Effect of preparations on microbiological activity of soil and yield of spring wheat depending on weather conditions

Full Text

В последнее десятилетие отмечаются резкие различия в метеорологических условиях по годам вегетации сельскохозяйственных культур, которые сильно влияют на формирование урожая и качество продукции в различных субъектах Российской Федерации и за ее пределами. Особенно нестабильными погодными условиями характеризуется Нечерноземная зона РФ, поэтому урожайность и качество выращиваемых культур имеют значительную вариабельность. У яровой пшеницы наиболее подвержены влиянию внешних факторов стекловидность эндосперма, накопление сырой клейковины в зерне и ее качество, при этом меньше всего изменяется натура и масса 1000 зерен. [9]

В условиях лесостепи Среднего Поволжья (Пензенская обл.) на формирование урожайности яровой пшеницы воздействуют погодные условия июня, а качественные показатели зерна зависят от температурного режима и количества атмосферных осадков во второй половине вегетации. Выявлены положительные корреляционные связи урожайности со среднесуточной температурой воздуха, количеством атмосферных осадков и гидротермическим коэффициентом (ГТК), а также между содержанием белка в зерне и температурой воздуха. Отмечены слабые отрицательные связи у качественных характеристик зерна и ГТК. [4] В длительных полевых опытах (средний Урал) прослеживается средняя положительная зависимость урожая яровой пшеницы от ГТК за май-июль, наибольшая – урожая от обеспеченности осадками в летний период. [8]

Исследователи установили, что высокие температуры способствуют увеличению выхода муки и содержания клейковины, низкие – числа падения и массы 1000 зерен. [13] При дефиците почвенной влаги растет содержание белка в зерне, повышенной влажности – число падения и качество клейковины.

Для снятия внешних абиотических факторов применяют препараты различного класса – на основе солей гуминовых кислот (гуматы), штаммов микроорганизмов (бактериальные), гормонов роста, а также препараты, содержащие комплекс биологически активных веществ, обладающих стимулирующим действием на растения. [6] Они могут положительно влиять на культурные растения, включая сложный физиологический механизм, давая клеткам возможность реализовывать дополнительную энергию. Росту и развитию растений благоприятствуют некорневые подкормки и предпосевная обработка семян.

Четырехлетние испытания (2016–2019 годы) по листовым подкормкам регуляторами роста яровой пшеницы сорта Дар Черноземья в условиях Белгородской области показали рентабельность их применения. Исследователями отмечено, что в засушливых и стрессовых условиях вегетации урожайность культуры была меньшей, чем в годы с хорошим климатом, но с применением регуляторов роста наблюдали достоверно большую прибавку урожая, по сравнению с контролем. [7]

Существенное влияние на урожайность культур оказывают погодные условия в межфазный период посев-всходы, поэтому требуется предпосевная обработка семян. Препарат Вигор Форте и Биопрепарат (патент № 2463759) повышали засухоустойчивость ярового ячменя в период всходов, прирост урожая, по сравнению с контролем – 18…21%. [10]

Положительное воздействие препаратов складывается из стимуляции развития растений и активизации почвенных процессов (биохимические, микробиологические). [2, 3] Усиление микробиологических процессов в почве ослабляет влияние антропогенных факторов. [14] Исследования, проведенные в ФГБНУ «ФРАНЦ», показали, что обработка посевов озимой пшеницы гуминовым препаратом BIO-Дон увеличила биологическую активность ризосферной зоны растений и сняла токсический эффект от применения гербицидов. Прибавка урожайности – 4…13 ц/га в разные годы исследований в зависимости от погодных условий. [5] В другом опыте двукратная обработка растений озимой пшеницы препаратом BIO-Дон стимулировала рост численности почвенной микрофлоры на 150%, по сравнению с контролем. [1]

Цель работы – изучение влияния препаратов различной природы на микробиологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы при нестабильных погодных условиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили на агрополигоне Губино ВНИИМЗ (филиал ФИЦ «Почвенный институт имени В.В. Докучаева», Тверская обл.) в 2020–2022 годах. Почва – дерново-подзолистая легкосуглинистая, среднекислая (рН_KCl – 4,6…4,8%), с низким обеспечением гумуса (2,1…2,3%), высоким содержанием фосфора (210…244 мг/кг) и калия (225…250 мг/кг) по Кирсанову. Удобрение вносили общим фоном в дозе N₃₀Р₃₀К₃₀, технология возделывания яровой пшеницы – общепринятая в Тверском регионе.

Исследовали два препарата, разработанные во ВНИИМЗ. [12] Биопрепарат микробной природы (БП) получен из продукта ферментации торфонавозной смеси, характеризуется высоким содержанием агрономически значимых групп микроорганизмов (аммонифицирующие, амилолитические, фосфатмобилизующие, автохтонные, целлюлозоразрушающие и другие) – не менее 10⁸ КОЕ/мл, наличием макро- и микроэлементов, биологически активных веществ (ферменты, сахара, витамины, гуминовые кислоты). Гуминовый препарат (ГП) получен из отхода при изготовлении БП и характеризуется благоприятным уровнем кислотности (рН – не более 8,5), содержанием гуминовых кислот – не менее 10 г/л и агрономически значимой микрофлорой – не менее 10⁵ КОЕ/мл.

Препараты применяли для обработки семян (ОС) яровой пшеницы перед посевом (20 л рабочего раствора ГП или БП 1%-й концентрации на 1 т семян), некорневых обработок растений (ОР) пшеницы в фазах кущения и колошения (ГП – 1 л/га, БП – 3 л/га, норма расхода рабочих растворов – 300 л/га) или при совмещении указанных приемов. Повторность – четырехкратная, расположение делянок систематизированное. Общая площадь делянки – 45, учетная – 24 м².

Для проведения микробиологических анализов почву отбирали на глубине 0…20 см трижды за сезон (кущение, колошение и восковая спелость). Учитывали доминирующие для дерново-подзолистой почвы агрополигона Губино микроорганизмы, численность которых определяли методом предельных разведений на твердых питательных средах: аммонифицирующие – на мясопептонном агаре (МПА), амилолитические – крахмало-амиачном (КАА), мобилизующие органофосфаты – питательной среде Менкиной. В статье представлена суммарная численность указанных микроорганизмов.

Метеоусловия оценивали по ГТК, принимая во внимание, что его значение больше 1,6 соответствует зоне избыточного увлажнения, 1,6…1,3 – оптимальной по влажности, 1,3…1,0 – недостаточного увлажнения, 1,0…0,7 – засушливой, 0,7…0,4 – очень засушливой, 0,4 и меньше – сухой.

Экспериментальные данные статистически обрабатывали с помощью компьютерных программ Microsoft Exсel 2019, STATGRAPHICS Centurion XVI.II.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Рост и развитие яровой пшеницы зависят от погодных условий, плодородия и биологической активности почвы, применяемых удобрений и препаратов. Перечисленные факторы находятся в тесной взаимосвязи друг с другом.

Годы исследований сильно различались между собой по температурному режиму и количеству выпавших осадков, о чем можно судить по ГТК в среднем за период вегетации яровой пшеницы: 2020 – избыточно увлажненный, 2021 – засушливый, 2022 – оптимальный (табл. 1). Метеоусловия сказались на эффективности действия удобрений и препаратов, численности почвенной микрофлоры, росте и развитии растений и урожайности.

 

Таблица 1. Гидротермический коэффициент в вегетационные периоды яровой пшеницы по годам

Месяц	2020	2021	2022
Май	2,85	0,22	2,39
Июнь	1,52	1,73	1,24
Июль	3,08	0,36	1,40
Август	1,71	1,11	0,83
Среднее	2,29	0,86	1,47

 

Тепло- и влагообеспеченность посевов, активность почвенной биоты играют определяющую роль в формировании будущего урожая. Некорневые обработки растений различными препаратами для стимуляции их роста и развития осуществляют в фазы кущения и колошения, поскольку в это время закладываются репродуктивные органы.

Первый микробиологический анализ проводили в фазе кущения перед первой некорневой обработкой растений. На этом этапе можно оценить влияние препаратов только в случае обработки семян пшеницы, в связи с чем значения численности исследуемой микрофлоры были усреднены между вариантами с обраткой и без обработки семян.

Несмотря на высокие значения ГТК в мае 2020 и 2022 годов, влагообеспеченность почвы к началу кущения яровой пшеницы (III декада) достигала 70…75% ППВ, что благоприятно отразилось на активности почвенных микроорганизмов. Наблюдали статистически значимое увеличение численности микроорганизмов в вариантах с обработкой семян препаратами, по сравнению с контролем: 2020 год – на 25,4 (ГП) и 53,3% (БП), 2022 – 51,8 и 43,9% соответственно (табл. 2).

 

Таблица 2. Суммарная численность исследуемых почвенных микроорганизмов в фазе кущения яровой пшеницы по годам, (млн/г)

Вариант	2020	2021	2022	Среднее
NPK (фон) без ОС	48,0 ± 3,1	26,4 ± 1,8	35,3 ± 3,0	36,6
Фон + ОС ГП	60,2 ± 6,2	31,3 ± 2,5	53,6 ± 2,6	48,4
Фон + ОС БП	73,6 ± 5,1	28,0 ± 2,4	50,8 ± 4,7	50,8

 

В 2021 году после посева яровой пшеницы и до начала июня отсутствовали атмосферные осадки, температура воздуха была выше нормы на 3…6°С, что повлияло на влагообеспеченность почвы в фазе кущения (32% ППВ). В результате численность микроорганизмов была существенно ниже, по сравнению с другими годами, а статистически значимое ее увеличение (на 18,6%) выявлено в результате обработки семян гуминовым препаратом (табл. 2). В среднем за три года установлено, что обработка семян яровой пшеницы ГП и БП увеличивала численность исследуемых микроорганизмов на статистически значимые величины, по сравнению с контрольным вариантом, при этом достоверной разницы между значениями в вариантах с применением препаратов не отмечали.

Второй микробиологический анализ провели в фазе колошения перед второй некорневой обработкой. Этот период в разные годы очень отличался по метеоусловиям. В 2020 году частые и обильные дожди переувлажняли почву, создавали анаэробные условия для почвенных микроорганизмов, 2021 – жаркая (выше нормы на 4…6°С) погода без дождей привела к недостатку почвенной влаги, 2022 – наблюдали чередование жарких и прохладных периодов, кратковременные дожди. Почвенные микроорганизмы активно отзывались на сложившиеся условия и их численность можно представить уменьшающейся по годам – 2022>2020>2021.

В фазе колошения при обработке семян отмечен статистически значимый, но более слабый, чем при кущении эффект: в среднем за три года рост численности почвенных микроорганизмов с использованием гуминового препарата – 21,6%, биопрепарата – 23,5%. Первая некорневая обработка растений ГП и БП существенно не повлияла на изменение численности микрофлоры.

Деятельность почвенных микроорганизмов в комплексе с другими важными факторами определяет рост и развитие растений, влияет на формирование урожая, а также считается одним из слагаемых почвенного плодородия. К фазе полной спелости пшеницы в годы исследований почва отличалась оптимальной влагообеспеченностью, численность почвенной микрофлоры была высокой (табл. 3).

 

Таблица 3. Суммарная численность исследуемых почвенных микроорганизмов при выращивании яровой пшеницы по годам

Вариант	2020		2021		2022
	млн/г	+ к контролю, %	млн/г	+ к контролю, %	млн/г	+ к контролю, %
NPK (фон) – контроль	42,5 ± 2,1	–	22,6 ± 1,5	–	39,9 ± 2,8	–
Фон + ОР ГП	54,8 ± 4,2	28,9	36,0 ± 2,8	59,3	56,5 ± 4,4	41,6
Фон + ОС ГП	50,4 ± 4,8	18,6	40,5 ± 3,6	79,2	53,0 ± 5,4	32,8
Фон + (ОС+ОР) ГП	62,7 ± 5,3	47,5	43,9 ± 4,0	94,2	55,0 ± 3,1	37,8
Фон + ОР БП	64,1 ± 5,7	50,8	27,3 ± 2,1	20,8	52,8 ± 3,2	32,3
Фон + ОС БП	68,2 ± 4,2	60,5	29,9 ± 2,5	32,3	58,9 ± 3,0	47,6
Фон + (ОС+ОР) БП	78,5 ± 5,1	84,7	32,4 ± 2,5	43,4	63,4 ± 4,6	58,9

 

Применение гуминового препарата наиболее эффективно в засушливом 2021 году – максимальное увеличение численности микроорганизмов при любом технологическом приеме его использования (прибавка – 59,3…94,2%). Это можно объяснить действием гуминовых веществ, которые способны снижать негативное влияние абиотических факторов. [11]

БП положительно повлиял на почвенную микробиоту в избыточно увлажненном 2020 году, в засушливом 2021 – отрицательно, поскольку различные физиологические группы микроорганизмов, входящие в его состав, наряду с аборигенной микрофлорой, плохо переносили высокую температуру воздуха и недостаток почвенной влаги.

Урожай яровой пшеницы в 2020 и 2021 годах находился в статистически значимой (р < 0,05) взаимосвязи со средней численностью микроорганизмов – коэффициенты корреляции (r) – 0,85 и 0,97 соответственно. В 2022 году взаимосвязь между указанными показателями не достигала значимого уровня достоверности (r = 0,74, р > 0,05).

Наименьший урожай яровой пшеницы получили в 2021 году (табл. 4). Несмотря на это, эффект от гуминового препарата был высокий, причем предпосевная обработка семян и некорневая обработка растений показали близкий результат – прибавка урожая, по отношению к контрольному варианту, составила 13,0 и 13,9% соответственно, максимальная – от совмещения приемов (17,3%).

 

Таблица 4. Урожайность яровой пшеницы по годам

Вариант	2020		2021		2022		Среднее
	т/га	прибавка к контролю, %	т/га	прибавка к контролю, %	т/га	прибавка к контролю, %	т/га	прибавка к контролю, %
NPK (фон) – контроль	2,80	–	2,31	–	2,92	–	2,68	–
Фон + НО ГП	3,01	7,5	2,63	13,9	3,19	9,2	2,94	9,7
Фон + ОС ГП	3,06	9,3	2,61	13,0	3,12	6,8	2,93	9,3
Фон + (ОС+НО) ГП	3,03	8,2	2,71	17,3	3,24	11,0	2,99	11,6
Фон + НО БП	3,04	8,6	2,45	6,1	3,10	6,2	2,86	6,7
Фон + ОС БП	3,10	10,7	2,43	5,2	3,08	5,5	2,87	7,1
Фон + (ОС+НО) БП	3,22	15,0	2,50	8,2	3,16	8,2	2,96	10,4
НСР05	0,22		0,26		0,18

 

Эффективное применение БП во все годы исследований было в случае предпосевной обработки семян с последующими некорневыми обработками растений, при этом максимальная прибавка урожая (15%), по отношению к контролю, достигнута в избыточно увлажненном 2020 году.

В среднем за три года некорневая обработка растений и предпосевная семян способствовали практически одинаковой прибавке урожая как в случае использования ГП, так и БП. Наиболее эффективно было совмещать указанные приемы, при этом существенной разницы между препаратами не обнаружили. Аналогичные результаты получены и по численности микрофлоры в среднем за три года при кущении растений, что подтверждает значимость этой фазы в формировании урожая.

Выводы. По результатам трехлетних полевых экспериментов показана причинно-следственная взаимосвязь между метеоусловиями, влиянием препаратов разной природы и приемами их внесения, численностью почвенной микрофлоры и урожаем яровой пшеницы. Гуминовый препарат проявил наибольшую эффективность в засушливый год, активизируя почвенную микрофлору на 59,3…94,2% и увеличив урожай от 13 до 17,3% в зависимости от способа использования. Биопрепарат был наиболее эффективен в год избыточного увлажнения – численность микроорганизмов, по сравнению с контрольным вариантом, выросла на 50,8…84,7% в зависимости от технологического приема применения препарата, максимальная прибавка (15%) зафиксирована от совмещения приемов обработки семян и растений.

About the authors

N. V. Fomicheva

FRC “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”

Author for correspondence.
Email: vniimz@list.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Moscow

Yu. D. Smirnova

FRC “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”

Email: vniimz@list.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Moscow

G. Yu. Rabinovich

FRC “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”

Email: vniimz@list.ru

Grand PhD in Biological Sciences, Professor

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files