Бактерии для продуктивности картофеля
Текст: Л. С. Федотова, д-р с.-х. наук, Н. А. Тимошина, канд. с.-х. наук, Е. В. Князева, ФГБНУ «ФИЦ картофеля имени А. Г. Лорха»; Н. Р. Шарапова, Д. А. Дорофеев, АО «Апатит»
В последние годы для производства экологически безопасной растениеводческой продукции в развитых странах интенсивно внедряется биологизация земледелия. Она подразумевает применение в основном биологических методов для воспроизводства плодородия почв. Такой подход можно реализовать при выращивании картофеля.
Один из возможных путей в этом направлении — ризоремидиация. Она предполагает использование биопрепаратов на основе ризосферных высокоэффективных штаммов бактерий, способствующих переходу труднодоступных форм питательных веществ в легкоусвояемые, а также несимбиотической азотофиксации в почве.
КОГДА ПОГОДА ПОЗВОЛЯЕТ
Экологическое направление исследований в картофелеводстве вызвано наблюдаемой частотой аномальных погодно-климатических явлений. Их количество существенно возросло за последние 30 лет, что связано с глобальными изменениями, обусловленными сочетанием естественных климатических флуктуаций и производственной деятельностью человека. Темпы повышения среднесуточной температуры в России, в частности в Нечерноземной зоне, существенно выше, чем среднемировые, и находятся в пределах 0,03–0,04°С в год. Фиксируемые сегодня и ожидаемые климатические изменения позволяют прогнозировать в Нечерноземье рост биоклиматического потенциала и обострение агроклиматических рисков, связанных с общим усилением его гумидности. В условиях обилия зимних осадков произойдет увеличение вероятности вымокания и выпревания озимых, тогда как ослабление волн холода и общее потепление снизят возможное наступление заморозков, повысят биоклиматический потенциал региона в целом. При этом возрастет угроза развития и сохранения патогенов в почве.
Результаты длительных полевых экспериментов и обобщение данных статистической отчетности по отрасли растениеводства показывают, что повышение среднесуточной температуры вегетационного периода на 1°С относительно средней многолетней величины позволяет увеличить продуктивность зерновых культур в среднем на 0,4–0,7 т/га, картофеля — на 6–11 т/га, многолетних трав или сена — на 0,5–0,7 т/га. Положительную роль в этом направлении играет наращивание концентрации углекислого газа в приземном слое атмосферы с 0,033 до 0,044%, что сопровождает глобальные климатические изменения и позволяет, по данным модельных экспериментов, рассчитывать на прибавку урожая до 10–15%. При этом чем выше оказывается уровень плодородия почвы и потребность культуры в тепле, тем лучше она отзывается на рост теплообеспеченности. Однако вероятность благоприятного увлажнения в начале вегетационного периода в Северо-Западном и Центральном регионах близка к нулевому значению. По мере продвижения на юго-восток увеличиваются риски недобора урожая из-за засух в летний период. Кроме того, повторяемость экстремальных температурных перепадов возросла в 1,3 раза, зимних оттепелей — в 1,4 раза, штормовых осадков — в 1,5 раза.
ПЛЮС БИОПРЕПАРАТОВ
Экологи убедительно доказали, что качеством природной среды автоматически может управлять только биота, то есть совокупность всех живых организмов Земли. Согласно анализу моделей и натурным исследованиям, биологическое разнообразие является главным критерием и признаком устойчивости экосистемы. Бактериальные удобрения повышают урожайность большинства культур при одновременном снижении норм внесения минеральных средств, увеличивают биологическую активность почвы через стимуляцию почвенных ферментов и полезных микробных сообществ, улучшают ее физико-химические характеристики, что способствует разложению применявшихся ранее пестицидов, связыванию ТМ и восстановлению плодородия. По этой причине продукция, выращенная с использованием биопрепаратов, является экологически чистой, обогащенной витаминами, аминокислотами и белками.
В условиях непредсказуемого изменения климата в наиболее ответственный период формирования урожая необходимо заранее продумать модернизацию технологий производства картофеля. Включение бактериальных удобрений в различные системы возделывания для адаптации культуры к изменениям климата, а также снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду актуально как в научных, так и производственных целях. В связи с этим для повышения продуктивности и качества картофеля в 2017–2020 годах были проведены исследования. В рамках них комплексно использовались полные и пониженные на 30 и 50% дозы минеральных удобрений в сочетании с различными микробиологическими и биологическими препаратами для увеличения энергии роста и развития растений при лучшей усвояемости питательных веществ.
МНОГООБРАЗИЕ ВАРИАНТОВ
Объектом исследований стали новые отечественные сорта картофеля Гала, Азарт, Гулливер, Гранд, Кумач, Сигнал, Фаворит. В опыте использовались микробиологические препараты: «Азотовит», содержащий культуральную жидкость свободноживущих азотофиксаторов Azotobacter chroococcum в количестве 1х107 КОЕ/мл, «Фосфатовит», включающий бактерии Bacillus mucilaginosus в объеме 1х107 КОЕ/мл, «Экстрасол», представляющий собой жидкую форму штамма ризосферных бактерий Bacillus subtillis Ч-13 с титром 1х108 КОЕ/мл, а также «Байкал» с 60 штаммами микроорганизмов в дозе 1х105–6 КОЕ/мл. Также применялись наиболее крупные группы микроорганизмов: фотосинтезирующие и молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномицеты, ферментирующие грибы типа Aspergillus, Penicillium, «БисолбиФит» — сухой микробиологический препарат на основе бактерии Bacillus subtilis Ч-13 с титром 1х108 КОЕ/мл, комплекс аминокислот «Агринос 2».
Первый опыт включал семь вариантов. Первый представлял собой контроль, второй — фон с внесением удобрения N90P90K90. На третьем участке на фоне для обработки использовались препараты «Азотовит» и «Фосфатовит» в норме 2 л/т и «Агринос 2» в дозе 2,5 л/га для опрыскивания по листу. На четвертой делянке применялись средства «Экстрасол» и «Агринос 2» для тех же целей в аналогичных объемах, на пятой — «Байкал» и «Агринос 2». Шестой вариант подразумевал фон, а также обработку семян и растений препаратом «Экстрасол» в дозе 2 л/т и 2 л/га, а на седьмом участке фон был заменен удобрением N60P60K60.
ЗНАЧИМЫЕ ПОВЫШЕНИЯ
Результаты опытов получились весьма показательными. Применение микробиологических препаратов «Азотовит», «Фосфатовит», «Экстрасол», «Байкал» для предпосадочной обработки клубней и опрыскивание ботвы с помощью средств «Экстрасол» и «Агринос 2» в период исследований положительно влияли на рост и развитие картофеля. Существенно увеличились высота растений — на 2–3 см, количество стеблей — на 0,5–1 шт/куст, клубней — на 1,2–2,3 шт/куст, масса продовольственных клубней более 60 мм — на 10–20 г. В варианте с совместным использованием уменьшенной на 30% дозы NPK и препарата «Экстрасол» по сравнению с минеральным фоном повысились общее количество клубней и их масса, в том числе существенно увеличилась численность средней фракции с диаметром 30–60 мм — с 9,1 до 10,5 шт/куст.
Сочетание предпосадочной клубневой обработки средствами «Азотовит» и «Фосфатовит», «Байкал» и «Экстрасол» с некорневым опрыскиванием продуктами «Агринос 2» и «Экстрасол» привело к увеличению урожайности на 4,5–6,7 т/га, или на 17–25%, относительно фона. Наиболее значимый эффект был получен от действия биопрепарата «Экстрасол», использованного для предпосадочной обработки клубней, в сочетании с некорневыми опрыскиваниями средствами «Агринос 2» и «Экстрасол». Величина прибавки урожайности составила 25%. В варианте со сниженной на 30% дозой N60P60K60 и совместным применением препарата «Экстрасол» по клубням и ботве валовой сбор превышал результат на минеральном фоне N90P90K90 на 3,3 т/га, или 12,5%. Помимо этого, удобрения в полном и уменьшенном на 30% объеме в сочетании с биопрепаратами увеличивали общую товарность урожая до 89–94% по сравнению с неудобренным вариантом и минеральным фоном — 86 и 87% соответственно.
НАКОПЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
Как правило, наибольшее количество фитонутриентов получают в клубнях, выращенных на слабоокультуренных почвах и низком агрофоне. В проведенном опыте при внесении полной дозы NPK в среднем за 2017–2019 годы наблюдалось снижение сухого вещества/крахмала на 1,2/1%, витамина С — на 2,7 мг%. Также отмечалось повышение концентрации нитратов практически вдвое по сравнению с контролем, что объясняется нарастанием массы и оводненности тканей товарного клубня под действием удобрений.
Применение микробиологических препаратов способствовало не только увеличению урожая и товарности, но и повышению уровня фитонутриентов в продовольственном картофеле. Так, в продукции, полученной во всех вариантах с совместным проведением предпосадочной обработки и некорневого опрыскивания биопрепаратами на фоне NPK, содержание сухого вещества/крахмала достигло уровня абсолютного контроля — 20,5–20,9/14,8–15,1%. В варианте с N60P60K60 и применением средства «Экстрасол» по клубням и ботве повышалась концентрация сухого вещества, крахмала и витамина С до 20,9/14,3% и 26,4 мг% по сравнению с минеральным фоном и была практически на уровне неудобренного контроля. Наилучшие результаты по накоплению витамина С в картофеле отмечены на трех участках: третьем, четвертом и шестом — 27,8–28,3 мг%. Результаты получились на уровне контроля и выше него.
Помимо этого, биопрепараты существенно снижали содержание нитратов в продукции — до 140–185 мг/кг, что оказалось на 16–37% меньше по сравнению с минеральным фоном, где показатель равнялся 221 мг/кг. Уменьшение дозы NPK на 30% в сочетании с применением препарата «Экстрасол» по клубням и ботве способствовало снижению нитратов ниже фонового варианта на 64 мг/кг, или на 29%. Более низкое их содержание к моменту уборки свидетельствовало о физиологическом вызревании картофеля, сопровождающимся синтезом запасающих азотных органических соединений и утилизацией поступивших извне NO3.
ВИДИМОЕ ПРЕВОСХОДСТВО
В целом по опыту было отмечено положительное влияние биопрепаратов на потребительские качества картофеля: повышался вкус, снималось ферментативное потемнение сырой мякоти и усиливалась разваримость клубней. По действию на данные характеристики выделились варианты с «Байкалом» и «Экстрасолом» как при отдельном применении перед посадкой, так и в сочетании с некорневыми подкормками средствами «Агринос 2» и «Экстрасол». В седьмом варианте со сниженной на 30% дозой NPK потребительские качества продукции были практически на уровне неудобренного контроля и существенно лучше минерального фона.
Расчет экономической эффективности по результатам полевого опыта показал, что на участках с применением препарата «Экстрасол» для предпосадочной обработки клубней в сочетании с некорневыми подкормками средствами «Агринос 2» и «Экстрасол» была получена относительно высокая урожайность — 31–33 т/га. Положительными оказались и экономические показатели: низкая себестоимость — 5,4–5,6 руб/кг, высокая окупаемость затрат — 3,5–3,7 руб/кг, рентабельность производства — 78,3–83,7%.
Таким образом, во всех вариантах с комплексной обработкой биопрепаратами сформировалось максимальное количество клубней средней фракции 30–60 мм в диаметре — 10,9–11,7 шт/куст, что важно для семеноводческих целей. Продукция продовольственной фракции более 60 мм характеризовалась высокой крахмалистостью, содержанием витамина С и хорошими кулинарными показателями, концентрацией нитратов ниже ПДК. На участке с N60P60K60 и совместным применением препарата «Экстрасол» по клубням и ботве уровень урожайности был выше полной дозы NPK. Одновременно с этим корнеплод характеризовался высокой крахмалистостью и содержанием витамина С, обладал отличными кулинарными качествами, в нем был низкий уровень нитратов. Также в этом варианте условный доход оказался на 29,9 тыс. руб/га выше фона NPK, фиксировалась небольшая себестоимость — 5,9 руб/кг, высокая окупаемость затрат — 3,4 руб/кг, рентабельность производства — 70%.
РЕЗУЛЬТАТ БИОЛОГИЗАЦИИ
В исследованиях 2018–2020 годов изучали эффективность микробиологического препарата «БисолбиФит» на основе штамма ризосферных азотфиксирующих бактерий Bacillus subtilis Ч-13. Он предназначен для активизации минеральных удобрений. На поверхность гранулы заселяется полезная микрофлора, способная увеличивать доступность содержащихся в туках питательных веществ, переводить в доступные формы почвенные запасы азота, фосфора и калия. Применение биопрепарата, нанесенного на гранулы минеральных удобрений, позволяет на 10–30% увеличивать урожайность сельскохозяйственных культур за счет повышения коэффициента полезного действия модифицированных форм туков. Аминокислоты, витамины, гормоны и органические кислоты, вырабатываемые бактериями, которые входят в состав средства, стимулируют и ускоряют физиологические процессы, увеличивают интенсивность фотосинтеза и дыхания, а также значительно укрепляют иммунную систему и ускоряют развитие растений.
Применение препарата для модификации минеральных удобрений в полевом опыте в условиях Костромской области повышало урожайность среднераннего сорта картофеля Невский на варианте с N40P54K60 на 2,4 т/га, или на 7,9%, по сравнению с минеральным фоном. Модификация NPK-удобрения средством «БисолбиФит» увеличивала окупаемость килограмма действующего вещества до 37,4 кг клубней, что стало на 27% выше показателя у традиционных минеральных туков.
УРОЖАЙ ИДЕТ В РОСТ
При проведении полевого опыта в поселке Коренево Московской области в относительно благоприятных условиях 2019–2020 годов было установлено, что новые сорта картофеля Азарт, Гулливер, Гранд, Кумач и Сигнал существенно увеличивали продуктивность в зависимости от применявшихся форм удобрений, в том числе от биомодифицированной минеральной тукосмеси. Прибавка урожайности от внесения в почву перед посадкой традиционного тука N90P90K135 в среднем за два года в зависимости от сорта колебалась от 4,8 до 12,4 т/га, или 16–40%. При применении биомодифицированной смеси в той же дозе показатель составлял от 6 до 15,4 т/га, или 20–51% по отношению к контролю, где не было препаратов.
Модификация традиционных минеральных удобрений средством «БисолбиФит» способствовала повышению продуктивности всех исследуемых сортов. В меньшей степени его влияние проявилось на очень раннем сорте Гулливер — абсолютный прирост составил 1,2 т/га, или 3,5%. Максимальный показатель отмечался на среднераннем картофеле Азарт — 5,2 т/га, или 13,6%. Среднеспелые сорта Гранд, Кумач, Сигнал отреагировали на добавление препарата по нарастающей: прибавка составила 1,6, 2,4 и 3 т/га, или 3,7, 5,9 и 6,9%, соответственно относительно минерального контроля. Окупаемость килограмма действующего вещества традиционных удобрений (N90P90K135) прибавкой урожая в зависимости от сорта картофеля была равна 15,2–39,4 кг клубней, а при добавлении препарата «БисолбиФит» — 19–48,9 кг. Следует отметить, что в формировании продуктивности картофеля в 2019 году влияние фактора А (сорт) составило 54,3%, фактора В (удобрения) — 25,5%. В более влажном 2020 году приоритет изменился: на сорт приходилось 6,4%, туки — до 71,5%.
ДОЗЫ НИЖЕ, СБОРЫ ВЫШЕ
В другом опыте в Московской области преобладала дерново-подзолистая среднесуглинистая почва. Климатические условия вегетационного сезона 2021 года и второй половины 2022 года приближались к экстремальной засухе 2010 года. Запланированный уровень урожайность в 30 т/га среднеспелого сорта Фаворит в варианте с расчетной нормой удобрений N63P80K162Mg20 не был достигнут. На участке с полной дозой NPK продуктивность повышалась: в 2021 году — на 5,8 т/га, или 31,6%, в 2022 году — на 4,9 т/га, или 25,3%, по сравнению с контролем. Снижение объема NPK на 50% обеспечило урожайность картофеля в 2021 году на уровне 23,5 т/га, в 2022 году — 21,5 т/га, что оказалось на 3,5 и 12% соответственно меньше относительно полной дозы. Наблюдавшийся высокий эффект от половинной нормы удобрений объяснялся установившейся жарой и засухой в июле в оба года исследований. Действенность полной нормы снижалась из-за образования очагов высокой концентрации питательных веществ в почве, которые препятствовали нормальному росту и развитию растений. Обогащение половинной дозы минеральных удобрений микробиологическим препаратом «БисолбиФит» повышало урожайность картофеля на 1,9–2,1 т/га, или на 8,8–8,9%. В среднем за два года — на 2 т/га, или 8,9%, относительно соответствующих значений на участке без применения этого средства. При этом окупаемость килограмма действующего вещества выросла до 34,3 кг клубней. Товарность урожая в варианте с половинной дозой NPK и использованием «БисолбиФита» составила 97,4% и была выше контрольных значений.
Таким образом, проведенные исследования показали, что применение микробиологических препаратов в технологии возделывания картофеля позволяет вносить пониженные на 30–50% дозы удобрений, что положительно сказывается на активности почвы и качестве продукции. Помимо этого, такое решение повышает окупаемость килограмма действующего вещества NPK и способствует получению относительно высокой урожайности культуры даже в засушливые годы.