Влияние эффективных микроорганизмов на микробное сообщество чернозема выщелоченного и продуктивность сахарной свеклы

Костенко Т.А., руководитель группы внедрения ООО «ЭМ-Кооперация», г. Москва

(По материалам автореферата диссертации Крафт А.В. на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. ВНИИ сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова (ВНИИСС)

Повысить продуктивность сахарной свеклы в Центрально - Черноземной зоне (ЦЧЗ) можно за счет воздействия микробиологического препарата «Байкал ЭМ1», в состав которого входит ряд полезных группировок почвенной микрофлоры, на микрофлору почвы, участвующую в формировании эффективного и потенциального плодородия. Применение этого препарата позволяет также снизить расход минеральных удобрений и повысить уровень экологической безопасности производства сахарной свеклы.

Исследованиями, проведенными во Всероссийском НИИ сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова (ВНИИСС), решались следующие задачи:

• установить влияние препарата «Байкал ЭМ1» на продуктивность и технологические качества корнеплодов сахарной свеклы;
• выявить влияние «Байкал ЭМ1» на динамику численности трофических и таксономических группировок микроорганизмов, определяющих эффективное и потенциальное плодородие почвы;
• определить активность полифенолоксидазы, пероксидазы и суммы фосфатаз в почве под действием «Байкал ЭМ1»;
• установить влияние препарата на содержание элементов питания в почве и вынос их с урожаем сахарной свеклы;
• дать энергетическую и экономическую оценку применения микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» на сахарной свекле.

Проведенные исследования показали, что с помощью микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» можно восстановить нарушенный микробоценоз чернозема выщелоченного при возделывании сахарной свеклы на неудобренном фоне в условиях ЦЧЗ.

Экспериментальная часть работы выполнена в лабораторных и полевых опытах в соответствии с тематическим планом института.

Исследования проводились в 2001 – 2002 гг. во многофакторном стационарном опыте 9-польного зерносвекловичного севооборота с чередованием культур: черный пар – озимая пшеница – сахарная свекла – ячмень с подсевом клевера – клевер 1-го года пользования – озимая пшеница – сахарная свекла – горох – кукуруза на силос.

Погодные условия в 2001 – 2003 годах складывались удовлетворительно для возделывания сахарной свеклы.

Почва – чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный среднесуглинистый на карбонатных лессовидных суглинках со средним содержанием элементов питания.

Агротехника возделывания сахарной свеклы – общепринятая для областей Центрально – Черноземной зоны.

Эффективность микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» изучалась на двух фонах минерального питания: без удобрений и с минеральными удобрениями ( N ₁₆₀ P ₁₇₀ K ₁₆₀ ).

Объект исследований – почва и сахарная свекла (сорт РМС–70), высеваемая в звене севооборота: чистый пар – озимая пшеница – сахарная свекла. Норма препарата «Байкал ЭМ 1» - 1 л/га, расход рабочего раствора – 200 л/га. Препарат вносили ранцевым опрыскивателем под предпосевную культивацию почвы.

Почвенные образцы отбирались микробиологическим буром под сахарной свеклой на глубину 0-25 см на двух фонах обработки почвы в севообороте:

1. Отвальная вспашка под все культуры севооборота: под озимую пшеницу в черном пару - на 25-27 см, а в звене с клевером - на 20-22 см; под ячмень с подсевом клевера, клевер, горох - на 20-22 см; под кукурузу - на 25-27 см; под сахарную свеклу - на 30-32 см по схеме улучшенной зяби.

2. Комбинированная обработка почвы: безотвальная (плоскорезная) под озимую пшеницу после клевера - на 14-16 см; под ячмень с подсевом клевера и клевер, горох - на 20-22 см; отвальная под озимую пшеницу в черном пару - на 25-27 см; под кукурузу - на 25-27 см, а под сахарную свеклу - на 30-32 см по схеме улучшенной зяби.

Мелкоделяночные полевые опыты проводили в 4-х кратной повторности, площадь посевной делянки - 54 м², учетной – 4,05 м².

Количественный учет почвенных микроорганизмов, относящихся к разным трофическим и таксономическим группам, проводили методом высева почвенной суспензии на элективные питательные среды («Методы почвенной микробиологии и биохимии» – под редакцией проф. Д.Г. Звягинцева, 1991).

Коэффициент минерализации выражен условной величиной как отношение численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к аммонификаторам. Коэффициент гумификации выражается соотношением зимогенной к автохтонной группировке микрофлоры почвы.

В почвенных образцах, отобранных для определения численности микроорганизмов, после их высушивания до воздушно – сухого состояния определяли активность пероксидазы, полифенолоксидазы и сумму фосфатаз. Определялись также нитрификационная способность почвы, подвижный фосфор, обменный калий и натрий, щелочногидролизуемый азот. Определение сахаристости и технологических качеств сахарной свеклы проводили на автоматической линии « Venema ».

Расчет энергетической эффективности изучаемых технологий осуществляли по методу ВГАУ (Зезюков, 1993). Экономическая эффективность рассчитана с использованием нормативов и расценок, действующих в 2004 г.

Данные учета урожайности и основные сопутствующие исследования подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа.

Одним из способов сохранения и повышения почвенного плодородия является активизация деятельности микрофлоры почвы.

Отношение численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к общему количеству аммонификаторов отражает относительную величину минерализации и называется коэффициентом минерализации.

С учетом снижения численности аммонификаторов при внесении в почву «Байкал ЭМ1» при отвальной обработке почвы, коэффициент минерализации увеличивается на фоне без удобрений в июле на 1,82, а в сентябре – на 0,75. На удобренном фоне увеличение коэффициента минерализации при использовании биопрепарата отмечено лишь в июле. В этот период зафиксирована наибольшая величина этого показателя – 3,89.

Результаты анализов показали, что благодаря внесению в почву микробиологического препарата «Байкал ЭМ1», достигается оптимальная биохимическая активность почвы, усиливающая гумификационные процессы.

О направленности процессов гумификации в почве можно судить по коэффициенту гумификации, который представляет собой соотношение зимогенной и автохтонной группировок микрофлоры почвы. Чем этот показатель выше, тем активнее идет синтез гумуса.

При отвальной обработке почвы на фоне без удобрений биопрепарат «Байкал ЭМ1» увеличивает коэффициент гумификации в мае в 1,4 раза, а в июле – в 1,8. На удобренном фоне эффективные микроорганизмы, входящие в состав «Байкал ЭМ1», повышают эту величину почти в 2 раза.

Микробиологический препарат «Байкал ЭМ1» на фоне комбинированной обработки почвы повышает уровень гумификационных процессов лишь в конце периода вегетации сахарной свеклы. Здесь коэффициент гумификации увеличивается на неудобренном фоне до 1,37, а на удобренном – до 2,39.

Таким образом, микробиологический препарат «Байкал ЭМ1» наиболее широко раскрывает свой потенциал при отвальной обработке почвы, так как при ней он стимулирует развитие гумификационных процессов в почве, поддерживая соотношение зимогенной и автохтонной группировок на благоприятном для растений и почвенного плодородия уровне.

В проведенном опыте отмечено повышенное распространение почвенных грибов. Это объясняется тем, что сахарная свекла выделяет в почву сахарозу – основной субстрат для их развития. Поэтому в почве под посевами сахарной свеклы значительно усиливается доминирование ряда сапротрофных грибов и специфических фитопатогенов – корнееда ( Pythium debaryanum , Pythium ultimum , Foma Beta ), возбудителей корневых гнилей ( Fusarium spp .), серых и кагатных гнилей ( Botrytis cinerea ).

Внесение в почву микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» понижает численность микромицетов почти на 20% при отвальной обработке почвы, за исключением удобренного варианта в начале периода вегетации. Сокращение численности микромицетов снижает вероятность распространения фитопатогенных грибов.

Проведенные исследования показали, что внесенный в почву препарат «Байкал ЭМ1» создает положительные условия для развития споровых форм при комбинированной обработке на удобренном фоне. Споровые бациллы, в частности представитель этого рода Bacillus subtilis , являются антагонистами микроскопических грибов, среди которых встречаются наиболее агрессивные формы патогенов.

В начале периода вегетации численность этой группировки увеличивается в 2,4 раза, в середине – в 1,3, а к концу вегетационного периода сахарной свеклы намечается тенденция к увеличению численности споровых бацилл.

При отвальной обработке почвы препарат «Байкал ЭМ1» повышает численность этой группировки на неудобренном фоне в сентябре, а на удобренном – в июле.

Результаты исследований показывают, что в начале периода вегетации численность азотфиксаторов, влияющих на продуктивность сахарной свеклы, при внесении «Байкал ЭМ1» увеличивается на неудобренном фоне при отвальной обработке почвы на 0,72 млн. шт., а при комбинированной – на 1,65 млн. шт. (табл. 1).

В середине периода вегетации увеличение численности этой группировки отмечено на фоне с минеральными удобрениями, независимо от способа обработки почвы.

К концу периода вегетации сахарной свеклы положительное действие биопрепарата на эту группировку зафиксировано лишь при комбинированной обработке почвы на фоне с минеральными удобрениями. Здесь численность азотфиксаторов увеличивается почти в 2 раза.

Препарат «Байкал ЭМ1» стимулирует развитие фосфобактерий в мае и июле при отвальной обработке почвы на неудобренном фоне, увеличивая их численность в среднем на 0,8 млн. шт. в 1 г абсолютно сухой почвы.

При отвальной обработке почвы на удобренном фоне и при комбинированной обработке на обоих фонах удобренности повышение численности фосфобактерий при использовании «Байкал ЭМ1» отмечено в конце вегетационного периода сахарной свеклы. В среднем оно составляет 0,68 млн. шт. (табл.1).

Увеличение численности фосфобактерий к концу периода вегетации на удобренном фоне при внесении биопрепарата сопровождается активизацией их деятельности, то есть трансформацией органического фосфора до ортофосфорной кислоты, поскольку ее содержание в почве возрастает именно в этот период при обеих обработках почвы. Вынос фосфора с урожаем сахарной свеклы в среднем на 7,3 кг с га выше на вариантах, где вносится «Байкал ЭМ1».

Таблица 1

Влияние «Байкал ЭМ1» на численность азотфиксаторов и фосфобактерий (млн. шт. в 1 г абсолютно сухой почвы) (2001-2002 гг.)

 

Обработка почвы	Фон удобрен-ности	Препарат	Азотфиксаторы			Фосфобактерии
			май	июль	сен- тябрь	май	июль	сен- тябрь
Отвальная	Без удобрений	Контроль	1,97	0,71	2,85	0,70	1,06	1,90
		«Байкал ЭМ1»	2,69	0,83	0,58	1,53	1,80	1,04
	N 160 P 170 K 160	Контроль	1,84	0,78	1,36	1,56	2,52	0,88
		«Байкал ЭМ1»	1,66	1,11	1,04	1,18	1,49	2,01
Комбини-рованная	Без удобрений	Контроль	1,69	0,71	1,92	1,45	1,95	0,90
		«Байкал ЭМ1»	3,34	0,97	1,99	1,16	1,18	1,28
	N 160 P 170 K 160	Контроль	2,66	0,70	1,58	2,66	2,33	1,45
		«Байкал ЭМ1»	2,23	1,16	3,08	1,65	1,10	1,98
НСР05			0,30			нет

При характеристике почв, кроме состава и численности разных групп микрофлоры, учитывают еще и суммарную активность биохимических процессов, происходящих в почве, которые обусловлены наличием в ней некоторого количества ферментов, выделяемых микроорганизмами прижизненно, а также аккумулируемых почвенными частицами после разрушения клеток. Все эти показатели включаются в общее понятие биологической активности почв.

Определение активности полифенолоксидазы и пероксидазы, участвующих в процессах гумусообразования, является дополнительной характеристикой процессов синтеза и распада гумусовых веществ.

Соотношение активности полифенолоксидазы к пероксидазе представляет собой условный коэффициент гумификации.

На фоне без удобрений расчеты показывают, что закономерность, выявленная путем анализа ферментов, участвующих в синтезе гумуса, согласуется с данными анализа численности группировок микроорганизмов, участвующих в этом процессе.

Так, условный коэффициент гумификации увеличивается при внесении «Байкал ЭМ1» при отвальной обработке почвы в мае и июле в среднем на 0,2. При комбинированной обработке почвы он увеличивается лишь в сентябре.

Микробиологические составляющие препарата «Байкал ЭМ1» повышают фосфатазную активность в среднем на 0,3 мг Р₂О₅ на 10 г почвы за 1 ч на фоне без удобрений при отвальной и комбинированной обработках почвы в течение всего вегетационного периода сахарной свеклы (табл. 2).

На удобренном фоне биопрепарат не оказывает существенного воздействия на этот показатель. Лишь к концу периода вегетации отмечено некоторое увеличение фосфатазной активности от внесения «Байкал ЭМ1»: при отвальной обработке почвы – на 0,12 мг Р₂О₅ на 10 г почвы за 1 ч, а при комбинированной – на 0,5 мг.

Таблица 2

Влияние «Байкал ЭМ 1» на фосфатазную активность почвы (мг Р₂О₅ на 10 г почвы за 1 ч) (2001-2002 гг.)

 

Обработка почвы	Фон удобренности	Препарат	Май	Июль	Сентябрь
Отвальная	Без удобрений	Контроль	6,57	7,22	7,78
		«Байкал ЭМ1»	6,85	7,34	8,39
	N 160 P 170 K 160	Контроль	7,13	6,91	7,84
		«Байкал ЭМ1»	6,20	6,85	7,96
Комбинированная	Без удобрений	Контроль	7,22	7,34	8,27
		«Байкал ЭМ1»	7,41	7,59	8,62
	N 160 P 170 K 160	Контроль	7,04	7,34	7,71
		«Байкал ЭМ1»	7,13	7,34	8,21

Микробиологический препарат «Байкал ЭМ1», оптимизируя микробиологические процессы, определяющие режим питания сахарной свеклы, оказывает влияние на повышение ее продуктивности.

Наблюдения за ростом и развитием сахарной свеклы показывают, что биопрепарат увеличивает массу 100 растений в фазе одной пары настоящих листьев.

Урожайность корнеплодов сахарной свеклы при внесении биопрепарата «Байкал ЭМ1» увеличивается на неудобренном фоне: при отвальной обработке почвы - на 6,1 т/га, а при комбинированной – на 3,8 т/га.

Сбор сахара с гектара увеличивается при внесении «Байкал ЭМ1» на неудобренном фоне при отвальной обработке до 1,0 т/га.

Микробиологический препарат «Байкал ЭМ1» улучшает технологические качества корнеплодов. Например, снизился коэффициент натуральной щелочности: при комбинированной обработке почвы на неудобренном фоне - на 0,13, а при отвальной обработке на удобренном фоне – на 0,59. Вследствие этого сокращаются потери сахара в мелассе: при комбинированной обработке почвы - на 0,54%, а при отвальной – на 0,22%.

При внесении в почву микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» вынос азота сахарной свеклой увеличивается в среднем на 30 кг с га по сравнению с контролем (табл. 3). Применение микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» стимулирует развитие фосфобактерий, трансформирующих органический фосфор до ортофосфорной кислоты, в основном к концу периода вегетации. В результате повышается уровень доступного растениям фосфора, и с вариантов, на которых использовали биопрепарат, вынос Р с урожаем сахарной свеклы в среднем на 7,8 кг с га выше по сравнению с контролем.

Большую часть калия содержат листья сахарной свеклы, а поскольку их урожайность увеличивается под действием биопрепарата «Байкал ЭМ1», то и вынос К с урожаем основной и побочной продукции повышается в среднем на 41 кг с га.

Таблица 3

Изменение выноса элементов питания под влиянием биопрепарата «Байкал ЭМ1» с урожаем сахарной свеклы (кг с га) (2001-2002 гг.)

 

Обработка почвы	Фон удобренности	Препарат	N	P	K
Отвальная	Без удобрений	Контроль	90,0	29,3	114,6
		«Байкал ЭМ1»	129,5	40,2	168,0
	N 160 P 170 K 160	Контроль	130,2	41,7	167,0
		«Байкал ЭМ1»	159,6	49,3	207,3
Комбиниро-ванная	Без удобрений	Контроль	104,9	34,1	133,6
		«Байкал ЭМ1»	138,0	42,8	179,0
	N 160 P 170 K 160	Контроль	138,2	44,2	177,2
		«Байкал ЭМ1»	156,1	48,1	202,8

Таким образом, «Байкал ЭМ1» способствует увеличению выноса элементов питания из почвы с урожаем сахарной свеклы на всех вариантах, независимо от способа обработки почвы и фона удобренности.

Применение удобрения «Байкал ЭМ1» в производстве сахарной свеклы наиболее эффективно на неудобренном фоне: энергетический коэффициент при отвальной обработке почвы увеличивается на 0,46 по сравнению с контролем, а при комбинированной – на 0,29.

Анализ материальной стороны изучаемой технологии возделывания сахарной свеклы (по ценам 2004 г.) показывает, что самый высокий уровень рентабельности от применения микробиологического удобрения «Байкал ЭМ1» получается на неудобренном фоне: при отвальной обработке почвы – 945%, а при комбинированной обработке почвы – 741% (табл. 4). Это приносит дополнительно чистый доход: 5516 руб./га и 3348 руб./га соответственно.

Таблица 4

Экономическая эффективность применения микробиологического препарата «Байкал ЭМ 1» под сахарную свеклу в ценах 2004 г. (2001-2002 гг.)

 

Препарат	Способ обработки почвы	Стоимость дополни-тельной продукции, руб./га	Дополни-тельные затраты, руб./га	Дополни-тельный чистый доход, руб./га	Уровень рентабель-ности дополни-тельных затрат, %
«Байкал ЭМ1»	Отвальная обработка без минеральных удобрений	6100	584	5516	945
«Байкал ЭМ1»	Комбинированная обработка без минеральных удобрений	3800	452	3348	741

Таким образом, в экономическом отношении при выращивании сахарной свеклы наиболее целесообразным является применение микробиологического препарата «Байкал ЭМ1» на неудобренном фоне.