Оздоровление почвы на примере хозяйства в Самарской области

Под влиянием ферментов различных групп микроорганизмом органика проходит сложный путь биохимических превращений до стадии частичной или полной минерализации. Проблема деградации почвы не первое десятилетие остается одной из доминирующих в агропроизводстве, которая все более возрастает и выходит далеко за рамки биологии и сельского хозяйства. Вследствие применения пестицидов и минеральных удобрений, причинно-следственных связей достаточно для ухудшения качества сельскохозяйственной продукции, роста заболеваемости и смертности людей и животных, а самое главное, депрессивного воздействия на все агрономически полезные составляющие почвенного микробиоценоза, что сопровождается резким снижением биологической, в том числе ферментативной, активности почвы и ее супрессивности.

Последствия почвоутомления (истощения) почвы весьма разнообразны:

1) резкое снижение урожайности культур (слабый рост и развитие сельскохозяйственных культур вследствие пестицидного стресса, ненормированного фонового внесения удобрений, посева некачественного семенного материала, не соблюдения агротехники);

2) нарушение агрохимического и биологического балансов (угнетающее действие на последующие культуры вследствие ежегодного накопления пестицидов в почве даже в малых количествах, увеличения доли технических культур с высокой пестицидной нагрузкой, уменьшения доли бобовых, сидератов, однолетних и многолетних трав);

3) структурная и биологическая непригодность почвы для выращивания растений (уплотнение и снижение биологической активности почв, потеря способности к разложению пестицидов различных классов, ограниченное внесение биологических препаратов и отсутствие известкования кислых почв).

Бобовые культуры обогащают почву азотом и фосфором, являются общепризнанными оптимальными предшественниками для последующих культур. Сидераты обеспечивают разуплотнение почвы путем восстановления пористой структуры, усиливают ее биологическую активность.

При заделке зеленой массы происходит накопление гумуса и обогащение почвы низкомолекулярными органическими соединениями, так как наличие в севооборотах культур с глубоко проникающей корневой системой (донник, рапс, люцерна и др.) дает возможность извлечения питательных веществ из более глубоких слоев почвы. Корневые экссудаты сидеральных культур способствуют растворению труднодоступных фосфатов за счет выделения органических кислот и хелатообразования, что в конечном итоге создает резерв подвижных форм фосфора для пролонгированного усвоения вегетирующими растениями. Сидераты способствуют снижению засоренности последующих культур одно– и двулетними сорняками на 20-25%, а многолетними – на 30-40%. При запашке донника на зеленое удобрение в почву площадью 1 га поступает до 150-200 кг азота, что равноценно внесению 30-40 т навоза. Такие культуры как масличная редька, белая и желтая горчица, а также биопрепараты на основе некоторых видов из рода Trichoderma способны подавлять распространение нематод и проволочников.

Необходимо грамотно сочетать обработку почвы, известкование, поступление органики, севооборот, сидеральные культуры, разложение соломы и биопрепараты. И это – единственный путь устранения негативных эффектов почвоутомления и микробиологической деградации почв.

Эту задачу можно решить исключительно посредством ежегодного и многократного за сезон внесения в почву экспериментально подобранных композиций биопрепаратов с разнонаправленным (бактерицидным, фунгицидным, ростстимулирующим) действием, обеспечивающих биорегуляцию фитосанитарно безопасного соотношения возбудителей заболеваний и полезных форм и поддержание активного фона полезной микрофлоры.

Процесс научно обоснованного подбора биопрепаратов для стабилизации равновесной структуры микробного сообщества проводится нами в течение многих десятилетий с целью повышения эффективности мероприятий по биологизации земледелия Татарстана и ряда регионов России.

Для этого проводятся мелкоделяночные и полевые испытания на разных типах почв Республики Татарстан на фоне различных типов антропогенного воздействия и севооборота с учетом типов механической обработки почвы и т.д.

Производственные опыты в Самарской области

В Самарской области объектами исследования послужили почвенные образцы и растительные остатки, отобранные с двух полей ООО «Орловка-АИЦ», где предшественником была яровая пшеница, за период 2017-2018 г. Агрохимические паспорта опытных полей представлены в таблицах 1 и 2.

Для деструкции стерни яровой пшеницы после уборки урожая на поле № А-133 был применен препарат «Уникальный Гумус+» с нормой препарата 2,5 л/га на площади 120 га с нормой расхода рабочего раствора 150 л/га. Внесение препарата проводили в пасмурную погоду при температуре воздуха 11 0С (табл. 3).

В севообороте 2018 г. семена чечевицы сорта Веховская (РСт 1 репродукции) перед посевом были обработаны баковой смесью биопрепаратов производства ООО «НПИ «Биопрепараты», состоящей из биоудобрения Ризоторфин (на основе клубеньковых бактерий из рода Rhizobium), биофунгицидом Майский (на основе Pseudomonas sp. – ПГ-5), с биопрепаратом комплексного действия Бацизулином (на основе Bacillus amyliloquefaciens) в соотношении 0,3:0,3:0,3 л/га.

По вегетации проводили подкормку комплексным биоактивированным удобрением Бионекс-Кеми 40 (2 л/га) совместно с биофунгицидом Майский (на основе Pseudomonas sp. – ПГ-5(1л/га), через 2 недели – обработку системным фунгицидом Зим-500 (карбендазим, 500 г/л, 0,3 л/га), перед уборкой – десикантом Тонгара (дикват, 150 г/л, 2 л/га).

Для оценки структуры сообщества (грибной и бактериальной микрофлоры) почвенных образцов, а также учета представителей различных эколого-трофических групп микроорганизмов использовали метод серийных разведений.

Посев почвенных суспензий в разведении 104 и 105 осуществляли поверхностно в стерильные чашки Петри на селективные среды: мясо-пептонный агар (аммонифицирующие микроорганизмы), Эшби (аэробные азотфиксаторы), крахмало-аммиачный агар (актиномицеты и бактерии, использующие минеральные формы азота), Муромцева (фосфатмобилизующие микроорганизмы), Гильтая (денитрификаторы), картофельно-глюкозный агар и Чапека (микромицеты).

Анализ колоний осуществляли с помощью светового микроскопа, бактериальные клетки окрашивали по Грамму и микроскопировали при общем увеличении объектива и окуляра за 1000

Для оценки структуры микромицетного сообщества растительных остатков поверхностно простерилизованные фрагменты растительного материала раскладывали в чашки Петри на поверхность питательных сред (картофельно-глюкозный агар, среда Чапека) и проращивали при температуре 25 0С в течение 7-10 суток.

Микроскопический анализ воздушных препаратов и препаратов «раздавленная капля» со спорулирующим мицелием фитопатогенных грибов анализировали с помощью микроскопа Primo Star (Carl Zeiss, Германия) при общем увеличении объектива и окуляра за 400 Видовую и родовую принадлежность микромицетов определяли с учетом морфологокультуральных особенностей изолятов фитопатогенных грибов (типу, строению, окраске воздушного мицелия, образованию спороношения, формированию склероциев, морфологии конидий).

Для определения значимости вида (оценки положения в структуре доминирования) применяли критерий частоты встречаемости микромицета, под которым понимают отношение числа образцов, где вид был обнаружен, к общему числу исследованных образцов.

Типично доминирующие виды – пространственная и временная частоты встречаемости выше 60%; типично частые – пространственная и временная частоты более 30%; типично редкие – пространственная встречаемость ниже 30% и временная выше 10%, случайные виды – оба показателя ниже 10%.

Вероятность значимости каждого изолята грибов вычисляли, принимая суммарную частоту встречаемости микромицетов в биогеоценозе за 100%.

Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью программы Excel. Достоверность различий между измерениями оценивали с использованием коэффициента Стьюдента (р<0,05).

Результаты испытаний

В таблице 4 представлены результаты микробиологического анализа почвы и растительных остатков, отобранных на анализ в осенний период 2017 года после уборки урожая яровой пшеницы.

Как видно из представленных данных, доминирующая группа в структуре микромицетов как на поверхности, так и во внутренних растительных тканях, была представлена слабопатогенным видом Fusarium solani (частота встречаемости 80 и 100% соответственно), а типично частая группа в поверхностных тканях – весьма вредоносным возбудителем корневых гнилей и сосудистых заболеваний F. avenaceum (частота встречаемости 30%). Общеизвестно, что грибы рода Fusarium могут перезимовывать в виде мицелия, формировать хламидоспоры, перитеции на инфицированных растительных остатках. Аскоспоры фузариевых грибов обычно продуцируются слишком поздно для заражения колосьев в текущем вегетационном периоде, однако сохраняются на растительных остатках и могут служить источником инфекции в следующем вегетационном периоде. Обращает на себя внимание присутствие в группе плесневых микромицетов опасного  токсинобразующего вида Penicillium purpurogenum на фоне весьма низкого содержания типичных для почв и растительных остатков Mucor spp. (частота встречаемости 20%).

Таким образом, доминирование в структуре микробного сообщества фитопатогенных и токсинообразующих видов свидетельствует о состоянии глубокого стресса почвенного микробиоценоза и обосновывает необходимость активизации микробиологических процессов путем насыщения почвы полезной супрессивной микробиотой.

В связи с этим с целью оценки эффективности разложения растительных пожнивных остатков и восстановления почвенного баланса микроорганизмов проведена обработка почвы биодеструктором «Уникальный Гумус+», представляющего собой консорциум микроорганизмов (Trichoderma asperellum R2, бациллы, актиномицеты, азотфиксирующие и молочнокислые бактерии) с  добавлением гуминовых кислот и ферментов.

Как видно из данных представленных в таблице 5, внесение биопрепарата в норме расхода 5 л/га привело к смещению структуры микроорганизмов в сторону сапрофитных и агрономически полезных видов с полной элиминацией из комплекса возбудителей заболеваний растений из рода Fusarium и токсинообразующих плесневых грибов.

Общепризнанно, что в окультуренных почвах, как правило, присутствуют целлюлозоразрушающие бактерии, которые развиваются в метабиозе с азотфиксирующими, фосфатмобилизующими и представителями других эколого-трофических групп бактерий. В результате ферментативной и синтетической деятельности различных групп микроорганизмов почва обогащается гуминовыми соединениями/гумусом, что приводит к оптимизации воздушно-водного баланса, разрыхляет плотно структурированные почвы, повышает содержание минеральных соединений и, как следствие, существенно повышает плодородие почвы, урожайность культур и качество продукции растениеводства. При увеличении биологической активности почвы (ферментативной, азотфиксирующей, дыхания) увеличивается эффективность действия минеральных удобрений. В связи с этим наличие в почве баланса определенных физиологических групп микроорганизмов (аммонифицирующих, нитрифицирующих, денитрифицирующих, целлюлозоразрушающих и др.) рассматривается в качестве диагностического показателя почвенного плодородия.

В таблицах 6 и 7 представлены результаты анализа структуры сообщества почвы, проведенного через месяц (13.08.2018) после первичного анализа (13.07.2018) на двух фонах внесения биодеструктора «Уникальный Гумус+» в норме расхода 2,5 и 5,0 л/га.

Как видно из данных таблицы 6, численность аммонифицирующих микроорганизмов, участвующих в минерализации сложных азотсодержащих соединений до низкомолекулярных соединений, не имело статистически достоверных различий.

Исследованиями показано, что несимбиотические азотфиксирующие микроорганизмы обеспечивают повышение урожайности зерновых культур в размерах, эквивалентных внесению под соответствующие культуры азотного удобрения в дозе 30-60 кг/га. Обращает на себя внимание, что увеличение нормы внесения биодеструктора в 2 раза привело к более чем десятикратному увеличению численности азотфиксирующих микроорганизмов, способных потреблять молекулярный азот, а также бактерий, осуществляющих перевод труднорастворимых форм фосфора в низкомолекулярные формы, при одновременном снижении численности денитрифицирующих бактерий, восстанавливающих нитраты до газообразного азота. Микроскопический анализ показал, что 85% выросших на средах бактерий принадлежали к родам Bacillus и Pseudomonas, что на 37% превышало их содержание в почве при внесении «Уникального Гумуса+» в норме препарата 2,5 л/га.

Актиномицетам принадлежит важная роль как в процессе разложения органических веществ, так и в обеспечении супрессивности почвы за счет их способности продуцировать вещества с антибиотической активностью. Численность актиномицетов при вдвое увеличенной норме расхода биодеструктора увеличилась на 42% (табл. 6).

Из данных таблицы 7 видно, что внесение «Уникального Гумуса+» в разных нормах расхода не приводит к статистически достоверным изменениям численности микромицетов в структуре сообщества почвы, однако оказывает фитосанитарный эффект за счет уменьшения содержания фитопатогенных грибов из рода Fusarium и развития грибов-антагонистов из рода Trichoderma.

Обсуждая полученные данные, следует обратить внимание на то, что в севообороте 2018 г. семена чечевицы перед посевом были обработаны баковой смесью биопрепаратов на основе бактерий из различных таксономических групп, а по вегетации проведена подкормка биоудобрением Бионекс-Кеми 40 совместно с биофунгицидом Майский и однократная обработка системным фунгицидом. Микроорганизмы, входящие в состав биофунгицида Майский, в процессе вегетации активно заселяют поверхность корней и листьев, по- ложительно влияют на жизнедеятельность растений, препятствуют поражению их фитопатогенными бактериями и грибами, что особенно необходимо при неблагоприятных погодных условиях.

Применение биофунгицидов способствует более интенсивному накоплению биомассы растений, формированию фотоассимиляционного аппарата, улучшению минерального питания растений, которое проявляется, как правило, в середине вегетации.

Итог применения: характерная прибавка урожая 2-3 ц/га; активизирует метаболизм и азотный обмен; выделяет гормоны роста (ауксины, гиббереллины, цитокинины, ИУК и т.д.); снимает стресс после применения гербицидов; увеличивает площадь вторичной корневой системы; повышает устойчивость к корневым гнилям, фузариозам.

Согласно полученным ранее результатам была показана способность штамма-продуцента Бацизулина синтезировать ферменты (хитиназу, РНКазу, ДНКазу, протеазу, амилазу, фосфатазу, нитрогеназу), осуществлять микробиологическую трансформацию труднодоступных органических (нуклеиновые кислоты, фитин) и неорганических (Ca3(PO4)2, AlPO4, FePO4) соединений в доступную для растений форму (фосфатмобилизацию), обогащать почву биологическим азотом и повышать биологическую активность почвы.

Полученные в нашем исследовании результаты косвенно свидетельствуют о высокой приживаемости штамма-продуцента биопрепарата Бацизулин в почве, а также о его совместимости с химическим фунгицидом карбендазимом.

Согласно многочисленным данным, продуценты биопрепаратов способны синтезировать соединения фенольной природы (фенилуксусную, 4-гидроксифенилуксусную кислоты) и другие вещества, обладающие регуляторной активностью.

Вероятно, увеличение численности агрономически полезных групп бактерий в почве связано не только с интродукцией консорциума микроорганизмов в составе «Уникальный Гумус+», Майский и Бацизулина, но и стимулирующим эффектом продуцентов на рост и биосинтетическую активность аборигенных бактерий.

 

 

1 Применение биодеструктора «Уникальный Гумус+» приводит к одновременному решению нескольких задач: ускорение разложения растительных остатков, снижение уровня смешанной (бактериально-грибной) почвенной инфекции, разуплотнение почвы и усиление аэрации, удержание влаги в засушливые периоды, насыщение почвы агрономически полезными микроорганизмами, микробиологическая трансформация пожнивных остатков в высокоценное органическое удобрение.

2 Выращивание бобовых культур с регламентированной инокуляцией семян биоудобрением Ризоторфин совместно с биофунгицидами Майский, Бацизулин.

3 Внесение навоза как источника органических соединений.

4 Выращивание сидератов (люцерны, рапса, донника, редьки масличной, горчицы белой, горчицы желтой).

5 Использование микроорганизмов, способствующих накоплению гумуса в почве, и супрессия микроорганимов, разрушающих гумус.

6 Обеззараживание почвы и активация почвенной биоты посредством комплексного применения биопрепаратов на основе адаптированных высокоактивных штаммов-продуцентов.

7 Использование методов интегрированной защиты растений (совместное использование биопрепаратов со сниженными нормами расхода химических пестицидов) в качестве переходных от состояния полной химизации агропроизводства в случае высокой инфекционной нагрузки почвы и посевного/посадочного материла к органическому земледелию.