Экологические аспекты применения биологических активизаторов почвенного плодородия

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Экологические аспекты применения биологических активизаторов почвенного плодородия

Экологические аспекты применения биологических активизаторов почвенного плодородия

1

На правах рукописи

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Безуглова Ольга Степановна

доктор биологических наук, профессор

Замотайлов Александр Сергеевич

доктор биологических наук, профессор

Лящев Александр Анатольевич

Ведущая организация: Институт проблем экологии и эволюции

им. А.Н. Северцова, РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 26 ноября 2010 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний ЮФУ, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148) и на сайте Южного федерального университета по адресу: www.sfedu.ru

Автореферат разослан «____»__________2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Денисова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время усиление антропогенного пресса привело к деградации почвенного покрова агроценозов, сопровождающейся уменьшением содержания гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия. В тоже время сокращается биологическое разнообразие и численность педобионтов, активно участвующих в почвообразовательном процессе.

В процессе сельскохозяйственного производства затрагиваются все группы почвообитающих сапротрофов, особенно мелких членистоногих - первичных разрушителей органических соединений. В результате в почве значительно снижается интенсивность процессов биологического разложения органических веществ, определяющих восстановление плодородия почв агроценозов.

В этой связи перспективным представляется применение экологически безопасных биологических активизаторов почвенного плодородия (концентратов микроорганизмов и биоудобрений), способных активизировать почвенную биоту и таким образом способствовать оптимизации экологических условий для поддержания плодородия почв, повышению сельскохозяйственного производства.

Установлено, что порошкообразный концентрат лизина в сочетании с минеральными удобрениями является эффективным средством в защите всходов пропашных культур от почвенных вредителей, положительно влияет на почвообитающих микроартропод, активизирует рост и развитие почвенных микроорганизмов, повышает коэффициент использования растениями минеральных удобрений, что приводит к увеличению урожайности пропашных культур (Беккер, Пономаренко и др., 1977; Пономаренко, 1969, 1980; Пономаренко, Казадаев, 1975; Казадаев, 1979, 1995; Казадаев, Пономаренко, Вальков, 1997; Казадаев, Пономаренко, Коган, 1998; Коган, Пономаренко, Казадаев и др., 1982; Коган, Казадаев, Пономаренко и др., 1987).

Для расширения сферы применения концентрата лизина в растениеводстве, на его основе было разработано биоудобрение «Весна», также испытывали новые виды биологических активизаторов «Белогор» и «Ризотрфин», под различными сельскохозяйственными культурами на черноземе обыкновенном карбонатном в условиях Нижнего Дона.

Цель и задачи исследования. Целью работы было дать биологическое обоснование применения активизаторов почвенного плодородия в агроценозах.

Реализация поставленной цели складывалась из решения следующих задач:

1. Определить влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на агрохимические показатели в пахотном горизонте чернозема обыкновенного и продуктивность сельскохозяйственных культур;

2. Выявить воздействие биологических активизаторов почвенного плодородия на почвенные зоологические сообщества и микробиологическую активность почв под цветочными, овощными культурами и многолетними травами;

3. В целях защиты сельскохозяйственных культур от вредителей выявить эффективность совместного применения биологических активизаторов почвенного плодородия и инсектицидов и определить воздействие биологических активизаторов на скорость трансформации действующего вещества инсектицида «регента» (фипронила) в почве;

4. Дать обоснование экономической эффективности применения биологических активизаторов почвенного плодородия на примере Ростовской области.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Внесение биологических активизаторов почвенного плодородия в пахотный горизонт чернозема обыкновенного способствует улучшению условий питания растений (увеличению количества нитратов и подвижного фосфора и калия) и повышению продуктивности сельскохозяйственных культур.

2. Применение биологических активизаторов оказывает стимулирующее воздействие на основные составляющие биологической активности почвы: микро- и мезофауну, микробоценоз, ферментативную активность, способствующие повышению почвенного плодородия в пахотном горизонте чернозема обыкновенного.

3. Внесение биологических активизаторов почвенного плодородия в пахотный горизонт чернозема обыкновенного ведет к стимуляции метабиотических связей большинства групп почвенной микрофлоры и микроартропод, к трансформации структурно-функциональной организации комплексов почвенных беспозвоночных в зависимости от почвенно-климатических условий.

4. Биологические активизаторы почвенного плодородия не оказывают влияния на биологическую эффективность инсектицидов, одновременно повышая урожайность растений. Использование биологических активизаторов почвенного плодородия в качестве косубстратов периферийного метаболизма фенилпиразольных инсектицидов активизирует микрофлору природных агроценозов и способствует снижению токсичности фипронила в течение 3-12 месяцев с момента внесения их в почву.

Научная новизна исследований. Впервые изучено влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на комплекс почвенных членистоногих и микроорганизмов в пахотном горизонте чернозема обыкновенного.

Впервые обоснована экономическая эффективность применения биологических активизаторов почвенного плодородия на примере Ростовской области.

Впервые обосновано совместное использование биологических активизаторов почвенного плодородия в сочетании с инсектицидами в качестве косубстратов периферийного метаболизма фенилпиразольных соединений.

Применен системный подход для анализа механизмов повышения почвенного плодородия чернозема обыкновенного путем стимуляции взаимодействий в системе: почва - сельскохозяйственная культура - фитофаги - инсектициды - активизаторы почвенного плодородия - почвенная микрофлора - почвенное животное население на биоценотическом уровне в зависимости от почвенно-климатических условий.

Практическая значимость исследований. Использование биологических активизаторов почвенного плодородия одновременно для улучшения условий питания растений и детоксикации фенилпиразольных инсектицидов имеет важное значение и представляет практическую ценность, так как сохраняется почвенная фауна и в целом среда от загрязнения инсектицидами.

Апробация системы детоксикации, построенной на основных выводах работы, может быть включена в системы земледелия Ростовской области и других регионов.

Результаты исследований применяются в практике сельскохозяйственного производства Ростовской области. От использования биологических активизаторов почвенного плодородия под сельскохозяйственными культурами на площади 288 га был получен чистый доход на сумму 8699025 руб.

Полученные данные используются при мониторинге, биодиагностике и биоиндикации черноземов разного сельскохозяйственного использования. Материалы диссертации используются в учебном процессе в ВУЗах биологического и сельскохозяйственного профиля при чтении общих и специальных курсов («Биология почв», «Местная фауна», «Зоология беспозвоночных»).

Организация исследований. Работа выполнена на кафедре зоологии Южного федерального университета в течение 1998-2008гг. в соответствии с планами НИР кафедры, и темой (№ К - 07 - Т - 23) «Модернизация подготовки специалистов по зоологическому комплексу в ЮФУ и разработка НИР по сохранению и устойчивому использованию животного мира степей» в 2007-2008 гг. в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета на 2007-2010 гг.

На разных этапах исследования так же осуществлялись: в Ботаническом саду ЮФУ на базе отдела биоценологии и оранжереи тропических культур, агрохимические исследования почвы проведены в Государственном центре агрохимической службы «Ростовский», ферментативные анализы проводились на кафедре агрохимии и почвоведения под руководством к.с-х.н., Л.Ю. Гончаровой, микробиологические анализы были проведены в лаборатории НИИ биологии ЮФУ под руководством зав. лаб. микробиологии, к.б.н. Л.Ф. Гайдамакиной, и в лаборатории Ботанического сада ЮФУ. Исследования по определению остаточных количеств действующих веществ инсектицидов были проведены в испытательной токсикологической и агрохимической лаборатории ФГУ «Ростовского референтного центра Россельхознадзора» методом газожидкостной хроматографии. Так же был определен видовой состав микроартропод: видовой состав ногохвосток был определен к. б. н., А.М. Кременицей (г. Ессентуки), видовой состав орибатид был определен к. б. н., У.Я. Штанчаевой (г. Махачкала), видовой состав гамазовых клещей был определен к. б. н., О.Л. Макаровой (г. Москва).

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в проведении комплексных исследований агроценозов, в проведении полевых экспериментов на всех стадиях работы. Автору принадлежат разработка, постановка и проведение экспериментальных и полевых исследований по изучению влияния биологических активизаторов почвенного плодородия на почвенную биоту, анализ, интерпретация и публикация полученных материалов.

Апробация результатов исследований. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, доложены и обсуждены на XIII -XV всероссийских совещаниях по почвенной зоологии (Йошкар-Ола, 2002; Тюмень, 2005; Москва, 2008), на ХIII съезде Русского энтомологического общества (Краснодар, 2007), на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008), на международных конференциях «Роль ботанических садов в сохранении биоразнообразия», (Ростов-на-Дону, 2002), «Экология и биология почв юга России» (Ростов-на-Дону, 2005; 2006; 2007), «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем», (Ростов-на-Дону, 2006), «Биологическое многообразие экосистем и современная стратегия защиты растений» (Харьков, Украина, 2007), «Естественные и инвазийные процессы формирования биоразнообразия водных и наземных экосистем», (Ростов-на-Дону, 2007), «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (СОЛ «Лиманчик», 2007), «Проблемы биоэкологи и пути их решения» (Саранск, 2008), «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологии и медицины», (Ростов-на-Дону, 2008, 2009), «Современные проблемы биоразнообразия» (Воронеж, 2008), «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем», (Астрахань, 2008), на V международном симпозиуме «Степи северной Евразии», (Оренбург, 2009), на II и III Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2007; 2008) на II Всероссийской школе-семинаре с международным участием «Биоразнообразие беспозвоночных животных», (Томск, 2007), на XIV, XV, XVI Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий», (Краснодар, 2001, 2002, 2003); на научных конференциях «Региональные аспекты социально-экономических и экологических преобразований на Северном Кавказе», (Майкоп, 2007), «Вавиловские чтения», (Саратов, 2007), «Экологические аспекты развития растительных сообществ в Ботанических садах ЮФО», (Краснодар, 2008), «Агрохимия и почвоведение: история и современность», (Краснодар, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 69 работ, в том числе 13 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций - 28,97 п.л. Личный вклад автора в публикации - 80% .

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 9 глав, заключения, рекомендаций производству, выводов, списка литературы, 100 приложений, изложена на 350 страницах машинописного текста. Содержит 118 таблиц, 16 рисунков. Список литературы включает 410 наименований, из них 42 иностранных. Приложения включают 54 таблицы, 6 рисунков, 23 акта проведения производственных испытаний.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному консультанту профессору ЮФУ, д.б.н. А.А. Казадаеву за большую помощь на всех стадиях подготовки работы, самую искреннюю признательность за помощь в сборе и обработке материала и определении состава почвенных микроартропод, а также видового состава ногохвосток к.б.н. А.М. Кременице, доценту ЮФУ, к.с.-х. н. Л.Ю. Гончаровой, ст. научному сотруднику ЮНЦ РАН, к.б.н. Н.И. Булышевой, к.б.н. Л.С. Везденеевой, ст. научному сотруднику Ботанического сада ЮФУ, к.б.н. Т.А. Петушковой.

1 Характеристика природных условий района исследований, опытные агроценозы

1.1 Агроклиматическая характеристика

Исследования проводились на территории Каменского, Мясниковского, Азовского, Аксайского, Веселовского, Неклиновского, Константиновского, Багаевского, Октябрьского, Целинского районов Ростовской области в богарных условиях с апреля по сентябрь 1998--2008 гг., также на территории Ботанического сада ЮФУ. В разделе 1.1. дана общая характеристика черт климата за годы исследований (1998-2008гг).

1.2 Черноземы обыкновенные

В разделе представлена характеристика чернозема обыкновенного карбонатного, а так же значение биологических факторов в формировании гумуса и гумусное состояние черноземов обыкновенных и возможные пути его восстановления.

2 Материал и методы исследований

2.1 Опытные агроценозы

Опыты были заложены на цветочных культурах (пассифлора съедобная, кассия коримбоза, рэо разноцветный, фикус Бенджамина, псидиум Кеттли, сабаль малый, олеандр, можжевельник, гиппеаструм, гранатовое дерево, мурайя иноземная, крассула) в 2001-2007гг. в условиях закрытого грунта и на агроценозе многолетних трав в 2004-2007гг на территории Ботанического сада ЮФУ.

На пасленовых культурах (томаты - сорта «Карнеевский розовый, «Грот»», «Абрау», перец - сорт «Вини-пух», «Миусский») опыты закладывали в окрестностях гг. Ростова-на-Дону (1998, 2001гг.), Донецка Ростовской области (1998г.) и в Ботаническом саду ЮФУ - 2001г., окрестностях гг. Ростова-на-Дону 2006г, Азовский р-н 2006г, и в Ботаническом саду ЮФУ 2006г.

Мелкоделяночные опыты на картофеле (сорта «Бимонда», «Робинта») были проведены в течение семи лет (1998 - 2000гг., 2004 - 2007 гг.) с апреля по сентябрь на территории Донского зонального НИИ сельского хозяйства (Аксайский район), в окрестностях г.Ростова-на-Дону (Мясниковский район).

Производственные испытания биологического активизатора почвенного плодородия (БУ) и детоксиканта фипронила были проведены в 2001г. на картофеле (сорт «Бимонда») в Багаевском районе Ростовской области на территории ЗАО «Привольное» на площади 10 га по 5 га на вариант.

В 2004 году на полях ЗАО «Обильное» Азовского района Ростовской области были заложены производственные опыты на картофеле (сорт «Рамос») на общей площади 5 га, на перце (сорт «Миусский») на площади 5 га по 2,5 га на вариант.

В 2005 году на полях ООО «Исва» территория охранной зоны госзаказника «Ростовский» Азовского района Ростовской области были заложены производственные опыты на томатах (сорт «БСС 328») на площади 0,5 га, огурцах (сорт «Герман») на площади 0,5 га по 0,25 га на вариант.

Опыты по эффективности концентрата микроорганизмов (КМ) были проведены в летне-осеннем и зимне-весеннем цикле (июль-ноябрь, январь-июнь, 2005-2006гг.) по выращиванию томатов (сорт «Фараон», «Евпатор») и огурцов (сорт «Кураж», «Эстафета») в закрытом грунте в ООО «Солнечное» (Аксайский район).

Производственные испытания концентрата микроорганизмов (КМ) в качестве активизатора почвенного плодородия были проведены в 2005 году на территории госзаказника «Ростовский» Азовского района на картофеле (сорта «Романо», «Альвара», «Детскосельская») на площади 12 га по 2 га на вариант, на просе на площади 20га по 10 га на вариант, на базе Учебного хозяйства Константиновского сельскохозяйственного техникума, Константиновского района на подсолнечнике (сорт «Донской 60») на площади 63 га, в том числе на опыте - 60 га, на люцерне (сорт «Донская-2») на общей площади 21 га, в том числе на опыте - 20 га.

В 2007 году на полях ЗАО «Нива» Веселовского района был заложен производственный опыт на картофеле (сорт «Ред Скарлет») на площади 42,5 га, в том числе на опыте 32,5 га.

В Неклиновском районе в 2007 году на территории ЗАО «Агрофирма «Новый Путь» были заложены производственные опыты на картофеле (сорт «Роко») на площади 20 га по 10 га на вариант, на томатах (сорт «Новичок») на площади 20 га по 10 га на вариант и на перце (сорт «Ласточка») на площади 20 га, по 10 га на вариант и на территории ИП «Щербина» на картофеле (сорт «Резерв») на площади 30 га, по 15 га на вариант, томатах (сорт «Ревизор») на площади 14 га, по 7 га на вариант и на перце (сорт «Изюминка») на площади 20 га по 10 га на вариант.

Производственные испытания биологического активизатора почвенного плодородия (КМ) в качестве детоксиканта фипронила были проведены на картофеле (сорт «Удача») в 2007 году на полях ООО «Исва» Аксайского района на площади 25 га, в том числе на опыте 15 га и в 2008 году на картофеле (сорт «Романо») площадью 30 га, в том числе на опыте 25 га.

Опыты по влиянию применения Ризоторфина КМ на урожайность сои (сорт «Зерноградская 2») закладывали в 2006г. на территории ООО «Колос» Целинского район Ростовской области в богарных условиях на площади 50 га, в том числе на опыте 40 га.

В 2007г. на полях ЗАО «Нива» Веселовского района Ростовской области был заложен производственный опыт под соей (сорт «Дон-21») в условиях орошения на площади 96 га, в том числе на опыте 7 га.

2.2 Методы полевых обследований и полевых опытов

2.2.1 Обработка растений

Исследования по выявлению действия биологических активизаторов почвенного плодородия на рост и развитие цветочных культур проводили в оранжерее Ботанического сада ЮФУ по следующей схеме: контроль (вода), опыт (активизатор почвенного плодородия) + вода.

Корневую подкормку на опыте проводили в течение вегетации растений (с января по сентябрь 2001 - 2007 гг.) через 10-15 дней рабочим раствором (10 мл препарата на 1 л воды) из расчета 50 мл под каждое растение, а на контроле такое же количество воды соответственно.

Через две недели после первой обработки и в дальнейшем, проводили измерения растений (по 150 на каждый вариант) по следующим показателям: длина побега, количество листьев на одном растении, длина листьев, количество дополнительных побегов.

На пасленовых культурах (томаты, перец) опыты закладывали в следующих вариантах: контроль (вода), опыт (активизатор почвенного плодородия + вода) в 3-х кратной повторности на площади 10 м2 каждый.

Корневую подкормку биологическими активизаторами почвенного плодородия проводили дважды - первая подкормка после высадки рассады в грунт и вторая подкормка через 10 дней из расчета 10 л рабочего раствора (10 мл препарата на 1 л воды) на 2-3 м2 , а на контроле такое же количество воды соответственно. Через две недели после первой обработки проводились измерения растений (по 150 на каждый вариант) по следующим показателям: длина растений (высота), количество листьев на одном растении, в дальнейшем - количество бутонов и плодов, а также учет урожая с 1 м2.

В мелкоделяночных опытах на картофеле и в производственных опытах исследования проводили по схеме контроль (вода), опыт (активизатор почвенного плодородия) + вода. Обработку растений проводили на ранних стадиях вегетации 1-2 раза из расчета указанного ранее рабочего раствора.

2.2.2 Отбор проб на агрохимические и ферментативные исследования

В конце вегетационного периода растений отбирали пробы почвы в опытах и контроле на гумус и макроэлементы NPK (азот, фосфор, калий). Гумус определяли методом И.В. Тюрина, при определении азота использовали общепринятые методики, фосфор и калий определяли по Мачигину (Агрохимические…, 1975; Возбуцкая, 1968; Минеев, 2001). Ферментативную активность (каталазы, уреазы, инвертазы) почвы определяли с помощью традиционных химических методов (Минеев, 2001, Хазиев, 1990).

2.2.3 Отбор проб на микробиологические исследования

Отбор проб почвы на микробиологические анализы проводили через 3 месяца на глубине до 10 см после обработки картофеля средствами защиты растений от колорадского жука. Для цветочных культур пробы для микробиологических анализов отбирали при пересадке растений. Для пасленовых культур, на агроценозе многолетних трав, для овощных культур в условиях закрытого грунта и в производственных опытах пробы для микробиологических анализов отбирали в конце вегетации растений. Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в биологии методов (Практикум по микробиологии, 1976).

2.2.4 Отбор проб на определение животного населения

Для цветочных культур пробы для учета численности микроартропод отбирали при пересадке растений. Для пасленовых культур, на агроценозе многолетних трав, для овощных культур в условиях закрытого грунта и в производственных опытах пробы отбирали в конце вегетации растений.

Для учета численности микроартропод почвенные пробы брали металлической рамкой объемом 125 см3 в 15-кратной повторности до глубины 10 см через 1 и 3 месяца после обработки пестицидами. В качестве контроля образцы почвы отбирали с необработанных участков картофельных полей. Экстракцию микроартропод проводили по методике Балога (1958) без электрического обогрева в течение 7 дней. Разбивку на группы и подсчет проводили под бинокуляром МБС-1. Для определения видового состава ногохвосток, панцирных и гамазовых клещей делали постоянные препараты в жидкости Фора-Берлезе (Palissa, 1964).

Для определения состава мезофауны вели почвенные раскопки по общепринятой методике на участках до посадки картофеля и по истечению года, а на агроценозе многолетних трав через год после внесения активизаторов почвенного плодородия. Для учета герпетобионтов использовали банки - ловушки объемом по 0,5 л в течение 1,5 месяца, прикопанные на опытных участках, где с интервалом в 5 дней проводили выемку энтомологического материала (Количественные методы в почвенной зоологии, 1987).

Сравнительный анализ численности различных групп микроартропод почвы и биометрических показателей растений проводили методом оценки существенной разности выборных средних по t-критерию (Доспехов, 1985).

Обработку и анализ полученных результатов проводили статистическими методами с использованием программных пакетов «Excel» и «Statistica».

2.2.5 Учеты энтомовредителей

Для достоверного определения численности особей на одном кусте и структуры популяции личинок колорадского жука на каждом варианте проводили подсчет особей на 4 постоянных учетных площадках по 50 кустов в каждой.

При подсчете количества личинок на учетных кустах после применения препаратов учитывали только число живых питающихся личинок разного возраста по размерам: I-го возраста (длина тела около 2 мм), II-го (3-5 мм), III-го (6-10 мм) и IV-го (11-15 мм), а также количество живых жуков (имаго) и кладок.

Количество поврежденных кустов и степень объедания вредителем ботвы картофеля определяли визуальным осмотром учетных растений на площадках каждого варианта: I -- уничтожено до 5 % листовой поверхности; II -- от 5 до 25 %; III -- от 25 до 50 %; IV -- от 50 до 75 %; V -- объедено более 75 % листовой поверхности (Методика ВНИИ картофельного хозяйства, 1995).

2.2.6 Методы оценки эффективности

Биологическую эффективность и продолжительность защитного действия испытуемых препаратов против колорадского жука (снижение численности вредителя и степени повреждения ими ботвы картофеля) устанавливали сопоставлением результатов учета перед обработкой с учетом через 3, 7, 14, 21 и 30 дней после обработки.

Расчет биологической эффективности обработок по срокам учетов проводили по формуле:

где Эб -- снижение численности особей, %; ОД -- число живых особей до обработки, экз.; ОП -- число живых особей после обработки, экз.

Показатели экономической эффективности применения биологических активизаторов почвенного плодородия определяли по общепринятой методике (Минеев, 2004).

2.3 Биологические активизаторы почвенного плодородия

Биологические активизаторы почвенного плодородия - вещества биологического происхождения, усиливающие процессы стимуляции активности природных компонентов почвенного ценоза.

Основными препаратами, применяемыми в опытах в качестве активизаторов почвенного плодородия и детоксикантов являлись биоудобрение «Весна» (БУ), концентрат микроорганизмов «Белогор» (КМ) и Ризотрофин КМ выпускаемые ООО «Научно-техническим центром биологических технологий в сельском хозяйстве» (НТЦ БИО) г. Шебекино Белгородской области. В основу биоудобрения «Весна» положен биопрепарат микробного синтеза (концентрат лизина), который представляет собой сухой остаток культуральной жидкости, полученной при выращивании глубинным методом продуцента Brevibacterium sp. 22. Основным сырьем для производства концентрата лизина является меласса и кукурузный экстракт - безвредные в кормовом отношении отходы пищевой промышленности (Вальдман, Бекер, 1973; Бекер В., Бекер М., 1974; Бекер, 1976).

В химический состав сухого вещества концентрата лизина входят аминокислоты, витамины группы В, микроэлементы, минеральные и органические вещества. А.В. Пономаренко и А.А. Казадаевым (1997) была разработана технология приготовления биоудобрения и предложена Шебекинскому биохимзаводу. В раствор концентрата лизина, содержащего 8-10% аминокислоты L-лизина, было добавлено сложное минеральное удобрение нитроаммофоска (азофоска) в состав которого входят: азот - 16 %, фосфор - 16 %, калий - 16 % из расчета 100 кг на 1000 литров жидкого концентрата лизина.

Готовый новый продукт получил торговое название биоудобрение «Весна». Стоимость препарата составила 40 руб/л. Рекомендации по использованию биоудобрения «Весна» для корневых и внекорневых (опрыскивание по листу) подкормок всех видов овощных и цветочных культур изложены в технических условиях (ТУ 9291-007-004-79379-2001) и сертификате соответствия, полученного на основании проведенных исследований приведенных в работе и представлены в приложениях к диссертации.

С 2004 по 2008 гг. согласно договору о творческом сотрудничестве проводилось испытание биологического активизатора почвенного плодородия «Белогор» - концентрата микроорганизмов (КМ). КМ-препараты созданы на основе специально подобранных штаммов полезных почвенных микроорганизмов, депонированных во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) и Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ).

Биологический активизатор почвенного плодородия «Белогор» (КМ) (жидкая форма) содержит комплекс молочно-кислых, пропионово-кислых бактерий, дрожжи и антифитопатогенные культуры микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas, а также бактериальные продукты метаболизма, макро- и микроэлементы, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов и полезные для развития растений. Основу бактериальной составляющей препарата составляет консорциум штаммов: Lactobacillus hlantarum шт.34В -2118, Lactobacillus fermentum 27B - 2431, Lactococcus lactis шт. АМС В -3123, Saccharomyces cerevisiae У-1173, Azotobacter chroococum A-41 B - 4057, Bacillus megaterium Ф -3 В -204.

В 2005 году на основании проведенных совместно с НТЦ БИО испытаний биологическому активизатору почвенного плодородия «Белогор» была присвоена торговая марка и ТУ 9291-003-54664067-2005, в соответствии с которым был получен сертификат качества, санитарно-эпидемиологическое заключение и регламент применения, представленные в приложении к диссертации. Стоимость препарата составила 70 руб/л.

Так же испытывали биологический активизатор почвенного плодородия - Ризоторфин КМ для предпосевной обработки семян сои. Препарат ризоторфин КМ создан на основе селекционированного штамма Rhizobium japonicum, с 2000г. обеспечивающего эффект вирулентности практически для всех районированных сортов сои и имеющий высокий титр живой культуры - не менее 5 млрд. клеток в мл. Стоимость препарата составила 105 руб/л. Ризоторфин КМ состоит из двух компонентов: Состав «А»: Ризоторфин КМ (клубеньковые бактерии). Состав «Б»: органо - минеральный комплекс: прилипатель, микроэлементы (молибден, кобальт, янтарная кислота, бор, цинк и др.) для интенсификации азотфиксирующего действия бактерий, а также активации прорастания и развития клубеньковых бактерий с последующей стимуляцией симбиотического аппарата растений. Обработка семян проводили из расчета гектарной нормы 300 мл препарата (А-200мл, В-100мл). Рабочий раствор получали смешиванием препаратов А+В в 0,7л воды. Затем гектарную норму семян (100кг) обрабатывали рабочим раствором на протравителе.

2.4 Инсектициды

В целях защиты картофеля от колорадского жука применяли инсектициды: банкол (СП), актара (ВДГ), конфидор (КЭ), регент-800 (ВДГ) и регент-25 (КЭ), а в качестве стандарта - пиретроидные соединения (карате, шерпа). В каждом опыте был вариант, где использовали активизаторы почвенного плодородия в сочетании с инсектицидами (банкол (СП), регент-800 (ВДГ) и регент-25 (КЭ)) в качестве катализатора почвенного плодородия и детоксиканта.

В таблице 1 представлена норма расхода испытуемых препаратов и содержание в них действующего вещества в полевых опытах 1998-2008 гг.

Кроме выявления биологической эффективности испытуемых препаратов, изучали влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на скорость трансформации молекул действующих веществ банкола и регента. Остаточные количества действующих веществ испытуемых пестицидов определяли в почве и клубнях картофеля через 1 и 3 месяца после обработки. В каждом варианте почву отбирали в пяти точках (конверт) - одну усредненную пробу (200г) и брали клубни картофеля по 500г с варианта.

Таблица 1

3 Влияние активизаторов почвенного плодородия на биологическую активность почвы и на рост и развитие цветочных культур в условиях закрытого грунта

3.1 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на биометрические показатели цветочных культур

В условиях оранжереи Ботанического сада ЮФУ выполняли опыты по определению воздействия биологического активизатора почвенного плодородия биоудобрения (БУ) в течение 5 лет (2001-2005гг.) и концентрата микроорганизмов (КМ) в течение 3-х лет (2005-2007гг.) на рост и развитие цветочных культур по вышеуказанной методике. На рис. 1 представлены биометрические показатели измерений растений.

Рис. 1. Изменение биометрических показателей цветочных растений (пассифлоры съедобной, кассии коримбоза, рэо разноцветного, сабаля малого, олеандра, можжевельника, гиппеаструма, гранатового дерева, мурайи иноземной, крассулы, фикуса Бенджамина, псидиума Кеттли) под влиянием биологических активизаторов почвенного плодородия - концентрата микроорганизмов и биоудобрения (усредненные данные за январь-сентябрь 2005-2007гг.)

Через две недели после первой подкормки растений в результате измерений не было выявлено достоверных различий по высоте и по количеству листьев. Однако через месяц после проведения очередных измерений по этим показателям растения контрольного варианта заметно уступали опытным.

В дальнейшем количество бутонов и плодов на одном растении на опытных участках, где применяли активизаторы почвенного плодородия, было больше на 10,8 - 27,2 % (Р<0,05) по сравнению с контролем.

Многолетними исследованиями выявлено, что внесение в почву биологических активизаторов почвенного плодородия под различными цветочными культурами положительно влияло на рост и развитие растений в условиях оранжереи Ботанического сада ЮФУ.

Кроме того, ускорение роста и развития исследуемых цветочных культур на опытных вариантах способствовало приобретению ими товарного вида, что способствовало их реализации ранее растений в контрольных вариантах.

3.2 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на агрохимические показатели грунта под цветочными культурами

К концу вегетации цветочных культур, в результате регулярной подкормки биологическими активизаторами почвенного плодородия в грунте опытных вариантов содержание основных элементов питания увеличивалось в среднем под всеми цветочными культурами: азота и фосфора - в 1,5-2 раза; калия - в 1,4-1,6 раза по сравнению с контрольным вариантом (табл. 2).

Таблица 2

Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на агрохимические показатели грунта под цветочными культурами (рэо разноцветным, фикусом Бенджамина, псидиумом Кеттли, олеандром, можжевельником, гранатовым деревом, мурайей иноземной, крассулой) (усредненные данные за январь-сентябрь 2004-2007гг.)

3.3 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на микроартропод под цветочными культурами

В результате анализа почвенных проб было выявлено, что в среднем численность микроартропод в опытных вариантах под цветочными культурами была в 2 раза больше в сравнении с контрольными вариантами за счет численности панцирных, гамазовых клещей и ногохвосток. Изменение численность клещей акароидно-тромбидиформного комплекса и прочих беспозвоночных на опытных вариантах под исследуемыми культурами в сравнении с контрольными вариантами было статистически не достоверно (Р>0,05) (рис. 3).

Рис. 3. Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на численность микроартропод грунта под цветочными культурами (рэо разноцветным, фикусом Бенджамина, псидиумом Кеттли, олеандром, можжевельником, гранатовым деревом, мурайей иноземной, крассулой) (усредненные данные за январь-сентябрь 2004-2007гг.)

3.4 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на численность микроорганизмов грунта под цветочными культурами

В результате микробиологических исследований было выявлено, что реакция разных групп микроорганизмов при подкормке биологическими активизаторами почвенного плодородия цветочных культур различна.

Бактерии, использующие органический и минеральный азот и микроскопические грибы, использующие органический азот реагировали на внесение активизаторов почвенного плодородия значительным повышением численности. Их численность увеличивалась на вариантах с биоудобрением в среднем под всеми культурами; бактерии на СПА - в 3,4 раза; бактерии на КАА - 4,9; грибы на С-А - 1,5 раза, а на варианте с концентратом микроорганизмов: бактерии на СПА - 4,5 раза; бактерии на КАА - 1,6; грибы на С-А - 1,4 раза соответственно. Микроскопические грибы на среде Чапека, использующие минеральный азот положительно реагировали как на биоудобрение, так и на концентрат микроорганизмов. Их численность в среднем увеличивалась на вариантах с биоудобрением на 31,4 %, а на вариантах с концентратом микроорганизмов - 48,1 % соответственно под всеми цветочными культурами.

Азотфиксирующие бактерии р. Azotobacter и акиномицеты меньше всего реагировали на биоудобрение под всеми цветочными культурами, а на вариантах с концентратом микроорганизмов наблюдалось увеличение их численности: азотобактер в 1,3 раза; актиномицетов в 1,5 раза соответственно по сравнению с контролем (рис. 4).

Рис. 4. Изменение численности микроорганизмов грунта под цветочными культурами (рэо разноцветным, фикусом Бенджамина, псидиумом Кеттли, олеандром, можжевельником, гранатовым деревом, мурайей иноземной, крассулой) под влиянием биологических активизаторов почвенного плодородия (усредненные данные за январь-сентябрь 2004-2007гг.)

4.1 Общая характеристика агроценоза многолетних трав и методика применения биологических активизаторов почвенного плодородия

Объектом исследования являлся агроценоз многолетних трав, созданный «мозаичным» способом посева бобово-злаковых культур в апреле 1987г. на площади 1,5 га на территории Ботанического сада ЮФУ. В состав «мозаичного» шестивидового агрофитоценоза входили люцерна синегибридная (Medicago sativa L.), лядвенец рогатый (Lotus corniculatus L.), клевер луговой (Trifolium pretense L.), овсяница луговая (Fectuca pratensis Huds.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub.), ежа сборная (Dactylis gromerata L.). Агроценоз засевался с образованием чередующихся квадратных элементов мозаики - парцелл 2 х 2м?. В парцеллы включались виды растений, аллелопатически совместимые друг с другом, что было выявлено ранее лабораторными исследованиями (Дзыбов, 1991; Номаконов, 1979, 1982; Номаконов и др., 1976; Номаконов, Сидоренко, 1980).

4.2 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на биометрические показатели и продуктивность растений агроценоза многолетних трав

Исследованиями выявлено, что внесение в почву агроценоза многолетних трав активизаторов почвенного плодородия - биоудобрения в течение 3 лет и концентрата микроорганизмов в течение 2 лет положительно повлияло на развитие растений: на опытных участках отмечалось увеличение количества растений и побегов. Кроме того, на опытных участках отмечено увеличение высоты растений: на варианте с биоудобрением - на 18 %, на варианте с концентратом микроорганизмов - на 24 % и увеличение продуктивности бобово-злаковых культур лугового агрофитоценоза на опытных вариантах по сравнению с контролем (табл.3).

Таблица 3

Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на продуктивность надземной фитомассы (г/м?) агроценоза многолетних трав (усредненные данные за июнь 2004-2007гг.)

4.3 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на агрохимические показатели и ферментативную активность почвы агроценоза многолетних трав

Результаты исследований показали, что внесение биологических активизаторов почвенного плодородия в почву агроценоза многолетних трав приводило к накоплению азота и калия, особенно через три месяца после внесения препаратов, что отмечено на обоих опытных участках по сравнению с контролем.

Содержание подвижных фосфатов на опытных вариантах через 1 месяц увеличивается на 66,6-75,0%, а через 3 месяца уменьшалось и становилось ниже контрольного (табл.4)

Таблица 4

Динамика подвижных форм азота, фосфора, калия (мг/100 г почвы) при внесении биологических активизаторов почвенного плодородия в почву агроценоза многолетних трав (средние данные 2005- 2007 гг.)

Через 1 год после внесения биологических активизаторов почвенного плодородия так же наблюдалось накопление нитратов и подвижного фосфора и калия. Содержание на опытных вариантах через 1 год азота увеличивалось в 2,1 раза на варианте биоудобрения и на варианте концентрата микроорганизмов в 1,4 раза; фосфора в 1,7-2 раза; калия в 0,7 раз соответственно.

В результате исследований установлено, что биоудобрение (в течение 4 лет) и концентрат микроорганизмов (в течение 2 лет) после внесения в почву активизируют ее ферментативную активность в течение трех месяцев.

Так активность каталазы и уреазы сначала увеличивалась на 13,5-30,6%, а осенью наблюдалось снижение их активности по сравнению с контролем.

Активность инвертазы увеличивалась в течение 3 месяцев, особенно на варианте биоудобрения в 1,4-2,2 раза, а на варианте концентрата микроорганизмов в 1,1-1,2 раза по сравнению с контролем.

При изучении влияния биологических активизаторов почвенного плодородия на ферментативную активность чернозема обыкновенного было выявлено, что в 2007 году по истечении 1 года после 2-кратных обработок активизаторами ферментативная активность на варианте с ними была выше, чем на контрольном участке в среднем на 1,3-73,3.

4.4 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на мезофауну агроценоза многолетних трав

В результате проведенных исследований на агроценозе многолетних трав в течение вегетационного периода 2006г. всего было зарегистрировано 40 видов насекомых, принадлежащих к 3 отрядам (Orthoptera, Coleoptera, Lepidoptera) и 15 семействам. Кроме насекомых встречались дождевые черви (Lumbricidae), пауки (Arachnida), двупарноногие (Diplopoda) и губоногие (Chilopoda).

В ходе почвенных раскопок были отмечены личинки чернотелок (Nalassus brevicollis Steven., Opatrum sabulosum L.), щелкунов (Melanotus fusciceps Gill.), усачей (Dorcadion holocericeum Kryn.), пластинчатоусых (корнегрызы Rhizotrogus aestivus Oliv., Amphimallon solstitialis L., а также личинки сапрофага Aphodius eraticus L.). В результате сбора энтомологического материала в банках ловушках в течение 40 дней на вариантах опыта выявлено, что биологические активизаторы почвенного плодородия обладают атрактивными свойствами: на этих вариантах было отмечено больше видов и собрано в 1,5 раз (60 особей на варианте БУ) и 1,8 раза (49 особей на варианте КМ) больше герпетобионтов по сравнению с контролем (33 особи).

4.5 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на микроартропод почвы агроценоза многолетних трав

Результаты исследований показали, что биологические активизаторы почвенного плодородия стимулируют развитие панцирных, гамазовых клещей и ногохвосток (табл.5).

В результате исследований выявлено, что биологические активизаторы почвенного плодородия оказывают положительное действие на развитие панцирных, гамазовых клещей и ногохвосток через 1 месяц, в течение 3 месяцев после внесения испытуемых препаратов и через год после внесения их в почву агроценоза многолетних трав.

На опытных участках было обнаружено 25 видов орибатид, относящихся к 15 семействам, 15 видов гамазовых клещей, относящихся к 6 семействам и 27 видов ногохвосток принадлежащих к 6 семействам. Биологические активизаторы почвенного плодородия положительно повлияли на развитие доминантных видов микроартропод, они встречались в массе через месяц после внесения активизаторов почвенного плодородия, как на варианте с биоудобрением, так и на варианте с концентратом микроорганизмов.

Таблица 5

Изменение численности микроартропод (тыс. экз./м2) под воздействием биологических активизаторов почвенного плодородия на агроценозе многолетних трав (усредненные данные за август 2005-2007 гг.)

(совместно с Л.С. Везденеевой)

4.6 Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на микроорганизмы почвы агроценоза многолетних трав

В результате микробиологических исследований было выявлено, что в течение четырех лет исследуемые физиологические группы микроорганизмов неоднозначно реагировали на внесение активизаторов почвенного плодородия. Наиболее отзывчивыми были бактерии на СПА и КАА, использующие органический и минеральный азот и микроскопические грибы на С-А, использующие органический азот. Их численность увеличивалась на варианте биоудобрения в течение трех лет: бактерии на СПА - на 26,0-30,7%; бактерии на КАА - на 69,8-81,7%; грибы на С-А-на 22,2-29,3% соответственно. На варианте с концентратом микроорганизмов увеличивалась численность: бактерии на СПА - 43,5-47,9%; бактерии на КАА - 57,7-66,8; грибы на С-А - 9,0-15,0% соответственно по сравнению с контролем (рис.5).

5 Влияние активизаторов почвенного плодородия на биологическую активность почвы и на рост и развитие овощных культур в условиях Нижнего Дона