Выращивание зерновых культур является важнейшей государственной задачей, решением которой занимается растениеводство.
Считается, что для нормального развития экономики сельское хозяйство должно обеспечивать человека продуктами питания, сельскохозяйственных животных - кормами, перерабатывающие отрасли - сырьём. Зерно может являться также важной статьёй экспорта. На одного человека в год должно производиться по 1 т зерна (Петров К.М. Геоэкология, СПб., 2004 г.). Только так можно достичь полной продовольственной безопасности страны.
Учёные ставят задачу поднять производство зерна к 2025 году до 170-180 млн т в год (Ягодин и др. Агрохимия. М., 2004 г.). Учитывая, что в 2014 году получено 104 млн т зерна, России необходимо в год наращивать его производство примерно на 8-10 млн т. Продуктивность пашни должна составлять 4-5 т/га зерна, чтобы при не изменяющейся площади зерновых (примерно 45 млн га) выйти на запланированный уровень производства.
За счёт чего растёт урожайность
На основании обобщённых данных рост урожайности на 50% определяется применением удобрений, а около 50% прироста приходится на другие факторы (агротехника, сорта, мелиорация и т.п.). При этом защита растений от вредителей, болезней и сорняков позволяет сохранять до 30% урожая. В Нечернозёмной зоне России с её низким плодородием почвы при урожайности 30-40 ц/га за счёт удобрений получают 70-80% прироста урожая.
В настоящее время больший упор делается на озимые формы зерновых культур, дающих высокий урожай. Однако озимые хлеба на Северо-Западе России могут страдать от неблагоприятных погодно-климатических условий. Поэтому вопросы повышения экономической эффективности выращивания озимых зерновых культур являются актуальными.
Расчёты показывают, что 1 рубль, затраченный на минеральные удобрения, обеспечивает получение продукции растениеводства в среднем на 2,2 рубля, а окупаемость NPK в Нечернозёмной зоне – в 4,7-4,9 раз. При содержании гумуса 1% естественное плодородие обеспечивает получение урожайности зерна лишь в размере 6 ц/га. Доведение гумуса до 6% обеспечит получение уже 30 ц/га (Ягодин и др., 2004 г.).
Важное значение в растениеводстве имеет живое вещество почвы, которое представлено, в основном, микроорганизмами. Целенаправленно изменяя их соотношение в почве, можно осуществлять управление продуктивностью растений, бороться с вредителями и болезнями растений.
О раздельном применении минеральных удобрений и биопрепаратов сообщалось ранее (Доброхотов, Анисимов, СХВ №1/2014). В 2014 году перед нами была поставлена задача установить эффективность их совместного влияния на урожайность, определить насколько биопрепараты заменяют эквивалентное количество минерального азота, полученного на заводах.
Место, материал и методика исследований
Использование минеральных удобрений и биопрепаратов проводили на участке органического земледелия в учебно-опытном саду СПбГАУ по методике проведения опытов в агрохимических исследованиях. Мониторинг физиологического состояния растений в процессе их роста, который необходим для управления продукционным процессом и прогноза урожая, осуществляли в оперативном режиме оптическим активным дистанционным тестером (АДТ) отечественного производства, аналогичным импортному сенсору GreenSeeker (Verhulst and Govaerts, 2010). Тестер позволяет проводить измерения коэффициентов яркости растительного полога (покрова) в красной Rr и ближней инфракрасной Rir областях спектра 0,65 и 0,91 мкм. В этих пределах находятся спектры поглощения хлорофилла.
Объектом исследования являлись озимая пшеница сорта Московская-56 и озимая тритикале сорта Линда. Минеральные удобрения вносили под пшеницу и тритикале в почву перед последней культивацией из расчёта 50 кг д.в. на 1 га. Биопрепаратами семена обрабатывали в день посева. Использовали производственные формы биопрепаратов, созданные на основе бактерии Bacillus subtilis разных штаммов (бактофит, фитоспорин, экстрасол). Измерения проведены на четырех фенофазах развития растений в разных погодных условиях. Определяемые величины: нормализованный вегетационный индекс NDVI = (Rir –Rr)/(Rir+Rr) и его среднее квадратическое (стандартное) отклонение результата измерения (среднего значения) по результатам 16 независимых измерений на каждой делянке. Индекс является интегральной характеристикой физиологического состояния растений (их статуса) и положительно коррелирует с продукцией биомассы и содержанием хлорофилла. Как правило, чем больше NDVI, тем выше эти показатели. Урожайность (Y, ц/га) и биометрические характеристики определялись перед уборкой урожая.
Эффективность применения минеральных удобрений и биопрепаратов
В таблице показана урожайность и структура урожая, из которой складывается урожайность зерновых культур.
Как видно из таблицы, совместное применение минеральных удобрений и биопрепаратов значительно повышает урожайность озимых зерновых, улучшает показатели структуры урожая, выживаемость растений к концу вегетации. Особенно это проявилось на перспективной культуре для Северо-Запада – тритикале.
Мониторинг зерновых культур
На рис. 1 и 2 показаны значения нормализованного вегетационного индекса NDVI для разных фаз развития пшеницы и тритикале.
На перезимовавших растениях озимой пшеницы после заморозков и выпадения осадков (снег с дождем) и низком оптическом контрасте наиболее высокие значения NDVI – в первом варианте с N50P50K50. На уровне доверительной вероятности Р>0,66 они отличаются только от контроля с самым низким значением NDVI. Значимая корреляция NDVI с урожаем отсутствует: NDVIз = -0,0002Y + 0,27 (R2=0,002), где R2 – коэффициент детерминации, показывающий долю (%) тех изменений, которые в данных явлениях зависят от изучаемого фактора.
В фазе кущения при погодных условиях, близких к норме, резко возрастает оптический контраст и NDVI посевов варианта с фитоспорином. На этом участке NDVI становится и остается самым высоким до конца вегетации, несмотря на значительные вариации погодных условий. Это подтверждается данными по урожайности, которая выше, чем у остальных вариантов. Здесь отмечена положительная наибольшая корреляция с урожаем NDVIк = 0,0071Y+ 0,1 (R2 = 0,59).
В фазе молочной спелости при том же количестве осадков, но при более низких температурах такая корреляция меньше: NDVIмс = 0,0056Y + 0,19 (R2=0,44). На этих фенофазах отмечена также положительная корреляция NDVI с количеством растений на единицу площади (Np) – на уровне R2=0,55 и R2=0,77, и отрицательная корреляция с количеством осадков за декаду (P) – на уровне R2=0,63 и R2=0,74, соответственно.
На озимой тритикале наибольшая величина NDVI отмечается в вариантах с применением удобрений и биопрепаратов (бактофит, фитоспорин, экстрасол). Это наглядно показано на рис. 2 (сравнение с контролем). Расположение вариантов на делянках тритикале показано на рис. 3.
Оценка состояния растений в разных метеорологических условиях
В фазе колошения на озимой пшенице зафиксирована аномальная (отрицательная) корреляция NDVI с урожаем, что характерно для засушливых условий NDVIк = -0,0049Y + 0,69 (R2=0,39). Это соответствует данным других учёных (F.Cogan 2002).
Сходная корреляция отмечена для NDVI(Np)=-0,0003 Np + 0,66 (R2 = 0,25), где Np – количество растений на площадке. Известно, что засуха снижает урожай и искажает показания оптических сенсоров из-за нарушения синтеза основных фотосинтетических пигментов растений. Процесс протекает по-разному в зависимости от сорта и от типа воздействия на растения. На рис. 4 показаны эти зависимости.
На всех фенофазах они представляются параболическими функциями, экстремальные значения которых (NDVI*) разделяют шкалу NDVI на две области. При NDVI< NDVI* с ростом NDVI имеет место накопление хлорофилла растениями. В засушливых условиях при NDVI*> NDVI происходит его деструкция. При нормальных погодных условиях переход во вторую область не реализуется, соответствующие кривые могут быть представлены линейными функциями. При засухе часть участков попадает в область накопления хлорофилла. К ним относятся участки с экстрасолом и фитоспорином, а также вариант с P50K50. Повышенный статус растений, оцениваемый по NDVI на этих участках, позволяет им сохранять устойчивость к засушливым условиям. Остальные, включая участок с бактофитом, попадают в область хлорофилльной деструкции. Этим примером доказана возможность использования оптического тестера in situ для оценки эффективности применения биопрепаратов и выявления засушливых периодов, негативно сказывающихся на развитии растений.
В отношении озимой тритикале следует отметить, что эта культура (межродовой гибрид озимой пшеницы и озимой ржи) более устойчива (вынослива) к неблагоприятным погодным условиям. Поэтому она должна заслуживать особого внимания для выращивания в России.
Применение биопрепаратов обязательно
Сравнивая урожайности по вариантам опыта с NPK, РК и добавлением обработки семян биопрепаратами, мы пришли к заключению, что под действием микроорганизмов, внесённых в почву, в 2 раза усиливается усвояемость растениями азота. Экономится до 50-60 кг д.в. азотных удобрений, что согласуется с данными других исследователей (Тихонович А.И., СХВ №2/2008).
По существующим регламентам в органическом земледелии не разрешается применять минеральный азот, производимый на химических заводах. Необходимо использовать биологический азот, который фиксируется симбиотическими и не симбиотическими бактериями из воздуха, живущими в ризосфере корней растений. Доступный растениям азот в нитратной и аммиачной формах образуется также при разложении (минерализации) растительных остатков, особенно бобовых сидеральных культур. Ограничения по азоту, содержащемуся в навозе, согласно европейским стандартам, составляют не более 170 кг азота на 1 гектар с.-х. угодий в год. Других ограничений по азоту нет. Поэтому применение биопрепаратов, как в обычном, так и в органическом земледелии обязательно. Хозяйства должны делать упор, в первую очередь, на применение биопрепаратов и регуляторов роста и развития растений.
СХВ
