Технологию повышения урожайности органического ячменя, которая соответствует традиционным полям, разработали польские ученые, используя два важных инструмента – микробные биоудобрения и живую мульчу.
В последние годы наблюдается устойчивый рост интереса потребителей к органическим продуктам питания и особенно в сегменте ЗОЖ. Зерно ярового ячменя, полученное в органическом земледелии, является ценным сырьем для производства круп и хлопьев, способствующих здоровью сердечно-сосудистой системы. Вместе с тем активное развитие индустрии микробных удобрений позволяет оптимизировать урожайность органического ячменя.
Команда исследователей из Польши (Университет прикладных наук имени Игнация Мосцицкого в Цехануве, Седлецкий университет естественных и гуманитарных наук, Познаньский университет естественных наук) представила собственную систему выращивания органического ячменя с урожайностью не меньше, чем в традиционном земледелии.
В статье, опубликованной в журнале Agronomy 2023 на портале MDPI, ученые рассказывают о предпосылках разработки своей системы и ее результатах: «В системе органического земледелия источником питательных веществ для растений являются естественные и сидеральные удобрения.
В настоящее время все большую популярность приобретают инновационные технологии, основанные на применении бактериальных препаратов, поскольку они выделяются рядом преимуществ.
Они поставляют питательные вещества непосредственно растениям и усиливают процесс микробиологического повышения доступности питательных веществ, которые легко усваиваются растениями. Микроорганизмы обитают в ризосфере (ризосферные бактерии) или внутри растения (эндофитные бактерии) и улучшают рост растения-хозяина, облегчая растению-хозяину получение питательных веществ.
Микробные биоудобрения усиливают рост растений, снабжая их питательными веществами посредством биологической фиксации азота или повышая доступность нерастворимых питательных веществ в почве.
Микроорганизмы, такие как бактерии, которые фиксируют азот или растворяют фосфаты, имеют тенденцию превращать атмосферный азот в удобную для растений форму, продуцировать ферменты и растворять нерастворимые фосфаты из органических и неорганических источников.
Механизм снабжения растения азотом одинаков у всех свободноживущих бактерий. Несимбиотические бактерии осуществляют биологическую азотфиксацию только во время роста и усваивают азот для метаболизма своих клеток, не выделяя излишков в окружающую среду. Только после гибели клеток растение или почва обогащаются этим элементом.
Основным механизмом растворения фосфора в доступных для растений формах с помощью фосфор-высвобождающих бактерий является производство растворяющих минералы соединений, таких как органические кислоты, сидерофоры, протоны, гидроксильные ионы и СО 2.
Органические кислоты вместе с их карбокси- и гидроксильными ионами хелатируют катионы или снижают pH, высвобождая P.
Органические кислоты образуются в периплазматическом пространстве путем прямого окисления. Экскреция этих органических кислот сопровождается падением рН, что приводит к закислению микробных клеток и окружающей среды; таким образом, ионы P высвобождаются посредством замещения H+ вместо Ca 2+ .
Более того, в последние годы применение полезных микробов в зерновых культурах показало их положительное влияние на количество и качество урожая в неблагоприятных условиях внешней среды.
Особое значение в современном сельском хозяйстве приобретает разработка инновационных технологий возделывания зерновых, в том числе живой мульчи в сочетании с применением микробных препаратов. Это способствует повышению эффективности использования питательных веществ и защите ресурсов, которые более сбалансированы с точки зрения защиты окружающей среды.
Кроме того, экосистемы следует сделать более разнообразными за счет увеличения количества культивируемых видов и использования большего количества бобовых или включения покровных культур.
Преимущества, связанные с живой мульчей, используемой в качестве системы возделывания, включают меньший сток воды и эрозию почвы, а также задержку роста и развития сорняков из-за конкуренции за ограниченные ресурсы, производства аллелохимических веществ и повышенной микробной активности почвы.
Виды, выращиваемые как промежуточные культуры, занимают разные ниши во времени и пространстве, используя взаимодополняющие ресурсы. Внесение бобовых живых мульч способствует увеличению биологического разнообразия, и они представляют собой источник биологически связанного азота для зерновых, что имеет большое значение в органическом сельском хозяйстве. Кроме того, живая мульча совместима как с органическими, так и с регенеративными системами сельского хозяйства.
Устойчивость почвенной экосистемы можно оценить с помощью биологических индикаторов, а почвенные ферменты успешно используются в качестве индикаторов качества почвы в различных сельскохозяйственных системах.
Биологический индекс плодородия почвы (BIF) приобретает все большее значение при оценке почв на разных стадиях развития растений.
В связи с тем, что исследований по сочетанному применению живой мульчи и бактериальных препаратов при возделывании зерновых культур немного, мы попытались провести такие исследования с целью определения влияния биопрепаратов и живой мульчи на урожайность зерна, элементы структуры урожая и биологический показатель маслянистости ярового ячменя, выращиваемого в условиях органического земледелия.
Полевые опыты были проведены в Польше в 2019–2021 годах для определения влияния микробных продуктов и живой мульчи на урожайность зерна и элементы структуры урожая зерна, а также на биологический индекс плодородия почвы (BIF) у ярового ячменя, выращенного в органическом сельском хозяйстве.
Исследовали два фактора:
I. Микробные продукты: контроль (без обработки микробными препаратами), инокуляция фосфор-высвобождающими бактериями (Bacillus megaterium var. phosphaticum, Arthrobacter agilis) и ко-инокуляция (одновременная инокуляция) фосфор-высвобождающими бактериями (Bacillus megaterium var. phosphaticum, Arthrobacter agilis) и азотфиксирующими бактериями (Azospirillum lipoferum Br17, Azotobacter chroococcum);
II. живая мульча: контроль (без живой мульчи — яровой ячмень, выращенный в чистом насаждении), красный клевер и райграс итальянский.
Предшественником ярового ячменя была озимая рожь. После уборки озимой ржи проводили послеуборочную культивацию. В октябре поле было удобрено 15 т га козьего навоза. Затем поле вспахивали и оставляли до следующей весны. В начале апреля проводят предпосевную культивацию.
И яровой ячмень сорта Юнова, и растения, выращенные в качестве живой мульчи, были высеяны в один и тот же день в начале апреля.
Посев ярового ячменя и живой мульчи проводили зерновой сеялкой в два прохода, междурядье 12,5 см. Глубина посева ярового ячменя составляла 5–6 см, живую мульчу сеяли на глубину 1–2 см. На участках, где выращивали яровой ячмень с живой мульчей, обработки против сорняков не применялись.
На участках с возделыванием ярового ячменя без живой мульчи применяли две механические обработки. Первую обработку прополочной бороной проводили после появления всходов, а вторую обработку средней бороной – после развития 5–6 листьев.
Применение фосфор-высвобождающих бактерий (Bacillus megaterium var. phosphaticum, Arthrobacter agilis).) проводили в два срока: в день посева ярового ячменя (дата 0) и в фазу кущения ярового ячменя из расчета 1 л инокулянта на 150 л воды на гектар.
Бактерии Azospirillum lipoferum Br17 применяли дважды в вегетационный период. Сначала зерно ячменя обрабатывали суспензией инокулянта , а затем проводили опрыскивание инокулянтом (расход инокулянта 1 л/150 л воды на гектар ) на стадии всходов.
Инокулянт Azotobacter chroococcum вносили дважды в течение вегетационного периода ярового ячменя, то есть в день посева ярового ячменя (день 0) и в фазу кущения ярового ячменя из расчета 1 л инокулянта на 250 л воды/ га.
Виды бактерий, использованные для инокуляции, были взяты из коллекции кафедры почвоведения и микробиологии Познаньского университета наук о жизни. Их выделяли из подкультуры, на селективной среде, а затем генетически идентифицировали на основе фрагмента последовательности гена 16S рРНК.
Для отбора штаммов бактерий для составных инокулянтов и проверки их совместимости определяли взаимное взаимодействие между выбранными штаммами бактерий кольцевым методом. Анализ взаимодействий между штаммами бактерий показал отсутствие антагонистических взаимодействий, о чем свидетельствует отсутствие просветления (гало) вокруг лунок у всех испытуемых бактерий, используемых для инокуляции ярового ячменя.
Результаты исследования показали, что наибольшую урожайность зерна в 4,5 т/га с превосходной структурой давал яровой ячмень при совместной инокуляции фосфор-высвобождающими бактериями (Bacillus megaterium var. phosphaticum, Arthrobacter agilis) и азотфиксирующими бактериями (Azospirillum lipoferum Br17, Azotobacter chroococcum).). Самая низкая -в 3,14 т/га зафиксирована для необработанного контроля.
Наибольшее число зерен в 26 шт. было зарегистрирован для ярового ячменя при одновременной инокуляции фосфор-высвобождающими бактериями и азотфиксирующими бактериями и было значительно ниже на 7 шт. для инокуляции только фосфор-высвобождающими бактериями и ниже на 10 шт. для необработанного контроля. Живая мульча значительно повлияла на количество зерен в колосе ярового ячменя.
Наибольшее значение биологического индекса плодородия почвы, определяемого в фазу цветения, было получено на делянках с яровым ячменем, возделываемым живой мульчей клевера лугового в смеси с райграсом итальянским или клевером луговым после инокуляции фосфор-высвобождающими бактериями и азотфиксирующими бактериями 6,9 и 5,7 соответственно.
В настоящем исследовании как в засушливом 2019 г., так и в более благоприятные 2020 и 2021 гг., характеризующиеся большим количеством осадков, одновременная инокуляция фосфор-высвобождающими и азотфиксирующими бактериями способствовала повышению урожайности зерна ярового ячменя.
Также важно, чтобы растения, выращиваемые в качестве живой мульчи, помогали смягчить последствия засухи для основной культуры.
В проведенных здесь исследованиях было установлено, что, независимо от благоприятных погодных условий в период вегетации ярового ячменя, наивысшая урожайность зерна была получена с участков, засеянных живой мульчей клевера лугового или клевера лугового в смеси с райграсом итальянским».
