УДК 631.81:631.84:633.11:633.16
Влияние применения биопрепаратов диазотрофов и азотного удобрения на продуктивность яровых зерновых культур
Алфёров А. А., кандидат сельскохозяйственных наук
Чернова Л. С., кандидат сельскохозяйственных наук
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д. Н. Прянишникова»
127550, Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 31а
E-mail: alferov72@yandex.ru
Цель данной работы — определить эффективность применения микробных препаратов, ассоциативных диазотрофов, при возделывании яровых пшеницы и ячменя на разных типах почв и фонах минерального питания. Эффективность биопрепаратов оценивали по результатам опытов, проведённых Географической сетью в европейской части России в 1996‒2016 годах. Учитывали результаты опытов на дерново-подзолистых, серых лесных и чернозёмных почвах разного гранулометрического состава. Эффективность инокуляции семян биопрепаратами «Ризоагрин» и «Флавобактерин» на фоне без азотных удобрений определялась типом почв. На чернозёмных почвах средневзвешенный рост продуктивности яровой пшеницы от применения биопрепаратов составлял 23%, ячменя — 12%. На серых лесных почвах положительное действие препаратов проявилось в росте продуктивности зерна на 14 и 11% соответственно. Применение ассоциативных азотфиксаторов при возделывании яровых зерновых на дерново-подзолистых почвах, имеющих по сравнению с чернозёмами и серыми лесными почвами более низкое содержание гумуса и обладающих невысокой микробиологической активностью, повышало продуктивность пшеницы на 13‒18%, ячменя — на 13‒19%. Вместе с тем эффективность биопрепаратов уступала действию азотного удобрения. Особенно это было заметно на дерново-подзолистых почвах, где применение N30 способствовало росту продуктивности яровой пшеницы на 20‒44%, ячменя — на 22‒57%. Действие биопрепаратов на зерновую продуктивность яровой пшеницы при применении N30 проявлялось наиболее сильно и устойчиво в лесолуговой (Нечернозёмной) зоне на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах в условиях достаточного обеспечения растений влагой: рост продуктивности достигал 10‒20%; на серых лесных почвах — 12%, на чернозёмах — 13%. В посевах ярового ячменя при внесении азотного удобрения на дерново-подзолистых почвах в условиях достаточного обеспечения растений влагой продуктивность от инокуляции биопрепаратами увеличивалась на 14‒23%, на серых лесных почвах и чернозёмах — соответственно на 9 и 11%. Применение «Ризоагрина» и «Флавобактерина» не оказывало существенного влияния на белковость зерна, но за счёт увеличения продуктивности способствовало росту сбора сырого белка пшеницы на 5‒24%, ячменя — на 9‒31%.
Ключевые слова: яровая пшеница, яровой ячмень, продуктивность, белок зерна, азотное удобрение, «Ризоагрин», «Флавобактерин», ассоциативная азотфиксация.
В современных условиях развития отечественного сельского хозяйства особую актуальность приобретает комплексное использование традиционных средств химизации, в том числе промышленных минеральных удобрений, с микробиологическими препаратами. Применение ризосферных микроорганизмов, увеличение использования фиксированного диазотрофными бактериями биологического азота при выращивании зерновых культур имеет особое значение не только для устранения дефицита азота в питании растений и рационального природопользования, но и для повышения их продуктивности и получения качественного зерна на пищевые и кормовые цели (Завалин, 2005).
Несомненные успехи микробиологов позволили создать ряд биопрепаратов на основе ассоциативных диазотрофов, применение которых только на яровых зерновых культурах повышает урожайность зерна на 8‒45% (Завалин, 2005; Алметов и др., 2013). Вместе с тем пока нет повсеместного использования сельскохозяйственными товаропроизводителями микробиологических препаратов для фиксации азота. Их применение в сельском хозяйстве остаётся на низком уровне. Причина, по-видимому, кроется в недооценке практической значимости микроорганизмов в азотфиксации, а также в недостаточной изученности многих физиолого-биохимических и генетических особенностей процесса азотфиксации (Тихонович и др., 2011; Ilyas et al., 2010).
Цель данной работы — определить эффективность применения микробных препаратов, ассоциативных диазотрофов, при возделывании яровых зерновых культур (пшеницы, ячменя) на разных типах почв и фонах минерального питания.
Методика исследований. Эффективность биопрепаратов диазотрофов оценивали по результатам опытов, проведённых Географической сетью в европейской части России в 1996‒2016 годах с яровыми пшеницей и ячменём. Учитывали результаты опытов на дерново-подзолистых (песчаных, супесчаных — 7 опытов, легкосуглинистых — 11, среднесуглинистых — 16), серых лесных (10 опытов) и чернозёмных почвах (10 опытов) разного гранулометрического состава (Завалин и др., 2003; 2009; Завалин, 2005; Тарасов, 2005; Безгодова, 2009; Никитин, 2017).
Проведение опытов, учёт урожая, определение химического состава зерна пшеницы и ячменя, агрохимических свойств почв осуществлялось по общепринятым методикам. В работах, в которых не приведены данные по содержанию азота в урожае, показатели взяты из нормативных справочных материалов (Нормативы выноса элементов питания сельскохозяйственными культурами, 1991). Схема опытов: 1. Р30‒90К30‒90 (фон); 2. фон + N30; 3. фон + биопрепарат; 4. фон + N30 + биопрепарат. Доза азотного удобрения — 30 кг/га д.в. Фоном в опытах было применение суперфосфата двойного и хлористого калия в дозах эквивалентных Р30‒90 и К30‒90 соответственно. Семена пшеницы и ячменя обрабатывали биопрепаратами «Ризоагрин» или «Флавобактерин», изготовленными ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Завалин, 2005).
Результаты исследований. В полевых опытах с яровыми пшеницей и ячменём установлено, что эффективность инокуляции семян биопрепаратами «Ризоагрин», «Флавобактерин» на фоне без азотных удобрений определялась типом почв. На чернозёмных почвах, характеризующихся высоким уровнем естественного плодородия, средневзвешенный рост продуктивности яровой пшеницы от применения биопрепаратов составлял 23%, ячменя — 12% (табл. 1). На серых лесных почвах положительное действие препаратов на основе ризосферных диазотрофов проявилось в росте продуктивности зерна на 14 и 11% соответственно. Применение биопрепаратов, ассоциативных азотфиксаторов, при возделывании яровых зерновых на дерново-подзолистых почвах, имеющих по сравнению чернозёмами и серыми лесными почвами более низкое содержание гумуса и обладающих невысокой микробиологической активностью, повышало продуктивность пшеницы на 13‒18%, ячменя — на 13‒19%. Вместе с тем эффективность биопрепаратов уступала действию азотного удобрения. Особенно это было заметно на дерново-подзолистых почвах, где применение N30 способствовало росту продуктивности яровой пшеницы на 20‒44%, ячменя — на 22‒57%.
Действие биопрепаратов на зерновую продуктивность яровой пшеницы при применении N30 проявлялось наиболее сильно и устойчиво в лесолуговой (Нечернозёмной) зоне на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах в условиях достаточного обеспечения растений влагой: рост продуктивности достигал 10‒20%; на серых лесных почвах — 12%, на чернозёмах — 13%. В посевах ярового ячменя при внесении азотного удобрения на дерново-подзолистых почвах в условиях достаточного обеспечения растений влагой продуктивность от инокуляции биопрепаратами увеличивалась на 14‒23%, на серых лесных почвах и чернозёмах — соответственно на 9 и 11%.
1. Продуктивность яровых пшеницы и ячменя от инокуляции биопрепаратами ассоциативных азотфиксаторов
| Почвы | Продуктивность*, т/га корм. ед. | Прибавка от инокуляции, т/га корм. ед. | ||||||
| пшеница | ячмень | пшеница | ячмень | |||||
| РК | NРК | РК | NРК | РК | NРК | РК | NРК | |
| Дерново-подзолистые песчаные, супесчаные | 2,10 | 2,54 | 1,17 | 1,85 | 0,38 | 0,48 | 0,22 | 0,32 |
| Дерново-подзолистые легкосуглинистые | 2,12 | 3,07 | 1,77 | 2,29 | 0,25 | 0,60 | 0,30 | 0,54 |
| Дерново-подзолистые среднесуглинистые | 2,22 | 2,72 | 2,04 | 2,51 | 0,29 | 0,25 | 0,26 | 0,36 |
| Серые лесные | 2,50 | 2,82 | 2,42 | 2,67 | 0,34 | 0,36 | 0,26 | 0,23 |
| Чернозёмы | 3,09 | 3,43 | 2,82 | 3,06 | 0,72 | 0,44 | 0,35 | 0,32 |
Примечание: * — продуктивность рассчитана по зерну.
Яровые пшеница и ячмень имеют важное кормовое, продовольственное и техническое значение. Их использование определяется качеством зерна (содержанием и качеством белка, крахмала). Содержание сырого белка в зерне зерновых культур является изменчивым признаком и в зависимости от условий выращивания может варьироваться в очень широких пределах. При отсутствии азотных удобрений белковость зерна яровой пшеницы находилась в пределах 8,4‒13,7%, ячменя — 9,3‒11,8% и определялась плодородием почвы (табл. 2), которое зависит от типа почв.
По содержанию сырого белка в зерне яровых зерновых культур почвы европейской части России располагаются в порядке убывания следующим образом: чернозёмные почвы > серые лесные > дерново-подзолистые. В группе дерново-подзолистых почв белковость зерна пшеницы и ячменя уменьшалась от среднесуглинистых почв к песчаным и супеси. На фоне применения только РК-удобрений содержание белка в зерне ячменя и пшеницы определялось запасами доступного азота почвы и связано с гумусированностью почвы (Завалин и др., 2016). Увеличение гумусированности от дерново-подзолистых к чернозёмным почвам способствовало росту продуктивности зерновых культур и наряду с увеличением белковости зерна способствовало повышению сбора сырого белка: у яровой пшеницы — с 0,14 до 0,33 т/га, у ячменя — с 0,10 до 0,34 т/га.
2. Содержание в зерне и сбор сырого белка
| Почвы | Пшеница | Ячмень | ||||||
| РК | РК + биопрепараты | NРК | NРК + биопрепараты | РК | РК + биопрепараты | NРК | NРК + биопрепараты | |
| Дерново-подзолистые песчаные, супесчаные | 8,4 0,14 | 8,6 0,17 | 9,8 0,20 | 9,4 0,22 | 9,3 0,10 | 9,4 0,11 | 9,1 0,15 | 9,4 0,18 |
| Дерново-подзолистые легкосуглинистые | 11,3 0,19 | 10,8 0,20 | 11,6 0,28 | 11,2 0,32 | 9,9 0,15 | 10,4 0,19 | 11,2 0,22 | 11,6 0,29 |
| Дерново-подзолистые среднесуглинистые | 12,5 0,22 | 13,0 0,26 | 13,2 0,28 | 13,3 0,31 | 10,0 0,18 | 10,4 0,21 | 11,5 0,25 | 11,6 0,29 |
| Серые лесные | 12,8 0,25 | 12,8 0,29 | 12,9 0,29 | 13,0 0,33 | 10,4 0,22 | 10,5 0,24 | 11,0 0,26 | 11,3 0,28 |
| Чернозёмы | 13,7 0,33 | 13,8 0,41 | 13,8 0,37 | 14,3 0,44 | 11,8 0,29 | 12,3 0,34 | 13,0 0,35 | 12,9 0,38 |
Примечание: в числителе — содержание сырого белка в зерне (%), в знаменателе — сбор сырого белка (т/га).
Содержание белка в зерне возрастало при внесении под ячмень и пшеницу на РК-фоне N30 в результате улучшения условий азотного питания, однако это наблюдалось не на всех типах почв. Увеличение белковости зерна пшеницы при применении азотного удобрения наблюдалось только на дерново-подзолистых почвах на 0,3‒1,4%. По сравнению с пшеницей ячмень имеет более короткий вегетационный период, что отражается на питании растений; ячмень более требователен к почвенным условиям и обеспеченности азотом (Неттевич и др., 1981; Штырхунов и др., 2010; Ваулин, 2013). Применение азотных удобрений при возделывании ячменя на дерново-подзолистых суглинистых почвах повышало содержание белка на 1,3‒1,5%, на серых лесных почвах — на 0,6%, на чернозёмах — на 1,2%.
Инокуляция семян яровых зерновых биопрепаратами ассоциативных диазотрофов не оказывала существенного влияния на белковость зерна. На отдельных почвенных разностях (дерново-подзолистых суглинистых и чернозёмных почвах) наблюдалась тенденция роста данного показатели у ячменя в вариантах, где высевали инокулированные семена.
Содержание и сбор белка с единицы площади являются важными характеристиками эффективности применяемых удобрений. Наибольший сбор белка с 1 га как у пшеницы, так и у ячменя наблюдался на чернозёмных почвах — 0,33 и 0,29 т соответственно. На серых лесных и дерново-подзолистых почвах сбор белка по сравнению с чернозёмами был на 25‒63% меньше. Существенное влияние на выход белка с 1 га оказывали азотные удобрения. При внесении N30 сбор белка у пшеницы на дерново-подзолистых почвах возрастал на 27‒47%, на серых лесных и чернозёмных почвах — на 12‒16%. Сбор белка у ячменя при применении N30 на дерново-подзолистых почвах возрастал на 39‒50%, на серых лесных и чернозёмных почвах — на 18‒20%.
Улучшение азотного питания при применении ассоциативных азотфиксаторов способствовало росту продуктивности зерна яровых зерновых культур и, как следствие, повышению сбора сырого белка на всех типах почв. Увеличение сбора сырого белка пшеницы за счёт инокуляции семян биопрепаратами на РК-фоне на дерново-подзолистых почвах составляло 5‒21%, на серых лесных — 16%, на чернозёмных почвах — 24%. На NРК-фоне сбор белка от применения биопрепаратов возрастал соответственно на 10‒14, 14 и 19%. Повышение сбора белка у ячменя при посеве инокулированными семенами на РК-фоне составляло 9‒27%, на NРК-фоне — 9‒31%.
Заключение. Эффективность инокуляции семян биопрепаратами «Ризоагрин», «Флавобактерин» определялась типом почв. На чернозёмах, характеризующихся высоким уровнем естественного плодородия, она выше, чем на серых лесных и дерново-подзолистых почвах. В результате улучшения азотного питания растений при инокуляции семян яровых зерновых культур биопрепаратами ассоциативных азотфиксаторов продуктивность пшеницы увеличивалась на 0,25‒0,72 т/га корм. ед. (на 13‒23%), ячменя — на 0,22‒0,54 т/га корм. ед. (на 11‒19%). Однако эффективность биопрепаратов уступала действию азотного удобрения. Особенно это заметно на дерново-подзолистых почвах, где применение N30 способствовало росту продуктивности яровой пшеницы на 20‒44%, ячменя — на 22‒57%. Применение «Ризоагрина» и «Флавобактерина» не оказывало существенного влияния на белковость зерна, но за счёт увеличения продуктивности способствовало росту сбора сырого белка у пшеницы на 5‒24%, у ячменя — на 9‒31%.
Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ 18-016-00200.
Литература
1. Алметов Н. С. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от предшественников, удобрений и биопрепаратов / Н. С. Алметов, Н. В. Горячкин // Вестник Марийского государственного университета. — 2013. — № 11. — С.7‒9.
2. Безгодова И. Л. Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на урожайность и качество ячменя и гороха в одновидовых и смешанных посевах на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве на Северо-Западе РФ: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.04. — СПб–Пушкин, 2009. — 20 с.
3. Ваулин А. В. Оптимизация азотного питания ячменя при внедрении точного земледелия / А. В. Ваулин // Агрохимический вестник. — 2013. — № 1. — С.15‒16.
4. Действие удобрений и биопрепаратов на продуктивность сортов ячменя / А. А. Завалин, Т. М. Духанина, Х. А. Хусайнов, О. А. Ляличкин, В. А. Соколов, А. Л. Тарасов, С. И. Новосёлов, М. А. Евдокимова // Агрохимия. — 2003. — № 1. — С.30‒37.
5. Завалин А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А. А. Завалин. — М.: Издательство ВНИИА, 2005. — 302 с.
6. Завалин А. А. Применение биопрепаратов и биологический азот в земледелии Нечерноземья / А. А. Завалин, Н. С. Алметов. — М.: Издательство ВНИИА, 2009. — 152 с.
7. Завалин А. А. Потоки азота в агроэкосистеме: от идей Д. Н. Прянишникова до наших дней / А. А. Завалин, О. А. Соколов. — М.: ВНИИА, 2016. — 591 с.
8. Неттевич Э. Д. Выращивание пивоваренного ячменя / Э. Д. Неттевич, З. Ф. Аниканова, Л. М. Романова. — М.: Колос, 1981. — 207 с.
9. Никитин С. Н. Оценка эффективности применения удобрений, биопрепаратов и диатомита в лесостепи Среднего Поволжья / С. Н. Никитин. — Ульяновск: УлГТУ, 2017. — 316 с.
10. Нормативы выноса элементов питания сельскохозяйственными культурами. — М.: ЦИНАО, 1991. — 66 с.
11. Тарасов А. Л. Влияние азотного удобрения и биопрепаратов на продуктивность сортов ячменя в условиях Верхневолжья: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.09 и 06.01.04. — Немчиновка, 2005. — 21 с.
12. Тихонович И. А. Сельскохозяйственная микробиология как основа экологически устойчивого агропроизводства: фундаментальные и прикладные аспекты / И. А. Тихонович, Н. А. Проворов // Сельскохозяйственная биология. — 2011. — № 3. — С.3‒9.
13. Яровой ячмень: технология возделывания в Центральном районе Нечернозёмной зоны РФ / В. Д. Штырхунов, А. В. Останина, П. М. Политыко и др. — М.: Издательство РГАУ‒МСХА им. К. А. Тимирязева, 2010. — 142 с.
14. Ilyas N. Azospirillum strains isolated from roots and rhizosphere soil of wheat (Triticum aestivum L.) grown under different soil moisture conditions / N. Ilyas, A. Bano // Biology and Fertility of Soils. — 2010. — Vol. 46. — P.393‒406.
Effect of diazotroph preparations and nitrogen fertilizers on productivity of spring gramineous
Alferov A. A., PhD Agr. Sc.
Chernova L. S., PhD Agr. Sc.
The All-Russian Research Institute of Agrochemistry n. a. D. N. Pryanishnikov
127550, Russia, Moscow, Pryanishnikova str., 31a
E-mail: alferov72@yandex.ru
The research tested influence of associative diazotroph on spring wheat and barley on sod-podzolic, grey forest and chernozem soils of different texture under various mineral nutrition. Soil type influenced the effectiveness of seed inoculation with preparations “Rizoagrin” and “Flavobakterin” on the nitrogen-free background. Biopreparations provided weighted mean increase in wheat productivity of 23% on chernozem, barley — 12%. Increase in grain yield made up 14 and 11%, respectively on grey forest soil. Application of nitrogen-fixing microorganisms improved productivity of wheat by 13‒18% on sod-podzolic soil that had low humus content and microbial activity, compared to chernozem or grey forest soils, barley — by 13‒19%. Nitrogen fertilization exceeded biopreparation effectiveness. Application of N30 on sod-podzolic soil increased yield of wheat by 20‒44%, barley — by 22‒57%. Strong and stable biopreparation effect on wheat productivity happened on sod-podzolic soil on the background of N30 under sufficient water content: yield increase reached 10‒20%; on grey forest soil — 12%, chernozem — 13%. For barley yield increases made up 14‒23, 9 and 11%, respectively. “Rizoagrin” and “Flavobakterin” had no significant influence on protein content in grain but improved crude protein yield of wheat by 5‒24% and barley — by 9‒31% due to higher grain productivity.
Keywords: spring wheat, barley, productivity, grain protein, nitrogen fertilizer, “Rizoagrin”, “Flavobakterin”, associative nitrogen fixation.
References
1. Almetov N. S. Urozhaynost i kachestvo zerna yarovoy pshenitsy v zavisimosti ot predshestvennikov, udobreniy i biopreparatov / N. S. Almetov, N. V. Goryachkin // Vestnik Mariyskogo gosudarstvennogo universiteta. — 2013. — No. 11. — P.7‒9.
2. Bezgodova I. L. Vliyanie mineralnykh udobreniy i biopreparatov na urozhaynost i kachestvo yachmenya i gorokha v odnovidovykh i smeshannykh posevakh na dernovo-podzolistoy srednesuglinistoy pochve na Severo-Zapade RF: avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk: 06.01.04. — St. Petersburg–Pushkin, 2009. — 20 p.
3. Vaulin A. V. Optimizatsiya azotnogo pitaniya yachmenya pri vnedrenii tochnogo zemledeliya / A. V. Vaulin // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2013. — No. 1. — P.15‒16.
4. Deystvie udobreniy i biopreparatov na produktivnost sortov yachmenya / A. A. Zavalin, T. M. Dukhanina, Kh. A. Khusaynov, O. A. Lyalichkin, V. A. Sokolov, A. L. Tarasov, S. I. Novoselov, M. A. Evdokimova // Agrokhimiya. — 2003. — No. 1. — P.30‒37.
5. Zavalin A. A. Biopreparaty, udobreniya i urozhay / A. A. Zavalin. — Moscow: Izdatelstvo VNIIA, 2005. — 302 p.
6. Zavalin A. A. Primenenie biopreparatov i biologicheskiy azot v zemledelii Nechernozemya / A. A. Zavalin, N. S. Almetov. — Moscow: Izdatelstvo VNIIA, 2009. — 152 p.
7. Zavalin A. A. Potoki azota v agroekosisteme: ot idey D. N. Pryanishnikova do nashikh dney / A. A. Zavalin, O. A. Sokolov. — Moscow: VNIIA, 2016. — 591 p.
8. Nettevich E. D. Vyrashchivanie pivovarennogo yachmenya / E. D. Nettevich, Z. F. Anikanova, L. M. Romanova. — Moscow: Kolos, 1981. — 207 p.
9. Nikitin S. N. Otsenka effektivnosti primeneniya udobreniy, biopreparatov i diatomita v lesostepi Srednego Povolzhya / S. N. Nikitin. — Ulyanovsk: UlGTU, 2017. — 316 p.
10. Normativy vynosa elementov pitaniya selskokhozyaystvennymi kulturami. — Moscow: TsINAO, 1991. — 66 p.
11. Tarasov A. L. Vliyanie azotnogo udobreniya i biopreparatov na produktivnost sortov yachmenya v usloviyakh Verkhnevolzhya: avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk: 06.01.09 i 06.01.04. — Nemchinovka, 2005. — 21 p.
12. Tikhonovich I. A. Selskokhozyaystvennaya mikrobiologiya kak osnova ekologicheski ustoychivogo agroproizvodstva: fundamentalnye i prikladnye aspekty / I. A. Tikhonovich, N. A. Provorov // Selskokhozyaystvennaya biologiya. — 2011. — No. 3. — P.3‒9.
13. Yarovoy yachmen: tekhnologiya vozdelyvaniya v Tsentralnom rayone Nechernozemnoy zony RF / V. D. Shtyrkhunov, A. V. Ostanina, P. M. Polityko et al. — Moscow: Izdatelstvo RGAU‒MSKhA im. K. A. Timiryazeva, 2010. — 142 p.
14. Ilyas N. Azospirillum strains isolated from roots and rhizosphere soil of wheat (Triticum aestivum L.) grown under different soil moisture conditions / N. Ilyas, A. Bano // Biology and Fertility of Soils. — 2010. — Vol. 46. — P.393‒406.