Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-агрохимическая оценка влияния микробиологического препарата бисолбифит на состояние агрофитоценоза в условиях серых лесных почв Волго-Вятского региона

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-агрохимическая оценка влияния микробиологического препарата бисолбифит на состояние агрофитоценоза в условиях серых лесных почв Волго-Вятского региона"

На правах, рукописи

005018398

СМЕТОВ ДЕНИС БОРИСОВИЧ

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА БИСОЛБИФИТ НА СОСТОЯНИЕ АГРОФИТОЦЕНОЗА В УСЛОВИЯХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ВОЛГО-ВЯТСКОГО РЕГИОНА

Специальность 03.02.08 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 іІ і ¿.'ОН

Балашиха-2012

005018398

Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дабахова Елена Владимировна

Официальные оппоненты: Замана Светлана Павловна

доктор биологических наук, МООО «Научно-технический центр -Устойчивое развитие агроэкосистем», заместитель директора

Курганова Елена Васильевна

доктор сельскохозяйственных наук, Центр сертификации и экологического мониторинга агрохимической службы «Московский», генеральный директор

Ведущая организация: Грсударственное научное учреждение

«Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений Россельхозакадемии»

Защита состоится 24 апреля 2012 года в \2Ш часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, Московская область, г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет».

Автореферат разослан «20» марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Сойнова Ольга Леонидовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Одним из ключевых элементов современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур должна являться экологизация растениеводства. Широко практикующееся использование минеральных удобрений и ядохимикатов в ряде случаев сопряжено с серьезным экологическим риском и может вызвать неблагоприятные изменения в агроэкосистеме. Кроме этого, запасы природного сырья для производства калийных и особенно фосфорных удобрений весьма ограничены (Адрианов С.Н., Сушеница Б.А., 2004) и при активном их использовании человечество в ближайшем будущем столкнется с ресурсным кризисом. Следует отметить и экономические аспекты: стоимость агр'охимика-тов в последние десятилетия постоянно возрастает. Так, например, в 2007 г. уровень цен на аммиачную селитру возрос на 44 %, на аммофос - на 207 % в сравнении с 2005 г. (Сычев В.Г., 2008). Это значительно увеличивает затраты на производство растениеводческой продукции.

В таких условиях чрезвычайно актуальным является поиск материалов, позволяющих повысить эффективность традиционных агрохимикагов или в определенных условиях выступить в качестве альтернативы таковым, оптимизируя при этом состояние агроэкосистемы. К перспективным в этом плане относят микробиологические препараты, которые в значительной степени лишены перечисленных недостатков: их применение экологически безопасно, ресурсы практически неисчерпаемы, а производство относительно дешево. Механизмы воздействия биопрепаратов на растения весьма разнообразны: они улучшают условия питания за счет мобилизации почвенных ресурсов или интенсификации азотфиксации, оказывают ростостимулирующий эффект, повышают устойчивость растений к неблагоприятным абиотическим (недостаток влаги, загрязнение почвы и т.д.) и биотическим (болезни, вредители) факторам окружающей среды (Завалин A.A., 2005, 2011; Жиглецова С.К., 2010). Однако включение таких материалов в зональные технологии возделывания сельскохозяйственных культур должны предваряться комплексными исследованиями по оценке их влияния на состояние компонентов агроэкосистемы и прежде всего фитоценоза, а также по выбору оптимального способа применения в конкретных региональных условиях. Этим аспектам и была посвящена данная работа, в рамках которой изучался препарат БисолбиФит, произведенный на основе бактерий Bacillus subtilis штамм 4-13.

Цель и задачи исследований

Целью исследований являлась оценка влияния, микробиологического препарата БисолбиФит, произведенного на основе ризосферных бактерий, на состояние агрофитоценоза и почвенно-биотического комплекса в условиях серых/] лесных почв Волго-Вятского региона.

В программу исследований входило решение следующих задач:

• оценка действия БисолбиФита в сравнении с другими широко используемыми микробиологическими препаратами (Экстрасол и Нарцисс) на продуктивность агрофитоценоза;

• изучение влияния различных приемов использования препарата Бисолби-Фит (инокуляция семян, опрыскивание вегетирующих растений, обработка гранул минеральных удобрений, а также их сочетание) на урожайность, качество и безопасность культур;

•.. характеристика влияния биопрепаратов на накопление нитратов в зеленой массе кормовых культур, а также на транслокацию тяжелых металлов в системе почва-растение;

• оценка состояния почвенно-биотического комплекса по показателям биологической активности;

• анализ совместного действия БисолбиФита и минеральных удобрений на продуктивность культур и оценка КИУ на фоне применения биопрепарата;

• оценка агрономической и экономической эффективности БисолбиФита и минеральных удобрений.

Научная новизна

В условиях серых лесных почв Нижегородской области впервые проведено комплексное исследование по изучению влияния микробиологического препарата БисолбиФит на продуктивность агрофитоценоза и безопасность растениеводческой продукции, а также определены оптимальные способы его применения под кормовые и зерновые культуры. Выявлено, что стимулирующий эффект от применения биопрепарата может достигать 30-50 %, при этом в ряде случаев происходит улучшение качества продукции, снижение нитратона-копления и уровня аккумуляции свинца и кадмия в зеленых кормах; повышается биологическая активность почв. Установлено, что в экстремальных погодных условиях (высокие температуры и засуха) биопрепарат повышает устойчивость агрофитоценоза.

Основные положения, выносимые на защиту:

• препарат БисолбиФит повышает урожайность кормовых и зерновых культур, выращиваемых на серых лесных почвах;

• БисолбиФит оптимизирует состояние почвенно-биотического комплекса, повышая показатели биологической активности почв;

• использование БисолбиФита способствует получению экологически чистой продукции, так как снижает содержание нитратов, свинца и кадмия в зеленой, массе кормовых культур;

• наиболее эффективными способами использования препарата являются инокуляция семян перед посевом (яровая пшеница, ячмень, овес, кукуруза

на. зеленую массу) и опрыскивание вегетирующих растений (кукуруза на зерно);

• применение БисолбиФита увеличивает КИУ, что снижает непроизводительные потери биогенных элементов, вносимых с удобрениями, из почвы и связанную с этим нагрузку на окружающую среду;

• использование биопрепарата способствует повышению устойчивости фитоценоза к неблагоприятным погодным условиям: при выращивании кукурузы (зерно) и овса в жаркий и засушливый год БисолбиФит превосходит действие минеральных удобрений.

Практическая значимость

Результаты исследований являются основой для разработки региональных технологий возделывания кормовых и зерновых культур с использованием микробиологического препарата БисолбиФит. Они позволяют определить оптимальные способы его применения, в том числе при совместном использовании с минеральными удобрениями. Полученные данные имеют большое значение при разработке элементов биологического земледелия в условиях серых лесных почв Нечерноземной зоны. Отдельные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин «Сельскохозяйственная экология» и «Агрохимия».

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (20092011 гг.), совещаниях руководящего состава сельскохозяйственной отрасли Нижегородской области, на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород, 2010) и международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, 2011). Общее количество опубликованных работ представлено 8 наименованиями (личное участие обозначено в 2,7 усл. печ. листа). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа содержит введение, 6 глав содержательной части, выводы и предложение'производству. Она изложена на 155 страницах, содержит 59 таблиц и 9 рисунков. Список литературы включает 151 наименование, в т.ч. 15 публикаций иностранных авторов.

Диссертационная работа выполнена НГСХА в соответствии с комплексным тематическим планом научных исследований (номер государственной регистрации темы 0120.0 805769). В проведении исследований принимали участие проф. Е.В. Дабахова, проф. В.И. Титова, доц. И.О. Митянин, студентка Т.В. Белякова, что нашло отражение в опубликованных работах. Автор выра-

жает глубокую признательность коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА, возглавляемому проф., доктором с.-х. наук В.И. Титовой, за помощь в подготовке диссертационной работы, а также главному агроному п/х «Пушкинское» В.М. Кочетову за организационную поддержку при проведении опытов на территории хозяйства.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования были проведены в период 2008-2010 гг. в вегетационных (площадка кафедры агрохимии и агроэкологии НГСХА) и полевых (Учхоз «Новинки» НГСХА Богородского района и ПХ «Пушкинское» Большеболдинского района Нижегородской области) опытах. Богородский район относится к Правобережному агропочвенному району, на территории которого доминируют светло-серые лесные легко- и среднесуглинистые почвы. Болыпеболдинский район расположен в Присурском агропочвенном районе, где наиболее распространены темно-серые лесные и типичные серые лесные суглинистые и глинистые почвы.

Опыты заложены на светло-серых, серых и темно-серых лесных почвах легко- и среднесуглинистых, агрохимические свойства которых на момент закладки вегетационных и полевых опытов представлены в таблице 1.

Т. Агрохимическая характеристика почвы на момент закладки опытов

№ Гу- Подв. фор- Нг V,

опыта Почва мус, мы, мг/кг рНка мг-экб/ %

% Р203 К20 100 г

Вегетационные опыты

1-3 Светло-серая лесная легкосуглинистая 1,9 148 135 5,5 1,6 90

4а, 5а Светло-серая лесная легкосуглинистая 1,9 140 129 5,4 1,7 ,92

46,56 Светло-серая лесная легкосуглинистая 1,8 152 124 5,4 1,6 89

Полевые опыты

6 Светло-серая лесная легкосуглинистая 1,6 124 115 5,6 1,8 90

7 Темно-серая лесная среднесуглинистая 5,3 238 195 6,4 1,1 96

8а Темно-серая лесная среднесуглинистая 5,4 162 172 6,5 0,9 97

86 Серая лесная среднесуглинистая 3,8 255 194 6,3 1,3 95

9 Светло-серая лесная легкосуглинистая 2,3 165 132 5,8 1,8 89

10 Светло-серая лесная легкосуглинистая 2,1 185 162 5,4 . 1,9 88

Погодные условия 2008 и 2009 гг. в целом были весьма близки к среднем многолетним. Вегетационный сезон 2010 г. отличался аномально жаркой и сухой погодой. Температура воздуха превышала среднюю многолетнюю в отдельные месяцы на 5-7°С, а количество осадков не достигало и 20 % от нормы.

Основным объектом исследования являлся микробиологический препарат БисолбиФит, разработанный Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии на основе ризосферных бактерий Bacillus subtilis штамм 4-13, ко-

торый способен синтезировать вещества, стимулирующие рост растений и подавляющие фитопатогенные микроорганизмы. За счет активной колонизации ; корней растений бактерии улучшают развитие корневых волосков и увеличи-: вают их поглотительную способность, усиливают иммунитет растений и устойчивость к стрессам, таким как заморозки или засуха.

Кроме БисолбиФита в опытах в качестве вариантов сравнения изучали препараты Экстрасол и Нарцисс. Экстрасол также создан на основе штамма Bacillus subtilis 4-13. В отличие от БисолбиФита, представляющего собой сухую форму препарата, Экстрасол - это жидкость. Несмотря на единую микробиологическую основу, БисолбиФит может отличаться рядом преимуществ. Так, например, носителем бактерий в препарате является активный кремний, который необходим растениям. Нарцисс представляет собой системный препарат, состоящий из натуральных продуктов естественного происхождения: хито-зана (порошка из панциря крабов) и пищевых органических аминокислот (янтарная и глутаминовая).

Сравнительная оценка действия биопрепаратов (БисолбиФит, Экстрасол и Нарцисс) изучалась в вегетационных опытах Ks 1-3, заложенных в 2010 г. по схеме, представленной в таблице 4. Изучаемым фактором А в опытах являлись биопрепараты, фактором В - минеральные удобрения. Удобрения вносили в почву при закладке в следующих дозах: опыт № 1 - по 0,3 г действующего вещества азота, фосфора и калия на 1 кг почвы; опыт № 2 - 0,15 г/кг азота и по 0,3 г/кг фосфора и калия; опыт № 3 - по 0,2 г/кг почвы азота, фосфора и калия. Элементы питания вносили в составе аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия. Микробиологические препараты применяли согласно рекомендациям производителей: БисолбиФит и Экстрасол при инокуляции семян из расчета 1 л/т рабочего раствора с концентрацией 10 %, при опрыскивании вегетирующих растений - 2 л/га рабочего раствора с концентрацией 1 %; Нарцисс при обработке семян замачиванием из расчета 5 мл препарата на, 1 л воды, при внекорневой подкормке вегетирующих растений - 0,5 л препарата на 100 литров воды при расходе 500 л/га. Опыты заложены в сосудах Митчерлиха на 7 кг (опыт № 1) и 5 кг (опыт № 2 и 3) почвы в 4-х кратной повторности. В опыте № 1 выращивали кукурузу сорта Принцесса Белогорья на зеленую массу, в опыте 2 - кормовые бобы сорта Коричневые на зеленую массу, в опыте № 3 -, ячмень сорта Сонет на зерно.

Изучение влияния различных способов применения препарата БисолбиФит на кормовые культуры и состояние почвенно-биотического комплекса проведено в 2009-2010 гг. в условиях вегетационных (№ 4а, 46, 5а, 56) опытов, заложенных по единой схеме (табл. 2), которая предусматривала изучение БисолбиФита без удобрений и при его совместном использовании с минеральны-, ми удобрениями.

2. Схема опыта № 4-5, 8-10

' Содержание вариантов Условное обозначение

1. Контроль без удобрений 2. БисолбиФит обработка семян 3. БисолбиФит в подкормку 4. БисолбиФит обработка семян + БисолбиФит в подкормку Г. Контроль б/у 2. БФос 3.БФп 4. БФос + БФп

5.ЫРК 6. МРК + БисолбиФит обработка семян 7. КРК + БисолбиФит в подкормку 8. КРК + БисолбиФит обработка семян + БисолбиФит в подкормку 5.NPK 6. NPK + БФос 7. NPK + БФп 8. NPK + БФос + БФп

БисолбиФит применяли для обработки семян, подкормки вегетирующих растений, как по отдельности, так и в сочетании друг с другом. Минеральные удобрения вносили в почву при закладке в следующих дозах: опыты № 4а,4б -^о,зРо^Ко>3 и опыты № 5а,5б - No.ijPo.jK^ в составе аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия. Опыты заложены в сосудах Митчерли-ха на 7 кг (опыт № 4а,46) и 5 кг (опыт № 5а,56) почвы в 4-х кратной повторно-сти. В опытах № 4а,46 выращивали кукурузу (гибрид Обский 140 МВ) на зеленую массу, в опытах 5а,5б - кормовые бобы сорта Коричневые на зерно.

Оценку влияния различных способов применения микробиологического препарата БисолбиФит на зерновые культуры провели в полевых опытах № б-10. Опыты №би 7(2008 г.) были заложены по следующей схеме (табл. 3).

3. Схема опыта № 6-7

Содержание вариантов Условное обозначение

1. Контроль без удобрений 2. МРК 3. МРК + БисолбиФит обработка удобрений 1. Контроль б/у 2.NPK 3.NPK + B®y

4. БисолбиФит обработка семян 5. МРК + БисолбиФит обработка семян 6. МРК + БисолбиФит обработка семян + БисолбиФит обработка удобрений 4. Контроль б/у + БФос 5. NPK + БФос 6. NPK + БФос + БФу

Отличительной особенностью данных опытов являлось то, что в них изучалась возможность использования биопрепарата для обработки гранул минеральных удобрений. Изучаемыми факторами являлись: А - удобрения (ТЧРК и КГРК, обработанные БисолбиФитом) и В - инокуляция семян БисолбиФитом перед посевом. Препарат наносился на поверхность гранул минеральных удобрений путем механического перемешивания в специальных смесительных устройствах. Минеральные удобрения (диаммофоска и аммиачная селитра) вносили в дозе ИтоРбоКбо кг действующего вещества на 1 гектар. Опыты заложены в четырехкратной повгорности. Площадь опытной делянки - 200 м2, опытная культура - ячмень сорта Сонет.

Полевые опыты № 8-10 выполнены по схеме, представленной в таблице 2. Минеральные удобрения вносили в опытах №8а. и 86 в дозе ЫюоРбоКбо* в опытах № 9-10 в дозе N70P60K60 в составе NPK-удобрения и аммиачной селитры. Площадь опытной делянки 100 м2, повторность опыта - 4-х кратная. В опыте № 8 выращивали кукурузу на зерно (8а - гибрид Росс 199 MB, № 86 - гибрид Обский 140 MB), в опыте № 9 - яровую пшеницу сорта Курская 2038, в опыте № 10 - овес сорта Метис. Обработку вегетирующих растений кукурузы Бисо-биФитом проводили в фазу 5 настоящих листьев, зерновых культур - в фазу кущения.

Вегетационные и полевые опыты выполнены в соответствии с требованиями методики опытного дела. Культуры в полевых опытах возделывали в соответствии с технологиями, стандартными для Правобережья Нижегородской области. Полученные результаты обработаны методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007. При анализе почв и растений использовали общепринятые в современной лабораторной практике методики (ГОСТ 26483-85, ГОСТ 2621291, ГОСТ 27821-88, ГОСТ 26213-91, ГОСТ 26207-91, ГОСТ 10840-64, ГОСТ 10842-89 и др., Практикум по агрохимии, 1987).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сравнительная оценка действия микробиологических препаратов на продуктивность и безопасность сельскохозяйственных культур

Данные, обобщенные по трем опытам (рис. 1), свидетельствуют, что

БисолбиФит по своему влиянию на урожайность практически не уступал действию традиционных биопрепаратов (Экстрасол и Нарцисс), а в ряде случаев превосходил их. Прибавка урожая от БисолбиФита в среднем по трем культурам составила 17 % к контролю на неудобренном фоне и 18 % к варианту NPK при совместном внесении биопрепарата и минеральных удобрений. Рис. 1. Продуктивность культур в среднем Содержание основных элементов по опытам №1-3

питания в зеленой- массе кормовых культур определялось в основном применением минеральных удобрений, существенно повышаясь на их фоне. Биопрепараты также в ряде случаев влияли на химический' состав растений, хотя и в значительно меньшей степени. В ос-

9

новном это касается азота, содержание которого в кукурузе, выращенной на вариантах с совместным использованием минеральных удобрений и биопрепаратов, было выше, чем на варианте МРК. Максимальное значение показателя соответствовало варианту с использованием БисолбиФита на удобренном фоне (табл.4). "

4. Влияние препарата БисолбиФит на содержание основных элементов

питания в растительной массе кормовых культур

Варианты опыта Кукуруза (опыт №1) Кормовые бобы (опыт № 2)

N Р203 к2о N Р203 К20

1. Контроль б/у 1,29 0,55 1,91 1,61 0,32 2,35

2. БисолбиФит 1,28 0,55 2,20 1,62 0,32 2,36

3. Экстрасол 1,30 0,56 2,18 1,62 0,32 2,33

4. Нарцисс 1,27 0,57 2,20 1,63 0,32 2,37

5.ОТК 1,46 0,59 2,32 1,68 0,40 2,47

6. ИРК+БисолбиФит 1,52 0,60 2,32 1,67 0,42 2,46

7. №>К + Экстрасол 1,49 0,61 2,29 1,69 0,41 2,47

8. ЫРК +Нарцисс 1,49 0,60 2,30 1,69 0,42 2,46

НСРоз для част. ср. НСРо} по фактору А НСРс, по фактору В 0,03 0,02 0,01 0,04 РФ<Ра 0,02 0,23 РФ<Рт 0,12 0,01 РФ<Рт 0,01 0,02 РФ<Рт 0,01 0,03 РФ<Р„ 0,01

Питательная ценность зеленой массы кукурузы в большинстве случаев соответствовала предъявляемым требованиям (табл. 5).

5. Некоторые показатели качества зеленой массы кукурузы

Варианты Клетчатка, Сырой Обменная Кормовые

опыта % протеин, энергия, единицы,

% МДж/кг кг/кг

1. Контроль б/у . 19,1 8,08 11,56 1,08

2. БисолбиФит 19,3 8,02 11,53 1,08

3. Экстрасол 19,0 8,11 11,58 1,09

4. Нарцисс 19,2 7,95 11,54 1,08

5.ЫРК 21,4 9,14 11,15 1,01

6. №К+БисолбиФит 21,1 9,50 11,20 1,02

7.- №К + Экстрасол 20,8 9,31 11,26 1,03

8. №К +Нарцисс 20,9 9,28 11,24 1,02

НСР05 для части, ср. 1,2 - - •

Норма, не менее - 9 10 0,86'

* - ГОСТ 27978-88 Корма зеленые. Технические условия

Исключением является сырой протеин, содержание которого на вариантах неудобренного фона было ниже нормы. Применение минеральных удобрений позволило.довести качество корма по данному критерию до требуемого.

Влияние биопрепаратов на рассматриваемые показатели не выявлено. Аналогичные тенденции установлены в отношении кормовых бобов.

Важным аспектом действия биопрепаратов является их влияние на коэффициенты использования элементов из минеральных удобрений (КИУ). Применение БисолбиФита в опыте №1 способствовало повышению коэффициента использования элементов, внесенных с минеральными удобрениями: по азоту в 1,2, по фосфору и калию - в 1,1 раза. Эффект от применения других биопрепа-патов был ниже (рис. 2).

При выращивании кормовых бобов величина коэффициентов использования азота на вариантах с Бисолби-Фитом и Экстрасолом выросла в 2,7, фосфора - в 2,9 и калия - в 2,4-2,8 раза. Увеличение КИУ из внесенных минеральных удобрений на фоне биопрепаратов свидетельствует о снижении непродуктивных потерь биогенных элементов и связанных с ними процессов загрязнения грунтовых и поверхностных вод, атмосферного воздуха.

Применение биопрепаратов на удобренном фоне способствовало снижению содержания нитратов в зеленой массе кормовых культур, причем наибольшим эффектом характеризовались БисолбиФит и Экстрасол (табл. 6). На фоне увеличения содержания общего азота здесь происходило уменьшение доли его нитратной формы, что свидетельствует об оптимизации протекания биохимических процессов в растениях.

6. Содержание нитратов и тяжелых металлов в кормовой продукции, мг/кг

Варианты опыта Кукуруза (опыт № 1) Кормовые бобы (опыт № 2)

ш3- РЬ Сё гп Си N03' РЬ СсЗ Ъп Си

1. Контроль б/у 247 1,89 0,47 8,4 6,4 175 0,96 0,24 3,1 2,1

2. БисолбиФит 268 1,78 0,42 9,7 6,2 164 0,99 0,26 2,9 2,4

3. Экстрасол 257 1,83 0,40 9,1 5,4 169 0,95 0,19 2,8 2,4

4. Нарцисс 266 1,89 0,46 8,8 5,1 177 0,91 0,22 2,9 2,2

5.№К 412 1,74 0,32 7,3 5,2 201 0,93 0,24 3,2 2,4

6.№>К+БисолбиФит 358 1,59 0,22 8,6 4,8 182 0,91 0,22 3,1 2,2

7. КРК+Экстрасол 362 1,62 0,29 8,8 5,2 176 0,86 0,21 2,9 2,1

8. ЫРК + Нарцисс 395 1,60 0,30 8,4 5,4 180 0,89 0,20 3,1 2,4

пдк 500 5,0 0,3 50,0 30,0 500 5,0 0,3 50,0 30,0

50

81) У

70 / л

СО ■ ырилнт.1)

*.50 1« У Я лсарклсб ■ шрианг 7

30 41

20 10 л :|Ц: И

фосфор К*ЛИЙ

Рис. 2, Коэффициенты использования

элементов питания из минеральных удобрений (опыт № 1)

Содержание свинца в кормовой продукции во всех случаях существенно ниже ПДК. Применение биопрепаратов на удобренном фоне приводит к уменьшению содержания токсиканта в корме. Минимальный коэффициент биоаккумуляции элемента отмечается на варианте с совместным применением минеральных удобрений и БисолбиФита.

' Концентрация кадмия в растениях кукурузы неудобренного фона в 1,3-1,6 раза превышает ПДК (содержание элемента в почве - 0,6 мг/кг). Применение минеральных удобрений снижает уровень аккумуляции элемента. Однако продукция, полученная на варианте 1МРК, также не отвечает требованиям безопасности по данному критерию качества. И лишь совместное использование минеральных удобрений и биопрепаратов позволяет снизить значение показателя до нормативного. Минимальное содержание кадмия в растительной продукции отмечено на варианте с использованием БисолбиФита на фоне удобрений.

В целом содержание РЬ и Сс1 в растительной массе связано обратной зависимостью с урожайностью культур, что, может быть следствием биологического разбавления. Кроме этого, и продуктивность, и содержание токсикантов в растениях могут зависеть от третьего фактора, на который влияет применение биопрепаратов. Например, на фоне оптимизации микробиологической активности в прикорневой зоне или физиологических процессов в растениях, что может происходить под влиянием БисолбиФита, увеличивается биомасса и активизируется комплекс механизмов, ограничивающих поступление токсичных элементов в корневую систему.

Содержание меди и цинка в растениях существенно ниже ПДК. В целом применение биопрепаратов на удобренном фоне в большинстве случаев не снижает, а увеличивает коэффициенты биоаккумуляцйи в сравнении с вариантом МРК. Поскольку медь и цинк относятся к категории биогенных микроэлементов, некоторое увеличение их содержания в растительной массе в наблюдаемом диапазоне свидетельствует об оптимизации условий питания растений, в частности о повышения доступности микроэлементов.

Влияние различных способов применения микробиологического

препарата БисолбиФит на продуктивность кормовых культур и состояние почвемно-биотического комплекса

Влияние различных способов применения микробиологического препарата БисолбиФит на урожайность, качество и безопасность кормовых культур. Урожайность зеленой массы кукурузы, полученная в опыте № 4, в среднем по двум годам исследований представлена на рисунке 3. Наибольший эффект обеспечила инокуляция семян биопрепаратом перед посевом (19 и 22 % прибавки на неудобренном и удобренном фоне соответственно). Эффективным было и сочетание двух приемов (обработка семян и вегетирующих растений),

Рис. 3. Влияние препарата БисолбиФит

на урожайность кукурузы в среднем по 2009-2010 гг. (опыты 4а и 46) НСРм для част. ср. - 21, по фактору А - 9, по фактору В -16 г/сосуд

однако оно не имело преимущества по сравнению с вариантом, на котором проводилась только инокуляция семян. Наибольшие прибавки от минеральных удобрений отмечались на фоне использования БисолбиФи-та для обработки семян.

Влияние препарата на качество зеленой массы кукурузь! рассмотрено на примере данных 2010 г. (табл. 7). Диапазоны варьирования содержания азота, фосфора и калия в продукции относительно невелики.

7. Некоторые показатели качества зеленой массы кукурузы (опыт № 46)

Варианты опыта N р2о5 К20 Клетчатка, % Обменная энергия, МДж/кг Кормовые единицы, кг/кг

%

1. Контроль б/у 1,28 0,48 2,32 21,3 11,17 1,01

2. БФос 1,26 0,50 2,58 21,5 11,13 1,00

3. БФп 1,25 0,47 2,34 21,2 11,18 1,01

4. БФос + БФп 1,25 0,46 2,38 20,4 11,33 1,04

5. МРК 1,37 0,56 2,58 22,2 11,00 0,98

6. МРК + БФос 1,35 0,52 2,56 23,7 10,73 0,93

7. №К + БФп 1,35 0,53 2,55 22,3 10,99 0,98

8. №К + БФос + БФп 1,36 0,54 2,56 22,3 10,99 0,98

НСР05 для части, ср. 0,03 0,03 0,25 1,5 - -

Основным фактором, определяющим уровень аккумуляции элементов в единице продукции, как и в опыте № 1, являются минеральные удобрения. Влияние биопрепарата на химический состав растений не выявлено. Полученный корм характеризуется удовлетворительной питательной ценностью.

КИУ повышались на вариантах с применением бактериального препарата (рис. 4). Наиболее полное использование азотных удобрений было достигнуто на варианте с инокуляцией семян БисолбиФитом, а также на варианте с сочетанием двух приемов обработки. Аналогичная ситуация отмечалась в отношении фосфорных и калийных удобрений.

Использование БисолбиФита на фоне минеральных удобрений приводило к снижению содержания нитратов в корме. В среднем по двум годам исследований значение показателя на вариантах с применением биопрепарата на 1112 % ниже, чем на варианте МРК (табл. 8).

г; V 1 •

Максимальные коэффициенты аккумуляции были характерны для кадмия. На контрольном варианте содержание элемента превысило ПДК. Применение БисолбиФита на неудобренном фоне во всех случаях снизило значение показателя, причем максимальный эффект наблюдался на варианте с сочетанием двух приемов обработки. Внесение минеральных удобрений привело к дальнейшему снижению содержания кадмия в кормовой продукции. Наименьший коэффициент биоаккумуляции соответствовал варианту с использованием биопрепарата для обработки семян на удобренном фоне.

8. Содержание нитратов и тяжелых металлов в кормовой продукции (опыт 46)

Варианты опыта Содержание, мг/кг Коэффициенты биоаккумуляции

N0/ РЬ Сс1 Си РЬ Сс! Ъп Си

1. Контроль б/'у 258 1,75 0,32 8,1 5,9 0,25 0,64 0,30 0,70

2. БФос 247 1,54 0,29 7,9 5,6 0,22 0,58 0,29 0,67

3. БФп 263 1,78 0,30 7,9 5,6 0,25 0,60 0,29 0,67

4. БФос + БФп 268 1,60 0,27 8,3 5,4 0,23 0,54 0,31 0,64

5. КРК 475 1,45 0,24 7,2 5,2 0,20 0,48 0,27 0,62

6. МРК + БФос 413 1,32 0,20 8,1 5,3 0,19 0,40 0,30 0,63

7. ЫРК + БФп 466 1,51 0,22 8,4 5,4 0,21 0,44 0,31 0,64

8. ЫРК + БФос + БФп 406 1,30 0,24 8,2 5,6 0,18 0,48 0,30 0,67

пдк 500 5,0 0,3 50,0 30,0 - - - -

Рис. 4. Коэффициенты использования

элементов питания из минеральных удобрений (опыт № 4)

В целом полученные данные свидетельствуют о снижении транслокации свинца и кадмия из почвы в растения на фоне применения биопрепарата, а соответственно, о повышении устойчивости агрофотоценоза к загрязнению.

Урожай кормовых бобов, полученный в опыте № 5, представлен на рис. 5. Результаты свидетельствуют, что БисоябиФит повышает урожайность опытной культуры: прибавки общей надземной массы на неудобренном фоне варьируют в диапазоне от 3 до 18 % к контролю, на удобренном - от 26 до 30 % к КРК; зерна - от 24 до 58 % и от 6 до 26 % соответственно. Наибольшее влияние на продуктивность оказывает сочетание двух приемов использования БисолбиФита. Среди вариантов с однократным использованием препарата на развитии общей массы в наибольшей степени сказывается обработка семян перед посевом, на урожайности зерна - опрыскивание вегетирующих растений.

Оценка экологического состояния пдчвенно-биотического комплекса по показателям биологической активности почв.

Биологическая активность почв является наиболее чувствительным индикаторным показателем экологического состояния агро-экосистемы. В связи с этим при изучении новых приемов воздействия на агрофитоценоз целесообразно ее определение. Особенно это актуально для микробиологических препаратов.

Показатели биологической активности определяли в опыте № 4а и 46 (табл. 9).

9. Влияние препарата Бисолбифит на биологическую

активность светло-серой лесной почвы

Вариант опыта Актив- Активность Дыхание, Целлюло- Нитрифици-

ность инвертазы, мгС02/10 г литическая рующая

катаяазы, мг глюкозы/г/ почвы/24 ч. активность, активность,

о2 24 ч. % мгЫОз/кг/

см3/г/мин. 14 сут.

4а 46 4а 46 4а 46 4а 46 4а 46

1. Контроль б/у 3,5 5,9 28,6 34,9 10,6 15,6 35,3 52,4 64,3 49,6

2. БФос 4,2 7,5 30,2 33,6 11,4 15,2 40,8 59,3 63,8 47,5

3. БФп 4,4 7,9 34,3 35,7 12,1 17,1 41,5 58,3 69,6 46,3

4. БФос + БФп 4,8 7,8 35,1 39,9 12,4 16,6 43,8 60,4 70,1 52,1

5.№К 4,4 6,5 29,4 35,1 11,8 16,3 40,6 57,5 63,7 46,2

6. №К + БФос 4,9 7,7 33,9 43,2 12,5 18,1 45,9 60,1 65,9 49,8

7. №К + БФп 5,0 8,0 40,3 45,9 12,9 17,5 44,2 65,5 69,1 51,2

8. ИРК+БФос+БФп 5,3 7,6 42,4 45,7 13,9 18,9 49,4 68,4 69,6 53,0

НСР05' 0,6 1,1 3,4 4,5 2,0 2,3 5,2 4,1 5,4 4,4

- для частных средних

Установлено, что БисолбиФит оптимизирует агроэкологическое состояние почвенно-биотического комплекса, что приводит к повышению показателей биологической активности почв в зависимости от способа его применения в следующих диапазонах: каталазная активность - на 15-34 %, инвертазная активность - на 0-36 %, дыхание - на 2-16 %, целлюлолитическая активность - на 8-20 относ. %, нитрифицирующая активность - на 0-11 % к контролю на неудобренном и к варианту №К на удобренном фонах.

35 30 1*5 !го [ 15 : 10 • 5 -0

■ общая масса

и зерно

1 2 3 4 5 0 7 Номера вариантов

Рис. 5. Влияние препарата БисолбиФит на продуктивность кормовых бобов в среднем по 2009-2010 гг. (опыты 5а и 56) НСРИ общая масса/зерно: для част. ср. - 2,0/0,8, по фактору А - 1,4/0,5, по фактору В - 1,0/0,4 г/сос.

/

Влияние различных способов применения микробиологического

препарата БисолбиФит на зерновые культуры Отличительной особенностью опытов № 6 и 7 являлось то, что схема предполагала нанесение биологического препарата не только на семена, но и на гранулы минеральных удобрений. Установлено, что использование препарата БисолбиФит было эффективным только на более бедных светло-серых лесных почвах: дополнительная прибавка от обработки удобрений БисолбиФитом составила около 11 %, а ог обработки семян - 6-17 % (табл. 10).

10. Влияние микробиологического препарата БисолбиФит и минеральных удобрений на урожайность и показатели качества зерна ячменя (опыт № 6, 7)

Варианты Урожай- Натура, г Сырой Крахмал, Масса

опыта ность, т/га г/л протеин, % 1000

% зерен, г

№6 №7 №6 №7 №6 №7 №6 №7 №6 №7

1. Контроль б/у 1,85 3,71 635 693 5,9 8,7 61,5 61,3 39,1 44,1

2. МРК 2,98 4,60 698 712 9,7. 12,1 60,4 57,2 45,3 48,0

З.ОТК + БФу 3,31 4,61 701 712 11,3 12,9 58,6 52,4 45,9 48,0

4. Контроль б/у+БФос 2,16 3,98 654 702 6,5 11,6 60,2 58,1 42,3 48,9

5.М>К + БФос 3,46 4,27 704 720 11,8 12,5 55,9 53,0 46,8 50,8

6. ЛРК + БФос + БФу 3,51 4,60 702 719 11,0 13,2 54,9 51,7 47,1 49,5

НСР05 для части, ср. 0,21 0,56

Результаты свидетельствуют, что сочетание обработки семян и гранул минеральных удобрений является нецелесообразным, поскольку эффект от каждого из них по отдельности не ниже, чем совокупное действие. При этом максимальная относительная прибавка урожайности опытной культуры достигнута на -варианте с инокуляцией семян, соответственно данный прием имеет преимущество перед обработкой гранул минеральных удобрений.

При выращивании кукурузы в погодных условиях, близких к климатической норме (опыт № 8а), эффективным приемом применения БисолбиФита являлась обработка им вегетирующих растений (табл. 11), которая позволила получить 50 % прибавки к контролю на неудобренном фоне и более 40 % к фону ИРК. Данный эффект наблюдался как за счет увеличения початков на одном растении, так и за счет возрастания числа зерен в початке и их удельной массы. Инокуляция семян, а также сочетание двух обработок не просто не давало дополнительно эффекта, но и в ряде случаев привело к некоторому снижению продуктивности опытной культуры, что произошло вследствие уменьшения количества початков на одном растении. Прочие характеристики, обеспечивающие урожай (количество зерен в початке, масса 1000 зерен) во всех случаях при обработке микробиологическим препаратом улучшались.

Иные тенденции наблюдались в опыте № 86, проведенном в аномально сухом 2010 г. На неудобренных вариантах применение БисолбиФита позволило

11. Влияние препарата БисолбиФит на урожайность зерна кукурузы

Варианты опыта Опыт № 8а Опыт №86

урожай- прибавка от ..., т/га' урожай- прибавка от..., т/га

ность, БФ МИН.-- ность, ' БФ : мин.

т/га удобре- т/га удобрений

ний ■ ■ •

1. Контроль б/у 1,76 - - 1,61 - ■ -

2. БФос 1,87 0,08 - 2,34 0,73 -

3. БФп 2,62 0,86 - 2,49 0,88

4. БФос + БФп 1,21 -0,55 - 2,08 0,47

5.М>К 3,08 - 1,32 2,44 - 0,83

6. №К + БФос 1,76 -1,32 -0,11 2,40 -0,04 0,06

7. №К + БФп 4,35 1,27 1,73 2,52 0,08 0,03

8. ИРК+БФос+БФп 1,54 -1,54 0,33 2,20 -0,24 0,12 '

НСРВ5 0,15' 0,10" 0,07"' 0,11' 0,08" 0,08"'

- для частных средних; - по фактору А; - по фактору В

существенно увеличить продуктивность опытной культуры. Максимального значения прибавка зерна достигла на варианте с обработкой препаратом веге-тирующих растений (более 50 %). Использование БисолбиФита на удобренном фоне в большинстве случаев дополнительных прибавок не давало, как не давали их и минеральные удобрения по отношению к неудобренному фону (за исключением варианта ЫРК). Таким образом, в полевых опытах, проводимых в неблагоприятных погодных условиях (дефицит осадков), эффективность применения БисолбиФита и минеральных- удобрений практически одинакова (сравнение вариантов 1 и 3, 1 и 5). Совместное их использование дополнительного эффекта не дает (варианты 2 и 6, 3 и 7). В связи с этим в экстремально засушливых условиях БисолбиФит может рассматриваться как альтернатива традиционным минеральным удобрениям. При этом оптимальным способом его применения при выращивании зерна кукурузы является подкормка фитоценоза.

Опыты № 9 и 10 также проведены в неблагоприятных погодных условиях 2010 г. Продуктивность яровой пшеницы в целом по опыту № 9 была невысокой (табл. 12). Применение бактериального препарата на неудобренном фоне привело к повышению урожайности зерна пшеницы только при сочетании двух способов обработки (12 % к контролю). На удобренном фоне эффективной была инокуляция семян БисолбиФитом - именно на этом варианте получена наибольшая урожайность зерна в опыте. Опрыскивание вегетирующих растений (как самостоятельно, так и в сочетании с обработкой семян) препаратом дополнительного эффекта не дало.

Урожайность овса в опыте № 10 также в целом невысока. Наиболее действенной была инокуляция семян перед посевом, которая позволила получить -Пив % прибавки к контролю (фону).

12. Влияние препарата БисолбиФит на урожайность яровой пшеницы

(опыт № 9) и овса (опыт № 10)

Пшеница Овес

Варианты урожай- прибавка урожай- прибавка

опыта ность, от., ,т/га зерно: ность, от... т/га зерно:

т/га БФ мин. солома т/га БФ мин. солома

удобр удобр.

1. Контроль б/у 1,76 - - 1 1,2 1,59 - - 1 1,5

2. БФос 1,80 0,04 - 1 1,2 1,80 0,21 - 1 1,4

З.БФп 1,56 -0,20 - 1 1.4 1,59 0 - 1 1,4

4. БФос + БФп 1,97 0,21 ■г 1 1,2 1,72 0,13 - 1 1,4

5.ОТК 2,07 - 0,31 1,2 1,65 - 0,06 1 1,5

6. ЫРК + БФос 2,18 0,11 0,38 1 1,1 1,79 0,14 -0,01 1 1,4

7. >1РК + БФп 1,99 -0,08 0,43 1 1,2 1,62 -0,03 0,03 1 1,5

8.КРК+БФос+ БФп 2,01 -0,06 0,04 1 1,2 1,62 -0,03 -0,1. 1 1,5

НСРоз 0,16' — -и 0,11" 0,08'" м. ,.>Г| 0,16" 0,12" рф<рт

- для частных средних; - по фактору А; - по фактору В

Влияния минеральных удобрений на продуктивность овса не выявлено, что, очевидно, связано с засушливыми условиями конкретного года: в отношении овса, менее требовательного к условиям почвенного питания, чем яровая пшеница, лимитирующим его развитие фактором был недостаток влаги, а не биогенных элементов, что и определило отсутствие прибавки урожая от минеральных удобрений.

Влияние удобрительных материалов на химический состав и некоторые показатели качества зерна яровой пшеницы представлены в таблице 13.

13. Некоторые показатели химического состава и качества зерна яровой пшеницы (опыт № 9)

Варианты опыта N Р2О5 КгО Сырой протеин Клейковина Стекло-видность Масса ЮОО'з. Натура

% г

1. Контроль б/у 2,02 0,62 0,53 12,6 24,8 47 30,7 685

2. БФос 2,74 0,71 0,58 17,1 24,8 47 29,4 709

З.БФп 2,20 0,81 0,52 13,7 22,і 46 29,7 687

4. БФос + БФп 2,81 0,67 0,56 17,6 23,2 46 29,9 710

5. №К 2,65 0,69 0,61 16,6 22,4 47 29,0 718

б.ОТК + БФос 2,45 0,69 0,63 15,3 22,4 49 30,2 723

7. №К + БФп 2,44 0,78 0,61 15,2 21,1 47 29,5 715

8. №К + БФос + БФп 2,59 0,77 0,61 16,2 24,8 47 28,9 718

НСРої для части, ср. 0,28 0,04 0,02 1,8 2,4 3 2,6 21

В целом микробиологическое и минеральные удобрения способствовали увеличению концентрации основных элементов питания в зерне яровой пшеницы. При этом в отношении аккумуляции азота и фосфора наибольший вклад внес БисолбиФит, в отношении калия - минеральные удобрения. Так, напри-

мер, использование БисолбиФита для обработки семян на неудобренном фоне (самостоятельно и в сочетании с подкормкой) увеличило содержание азота в зерне более чем на треть относительно контроля. Коэффициенты использования элементов питания из минеральных удобрений были очень низкими - около четверти от среднестатистических значений (табл. 6). Данный факт, безусловно, связан с очень низким количеством влаги, выпадавшим на почву в течение периода вегетации культуры. Применение микробиологического Рис. 6. Коэффициенты использования препарата не оказывало положи-

элементов питания из минеральных тельного влияния на усвоение эле-удобрений (опыт № 9) ментов из удобрений, что также

связано с неблагоприятными погодными условиями, поскольку в вегетационных опытах, где почва поддерживалась в оптимально-увлажненном состоянии, наблюдалась иная картина: значение КИУ было значительно выше, чем в полевом опыте, а биопрепараты способствовали возрастанию величины рассматриваемой характеристики.

В целом данные, полученные в аномально жаркий вегетационный сезон, свидетельствуют, что БисолбиФит в таких условиях имеет преимущество перед минеральными удобрениями, что связано с повышением устойчивости фитоценоза к неблагоприятным погодным условиям. Данные сведения весьма актуальны в свете прогнозируемых глобальных изменений климата.

Экономическая эффективность БисолбиФита и минеральных удобрений на фоне его применения

Использование БисолбиФита экономически более выгодно, чем минеральных удобрений, и на фоне оптимального способа его применения повышает рентабельность производства сельскохозяйственных культур. Так, например, при опрыскивании вегетирующих растений кукурузы препаратом уровень рентабельности производства ее зерна в 2009 г. увеличился с 26 % (контрольный вариант) до 57 и 42 % на неудобренном и удобренном фоне соответственно, а условно чистый доход - с 2030 руб./га до 5523-7014 руб./га. В засушливом 2010 году лучшие экономические показатели были получены на вариантах с использованием БисолбиФита на неудобренном фоне: уровень рентабельности составил 25-46 %, а условно чистый доход - 2373-4518 руб./га (при 14 % и 1118 руб./га на контроле). Высокая экономическая эффективность применения БисолбиФита обусловлена низкой стоимостью бипрепарата (230-250 руб./кг) и малыми объемами его использования.

выводы

1. Препарат БисолбиФит, произведенный на основе бактерий Bacillus subtilis 4-13 (сухая форма), не уступает по своему действию на кормовые культуры традиционным биопрепаратам Экстрасолу и Нарциссу, а в ряде случаев превосходит их, увеличивая урожайность культур в среднем на 17 % к контролю на неудобренном фоне и 18 % к варианту NPK при совместном внесении биопрепарата и минеральных удобрений; существенно снижает содержание нитратов, уровень аккумуляции свинца и кадмия в корме, а также повышает коэффициенты использования азота из минеральных удобрений в 1,2-3 раза, фосфора-в 1,1-2,6 и калия-в 1,1-2,8 раза.

2. При выращивании кукурузы на зеленую массу на светло-серой лесной почве наиболее эффективным приемом использования БисолбиФита является обработка им семян перед посевом, обеспечившая в среднем 19 % прибавки

; урожая на неудобренном и 22 % на удобренном фоне. Данный прием не по, влиял на питательную ценность корма, но повысил его безопасность, снизив .содержание нитратов, свинца и кадмия. Коэффициент использования азота из минеральных удобрений при этом повысился в 1,4, фосфора и калия - в 1,3 раза в сравнении с фоном. При выращивании кормовых бобов преимущество имело сочетание двух приемов обработки (инокуляция семян и опрыскивание вегетирующих растений): прибавка общей массы в среднем по опытам составила 18 и 30 %, бобов - 57 и 25 % на неудобренном и удобренном фонах соответственно.

3. Применение препарата БисолбиФит оптимизирует состояние почвенно-биотического комплекса, о чем свидетельствует повышение показателей биологической активности светло-серой лесной почвы на фоне его применения: каталазной активности - до 34 %, инвертазной активности - до 36 %, дыхания - до 16 %, целлюлолитической активности - до 20 относ. %, ци-рующей активности - до 11 % к контролю на неудобренном или к варианту NPK на удобренном фонах.

4. Обработка гранул минеральных удобрений БисолбиФитом при выращивании ячменя на светло-серой лесной почве уступала по своему действию на урожайность инокуляции семян перед посевом (прибавка 0,33 т/га против 0,48 т/га), а на темно-серой лесной - была неэффективной. В обоих опытах на вариантах с использованием бактериального препарата в большинстве случаев увеличивалась натура зерна, содержание сырого протеина и масса 1000 зерен.

5. Максимальная прибавка зерна кукурузы, выращиваемой на темно-серой лесной почве в погодных условиях, близких к климатической норме, получена при опрыскивании БисолбиФитом вегетирующих растений: 0,86 т/га (49 %) на неудобренном и 1,27 т/га (41 %) на удобренном фоне. Повышение урожайности явилось следствием увеличения количества-початков на растении, а также возрастания массы 1000 зерен и их числа в початке. Последнее наблюдалось на всех вариантах с использованием БисолбиФита, независимо от способов его применения.

6. В условиях аномально жаркого и засушливого вегетационного периода применение БисолбиФита для опрыскивания вегетирующих растений не уступало действию минеральных удобрений (ИюоРбоКбо), повысив урожайность зерна кукурузы на серой лесной почве на 0,88 т/га (55 % относительно контроля) за счет увеличения массы 1000 зерен и их числа в початке в 1,3 и 1,2 раза соответственно. Совместное применение минеральных удобрений и бактериального препарата в таких условиях не имело преимущества в сравнении с раздельным их использованием.

7. Применение БисолбиФита повысило устойчивость агрофитоценоза к неблагоприятным погодным условиям (высокие температуры и дефицит осадков). Максимальную прибавку урожая зерна яровой пшеницы в засушливых условиях (0,21 т/га) обеспечило сочетание двух приемов обработки БисолбиФитом (инокуляция семян и опрыскивание вегетирующих растений) на неудобренном фоне; прибавку урожая овса - инокуляция семян перед посевом на неудобренном (0,21 т/га) и удобренном (0,14 т/га) фоне. Применение бактериального препарата на яровой пшенице повысило эффект от минеральных удобрений: прибавка к фону под влиянием последних возросла с 15, до 21-28 % (за исключением варианта с сочетанием двух обработок).

8. Использование БисолбиФита на неудобренном фоне увеличило содержание азота в зерне яровой пшеницы с 2,02 до 2,58 %, фосфора - с 0,62 до 0,73, калия - с 0,53 до 0,56 %, содержание сырого протеина - с 12,6 до 15,9 %. На удобренном фоне применение биопрепарата не влияло на значения данных показателей. На обоих фонах БисолбиФит практически не изменил содержание клейковины, массы 1000 зерен, стекловидности и натуры зерна яровой пшеницы.

9. Применение БисолбиФита экономически выгодно: на фоне оптимальных приемов его использования во все годы, проведения исследований повышался уровень рентабельности производства (до 2 раз и более), В условиях оптимального увлажнения биопрепарат способствовал повышению агрономической окупаемости минеральных удобрений.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

При выращивании ячменя, яровой пшеницы и овса, а также кукурузы на зеленую массу в условия серых лесных почв Нижегородской области следует производить инокуляцию семян перед посевом препаратом БислобиФит из расчета 1 л рабочего раствора с концентрацией 10 % на тонну, при выращивании кукурузы на зерно - опрыскивание им вегетирующих растений в фазу 5 настоящих листьев раствором с концентрацией 1 % при его расходе 2 л на 1 га.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Сметов Д.Б., Титова В.И. Влияние совместного вйесёния'минеральных удобрений и биопрепарата БисолбиФит на продуктивность'ячменя // Плодородие.-2010,-№4.-С. 19-21.

2. Титова В.И., Дабахова Е.В., Сметов Д.Б. Изучение микробиологических и ростстимулирующих препаратов на кормовых культурах // Агрохимический

, вестник,-2011.-№2.- С.31-33.

3. Митянин И.О., Сметов Д.Б., Дабахова Е.В, Испытание препарата Бисолби-Фит на зерновых культурах // Агрохимический весгник. - 2011. - № 6. -С. 35-37.

Прочие публикации

4. Сметов Д.Б., Дабахова Е.В. Влияние препарата БисолбиФит на урожай зеленой массы кукурузы в зависимости от приема его использования // Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях: Матер, науч.-практ. конф. - Н. Новгород: НГСХА, 2010. - С. 67-72.

5. Сметов Д.Б. Влияние микробиологического препарата БисолбиФит на урожай зерна кукурузы «Росс 199 МВ» // Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений: Матер, межд. науч.-практ. конф. - Н. Новгород: Изд-во ВВАТС, 2011. - С. 212-215.

6. Сметов Д.Б., Дабахова Е.В., Титова В.И. Влияние микробиологических препаратов и минеральных удобрений на урожай и качество зеленой массы кукурузы // Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений: Матер, межд! йауч.-нракт. конф, - М. Новгород: Йэд-во ВВАГС, 2011. -С. 215-219.

7. Сметой Д.В. и др. Результаты исследований по 'изучению приемов повышения эффективности минеральных удобрений: Научно-популярное издание. -Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. - 55 с.

8. Белякова Т.В., Сметов Д.Б. Влияние препарата БисолбиФит на урожай яровой пшеницы // Современные проблемы агрОпочвоведения, агрохимии и агроэкологии: Матер. Всерос. студ. науч. конф. - Ульяновск, 2011. - С. 20-22.

Подписано в печать «/*? » ^а-рта^ 2012 г.

Усл. гтеч. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ ^_

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия 603107, Нижний Новгород, проспект Гагарина, 97

Типография НГСХА

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Сметов, Денис Борисович, Нижний Новгород

61 12-3/847

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

СМЕТОВ ДЕНИС БОРИСОВИЧ

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА БИСОЛБИФИТ НА СОСТОЯНИЕ АГРОФИТОЦЕНОЗА В УСЛОВИЯХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ВОЛГО-ВЯТСКОГО РЕГИОНА

Специальность 03.02.08 - экология

Научный руководитель: доктор с.-х. наук, профессор Дабахова Е.В.

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Нижний Новгород - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................... 4

Глава 1. ЗНАЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА............................................................... 8

1.1. Основные механизмы действия микробиологических

препаратов на агрофитоценоз............................................. 10

1.2. Влияние микробиологических препаратов

на урожай и качество сельскохозяйственных культур............. 24

Глава 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................ 35

2.1. Условия проведения исследований...................................... 35

2.2. Характеристика объектов исследования............................... 41

2.3. Методика закладки и проведения опытов.............................. 45

Глава 3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ....................... 52

3.1. Кукуруза (зеленая масса).................................................. 52

3.2. Кормовые бобы (зеленая масса).......................................... 62

3.3. Ячмень......................................................................... 65

Глава 4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА БИСОЛБИФИТ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР И СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННО-БИОТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 71 4.1. Влияние различных способов применения

микробиологического препарата БисолбиФит на урожайность,

качество и безопасность кормовых культур.......................... 71

4.1.1. Кукуруза (зеленая масса)........................................... 71

4.1.2. Кормовые бобы (зерно)..........................................................................................81

4.2. Оценка экологического состояния почвенно-биотического

комплекса по показателям биологической активности почв............88

Глава 5. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА БИСОЛБИФИТ

НА ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ....................................................................................96

5.1. Обработка семян и минеральных удобрений (ячмень)..........................96

5.2. Обработка семян и вегетирующих растений....................................................102

5.2.1. Кукуруза (зерно) ...........................................................................................................103

5.2.2. Яровая пшеница................................................................................................................110

5.2.3. Овес..........................................................................................................................................119

Глава 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИСОЛБИФИТА

И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

НА ФОНЕ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ........................................................................122

6.1. Влияние препарата БисолбиФит на агрономическую окупаемость минеральных удобрений....................................................122

6.2. Экономическая эффективность применения БисолбиФита

и минеральных удобрений............................................................................................127

ВЫВОДЫ........................................................................................................................................................134

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ....................................................................................137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................138

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Одним из ключевых элементов современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур должна являться экологизация растениеводства. Широко практикующиеся использование минеральных удобрений и ядохимикатов в ряде случаев сопряжено с серьезным экологическим риском и может вызвать неблагоприятные изменения в агроэкосистеме. Кроме этого, запасы природного сырья для производства калийных и особенно фосфорных удобрений весьма ограничены (Адрианов С.Н., Сушеница Б.А., 2004) и при активном их использовании человечество в ближайшем будущем столкнется с ресурсным кризисом. Следует отметить и экономические аспекты: стоимость агрохимикатов в последние десятилетия постоянно возрастает. Так, например, в 2007 г. уровень цен на аммиачную селитру возрос на 44 %, на аммофос - на 207 % в сравнении с 2005 г. (Сычев В.Г., 2008). Это значительно увеличивает затраты на производство растениеводческой продукции.

В таких условиях чрезвычайно актуальным является поиск материалов, позволяющих повысить эффективность традиционных агрохимикатов или в определенных условиях выступить в качестве альтернативы таковым, оптимизируя при этом состояние агроэкосистемы. К перспективным в этом плане относят микробиологические препараты, которые в значительной степени лишены перечисленных недостатков: их применение экологически безопасно, ресурсы практически неисчерпаемы, а производство относительно дешево. Механизмы воздействия биопрепаратов на растения весьма разнообразны: они улучшают условия питания за счет мобилизации почвенных ресурсов или интенсификации азотфиксации, оказывают ростостимулирующий эффект, повышают устойчивость растений к неблагоприятным абиотическим (недостаток влаги, загрязнение почвы и т.д.) и биотическим (болезни, вредители) факторам окружающей среды (Завалин A.A., 2005, 2011; Жиглецова С.К., 2010). Однако включение таких материалов в зональные технологии

4

возделывания сельскохозяйственных культур должны предваряться комплексными исследованиями по оценке их влияния на состояние компонентов агроэкосистемы и прежде всего фитоценоза, а также по выбору оптимального способа применения в конкретных региональных условиях. Этим аспектам и была посвящена данная работа, в рамках которой изучался препарат Бисол-биФит, произведенный на основе бактерий Bacillus subtilis штамм 4-13.

Цель и задачи исследований

Целью исследований являлась оценка влияния микробиологического препарата БисолбиФит, произведенного на основе ризосферных бактерий, на состояние агрофитоценоза и почвенно-биотического комплекса в условиях серых лесных почв Волго-Вятского региона.

В программу исследований входило решение следующих задач:

• оценка действия БисолбиФита в сравнении с другими широко используемыми микробиологическими препаратами (Экстрасол и Нарцисс) на продуктивность агрофитоценоза;

• изучение влияния различных приемов использования препарата БисолбиФит (инокуляция семян, опрыскивание вегетирующих растений, обработка гранул минеральных удобрений, а также их сочетание) на урожайность, качество и безопасность культур;

• характеристика влияния биопрепаратов на накопление нитратов в зеленой массе кормовых культур, а также на транслокацию тяжелых металлов в системе почва-растение;

• оценка состояния почвенно-биотического комплекса по показателям биологической активности;

• анализ совместного действия БисолбиФита и минеральных удобрений на продуктивность культур и оценка КИУ на фоне применения биопрепарата;

• оценка агрономической и экономической эффективности БисолбиФита и минеральных удобрений.

Научная новизна

В условиях серых лесных почв Нижегородской области впервые проведено комплексное исследование по изучению влияния микробиологического препарата БисолбиФит на продуктивность агрофитоценоза и безопасность растениеводческой продукции, а также определены оптимальные способы его применения под кормовые и зерновые культуры. Выявлено, что стимулирующий эффект от применения биопрепарата может достигать 30-50 %, при этом в ряде случаев происходит улучшение качества продукции, снижение нитратонакопления и уровня аккумуляции свинца и кадмия в зеленых кормах; повышается биологическая активность почв. Установлено, что в экстремальных погодных условиях (высокие температуры и засуха) биопрепарат повышает устойчивость агрофитоценоза.

Основные положения, выносимые на защиту:

• препарат БисолбиФит повышает урожайность кормовых и зерновых культур, выращиваемых на серых лесных почвах;

• БисолбиФит оптимизирует состояние почвенно-биотического комплекса, повышая показатели биологической активности почв;

• использование БисолбиФита способствует получению экологически чистой продукции, так как снижает содержание нитратов, свинца и кадмия в зеленой массе кормовых культур;

• наиболее эффективными способами использования препарата являются инокуляция семян перед посевом (яровая пшеница, ячмень, овес, кукуруза на зеленую массу) и опрыскивание вегетирующих растений (кукуруза на зерно);

• применение БисолбиФита увеличивает КИУ, что снижает непроизводительные потери биогенных элементов, вносимых с удобрениями, из почвы и связанную с этим нагрузку на окружающую среду;

• использование биопрепарата способствует повышению устойчивости фитоценоза к неблагоприятным погодным условиям: при выращивании кукурузы (зерно) и овса в жаркий и засушливый год БисолбиФит превосходит действие минеральных удобрений.

Практическая значимость

Результаты исследований являются основой для разработки региональных технологий возделывания кормовых и зерновых культур с использованием микробиологического препарата БисолбиФит. Они позволяют определить оптимальные способы его применения, в том числе при совместном использовании с минеральными удобрениями. Полученные данные имеют большое значение при разработке элементов биологического земледелия в условиях серых лесных почв Нечерноземной зоны.

Отдельные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин «Сельскохозяйственная экология» и «Агрохимия».

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на ежегодных конференциях аспирантов и научно-педагогических работников Нижегородской ГСХА (2009-2011 гг.), совещаниях руководящего состава сельскохозяйственной отрасли Нижегородской области, на научно-практической конференции «Земледелие и его ресурсное обеспечение в современных условиях» (Н. Новгород,

2010) и международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород,

2011). Общее количество опубликованных работ представлено 8 наименованиями (личное участие обозначено в 2,7 усл. печ. листа). В журналах, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 3 работы.

Глава 1. ЗНАЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Главная стратегическая задача современного земледелия - сохранение и воспроизводство плодородия почвенного покрова, улучшение его экологического состояния как основного богатства любого государства и материальной основы существования человечества на планете, достижения высокой продуктивности агроэкосистем. Основное условие решения этой проблемы — оптимизация применения средств химизации (Минеев В.Г., 2008; Комплексное применение ..., 2009), что является весьма проблематичным в силу причин, изложенных ниже.

В настоящее время около 90 % производимых в РФ минеральных удобрений экспортируется за рубеж, а на внутреннем рынке происходит постоянное увеличение цен. Так, в период с 1990 по 2005 гг. стоимость на основные виды минеральных туков возросла в 50 раз, а на хлористый калий - в 74 раза. В 2007 г. цена на аммиачную селитру стала выше на 44 %, на аммофос — на 207 % по сравнению с 2005 г. В результате этого снижается платежеспособный спрос на минеральные удобрения и объемы их применения. Например, в 2007 г. внесение удобрений на 1 га посевной площади в среднем не превышало 25 кг, что в 5 раз ниже, чем в 1990 г. (Сычев В.Г., 2008).

На фоне наблюдаемых экономических процессов снизилось производство сельскохозяйственной продукции: так, если в 1990 г. количество зерна, приходящееся на одного человека, составляло 787 кг, а мяса - 68 кг, то в 2006 г. - только 553 и 36 кг соответственно. В настоящее время в России за счет импорта формируется до 40 % продовольственных ресурсов, а в крупных городах - до 50 и 70 %, между тем экономическим порогом продовольственной безопасности считают 20 % импортных поставок (Агропромыш-

ленный комплекс ..., 2007; Статистические материалы ..., 2008; Комплекс технологических ..., 2009).

Снижение объемов производства растениеводческой продукции в РФ связано как с уменьшением площади пахотных земель, которое за последние 19 лет составило более 10 млн. га (Государственный (национальный) ..., 2009), так и с падением урожайности культур вследствие снижения культуры земледелия и ухудшения качества почв. Последнее наблюдается практически во всех регионах страны (Сычев В.Г., 2008; Шафронов О.Д., Малеев И.А., 2008; Иванов А.Л., 2011).

В таких условиях жизненно необходимой является разработка приемов, позволяющих мобилизовать почвенные ресурсы, повысить эффективность минеральных удобрений, а также частично заменить традиционные химические средства, используемые в земледелии, на более дешевые и безопасные материалы. По мнению ряда исследований, этим требованиям соответствуют биологические препараты, производимые на основе живых организмов, а также продуктов их жизнедеятельности (Берестецкий O.A., Васюк Л.Ф., 1983; Бондаренко Н.В., 1986; Кожемяков А.П., 1998; Ладыгина Г.Н. и др., 2002; Кандыба Е.В., Лазарев В.И., 2003; Завалин A.A., 2005; Ларионов Ю.С., Ларионова Л.М., 2007; Пыленок П.И., Ситников A.B., 2007; Кирпичников H.A., Волков A.A., 2011 и мн. др.).

При применении биологических препаратов на первый план выходит поддержание почвы в жизнеспособном экологическом состоянии. Биологические технологии не требуют полного отказа от минеральных удобрений, а предусматривают разумное сочетание агрохимических и биологических средств (Минеев В.Г. и др., 1993; Система биологизации ...., 2002).

По мнению академика А.Л. Иванова (2011), разработка теории, способов получения и применения нового поколения биопрепаратов и биоудобрений на основе монокультур и консорциумов микроорганизмов - одно из важнейших направлений развития современного земледелия.

1.1. Основные механизмы действия микробиологических препаратов на агрофитоценоз

Микробиологические препараты, созданные на основе живых организмов, оказывают комплексное воздействие на растения. Среди основных направлений этого воздействия можно выделить следующие: улучшение условий питания, стимулирующий эффект, повышение устойчивости растений к биотическим (болезни, вредители и т.д.) и абиотическим неблагоприятным факторам (влажность, высокая почвенная кислотность и т.д.) окружающей среды, а также ограничение поступления в растительную массу загрязняющих веществ.

Рассмотрим механизмы улучшения условий питания сельскохозяйственных культур под действием микробиологических препаратов.

Прежде всего, следует остановиться на проблеме обеспечения растений азотом. Это важнейший элемент питания, однако внесение его в составе минеральных удобрений может привести к дестабилизации микробных сообществ и агрофитоценозов. В частности, азотные удобрения прямо или косвенно усиливают биологическую и химическую мобилизацию активной фазы органического вещества почвы. В результате этого нарушается природное равновесие процессов минерализации - гумификации. Это в свою очередь дестабилизирует внутрипочвенный цикл азота и, в конечном счете, ведет к потере данного элемента из почвы в виде нитратов либо его аккумуляции в растительной продукции в избыточных концентрациях (Устойчивое развитие ..., 2000; Зинковская Т.С., 2008). Длительное применение минеральных удобрений, особенно азотных в аммиачной форме, приводит к депрессии почвенной микрофлоры и изменению ее видового состава: начинают преобладать споровые бактерии, а неспоровые почти не обнаруживаются. На таких почвах развивается большое количество актиномицетов, среди которых имеются токсичные формы (Кандыба Е.В., Фатеев A.M., 1997).

Активное внесение в почву азотных удобрений приводит к выделению в атмосферу больших количеств окислов азота, которые характеризуются потенциально высоким вкладом в развитие парникового эффекта, а также в разрушение озонового слоя стратосферы (Почвенная эмиссия ..., 2004; Василь-чиков А.Г., 2008). Согласно данным IPCC, на долю минеральных удобрений, относящихся к прямым источникам эмиссии N20, приходится до 14 % от всей техногенной закиси азота (Глобальное потепление ..., 1993; Mosier А., Kroeze С., 1998). Объемы эмиссии данного соединения фактически характеризуют степень нарушенности азотного цикла: чем больше техногенного азота вовлечено в обменный фонд биогеохимического цикла и чем меньше эффективность его использования, тем больше закиси азота выделяется в атмосферу (Кудеяров В.Н., 1999).

Кроме этого, минеральные азотные удобрения являются весьма дорогостоящими, что усугубляется ростом мировых цен на энергоносители (Ва-сильчиков А.Г., 2008; Сычев В.Г., 2008). Между тем, часто в пахотных почвах именно азот находится в первом минимуме и лимитирует урожайность сельскохозяйственных культур. В таких условиях большое экономическое и экологиче