Влияние препаратов на микробиологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы в зависимости от метеоусловий
- Авторы: Фомичёва Н.В.1, Смирнова Ю.Д.1, Рабинович Г.Ю.1
-
Учреждения:
- ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»
- Выпуск: № 6 (2024)
- Страницы: 72-77
- Раздел: Земледелие
- URL: https://bulletin.ssaa.ru/2500-2082/article/view/659229
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224060164
- EDN: https://elibrary.ru/WSXSNL
- ID: 659229
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье представлены результаты изучения влияния препаратов различной природы на микробиологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы при нестабильных погодных условиях. Яровую пшеницу выращивали на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Годы проведения исследований отличались по влагообеспеченности: 2020 – избыточно влажный, 2021 – засушливый, 2022 – оптимальный. Использовали гуминовый препарат (ГП) и биопрепарат микробной природы (БП) для предпосевной обработки семян (20 л рабочего раствора ГП или БП 1%-й концентрации на 1 т семян), для двукратной некорневой обработки растений в фазах кущения и колошения (ГП – 1 л/га, БП – 3 л/га, норма расхода рабочих растворов – 300 л/га). В фазе кущения статистически значимо увеличилась численность доминирующих микроорганизмов в вариантах с обработкой семян препаратами: в 2020 году – на 25,4 (ГП) и 53,3% (БП), 2022 – 51,8 и 43,9% соответственно. В среднем за три года максимальный эффект от применения ГП наблюдали в засушливом 2021 году: увеличение численности микроорганизмов составило 59,3–94,2%, прибавка урожая – 13,0 и 13,9% соответственно для вариантов с предпосевной обработкой семян и некорневой растений, наибольшая прибавка получена от их совместного применения – 17,3%. БП был наиболее эффективен в год избыточного увлажнения – численность микроорганизмов увеличивалась на 50,8–84,7%, максимальная прибавка урожая пшеницы (15%) зафиксирована при обработке семян и растений.
Ключевые слова
Полный текст
В последнее десятилетие отмечаются резкие различия в метеорологических условиях по годам вегетации сельскохозяйственных культур, которые сильно влияют на формирование урожая и качество продукции в различных субъектах Российской Федерации и за ее пределами. Особенно нестабильными погодными условиями характеризуется Нечерноземная зона РФ, поэтому урожайность и качество выращиваемых культур имеют значительную вариабельность. У яровой пшеницы наиболее подвержены влиянию внешних факторов стекловидность эндосперма, накопление сырой клейковины в зерне и ее качество, при этом меньше всего изменяется натура и масса 1000 зерен. [9]
В условиях лесостепи Среднего Поволжья (Пензенская обл.) на формирование урожайности яровой пшеницы воздействуют погодные условия июня, а качественные показатели зерна зависят от температурного режима и количества атмосферных осадков во второй половине вегетации. Выявлены положительные корреляционные связи урожайности со среднесуточной температурой воздуха, количеством атмосферных осадков и гидротермическим коэффициентом (ГТК), а также между содержанием белка в зерне и температурой воздуха. Отмечены слабые отрицательные связи у качественных характеристик зерна и ГТК. [4] В длительных полевых опытах (средний Урал) прослеживается средняя положительная зависимость урожая яровой пшеницы от ГТК за май-июль, наибольшая – урожая от обеспеченности осадками в летний период. [8]
Исследователи установили, что высокие температуры способствуют увеличению выхода муки и содержания клейковины, низкие – числа падения и массы 1000 зерен. [13] При дефиците почвенной влаги растет содержание белка в зерне, повышенной влажности – число падения и качество клейковины.
Для снятия внешних абиотических факторов применяют препараты различного класса – на основе солей гуминовых кислот (гуматы), штаммов микроорганизмов (бактериальные), гормонов роста, а также препараты, содержащие комплекс биологически активных веществ, обладающих стимулирующим действием на растения. [6] Они могут положительно влиять на культурные растения, включая сложный физиологический механизм, давая клеткам возможность реализовывать дополнительную энергию. Росту и развитию растений благоприятствуют некорневые подкормки и предпосевная обработка семян.
Четырехлетние испытания (2016–2019 годы) по листовым подкормкам регуляторами роста яровой пшеницы сорта Дар Черноземья в условиях Белгородской области показали рентабельность их применения. Исследователями отмечено, что в засушливых и стрессовых условиях вегетации урожайность культуры была меньшей, чем в годы с хорошим климатом, но с применением регуляторов роста наблюдали достоверно большую прибавку урожая, по сравнению с контролем. [7]
Существенное влияние на урожайность культур оказывают погодные условия в межфазный период посев-всходы, поэтому требуется предпосевная обработка семян. Препарат Вигор Форте и Биопрепарат (патент № 2463759) повышали засухоустойчивость ярового ячменя в период всходов, прирост урожая, по сравнению с контролем – 18…21%. [10]
Положительное воздействие препаратов складывается из стимуляции развития растений и активизации почвенных процессов (биохимические, микробиологические). [2, 3] Усиление микробиологических процессов в почве ослабляет влияние антропогенных факторов. [14] Исследования, проведенные в ФГБНУ «ФРАНЦ», показали, что обработка посевов озимой пшеницы гуминовым препаратом BIO-Дон увеличила биологическую активность ризосферной зоны растений и сняла токсический эффект от применения гербицидов. Прибавка урожайности – 4…13 ц/га в разные годы исследований в зависимости от погодных условий. [5] В другом опыте двукратная обработка растений озимой пшеницы препаратом BIO-Дон стимулировала рост численности почвенной микрофлоры на 150%, по сравнению с контролем. [1]
Цель работы – изучение влияния препаратов различной природы на микробиологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы при нестабильных погодных условиях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили на агрополигоне Губино ВНИИМЗ (филиал ФИЦ «Почвенный институт имени В.В. Докучаева», Тверская обл.) в 2020–2022 годах. Почва – дерново-подзолистая легкосуглинистая, среднекислая (рНKCl – 4,6…4,8%), с низким обеспечением гумуса (2,1…2,3%), высоким содержанием фосфора (210…244 мг/кг) и калия (225…250 мг/кг) по Кирсанову. Удобрение вносили общим фоном в дозе N30Р30К30, технология возделывания яровой пшеницы – общепринятая в Тверском регионе.
Исследовали два препарата, разработанные во ВНИИМЗ. [12] Биопрепарат микробной природы (БП) получен из продукта ферментации торфонавозной смеси, характеризуется высоким содержанием агрономически значимых групп микроорганизмов (аммонифицирующие, амилолитические, фосфатмобилизующие, автохтонные, целлюлозоразрушающие и другие) – не менее 108 КОЕ/мл, наличием макро- и микроэлементов, биологически активных веществ (ферменты, сахара, витамины, гуминовые кислоты). Гуминовый препарат (ГП) получен из отхода при изготовлении БП и характеризуется благоприятным уровнем кислотности (рН – не более 8,5), содержанием гуминовых кислот – не менее 10 г/л и агрономически значимой микрофлорой – не менее 105 КОЕ/мл.
Препараты применяли для обработки семян (ОС) яровой пшеницы перед посевом (20 л рабочего раствора ГП или БП 1%-й концентрации на 1 т семян), некорневых обработок растений (ОР) пшеницы в фазах кущения и колошения (ГП – 1 л/га, БП – 3 л/га, норма расхода рабочих растворов – 300 л/га) или при совмещении указанных приемов. Повторность – четырехкратная, расположение делянок систематизированное. Общая площадь делянки – 45, учетная – 24 м2.
Для проведения микробиологических анализов почву отбирали на глубине 0…20 см трижды за сезон (кущение, колошение и восковая спелость). Учитывали доминирующие для дерново-подзолистой почвы агрополигона Губино микроорганизмы, численность которых определяли методом предельных разведений на твердых питательных средах: аммонифицирующие – на мясопептонном агаре (МПА), амилолитические – крахмало-амиачном (КАА), мобилизующие органофосфаты – питательной среде Менкиной. В статье представлена суммарная численность указанных микроорганизмов.
Метеоусловия оценивали по ГТК, принимая во внимание, что его значение больше 1,6 соответствует зоне избыточного увлажнения, 1,6…1,3 – оптимальной по влажности, 1,3…1,0 – недостаточного увлажнения, 1,0…0,7 – засушливой, 0,7…0,4 – очень засушливой, 0,4 и меньше – сухой.
Экспериментальные данные статистически обрабатывали с помощью компьютерных программ Microsoft Exсel 2019, STATGRAPHICS Centurion XVI.II.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Рост и развитие яровой пшеницы зависят от погодных условий, плодородия и биологической активности почвы, применяемых удобрений и препаратов. Перечисленные факторы находятся в тесной взаимосвязи друг с другом.
Годы исследований сильно различались между собой по температурному режиму и количеству выпавших осадков, о чем можно судить по ГТК в среднем за период вегетации яровой пшеницы: 2020 – избыточно увлажненный, 2021 – засушливый, 2022 – оптимальный (табл. 1). Метеоусловия сказались на эффективности действия удобрений и препаратов, численности почвенной микрофлоры, росте и развитии растений и урожайности.
Таблица 1. Гидротермический коэффициент в вегетационные периоды яровой пшеницы по годам
Месяц | 2020 | 2021 | 2022 |
Май | 2,85 | 0,22 | 2,39 |
Июнь | 1,52 | 1,73 | 1,24 |
Июль | 3,08 | 0,36 | 1,40 |
Август | 1,71 | 1,11 | 0,83 |
Среднее | 2,29 | 0,86 | 1,47 |
Тепло- и влагообеспеченность посевов, активность почвенной биоты играют определяющую роль в формировании будущего урожая. Некорневые обработки растений различными препаратами для стимуляции их роста и развития осуществляют в фазы кущения и колошения, поскольку в это время закладываются репродуктивные органы.
Первый микробиологический анализ проводили в фазе кущения перед первой некорневой обработкой растений. На этом этапе можно оценить влияние препаратов только в случае обработки семян пшеницы, в связи с чем значения численности исследуемой микрофлоры были усреднены между вариантами с обраткой и без обработки семян.
Несмотря на высокие значения ГТК в мае 2020 и 2022 годов, влагообеспеченность почвы к началу кущения яровой пшеницы (III декада) достигала 70…75% ППВ, что благоприятно отразилось на активности почвенных микроорганизмов. Наблюдали статистически значимое увеличение численности микроорганизмов в вариантах с обработкой семян препаратами, по сравнению с контролем: 2020 год – на 25,4 (ГП) и 53,3% (БП), 2022 – 51,8 и 43,9% соответственно (табл. 2).
Таблица 2. Суммарная численность исследуемых почвенных микроорганизмов в фазе кущения яровой пшеницы по годам, (млн/г)
Вариант | 2020 | 2021 | 2022 | Среднее |
NPK (фон) без ОС | 48,0 ± 3,1 | 26,4 ± 1,8 | 35,3 ± 3,0 | 36,6 |
Фон + ОС ГП | 60,2 ± 6,2 | 31,3 ± 2,5 | 53,6 ± 2,6 | 48,4 |
Фон + ОС БП | 73,6 ± 5,1 | 28,0 ± 2,4 | 50,8 ± 4,7 | 50,8 |
В 2021 году после посева яровой пшеницы и до начала июня отсутствовали атмосферные осадки, температура воздуха была выше нормы на 3…6°С, что повлияло на влагообеспеченность почвы в фазе кущения (32% ППВ). В результате численность микроорганизмов была существенно ниже, по сравнению с другими годами, а статистически значимое ее увеличение (на 18,6%) выявлено в результате обработки семян гуминовым препаратом (табл. 2). В среднем за три года установлено, что обработка семян яровой пшеницы ГП и БП увеличивала численность исследуемых микроорганизмов на статистически значимые величины, по сравнению с контрольным вариантом, при этом достоверной разницы между значениями в вариантах с применением препаратов не отмечали.
Второй микробиологический анализ провели в фазе колошения перед второй некорневой обработкой. Этот период в разные годы очень отличался по метеоусловиям. В 2020 году частые и обильные дожди переувлажняли почву, создавали анаэробные условия для почвенных микроорганизмов, 2021 – жаркая (выше нормы на 4…6°С) погода без дождей привела к недостатку почвенной влаги, 2022 – наблюдали чередование жарких и прохладных периодов, кратковременные дожди. Почвенные микроорганизмы активно отзывались на сложившиеся условия и их численность можно представить уменьшающейся по годам – 2022>2020>2021.
В фазе колошения при обработке семян отмечен статистически значимый, но более слабый, чем при кущении эффект: в среднем за три года рост численности почвенных микроорганизмов с использованием гуминового препарата – 21,6%, биопрепарата – 23,5%. Первая некорневая обработка растений ГП и БП существенно не повлияла на изменение численности микрофлоры.
Деятельность почвенных микроорганизмов в комплексе с другими важными факторами определяет рост и развитие растений, влияет на формирование урожая, а также считается одним из слагаемых почвенного плодородия. К фазе полной спелости пшеницы в годы исследований почва отличалась оптимальной влагообеспеченностью, численность почвенной микрофлоры была высокой (табл. 3).
Таблица 3. Суммарная численность исследуемых почвенных микроорганизмов при выращивании яровой пшеницы по годам
Вариант | 2020 | 2021 | 2022 | |||
млн/г | + к контролю, % | млн/г | + к контролю, % | млн/г | + к контролю, % | |
NPK (фон) – контроль | 42,5 ± 2,1 | – | 22,6 ± 1,5 | – | 39,9 ± 2,8 | – |
Фон + ОР ГП | 54,8 ± 4,2 | 28,9 | 36,0 ± 2,8 | 59,3 | 56,5 ± 4,4 | 41,6 |
Фон + ОС ГП | 50,4 ± 4,8 | 18,6 | 40,5 ± 3,6 | 79,2 | 53,0 ± 5,4 | 32,8 |
Фон + (ОС+ОР) ГП | 62,7 ± 5,3 | 47,5 | 43,9 ± 4,0 | 94,2 | 55,0 ± 3,1 | 37,8 |
Фон + ОР БП | 64,1 ± 5,7 | 50,8 | 27,3 ± 2,1 | 20,8 | 52,8 ± 3,2 | 32,3 |
Фон + ОС БП | 68,2 ± 4,2 | 60,5 | 29,9 ± 2,5 | 32,3 | 58,9 ± 3,0 | 47,6 |
Фон + (ОС+ОР) БП | 78,5 ± 5,1 | 84,7 | 32,4 ± 2,5 | 43,4 | 63,4 ± 4,6 | 58,9 |
Применение гуминового препарата наиболее эффективно в засушливом 2021 году – максимальное увеличение численности микроорганизмов при любом технологическом приеме его использования (прибавка – 59,3…94,2%). Это можно объяснить действием гуминовых веществ, которые способны снижать негативное влияние абиотических факторов. [11]
БП положительно повлиял на почвенную микробиоту в избыточно увлажненном 2020 году, в засушливом 2021 – отрицательно, поскольку различные физиологические группы микроорганизмов, входящие в его состав, наряду с аборигенной микрофлорой, плохо переносили высокую температуру воздуха и недостаток почвенной влаги.
Урожай яровой пшеницы в 2020 и 2021 годах находился в статистически значимой (р < 0,05) взаимосвязи со средней численностью микроорганизмов – коэффициенты корреляции (r) – 0,85 и 0,97 соответственно. В 2022 году взаимосвязь между указанными показателями не достигала значимого уровня достоверности (r = 0,74, р > 0,05).
Наименьший урожай яровой пшеницы получили в 2021 году (табл. 4). Несмотря на это, эффект от гуминового препарата был высокий, причем предпосевная обработка семян и некорневая обработка растений показали близкий результат – прибавка урожая, по отношению к контрольному варианту, составила 13,0 и 13,9% соответственно, максимальная – от совмещения приемов (17,3%).
Таблица 4. Урожайность яровой пшеницы по годам
Вариант | 2020 | 2021 | 2022 | Среднее | ||||
т/га | прибавка к контролю, % | т/га | прибавка к контролю, % | т/га | прибавка к контролю, % | т/га | прибавка к контролю, % | |
NPK (фон) – контроль | 2,80 | – | 2,31 | – | 2,92 | – | 2,68 | – |
Фон + НО ГП | 3,01 | 7,5 | 2,63 | 13,9 | 3,19 | 9,2 | 2,94 | 9,7 |
Фон + ОС ГП | 3,06 | 9,3 | 2,61 | 13,0 | 3,12 | 6,8 | 2,93 | 9,3 |
Фон + (ОС+НО) ГП | 3,03 | 8,2 | 2,71 | 17,3 | 3,24 | 11,0 | 2,99 | 11,6 |
Фон + НО БП | 3,04 | 8,6 | 2,45 | 6,1 | 3,10 | 6,2 | 2,86 | 6,7 |
Фон + ОС БП | 3,10 | 10,7 | 2,43 | 5,2 | 3,08 | 5,5 | 2,87 | 7,1 |
Фон + (ОС+НО) БП | 3,22 | 15,0 | 2,50 | 8,2 | 3,16 | 8,2 | 2,96 | 10,4 |
НСР05 | 0,22 | 0,26 | 0,18 |
Эффективное применение БП во все годы исследований было в случае предпосевной обработки семян с последующими некорневыми обработками растений, при этом максимальная прибавка урожая (15%), по отношению к контролю, достигнута в избыточно увлажненном 2020 году.
В среднем за три года некорневая обработка растений и предпосевная семян способствовали практически одинаковой прибавке урожая как в случае использования ГП, так и БП. Наиболее эффективно было совмещать указанные приемы, при этом существенной разницы между препаратами не обнаружили. Аналогичные результаты получены и по численности микрофлоры в среднем за три года при кущении растений, что подтверждает значимость этой фазы в формировании урожая.
Выводы. По результатам трехлетних полевых экспериментов показана причинно-следственная взаимосвязь между метеоусловиями, влиянием препаратов разной природы и приемами их внесения, численностью почвенной микрофлоры и урожаем яровой пшеницы. Гуминовый препарат проявил наибольшую эффективность в засушливый год, активизируя почвенную микрофлору на 59,3…94,2% и увеличив урожай от 13 до 17,3% в зависимости от способа использования. Биопрепарат был наиболее эффективен в год избыточного увлажнения – численность микроорганизмов, по сравнению с контрольным вариантом, выросла на 50,8…84,7% в зависимости от технологического приема применения препарата, максимальная прибавка (15%) зафиксирована от совмещения приемов обработки семян и растений.
Об авторах
Наталья Викторовна Фомичёва
ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»
Автор, ответственный за переписку.
Email: vniimz@list.ru
кандидат биологических наук
Россия, МоскваЮлия Дмитриевна Смирнова
ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»
Email: vniimz@list.ru
кандидат биологических наук
Россия, МоскваГалина Юрьевна Рабинович
ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева»
Email: vniimz@list.ru
доктор биологических наук, профессор
Россия, МоскваСписок литературы
- Безуглова О.С., Полиенко Е.А., Горовцев А.В., Лыхман В.А. Применение гуминового удобрения BIO-Don на черноземе обыкновенном под озимую пшеницу // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 1. С. 89–95.
- Бережная В.В., Клыков А.Г., Сидоренко М.Л., Быковская А.Н. Динамика содержания элементов питания и почвенных микроорганизмов в посевах яровой пшеницы с использованием бактериальных комплексов // Вестник КрасГАУ. 2020. № 2(155). С. 24–30. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-2-24-30
- Дайнеко Н.М., Тимофеев С.Ф., Концевая И.И., Козел М.С. Влияния биопрепаратов на численность агрономически полезных групп микроорганизмов в посевах озимой ржи // Эпоха науки. 2022. № 29. С. 3–11.
- Дёмина Н.Ф. Влияние погодных условий на урожайность и качество зерна яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022. № 23 (4). С. 433–440. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.4.433-440
- Лыхман В.А., Полиенко Е.А., Дубинина М.Н. и др. Влияние гуминового препарата на продуктивность озимой пшеницы при возделывании на чернозёме обыкновенном // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 60–63.
- Мосякина О.И., Лексикова В.В. Стимуляторы корнеобразования и регуляторы роста растений // Научный журнал молодых ученых. 2016. № 1(6). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/stimulyatory-korneobrazovaniya-i-regulyatory-rosta-rasteniy (дата обращения: 08.04.2024).
- Муравьев А.А. Эффективность листовых подкормок на яровой пшенице // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2020. № 1 (25). С. 154–161.
- Постников П.А., Попова В.В., Овчинников П.Ю., Тиханская Е.Л. Изменение погодных условий на Среднем Урале и их воздействие на урожайность яровой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2023. Т. 37. № 3. С. 4–9. https://doi.org/10.53859/02352451_2023_37_3_4
- Рубец В.С., Ворончихина И.Н., Пыльнев В.В. и др. Влияние метеорологических условий на качество зерна яровой пшеницы (Triticum L.) // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2021. № 5. С. 89–108. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2021-5-89-108
- Тимаков А.Г., Мамеев В.В., Павловская Н.Е. Влияние новых биологических препаратов на структуру урожая ярового ячменя в зависимости от метеоусловий // Агрохимический вестник. 2019. № 2. С. 53–57. https://doi.org/10.24411/0235-2516-2019-10028
- Garcia A.C., Santos L.A., Izquierdo F.G. et al. Vermicompost humic acids as an ecological pathway to protect rice plant against oxidative stress // Ecological Engineering. 2012. Vol. 47. P. 203–208. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.06.011
- Fomicheva N.V., Rabinovich G.Yu. Technological line for processing animal waste. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IV International Scientific Conference: «AGRITECH-IV-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies» 18–20 November 2020. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall. Krasnoyarsk, Russian Federation. 677(2021) 052004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/677/5/052004
- Marinho J., Silva S., Fonseca I. et al. Technological quality of wheat grains and flour as affected by nitrogen fertilization and weather conditions // Emirates Journal of Food and Agriculture. 2022. Vol. 34(12). PP. 997–1011. https://doi.org/10.9755/ejfa.2022.v34.i12.2977
- Wolejko E., Jablonska-Trypuc A., Wydro U. et al. Soil biological activity as an indicator of soil pollution with pesticides (A review) // Applied Soil Ecology. 2020. Vol. 147. PP. 103356. https://doi.org/ 10.1016/j.apsoil.2019.09.006
Дополнительные файлы
