Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние ячменной соломы, свекловичного жома, целлюлозолитического микромицета в зернопаропропашном севообороте на плодородие чернозема выщелоченного

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Влияние ячменной соломы, свекловичного жома, целлюлозолитического микромицета в зернопаропропашном севообороте на плодородие чернозема выщелоченного"

На правах рукописи

-¿С/

Холопкин Игорь Николаевич

ВЛИЯНИЕ ЯЧМЕННОЙ СОЛОМЫ, СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА,

ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

5 ДЕК 2013

005542777

Работа выполнена в лаборатории эколого-микробиологических исследований

почвы Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени A.JI. Мазлумова» Россельхозакадемии в 2009 - 2012 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Безлер Надежда Викторовна

Официальные оппоненты: Федотов Василий Антонович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» заведующий кафедрой растениеводства, кормопроизводства и агротехнологий

Мирошниченко Олег Николаевич

кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова» доцент кафедры почвоведения, агрохимии и земледелия

Ведущая организация: ГНУ «Воронежский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени В.В. Докучаева»

Защита состоится « 26» декабря 2013 г. в 13-30 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени А.Л. Мазлумова» РАСХН по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./ факс (47340) 5-33-26; E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС

Автореферат разослан и размещен на сайте gnuvniiss.narod.ru « Д. 3»» ноября 2013 г.. на сайте ВАК Минобрнауки РФ vak2.ed.eov.ru « ^ » ноября 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь ^^ Стогниенко

диссертационного совета, Ольга Ивановна

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В земледелии Центрально-Черноземного региона широко использовали навоз для обогащения почвы органическим веществом и элементами минерального питания, оптимизации структурообразования пахотного горизонта и восстановления потенциального плодородия. В настоящее время в результате сокращения поголовья крупного рогатого скота в ЦЧР ощущается недостаток прихода органического вещества в почву. Для сокращения дефицита содержания углерода и элементов минерального питания в почве в качестве альтернативного вида органических удобрений помимо побочной продукции зерновых культур можно использовать свекловичный жом. В 1 т свежего свекловичного жома содержится: 2,2 кг азота, 0,5 кг фосфора, 1,2 кг калия и 47,3 кг углерода. Для компенсации дозы 40 т/га навоза по углероду в почву необходимо внести 40 - 60 т/га свекловичного жома.

Общий объём производства сырого свекловичного жома в Центральном федеральном округе составляет 17 млн. 741 тыс. тонн. По данным МСХ РФ, из общего количества произведенного жома 7 млн. 753 тыс. тонн скармливается скоту в свежем либо консервированном виде, 5 млн. 861 тыс. используется для производства сушеного жома, оставшиеся 4 млн. 127 тыс. не востребованы (Мягкова, 2012). Из неиспользованного жома экономически выгодно получать сушеный жом, его стоимость по ценам 2012 г. составила бы 867 млн. руб.(vvww.mcx.ru). Однако у сахарных заводов не хватает производственных мощностей для данной операции.

Излишки жома направляют в жомохранилища, что приводит к потере питательных веществ и ухудшению экологической обстановки (Спичак, 2010). В связи с этим необходим поиск путей решения данной проблемы.

В последнее время всё чаще появляются сведения об использовании отходов свеклосахарного производства для повышения плодородия почв (Пуза-нова, 2009; Сыпко, 2010; Перегудов, Шилова, 2011; Воропаев, Сискевич, Воропаев, Граб, Кожемяко, 2012). Есть у жома и отрицательная сторона. При внесении в почву он быстро подкисляется до рН 3,3 - 3,8, что приводит к понижению рН почвенного раствора (Житин, Стекольникова, 2008; Нааквта, 1991). Это отрицательное качество не столь опасно для черноземов, почвенный поглощающий комплекс которых на 90 % и более насыщен Са и

На полях после уборки зерновых культур остается до 3 - 4 т/га соломы, которая является дополнительным источником азота, фосфора, калия и углерода. Использование соломы с аборигенным штаммом целлюлозолитического микромицета, питательной добавкой и азотом приводит к некоторому повышению значения рН (Безлер, Колесникова, 2008). Поэтому целесообразно применять свекловичный жом в качестве органического удобрения в сочетании с соломой зерновых культур. В ЦЧР в условиях недостаточного увлажнения скорость разложения соломы и жома затягивается на несколько лет. В связи с этим ускорение процесса их трансформации с помощью целлюлозолитического микроорганизма актуально.

Цель исследований: выявить влияние внесения свекловичного жома с ячменной соломой и целлюлозолитическим микромицетом на микробное сообщество, физико-химические и химические свойства чернозема выщелоченного, формирование эффективного плодородия и урожайность озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

■ установить действие запашки свекловичного жома с ячменной соломой и другими компонентами в качестве органического удобрения на динамику численности основных физиологических, таксономических и эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов;

■ определить динамику физико-химических и химических свойств почвы при разложении свекловичного жома;

■ установить влияние запашки свекловичного жома и соломы ячменя с целлюлозолитическим микроорганизмом на содержание гумуса в почве;

■ выявить последействие этого приема на урожайность озимой пшеницы и сахарной свеклы и экономическую эффективность в зернопаропропашном севообороте.

Научная новизна

Получены новые данные, расширяющие представление о влиянии свекловичного жома и ячменной соломы на физико-химические и биологические свойства чернозема выщелоченного.

Определено, что использование свекловичного жома и жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом в качестве органического удобрения не приводит к подкислению почвенного раствора, что подтверждается результатами определения обменной и гидролитической кислотности почвы.

Впервые установлено, что совместная запашка в почву свекловичного жома и соломы ячменя с целлюлозолитическим микромицетом положительно влияет на структуру микробного сообщества почвы. Численность зимогенной микрофлоры повышалась в мае, июле и сентябре соответственно на 4,85; 4,75 и 0,95 млн. КОЕ. Автохтонная микрофлора в мае снижала свою численность по сравнению с контролем и внесением соломы соответственно на 11 и 16 % с начала и до конца вегетационного периода.

На начальных этапах разложения свекловичного жома с дополнительными компонентами увеличилась численность фосфобактерий в среднем на 1,90 и 2,00 млн. КОЕ и диазотрофов - на 0,40 - 0,50 млн. КОЕ в 1 г а.с.п.

Выявлено положительное влияние совместной запашки свекловичного жома, соломы ячменя и целлюлозолитического микромицета на динамику накопления в почве доступных для растений форм элементов минерального питания, что способствовало повышению урожайности озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Установлена оптимальная доза внесения свекловичного жома в чернозем выщелоченный - 60 т/га, которая не оказывает вредного воздействия на физико-химические свойства почвы.

Экспериментально доказано, что запашка в почву свекловичного жома и жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом способствует повышению урожайности сахарной свёклы на 10 и 16 %, сбора сахара - на 0,6 - 1,0 т/га, что позволило получить прибыль в размере соответствен-но1267 и 5283 руб./га.

Практическая значимость работы

Результаты исследований могут быть использованы для пополнения почвы элементами минерального питания, специфическим органическим веществом почвы (гумусом), активизации агрономически ценной микрофлоры и, в результате, повышения урожайности культур зернопаропропашного севооборота.

Использование свекловичного жома с дополнительными компонентами в качестве органического удобрения позволит улучшить экологическую ситуацию в зоне действия сахарных заводов.

В результате производственной проверки в ОАО «Елецкий» Елецкого района Липецкой области выявлено, что применение в качестве органического удобрения свекловичного жома в дозе 60 т/га совместно с ячменной соломой увеличивает урожайность озимой пшеницы на 11 %.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование свекловичного жома совместно с ячменной соломой и целлюлозолитическим микромицетом способствует активизации агрономически полезной микрофлоры почвы, обеспечивает повышение эффективного плодородия и улучшает минеральное питание растений.

2. Запашка свекловичного жома и дополнительных компонентов не оказывает существенного влияния на физико-химические свойства почвы.

3. Применение в качестве органического удобрения жома в сочетании с соломой ячменя и целлюлозолитическим микроорганизмом обладает положительным действием, что способствует повышению урожайности сахарной свёклы на 16 %, при этом уровень рентабельности составил 101%.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В. В. Докучаева» «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, Курск, 2010); Всероссийской научной конференции «XVI Докучаевские молодежные чтения», посвященной 165-летию со дня рождения В. В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (СпбГУ, Санкт-Петербург, 2011); Международной заочной научно-практической конференции «Ресурсный потенциал растениеводства - основа обеспечения продовольственной безопасности» (ПетрГУ, Петрозаводск, 2012); научной и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» «Глинковские чтения» (ВГАУ, Воронеж 2013) и заседаниях ученого совета ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова (2010-2013 гг.).

Представленная работа являлась частью тем НИР ГНУ ВНИИСС Рос-сельхозакадемии: 04.08.02.07 «Агроэкологическое обоснование использования свекловичного жома в качестве органического удобрения».

По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 146 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы включает 162 наименования, в том числе 17 иностранных авторов. Работа содержит 14 таблиц, 10 рисунков, 19 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена в лаборатории эколого-микробиологических исследований почвы в 2009 - 2012 гг. в ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени A.JI. Мазлумова». Осенью 2009 и 2010 гг. на новом опытном поле ВНИИСС в пару бьш заложен полевой мелкоделяночный опыт по изучению влияния разложения свекловичного жома и соломы ячменя под действием целлюлозолитического микромицета на химические и физико-химические показатели почвы. В 2010 г. наблюдения проводили в паровом поле, в 2011 г. - в этом же поле в посевах озимой пшеницы (последействие разложения жома и соломы) и на новом паровом поле, а в 2012 г. -в посевах сахарной свеклы и озимой пшеницы.

Опыт был заложен на фоне без удобрений. Свекловичный жом и солому на делянки вносили вручную в дозах согласно схеме опыта. Целлюлозолитиче-ский микроорганизм применяли в виде инокулюма. В качестве источника азота использовали азофоску из расчета 40 кг действующего вещества азота на гектар. Азотное удобрение вносили по делянкам вручную, затем проводили отвальную вспашку с оборотом пласта для полной заделки всех используемых компонентов.

Для посева озимой пшеницы использовали сорт Безенчукская 380, а для сахарной свеклы - семена гибрида РМС 70. Технология возделывания культур общепринятая для ЦЧР.

Площадь полевого опыта составила 1188 м2, размер посевной делянки -27 м2, учетной - Юм2, расположение делянок систематическое. Повторность опыта четырехкратная. Почва опытного участка - чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый среднегумусный со средним содержанием элементов питания.

По погодным условиям годы проведения исследований были засушливыми. Это выражалось в снижении количества осадков, их эпизодическом выпадении в виде ливней и высокой суммой эффективных температур. Гидротермический коэффициент на протяжении трех лет исследований был ниже средних многолетних показателей. Так, в 2010 г. он составил 0,80. Погодные условия

2011 года были менее засушливыми (ГТК = 0,94). Температурно-влажностные условия вегетационного периода 2012 года отличались неравномерностью: в мае крайне засушливые, в июне - оптимально влажные, в июле - слабозасушливые и в августе - избыточно влажные. Засушливые условия в начале вегетационного периода отрицательно повлияли на возделываемые культуры.

Почвенные образцы отбирали агрохимическим буром до глубины 25 см. В отобранных образцах определяли химические и физико-химические показатели почвы, а также структуру микробного сообщества почвы (МСО).

Учитывали численность почвенных микроорганизмов методом высева почвенной суспензии разной степени разведения на элективные питательные среды (Звягинцев, 1980, 2005; Теппер, Шильникова, Переверзева, 2004).

В высушенных образцах определяли: обменную кислотность - потенцио-метрическим методом, гидролитическую кислотность - по методике Каппена, сумму поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу, степень насыщенности почв основаниями - расчетным методом, общее содержание гумуса - по Тюрину, содержание щелочногидролизуемого азота - по методу Корнфилда, ГОСТ 26107-84, подвижного фосфора и обменного калия - по Чирикову ГОСТ 26204-91, (Аринушкина, 1970; Воробьева, 1998; Дурынина, Егоров, 1998; Радов, 1985).

Озимую пшеницу и сахарную свеклу на делянках убирали вручную. Сахаристость корнеплодов определяли на автоматической линии VENEMA методом холодной водной дигестии (Хелемский, 1973).

Полученные данные подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985).

При расчете экономической эффективности применялись расценки и нормативы 2013 г. Расчеты проводили, используя методические указания ВНИИА (Сычев, Ладонин и др., 2005).

ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕНИЯ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА, СОЛОМЫ ЯЧМЕНЯ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ

Микроорганизмы почвы участвуют в круговороте веществ, влияют на минерализацию органических остатков, накопление элементов питания в доступной для растений форме, в синтезе гумуса и процессах почвообразования. Будучи широко распространёнными в природе и обладая довольно активным ферментным аппаратом, микроорганизмы осуществляют процессы расщепления азота, углерода, водорода, кислорода, серы и фосфора (Звягинцев, 1987). Микроорганизмы являются основным фактором почвообразовательного процесса, питания растений и фитосанитарного состояния почвы (Круглов, 2001).

Наблюдения за изменениями, происходящими в микробном сообществе чернозёма выщелоченного, показали, что в паровом поле, в контроле, в течение всего вегетационного периода численность зимогенной микрофлоры, принимающей участие в синтезе гумуса, снижалась с 21,01 в мае до 16,20 млн. КОЕ в 1 г абсолютно сухой почвы (а.с.п.) в сентябре. В посевах озимой пшеницы ее

количество оставалось на одном уровне: 20,88 - 19,83 млн. КОЕ. В посевах сахарной свеклы численность этой группы микроорганизмов продолжала падать и к сентябрю составила 13,61 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. (рис. 1).

§

Внесение соломы способствовало повышению количества зимогенной микрофлоры в первый год разложения в пару. На следующий год в посевах озимой пшеницы численность микроорганизмов этой группы практически не изменялась и оставалась на уровне контроля. В посевах сахарной свеклы численность микрофлоры, участвующей в синтезе гумусовых веществ, увеличивалась по сравнению с контролем на протяжении всего вегетационного периода на 21 % (в контроле - 13,67).

Добавление к соломе свекловичного жома в дозе 60 т/га и целлюлозоли-тического микромицета стимулировало развитие зимогенной микрофлоры на протяжении всего периода наблюдений. В паровом поле в мае их численность превышала контроль на 8,47, в июле - 6,85, а в сентябре - 5,70 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. В посевах озимой пшеницы численность зимогенной микрофлоры была выше контроля на 10 % и выше внесения одной соломы на 12 %. В посевах сахарной свеклы отмечено сокращение этой группы микроорганизмов на протяжении всего периода вегетации по сравнению с предыдущими годами, но она оставалась выше, чем в других вариантах.

В первый год исследований после запашки одного жома численность зимогенной микрофлоры превышала контроль в мае и июле на 20 и 18 % (в контроле - 21,01 и 19,45 млн. КОЕ). В последующем её численность была ниже или на уровне контроля.

Внесение жома в дозе 60 т/га совместно с соломой ячменя и целлюлозо-литическим микромицетом привело к увеличению зимогенной микрофлоры в почве, что свидетельствовало о положительном воздействии микромицета на

Пар Озимая пшеница ! Сахарная свекла

Контроль ЕЗ Солома

Солома + жом 60 т/га + микромицет ЕЭ Жом 60 т/га Жом 60 т/га + микромицет + N

Рис. 1. Динамика численности зимогенной микрофлоры в 1 г а.с.п. (2010-2012 гг.)НСР05= 1,53

процесс разложения растительных остатков и накопление в почве гумусовых веществ.

Противоположный процесс - деструкция гумусовых веществ идет при участии автохтонной микрофлоры (Шлегель, 1987).

Ее численность возрастала в пару с 7,78 в мае до 9,15 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. в июле, снижаясь к сентябрю до 5,00 млн. КОЕ. Более активно автохтонная группа микроорганизмов развивалась в посевах озимой пшеницы. Ее численность увеличилась с 4,81 в мае до 6,84 млн. КОЕ в июле. В посевах сахарной свеклы в течение всего вегетационного периода отмечено снижение численности этой группы с 6,66 до 3,03 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. (рис. 2).

Солома КаЭ Солома + жом 60 т/га + микромицет

Ш'л-л Жом 60 т/га ШШ Жом 60 т/га + микромицет + N

—Ф— Контроль

Рис. 2. Динамика численности автохтонной микрофлоры в 1 г а.с.п.

(2010-2012 гг.) НСРо5= 1,06

При совместном внесении свекловичного жома 60 т/га с соломой ячменя и целлюлозолитическим микроорганизмом прослеживалась тенденция к снижению активности автохтонной микрофлоры. Так, в пару в мае ее численность была ниже по сравнению с контролем и внесением соломы соответственно на 11 и 16 %. Такая динамика сохранялась до конца вегетационного периода. Аналогичная картина сложилась и во второй год исследований. На третий год в посевах сахарной свеклы численность этой группы микроорганизмов стабилизировалась с середины вегетационного периода на уровне контроля, независимо от внесения органических остатков.

Таким образом, при внесении соломы ячменя в почве активизируется автохтонная группа микроорганизмов. Запашка жома в сочетании с соломой и микромицетом сдерживает ее развитие.

Соотношение зимогенной и автохтонной микрофлоры характеризует направленность процесса гумификации в сторону образования гумуса или его разрушения. Это выражается условным коэффициентом гумификации.

Результаты исследований показали, что на протяжении всего периода наблюдений наиболее активно процесс гумификации проходил при совместной запашке соломы ячменя со свекловичным жомом в дозе 60 т/га и целлюлозоли-тическим микроорганизмом, что подтверждается повышением условного коэффициента гумификации (Кг). В первый год исследований, в пару, пик синтеза гумуса отмечен в конце вегетационного периода, где Кг вырос до 5,4 и превысил контроль в 1,7 раза (рис. 3).

—#— Контроль —Э— Солома

—¿к— Солома + жом 60 т/га + микромицет ~4<г~ Жом 60 т/га Ж Жом 60 т/га + микромицет + N

Рис. 3. Динамика гумификационных процессов в почве (2010-2012 гг.)

НСР05=1,35

В посевах озимой пшеницы совместное использование жома, соломы и микромицета также способствовало увеличению коэффициента гумификации в начале вегетационного периода до 5,0 (контроль - 4,3). К сентябрю он снижался до 4,1, но превышал контроль в 1,4 раза.

На третий год в посевах сахарной свеклы применение целлюлозолитиче-ского микромицета способствовало увеличению синтеза гумуса как в начале, так и в конце вегетационного периода. В мае при внесении микромицета с соломой и жомом коэффициент гумификации равнялся 4,3, в июле - 5,4, а в сентябре - 4,2, что превышает контрольный показатель соответственно на 51, 45 и 21 %.

Одним из основных процессов при разложении органического вещества является гидролиз целлюлозы. При этом в почве образуются гумусовые вещества и формируется почвенная структура (Билай, 1986). Главными разрушителями целлюлозы в почве являются целлюлозолитические микромицеты.

В паровом поле, в контроле, в начале вегетационного периода количество целлюлозолитиков составило 2,23 млн. КОЕ, к сентябрю произошло сокращение их численности до 1,01 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. В посевах озимой пшеницы с мая по июль наблюдалось увеличение количества рассматриваемых микроорганизмов с 1,14 до 1,47 млн. КОЕ. На третий год разложения в посевах сахарной

свеклы на протяжении всего вегетационного периода численность целлюлозо-литиков возрастала с 1,51 до 2,23 млн. КОЕ в 1 г а.с.п.

Внесение соломы привело к уменьшению количества целлюлозолитиче-ских микроорганизмов в первый год наблюдений с 2,41 в мае до 1,12 млн. КОЕ в сентябре. Однако их количество все равно оставалось выше контрольных значений соответственно на 8 и 9 %. В дальнейшем в посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы происходило повышение численности целлюлозолитических микроорганизмов с 1,28 до 2,61 млн. КОЕ в 1 г а.с.п.

Добавление к соломе свекловичного жома и целлюлозолитического мик-ромицета привело к увеличению их численности в паровом поле. Так, в мае превышение контроля было на 28, в июле - на 42, а в сентябре - на 43 %. Такая же динамика сохранилась и в посевах озимой пшеницы. В посевах сахарной свеклы высокая численность описываемой группы микроорганизмов сохранялась, она изменялась в пределах от 2,98 до 3,66 млн. КОЕ, превышая контроль в среднем на 34 %. С их динамикой численности согласуется интенсивное развитие диазотрофов в этот же период наблюдений, которые создают благоприятный для целлюлозолитических микроорганизмов фон азотного питания.

Применение свекловичного жома без дополнительных компонентов способствовало активизации целлюлозоразрушающих микроорганизмов в пару. Их численность изменялась по такой же динамике, как и на контрольном варианте (коэффициент корреляции 0,99). В посевах озимой пшеницы количество описываемых микроорганизмов было на уровне контрольных значений. На третий год наблюдений с мая по сентябрь отмечено увеличение числа целлюлозолитических микроорганизмов с 1,56 до 2,42 млн. КОЕ в 1 г а.с.п.

Совместное внесение жома с целлюлозолитическим микромицетом и азотным удобрением способствовало росту количества целлюлозолитиков в пару в мае до 2,73, в июле - до 2,11, а в сентябре - до 1,53 млн. КОЕ в 1 г а.с.п., что превышало контроль в среднем на 25 %. Во второй год наблюдений выявлено увеличение числа описываемых микроорганизмов в июле до 2,09 млн. КОЕ (в контроле 1,47). Под сахарной свеклой наибольшая численность целлюлозолитиков была в июле и составила 3,03 млн. КОЕ в 1 г а. с. п., превышая контроль на 19 %.

Вероятно, свекловичный жом в чистом виде и в сочетании с различными компонентами является хорошим субстратом для роста и развития целлюлозолитических микроорганизмов.

Азот, поступающий в растения, включается в состав белков, нуклеиновых кислот и других компонентов клеток в результате связывания микроорганизмами, носит название - биологический, а сами микроорганизмы, фиксирующие молекулярный азот атмосферы, - диазотрофами (Емцев, Мишустин, 2005). Для их появления и роста необходимы мономеры органических веществ, которые накапливаются в субстрате при разложении целлюлозы. Диазотрофы составляют консорциум с целшолозолитическими микроорганизмами.

Динамика численности диазотрофов в пару, в контроле, нарастала в течение всего вегетационного периода с 0,27 до 1,12 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. В мае в посевах озимой пшеницы также происходило увеличение числа диазотрофов до

1,16 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. В июле сложились экстремально засушливые условия, которые способствовали снижению количества микроорганизмов до 0,95 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. (рис. 4). Снижение продолжилось и в посевах сахарной свеклы, к июлю их численность составила 0,44 млн. КОЕ в 1 г а.с.п.

Солома + жом 60 т/га + микромицет С55К1 Жом 60 т/га ВЯН Жом 60 т/га + микромтет + N ♦ Контроль

И Солома

Рис. 4. Динамика численности диазотрофов в почве (2010-2012 гг.)

НСР05=0,36

При запашке соломы ячменя в пару с мая по июль в почве наблюдалось увеличение числа диазотрофов с 0,23 до 1,13 млн. КОЕ. В конце вегетационного периода их численность снизилась до 1,03 млн. КОЕ. Такие колебания были вызваны погодными условиями, сложившимися в 2010 году. В посевах озимой пшеницы наблюдалась сходная динамика, численность диазотрофов возрастала с 0,63 в мае до 1,27 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. в сентябре.

Внесение соломы совместно со свекловичным жомом в дозе 60 т/га и целлюлозолитическим микроорганизмом способствовало повышению числа диазотрофов в пару с 1,17 в мае до 1,65 млн. КОЕ в сентябре. В посевах озимой пшеницы численность этой группы микроорганизмов превышала контроль на 0,47 и внесение соломы - на 0,38 млн. КОЕ. На следующий год в посевах сахарной свеклой численность фиксаторов азота возрастала с 1,22 в мае до 1,75 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. в сентябре, что косвенно может свидетельствовать о пополнении азотного фонда почвы.

Внесение жома в дозе 60 т/га в пару стимулировало развитие диазотрофов с мая по сентябрь, их количество увеличилось с 0,76 до 1,27 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. Далее, начиная с мая 2011 г. по сентябрь 2012 года, численность этой группы микроорганизмов оставалась практически на одном уровне и колебалась в пределах от 1,13 до 1,23 млн. КОЕ. Это связано с тем, что при разложении свекловичного жома в почву поступает большое количество азота, поэтому в данный период происходит стабилизация активности диазотрофов.

Совместная запашка свекловичного жома в дозе 60 т/га с целлюлозолити-ческим микромицетом и азотом в пару способствовала с мая по июль повышению численности азотофиксаторов на 27 %, однако она была ниже, чем при внесении жома с соломой и микромицетом. В посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы наблюдалось постепенное снижение количества диазотрофов с 1,33 до 1,08 млн. КОЕ в 1 г а.с.п., что было близко к контрольному показателю.

Таким образом, совместное использование свекловичного жома с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом, в качестве органического удобрения, способствует увеличению числа диазотрофов на протяжении всего периода наблюдений.

Фосфорное питание растений улучшается под действием фосфобактерий, которые минерализуют органические фосфорные соединения и переводят их в доступную для растений форму (Войнова-Райкова и др., 1986).

Свекловичный жом, в отличие от соломы зерновых культур, оказывал благоприятное воздействие на развитие фосфобактерий в первые годы исследований. Применение целлюлозолитического микромицета, ускорявшего разложение жома, лишь усилило это воздействие и способствовало накоплению в почве доступного для питания растений фосфора.

ВЛИЯНИЕ ЗАПАШКИ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА, СОЛОМЫ ЯЧМЕНЯ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО

Обменная кислотность определяет рН почвенного раствора. Это один из основных параметров почвенного плодородия, влияющий на продуктивность растений. Поэтому введение новых удобрений или агротехнических приемов в агроценоз контролируется им (Антименкова, 2007).

Результаты исследований показали, что в почве парового поля, в контроле, обменная кислотность почвы (рН) отличалась стабильностью и составила: в мае 4,93, в июле - 4,95 и в сентябре - 4,90. При запашке соломы произошло некоторое повышение рН в мае до 4,97, в июле - 5,04 и в сентябре - 5,02. Добавление к соломе целлюлозолитического микромицета и свекловичного жома в дозе 60 т/га не привело к существенным изменениям этого показателя. При совместном использовании жома с микромицетом и соломой подкисления почвенного раствора не наблюдалось. Это связано с тем, что солома содержит щелочную золу К и Ыа, которая при ее разложении попадает в почву и нейтрализует органические кислоты жома, тем самым способствуя снижению отрицательного воздействия жома.

На основании результатов наблюдений за динамикой обменной кислотности выявлено, что внесение свекловичного жома 60 т/га в качестве органического удобрения в пару не приводит к значительным изменениям кислотности почвы в последующие два года.

Еще одним важным показателем, характеризующим кислотность почвы, является гидролитическая кислотность.

В ходе проведенных исследований было установлено, что в паровом поле, в контроле, гидролитическая кислотность в течение всего вегетационного периода повышалась. Так, в мае она составила 6,04, в июле - 6,05 и в сентябре -6,82 мг-экв/100 г почвы. Запашка соломы способствовала снижению этого вида кислотности в мае на 0,14, в июле - 0,49, и в сентябре - 0,80 мг-экв. Добавление к соломе целлюлозолитического микроорганизма и свекловичного жома привело к еще большему снижению Нг. В мае она снизилась до 5,16, июле - 5,17, сентябре - 5,47 мг-экв. Внесение одного жома вызвало повышение гидролитической кислотности почвы. В мае она составила 6,34, в дальнейшем снизилась до 6,21 мг-экв. При запашке жома с микромицетом происходит снижение ее с 6,98 в мае до 6,82 мг-экв/100 г почвы, в сентябре. В первый год наблюдений наименьшие значения Н, были отмечены при совместном внесении свекловичного жома в количестве 60 т/га с соломой и микромицетом, что согласуется с данными рН и подтверждает ускорение гидролиза целлюлозы и нейтрализацию ионов водорода высвободившимися щелочно-земельными элементами.

В посевах озимой пшеницы с мая по июль гидролитическая кислотность возросла в среднем на 0,20 - 0,55 единицы, что было вызвано корневыми выделениями возделываемой культуры. В контроле Нг увеличилась с 5,69 до 6,30 мг-экв. На протяжении всего вегетационного периода наименьшие значения были отмечены при внесении соломы, а также жома объемом 60 т/га. Они составили соответственно: в мае - 5,60, 5,43 и в июле - 5,86 и 6,13 мг-экв/100 г почвы. Уменьшение Нг при внесении жома, возможно, вызвано его более полным разложением и поступлением в почву Са, которые нейтрализуют кислотность почвы.

На третий год исследований в посевах сахарной свеклы гидролитическая кислотность оставалась на высоком уровне. При этом с мая по июль происходило увеличение ее значений, а с июля по сентябрь - снижение. Использование в качестве органического удобрения одного жома снизило гидролитическую кислотность лишь в мае, она составила 6,04 мг-экв. В дальнейшем здесь происходило увеличение данного показателя до 6,78 мг-экв/100 г почвы. Добавление к жому целлюлозолитического микроорганизма вызвало подкисление почвенного раствора.

В результате исследований установлено, что наименьшие значения гидролитической кислотности были отмечены при использовании соломы, а также соломы с микромицетом и свекловичным жомом в количестве 60 т/га. Это свидетельствует о необходимости совместного внесения свекловичного жома с соломой и целлюлозолитическим микромицетом, чтобы избежать подкисления почвенного раствора.

Урожай сельскохозяйственных культур во многом зависит от азотного питания растений. Наиболее полно отражает обеспеченность растений азотом содержание щелочногидролизуемого азота в почве, так как он легко мобилизуется, подвергаясь гидролизу (Щербаков, 1983).

В первый год исследований внесение жома в сочетании с соломой ячменя и целлюлозолитическим микроорганизмом способствовало увеличению содержания щелочногидролизуемого азота в почве в мае до 81,9, в июле - 79,3 в сен-

тябре - 75,6 мг/кг, что было выше контроля соответственно на 8,2; 15,4 и 10,1 мг/кг. При внесении чистого жома в дозе 60 т/га повышение содержания этой формы азота в почве происходит лишь в июле на 5,4 и в сентябре - на 10,1 мг/кг (рис. 5). Совместное применение жома с микромицетом и азотом также привело к накоплению азота в почве. Его количество изменялось от 75,6 до 77,7 мг/кг. Вызвано это вносимыми азотными удобрениями.

85 80 75

£ 70 •с

5 65

60 55 50

Контроль —©— Солома

Солома + жом 60 т/га + микромицет —Ф— Жом 60 т/га Жом 60 т/га + микромицгт + N

Рис. 5. Динамика содержания щелочногидролизуемого азота в почве (2010-2012 гг.) НСР05 = 4,13

В посевах озимой пшеницы наблюдалось снижение содержания щелочногидролизуемого азота в почве за счет потребления его культурой. Однако совместное внесение соломы с жомом и микромицетом способствовало накоплению его в почве в мае до 65,8, а в июле - 61,2 мг/кг, на контроле - соответственно 56,1 и 54,1 мг/кг, что объясняется повышением численности диазотро-фов.

В посевах сахарной свеклы рост содержания щелочногидролизуемого азота был отмечен при совместном внесении жома с соломой и микромицетом в среднем на 6,0 - 6,3 мг/кг, что согласуется с высокой численностью диазотро-фов в этот период. При внесении одного жома и в сочетании с микромицетом и азотом количество щелочногидролизуемого азота колебалось в пределах от 54,3 до 61,8 мг/кг, превышая контроль на 2,0 - 3,0 мг/кг.

Таким образом, совместное применение соломы с целлюлозолитическим микромицетом способствует накоплению азота в почве на протяжении трех лет исследований, что в конечном итоге положительно отразилось на урожайности возделываемых культур.

Еще одним важным элементом питания является фосфор. Он ускоряет созревание растений, улучшает водный режим, способствует лучшему развитию корневой системы (Петухов, 1985).

май

июль

май

июль

май

июль се]

Озимая пшеница

I Контроль —и— Солома

- Солома + жом 60 т/га + микромицет —Жом 60 т/га ■ Жом 60 т/га + микромицет + N

Рис. 6. Динамика содержания подвижного фосфора в почве (2010-2012 гг.) НСР(,5= 3,93

В пару высокое содержание подвижного фосфора в почве наблюдалось в мае при запашке жома с целлюлозолитическим микроорганизмом и азотом, оно составило 113 (в контроле 100 мг/кг) (рис. 6). Внесение одного свекловичного жома в почву и в сочетании с соломой и микромицетом в первый год разложения не привело к изменению содержания подвижных форм фосфора в почве.

На второй год наблюдений в контроле содержание фосфора в мае составило 105, а в июле - 107 мг/кг. Запашка соломы способствовала увеличению содержания рассматриваемого элемента в почве с 98 в мае до 108 мг/кг в июле. При использовании свекловичного жома отмечено высокое содержание фосфора в начале вегетационного периода. Оно составило: при внесении жома с соломой и микромицетом - 120 мг/кг, а при запашке одного жома - 117 мг/кг. В дальнейшем происходит снижение его количества до 103 и 112 мг/кг, что связано с расходованием этого элемента на формирование урожая озимой пшеницы.

На третий год исследований в посевах сахарной свеклы в контроле наблюдалось снижение содержания подвижных форм фосфора по сравнению с предшествующей озимой пшеницей с 97 в мае до 82 мг/кг в октябре, что связано с выносом его культурой. При запашке соломы, так же как и в контроле, отмечена тенденция сокращения их количества в почве от 118 мг/кг в мае до 73 мг/кг в октябре. Применение одного жома и в сочетании с разными компонентами способствовало увеличению запасов этого элемента. Содержание фосфора изменялось в пределах от 93 до 106 мг/кг. Вероятно, это вызвано действием фосфобактерий, которые переводят трехзамещенные фосфаты кальция в более растворимые одно — и двухзамещенные формы.

К числу важнейших элементов, необходимых для роста и развития растений, относится и калий.

В паровом поле, в контроле, с мая по сентябрь наблюдалось увеличение обменного калия с 96 до 110 мг/кг (рис. 7). Запашка соломы стимулировала накопление данного элемента, к сентябрю его количество составило 121 мг/кг, превышая контроль на 10 %. Добавление к соломе жома и целлюлозолитиче-ского микромицета также способствовало повышению поступления калия в почву в июле на 10, а в сентябре - 18 мг/кг почвы. Но это было ниже, чем при использовании одной соломы. Связано это с тем, что образующийся при разложении соломы калий расходуется на нейтрализацию кислотности свекловичного жома. Внесение одного жома или в сочетании с азотом и микромицетом существенно не повлияло на рассматриваемый показатель, он изменялся от 94 до 106 мг/кг.

140 130 120 2 110 2 100 90 80 70

Эай® Контроль —3— Солома

—А— Солома + жом 60 т/га + микромицет Жом 60 т/га Ж Жом 60 т/га + микромицет + N

Рис. 7. Динамика содержания обменного калия в почве (2010-2012 гг.)

НСРо5= 4,37

В посевах озимой пшеницы в мае происходило снижение обменного калия по сравнению с сентябрем 2010 г, из-за его потребления возделываемой культурой. Поскольку у зерновых, в этот период времени, наступает максимум потребления элемента. В дальнейшем, в результате созревания пшеницы, запасы калия в почве возрастают. Так, в контроле увеличение происходит с 98 до 123 мг/кг, а при запашке соломы - 91 - 126 мг/кг. Совместное внесение соломы, жома и целлюлозолитического микроорганизма вызвало наибольшее накопление калия. Его количество к июлю достигло 138 мг/кг, что превышало контроль на 12 %.

На третий год исследований отмечалось снижение запасов калия, вызванное его потреблением сахарной свеклой. В контроле с мая по июль происходило уменьшение его количества с 98 до 83 мг/кг. Запашка соломы положительно отразилась на динамике калия, его содержание превышало контроль в мае на 18, в июле - 8 и в сентябре — на 2 мг/кг. Добавление к соломе жома 60 т/га и микромицета способствовало накоплению данного элемента, но лишь в мае до

июль

май

июль

май

май

июль

Озимая пшенииа

97 и в сентябре - 106 мг/кг. Связано это с разложением пожнивных остатков предыдущей культуры. Использование одного жома и совместно с микромице-том и азотом практически не оказало никакого влияния на содержание калия в почве. Его количество оставалось на одном уровне с контролем.

Поскольку в свекловичном жоме содержание калия составляет всего 1,2 %, то он существенно не влияет на поступление этого элемента в почву.

Таким образом, использование свекловичного жома в дозе 60 т/га совместно с соломой ячменя и целлюлозолитическим микромицетом приводит к повышению численности агрономически ценной микрофлоры. В результате в почве накапливаются элементы минерального питания, что свидетельствует о повышении эффективного плодородия почвы.

ВЛИЯНИЕ ЗАПАШКИ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА С СОЛОМОЙ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКИМ МИКРОМИЦЕТОМ НА УРОЖАЙНОСТЬ КУЛЬТУР ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА

Внесение в почву свекловичного жома, в сочетании с различными компонентами, в конечном итоге повлияло на уровень эффективного плодородия почвы. Основным показателем, характеризующим уровень эффективного плодородия, является урожайность возделываемых культур.

На урожайность озимой пшеницы большое влияние оказали погодные условия 2011 и 2012 гг. Весенняя засуха 2012 г. привела к изреженности посевов, замедлению роста и развития растений, уменьшению числа продуктивных стеблей. Это в совокупности, способствовало снижению урожайности озимой пшеницы. Так, на контроле она составила всего лишь 18,0 ц/га. Внесение соломы вызвало увеличение урожайности на 1,4 ц/га (табл. 1). Возможно, это связано с увеличением численности диазотрофов в начале вегетационного периода 2011 г. на 0,2 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. по сравнению с контролем.

Добавление к соломе жома в дозе 40 т/га и целлюлозолитического мик-ромицета способствовало незначительному повышению урожайности - до 19,5 ц/га. При увеличении объемов внесения в почву жома до 60 т/га отмечался рост урожайности озимой пшеницы на 2,6 ц/га. Это вызвано хорошим фосфорным питанием на начальных этапах развития озимой пшеницы.

Внесение одного жома, в разных дозах, не привело к изменению урожайности, она находилась практически на одном уровне с контролем.

Во время совместного внесения жома с микромицетом и азотом наблюдалось снижение рассматриваемого показателя в среднем на 1,0 - 1,3 ц/га относительно контроля.

Урожайность сахарной свеклы на контроле составила 34,9 т/га, сахаристость - 17,1 %, сбор сахара - 6,0 т/га (табл. 1). Запашка соломы оказала положительное влияние на продуктивность культуры, урожайность увеличилась до 37,1 т/га, сахаристость была на уровне контроля, а сбор сахара достиг 6,3 т/га. Такое увеличение вызвано высоким содержанием в почве обменного калия в первой половине вегетационного периода.

При совместном внесении соломы со свекловичным жомом и целлюлозо-литическим микроорганизмом тенденция повышения урожая сахарной свеклы сохранялась. Наибольшая прибавка была отмечена при внесении жома в дозе 60 т/га. Здесь урожайность увеличилась на 5,6 т/га и составила 40,5 т/га, сахаристость поднялась до 17,4 %, а сбор сахара составил 7,0 т/га. Возможно, это произошло из-за хорошего фосфорного питания и высокой численности диазотро-фов и олигоазофилов, которые способствовали лучшему накоплению азота в почве.

Использование в качестве органического удобрения одного жома способствовало повышению продуктивности сахарной свеклы лишь при его внесении в дозе 60 т/га. При этом урожайность увеличилась по сравнению с контролем на 10 % - до 38,4 т/га, а сбор сахара - на 0,6 т/га, что также связано с высоким содержанием подвижного фосфора.

Таблица 1 - Продуктивность озимой пшеницы и сахарной свеклы _(2011-2012 гг.) _

Урожай- Продуктивность сахарной свеклы

№ Вариант ность озимой пшеницы, ц/га Урожайность, т/га Сахаристость, % Сбор сахара, т/га

1 Контроль 18,0 34,9 17,1 6,0

1, Солома 19,4 37,1 17,1 6,3

3 Солома + жом 40 т/га + целлю-лозолитический микромицет 19,5 36,9 17,3 6,4

4 Солома + жом 60 т/га + целлю-лозолитический микромицет 20,6 40,5 17,4 7,0

5 Солома + жом 80 т/га + целлю-лозолитический микромицет 18,0 35,3 17,0 6,0

6 Жом 40 т/га 17,2 35,8 17,0 5,6

7 Жом 60 т/га 18,9 38,4 17,2 6,6

8 Жом 80 т/га 17,6 33,9 17,2 5,9

9 Жом 40 т/га + целлюлозолитиче-ский микромицет + N 16,5 33,7 17,1 5,8

1 0 Жом 60 т/га + целлюлозолитиче-ский микромицет + N 16,9 33,6 16,9 5,7

1 1 Жом 80 т/га + целлюлозолитиче-ский микромицет + N 17,0 33,4 17,0 5,6

НСР005 по варианту 2,8 2,7 0,2 0,4

Добавление к жому целлюлозолитического микромицета и азота привело к незначительному снижению урожайности свеклы - на 1,2 - 1,5 т/га и сахаристости - 0,1 - 0,2 %. Это произошло из-за повышенной здесь кислотности почвенного раствора, вследствие чего было затруднено поглощение растениями элементов минерального питания.

Таким образом, было установлено, что использование одного свекловичного жома или жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом способствовало накоплению в почве питательных веществ. Это по-

ложительно отразилось на продуктивности возделываемых культур. Так, внесение 60 т/га жома с соломой и микромицетом вызвало увеличение урожайности озимой пшеницы на 14, а сахарной свеклы - на 16 % (в контроле 34,9 т/га). Использование в качестве органического удобрения жома в дозе 60 т/га повысило урожайность свеклы до 38,4 т/га.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО

УДОБРЕНИЯ

Применение удобрений в сельском хозяйстве должно быть экономически выгодным. В настоящее время, в связи с переходом многих сельскохозяйственных предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, все большее распространение получает оценка экономической эффективности применения удобрений (Минеев, 2004). Ее оценивают по прибавке урожая и его стоимости по текущим ценам. Это позволяет выявить целесообразность вложений в полученную прибавку урожая от удобрений.

Наибольшая прибавка урожая озимой пшеницы и сахарной свеклы была отмечена при использовании соломы, соломы с жомом 60 т/га и целлюлозоли-тическим микромицетом, а также при запашке одного жома в дозе 60 т/га.

Анализ экономической эффективности использования отходов полеводства и свеклосахарного производства показал, что при запашке соломы прибыль была в размере 4360 руб. В этом случае не было каких-либо затрат на внесение соломы, поскольку современные зерноуборочные комбайны при обмолоте измельчают и разбрасывают солому по полю.

Экономическая эффективность при внесении в почву соломы совместно с жомом и целлюлозолитическим микроорганизмом была ниже. Вызвано это затратами на приобретение, транспортировку и внесение жома и микромицета. Они в сумме составили 5237 руб. Несмотря на это прибыль была равна 5283 руб., а уровень рентабельности - 101 %.

При запашке одного жома 60 т/га затраты снизились до 4873 руб. Вызвано это тем, что в этом случае не применялся целлюлозолитический микроорганизм, но здесь добавляется еще одна операция, связанная со сбором и вывозом с поля остатков соломы. При этом прибыль составила 1267 руб., а уровень рентабельности - 26 %.

Таким образом, использование в качестве органического удобрения свекловичного жома в дозе 60 т/га и совместно с соломой и целлюлозолитическим микромицетом в зернопаропропашном севообороте является экономически эффективным.

ВЫВОДЫ

1. Ускорение темпов разложения в почве свекловичного жома и ячменной соломы, используемых с целлюлозолитическим микромицетом в качестве органического удобрения, стабилизирует физико-химические свойства почвы, спо-

собствует увеличению численности агрономически полезной микрофлоры почвы, что обеспечивает повышение эффективного плодородия почвы.

2. Использование в качестве органического удобрения свекловичного жома и жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом не приводит к подкислению почвенного раствора, что подтверждается результатами определения обменной кислотности почвы, рН повышается на 0,10 -0,17. Наименьшие значения гидролитической кислотности были отмечены при использовании соломы, а также соломы с микромицетом и свекловичным жомом в дозе 60 т/га.

3. Совместное применение свекловичного жома 60 т/га с соломой ячменя и целлюлозолитическим микроорганизмом активизирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры, увеличивает скорость разложения растительных остатков, способствует накоплению гумусовых веществ в почве до 5,30 % (в контроле - 5,18 %).

4. Совместное внесение свекловичного жома с соломой и целлюлозолитическим микромицетом стимулирует жизнедеятельность микрофлоры, участвующей в формировании эффективного плодородия почвы, способствует накоплению элементов питания. Так, содержание щёлочногидролизуемого азота повысилось на 9 - 10, обменного калия - 5 - 8, подвижного фосфора - на 2 -4 мг/кг почвы.

5. Установлены оптимальные сочетания и дозы внесения свекловичного жома (60 т/га) в почву, соломы со свекловичным жомом в дозе 60 т/га и целлюлозолитическим микромицетом, при которых отмечается рост продуктивности культур зернопаропропашного севооборота.

6. Внесение в почву свекловичного жома совместно с соломой зерновых культур и целлюлозолитическим микромицетом увеличивает урожайность озимой пшеницы на 2,6 ц/га, сахарной свеклы - на 5,6 т/га, а сбор сахара - на 1,0 т/га.

7. Использование свекловичного жома, в качестве органического удобрения решает для сахарных заводов проблему его утилизации, при этом появляется дополнительный способ пополнения органического вещества и элементов минерального питания почвы.

8. Совместное внесение в почву свекловичного жома, соломы ячменя и целлюлозолитического микроорганизма является экономически эффективным приемом, так как был достигнут уровень рентабельности дополнительных затрат - 101 %. Это приносит дополнительно чистый доход с каждой тонны продукции в сумме 664 руб.

Рекомендации производству

На основании проведённых исследований можно предложить для утилизации отходов свеклосахарного производства, повышения эффективного плодородия и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур использовать свекловичный жом в качестве органического удобрения.

Рекомендуется запахивать жом в дозе 60 т/га и жом в дозе 60 т/га совместно с соломой ячменя с осени под пар.

Последовательность операций:

- равномерное распределение соломы по поверхности поля (желательно

предварительно её измельчить длиной резки 8-12 см);

- внесение жома в дозе 60 т/га;

- дисковое лущение в 2 следа (согласно общепринятой технологии);

- отвальная вспашка (согласно общепринятой технологии);

- весной все операции проводить согласно общепринятой технологии обработки пара.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Холопкин H.H. Использование свекловичного жома в зернопаропропаш-ном севообороте / И.Н. Холопкин // Земледелие. - 2013. - № 4. - С. 15-17.

2. Безлер Н.В. Влияние разложения свекловичного жома на накопление элементов минерального питания в черноземе выщелоченном / Н.В. Безлер, И.Н. Холопкин // Сахарная свекла. - 2013. - №7. - С.30-33.

Статьи и тезисы в других изданиях

3. Безлер Н.В. Влияние свекловичного жома на кислотные свойства чернозема выщелоченного / Н.В. Безлер, И.Н. Холопкин // Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия: материалы научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева». - Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2010.-С. 11-12.

4. Холопкин И.Н. Влияние внесения в почву свекловичного жома на микроорганизмы, участвующие в формировании эффективного и потенциального плодородия / И.Н. Холопкин, И.В. Черепухина, М.В. Колесникова // Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов: материалы Всероссийской научной конференции «XVI Докучаевские молодежные чтения», посвященной 165-летию со дня рождения В. В. Докучаева. - Санкт-Петербург, 2011.- С. 245247.

5. Безлер Н.В. Влияние свекловичного жома на обменную кислотность чернозема выщелоченного/ Н.В. Безлер, И.Н. Холопкин // Ресурсный потенциал растениеводства - основа обеспечения продовольственной безопасности: труды Международной заочной научно-практической конференции. - Петрозаводск: ПетрГУ, 2012.-С. 138-140.

6. Холопкин И.Н. Влияние свекловичного жома на кислотные свойства чернозема выщелоченного / И.Н. Холопкин, Н.В. Безлер // Материалы международной научно-практической конференции «Глинковские чтения», посвященной 100-летию факультета агрономии, агрохимии и экологии Воронежского ГАУ, часть II. - Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2013. - С. 162 -166.'

Подписано в печать 21.11.2013. Формат 60 х 84 1/16 . Бумага офисная. Усл. печ. л. 1,3 Тираж 110 экз. Заказ №3004

Отпечатано в типографии Воронежский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 30

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Холопкин, Игорь Николаевич, Рамонь

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ ИМЕНИ А.Л. МАЗЛУМОВА РОССЕЛЪХОЗАКАДЕМИИ

ХОЛОПКИН ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

\

ВЛИЯНИЕ ЯЧМЕННОЙ СОЛОМЫ, СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА,

ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

На правах рукописи

04201 455741

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Безлер Н.В.

РАМОНЬ - 2013 г.

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

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ...................................................9

1.1 Роль почвенных микроорганизмов в разложении растительных остатков.......................................................................................................................9

1.2 Применение соломы зерновых культур в качестве органического удобрения...................................................................................................................12

1.3 Виды органических удобрений........................................................................15

1.4 Свекловичный жом как органическое удобрение.......................................23

1.4.1 Химический состав и свойства жома..........................................................23

1.4.2 Виды свекловичного жома и способы его хранения.................................25

1.4.3 Использование свекловичного жома...........................................................27

2 УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛЕВЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................................33

2.1 Методика проведения полевых и лабораторных исследований..............33

2.2 Метеорологические условия в годы проведения исследований.............35

3 ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕНИЯ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА, СОЛОМЫ ЯЧМЕНЯ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ...................................42

3.1 Совместная запашка свекловичного жома, соломы,

целлюлозолитического микроорганизма, азота и динамика численности микроорганизмов участвующих в круговороте азота.....................................42

3.1.1 Динамика изменения численности олигоазофилов в почве.....................43

3.1.2 Динамика изменения численности диазотрофов в почве.........................45

3.1.3 Динамика изменения численности аммонификаторов и иммобилизаторов азота в почве............................................................................48

3.2 Свекловичный жом и динамика численности микроорганизмов,

участвующих в процессах гумификации...........................................................53

3.3 Влияние запашки свекловичного жома и других компонентов

на динамику численности микроорганизмов, разлагающих сложные полимерные соединения.........................................................................................59

3.4 Динамика численности спорообразующих бактерий в почве при

запашке свекловичного жома..............................................................................67

3.5 Запашка свекловичного жома и динамика численности фосфобактерий..........................................................................................................69

4 ВЛИЯНИЕ ЗАПАШКИ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА, СОЛОМЫ ЯЧМЕНЯ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКОГО МИКРОМИЦЕТА НА ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО................................................................................................72

4.1 Обменная кислотность.....................................................................................75

4.2 Гидролитическая кислотность........................................................................78

4.3 Сумма поглощенных оснований....................................................................82

4.4 Степень насыщенности почв основаниями.................................................85

4.5 Динамика доступных форм элементов питания в почве при внесении свекловичного жома...............................................................................................88

4.5.1 Накопление щелочногидролизуемого азота...............................................89

4.5.2 Накопление фосфора в почве.......................................................................93

4.5.3 Накопление обменного калия......................................................................96

5 ВЛИЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА НА НАКОПЛЕНИЕ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ...................................100

6 ВЛИЯНИЕ ЗАПАШКИ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА С СОЛОМОЙ И ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИКИМ МИКРОМИЦЕТОМ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР ЗЕРНОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА.....................................105

7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО

УДОБРЕНИЯ.............................................................................................................109

ВЫВОДЫ....................................................................................................................113

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ................................................................115

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................116

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В земледелии Центрально-Черноземного региона широко использовали навоз для обогащения почвы органическим веществом и элементами минерального питания, оптимизации структурообразования пахотного горизонта и восстановления потенциального плодородия. В настоящее время в результате сокращения поголовья крупного рогатого скота в ЦЧР ощущается недостаток прихода органического вещества в почву. Для сокращения дефицита содержания углерода и элементов минерального питания в почве в качестве альтернативного вида органических удобрений помимо побочной продукции зерновых культур можно использовать свекловичный жом. В 1 т свежего свекловичного жома содержится: 2,2 кг азота, 0,5 кг фосфора, 1,2 кг калия и 47,3 кг углерода. Для компенсации дозы 40 т/га навоза по углероду в почву необходимо внести 40 - 60 т/га свекловичного жома.

Общий объём производства сырого свекловичного жома в Центральном федеральном округе составляет 17 млн 741 тыс. тонн. По данным МСХ РФ, из общего количества произведенного жома 7 млн 753 тыс. тонн скармливается скоту в свежем либо консервированном виде, 5 млн 861 тыс. используется для производства сушеного жома, оставшиеся 4 млн 127 тыс. не востребованы (Мягкова, 2012). Из неиспользованного жома экономически выгодно получать сушеный жом, его стоимость по ценам 2012 г. составила бы 867 млн руб.(сайт www.mcx.ru). Однако у сахарных заводов не хватает производственных мощностей для данной операции.

Поэтому излишки жома направляют в жомохранилища, что приводит к потере питательных веществ и ухудшению экологической обстановки (Спичак, 2010). В связи с этим необходим поиск путей решения данной проблемы.

В последнее время всё чаще появляются сведения об использовании отходов свеклосахарного производства для повышения плодородия почв (Пузанова, 2009; Сыпко, 2010; Перегудов, Шилова, 2011; Воропаев, Сискевич, Воропаев, Граб, Кожемяко, 2012). Есть у жома и отрицательная сторона. При внесении в почву он быстро подкисляется до рН 3,3 - 3,8, что приводит к понижению рН

почвенного раствора (Житин, Стекольникова, 2008; Наакзта, 1991). Это отрицательное качество не столь опасно для черноземов, почвенный поглощающий комплекс которых на 90 % и более насыщен Са и

На полях после уборки зерновых культур остается до 3 - 4 т/га соломы, которая является дополнительным источником азота, фосфора, калия и углерода. Использование соломы с аборигенным штаммом целлюлозолитического микро-мицета, питательной добавкой и азотом приводит к некоторому повышению значения рН (Безлер, Колесникова, 2008). Поэтому целесообразно применять свекловичный жом в качестве органического удобрения в сочетании с соломой зерновых культур. В ЦЧР в условиях недостаточного увлажнения скорость разложения соломы и жома затягивается на несколько лет. В связи с этим ускорение процесса их трансформации с помощью целлюлозолитического микроорганизма актуально.

Цель исследований: выявить влияние внесения свекловичного жома с ячменной соломой и целлюлозолитическим микромицетом на микробное сообщество, физико-химические и химические свойства чернозема выщелоченного, формирование эффективного плодородия и урожайность озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

■ установить действие запашки свекловичного жома с ячменной соломой и другими компонентами в качестве органического удобрения на динамику численности основных физиологических, таксономических и эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов;

■ определить динамику физико-химических и химических свойств почвы при разложении свекловичного жома;

■ установить влияние запашки свекловичного жома и соломы ячменя с целлюлозолитическим микроорганизмом на содержание гумуса в почве;

■ выявить последействие этого приема на урожайность озимой пшеницы и сахарной свеклы и экономическую эффективность в зернопаропропашном севообороте.

Научная новизна

Получены новые данные, расширяющие представление о влиянии свекловичного жома и ячменной соломы на физико-химические и биологические свойства чернозема выщелоченного.

Определено, что использование свекловичного жома и жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом в качестве органического удобрения не приводит к подкислению почвенного раствора, что подтверждается результатами определения обменной и гидролитической кислотности почвы.

Впервые установлено, что совместная запашка в почву свекловичного жома и соломы ячменя с целлюлозолитическим микромицетом положительно влияет на структуру микробного сообщества почвы. Численность зимогенной микрофлоры повышалась в мае, июле и сентябре соответственно на 4,85; 4,75 и 0,95 млн КОЕ. Автохтонная микрофлора в мае снижала свою численность по сравнению с контролем и внесением соломы соответственно на 11 и 16 % с начала и до конца вегетационного периода.

На начальных этапах разложения свекловичного жома с дополнительными компонентами увеличилась численность фосфобактерий в среднем на 1,90 и 2,00 млн КОЕ и диазотрофов - на 0,40 - 0,50 млн КОЕ в 1 г а.с.п.

Выявлено положительное влияние совместной запашки свекловичного жома, соломы ячменя и целлюлозолитического микромицета на динамику накопления в почве доступных для растений форм элементов минерального питания, что способствовало повышению урожайности озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Установлена оптимальная доза внесения свекловичного жома в чернозем выщелоченный - 60 т/га, которая не оказывает вредного воздействия на физико-химические свойства почвы.

Экспериментально доказано, что запашка в почву свекловичного жома и жома в сочетании с соломой и целлюлозолитическим микроорганизмом способствует повышению урожайности сахарной свёклы на 10 и 16%, сбора сахара - на 0,6 - 1,0 т/га, что позволило получить прибыль в размере соответственно 1267 и 5283 руб./га.

Практическая значимость работы

Результаты исследований могут быть использованы для пополнения почвы элементами минерального питания, специфическим органическим веществом почвы (гумусом), активизации агрономически ценной микрофлоры и, в результате, повышения урожайности культур зернопаропропашного севооборота.

Использование свекловичного жома с дополнительными компонентами в качестве органического удобрения позволит улучшить экологическую ситуацию в зоне действия сахарных заводов.

В результате производственной проверки в ОАО «Елецкий» Елецкого района Липецкой области выявлено, что применение в качестве органического удобрения свекловичного жома в дозе 60 т/га совместно с ячменной соломой увеличивает урожайность озимой пшеницы на 11 %.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование свекловичного жома совместно.. с ячменной соломой и целлюлозолитическим микромицетом способствует активизации агрономически полезной микрофлоры почвы, обеспечивает повышение эффективного плодородия и улучшает минеральное питание растений.

2. Запашка свекловичного жома и дополнительных компонентов не оказывает существенного влияния на физико-химические свойства почвы.

3. Применение в качестве органического удобрения жома в сочетании с соломой ячменя и целлюлозолитическим микроорганизмом обладает положительным действием, что способствует повышению урожайности сахарной свёклы на 16 %, при этом уровень рентабельности составил 101%.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В. В. Докучаева» «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, Курск, 2010); Всероссийской научной конференции «XVI

Докучаевские молодежные чтения», посвященной 165-летию со дня рождения В. В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (СпбГУ, Санкт-Петербург, 2011); Международной заочной научно-практической конференции «Ресурсный потенциал растениеводства - основа обеспечения продовольственной безопасности» (ПетрГУ, Петрозаводск, 2012); научной и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» «Глинковские чтения» (ВГАУ, Воронеж 2013) и заседаниях ученого совета ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова (2010-2013 гг.).

Представленная работа являлась частью тем НИР ГНУ ВНИИСС Россель-хозакадемии: № 04.08.02.07а «Агроэкологическое обоснование использования свекловичного жома в качестве органического удобрения».

По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 146 страницах компьютерного текста, содержит 14 таблиц, 10 рисунков и 18 приложений. Состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы включает 162 наименования, в том числе 17 иностранных.

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Роль почвенных микроорганизмов в разложении растительных

остатков

Разложение органических веществ в почве происходит под действием микроорганизмов, ферментативный аппарат которых, расщепляет органическое вещество на более простые составляющие и минеральные элементы, которые могут быть использованы растениями.

Растительные остатки - это сложные органические соединения, состоящие из различных химических компонентов. Поэтому при их разложении, с образованием гумусовых веществ, происходит смена микробных сообществ и соответственно ферментов, которые они выделяют для трансформации органических веществ (Гиляров, 1985; Теппер, Шильникова, Переверзева, 2004).

Белки. Разложение белков в почве осуществляется различными микроорганизмами. Процесс протеолиза может происходить в почве в аэробных и анаэробных условиях. Если белки подвергаются разложению в аэробных условиях, то этот процесс называется окислением, а в анаэробных - брожением. Конечными продуктами окисления являются СО2, Н20,1ЧНз и т.д. Во время брожения в почве могут накапливаться некоторые соединения, образующиеся при неполном разложении белков. Это могут быть аминокислоты, амины, фенолы и т.д. (Бабьева, 1983).

Протеазы, выделяемые микроорганизмами в почву, разлагают молекулы белка до аминокислот через стадию пептидов и пептонов. Эти полимеры аминокислот, состоящие из нескольких или многих аминокислот, в свою очередь, разлагаются до свободных аминокислот. Затем дезаминазы отделяют аминогруппу от молекул аминокислот, что приводит к выделению свободного аммиака (Гиляров, 1985).

Аммиак, образующийся в почве при разложении органических веществ, довольно быстро окисляется до азотистой, а затем до азотной кислоты. Такой процесс называют нитрификацией (Емцев, Мишустин, 2005).

Липиды. Жиры подвергаются гидролизу, осуществляемому ферментом липазой с последующим окислением в аэробных условиях и процессами брожения, развивающимися при анаэробиозисе. Продуктами гидролитического расщепления являются многочисленные высокомолекулярные жирные кислоты, глицерин и другие, спирты жирного и ароматического рядов, а также углеводороды (Томпсон, Троу, 1982).

Лигнин. Растения содержат большое количество лигнина во вторичных слоях клеточной оболочки, он является основным компонентом межклеточного вещества. Лигнин устойчив к воздействию микроорганизмов, разлагается медленно. В его разложении принимают участие грибы и бактерии. Лигнин деполимеризу-ется до простых ароматических веществ, таких, как ванилин. Ферментативная система микроорганизмов, воздействующих на лигнин, внеклеточная и представлена лигнизами - специфичными пероксидазами. В связи с тем, что лигнин разрушается относительно медленно, он накапливается в почве, и продукты разложения служат основой при образовании гумусовых веществ (Емцев, Мишустин, 2005).

Целлюлоза. Целлюлоза - наиболее распространённое в природе органическое соединение. Она является главной составной частью оболочек клеток высших растений, травянистых и древесных. В ее состав входит более 50 % всего органического углерода биосферы, это наиболее распространенный полисахарид растительного мира, высшие растения на 40-70 % состоят из целлюлозы (Шле-гель, 1987; Perez, 2002).

Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет тран�