Введение. Интенсификация растениеводства предусматривает увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур с высокими показателями качества. В числе основных приемов, решающих эту проблему, являются удобрения и средства защиты растений. Наибольшая отдача, по мнению ряда ученых, происходит при внесении органических и минеральных удобрений, когда в качестве органических удобрений вносится навоз или помет. Однако в настоящее время эти удобрения в основном применяются в овощеводстве.
В расчете на 1 га пашни приходится небольшая их доля. Например, в Алтайском крае при объеме внесения около 3 млн т на 1 га приходится 0,4 т/га удобрений. Кроме этого, принятая почвозащитная ресурсосберегающая технология, когда проводятся плоскорезные и минимальные обработки почвы, включающая No-Till, исключает возможность внесения навоза. При этом на полях после уборки культур остается побочная продукция. Согласно структурам посевов, в Алтайском крае в среднем при производстве зерна около 5 млн т на полях остается практически столько же соломы. Поэтому солома является ресурсосберегающим элементом в почвозащитной технологии, так как с ней в почву возвращается «С» органического вещества и элементы питания. При этом, чтобы эти компосты перешли из связанного в доступное для растений состояние, необходимы определенные условия, и в первую очередь активность почвенной микробиоты.
Биологическая утилизация отходов растениеводческой деятельности представляет собой значимую эколого-биосферную проблему современности. Одним из рациональных подходов к решению данной проблемы является возвращение указанных отходов непосредственно в плодородный слой почвы посредством обработки механическими средствами, без предварительного удаления с поля. Данный метод способствует восстановлению природного цикла минеральных веществ, необходимых растениям (азота, фосфора, калия), восполнению запасов гумуса и поддержанию оптимальных физико-химических характеристик почвы в функционирующих агроэкосистемах.
Известно, что процесс разложения соломы длится годами [1], что связано с высоким соотношением в растительных остатках С : N, достигающим в соломе зерновых 120–130 и более. Ограничивают ее разложение такие устойчивые соединения, как лигнин и целлюлоза, а содержание доступного азота в послеуборочной соломенной массе на низком уровне. Эти факторы замедляют темпы микробного разложения органических компонентов, приводят к временному дефициту доступного азота, снижению доступности питательных элементов и развитию явлений фитотоксичности, негативно влияющих на рост и развитие последующих сельскохозяйственных культур. Быстрее разлагаются растительные остатки двудольных растений, у которых соотношение менее 100. Для ускорения разложения прибегают к сокращению этого соотношения путем внесения азотных удобрений по 20–30 кг на 1 т соломы [2].
В последние годы для ускорения разложения соломы злаковых культур широкое распространение получили технологии интенсификации процессов разрушения растительного материала путем внесения специализированных биологически активных препаратов, содержащих специально отобранные микроорганизмы-деструкторы. Стали применять биодеструкторы на основе микромицета Trichoderma, ассоциативных диазотрофных бактерий, комплекса микромицетов – целлюлозолитиков, таких как «Триходермин», «Стернифаг», «Трихофит», «Органит Стерн», «Эстрагол», «Багс» и др. [2–10]. Исследованиями ряда ученых установлена эффективность этих препаратов на ускорение разложения соломы, изменение численности микроорганизмов, ферментативную активность в почвах [6–9, 11–12]. Показан рост урожайности сельскохозяйственных культур и меньшее повреждение болезнями [1]. Биопрепараты способствуют увеличению скорости минерализации и гумификации органических материалов, уменьшая проявления негативных эффектов и способствуя повышению продуктивности возделываемых культур [1–6].
Применение биопрепарата «Микотоп» в качестве деструктора соломы мало изучено, что требует проведения дальнейших фундаментальных и прикладных исследований для обоснованного выбора конкретных доз и режимов его применения в сельскохозяйственном производстве.
Цель исследования – изучение влияния соломы яровой пшеницы и рапса с использованием биодеструктора «Микотоп» на повышение эффективности минеральных удобрений при возделывании сои и яровой пшеницы.
Задачи: определение величины урожайности; изучение массы 1000 зерен, содержания белка, клейковины; основных элементов питания в зерне; установление экономической эффективности.
Объекты и методы. Опыты проводили в КФХ «Иванов А.Н.» Косихинского района Алтайского края. Солому яровой пшеницы и ярового рапса внесли осенью 2023 г. на делянках площадью 50 м2. Перед заделкой солому обработали деструктором «Микотоп» на основе Trichoderma viride, согласно рекомендации изготовителя, в дозе 1 л/га. На следующий день провели основную обработку KUHN PERFORMER на глубину 18–20 см, при этом солома в основном размещалась в верхнем слое 0–5 см.
Опыт 1. Заложен на опытном участке – тип почвы чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный среднесуглинистый с рНс – 5,5, содержанием гумуса 3,99 %, повышенной обеспеченностью N-NO3 (19,8 мг/кг) и подвижным фосфором (154 мг/кг), высокой – обменным калием (127 мг/кг), средней подвижной – серой (2,8 мг/кг), низким содержанием кобальта, цинка и меди, средним – марганца.
Разные дозы соломы яровой пшеницы располагались по схеме: 1) контроль (удобренный фон – N78P26K26S36); 2) фон + 0,85 т/га соломы; 3) фон + 1,9 т/га соломы; 4) фон + 0,85 т/га соломы + Микотоп 1л/га; 5) фон + 1,9 т/га соломы + 1 л/га Микотоп.
Солома яровой пшеницы содержала 53,7 % С; 0,55 % N; 0,1 % Р2О5; 1,44 % К2О. C : N = 98.
Весной по подготовленным делянкам высевали сорт сои Черемшанка. По вегетации сои применялись средства защиты растений.
Опыт 2. С соломой ярового рапса заложен также на черноземе выщелоченном, содержащем 5,3 % гумуса, рНс – 6,5, с низкой обеспеченностью N-NO3 (12,3 мг/кг) и обменным калием (99 мг/кг), повышенной подвижным фосфором – 150 мг/кг, высокой подвижной – серой (16,6 мг/кг) и аналогичной обеспеченностью микроэлементами.
Схема опыта включала варианты: 1) контроль (удобренный фон N75P26K26S36); 2) фон + солома 1,8 т/га; 3) фон + солома 2,5 т/га; 4) фон + солома 1,8 т/га + Микотоп 1 л/га; 5) фон + солома 2,5 т/га + Микотоп 1 л/га.
Солома рапса содержала 49,1 % С, 0,69 % N, 0,15 % Р2О5, 1,29 % К2О. С : N = 71.
Весной в опыте высевали сорт яровой пшеницы KWS Сансет, по вегетации также применяли средства защиты.
При проведении обоих опытов до посева был внесен сульфат аммония в дозе 150 кг/га. При посеве – аммиачная селитра 110 кг/га в опыте 1 и 97 кг/га в опыте 2, а также диаммофоска в дозе 100 кг/га.
Уборку урожая сои и яровой пшеницы провели сноповым методом согласно Методике Госсортиспытания сельскохозяйственных культур (1982). Показатели качества семян: в сое – содержание белка, в пшенице – белок и клейковину определяли согласно ГОСТ 10846-91, ГОСТ Р 54478-2011, содержание элементов питания в семенах – ГОСТ 13496.4-93, ГОСТ 26207-91. Достоверность результатов оценивали дисперсионным анализом по Б.А. Доспехову (1985), корреляционный анализ проведен в программе MS Exsel.
Климатический мониторинг вегетационного периода 2024 г. выявил существенное превышение среднестатистических показателей температуры и влажности. Атмосферные осадки за вегетацию превысили средние многолетние значения в 1,2 раза, достигнув суммарного уровня 287 мм. Интегральная сумма положительной температуры воздуха составила 2269 °C, что превышает среднее многолетнее значение на 302 °C (1967 °C). Гидротермический коэффициент (ГТК) за май–август был равен 1,26 против среднего показателя 1,04. Значения ГТК по отдельным месяцам составили: 1,99 в мае, 0,9 в июне, 1,13 в июле и 1,3 в августе. Полученные данные свидетельствуют о наличии умеренной степени увлажнения атмосферной среды, способствующей формированию оптимальных условий для роста сои и яровой пшеницы.
Результаты и их обсуждение. Благоприятные по тепло- и влагообеспеченности условия вегетационного периода обеспечили на фоне применения полного минерального удобрения формирование высокого уровня урожайности.
Так, по сое она получена по вариантам в пределах 2,67–3,00 т/га, при достоверном ее повышении в 1,02–1,12 раза как от внесения одной соломы яровой пшеницы, так и от ее инокуляции препаратом «Микотоп». Более высокая урожайность отмечена на вариантах с внесением соломы, обработанной «Микотопом» (табл. 1). Повышение урожайности сопровождалось увеличением основных структурных компонентов: количество бобов на растении увеличивалось на 0,9–3,3 шт. при использовании соломы без инокуляции и на 14,9–32,1 шт. при обработке ее биопрепаратом. На контроле количество бобов составляло 34,6 шт. Масса зерна одного растения находилась в пределах 81,48–105,12 г с наименьшим значением на удобренном контроле. Наибольшее увеличение массы зерна одного растения в 1,2–1,3 раза (или на 16,07–23,64 г) отмечалось при использовании биопрепарата для разложения соломы.
Применение соломы и обработка ее биодеструктором оказали значительное влияние на массу 1000 семян сои. Установлено существенное возрастание данного показателя на вариантах опыта с внесением соломы в дозе 0,85 т/га, а также при применении препарата Микотопа по обеим дозировкам соломы. По сравнению с контрольным вариантом зафиксирована разница массы 1000 семян от 11,5 до 31,4 г. Концентрация белковых соединений в семенах увеличилась с 33,1 до 36,5–39,9 %.
Таблица 1
Урожайность, элементы структуры урожая и качество сорта сои Черемшанка
Productivity, elements of crop structure and quality of soybean variety Cheremshanka
|
Вариант |
Урожайность, т/га |
Прибавка |
Количество бобов на растении, шт. |
Масса зерна 1 растения, г |
Масса 1000 зерен, г |
Белок, % |
|
|
т/га |
% |
||||||
|
Контроль (фон N78P26K26) |
2,67 |
– |
– |
34,6 |
81,48 |
175,2 |
33,1 |
|
Фон+солома 0,85 т/га |
2,74 |
0,07 |
2,6 |
35,5 |
85,95 |
186,9 |
37,2 |
|
Фон+солома 1,9 т/га |
2,78 |
0,11 |
4,1 |
37,9 |
88,08 |
178,3 |
39,3 |
|
Фон+солома 0,85 т/га+Микотоп |
2,87 |
0,20 |
7,5 |
49,5 |
97,55 |
186,7 |
36,5 |
|
Фон+солома 1,9 т/га+Микотоп |
3,00 |
0,33 |
12,3 |
66,7 |
105,12 |
206,6 |
39,6 |
|
НСР05 |
0,03 |
– |
– |
2,8 |
6,15 |
8,24 |
0,77 |
Выявленный прирост урожайности обусловил экономическое преимущество относительно варианта с минеральными удобрениями: величина чистого дохода варьировала от 37,17 тыс. до 46,22 тыс. руб., причем наибольшие показатели были получены при совместном внесении соломы и деструктора (табл. 2). Показатель рентабельности вырос с 66,8 до 69,8–87,5 %, использование биологического деструктора способствовало достижению наиболее высоких значений уровня рентабельности – 80,0–87,5 %.
Приведенные данные свидетельствуют о существенном положительном эффекте, оказываемом внесением соломы яровой пшеницы в различных количествах на уровень продуктивности посевов сои в условиях реализации ресурсоэффективных аграрных технологий.
Таблица 2
Экономическая эффективность возделывания сои
Economic efficiency of soybean cultivation
|
Вариант |
Общие затраты, тыс. руб/га |
Чистый доход, тыс. руб/га |
Рентабельность, % |
|
Контроль (фон N78P26K26) |
52,83 |
35,28 |
66,8 |
|
Фон+солома 0,85 т/га |
53,25 |
37,17 |
69,8 |
|
Фон+солома 1,9 т/га |
53,38 |
38,36 |
71,9 |
|
Фон+солома 0,85 т/га+Микотоп |
52,62 |
42,09 |
80,0 |
|
Фон+солома 1,9 т/га+Микотоп |
52,78 |
46,22 |
87,5 |
Исследования эффективности действия соломы рапса при возделывании яровой пшеницы в условиях благоприятного по тепло- и влагообеспеченности года показали похожую закономерность, что и по соломе яровой пшеницы в посевах сои (табл. 3). По вариантам опыта урожайность зерна на фоне N75P26K26 варьировала в пределах 4,47–4,82 т/га, с наименьшим значением на удобренном контроле. Внесение разных доз соломы обеспечило достоверное повышение урожайности на 0,11–0,20 т/га, или на 2,5–4,5 %, а по обработанной соломе деструктором «Микотоп» – на 0,3–0,35 т/га или на 6,7–7,8 % – прирост был более высокий по сравнению с одной соломой.
Анализ элементов структуры урожая сорта Сансет показал увеличение количества колосков в колосе с 11,47 шт. на контроле до 12,07–12,80 шт. при внесении неинокулированной соломы и до 12,20–14,53 шт. при ее инокуляции «Микотопом». Наблюдалось и повышение количества зерен в колосе пшеницы (с 28,80 шт.) на контрольном варианте на 0,5–2,4 шт. от внесения соломы и на 0,63–1,60 шт. от обработки соломы биодеструктором. Масса зерна одного растения колебалась на уровне 1,03–1,21 г с наименьшим значением на контроле, а наибольшем при внесении соломы в дозе 1,9 т/га.
Таблица 3
Урожайность, качество зерна сорта яровой пшеницы KWS Сансет
Productivity, grain quality of spring wheat variety KWS Sunset
|
Вариант |
Урожайность, т/га |
Прибавка |
Масса 1000 зерен, г |
Содержание, % |
||
|
т/га |
% |
белка |
клейковины |
|||
|
Контроль (фон N75P26K26) |
4,47 |
– |
– |
34,8 |
14,0 |
26,3 |
|
Фон+солома 1,8 т/га |
4,58 |
0,11 |
2,5 |
34,9 |
14,6 |
27,9 |
|
Фон+солома 2,5 т/га |
4,67 |
0,20 |
4,5 |
36,0 |
14,0 |
27,7 |
|
Фон+солома 1,8 т/га + Микотоп |
4,82 |
0,35 |
7,8 |
35,0 |
16,7 |
28,3 |
|
Фон+солома 2,5 т/га + Микотоп |
4,77 |
0,30 |
6,7 |
36,5 |
16,4 |
27,4 |
|
НСР05 |
0,11 |
– |
– |
0,85 |
0,65 |
0,88 |
Более заметным было увеличение и массы 1000 зерен пшеницы, особенно при внесении двойной дозы соломы (+1,2 г) и обработке ее биопрепаратом «Микотоп» (+1,7 г) (табл. 3).
В условиях избытка влаги за вегетационный период важным является получение классного зерна. Как видно из полученных данных (табл. 3), содержание белка при одинаковых значениях с контролем при внесении одной соломы заметно повысилось при инокуляции соломы «Микотоп» – на 2,4–2,7 %. Отмечено и более высокое формирование клейковины, которая увеличивалась по вариантам с соломой на 1,4–1,6 %, а по инокулированной соломе – на 1,07–2,0 % с более высоким значением по меньшей дозе соломы.
Содержание основных элементов питания, как в семенах сои, так и в семенах пшеницы, на вариантах с использованием Микотопа для инокуляции соломы существенно превышало контрольный вариант (табл. 4). Так, в семенах сои содержание азота по сравнению с контролем на всех вариантах опыта было выше на 0,70–1,15 % при НСР05 = 0,33, а содержание фосфора на 0,01–0,17 % при существенной разности с контролем 0,06, содержание калия на 0,03–0,34 % с отличительной разностью с контролем 0,11. Результаты показали, что внесение соломы в низкой дозе (0,85 т/га) повышало содержание фосфора и калия в семенах сои в пределах ошибки, что можно считать недостаточным для работы микробиома и обеспечения растений питательными веществами. В семенах пшеницы существенное накопление N, P, K в семенах отмечалось только при обработке соломы биопрепаратом «Микотоп», что также подтверждает теорию о неактивности почвенного микробиома. По азоту превышение составляло 0,41–0,47 %, по калию 0,13–0,24 %, а по фосфору его не было.
Отмечена тесная связь урожайности с содержанием азота в семенах: по сое r = 0,73, по пшенице r = 0,85, также установлено сильное влияние азота на качество семян: связь с содержанием белка (r = 0,99–1,0), с клейковиной в пшенице r = 0,51. Неоценима роль фосфора и калия в урожайности и качестве полученной продукции. Результаты корреляционного анализа показали: связь фосфора с урожайностью от средней (r = 0,32) по пшенице до сильной (r = 0,72) по сое, с качеством зерна – средняя (r = 0,23–0,40). Урожайность и качество зерна сои и пшеницы сильно связаны с содержанием калия: урожайность (r = 0,78–0,89), содержание белка (r = 0,55–0,93), клейковины (r = 0,69). Это позволяет заключить, что обработка соломы деструктором «Микотоп» способствует повышению выноса элементов питания как из соломы, так и из удобрений, обеспечивает более высокие уровни содержания их в зерне злаковых и бобовых культур и способствует накоплению белка и клейковины, формированию более выполненного зерна.
Использование биодеструктора для разложения соломы рапса положительно отразилось на эффективности возделывания пшеницы (табл. 5). При значительном увеличении общих затрат чистый доход увеличился на 1,15–2,13 тыс. руб/га, а по инокулированной соломе на 2,87–3,58 тыс. руб/га. При этом уровень рентабельности повысился в 1,1–1,2 раза по вариантам с одной соломой, а по инокулированной – в 1,2–1,3 раза и достигал 36,8 % при внесении соломы 1,8 т/га + «Микотоп».
Таблица 4
Содержание основных элементов питания в семенах
Content of essential nutrients in seeds
|
Вариант |
Содержание в семенах сои, % |
Вариант |
Содержание в семенах пшеницы, % |
||||
|
N |
P |
K |
N |
P |
K |
||
|
Контроль (фон N78P26K26) |
5,80 |
0,70 |
2,12 |
Контроль (фон N75P26K26) |
2,47 |
0,42 |
0,52 |
|
Фон+солома 0,85 т/га |
6,52 |
0,71 |
2,15 |
Фон+солома 1,8 т/га |
2,57 |
0,44 |
0,57 |
|
Фон+солома 1,9 т/га |
6,88 |
0,77 |
2,32 |
Фон+солома 2,5 т/га |
2,46 |
0,42 |
0,56 |
|
Фон+солома 0,85 т/га + Микотоп |
6,50 |
0,87 |
2,46 |
Фон+солома 1,8 т/га + Микотоп |
2,94 |
0,42 |
0,76 |
|
Фон+солома 1,9 т/га + Микотоп |
6,95 |
0,80 |
2,37 |
Фон+солома 2,5 т/га + Микотоп |
2,88 |
0,42 |
0,65 |
|
НСР05 |
0,33 |
0,06 |
0,11 |
|
0,21 |
– |
0,09 |
Таблица 5
Экономическая эффективность внесения соломы рапса под яровую пшеницу
Economic efficiency of applying rapeseed straw under spring wheat
|
Вариант |
Общие затраты, тыс. руб/га |
Чистый доход, тыс. руб/га |
Рентабельность, % |
|
Контроль (фон N75P26K26) |
41,66 |
11,98 |
28,8 |
|
Фон+солома 1,8 т/га |
41,82 |
13,13 |
31,4 |
|
Фон+солома 2,5 т/га |
41,92 |
14,11 |
33,6 |
|
Фон+солома 1,8 т/га + Микотоп |
42,27 |
15,56 |
36,8 |
|
Фон+солома 2,5 т/га + Микотоп |
42,38 |
14,85 |
35,0 |
Урожайность яровой пшеницы, выращенной по деструктированной «Микотопом» соломе рапса, в проведенных нами исследованиях превышает значения прибавок ярового ячменя, полученных во Владимирской области при применении «Органит Стерн» в качестве деструкторов соломы озимой пшеницы [6]. В то время как при использовании «Триходермина» и «Стернифага» по соломе озимой пшеницы в Ставропольском крае получено дополнительно озимой пшеницы 0,65–0,75 т/га [3]. Указанное позволяет заключить, что действие деструкторов эффективно, но зависит от вида растений, сорта, влагообеспеченности и гидротермического режима, что подтверждают и другие исследователи [6–7, 11]. Влияние гидротермического режима отмечено и на процесс связывания азота микробной плазмой [13]. Данный фактор способен вызывать подавление процессов деструкции целлюлозных соединений и ограничивать доступность азота для растений, снижая эффективность биосинтеза растительной продукции.
Проведенные нами исследования сопровождались изучением эмиссии углерода, содержания лабильного гумуса, состава микробиома почвы, его участия в процессах разложения и гумификации соломы [12], активности почвенных ферментов, позволившим определить повышение содержания подвижного азота, фосфора и калия в почве при внесении соломы, увеличение их потребления и накопления в семенах сои и пшеницы. Это показывает влияние как одной соломы, так и обработанной «Микотопом» на более полное усвоение питательных веществ, вносимых с минеральными удобрениями, вовлеченными в круговорот элементов питания, содержащихся в соломе, что обеспечивает эффективность ресурсосберегающих почвозащитных технологий в земледелии.
Заключение. Таким образом, использование биодеструктора «Микотоп» для разложения соломы яровой пшеницы и рапса позволяет ускорить ее распад и вовлечение биогенных элементов как из соломы, так и из удобрений в биологический круговорот, повышает их вынос культурными растениями, что достоверно увеличивает их урожайность: на 7,5–12,3 % – урожайность сои и на 6,7–7,8 % – урожайность пшеницы. Вынос основных элементов питания возрастает в 1,1–1,2 раза, что отражается в повышении показателей качества зерна: по сое содержание белка увеличивается на 3,4–6,5 % и достигает 39,6 %, имеет сильную коррелятивную связь с содержанием NPK в зерне (r = 0,40–0,99); в зерне пшеницы содержание белка повышается на 2,4–2,7 %, клейковина на 1,1–2,0 %, которые также сильно зависели от включения биофильных элементов в биохимические процессы (r = 0,23–0,93).
Отмечено повышение экономического эффекта от использования биодеструктора «Микотоп» для инокуляции соломы пшеницы и рапса. Уровень рентабельности возделывания сои по соломе яровой пшеницы, инокулированной биодеструктором, возрастает на 13,2–20,7 %, а возделывания яровой пшеницы по соломе рапса – на 6,2–8,0 %.
Внедрение разработанных рекомендаций позволит получить следующие преимущества: повысить эффективность использования минеральных удобрений; ускорить разложение и вовлечение питательных веществ соломы, путем активизации роста почвенной микрофлоры и гумификации гумусовых веществ в почве; обеспечить конкуренцию почвенной микрофлоры с патогенами за счет угасания распространения грибов и усиление ферментативной активности.
Благодарность: авторы выражают благодарность Анатолию Николаевичу Иванову – главе КФХ «Иванов А.Н.» и специалистам хозяйства за предоставленную возможность и помощь в проведении исследований.
