Агрохимия, 2022, № 9, стр. 47-52

ВВЕДЕНИЕ

В условиях южной лесостепной зоны Омского Прииртышья все шире распространяются ресурсосберегающие технологии обработки почвы [1, 2]. Замена отвальной обработки поверхностными (минимизация) приводит к увеличению засоренности полей и дифференциации пахотного слоя по плодородию, что негативно влияет на эффективное плодородие и азотный режим почв. Оставление стерни и соломы расширяет соотношение C : N в поверхностном слое почвы и приводит к дефициту нитратного азота [3, 4]. Отсутствие оборота пласта ухудшает фитосанитарную ситуацию и способствует накоплению фитопатогенов в почве. В этой связи, по выражению академика РАН В.И. Кирюшина, “минимизация обработки почвы невозможна без химизации”, т.е. без применения пестицидов и внесения азотных удобрений [5].

Однако в настоящее время применение минеральных удобрений и пестицидов в сельскохозяйственном производстве является довольно затратным агроприемом. В этой связи более рационально использование биологического азота, источником которого являются микроорганизмы ассоциативной азотфиксации в составе биопрепаратов комплексного действия для инокуляции семян небобовых растений [6].

Азотфиксация в почве связана с прижизненными выделениями растениями богатых энергией, доступных для микроорганизмов углеводов и органических кислот, продуктов фотосинтеза растений, положительно влияющих на жизнедеятельность почвенной микрофлоры. Корневые диазотрофы способствуют улучшению питания растений на 10–45%. По данным предыдущих исследований [7, 8], эффект от инокуляции в условиях Омского Прииртышья составляет от 6 до 30 кг д.в. N/га. Следовательно, необходимо искать пути усиления ассоциативной азотфиксации в агроценозах [9].

Увеличение роли ассоциативной азотфиксации в ризосфере растений связано с инокуляцией семян возделываемых культур активными штаммами азотфиксирующих микроорганизмов, что способствует сохранению почвенного плодородия, усилению вклада биологического азота в питание зерновых, благоприятно влияет на азотный баланс почв [10]. В настоящее время для практики сельского хозяйства на основе ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов созданы биопрепараты комплексного действия, которые используют в виде инокулянтов различных сельскохозяйственных культур, а также для опрыскивания посевов [11].

В этой связи, цель работы – изучение влияния препаратов на основе высокоэффективных штаммов азотфиксаторов на биологическую активность почвы, продуктивность возделываемой пшеницы и размеры азотфиксации.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Территория проведения исследования – южная лесостепная зона Омской обл., опытное поле Омского АНЦ с преобладанием среди почвенного покрова черноземов выщелоченных с содержанием гумуса в пахотном слое 6.8–7.0%. Количество нитратного азота в годы исследования 2014–2017 гг. по шкале Гамзикова для слоя 0–20 см перед посевом классифицировалось как низкое и очень низкое, подвижного фосфора и калия (по Чирикову) – высокое. Учитывая низкое содержание в почве азота нитратов, вносили аммиачную селитру в дозе N30.

Исследование проводили с почвой под посевом мягкой яровой пшеницы среднераннего сорта Омская-36 селекции Омского АНЦ. Сорт обладает высокой потенциальной урожайностью в сочетании с засухоустойчивостью.

Микробиологические препараты на основе ассоциативных азотфиксаторов (БиоВайс производства ООО “Планта-Плюс”, г. Томск и Ризоагрин производства ВНИИСХМ г. Санкт-Петербург–Пушкин) применяли для инокуляции семян пшеницы согласно рекомендациям разработчиков.

Аналитические исследования почвы, определение общего азота в растениях пшеницы проводили общепринятыми микробиологическими и агрохимическими методами [12–14].

Агрометеорологические условия в 2015–2016 гг. сложились благоприятно для роста и развития зерновых (ГТК 1.08–1.09). Лето 2014 г. было засушливым, ГТК был равен 0.68. Вегетационный период 2017 г. был умеренно засушливым, ГТК в течение лета менялся от 0.24 до 1.24. Дожди, прошедшие в июле, спасли растения от засухи.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из определяющих факторов функционирования агроценозов является влага. В засушливом 2014 г. существенных различий в количестве микроорганизмов между вариантами опыта с применением биопрепаратов и контролем не обнаружено. Разница между вариантами составляла от 3–4 до 15–21%. В этих пределах несколько увеличилась под влиянием препарата БиоВайс численность нитрификаторов, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, снизилось количество почвенных грибов, в том числе фитопатогенов. Активность определяемых ферментов была на уровне контроля. Под влиянием биопрепаратов возросла целлюлозолитическая активность почвы – на 11–19% к контролю. В целом суммарная биологическая активность вариантов опыта составляла 100–101% (табл. 1).

В 2015–2016 гг., характеризующихся более значительным увлажнением вегетационных периодов (ГТК > 1), общая численность микроорганизмов в ризосфере пшеницы при инокуляции семян биопрепаратами возрастала в варианте с препаратом БиоВайс на 25 и 50%, с Ризоагрином – на 19 и 37% соответственно относительно контроля. Разница в сравнении с контролем была более значительной, чем в 2014 г. В 2015 г. под влиянием биопрепаратов существенно, на 61–70% увеличилось количество нитрификаторов, на 30–45% – фосфатмобилизующих бактерий, на 19 и 45% усилилась целлюлозолитическая активность почвы.

В 2016 г. в варианте с препаратом БиоВайс при увеличении общей численности бактерий в ризосфере пшеницы на 50% к контролю, количество грибов уменьшилось на 28%. Аналогичную закономерность отметили в варианте с Ризоагрином: общая численность микроорганизмов увеличилась на 37% относительно контроля, количество почвенных грибов уменьшилось на 46%. Среди определенных групп бактерий при применении БиоВайса на 61% к контролю увеличилось количество нитрификаторов, на 40% – фосфатмобилизующих бактерий. При использовании для инокуляции пшеницы Ризоагрина численность этих видов бактерий возросла в большей степени по отношению к контролю – на 52 и 92% соответственно.

В среднем за 2014–2016 гг. в вариантах с инокуляцией семян яровой пшеницы препаратами БиоВайс и Ризоагрин отмечено увеличение суммарной биологической активности почвы ризосферы на 9–12% относительно контроля (рис. 1).

Рис. 1.

Биологическая активность почвы ризосферы пшеницы в зависимости от применения биопрепаратов, 2014–2016 гг.

В вариантах опыта с применением биопрепаратов в почве отмечено более высокое в сравнении с контролем содержание азота нитратов в фазе кущения пшеницы – в 2 раза. При опрыскивании посевов пшеницы в этот период препаратом БиоВайс количество азота нитратов превышало контроль в 3 раза. В течение вегетационного периода содержание N-NO₃ в почве снижалось вследствие выноса его культурой во всех вариантах опыта (<5 – очень низкое, согласно шкале обеспеченности почв нитратным азотом в слое 0–20 см [3]) (табл. 2).

Токсикоз почв обусловлен в значительной мере накоплением токсических веществ, образуемых микроорганизмами, принадлежащими к различным систематическим группам. Токсические свойства почв проявляются в подавлении роста растений и микроорганизмов. Токсичность почвенной вытяжки вариантов опыта определяли с помощью биотеста по проращиванию тест-культуры редиса. Обычно берутся мелкие семена, обладающие небольшим запасом питательных веществ и более подверженные влиянию внешней среды. Токсичной считается вытяжка из почвы, вызывающая угнетение развития проростков и корней не менее, чем на 20% [15]. При возделывании пшеницы и обработке БиоВайсом не только семян, но и растений, по отношению к контролю (чистой воде) общая токсичность почвы не была обнаружена. Биологическая токсичность почвы, когда длина проростков редиса опытных вариантов сравнивалась с почвенным контролем, также отсутствовала (табл. 3).

Критерием эффективного плодородия является урожайность возделываемой культуры. В 2014–2017 гг. при применении бактеризации семян получена прибавка 1.5–1.6 ц зерна/га по отношению к контролю. Чистый доход от использования препаратов ассоциативной азотфиксации был равен в среднем 639 руб./га, при уровне рентабельности 70% (рис. 2, табл. 4).

Рис. 2.

Влияние биопрепаратов комплексного действия на урожайность зерна яровой пшеницы (2014–2017 гг.), т/га.

Имея контрольный вариант, в котором азотфиксации не происходило, можно рассчитать потребление культурой фиксированного микроорганизмами азота воздуха по разности. Полученное количество фиксированного азота – не общий размер азотфиксации, ведь расчеты основываются на данных анализа растений, поэтому азот, фиксированный микроорганизмами, но не потребленный культурой или возвращенный в почву с опадом и корневыми выделениями, не может быть учтен [16].

В годы исследования за счет ассоциативной азотфиксации дополнительно к почвенному азоту, используемому растениями, получено 11–16 кг N/га при инокуляции семян пшеницы Ризоагрином и 8–10 кг/га – при инокуляции БиоВайсом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в засушливых условиях вегетационных периодов 2014 и 2017 гг. предпосевная обработка семян пшеницы биопрепаратами комплексного действия БиоВайс и Ризоагрин повышала стрессоустойчивость растений к засухе, что оказало положительное влияние на численность микроорганизмов ризосферы и продуктивность культуры. Применение бактеризации семян способствовало увеличению численности агрономически важных групп микроорганизмов, снижало численность почвенных грибов, а вместе с этим и вероятность заболеваний растений. Токсичности почвы ризосферы при использовании биопрепаратов не обнаружено. Потребление азота атмосферы растениями пшеницы составило в среднем за 2014–2017 гг. при инокуляции семян пшеницы Ризоагрином 11–16 кг/га, БиоВайсом – 8–10 кг/га. Прибавка урожайности пшеницы в среднем за годы исследования составила 1.5–1.6 ц/га (6.9–7.4%) к контролю. Чистый доход при применении биопрепаратов увеличился на 639 руб./га, уровень рентабельности составил 69–70% при 60% в контроле.