Soil organic matter transformation under the influence of microbial agents and tillage in grain and oil crops in Southern Ukraine

Abstract

This study aimed to evaluate the effectiveness of microbial agents in decomposing organic residues under different tillage practices in southern Ukraine from 2016 to 2020. Conducted at the Institute of Climate-Smart Agriculture, the research focused on dark-chestnut soil in a rainfed crop rotation involving winter wheat, grain sorghum, spring barley, sunflower, and a fallow field. Two factors were examined: microbial preparations and tillage (ploughing vs. ploughless). The Ecostern preparation, containing various bacterial strains and Trichoderma fungi, significantly accelerated winter wheat straw decomposition, achieving 45.9%–63.6% degradation within 90 days, a 31.4% increase over the control. The preparation Organic Balance, comprising Bacillus subtilis and other bacterial strains, maximised barley straw degradation at 80.1%. Sunflower residue mineralisation increased by 48.0%–55.5% with microbial treatments. These preparations also enhanced soil humus content by 0.06%-0.09%. The improved soil nutrient regime led to sorghum yield increases of 12.8%–45.3%, varying with tillage method. Spring barley yielded a maximum of 2.25 t/ha under ploughing with Organic Balance. Sunflower seed yields rose by 0.1–0.22 t/ha with ploughing. The accelerated organic matter transformation boosted soil biological activity, contributing to ecological sustainability. Ammonifying and nitrifying microorganism counts were highest with Ecostern and Organic Balance under shallow ploughless tillage, ranging from 19.82–25.87 and 7.31–12.76 CFU, respectively. Overall, the microbial preparations improved the soil's nutrient regime, resulting in significant increases in crop yields.

Дане дослідження мало на меті оцінити ефективність мікробних агентів у розкладанні органічних решток за різних способів обробітку ґрунту на півдні України в 2016–2020 роках. Дослідження проводилося на темно-каштановому ґрунті в богарній сівозміні з озимою пшеницею, зерновим сорго, ярим ячменем, соняшником та полем під паром, розташованими в Інституті кліматично орієнтованого сільського господарства Національної академії аграрних наук. Досліджували два фактори: мікробні препарати та обробіток ґрунту (полицевий чи беполицевий). Препарат «Екостерн», що містить різні штами бактерій та гриби Trichoderma, значно прискорив розкладання соломи озимої пшениці, досягнувши 45,9–63,6 % розкладання протягом 90 днів, що на 31,4 % більше, ніж у контролі. «Органік Баланс» з Bacillus subtilis та іншими бактеріальними штамами максимально прискорив розкладання соломи ячменю на 80,1 %. Мінералізація решток соняшнику збільшилася на 48,0–55,5 % після обробки біопрепаратами. Досліджувані препарати також підвищили вміст гумусу в ґрунті на 0,06–0,09 %. Покращення поживного режиму ґрунту призвело до збільшення врожайності сорго на 12,8–45,3 % залежно від обробітку ґрунту. Врожайність ярого ячменю становила 2,25 т/га за полицевої оранки та внесення препарату «Органік Баланс». Врожайність насіння соняшнику зросла на 0,1–0,22 т/га за полицевого обробітку ґрунту. Прискорена трансформація органічної речовини підвищила біологічну активність ґрунту, сприяючи його екологічній стійкості. Кількість амоніфікуючих та нітрифікуючих мікроорганізмів була найвищою за мілкого безполицевого обробітку ґрунту за внесення «Екостерн» та «Органік Баланс» і становила 19,82–25,87 та 7,31–12,76 КУО відповідно. Зрештою, мікробні препарати покращили поживний режим ґрунту, що призвело до значного підвищення врожайності сільськогосподарських культур.