Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Применение биопрепарата Агат-25 в посевах яровой пшеницы

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Прокофьева, Ольга Александровна, Тверь

i / i t I

Тверская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи.

Прокофьева Ольга Александровна

Применение биопрепарата Агат - 25 в посевах яровой пшеницы

06.01.01 - Общее земледелие

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор с.-х. наук, профессор Белов Георгий Дмитриевич

OfAcnij. нсеннии Cf^rfi^t на-^и pqp

Тверь-1999

Содержание:

Введение 4

1 Обзор литературы 6

1.1 Развитие земледелия, принципы и перспективы применения биопрепаратов 6

1.2 Значение микроорганизмов и биопрепаратов на их основе 1О

1.3 Влияние азотных удобрений на урожайность яровой пшеницы 22

1.4 Совместное применение удобрений и биопрепаратов 29

2 Условия и методика исследования 35

2.1 Цель и задачи исследований 35

2.2 Место проведения исследований и схема опыта 36

2.3 Наблюдения и методика их проведения 37

2.4 Технология возделывания культуры 40

2.5 Метеорологические условия вегетации 42

3 Результаты исследований 45

3.1 Посевные качества семян и густота стояния растений 45

3.2 Динамика развития яровой пшеницы 51

3.3 Засорённость посевов и поражение растений болезнями 64

3.4 Влажность почвы 78

3.5 Микробиологическая активность почвы 87

3.6 Структура урожая яровой пшеницы 96

3.7 Урожай яровой пшеницы и его качество 101

3.8

Экономическая эффективность совместного применения биопрепарата Агат - 25 и минеральных удобрений 109

4 Внедрение биопрепарата Агат - 25 в производство 113

Выводы 117

Приложение 120

Список литературы 148

Введение

Зерновое производство является одной из основных и решающих отраслей сельского хозяйства. Ведущее место среди зерновых занимает пшеница. Она является основной хлебной культурой большинства стран мира. За счет потребления продуктов, изготовленных из зерна пшеницы, человек получает около половины необходимых организму растительных белков и углеводов, 70 - 80% витамина В1 (тиамина), значительную часть витаминов РР и Е, минеральные и другие вещества (109).

( Поэтому самообеспечение зерном - важнейший признак самостоятельности любой страны. Однако за столетие доля нашей страны в производстве зерна снизилась почти в 6 раз. В 1895 году мировое производство зерна составляло 241 млн. т, в том числе России - 48 млн. т или 20% от общего количества. Через 100 лет, в 1995 году, было произведено 1820 млн. т зерна, из них в России 63,5 млн. т или 3,5% (175, 176)."/

L Анализ производства высококачественного зерна в России за 1990 - 1995 года показал сохранение этой тенденции. За последние пять лет по сравнению с предыдущим пятилетием общее производство зерна уменьшилось на 16 млн. т или на 16%, в том числе пшеницы на 7 млн. т (40%), из них ценных сортов на 40%. При минимальной потребности в зерне классной продовольственной пшеницы 12 млн. т, её было закуплено в 1995 году только 2,8 млн. т, а задание по поставкам зерна в федеральный фонд было выполнено только на 20% (175, 176).

Снижение зернового производства отмечается не только в России, но и в большинстве бывших союзных республик, а ныне незави-

симых государствах. Наибольшее сокращение валового сбора зерновых наблюдается на Украине и Казахстане. В Молдавии и Средней Азии отмечено небольшое увеличение производства зерна (176).

_ Частичным решением этой проблемы является производство высококачественного зерна в конкретных природно-климатических условиях. Яровая пшеница в Центральном районе России не является главной хлебной культурой, но последние достижения в сельском хозяйстве позволяют выращивать зерно высокого качества, тем самым снижая завоз зерна пшеницы из других регионов (180).

Анализ растениеводства Тверской области показал, что средний урожай зерновых составляет 11-14 ц/га и зерно яровой пшеницы, как правило, не отвечает ГОСТу на продовольственное зерно (166). За период с 1990 по 1995 года посевные площади под зерновыми сократились с 621,9 тыс. га до 434,5 тыс. га, в том числе под пшеницей с 52,1 тыс. га до 22,3 тыс. га. Валовой сбор зерна по области уменьшился с 722,4 тыс. т до 390,8 тыс. т, в том числе по пшенице с 60,7 тыс. т до 21,3 тыс. т (160, 167, 166).

В настоящее время потребность Тверской области в зерне пшеницы для производственных целей превышает 130 тыс. т (164). И для создания регионального продовольственного рынка зерна необходимо повышение урожайности и качества зерна пшеницы.

Автор благодарит научного руководителя доктора сельскохозяйственных наук Г.Д. Белова за руководство при выполнении и оформлении диссертационного материала, а также коллектив кафедры растениеводства за помощь, внимание и поддержку при выполнении настоящей работы.

1. Обзор литературы

1.1 Развитие земледелия, принципы и перспективы

применения биопрепаратов

V Опыт возделывания зерновых культур свидетельствует о том, что повышение их урожайности возможно лишь при условии комплексного учета всех факторов, определяющих рост, развитие и формирование урожая и его качества (25). \

\ Многовековая история земледелия была историей развития биологического, органического земледелия. История «химического» земледелия насчитывает всего 150 лет и имеет четко выраженное начало -в 1843 году был введен в строй первый суперфосфатный завод в Англии. С этого времени началось развитие промышленности по производству минеральных удобрений. Потребность в них определялась необходимостью повышения продуктивности полей для обеспечения человечества продуктами питания, стремлением уйти от постоянной угрозы голода (104).

[ Анализ продуктивности культур в историческом плане убедительно показывает, что только с вовлечением минеральных удобрений в биологический круговорот возможно существенное повышение продуктивности агроэкосистемы. Так в Германии урожай пшеницы в 1770

- 1780 годах составлял 8 ц/га, в 1885 -1890 годах - 14,4 ц/га, 1900 -1905 годах - 18,2 ц/га, 1905 - 1910 годах - 19,2 ц/га, 1910 - 1914 годах

- 22,4 ц/га, а в 1980 - 1990 годах - 55 ц/га (104, 130). 1

^Урожай в 7 - 8 ц/га, характерный в 18 веке не только для Германии, но и для других стран Западной Европы, а для России и в первой по-

ловине 20 - го века, показывает ту продуктивность, которую мог обеспечить трехпольный севооборот в местных почвенно-климатических условиях. Введение в севооборот клевера и корнеплодов, что произошло в Западной Европе во второй половине 19-го века, удвоило урожай культур. Это явилось следствием, в основном, включения биологического азота в сферу земледелия. Дальнейший рост продуктивности означал начало химизации, которая на фоне применения биологического азота, регулирования реакции среды, давала возможность вновь увеличить урожай в два раза (130, 143, 104).

Данные таблицы 1.1.1. убедительно свидетельствуют о том, что введение плодосмена с клеверосеянием позволило удвоить урожай, введение на этом фоне минеральных удобрений, а затем и комплексное применение средств химизации и других факторов интенсификации дали возможность еще более значительно повысить урожайность пшеницы.

Таблица 1.1.1.

Средний урожай пшеницы (ц/га) в Бельгии, Голландии и Англии

Трёхпольный севооборот до конца 18 века Плодосмен (+ клевер), 1840-1880г.г. Плодосмен+мине-ральные удобрения, 1890- 1930г.г. Комплексное применение средств химизации, 1985-1990 г.г.

7-8 16-17 25-30 60-80

Г'

Комплексная химизация земледелия в Европе в последней четверти 20-го века обеспечила урожай пшеницы 55 - 70 ц/га, то есть продуктивность пашни за 200 лет увеличилась в 7 - 8 раз (104, 130).

Переход к использованию промышленных удобрений знаменовал во всем мире усиление интенсификации земледелия. Так, мировая потребность в минеральных удобрениях, по прогнозу ФАО, к 2000 году составит 307,2 млн.т питательных веществ, в том числе 170 млн.т азота, 70 млн.т фосфора и 60 млн.т калия (201).

Закономерно, что бывший СССР встал на этот путь. К сожалению, интенсификация земледелия в нашей стране утонула в болоте отсталости сельских товаропроизводителей, их не заинтересованности в результатах своего труда, отсутствия технологической дисциплины, слабого оснащения села агрохимической инфраструктурой. Вследствие этого бывший СССР и с помощью удобрений не только не вышел на уровень европейских урожаев, но и не смог преодолеть 20- центровой рубеж продуктивности зерновых культур, который Европа преодолела в середине текущего столетия (104).

\ Сегодняшний кризис химизации земледелия заставляет искать пути выхода из тупика, вновь обратить внимание на рациональное использование местных почвенно - климатических ресурсов и всего природного комплекса в целях стабилизации производства растениеводческой продукции с постепенной интенсификацией земледелия.

В этой связи следует обратить особое внимание на развитие исследований комплексного применения не только традиционных средств агрохимии, но и микробиологических препаратов. Необходимо вписать биопрепараты в технологии возделывания культур, определить их место в цепи обязательных мероприятий, их возможное сочетание с химическими удобрениями и средствами защиты растений (104,45, 111, 112).

\ В настоящее время имеется реальная возможность привлечения в технологии следующие препараты микробного происхождения: современные высокоактивные штаммы клубеньковых бактерий, штаммы несимбиотических ассоциативных азотфиксаторов, сине - зеленые во-

доросли, микориза, микробиологические препараты для защиты растений от вредных организмов, биостимуляторы, j

Чаще всего в различных целях применяют следующие популяции микроорганизмов : Arospirillum spp., Frankia spp., Rhizobium spp. (как ассоциативные и симбиотические азотфиксаторы); Baccillus polymixa, Вас. meqaterium, Pseudomonas flourescens (как организмы, способствующие питанию растений фосфором и другими элементами); Aqrobacterium radiobacter, Pseudomonas spp., Bacillus spp.(как биоконтроль) и многие другие (94, 32, 218, 209, 67).

Так, инокуляция ячменя Pseudomonas spp. увеличивала урожай зерна на 2 -3 ц/га (31), урожай сорго возрастал на 15 -35 %, а вынос азота увеличивался на 20 - 50 % (185). Инокуляция картофеля перед посадкой суспензией бактерий Pseudomonas flourescens - putida повышала урожай клубней на 30% (221, 222), а Pseudomonas putida способствовал росту урожая пшеницы и ячменя на 7 - 15 % , увеличивая также число побегов (190). Одиннадцать штаммов Pseudomonas были способны колонизировать корни Brassica campestris Vav. Jobin в условиях полевых опытов, причем они обладали конкурентным преимуществом по сравнению с другими микроорганизмами ризосферы и увеличивали урожай (212).

В настоящее время российская микробиологическая промышленность выпускает 16 бактериальных препаратов и 17 видов полезных насекомых (143). Из них наиболее распространены биоудобрения -нитрагин, азотобактерин; инсектициды - энтобактерин, инсектин, лепидоцид, битоксидацилин; фунгициды - ризоплан, бактофит; регуляторы роста растений - активатор почвенной микрофлоры

(АПМ), активатор прорастания семян (АПС), Агат - 25, Агат - 25 К, ризоплан и другие (143, 163).

I Планируя исследования с этими группами препаратов, необходимо выявить: реальную стимуляцию физиологических и биохимических процессов роста; совместимость биопрепаратов с минеральными удобрениями и химическими средствами защиты растений; эффективность против вредных организмов; место биопрепаратов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур; экономическую, энергетическую и экологическую эффективность биопрепаратов; баланс биологического и технического азота в агроэкосистеме; размеры мобилизации других элементов питания растений; продуктивность севооборотов и качество продукции при комплексном использовании биологического и технического азота. То есть должны быть выявлены основные условия, при соблюдении которых биологические препараты будут проявлять свою максимальную эффективность.

1.2. Значение микроорганизмов и биопрепаратов на их основе

В условиях интенсивного земледелия, при полном обеспечении растений элементами питания и водой, проблемой номер один становится микробиологический фактор.

Исследователями давно отмечалось, что между растениями и микроорганизмами ризосферы существует сложная и разносторонняя взаимосвязь. Разнообразные процессы, протекающие в ризосфере при непосредственном участии свободноживущих микроорганизмов, определяют ход развития растений (150, 211, 59, 45).

В опытах Доросинского JIM. (37) урожай одного растения овса, росшего в стерильных условиях, составил всего 0,15 г, а при добавлении комплекса почвенных микроорганизмов - 1,25 г. По данным Ремпе E.H. (146) вес зерна проса из одного сосуда в варианте со стерильной почвой был 1,56 г, а в варианте с бактеризацией -2,38 г.

Среди наиболее вероятных механизмов микробного воздействия на растения чаще всего упоминают следующие:

- Контроль за поступлением в корень минеральных элементов. Постоянно разрушая органические вещества почвы, микроорганизмы, по некоторым подсчетам, приводят к ежегодному высвобождению в среднем 25 - 50 кг/га азота и до 35 кг/га фосфора (54, 45, 58).

- Потребление и разрушение корневых выделений вегетирующих растений, что положительно влияет на процесс корневого питания. Со стороны растений в почву постоянно поступают отмершие части и специфические корневые выделения. По разным оценкам эти выделения могут составлять от 8 до 50% и выше от общей фотосинтезирую-щей продукции растений (177, 147, 138, 211).

- Аккумуляция в микробных клетках питательных веществ, что с одной стороны предохраняет эти вещества от вымывания из почвы, а с другой - приводит к временному переводу их в недоступные для питания растений соединения. По данным Муромцева Г.С. (161), внесенный в почву минеральный азот быстро захватывается микробной биомассой и уже от неё зависит его дальнейшее поступление в растение (45, 161).

- Активное участие в азотных процессах почвы.

В литературе встречается много данных о симбиотической и ассоциативной фиксации азота микроорганизмами (45, 59, 177).

Считается, что фиксировать азот могут от 50 до 80% почвенных микроорганизмов (177). По данным Умарова М.М. и Курановой Н.Г. (178) в почвенных условиях в ризосфере ячменя в фазу колошения фиксация азота была активной даже на фоне внесения азотного удобрения. Бактеризация семян небобовых растений различными видами Arospirillum, Ervinia, Vibrio и другими в ряде случаев увеличивали содержание азота в растении на 50 - 120% (28). Однако по другим источникам, доля «ассоциативного» азота в растениях не велика (223,205,213).

При попадании в почву или высвобождении в ходе минерализации амоний обычно (при значении рН от 7 до 8, в аэробных условиях) быстро нитрифицируется до нитратов (18), что повышает энергетические затраты растений. В условиях дефицита кислорода, повышенных значений рН среды и при наличии легкодоступной органики появляющиеся в ризосфере нитраты (особенно при внесении азотных удобрений) в результате активной денитрификации преобразуются в конечном счете в свободный азот (18).

- Синтез различных стимулирующих веществ и накопление их в зоне ризосферы, что имеет большое значение для активизации биохимических процессов в растении. Физиологически активными веществами являются такие вещества, которые требуются организму в ничтожно малых количествах, исчисляющихся тысячными долями миллиграмма, и в то же время они, как катализаторы, чрезвычайно активны по своему действию. Обнаружено, что большинство ризо-сферных микроогранизмов способны активно продуцировать фито-гормоны - ауксины, гиберелины, цитонины, этилен и другие. Под их влиянием у растений повышается скорость прорастания, удлиняется

стебель, увеличиваются размеры листьев, а так же быстрее наступает цветение и плодоношение (45, 223, 64, 146, 204). Красильникова H.A. (96, 95) изучала способность синтезировать ауксины и витамины у 192 культур бактерий, выделенных из различных почв нашей страны. Оказалось, что 40 % были способны образовывать гетероауксин и около 50 % синтезировать витамин В1. Так из 18 культур Bacillis sudtilic 10 образовывали тиамин и 10 - гетероауксин, из 8 культур Pseudomonas flourescens все 8 синтезировали тиамин и гетероауксин, из 12 культур Myc.abbum 7 - тиамин, 6 - гетероауксин.

- Выделение различных антибиотических веществ, которые защищают растения от паразитных форм. Свободноживущие микроорганизмы действуют не только на растения, но и на другие микробные популяции ризосферы. В ходе конкуренции за место и ресурсы (210), микробы выделяют антибиотики: агроцин (210), феназин - карбоксильной кислоты (125), пиолютиорина (215, 7), пирролнитрин (216, 72) и т.д.

- Многие микроорганизмы имеют отрицательное значение: паразитируя на растениях и вызывая токсичность почв вредными продуктами обмена (85,112).

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что микроорганизмы - одна из основных частей земледелия, а препараты, созданные на их основе, имеют большие перспективы (154, 80, 104, 76).

Первые случаи применения микроорганизмов в сельском хозяйстве, как это не парадоксально, имели место задолго до открытия микробов как таковых. В частности, во многих странах это происходило в виде рассева земли из-под бобовых растений на тех почвах, где

наблюдались низкие урожаи культур (159). Начальным моментом в с�