Влияние эффективных микроорганизмов на микробное сообщество чернозема

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.)

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.)

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.)

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.)

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