Целлюлозолитическая активность серой лесной почвы под влиянием деструкторов растительных остатков в условиях Юга Западной Сибири

Полный текст

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.

Об авторах

Роман Анатольевич Горяев

Кемеровский государственный аграрный университет имени В. Н. Полецкова

Автор, ответственный за переписку.
Email: romananatol27@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0003-7874-5096

аспирант

Россия, Кемерово

Максим Анатольевич Пазин

Кемеровский государственный аграрный университет имени В. Н. Полецкова

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

кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, Кемерово

Список литературы

Дополнительные файлы