MINERAL AND BACTERIAL FERTILIZERS USE EFFECTIVENESS WHEN GROWING SPRING WHEAT IN WESTERN SIBERIA
Rubrics: AGRONOMY
Abstract and keywords
Abstract (English):
The purpose of research is to analyze the effect of mineral and bacterial fertilizers, as well as their combined use, on the accumulation of basic nutrients in soil and products; microbiological activity in the soil and crop productivity (using the example of spring wheat). To resolve the issues raised, field experi-ments were carried out from 2018 to 2021 in the Kochenevsky district of the Novosibirsk Region. The ob-ject of research is spring wheat variety Novosibirskaya 31. Mineral fertilizers – ammonium nitrate, super-phosphate and potassium salt were applied before sowing at the rate of N30P36K40. Inoculation of seeds with bacterial fertilizers was carried out on the day of sowing at a rate of azotobacterin and phosphorobacterin on a peat basis of 0.5 kg per hectare rate of seeds. Soil samples were taken at a depth of 0–20 and 20–40 cm in five places of the plot in two repetitions of the experiment. Soil samples for mic-robiological analyzes were taken with spatulas from a depth of 0–20 cm into sterile bags. Soil and plant samples were selected simultaneously according to development phases. For wheat – germination, tille-ring, flowering, milky and full ripeness. Wheat on black soil responds positively to applied mineral and bac-terial fertilizers. Bacterial preparations on mineral backgrounds and without backgrounds contribute to the accumulation of mobile forms of nitrogen, phosphorus and a significant increase in beneficial groups of microorganisms in the soil. With the combined action of mineral and bacterial fertilizers, a slight increase in the protein content in spring wheat grain was noted. The increase in yield with the combined use of mine¬ral and bacterial fertilizers compared to the control ranges from 12.2 to 62.6 %, and compared to the back-ground – up to 14.5 %.

Keywords:
bacterial fertilizers, mineral fertilizers, azotobacterin, phosphorobacterin, spring wheat, Novosibirsk Region, leached chernozem
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Черноземы выщелоченные – наиболее плодородные почвы в Западной Сибири. Значение их в производстве сельскохозяйственной продукции очень велико. Потен­циальное и эффективное плодородие этих почв не беспредельно, это вызывает необходимость разработки приемов, обеспечивающих не только сохранение плодородия, но и правильное его повышение. Среди мероприятий в повышении эффективного плодородия почвы и росте урожайности возделываемых культур определенное значение имеет применение бактериальных удобрений (азотобактерина и фосфоробактерина), сущность действия которых основана на использовании жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов.

Работами ряда ученых [1–7] доказано положительное влияние микроорганизмов на плодородие почв. Благодаря их деятельности растения снабжаются азотом за счет фиксации его из атмосферы свободноживущими бактериями.

Исследователи Н.А. Воронкова [1], О.Г. Чамурилев [4], И.А. Бобренко [8] и другие считают, что одним из приемов регулирования почвенной микрофлоры и повышений плодородия в Западной Сибири является применение бакте­риальных удобрений.

Авторами Н.А. Воронковой [1], В.И. Поповой [3], В.И. Усенко [6] установлено, что вносимые с бактериальными удобрениями в почву микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют биотические вещества (ауксины, витамины, антибиотики), которые оказывают активное воздействие на интенсивность роста и развития возделываемого растения.

В Западной Сибири с каждым годом увеличиваются площади по применению минеральных удобрений и бактериальных препаратов (азотобактерина и фосфоробактерина). Бактерии этих препаратов способствуют активации деятельности других групп полезных почвенных микроорганизмов, улучшающих питание растений, накопление в почве усвояемых форм азота и фосфора, а также продуцированию физиологически активных веществ, являющихся стимуляторами роста растений.

Цель исследований – проанализировать влияние минеральных и бактериальных удобрений, а также совместного их применения на накопление основных питательных веществ в почве, продукции; микробиологическую активность в почве и урожайность сельскохозяйственных культур (на примере пшеницы яровой).

Объекты и методы. Для решения поставленных вопросов с 2018 по 2021 г. проводились полевые опыты в Коченевском районе Новосибирской области. Почва на опытном участке – чернозем выщелоченный среднемощный: содержание гумуса – 6,54–8,15 %, общего азота – 0,39–0,40 %, содержание подвижной фосфорной кислоты (по Кирсанову) – 10,7–20,4 мг, обменного калия (по Кирсанову) – 11,0–20,0 мг/100 г сухой почвы, pH солевой – 6,4–6,8. Сумма поглощенных оснований – 37,9–40,2 мг·экв. на 100 г почвы.

Метеорологические условия в период проведения полевых опытов значительно различались по годам. 2018 г. характеризовался неустойчивой погодой в мае – температура дважды пересекала порог 5 °С. Вегетационный период года отличался засушливостью, общее количество осадков за период – 161 мм (ГТК = 0,7). 2019 г. характеризовался недостатком тепла (сумма эффективных температур – 1 839 °С) и значительным увлажнением (ГТК = 1,4). 2020 и 2021 гг. по агроклиматическим условиям были наиболее благоприятными – ГТК2020 = 1,0; ГТК2021 = 1,1.

Наблюдение за динамикой почвенной влаги на опытном участке показало, что запасы продуктивной влаги в метровом слое в начале вегетационного периода находились на уровне 162–177 мм. К середине вегетационного периода 2018 г. запас влаги доходил до отметки 57 мм, что можно охарактеризовать как «плохой запас влаги». В другие годы исследований запасы продуктивной влаги в метровом слое к фазе цветения пшеницы оценивались как «хорошие» и находились на отметках 144, 128, 132 мм соответственно в 2019, 2020, 2021 гг. К фазе «восковая спелость» запас влаги снижался до 51, 80, 73, 69 мм соответственно в 2018, 2019, 2020, 2021 гг.

Полевые опыты закладывались по общепринятой методике Б.А. Доспехова [9]. Основные приемы обработки почвы и ухода за растениями осуществлялись по агротехнике, принятой для данной зоны.

Размеры опытных делянок составляли 100 кв. м при четырехкратном повторении.

Объектом исследований являлась пшеница яровая сорта Новосибирская 31. Минеральные удобрения (фон) – аммиачная селитра, суперфосфат и калийная соль вносились перед посевом из расчета N30Р36K40. Инокуляцию семян бактериальными препаратами проводили в день посева: 0,5 кг препаратов азотобактерина и фосфоробактерина на гектарную норму высева пшеницы.

Для оценки динамики накопления питательных веществ в почве отбирались почвенные образцы с глубин 0–20 и 20–40 см в пяти местах делянки на двух несмежных повторениях. Сроки взятия образцов были приурочены к фенологическим фазам развития пшеницы: всходы, цветение и восковая спелость.

Образцы почвы на микробиологические анализы отбирались шпателями с глубины 0–20 см в стерильные пакеты четыре раза за вегета­ционный период (с 5 июня по 19 сентября).

Лабораторные анализы почв и растений проводили в двух аналитических повторениях из разных навесок. Образцы высушивались до воздушно-сухого состояния и измельчались. В образцах почвы определялись влажность, pH солевой. В свежих образцах определяли содержание аммония с реактивом Несслера и нитраты с дисульфофеноловой кислотой (по методу Грандваль-Ляжу). Подвижный фосфор и калий – по Кирсанову. Все микробиологические анализы почвы проводили в соответствии с [10].

Учет урожая проводили сплошной уборкой зерна на всех делянках опыта в течение трех лет (с 2018 по 2020 г.). Урожайные данные по опытам подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа [9].

Результаты и их обсуждение. В таблице 1 показано влияние удобрений на динамику подвижных питательных веществ в почве. Заслуживает внимания тот факт, что применение минеральных и бактериальных удобрений в начальные фазы развития пшеницы способствовало накоплению в почве фосфорной кислоты и соединений азота, в особенности нитратов. В последующие фазы развития пшеницы наибольшее содержание нитратного азота отмечено только в вариантах с совместным внесением минеральных и бактериальных удобрений.

Отметим также, что в процессе развития пшеницы произошло значительное снижение нитратного азота в почве от фазы «всходы» к фазе «восковая спелость» во всех вариантах в среднем на 78,5 % (минимум в контроле 71,7 %, максимум в варианте «N30Р36К40 (Фон)» 86,3 %).

 

Таблица 1

Содержание азота, фосфора и калия в почве чернозема выщелоченного

под яровой пшеницей (среднее за 2018–2020 гг.), мг/кг

 

Вариант

опыта

NO3

NH4

Р2О5

К2О

Всходы

Цветение

Восковая спелость

Всходы

Цветение

Восковая спелость

Всходы

Цветение

Восковая спелость

Всходы

Цветение

Восковая спелость

Контроль

46,6

25,6

13,2

8,8

5,0

7,6

147,0

117,4

130,0

215,0

160,0

150,0

N30Р36К40 (фон)

73,0

22,6

10,0

9,8

5,3

8,8

178,8

125,5

141,6

230,0

190,0

175,0

Фон +

азотобактерин (АБ)

108,3

32,6

28,2

10,0

5,0

10,7

194,0

128,0

148,2

230,0

185,0

170,0

Фон + АБ + ФБ

103,9

27,4

26,2

9,3

5,1

10,3

186,0

123,6

145,1

230,0

185,0

162,0

Фон + фосфоро-

бактерин (ФБ)

109,8

28,6

22,5

9,1

4,8

8,6

185,6

126,7

148,6

232,0

182,0

152,0

Азотобактерин

67,3

22,9

13,7

8,4

5,4

8,4

154,1

113,5

129,8

210,0

160,0

150,0

АБ + ФБ

68,2

24,4

12,9

8,1

4,4

8,5

160,5

115,5

139,2

220,0

165,0

160,0

Фосфоробактерин

68,8

25,5

13,3

8,7

5,4

9,0

166,5

119,1

143,5

215,0

165,0

155,0

НСР05

4,3

1,3

0,9

0,6

0,3

0,5

8,6

6,1

7,0

11,1

8,7

8,0

 

 

Содержание аммонийного азота во всех вариантах находилось на низком уровне. Его среднее количество в начале и конце вегетации колебалось у отметки 9 мг/кг почвы с пониже­нием к фазе цветения до 5,1 мг/кг.

Значительные изменения фосфорной кислоты в почве отмечены в вариантах совместного применения минеральных и бактериальных удобрений. Содержание фосфорной кислоты уменьшалось к фазе цветения (в среднем – на 32,9 %; контроль – на 20,1; фон – на 29,8 %), так как в этот период шло интенсивное его потребление растениями, а к концу вегетации содержание увеличилось (в среднем – на 16,8 %; контроль – на 10,7; фон – на 12,8 %).

Применение азотобактерина в чистом виде и совместно с фосфоробактерином не ведет к существенному увеличению фосфорной кислоты в почве.

Отмечено, что применение минеральных удобрений увеличивает содержание калия в почве в среднем на 7 % по сравнению с контролем и вариантами с бактериальными удобрениями без фона в фазе всходов, на 13,6–16 % – в фазе цветения и на 6,3–9,8 % – в фазе восковой спелости.

Внесенные минеральные удобрения и бактериальные препараты положительно действуют на микрофлору почвы и усиливают ее микробиологическую активность. Результаты анализов приведены в таблице 2.

Азотобактерин и фосфоробактерин на фоне минеральных удобрений и без них способст­вуют увеличению численности нитрифицирующих, аммонифицирующих, фосфорразлагающих и гумусразлагающих бактерий в 2–3 раза по сравнению с контролем.

По динамике изменения численности полезных групп микроорганизмов во всех вариантах можно предположить, что в процессе роста и развития пшеницы активность микроорганизмов повышается, а после цветения пшеницы к концу вегетации снижается.

Влияние удобрений на накопление сухого вещества, содержание и вынос элементов питания урожаями. Внесение в почву бактериальных препаратов на фоне минеральных удобрений и без них увеличивают в ризосфере корней количество питательных веществ в доступной для растений форме. Наряду с увеличением количества питательных веществ в усвояемых формах бактериальные препараты способствуют мощному развитию растений и в связи с этим интенсивному усвоению питательных веществ [2–5]. Общий вынос питательных элементов урожаями яровой пшеницы на черноземе выщелоченном по вариантам опытов значительно колеблется (табл. 3), что обусловлено величиной урожаев по годам и изменением химического состава, с внесением удобрений от контроля до максимально эффективного варианта вынос азота возрастает от 41,6 до 77,0 кг/га, фосфора – от 11,3 до 25,6 и калия – от 25,8 до 45,6 кг/га.

 

 

Таблица 2

Микробиологическая активность почвы после внесения биологических препаратов

под пшеницу яровую (среднее за 2020–2021 гг.), млн клеток в 1 г почвы

 

Вариант опыта

Дата анализа

Нитрифицирующие

бактерии на среде

Виноградского

Аммонифицирующие

бактерии на среде МПА

Бактерии, разлагающие

органические

фосфорные соединения

на среде Менкиной

Бактерии, разлагающие минеральные,

фосфорные соединения

на среде Муромцева

Бактерии, разлагающие

гумус на среде

с гуминовой кислотой

Площадка без растений

05.06

0,0

0,7

0,6

2,5

0,6

05.07

1,3

4,8

1,1

13,7

0,5

01.08

1,1

5,7

2,0

16,0

2,2

19.09

0,6

2,2

1,5

6,0

1,6

Контроль

05.06

0,3

1,9

2,2

7,0

0,3

05.07

0,8

5,0

1,1

21,0

0,2

01.08

1,5

6,3

6,5

24,5

7,5

19.09

1,0

4,7

0,5

3,2

2,8

N30Р36К40 (фон)

05.06

1,3

3,6

2,2

11,5

3,8

05.07

1,8

9,0

1,9

33,0

6,0

01.08

2,2

11,5

2,8

34,4

2,5

19.09

1,5

8,4

1,5

9,4

1,7

Фон + АБ

05.06

1,5

7,6

2,3

19,1

4,4

05.07

2,5

9,5

7,6

34,0

4,0

01.08

2,5

20,0

8,5

40,0

4,0

19.09

2,0

9,4

1,6

13,0

8,4

Фон+ФБ

05.06

0,8

4,4

7,2

15,3

7,3

05.07

1,2

30,0

15,2

36,3

1,0

01.08

2,5

20,5

8,3

40,7

4,0'

19.09

2,0

9,6

6,9

11,2

2,5

Азотобактерин (АБ)

05.06

0,5

2,9

5,3

10,3

1,8

05.07

1,5

13,5

5,7

24,9

1,4

01.08

2,0

114,0

6,5

25,2

4,2

19.09

0,6

11,1

1,1

11,0

3,7

Фосфоробактерин (ФБ)

05.06

0,3

3,5

2,0

16,6

2,5

05.07

1,3

13,7

5,9

24,8

2,5

01.08

2,0

14,1

7,1

22,5

5,0

19.09

1,5

3,0

2,0

14,3

4,1

 

 

Таблица 3

Содержание и вынос элементов питания урожаем яровой пшеницы в зависимости

от сочетания вносимых удобрений (среднее за 2018–2020 гг.)

 

Вариант опыта

Содержание, %

Вынос

N

Р2О5

К2О

N

Р2О5

К2О

Контроль

2,56

0,51

0,66

0,16

0,47

1,25

41,7

3,18

11,3

0,87

25,8

1,98

N30Р36К40 (фон)

2,64

0,69

0,69

0,21

0,49

1,33

64,5

3,46

17,5

0,94

38,8

2,08

Фон + АБ

2,77

0,69

0,82

0,24

0,48

1,38

74,3

3,61

22,8

1,10

43,9

2,13

Фон + АБ + ФБ

2,82

0,70

0,90

0,24

0,49

1,38

77,0

3,67

25,1

1,19

45,6

2,17

Фон + ФБ

2,69

0,65

0,90

0,25

0,49

1,38

74,0

3,50

25,6

1,20

45,5

2,14

Азотобактерин (АБ)

2,66

0,57

0,78

0,21

0,49

1,28

49,7

3,35

15,3

1,03

29,8

2,01

АБ + ФБ

2,59

0,59

0,76

0,20

0,46

1,32

49,5

3,37

14,9

1,02

29,7

2,02

Фосфоробактерин (ФБ)

2,58

0,54

0,78

0,21

0,46

1,32

50,4

3,23

16,1

1,03

31,9

2,04

НСР05

0,08

0,03

0,04

0,04

0,01

0,07

8,30

0,12

2,20

0,11

3,20

0,06

Примечание: в столбце «Содержание»: в числителе – зерно, в знаменателе – солома; в столбце «Вынос»: в числителе – кг/га, в знаменателе – кг/ц зерна.

 

 

С урожаем пшеница в вариантах с совместным внесением минеральных и бактериальных удобрений по сравнению с контролем выносила из почвы в среднем азота на 33,4 кг/ц; фосфора – на 13,2; калия – на 19,2 кг/ц зерна больше. В первую очередь это можно связать с более высокой урожайностью в этих вариантах (табл. 4).

Пшеница положительно отзывалась на внесение минеральных и бактериальных удобрений. Общий вынос питательных веществ по вариантам опыта неодинаков. При внесении минеральных удобрений N30Р36К40, азотобактерина и фосфоробактерина по сравнению с контролем вынос азота увеличивается от 41,7 до 77,0 кг/га; фосфора – от 11,3 до 25,6 и калия – от 25,8 до 45,6 кг/га. На содержание и вынос питательных веществ пшеницей влияют величина урожая и погодные условия. Так, содержание Р2О5 в растениях в более засушливом 2018 г. было от 0,51 до 0,59 %, а в 2020 г., более увлажненном, содержание фосфора доходило до 0,80 %. Процентное содержание азота и калия по годам и вариантам изменялись незначительно.

Данные учета урожайности свидетельствуют, что внесение минеральных и бактериальных удобрений приводит к увеличению урожайности пшеницы (табл. 4). Применение минеральных удобрений позволяет увеличить урожайность по сравнению с контролем на 42 %, совместное использование минеральных и бактериальных удобрений – на 60, использование только бактериальных удобрений – на 14,8 %. Исключение составил 2019 г., когда урожайность в вариантах «Азотобактерин (АБ)» и «АБ + ФБ» находилась в пределах ошибки опыта и была на уровне контроля.

 

 

 

 

Таблица 4

Влияние минеральных и бактериальных удобрений

на урожайность яровой пшеницы на черноземе выщелоченном

 

Вариант

Урожайность пшеницы, ц/га

Средняя

урожайность, ц/га

Прибавка

2018 г.

2019 г.

2020 г.

к контролю

к фону

Контроль

10,8

15,0

13,5

13,1

N30Р36К40 (фон)

15,5

22,0

18,4

18,6

5,5

Фон + АБ

17,5

23,3

20,9

20,6

7,5

2,0

Фон + АБ+ФБ

17,7

23,8

20,2

20,5

7,9

2,3

Фон + ФБ

18,4

24,3

21,3

21,3

8,2

2,7

Азотобактерин (АБ)

12,0

16,8

15,6

14,8

1,7

АБ + ФБ

13,2

16,0

15,0

14,7

1,6

Фосфоробактерин (ФБ)

13,2

17,5

16,2

15,6

2,5

НСР05

0,3

2,1

1,7

 

 

 

 

 

Заключение. Проведенные исследования по изучению эффективности применения минеральных и бактериальных удобрений при возделывании яровой пшеницы позволяют сделать следующие выводы.

Бактериальные удобрения способствуют улучшению микробиологической активности, а также накоплению подвижных форм азота и фосфора в почве. Отмечено, что наибольший эффект от бактериальных удобрений достигается при совместном их внесении с минеральными удобрениями. В фазе всходов по сравнению с контролем накопление в почве нитратного азота было больше на 130,3 %; аммиачного азота – на 7,5; фосфора – на 28,3; калия – на 7,3 %.

Азотобактерин и фосфоробактерин способствуют активизации развития и увеличению количества полезных групп микроорганизмов (нитри-, аммонифицирующих, фосфорразлагающих и гумусразлагающих бактерий) в 2–3 раза по сравнению с контролем.

В результате внесения удобрений создаются благоприятные условия питания растений, что ведет к увеличению урожая возделываемых культур. Прибавка урожая при совместном применении минеральных и бактериальных удобрений по сравнению с контролем составляет от 12,2 до 62,6 %, а по сравнению с фоном – до 14,5 %.

Данные, полученные в ходе исследований, имеют практическую значимость. Применение бактериальных удобрений для повышения микробиологической активности почвы и, как следствие, повышения урожайности пшеницы рекомендуется использовать совместно с минеральными удобрениями. Способ внесения бактериальных удобрений – путем инокуляции азотобактерином и/или фосфоробактерином семян перед посевом. Расход препарата – 0,5 кг на гектарную норму высева.

Для усиления действия минеральных удобрений на черноземах выщелоченных Новосибирской области рекомендуем применять свежеприготовленные бактериальные препараты.

References

1. Voronkova N.A., Balabanova N.F. `Effektiv-nost' primeneniya bakterial'nyh udobrenij pri vozdelyvanii yarovoj pshenicy v lesostepnoj zone Zapadnoj Sibiri // Agrarnaya nauka – sel'skomu hozyajstvu: sb. st.: v 3 kn. Barnaul, 2011. Kn. 1. S. 24–27.

2. Matveeva A.V. Bakterial'nye udobreniya i ih vliyanie na urozhaj i kachestvo yarovoj pshenicy // Innovacionnye idei molodyh issle-dovatelej dlya agropromyshlennogo komplek¬sa Rossii: sb. mat-lov vseros. nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh. Penza, 2017. S. 34–36.

3. Primenenie biopreparatov pri vozdelyvanii yaro¬voj pshenicy v usloviyah lesostepi Omskoj oblasti / V.I. Popova [i dr.] // Strategii i vektory razvitiya APK: sb. st. po mat-lam nac. konf., posvyasch. 100-letiyu Kubanskogo GAU / otv. za vyp. A.A. Tituchenko. Krasnodar, 2021. S. 289–292.

4. Vliyanie obrabotki pochvy i bakterial'nyh udob-renij na produktivnost' yarovogo yachmenya / O.G. Chamurliev [i dr.] // Vestnik Rossijskogo universiteta druzhby narodov. Ser. «Agronomiya i zhivotnovodstvo». 2018. № 2. S. 93–102.

5. Machneva V.V. Vliyanie inokulyacii semyan bakterial'nymi udobreniyami na urozhajnost' i kachestva zerna yarovoj pshenicy // Selekciya, semenovodstvo, `ekologiya: sb. mat-lov nauch. konf., posvyasch. 50-letiyu kaf. selekcii i semenovodstva Penzenskoj GSHA i pamyati akad. G.V. Gulyaeva. Penza, 2004. S. 83–86.

6. `Effektivnost' mineral'nyh i bakterial'nyh udobre¬nij na ozimoj pshenice v lesostepi Altajskogo Priob'ya / V.I. Usenko [i dr.] // Nauchnoe obespechenie zernovogo proizvodstva Altajsko¬go kraya: sb. st. / Altajskij NIISH. Barnaul, 2016. S. 127–133.

7. Fokin S.A., Pugacheva V.R., Churina T.N. Sovmestnoe primenenie bakterial'nyh udobre¬nij azotovit i fosfatovit na yarovoj pshenice // Sovremennye tehnologii proizvodstva i pererabotki sel'skohozyajstvennyh kul'tur: sb. nauch. st. po mat-lam nauch.-prakt. konf. (s mezhdunar. uchastiem). Blagoveschensk: VNIIS, 2017. S. 234–243.

8. Vliyanie biologicheskih udobrenij i stimulyato-rov rosta na vynos `elementov pitaniya yarovoj pshenicej / I.A. Bobrenko [i dr.] // Innovacii i sovremennye tehnologii v proizvodstve i pererabotke sel'skohozyajstvennoj produkcii: sb. st. po mat-lam vseros. (nac.) nauch.-prakt. konf. Kurgan, 2022. S. 27–31.

9. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'ta-tov issledovanij). 5-e izd., dop. i pererab. M.: Agropromizdat, 1985. 351 s.

10. Metody mikrobiologicheskogo kontrolya poch-vy: metod. rekomendacii. M.: Federal'nyj centr gossan`epidnadzora Minzdrava Rossii, 2005. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200087788 (data obrascheniya: 23.09.2023).


Login or Create
* Forgot password?