The effect of modified mineral fertilizers on the productivity of agrobiogeocoenoses

Full Text

Введение

Агробиогеоценозы составляют более 10% всей поверхности суши и дают человечеству 88% пищевой энергии. Главными биотическими компонентами в них являются возделываемые человеком растения. Регуляция и оптимизация протекающих процессов в агробиогеоценозах состоят как в подготовке почвы к посеву, так и в проведении мероприятий по улучшению условий роста, развития и повышения биологической продуктивности растений [1, с. 134].

Трофическая структура агрофитоценозов относительно проста и неустойчива, круговорот веществ в них неполный. Большая часть минеральных веществ выносится с урожаем, что требует внесения удобрений для восстановления плодородия. Развитие агрофитоценоза регулируется для повышения продуктивности [1].

Минеральные удобрения являются важным компонентом земледелия, определяющим урожай и качество получаемой продукции. Однако установлено, что питательные вещества, вносимые с минеральными удобрениями в почву, не в полной мере усваиваются растением. Согласно имеющимся оценкам, растения усваивают только 40–65% от внесенного с удобрениями азота, 15–25% – фосфора и 30–50% – калия [2].

В условиях жесточайших санкций против России и импортозамещения «весьма актуальным является вопрос о поиске дополнительных источников повышения эффективности минеральных удобрений» [3]. Одним из таких решений может быть использование микробиологических препаратов, позволяющих существенно повысить их эффективность для потенциальной продуктивности сельскохозяйственных культур [4–7].

Биологические препараты нашли широкое практическое применение в предпосевной обработке семян. В настоящее время для увеличения усвоения растениями питательных веществ из удобрений предложено нанесение на поверхность гранул минеральных удобрений ризосферных бактерий (Bacillus subtilis Ч–13), что окупится повышением урожайности [8–10].

Интерес агропромышленного комплекса к микробиологическим препаратам возрос, так как их применение способствует не только повышению урожайности, но и обеспечению вовлечения в агрофитоценоз биологического азота, при этом повышается доступность растениям почвенных запасов фосфора и калия [11–13].

Механизм действия модифицированных удобрений состоит в том, что микроорганизмы препарата, конкурируя с аборигенной микрофлорой почвы, значительно снижают процесс перевода соединений основных питательных элементов в недоступную для растений форму. Активное развитие корневых волосков растений позволяют корневой системе больше поглощать питательных элементов, что особенно важно на ранних фазах развития растений. «Повышая использование растениями элементов питания минеральных удобрений, бактерии Bacillus subtilis Ч–13 также способствуют повышению иммобилизации фосфора и калия», что может положительно сказаться на урожайности и качестве продукции [14, с. 3]. При нанесении на гранулы нитроаммофоски бактерий Bacillus subtilis Ч–13 на их поверхности образуется биокапсула, выполняющая комплекс функций: удобрительную, защитную и стимулирующую.

Целью исследования явилось изучение влияния биоминерального удобрения NPK = 17–17–17 на продуктивность моркови. Для этого решались следующие задачи:

– изучить влияние биоминерального удобрения на урожай и качество корнеплодов моркови сорта Абако;

– рассчитать эффективность применения новой формы минеральных удобрений в агроценозе с морковью.

Материалы и методика исследований

Схема опыта состояла из 7 вариантов, в которых сравнивали действие стандартного NPK-удобрения с биологизированным при различных дозах (80%, 100 и 120% по азоту) рекомендуемых на планируемый урожай (табл. 1). Повторность опыта 4-х кратная. Способ внесения удобрений – ленточно, на глубину 8–10 см в гряды. Площадь опытной делянки 900 м². Площадь опыта 25200 м².

Для приготовления биологизированной нитроаммофоски NPK = 17–17–17 использовался препарат «БисолбиФит» из расчета 4 г на 1 кг удобрений. Новый вид удобрения получают путем нанесения на поверхность гранул агрономически полезных бактерий, которые формируют на поверхности каждой гранулы «биокапсулу», одновременно выполняющую несколько функций: удобрительную, защитную и стимулирующую. Предлагаемый способ позволяет повысить коэффициент усвоения из N, P, K удобрений растениями на 10–20%.

Организация полевых опытов, проведение наблюдений и лабораторных анализов, отбор почвенных и растительных образцов осуществляли по общепринятым методикам: «Методика полевого опыта» [15], «Методические указания по проведению исследований в длительных полевых опытах с удобрениями» [16], «Методика исследований эффективности препаратов ризосферных диазотрофов» [17], «Оценка эффективности микробных препаратов в земледелии» [18], «Методы агрохимических исследований» [19].

Образцы почв и растений в опытах для лабораторных анализов отбирали в 3-х кратной повторности. Проводили следующие анализы и учѐты: фенологические наблюдения в соответствии с методикой государственного сортоиспытания [20]; объемная масса почвы – по Н.А. Качинскому методом режущего кольца путем отбора проб с ненарушенного сложения [21].

Содержание в почве: гумус по Тюрину в модификации ЦИНАО [22], общий азот по Къельдалю [23], подвижные соединения фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО [24]; приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО (рНKCl) [25]. Учет урожая проводили поделяночно. Полученные результаты исследований подвергали статистической обработке [15].

Результаты исследований и их обсуждение

В целом вегетационный 2017 год был не типичным для Волгоградской области, в период апрель–май выпало 80,1 мм осадков, и посевные работы прошли в более поздние сроки. В июне выпало 53,8 мм осадков, а температура воздуха составила +21,4°С. В июле температура поднималась в среднем до +26,8°С, в августе +25,1…29,7°С. В сентябре выпало 23,3 мм осадков, что затруднило уборку овощных культур (по данным Гидрометслужбы Волгоградской области).

Опытный участок был представлен солонцеватой светло-каштановой почвой в комплексе с солонцами с тяжелым гранулометрическим составом. Агрохимический анализ почвенных образцов, отобранных до закладки опыта, показал отсутствие резкой пестроты участка по показателям, содержание гумуса по всем вариантам варьировало от 1,40–1,48%, а азота, фосфора, калия практически на одном уровне (табл. 2).

Почва опыта имела слабощелочную реакцию почвенного раствора pH 7,71–7,78 с содержанием гумуса 1,39–1,46%. «Наличие в составе почвы большой доли глины и плотного иллювиального горизонта затрудняет просачивание и усвоение осадков (табл. 3). Плохая оструктуренность и солонцеватость почвы способствуют быстрой усадке пахотного слоя, заплыванию поверхности поля и образованию почвенной корки, неравномерному поспеванию почвы весной, образованию сети трещин в засушливую погоду» [1].

Анализ динамики формирования продуктивности моркови показал, что на момент товарной спелости отчетливо проявилось преимущество вариантов, где использовали биомодифицированные удобрения в максимальной дозе NPK 17–17–17, обр. B.s. (вар. № 7), по высоте розетки листьев растения характеризовались наибольшими величинами в фенофазы пучковой зрелости и формирования корнеплодов (табл. 4).

В фазу развития корнеплода «товарная спелость» (диаметр 5,3–5,4 см) была получена в варианте № 5, что на 32,5–35,0% больше, чем в контрольном варианте. А по длине корнеплода, в варианте со стандартным удобрением NPK 17–17–17 из расчета 120% по азоту (№ 6), отмечен наибольший показатель – 15,7 см к моменту уборки культуры.

Учет и анализ структуры урожая показал, что наибольшая масса корнеплодов моркови – 154,2 г получена в условиях применения биомодифицированных удобрений в максимальной дозе (NPK 17–17–17, обр. B.s. 120% по азоту – 2–720 кг/га) – вар. 7. Урожайность составила 51,2 т/га, что на 35,4% выше в сравнении с контролем. И на 3% выше варианта без биодобавки с одноименным минеральным удобрением. Фуражной продукции максимально получено на варианте без удобрений, минимально – при использовании биоудобрений (табл. 5), что указывает на положительную роль биомодифицированного удобрения в формировании массы корнеплодов.

Применение удобрений повлияло на качество продукции, по всем вариантам опыта отмечено увеличение содержания каротина. Зафиксировано в вариантах № 6–7 высокое содержание сахаров – 34,9–35,2 мг/г, что выше контрольного варианта на 47,2–48,5%. Следует отметить положительную тенденцию преимущества биоминеральных удобрений в формировании качества корнеплодов (табл. 6).

Агрономическая эффективность использования биомодифицированных минеральных удобрений при возделывании овощной культуры показывает их влияние на величину урожайности и качества корнеплодов. Отметим вариант № 7, где товарная урожайность была на 35,4% выше, чем на контроле и составила 51,2 т/га. Тем самым была получена наибольшая разница по величине выручки и дополнительной прибыли (табл. 7).

 

Таблица 1 – Схема опыта

Варианты	Норма на 1 га, кг/га физ. массы
1. контроль без удобрений	–
2. NPK 17–17–17, 100% по азоту	600
3. NPK 17–17–17, обр. B.s. 100% по азоту	600
4. NPK 17–17–17, 80% по азоту	480
5. NPK 17–17–17, обр. B.s. 80% по азоту	480
6. NPK 17–17–17, 120% по азоту	720
7. NPK 17–17–17, обр. B.s. 120% по азоту	720

 

Таблица 2 – Характеристика почвы опытного участка

Варианты опыта	Гумус, %	pH	Содержание, мг/100 г
			NO₃	Р₂О₅	К₂О
1 – контроль	1,40	7,78	3,32	3,64	26,11
2	1,46	7,75	2,79	2,87	23,91
3	1,40	7,70	3,11	4,10	29,98
4	1,47	7,80	2,91	3,65	27,25
5	1,45	7,79	2,77	3,73	25,25
6	1,46	7,78	2,39	3,71	26,01
7	1,42	7,71	2,37	3,23	26,32

 

Таблица 3 – Гранулометрический состав почвы (солонцеватая светло-каштановая в комплексе с солонцами с тяжелым гранулометрическим составом)

Генетический горизонт	Глубина взятия образца, м	Содержание фракций, % от абс. сухой почвы
		1–0,25	0,25–0,5	0,05–0,01	0,01–0,005	0,005–0,001	0,001
Апах	0–0,2	0,5	33,8	20,5	12,0	17,2	27,1
В 1	0,2–0,35	0,3	17,5	16,6	9,6	16,6	25,0
В 2	0,35–0,65	0,2	19,5	18,2	8,5	18,1	24,2

 

Таблица 4 – Показатели формирования продуктивности моркови

Варианты опыта	Показатели
	Высота розетки, см			Кол-во листьев, шт.
	Фенофазы развития
	пучковая спелость	формирование корнеплода	товарная спелость	пучковая спелость	формирование корнеплода	товарная спелость
1	1,1	2,1	4,1	4,5	10,3	14,0
2	1,6	2,5	5,1	5,6	12,1	15,7
3	1,7	3,1	5,2	5,8	15,6	14,9
4	1,8	3,6	5,1	5,9	16,3	15,0
5	1,9	3,7	5,2	6,1	16,4	15,4
6	2,1	3,6	5,1	6,5	15,9	15,6
7	2,2	3,8	5,2	6,8	16,5	15,2
	Диаметр корнеплода, см			Длина корнеплода, см
1	1,0	2,2	4,0	4,7	10,4	14,1
2	1,7	2,6	5,0	5,5	12,0	15,0
3	1,8	3,2	5,0	5,9	15,7	15,0
4	1,8	3,7	5,0	5,8	16,4	15,0
5	1,8	3,6	5,2	6,1	16,2	15,5
6	2,0	3,7	5,0	6,6	16,0	15,7
7	2,1	3,6	5,3	6,7	16,4	15,1

 

Таблица 5 – Урожайность и структура урожая моркови, 2017 г.

Варианты опыта	Густота стояния, тыс. шт./га	Средняя масса корнеплодов, г	Урожай корнеплодов, т/га
			товарная	фураж
1	304	124,0	37,8	0,4
2	301	132,0	39,7	0,3
3	321	128,0	41,0	0,3
4	329	152,0	50,2	0,2
5	330	148,0	49,0	0,3
6	326	153,0	49,9	0,2
7	332	154,2	51,2	0,2
НСР₀₅		7,3	2,1

 

Таблица 6 – Показатели качества продукции под влиянием применения удобрений

Варианты опыта	Содержание
	каротина, мг/кг	сахаров, мг/г сырой массы
1. контроль (без удобрений)	11,2	23,7
2. NPK 17–17–17, 100% по азоту	14,3	34,4
3. NPK 17–17–17, обр. B.s. 100% по азоту	15,2	34,6
4. NPK 17–17–17, 80% по азоту	18,9	33,9
5. NPK 17–17–17, обр. B.s. 80% по азоту	18,7	33,8
6. NPK 17–17–17, 120% по азоту	19,1	34,9
7. NPK 17–17–17, обр. B.s. 120% по азоту	19,2	35,2
НСР₀₅	0,8	1,4

 

Таблица 7 – Эффективность применения биомодифицированных удобрений

№	Агрономическая			Экономическая
	общая урожайность, т/га	товарная урожайность, т/га	прибавка, т	общие затраты	доп. затраты	выручка*	дополнительная прибыль
				руб./га			руб./га	руб./т
1	38,1	37,7	–	–	–	–	–	–
2	40,1	39,6	1,6	11638,0	–	318100	3559,0	89,5
3	41,4	41,0	3,2	11639,0	721,0	327800	13241,0	322,6
4	50,5	50,1	12,3	9313,0	–	401500	89887,0	1790,3
5	49,6	49,2	12,2	9313,0	575,0	392100	79712,0	1625,9
6	50,3	49,8	12,1	13967,0	–	399200	82831,0	1661,0
7	51,5	51,3	13,1	13967,0	865,0	409700	92369,0	1803,9

Примечание. * – цена реализации составила 8000 руб./т.

 

Заключение

«При изучении растений на биогеоценотическом уровне большое значение имеет оценка влияния на их рост и развитие, биологическую продуктивность (урожайность) той экологической обстановки, которая складывается в агробиогеоценозе» [26]. Результаты полевого опыта показали эффективность новой формы удобрения с «БисолбиФитом». При внесении биомодифицированной нитроаммофоски (NPK = 17–17–17) в сравнении с обычным минеральным удобрением улучшаются условия минерального питания растений.

Несмотря на неблагоприятные погодные условия вегетационного периода, при внесении биомодифицированной нитроаммофоски (NPK = 17–17–17) была получена наибольшая урожайность корнеплодов моркови сорта Абако – 52,4 т/га, где доля товарной моркови – 51,2 т/га, прибавка составила 35,4%.

Значимым критерием при оценке качества овощной продукции является содержание витаминов, углеводов и других соединений. Анализ результатов наших исследований показал повышение содержания сахара на 2,3% (0,8 мг/г сырой массы), каротина на 34,2% (4,9 мг/кг) по сравнению с применением традиционной нитроаммофоски.

About the authors

Nadezhda Vladimirovna Sukhova

Penza State Technological University

Email: nadya_s85@mail.ru

postgraduate student of Biotechnology and Technosphere Safety Department

Russian Federation, Penza

Saniya Yunusovna Efremova

Penza State Technological University

Email: efremova_s15@mail.ru

doctor of biological sciences, professor of Biotechnology and Technosphere Safety Department

Russian Federation, Penza

Maria Mikhailovna Vizirskaya

EuroChem Trading Rus LLC

Email: s_sharkova@mail.ru

candidate of biological sciences, head of Agrochemical Service Development in the Region of Russia and the Commonwealth of Independent States

Russian Federation, Moscow

Sergey Vasilyevich Zinoviev

Penza State Technological University

Author for correspondence.
Email: zinoviev.ser@yandex.ru

candidate of agricultural sciences, associate professor of Biotechnology and Technosphere Safety Department

Russian Federation, Penza

References

Supplementary files