Известно, что управление биологическими процессами в агроэкосистемах возможно через интродукцию агрономически ценных штаммов микроорганизмов в ризосферу растений, при этом усиливается полезное действие или ослабляется /ликвидируется / негативное влияние нежелательных факторов [1; 4]. В зависимости от изменения условий окружающей среды можно наблюдать различную динамику структуры микробиома почвы, в том числе, и изменения в формировании различных эколого-трофических групп микроорганизмов. Однако теоретическая суть таких механизмов изучена недостаточно, особенно в условиях современных агроценозов.
В связи с этим целью нашей работы стало: исследовать направленность микробиологических процессов в почве и оценить продуктивность бобовых культур в агроценозах применяя предпосевную бактеризацию семян полифункциональными микробными препаратами.
Материалы и методы исследований. Почвенно-климатические условия проведения исследований были типичными для степного эколого-географического района Крыма, для которого характерна зима со значительными колебаниями температуры. Весна в этом районе наступает рано, за две декады марта средняя многолетняя температура воздуха повышается до 3,40 С, но потепление часто меняется низкими температурами, заморозками. В марте-апреле ветры достигают наибольшей скорости, что приводит к быстрому испарению влаги и высушиванию почвы. Лето жаркое и засушливое с максимальной температурой 35—390 С, часто отмечаются суховеи. Осадков выпадает мало — 400—450 мм в год. Основным лимитирующим фактором в этой зоне является недостаток влаги. В 2011—2014 годах вегетация бобовых культур проходила в экстремальных условиях, особенно неблагоприятными можно отметить условия 2012, 2013 и 2014 года с максимально высокими и частыми температурами воздуха (до +380 С), сопровождающиеся длительными суховеями.
Полевые опыты проводили в четырехкратном повторении с учетной площадью делянки 25 м2 на черноземе южном, пахотный слой которого содержал 2,3—2,6 % гумуса, легкогидролизуемого азота — 110 мг/кг и подвижного фосфора — 34—36 мг/кг сухой почвы, обменного калия – 253—422 мг/кг сухой почвы. Предшественниками были озимые зерновые культуры.
Бобовые культуры украинской селекции: нут сортов Розана, Буджак и Одиссей выращивали на суходоле; сою сорта Берегиня, горох сорта Девиз, чину сорта Сподиванка, чечевицу сорта Линза выращивали на орошении. Перед посевом семена обрабатывали микробным препаратом Ризобофитом (Р) — на основе специфических клубеньковых бактерий; препаратами полифункционального действия: Фосфоэнтерином (Ф) — на основе фосфатмобилизурующей и ростостимулирующей бактерии Enterobacter nimipressuralis, Биополицидом (Б) — на основе ростостимулирующей бактерии Paenibacillus polymyxa — антагониста фитопатогенов, цианоризобиальным консорциумом (ЦРК) — на основе цианобактерии Nostoc linckia и ассоциированных с ней клубеньковых бактерий и других микроорганизмов различного доминирующего действия, а также фосфатмобилизирующими и ростостимулирующими арбускулярно-микоризными грибами рода Glomus (АМГ). Последние вносили в дозе 50 г/м2. Остальные препараты при комплексной инокуляции применяли в соотношении 1:1 их гектарных норм, и также как и при монообработке, готовили рабочий раствор препаратов с водой в разведении 1:10, обрабатывая семена в дозах согласно рекомендациям их применения [6]. Схема опыта была следующей: 1) инокуляция Ризобофитом — контроль (нитрагинизация); 2) комплексная инокуляция Р+Ф+Б; 3) моноинокуляция ЦРК; 4) нитрагинизация и внесение вместе с семенами АМГ.
Анализ симбиотических показателей у бобовых культур, учет численности ризосферной микрофлоры, определение коэффициентов минерализации (кмин.), олиготрофности (колг.) микробиологической трансформации органического вещества (кмтор) проводили по общепринятым методикам [2; 4].
Урожай семян убирали механизировано с пересчетом на 100 % чистоту и 14 % влажность семян [5]. Статистическую обработку полученных результатов проводили методом дисперсионного анализа с использованием компьютерных программ Statistica 6,0, Excel 2003.
Результаты и их обсуждение. За годы исследований анализ показателей симбиоза бобовых и клубеньковых бактерий показал, что применяя предпосевную инокуляцию микробными препаратами во всех вариантах на корнях нута, сои, чины, гороха и чечевицы формировались азотфиксирующие клубеньки, что свидетельствовало о симбиотрофном питании растений азотом воздуха.
Исследование изменения численности эколого-трофических групп микроорганизмов показало, что на формирование и функционирование микробоценоза в ризосфере почвы бобовых растений влияла фаза развития растений и вид бобового растения.
Оценивая интенсивность минерализационных процессов в почве можно констатировать, что в условиях применения полифункциональных препаратов в ризосфере сои и гороха в фазе цветения наблюдали накопление минеральных веществ (кмин. 18,7—24.2 и 1,3—4,3), способствующее улучшению питания растений. Уменьшение этого показателя в конце вегетации данных культур (кмин. 0,4—0,8 и 0,5—1,3) свидетельствовало о снижении интенсивности минерализации органического вещества и минеральных форм азота, чем в предыдущие фазы развития растений. На нуте и чине отмечено повышение коэффициента минерализации с фазы цветения и до конца вегетации растений.
Минерализация органического вещества в ризосфере зависела и от интродукции микроорганизмов — биоагентов микробных препаратов. Минерализационные процессы в ризосфере чечевицы проходили стабильно в период всей вегетации растений при использовании ЦРК (кмин. 2,0—2,3), в ризосфере чины максимальной минерализация была в фазе созревания бобов (кмин. 3,6) при использовании Ризобофита, а на сое — в период цветения в варианте с обработкой Р+Ф+Б (кмин. 24,2), минимальной — к концу вегетации чечевицы в варианте с нитрагинизацией (кмин. 0,01).
Оценивая коэффициент олиготрофности в ризосфере растений, установлено, что в фазе цветения чины и чечевицы данный показатель увеличивался в 1,6—2,8 и 1,3—3,5 раза соответственно. Это указывало на повышение способности микробного сообщества ассимилировать из рассеянного состояния зольные элементы, уменьшение поступления растительных остатков, существование различий в концентрации и скорости потребления микроорганизмами мономерных веществ. В фазу зрелости бобов гороха (только в варианте с Р+Ф+Б), чины и чечевицы выявлено значительное снижение данного показателя, а в ризосфере нута (в варианте с ЦРК) и сои коэффициент олиготрофности увеличивался к концу вегетации.
Активизацию микробиологической трансформации органического вещества ризосферной почвы наблюдали в конце вегетации сои (кроме варианта с Р+Ф+Б), чины (кроме варианта с ЦРК), чечевицы, гороха и в начале вегетации нута, но интенсивность этого процесса была различной по вариантам бактеризации.
Интегрированным показателем эффективности бактеризации является урожайность семян. Установлено, что предпосевная обработка семян полифункциональными препаратами в среднем за годы исследований позволила повысить урожайность семян сои на 0,6—0,8 т/га (42,9—57,1 %), нута — на 0,07—0,33 т/га (6,1—24,8 %), чины — на 0,2—0,4 т/га (11,1—22,2 %), чечевицы — на 0,2—0,4 т/га (10,5—21,1 %), увеличить содержание «сырого» протеина в семенах чечевицы и гороха — на 0,5—1,3 % в сравнении с вариантом, где семена перед посевом обрабатывались Ризобофитом.
Таким образом, показана возможность интенсификации микробиологических процессов в ризосферной почве на разных этапах онтогенеза растений сои, нута, гороха, чины и чечевицы в условиях применения препаратов полифункционального действия, которая зависела от фазы развития и вида бобового растения, а также от интродукции микроорганизмов — биоагентов применяемых микробных препаратов. Бактеризация семян полифункциональными препаратами обеспечила получение прибавки урожайности семян сои 0,6—0,8 т/га (42,9—57,1 %), нута — 0,07—0,33 т/га (6,1—24,8 %), чины — 0,2—0,4 т/га (11,1—22,2 %), чечевицы — 0,2—0,4 т/га (10,5—21,1 %) и позволила повысить содержания «сырого» протеина в семенах чечевицы и гороха на 0,5—1,3 % в сравнении с нитрагинизацией.
Список литературы:
Влияние инокуляции штаммами Bradirhizobium japonicum на содержание белка / Р.Д. Магомедов, С.С. Рябуха, В.А. Шелякин и др. // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. — 2012. — № 2 (151—152). — С. 175—178.
Муха В.Д. О показателях отражающих интенсивность и направленность почвенных процессов // Сб. тр. Харьков. с.-х. ин-та. — 1980. — Т. 273. — С. 13—16.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Grego Stefano Toward a sustainable agriculture // ESNA Meeting 2012 and the Recent Advances in Plant Biotechnology Workshop. Stara Lesna, Slovak Republic. 2012. — P. 17.
Експериментальна ґрунтова мікробіологія / В.В. Волкогон, О.В. Надкернична, Л.М. Токмакова та ін.; за ред. В.В. Вокогона. К.: Аграрна наука, 2010. — 464 с.
Методи біологічних і агрохімічних досліджень рослин і ґрунтів /З.М. Грицаєнко, А.О. Грицаєнко, В.П. Карпенко. К.: ЗАТ „НІЧЛВА”, 2003. — 320 с.
Методологія і практика використання мікробних препаратів у технологіях вирощування сільськогосподарських культур / В.В. Волкогон, А.С. Заришняк, І.В. Гриник та ін.; за ред. В.В. Волкогона. К.: Аграрна наука, 2011. — 156 с.
Шерстобоєва О.В., Чайковська В.В., Чабанюк Я.В. Комплексні мікробні препарати для інтегрованих систем землеробства // Мікробіологія і біотехнологія. — 2007. — № 1. — С. 75—81.