Применение микробиологических препаратов при выращивании картофеля в зоне влияния металлургического производства

Полный текст

Введение

Современные процессы урбанизации, как правило, обусловливают высокую концентрацию близ промышленных городов населенных пунктов, в которых население выращивает плодоовощную продукцию. Уровень загрязнения почв на таких территориях может быть достаточно высоким, особенно вблизи центров химического и металлургического производства. Применение пестицидов и минеральных удобрений способствует увеличению дополнительной антропогенной нагрузки на агропочвы. В связи с этим возникает необходимость использования современных биологических препаратов, которые могут применяться в качестве альтернативы химическим средствам защиты растений, способствуют активизации «полезной» почвенной микрофлоры [1], повышают урожайность и устойчивость растений к заболеваниям [2].

Особого внимания заслуживают препараты, которые в своем составе содержат живые культуры грибов и бактерий, в частности так называемые ЭМ-препараты на основе эффективных микроорганизмов (ЭМ). Их разработчиком считается Тероу Хига (Япония), «который отобрал 86 лидирующих регенаративных штаммов, в совокупности выполняющих весь спектр функций по питанию растений, их защите от болезней и оздоровлению почвенной среды» [3]. Такой состав стал главной причиной «исключительной многофункциональности ЭМ-препаратов» [1], которые получили широкое распространение в мировой практике [4–8].

Первые научные публикации о применении российского микробного препарата Байкал ЭМ1 в России стали появляться более 20 лет назад. Как правило, положительные аспекты его использования были связаны с оздоровлением почвы, повышением урожайности и качества сельхозпродукции, отрицательные — с трудоемкостью и специфичными требованиями в процессе хранения, приготовления и применения препарата, а также с определяющим влиянием погодных условий вегетационного периода на полученный результат. Возможно, именно эти обстоятельства препятствуют широкому внедрению в сельскохозяйственное производство ЭМ-технологий.

Между тем использование микробиологических препаратов на небольших приусадебных и дачных участках практически повсеместно получило достаточно широкое распространение. Учитывая суммарную площадь этих участков и объем продукции, которую население получает на этих землях для употребления в пищу, весьма важной представляется задача изучения специфики и эффективности использование различных биотехнологий применительно к конкретным почвенно-­климатическим и экологическим условиям этих территорий.

Обоснованные научные данные о применении ЭМ-препаратов на территории Восточной Сибири и Забайкалья крайне малочисленны. Вместе с тем, полученные исследователями результаты свидетельствуют об эффективности их использования при возделывании различных сельскохозяйственных растений даже в столь неблагоприятных природно-­климатических условиях [9, 10].

Слабая изученность проблемы использования микробиологических препаратов в Восточной Сибири при выращивании агрокультур в условиях высокой техногенной нагрузки послужила основанием для проведения данных исследований. Наиболее широко и повсеместно возделываемой в регионе сельхозкультурой является картофель. Доказана эффективность применения ЭМ-препаратов при его выращивании в европейской части России и отдельных регионах Сибири [2, 11, 12].

Цель исследования — оценка эффективности применения микробиологических препаратов при выращивании картофеля в зоне влияния металлургического производства в условиях Южного Прибайкалья.

Материалы и методы исследований

Исследования проводили в загородной зоне г. Шелехова — одного из крупных индустриальных центров юга Восточной Сибири, промышленный профиль которого определяет цветная металлургия. Высокий уровень загрязнения воздуха в Шелехове связан с выбросами алюминиевого производства, что обусловливает высокий уровень загрязнения почв в городе и на прилегающих территориях. В 0,5–8 км зоне этого промышленного центра установлена чрезвычайно и высоко опасная категория гигиенического загрязнения агропочв водорастворимым фтором (средняя — 7 ПДК) и Б(а)П (средняя — 5 ПДК) [13].

Изучение эффективности использования различных биопрепаратов при выращивании картофеля проводили в 2015–2016 гг. на трех участках, расположенных в разных населенных пунктах вблизи г. Шелехова.

Первый участок находится в пойме р. Иркут на открытой местности в 1 км от реки и в двух километрах западнее города. Уровень грунтовых вод находится на глубине около 3 м. На прилегающих природных территориях преимущественно распространены луговые почвы. Почва участка — окультуренная, супесчаная, с низким содержанием органического вещества (около 3 %) и щелочной реакцией почвенного раствора (рН = 8,4).

Второй участок расположен в пойме р. Олхи, в 2,5 км на восток от города, характеризуется близким расположением грунтовых вод. Почва участка — техногенная, образована путем отсыпки болотных почв условно плодородными вскрышными породами из карьеров месторождения песчано-­гравийной смеси с добавлением перегноя. Почва участка — малоокультуренная, супесчаная, с низким содержанием органического вещества (1 %) и слабокислой реакцией (рН = 6,2).

Третий участок находится на 4,5 км южнее города, расположен на южном склоне пологого холма в километре от поймы р. Олхи и характеризуется низким уровнем залегания грунтовых вод (глубина более 20 м). На прилегающих территориях под сосновым лесом распространены малоплодородные подзолистые почвы. В отличие от них, почва участка, где проводились исследования, хорошо окультуренная, с высоким содержанием органического вещества (около 11 %) и щелочной реакцией почвенного раствора (рН = 8,2). Почва тяжелосуглинистая, что создает плохие условия для ее аэрации.

На каждом из трех участков по одной схеме методом организованного повторения четырех вариантов в трех повторностях заложили мелкоделяночные опыты. Площадь каждой делянки под картофелем — 3 м². Посадку районированного сорта картофеля Адретта провели в оптимальные для зоны сроки, агротехника выращивания — общепринятая в регионе.

Одну делянку в течение вегетации растений поливали водой, остальные три — раствором одного из микробиопрепаратов.

Для изучения эффективности выбрали три микробиопрепарата: два российского производства — Байкал ЭМ 1 и Фитоспорин-­М — и препарат ЭМ японского производства, предоставленный авторам сотрудниками лаборатории водной токсикологии НИИ биологии ИГУ.

Основными культурами японского препарата ЭМ являются штаммы молочнокислых бактерий, дрожжей и грибков, всего препарат содержит около 80 различных микробных культур.

Байкал ЭМ 1 имеет следующий состав: молочнокислые, фотосинтезирующие, азотфиксирующие бактерии, сахаромицеты, культуральная жидкость [1].

Основу препарата Фитоспорин-­М, по данным производителя (ООО НВП «БашИнком»), составляют живые клетки и споры природной бактериальной культуры Bacillus subtilis.

Схема опыта в 2015 г.: 1‑я делянка — полив водой из расчета 10 л на 3 м² (контроль); 2‑я делянка — полив раствором японского ЭМ-препарата (концентрация рабочего раствора — 1:1000) из расчета 10 л на 3 м²; 3‑я делянка — полив раствором Байкал ЭМ‑1 (концентрация рабочего раствора — 1:1000) из расчета 10 л на 3 м²; 4‑я делянка — полив раствором Фитоспорина (концентрация рабочего раствора — 1:500) из расчета 10 л на 3 м². Различия в концентрации применяемых растворов были обусловлены рекомендациями производителей. В 2016 г. вместо японского препарата ЭМ использовали микробиопрепарат Байкал ЭМ‑1 с концентрацией рабочего раствора — 1:100 из расчета 10 л на 3 м².

Полив растений препаратами проводили в вечерние часы три раза за вегетационный период с интервалом в две недели: в начале фазы бутонизации (первая декада июля), период массового цветения и созревания клубней.

Величину рН водной суспензии определяли по ГОСТ 26483–85 ^[1], содержание органического вещества — по ГОСТ 26213–2021 ^[2], оценку пораженности листьев картофеля фитопатогенами — по шкале Всероссийского научно-­исследовательского института фитопатологии согласно [14]. Статистическую обработку результатов проводили по стандартным программам Microsoft Excel.

Результаты исследования и обсуждение

Метеорологические условия в период вегетации растений в 2015 г. были близки к среднемноголетним значениям. Визуальные наблюдения показали, что растения, обработанные биопрепаратами, меньше поражались болезнями (табл. 1) и отличались от контрольных делянок более поздним отмиранием наземной биомассы. Эту закономерность отметили на всех участках исследования.

Таблица 1
Поражение растений картофеля заболеваниями в конце фазы созревания клубней за две недели до уборки урожая в 2015 г.,% листовой поверхности

Варианты обработки	Участок 1	Участок 2	Участок 3
Полив водой	50	75	Более 50
Полив Фитоспорин-­М	Менее 25	50	50
Полив японским препаратом ЭМ	Менее 25	50	50
Полив Байкал ЭМ‑1	Менее 50	Менее75	50

Источник: составлено С.В. Ивановой, И.А. Рябчиковой.

Table 1
Potato diseases at the end of tuber maturation stage two weeks before harvesting  in 2015, % of leaf surface

Treatment variants	Plot 1	Plot 2	Plot 3
Watering (control)	50	75	More 50
Application of Fitosporin-­M	Less 25	50	50
Application of Japanese EM preparation	Less 25	50	50
Application of Baikal EM‑1	Less 50	Less 75	50

Source: compiled by S.V. Ivanova, I.A. Ryabchikova.

Применение биопрепаратов серии ЭМ на участке 2 обусловило прибавку урожая картофеля более чем на 20 % (табл. 2). Значимую прибавку урожая клубней картофеля на уровне 70 % также получили при использовании японского биопрепарата ЭМ на участке 1. Применение биопрепарата Фитоспорин-­М обеспечило прибавку урожая на щелочных почвах на участках 1 и 3 на уровне 18…20 %.

Таблица 2
Урожайность клубней картофеля, кг/куст, в 2015 г.

Варианты обработки	Участок 1	Участок 2	Участок 3
Полив водой (контроль)	1,03 ± 0,07	0,38 ± 0,03	0,78 ± 0,05
Полив Фитоспорин-­М	1,29 ± 0,08	0,40 ± 0,05	0,95 ± 0,06
Полив японским препаратом ЭМ (1:1000)	1,74 ± 0,08	0,48 ± 0,04	0,76 ± 0,06
Полив Байкал ЭМ‑1 (1:1000)	1,07 ± 0,11	0,49 ± 0,05	0,80 ± 0,08

Источник: составлено С.В. Ивановой, И.А. Рябчиковой.

Table 2
Productivity of potato tubers, kg/plant, in 2015

Treatment variants	Plot 1	Plot 2	Plot 3
Watering (control)	1.03 ± 0.07	0.38 ± 0.03	0.78 ± 0.05
Application of Fitosporin-­M	1.29 ± 0.08	0.40 ± 0.05	0.95 ± 0.06
Application of Japanese EM preparation (1:1000)	1.74 ± 0.08	0.48 ± 0.04	0.76 ± 0.06
Application of Baikal EM‑1 (1:1000)	1.07 ± 0.11	0.49 ± 0.05	0.80 ± 0.08

Source: compiled by S.V. Ivanova, I.A. Ryabchikova.

В 2016 г. условия увлажнения второго периода вегетации растений существенно отличались от среднемноголетней нормы. Выпавшие в первой декаде августа атмосферные осадки значительно превысили среднемноголетний уровень. В начале второй декады августа была частично затоплена пойма реки Олхи. Участок 2 оказался в зоне подтопления, что в короткие сроки привело к полному отмиранию наземной биомассы растений и вынужденной уборке клубней картофеля на три недели раньше обычных сроков. Эффекта защиты растений от заболеваний при применении биопрепаратов в 2016 г. не наблюдалось, степень пораженности листьев картофеля заболеваниями на участках 1 и 3 перед уборкой урожая была около 75 % (табл. 3).

Таблица 3
Поражение растений картофеля заболеваниями в конце фазы созревания клубней за две недели до уборки урожая в 2015 г.,% листовой поверхности

Варианты обработки	Участок 1	Участок 2	Участок 3
Полив водой	75	100	Более 75
Полив Фитоспорин-­М	75	100	75
Полив японским препаратом ЭМ	Менее 75	100	75
Полив Байкал ЭМ‑1	75	100	75

Источник: составлено С.В. Ивановой, И.А. Рябчиковой.

Table 3
Potato diseases at the end of tuber maturation stage two weeks before harvesting  in 2016, % of leaf surface

Treatment variants	Plot 1	Plot 2	Plot 3
Watering (control)	75	100	More 75
Application of Fitosporin-­M	75	100	75
Application of Japanese EM preparation	Less 75	100	75
Application of Baikal EM‑1	75	100	75

Source: compiled by S.V. Ivanova, I.A. Ryabchikova.

Достоверную прибавку урожая клубней при применении препарата Фитоспорин-­М в 2016 г. получили на всех исследуемых участках (на уровне 13…26 %) (табл. 4).

Таблица 4
Урожайность клубней картофеля, кг/куст, в 2016 г.

Варианты обработки	Участок 1	Участок 2	Участок 3
Полив водой (контроль)	1,10 ± 0,02	0,36 ± 0,02	0,85 ± 0,09
Полив Фитоспорин-­М	1,27 ± 0,08	0,49 ± 0,02	1,09 ± 0,10
Полив Байкал ЭМ‑1 (1:1000)	1,43 ± 0,04	0,42 ± 0,03	0,90 ± 0,20
Полив Байкал ЭМ‑1 (1:100)	1,02 ± 0,03	0,45 ± 0,02	1,12 ± 0,22

Источник: составлено С.В. Ивановой, И.А. Рябчиковой.

Table 4
Productivity of potato tubers, kg / plant, in 2016

Treatment variants	Plot 1	Plot 2	Plot 3
Watering (control)	1.10 ± 0.02	0.36 ± 0.02	0.85 ± 0.09
Application of Fitosporin-­M	1.27 ± 0.08	0.49 ± 0.02	1.09 ± 0.10
Application of Baikal EM‑1 (1: 1000)	1.43 ± 0,04	0.42 ± 0.03	0.90 ± 0.20
Application of Baikal EM‑1 (1:100)	1.02 ± 0.03	0.45 ± 0.02	1.12 ± 0.22

Source: compiled by S.V. Ivanova, I.A. Ryabchikova.

Применение препарата Байкал ЭМ‑1 обеспечило достоверную прибавку урожая клубней картофеля на участке 2 (на 14…20 %) при разных концентрациях рабочего раствора и на участке 1 (на 23 %) при концентрации рабочего раствора 1:1000. К­аких-либо закономерностей, связанных с применением различных концентраций биопрепарата, установить не удалось. Отсутствие эффекта от применения Байкал ЭМ1 на участке 3, скорее всего, связано с неблагоприятными условиями аэрации, которые сложились на тяжелых суглинистых почвах участка в 2016 г. вследствие переувлажнения.

По данным исследователей [15], наиболее благоприятные условия для деятельности микроорганизмов складываются на слабокислых почвах при рН = 6,5, где количество бактерий достигает наибольшей величины. Из научной литературы известно, что ЭМ-препараты содержат микробиологические культуры, адаптированные к более низким значениям реакции среды [16]. Очевидно, именно поэтому стабильный эффект от применения ЭМ-препаратов наблюдался только на слабокислых почвах на участке 2. Полагаем, что на щелочных почвах для ЭМ-культур могут складываться неблагоприятные условия для жизнедеятельности, вследствие чего они не всегда могут реализовать свой потенциал.

Заключение

Результаты исследований 2015–2016 гг. показали, что в районе Южного Прибайкалья с высоким уровнем загрязнения почв в пригородной зоне крупного металлургического центра — г. Шелехова эффективность применения биопрепаратов при выращивании картофеля определялась гидротермическими условиями вегетации и сильно зависела от агрофона.

Стабильный эффект увеличения урожайности картофеля на всех участках наблюдался в годы исследования при использовании биопрепарата Фитоспорин-­М (в 2015 г. до 18…20 % и в 2016 г. — 13…26 %).

Прибавку урожая клубней картофеля при использовании препаратов серии ЭМ ежегодно получали на техногенных почвах легкого механического состава со слабокислой реакцией почвенного раствора. Применение ЭМ-препаратов на щелочных почвах с высоким содержанием органического вещества за два года исследования способствовало повышению урожайности картофеля только на отдельных делянках менее чем в 50 % случаев. К­аких-либо закономерностей при этом установить не удалось.

Полагаем, что на щелочных почвах, преимущественно распространенных в зоне воздействия алюминиевой промышленности, наиболее целесообразным будет использование биопрепарата Фитоспорин-­М, эффективность которого в меньшей степени определяется условиями агрофона, аэрации и увлажнения. Препараты серии ЭМ лучше использовать в комплексных мероприятиях, связанных с восстановлением техногенно нарушенных почв легкого механического состава с нейтральной и слабокислой реакцией почвенного раствора.

 

 

^{1 ГОСТ 26483–85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО. Режим доступа: https://normadocs.ru/gost_26483-85 (дата обращения: 30.06.2024)}

^{2 ГОСТ 26213–2021. Почвы. Методы определения органического вещества. Режим доступа: https://normadocs.ru/gost_26213-2021 (дата обращения6 30.06.2024).}

Об авторах

Светлана Владимировна Иванова

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: fotina.irk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2157-1817
SPIN-код: 9251-2085

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83

Ирина Алексеевна Рябчикова

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: rjabchik@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-9242-0018
SPIN-код: 2168-5791

кандидат биологических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83

Список литературы