Использование микробиологических удобрений в растениеводстве

Использование микробиологических удобрений в растениеводстве

 

В.Г. Правдин, доктор технических наук, ООО «НТЦ БИО»

В.Г. Гермашев, кандидат химических наук, ООО «НТЦ БИО»

В.А. Глотов, кандидат сельскохозяйственных наук, ООО «Эфко-Ресурс»

 

         Специалисты и руководители современных агрофирм ищут практические пути получения «суперурожаев» при минимальных затратах, решая при этом триединую задачу: максимум урожая производственных культур, максимум их качества на фоне реализации таких технологий, которые бы, как минимум, не подрывали природный потенциал воспроизводства полодородия полей. С учетом современных экономических и экологических реалий, аграрная наука ищет пути решения этих задач в рамках традиционных агрохимических  технологий с использованием различных мотодов биологизации земледелия.

         Академик А.А. Жученков справедливо замечает, что стратегическим путе развития агроэкосистем «является экологизация земледелеия за счет интенсивной стимуляции процессов восстановлениявещества и энергии агроэкосистем в ситеме рационального использования биоресурсов».

         В процессе биологизациисуществующих агрохимических технологий растиневодства основное внимание уделяется роли севооборотов, природных агроценозов, агроландшафтов, сидератам и органическому веществу почв. Переход от плужных технологий к минимальным и нулевым, создание мульчирующего покрова почвы имеют не только энергетическое значение, но и резко изменяют ход обменных прочвенных процессов.

         В послежнее время появился еще один фактор биологизации земледелия — микробиологические удобрения, которые активно исследут специалисты в области аграрной биотехнологии.

          Именно мир микроорганизмов служит огромным буфером между живой и неживой природой, между растениями и почвой. Этот мир поддерживает сосуществование всего сущего в природе путем энергетического, трофического и генетического обмена. При антагонистических отношениях, например, могут возникать инфекционные заболевания, при симбиотических взаимоотношениях возникают партнерские взаимодействия, которые позволяют им не только выжить, но и увеличить урожай.  Один из самых известных примеров полезного симбиоза — это отношения бобовых растений с граммотрицательными бактериями рода Rhizobium, осуществляющими фиксацию атмосферного азота в образующихся корневых клубеньках. Практикой установлено, что, например, на 1 га посевов сои достаточно ввсести около 500 миллиардов  Rhizobium Japonicum. В процессе аппаратурного выращивания культуры мы получаем 5 миллиардов клеток в 1 миллилитре культуральной жидкости. Это значит, что для обработки семян сои нужно всего 100 миллилитров этой жидкости. При этом на 25-30% увеличвается урожай сои, а в почве накапливается до 30 кг биологического азота на гекта для следующего урожая.

         Это пример — демонтрация мощного биологического эффекта микроорганизмов, когда малые воздействия (100 гр. культуры на 1 га) дают большие экономические последствия.

         Наши коллеги — биологи, занимающиеся производством вермикомпостов, утверждают, что первым и самым древним производителем гумкса является червь. Однако, отдавая дань их энтузиазму, следует восстановить историческую спрпведливость: микробы создали почву и создают сегодня биогумус (вермикомпост) в полости червя и в капролитах за его пределами.

         Примером положительного влияния микробов, живущих в ассоциациях с растениями, много их стали называть ассоциативными, образующими ассоциативный симбиоз. Они стимулируют рост и развитие растений, прикрепляясь к корням (plant growth – promoting basteria PGPB).

         В нашей стране проведены многолетние работы в Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (проф. В.В. Игнатов), связанные с исследованиями молекулярно-генетических и эколого-биологических аспектов взаимотношений ассоциативных и симбиотических микроорганизмовс растениями. Показано, что растения получают большую выгоду от способности PGPB к азотфиксации, продуцирования фиогормонов, гидролизу органических фосфатов, улучшению водного и минерального статуса, снижению содержания этилена и тяжелых металлов в растениях.

         Исследования, направленные на создание технологий эффективных микробиологических удобрений  в нашей стране проводились еще в первой половине прошлого века, в МГУ, под руководством академика Красильникова. Сегодня в мире освоено много различных удобрений, содержащих азотбактер, фосфобактерии, кремниевые микроорганизмы и т.д.

         Широкое распространение в Китае и и Юго-Восточной азии получили удобрения на основе бактерий-антибиотиков, которые кроме улучшения плодородия почв защищают растения от болезней и ускоряют их рост. К этому типу микробиологических удобрений принадлежит и Ризобактерия Ускоряющая Рост Растений (РУРР). Функциональные бактерии широко распространениы и охватывают многие роды грамотрицательных бактерий, включая Bacillus и Pseudomonas.

          В последнее время в России и за рубежом появилось достаточно большое количество смешанных микробиологических удобрений:

-       инокуляты из смешанных штаммов. Ивестна композиция (Хи и др., 1991) из трех штаммов Bacillus cereus.

-       Инокуляты на основе различных бактерий. В качестве примера можно привести смесь различныз видов Azotobacter c фосфобактериями или калиевых бактерий. Другой инокулят данного вида включает в себя смесь разных видов фотосинтезирующих, молочнокислых бактерий, дрожжей и аминомицетов, которые называются эффективными микроорганизмами (т. Хига, 1996).

-       функциональные бактерии в композиции с органическими и минеральными удобрениями. Микробные композиции, макро-и-микроэлементы смешиваются с органическими отходами (Chen и др. 1998). определяющим принципом здесь является избежание антагонизма между выбранными микроорганизмами.

         Китайцы сообщают о больших площадях применения инокулянтов на бобовых  культурах (2,28 млн. га) и о больших биоэффектах, повышающих урожай: соя — от 11% до 44,2%, вика — от 20% до 100% и т.д.

         Ведутся интенсивные исследования по этой теме в силу высокой эффективности микробиологических и биоорганических удобрений.

         За последние года отечественные разработчики и производители активно занимаются регуляторами роста растений, бактериальными препаратами, биопрепаратами на основе грибов, антивирусными препаратами, препаратами против болезней  растений и борьбы с насекомыми (Уваров Г.И. Агромир № 2, 2005).

         Важно, что сообщество микроорганизмов почвы функционирует как единое целое с кооперативными трофическими связями, обеспечивая биотрансформацию, например, зеленых растений до гумуса и минеральных солей. Существующий в почве большой пул микроорганизмов, может приспособиться к использованию самых разных веществ, поступающих в почву, однако в почве микроорганизмы разделены пространственно и растут в виде микроколоний как чистые культуры. Почвенные организмы представляют собой не кооперативные сообщества, а комплекс (ассоциацию) независимых видов. Желая подчеркнуть это обстоятельство, разрабатываемые нами препараты обозначаются символом КМ — концентраты микроорганизмов. Состав этих комплексов (препаратов КМ ) должен отвечать определенным типом почв (география), ландшафтом, технологическим приемам (обработка семян, вегетативной части растений или зеленых удобрений и т.д.), особенностям возделываемых сельскохозяйственных культур и т.д.

         Внутри каждой экологической ниши действует правило Гаузе: только один вид может доминировать в данных условиях. В МГУ им. М. Ломоносова П.А. Кожевиным и М.В. Горленко разработана уникальная система мультисубстратного тестирования почв «Эколог» с использованием 30-70 субстратов с оценкой аэробных органотрофонов. Нами, совместно с авторами метода были проведены широкие испытания почв ЗАО №Красненское», в том числе с позиций оценки изменеия бморазнообразия под воздействием препаратов серии КМ.

         Нужно понимать, что биоразнообразие есть путь ухода от конкуренции, т.е уход из под действия естественного отбора (естественный отбор представляет собой путь к унификации — принадлежности всех к одной партии победителей, Заварзин Г.А., 2004 г.). Только увеличивая приток различных органических и минеральных субстратов, увеличивая биоактивность обменных процессов внесением КМ-препаратов, мы можем увелить биоразнообразие и кокурентноспособность агрополезных микроорганизмов.

         Известно, что конкуренция микроорганизмов со сходными пищевыми потребностями основана на кинетике роста. Эксперименты показали, что действие КМ-препаратов аналогично катализаторам, когда малые количества воздействующего препарата позволяют получать масштабные эффекты за счет ускоренного формирования позитивной части биоценоза, обеспечивающего прирост урожа.

         Следующим фактором, после организации притока биогенных элементов, является создание надлежащих условий для дыхания органотрофов, которые определяются доступностью органического вещества и притоком воздуха.

         В почве приток воздуха осуществляется по порам аэрации, по местам деградации корней, ходов червей. Это диффузиционный, медленный путь и, поэтому, так важны известные агрономам приемы: исключение вспашки, минимальная обработка почвы, создание условий для размножения\ червей на полях и т.д.

         Разные почвы имеют агрегаты разного размера, которые определяются, в том числе, и ее обраьоткой. Агрегаты  формируются под действием слизи микроорганизмов, скрепляются мицелием микромицетов. Органические частицы и коллоиды гуминовых веществ взаимодействуют с минеральной матрицей почвы, создавая органоминеральную структкру частиц и агрегатов. При величине агрегата более 4 мм, в нем уже возникает анаэробная зона. Это обстоятельсво и определяет наш выбор технологии производства биоорганических удобрений с КМ-препаратами путем полуанаэробной ферментации подстилки пометной птичьей (ППП) с использованием ворошителей буртов и получением аэробно-анаэробных микробных композиций в самом органическом удобрении.

         Полуанаэробный процесс компостирования обеспечивает медленный биоразогрев биомассы и достаточную длительность высокотемпературного периода, что является условием обеззараживания, дегельментации и гибели семян сорной растительности в конечном продукте (компост). Параметры процессов компостирования ППП на птицефабрике «Приосколье» приведены на рис. 1, где видно, что без использования КМ (контроль), процесс компостирования происходит с некоторым повышением рН и испарением аммиака (образование в результате дезамминирования аммойного азота компенсируется убыванием его в виде лектучего, при повышенных рН, аммиака, что приводит к некоторому падению концентрации аммойного азота, несмотря на общее убывание биомассы в процессе компостирования). При внесении в исходную биомассу КМ 105 процесс компостирования проходит с заметным понижением  рН, вследствие чего образующийся аммиак не улетает и концентрация аммонийного азота в компостируемой массе повышается.

         Таким образом, использование КМ 105 является фактором снижения потерь азота при компостировании и накопления его в виде доступных для растений аммонийных формах. Кроме этого получаемый с использованием КМ 105 компост имеет сравнительно высокую однородность и содержит меньше не перегнивших растительных остатков, чем контрольный (без КМ 105). повышение биологической активности готового компоста обеспечивается введением в него комплекса агроположительных микроорганизмов КМ 101 или КМ 101Т, что приводит к повышению эффективности его применения в земледелии. Это в какой-то мере иллюстрируют данные, приведенные в таблице, которые получены в опытах, не претендующих на получение сверхвысоких урожаев. Получение сверхвысокихурожаев, по-видимому, возможно путем комплексного одновременного или совместного применения биокомпостов, получаемых путем введения в исходный компост микроорганизмов состава КМ 101 (КМ 101Т) и минеральных удобрений. При этом следует ожидать, что легкодоступные водо-растворимые элементыминеральных удобрений будут фактором ускоренного развития растений в первой половине вегетационного периода, а минеральные ресурсы компоста, под действием агробактерий сукцессинирующего микробиологического сообщества, будут использованы растениями в течение всего периода вегетации, как следствие динамики постепенной минерализации органических веществ компоста. Кроме этого минерализующаяся биомасса компоста и растительных остатков будут улучшать элементы структурируемости почв на уровне наноразмеров (органогумусная матрица почв, капилярность, влагоемкость и т.д.).

          наряду с приведденным вариантом использования КМ для повышения урожайности сельскохозяйственных культур целесообразны вегетативные обработки растений, особенно на  ранних фазах развития (КМ 104), предпосевная обработка семян (КМ 101), корневые подкормки (КМ 103). во всех вариантах использования Км их расход колеблется от 1 до 15 кг/га, в том числе и в составе биокомпостов. В сущности это эффект сверхмалых доз, связанный с положительным активированием аборигенных почвенных и эпифитных микробиологических сообществ агроэкосистем.

 

 

№ п/п

 

 

Выращиваемая культура

 

 

Предшест-венник

 

 

Варианты удобрения почвы перед посевом

Средняя урожайность

ц/га

Разница,

+ (-)

к контролю

1

 

 

 

 

Ячмень (зерно)

 

 

 

 

Подсолнечник

Контроль (без удобрений)

 

34

-

2

Компост на основе ППП,

10 т/га

36

+ 6

3

Биокомпост на основе ППП,

10 т/га

45,2

+ 33

4

 

 

 

 

Кукуруза на зерно

(зерно)

 

 

 

 

Подсолнечник

Контроль (без удобрений)

 

45

-

5

Компост на основе ППП,

10 т/га

51

+ 14

6

Биокомпост на основе ППП,

10 т/га

102

100

7

 

 

 

Подсолнечник

(семечки)

 

 

 

Кукуруза

на зерно

Контроль (без удобрений)

 

25

-

8

Компост на основе ППП,

10 т/га

36

+ 44

9

Биокомпост на основе ППП,

10 т/га

40

+ 60

10

 

 

 

Сахарная свекла

(корни)

 

 

 

Кукуруза

 на зерно

Контроль (без удобрений)

 

120

-

11

Компост на основе ППП,

10 т/га

145

+ 20

12

Биокомпост на основе ППП,

10 т/га

175

+ 46