реакцию почвенного раствора определяли по Каппену в соответствии с ГОСТ 26212-91 «Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО» относится к слабокислым с величиной рН – 4,9, численность микроорганизмов амилолитических и протеолитических определяли с помощью метода посева на среде МПА и КАА.

На фоне применения различных препаратов деструкторов и основной обработки почвы изучали их действие на показатели биологической активности и урожайность сельскохозяйственных культур. Площадь делянки 1440 м². Повторность опыта – четырехкратная.

В процессе исследования использовались препараты микробиологический Биокомпозит производство Щелково агрохим город Москва и биологический фунгицид Стернифаг производство Агробиотехнологии город Белгород, а также аммиачная селитра (NH⁴NO³) в дозе 20 кг д.в. на 1 га.

Препарат Биокомпозит состоит из консорциума микроорганизмов Bacillis, Pseudomonas и другие в 1 см³ препарата концентрация не менее 1*10⁹ КОЕ/г. Норма расхода от 1 до 3 л/га. Препарат Стернифаг представляет собой биологический фунгицид на основе гриба Trichoderma harzanium, штамм ВКМ F-4099D титр 10*¹⁰ КОЕ/г используется для подавления патогенной микрофлоры, ускорения разложения стерни и соломы различных культур. Норма расхода 80 г/га.

Обработку почвы проводили трактором МТЗ-82.1 с бороной дисковой для поверхностной обработки на глубину 10-12 см и плугом ПЛН-3-35 для отвальной вспашки на глубину 20-22 см. Закрытие влаги сцепкой борон СН-11, предпосевную культивацию культиватором КПС-4. Посев сеялкой СЗП 3,6. Уборка комбайном ДОН 1500Б. Внесение препаратов и аммиачной селитры опрыскивателем ОПШ-2000. Норма расхода препаратов рекомендуемые заводом изготовителем Биокомпозит – 3 л/га, препарата Стернифаг – 80 г/га.

Целлюлозолитическую активность определяли аппликационным методом по степени разложения в пахотном слое почвы (0-20 см) льняного полотна по методике Мишустина Е. Н.

Повторность закладки проб на каждом варианте опыта четырехкратная. В конце каждого периода льняная ткань извлекалась из почвы, очищалась, высушивалась до воздушно-сухого состояния и взвешивалась. По соотношению в весе определялось количество распавшейся льняной ткани (в %).

Градация разрушения клетчатки, следующая: <10-очень слабая, -10-30 – слабая, -30-50 – средняя, -50-80 – сильная, -> 80 – очень сильная.

В течение 2023 года количество осадков за год составило 404 мм или 70,8 % от нормы, наибольшее количество осадков выпадало в августе 64 мм, в течение 2024 г количество осадков было выше со значением 492 мм или 86,3% от нормы, наибольшее количество осадков выпадало на август 92 мм, ГТК вегетационного периода составил 0,9 в 2023 году и 1,2 в 2024 году.

Экспериментальные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа по методике Доспехова Б. А.

Результаты исследований. Как известно, интенсивность разложения целлюлозы зависит от влажности почвы, условий погоды [1].

Наличие влаги в почве имеет большое практическое значение [5]. По мнению исследователей, кратковременные изменения разложения целлюлозы могут вызывать изменение влажности почвы [6].

В исследованиях проявилось неоднозначное воздействие способов обработки на данный показатель.

Можно предположить, что от интенсивности процессов разложения клетчатки, зависит биологический круговорот элементов питания и возделываемая культура обеспечивается питательными элементами.

В исследованиях, проводимых на черноземных почвах установленно что продуктивность зависит от активности целлюлозоразлагающих почвенных микроорганизмов [7-12].

Наибольшая влажность почвы (табл. 1) в среднем за 2023 год была при поверхностной обработке в вариантах с препаратом Биокомпозит 34,5-36,5 %, при отвальной 36,7-39,2 %. С применением препарата Стернифаг при поверхностной обработке 33,5-35,9 %, при отвальной 36,6-38,6 %. Минимальные значения были на вариантах контроля при поверхностной 31,9-32,7 %, при отвальной 34,3-34,7 %. В 2024 году наблюдалась таже тенденция при поверхностной обработке с препаратом Биокомпозит 32,8-33,9 %, при отвальной 34,6-36,3 %. С препаратом Стернифаг при поверхностной 28,7-32,3 %, при отвальной 32,7-33,8 %. На контрольных вариантах при поверхностной обработке 26,2-26,6 %, при отвальной вспашке 32,3-32,7 %. При отвальной вспашке влажность почвы в вариантах опыта была выше, что связано с более глубоким рыхлением и перемешиванием слоев почвы.

 

Таблица 1

Влажность почвы на вариантах опыта при различной обработке почвы и применении препаратов.

Варианты (фактор А)	Азот (фактор С)	Поверхностная 10-12 см (фактор В)				Отвальная 20-22 см (фактор В)
		1 отбор (май)	2 отбор (август)	3 отбор (октябрь)	Среднее	1 отбор (май)	2 отбор (август)	3 отбор (октябрь)	Среднее
2023 г
Контроль	0	31,9	34,5	31,9	32,7	32,7	33,0	37,5	34,3
	N20 кг в д.в на га	29,8	33,9	32,0	31,9	31,9	33,0	39,4	34,7
Биокомпозит	0	32,0	32,1	39,5	34,5	32,6	34,1	43,6	36,7
	N20 кг в д.в. на га	36,2	32,8	40,6	36,5	36,8	37,3	43,6	39,2
Стернифаг	0	36,9	34,3	36,5	35,9	32,2	36,7	41,1	36,6
	N20 кг в д.в. на га	30,8	33,7	36,2	33,5	34,9	37,6	43,2	38,6
Среднее по опыту		33,0	33,5	36,0	34,1	33,5	35,2	41,4	36,6
2024 г
Контроль	0	19,8	27,2	33,0	26,6	27,0	31,3	38,6	32,3
	N20 кг в д.в. на га	20,7	27,3	30,8	26,2	26,4	34,4	37,5	32,7
Биокомпозит	0	26,6	33,5	38,5	32,8	27,9	38,9	42,8	36,3
	N20 кг в д.в. на га	27,8	34,8	39,1	33,9	26,7	36,0	41,1	34,6
Стернифаг	0	25,5	34,5	37,1	32,3	25,8	32,8	42,8	33,8
	N20 кг в д.в. на га	20,7	31,4	34,1	28,7	25,3	31,1	41,8	32,7
Среднее по опыту		23,5	31,4	35,4	30,0	26,4	34,0	40,7	33,7

 

В сравнении целлюлозолитической активности от способа обработки почвы (табл. 2) отмечалось превосходство при поверхностной над отвальной, чему способствовали определенные условия создаваемые при обработке почвы на глубину 10-12 см такие как плотность почвы, доступ свободного азота, температура почвы и др.

 

Таблица 2

Распад льняной ткани в % за период 30 дней под посевом яровой пшеницы (2023 г.) и гороха (2024 г.)

Варианты (фактор А)	Азот (фактор С)	Поверхностная 10-12 см (фактор В)				Отвальная 20-22 см (фактор В)
		1 (май-июнь)	2 отбор (июль- август)	3 отбор (сентябрь- октябрь)	Среднее	1 отбор (май-июнь)	2 отбор (июль- август)	3 отбор (сентябрь- октябрь)	Среднее
2023 г
Контроль	0	30	41	22	31	20	36	10	22
	N20 кг в д.в. на га	30	43	23	32	26	38	14	26
Биокомпозит	0	35	57	25	39	32	45	10	29
	N 20 кг в д.в. на га	40	65	30	45	36	50	22	36
Стернифаг	0	21	41	19	27	24	41	16	27
	N 20 кг в д.в. на га	39	56	31	42	25	42	17	28
НСР05 А 3,44, В 4,21, С 4,21
2024 г
Контроль	0	60	86	40	62	55	78	35	56
	N 20 в д.в. на га	61	87	41	63	57	80	40	59
Биокомпозит	0	79	90	68	79	75	84	54	71
	N 20 в д.в. на га	82	93	77	84	78	88	68	78
Стернифаг	0	71	87	49	69	70	81	59	69
	N 20 в д.в. на га	75	89	61	75	74	83	53	70
НСР05 А 1,24, В 1,52, С 1,52

 

Разница в (среднем) по 2023 году между двумя способами составляла на вариантах с препаратом Биокомпозит до 10 %, с препаратом Стернифаг до 14%. На контрольных вариантах до 11 %. По 2024 году в варриантах с препаратом Биокомпозит до 8 %, с препаратом Стернифаг до 5 %. На контрольных вариантах до 6 %.

В результате исследований установлено, что интенсивность разложения льняной ткани изменяется в течение вегетационного периода под воздействием влажности и температуры почвы. Так, при возделывании яровой пшеницы и гороха установлено что при разных системах обработки и удобрений создаются неоднозначные условия для жизнедеятельности микроорганизмов и ее целлюлозолитической активности. В засушливом 2023 году наблюдалась тенденция по превосходству целлюлозолитической активности при использовании бактериального препарата над грибным. Так показатели целлюлозолитической активности были выше при использовании препарата Биокомпозит (25-65 % при поверхностной обработке, варианты с отвальной вспашкой 10-50 % соответственно) при использовании препарата Стернифаг (19-56 % при поверхностной обработке и от 16-42 % при отвальной вспашке). В вариантах контроля при поверхностной обработке без удобрений при первом и третьем отборе не было превышения по сравнению с препаратом Стернифаг, по всем остальным наблюдалось превышение. На отвальной вспашке варианты контроля были выше при первом отборе в сравнении с препаратом Стернифаг, по всем остальным вариантам и отборам использование препаратов способствовало увеличению целлюлозолитической активности. Во влажном 2024 году самая высокая целлюлозолитическая активность отмечалась в вариантах с применением препарата Биокомпозит (при поверхностной обработке почвы 68-93 % и отвальной 54-88 % соответственно), с препаратом Стернифаг (при поверхностной обработке 49-89 % и 53-83 % на отвальной). Контрольные варианты уступали вариантам с препаратами как при отвальной, так и при поверхностной обработке почвы. Применение минеральных удобрений в виде аммиачной селитры существенно интенсифицировало этот процесс: в среднем по 2023 году в опыте с применением препарата Биокомпозит на поверхностной обработке в вариантах с применением удобрений было выше на 6 %, на отвальной вспашке на 7 %, с применением препарата Стернифаг при поверхностной обработке на 15 %, на отвальной вспашке на 1 %. Разница в вариатах контроля была при поверхностной обработке – 1 %, при отвальной обработке – 4 %. В среднем в опыте 2024 года при поверхностной обработке эффективность применения удобрений была практически на одном уровне 5-6 % на вариантах с применением препаратов, на контроле 1 %, при отвальной вспашке действие удобрений было эффективнее с использованием препарата Биокомпозит 7 %, применение препарата Стернифаг не показало превышение над контролем и было 1 % и 3 % соответственно.

В вариантах с применением препаратов деструкторов наблюдалось превышение над вариантами контроля данные представлены на рисунках 1 и 2. В 2024 году биогенность под горохом в контрольных вариантах увеличивалась на отвальной вспашке и уменьшалась при поверхностной по сравнению с данными опыта на пшенице в 2023 году.

 

Рис. 1. Биогенность (МПА+КАА) под яровой пшеницей в среднем за 2023 год

 

Рис. 2. Биогенность (МПА+КАА) под горохом в среднем за 2024 год

 

В 2023 году общая биогенность под пшеницей характеризовалась наиболее высокими значениями в вариантах с применением микробиологических препаратов. В вариантах с препаратом Биокомпозит на поверхностной и отвальной обработке почвы с азотом показатели были от 38,69 до 39,47 млн КОЕ/г, без азота от 28 до 31,6 млн КОЕ/г. В вариантах с применением препарата Стернифаг на поверхностной и отвальной обработке почвы с азотом от 35,59 до 37,12 млн КОЕ/г, без азота на отвальной и поверхностной от 28,85 до 35,77 млн КОЕ/г.

В вариантах с применением микробиологических препаратов наблюдалось превышение над вариантами контроля. В вариантах с препаратом Биокомпозит на поверхностной и отвальной обработке почвы с азотом от 35,76 до 42,11 млн КОЕ/г, без азота от 29,41 до 39,32 млн КОЕ/г.

В вариантах с применением препарата Стернифаг на отвальной и поверхностной обработке почвы с азотом от 35,8 до 41,06 млн КОЕ/г, без азота на отвальной и поверхностной от 27,33 до 38,36 млн КОЕ/г.

Показатели урожайности повышались при применении бактериального препарата как по поверхностной, так и по отвальной вспашке по исследуемым культурам.

С применением препарата на основе гриба Триходерма в условиях засушливого 2023 года на отвальной вспашке без применения аммиачной селитры не было превышения над контрольным вариантом, в варианте с удобрением наблюдалось превышение над контролем. В 2024 году показатели урожайности на отвальной вспашке также уступали контрольным вариантам.

 

Таблица 3

Урожайность яровой пшеницы (2023) и гороха (2024) под влиянием микробиологических препаратов и основной обработки почвы

Вариант Препарат (фактор А)	Обработка почвы (фактор В)	Азот (фактор С)	Урожайность яровой пшеницы, т/га (2023г)	Урожайность гороха, т/га (2024г)
Контроль	вспашка	N 20 в д.в. на га	1,04	1,47
		0	0,95	1,44
	поверхностная	N 20 в д.в. на га	0,81	0,95
		0	0,73	1,01
Стернифаг	вспашка	N 20 в д.в. на га	1,09	1,32
		0	0,89	1,30
	поверхностная	N 20 в д.в. на га	0,94	1,20
		0	0,82	1,17
Биокомпозит	вспашка	N 20 в д.в на га	1,25	1,51
		0	1,20	1,46
	поверхностная	N 20 в д.в. на га	1,20	1,42
		0	1,03	1,39
НСР05			0,13	0,11

 

В условиях проведенного опыта при поверхностной обработке на глубину 10-12 см распад льняного полотна происходил интенсивно по всем изучаемым вариантам в течение всего исследуемого периода.

По всей видимости отвальная вспашка способствовала увеличению численности микроорганизмов по всему пахотному слою, обработка дисковой бороной увеличивала активность микрофлоры только в поверхностном слое почвы, кроме того, накопление растительных остатков при поверхностной обработке в верхнем слое почвы обеспечивало размножение бактерий и усиливало минерализацию органического вещества в почве, что согласуется с данными, полученными Туманян, Тютюма, Чуян, Брескина [13, 14].

Заключение. Проведенные исследования по изучению целлюлозолитической активности почвы под яровой пшеницей и горохом показали, что исследования действия препаратов и обработки почвы оказывали влияние на распад льняной ткани.

При поверхностном способе обработки почвы под действием бактериального препарата отмечена сильная и очень сильная интенсивность разложения.

Получено достоверное влияние на целлюлозолитическую активность почвы после применения микробиологических препаратов деструкторов.

Для оптимизации условий произрастания растений, повышения микробиологической активности почвы и ускорения разложения растительных остатков, при высокой культуре земледелия целесообразно проводить поверхностную обработку почвы вслед за уборкой предшествующей культуры в севообороте на глубину 10-12 см совместно с применением микробиологического препарата Биокомпозит в норме расхода 3 л/га с компенсирующей дозой азотного удобрения в количестве 20 кг д.в. на 1 гектар.

About the authors

Roman A. Goryaev

Kemerovo State Agrarian University named after V.N. Poletskov

Author for correspondence.
Email: romananatol27@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0003-7874-5096

postgraduate student

Russian Federation, Kemerovo

Maxim A. Pazin

Kemerovo State Agrarian University named after V.N. Poletskov

Email: mister.pazin@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-2588-5335

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

Russian Federation, Kemerovo

References

Supplementary files