Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Современные прогрессивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур должны обеспечить возможность получения высоких и устойчивых урожаев с хорошим качеством получаемой продукции и снижением отрицательного воздействия на окружающую среду.

Одним из направлений биоземледелия является применение микробиологических препаратов, созданных на основе азотфиксирующих, фосформобилизующих, ростостимулирующих и биопротекторных микроорганизмов. Полное освоение азотфиксирующей способности почвенных бактерий и оптимизация ее за счет азотного баланса почв в агроэкосистемах позволит решить многие проблемы устойчивости современного земледелия [4].

По геоморфологическому строению Кабардино-Балкарская Республика делится на три ярко выраженные вертикальные зоны: горную, предгорную и степную. Климат в предгорной зоне умеренно-влажный, с суммой эффективных температур по многолетним данным за период вегетации 3000–3200 °С (данные Нальчикской метеостанции) [1, 2].

Исследования в этой области в условиях предгорной зоны КБР практически не проводились, в связи с чем возникает необходимость изучения влияния биологических препаратов на основе ризобиальных и ризосферных ассоциативных микроорганизмов на основные показатели симбиотической деятельности посевов чечевицы и определение наиболее эффективных биопрепаратов для предгорной зоны КБР.

Для изучения этого вопроса были заложены полевые опыты, экспериментальная часть которых проводилась в 2010–2012 гг., в условиях в предгорной зоны Кабардино-Балкарии на территории учебно-опытного поля ФГБОУ ВПО «КБГСХА им. В.М. Кокова».

В задачи исследований входило: изучить влияние совместного применения макро-, микроудобрений и биопрепаратов на основные показатели симбиотической деятельности посевов чечевицы.

Схема опыта:

1. Контроль (без инокуляции и удобрений)

2. ФОН – инокуляция + Р120К60МоВ

3. ФОН – Гетероауксин

4. ФОН – Бинорам

5. ФОН – Гуапсин

6. ФОН – Бинорам + Гуапсин

7. ФОН – Псевдобактерин-2

Фоном для испытания биологических препаратов на основе ризосферных ассоциативных микроорганизмов была инокуляция семян бактериальным препаратом «Ризоторфин, штамм 11а» и обработка их микроэлементами (ИнР120К60МоВ).

Площадь делянки – 50 кв.м, размещение вариантов – рендомизированное, повторность – четырехкратная [3, 5]. Инокуляцию семян проводили штаммом 11а. Семена перед посевом обрабатывали молибденовокислым аммонием из расчета 50 г на гектарную норму семян. Борные удобрения вносили из расчета 1 кг бора на гектар. Биопрепараты применяли путем обработки семян перед посевом. Агротехника – общепринятая для предгорной зоны. Предшественником была озимая пшеница. Изучение величины и активности симбиотического аппарата проводили по методике Г.С. Посыпанова (1991) [6].

Для учета количества и массы клубеньков использовали почвенные монолиты, для отбора монолита применяли металлическую рамку размером 300×167 мм (0,05 кв.м) и размещали ее так, чтобы в нее попадали два рядка. Высота монолита – 25 см, она соответствовала глубине распространения клубеньков люпина узколистного. Корни с клубеньками отмывали от почвы и определяли массу всех клубеньков монолита. Зная площадь монолита (0,05 кв.м) и среднюю густоту состояния растений, рассчитывали массу клубеньков на 1 га по формуле

М = (10⋅m)/S,

где m – масса клубеньков в монолите, г; S – площадь монолита, кв.м; 10 – коэффициент пересчета, г/кв.м в кг/га.

Отбор растительных образцов осуществляли через 7–10 дней, начиная с фазы бутонизации. Для расчета массы клубеньков на растении среднюю массу клубеньков монолита делили на среднюю густоту стояния растений.

На выщелоченных черноземах при благоприятных условиях чечевица образует значительное количество клубеньков. Их число и масса зависят от ряда факторов.

Наиболее существенное влияние в условиях предгорной зоны КБР оказали на них уровень обеспеченности элементами питания и влагой в течение вегетации. В богарных условиях прослеживается прямая зависимость между эффективностью симбиоза, биопрепаратами и условиями естественной влагообеспеченности в течение года.

Результаты наших исследований (табл. 1) показывают, что инокуляция семян активным штаммом ризобия 11 а в сочетание с внесением макро- и микроудобрений вариант опыта (ИнР120К60МоВ) и использование биопрепаратов оказывают существенное влияние на формирование симбиотического аппарата растений чечевицы, увеличивают количество и массу клубеньковых в течение вегетации.

В фазе полных всходов в варианте ИнР120К60МоВ на одном растении образовалось по 12 штук клубеньков с массой 726 мг. На варианте Фон + Гетероауксин эти показатели были практически одинаковыми, хотя масса клубеньков была незначительна – на 82 мг больше.

Применение препарата (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) Бинорам и Гуапсин (Pseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097), на фоне применения ИнР120К60МоВ оказали положительное влияние на количество и массу клубеньков, начиная с фазы бутонизации. На этом варианте количество клубеньков на 4 шт., а их масса на 169 мг было больше по сравнению с фоном. В фазе цветения чечевицы эта разница по отношению к фону была существенней и составляла 14 шт. с массой 240 мг на одном растении. Максимальная масса и количество клубеньков на растениях чечевицы независимо от варианта опыта формировались в фазе плодообразования.

Выявлено, что при возделывании чечевицы на выщелоченных черноземах наилучшие результаты отмечены при совместном применении бактериальных препаратов (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) Бинорам и Гуапсин (Рseudomonas aureeofaciens В-306 (ibm b-7096) и (ibm b-7097).

Перспективным направлением в повышении эффективности бобово-ризобиального симбиоза является использование клубеньковых бактерий в комплексе с определенными штаммами ассоциативных бактерий. Хорошо подобранные комплексы обладают не только более высокой азотфиксацией, но и более устойчивы к влиянию внешних неблагоприятных факторов и дольше активно функционируют.

Таблица 1

Динамика количества и массы клубеньков шт./мг (среднее за 2010–2021 гг.)

В условиях предгорной зоны Кабардино-Балкарий выявлено, что из пяти изученных биопрепаратов наилучшие результаты отмечены при совместном применении препаратов Бинорам (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) и Гуапсин (Рseudomonas aureeofaciens в-306 (ibm b-7096) и (ibm b-7097). По нашим наблюдениям, клубеньки на корнях растений чечевицы на варианте Р120К60МоВ образовались через 6–8 дней после всходов. В контрольном варианте (без инокуляции) клубеньки не образовались. Это свидетельствует о том, что в почвах опытного участка отсутствуют спонтанные клубеньковые бактерии, и на этом поле раннее не возделывались бобовые культуры.

Через 3–4 дня после образования клубеньков в них формировался леггемоглобин (красный пигмент). Это дает основание предполагать, что с этого момента клубеньки начали фиксировать азот воздуха. Разрушение леггемоглобина и переход его в неактивную форму – холеглобин отмечено в 2010 году – 20–27 августа; в 2011 году – 20–22 августа и в 2012 году – 18–21 августа, а на варианте Фон + Псевдобактерин-2 (д.в. Pseudomonas aureofaciens, штамм BS 1393) – на 7 дней раньше. Жизнь клубеньков продолжалась почти до конца вегетации чечевицы. Отмирание клубеньков в зависимости от года исследования и варианта опыта отмечено в третьей декаде августа месяца.

На варианте с внесением (д.в. Pseudomonas aureofaciens, штамм BS 1393) Фон + Псевдобактерин-2 в 2012 г. их отмирание происходило на 4 дня раньше. В варианте ИнР120К60МоВ на одном растение образовалось 43 шт. клубеньков массой 1096 мг.

На варианте Фон + Гетероауксин практически не обеспечило их увеличение по отношению к Ин.Р120К60МоВ, а добавление Фон + Бинорам незначительно увеличило эти показатели.

Наибольшее количество и масса клубеньков (53 шт. и 21–46 мг) на одном растении в среднем за три года формировалось при совместном применение внесении (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) и (Рseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) Фон + Бинорам + Гуапсин и этот вариант оказался самым оптимальным.

Такая же закономерность в формировании симбиотического аппарата на растениях чечевицы наблюдалась и по годам исследований. Больше клубеньков и их масса отмечались в опытах в 2010, благоприятном по осадкам, году, они составили 50 шт. с массой 2690 мг на 1 растение.

Внесение (д.в. Pseudomonas aureofaciens, штамм BS 1393) Фон + Псевдобактерин-2 оказало отрицательное влияние на формирование симбиотического аппарата на посевах чечевицы в период всей вегетации. В этом варианте количество клубеньков на растениях чечевицы в 1,6–2 раза было меньше, чем при ИнР120К60МоВ.

В конце вегетации чечевицы, в фазе созревания бобов наблюдалось уменьшение количества и массы клубеньков на всех вариантах опыта. Это, по-видимому, связано в первую очередь с разрушением клубеньковых бактерий, расположенных на боковых корнях, и частичным отмиранием их у главного стержня корня. Вторая причина – недостаток влаги в корнеобитаемом слое почвы в этот период.

Таким образом, на формирование симбиотического аппарата на корнях растений чечевицы существенное влияние оказывают биопрепараты. Заметно увеличивают количество массу клубеньков на посевах чечевицы Ин.Р120К60МоВ и особенно в сочетании с внесением (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) и (д.в. Рseudomonas aureeofaciens В-306) (IBM B-7096) и (IBM B-7097) Фон + Бинорам + Гуапсин.

Продолжительность общего симбиоза в зависимости от вариантов года опыта составляла от 70 до 79 дней, а активного – 65–73 дней.

Самая короткая продолжительность как общего симбиоза (70–72 дня), так и активного (65–67 дней) установлена на варианте Фон + Псевдобактерин-2. Более продолжительный период симбиоза наблюдается при внесении (д.в. Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) и (Рseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) Фон + Бинорам + Гуапсин.

Эти препараты способствуют формированию эффективного бобово-ризобиального симбиоза и накоплению наибольшего биологического азота на посевах чечевицы, что в дальнейшем положительно отражается на росте, развитии и продуктивности растений.

Эффективность бобоворизобиального симбиоза зависит от величины и активности симбиотического аппарата. Чаще всего в качестве показателя величины симбиотического аппарата исследователи используют количество и массу клубеньков на одном растении. Однако по ним нельзя в полной мере судить об эффективности симбиоза.

Для характеристики бобоворизобиального симбиоза за вегетацию . предложено использовать показатели общего симбиотического потенциала (ОСП), который учитывает массу всех клубеньков, продолжительность их жизни и активный симбиотический потенциал (АСП), а также массу клубеньков с леггемоглобином и продолжительностью их функционирования. В наших опытах максимально активный симбиотический потенциал за вегетацию чечевицы отмечен в варианте Фон + Бинорам + Гуапсин – 8130 кг дней/га.

В среднем за три года АСП в варианте ИнР120К60МоВ составлял 6850 кг дней/га (табл. 2).

Таблица 2

Активный симбиотический потенциал чечевицы (тыс. кг. дней/га) за вегетацию

Применение препарата Гуапсин во все годы опытов АСП был несколько больше, чем на варианте ИнР120К60МоВ и составлял 7580 кг∙дней/га, что на 730 кг∙дней/га превышает вариант ИнР120К60МоВ.

Совместное применение (Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2) и (Рseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) вариант Фон + Бинорам + Гуапсин увеличивало в среднем за три года АСП на 1280 кг∙дней/га по сравнению с вариантом – ИнР120К60МоВ. Более высоким он оказался в 2010 году – 10023 кг∙дней/га. Применение (д.в. Pseudomonas aureofaciens, штамм BS 1393) препарата Псевдобактерин-2 во все годы исследования привело к снижению АСП. В среднем за три года он составлял 5695 кг∙дней/га или на 1155 кг∙дней/га меньше по сравнению с вариантом ИнР120К60МоВ.

Уровень симбиотического потенциала в первую очередь зависел от влажности почвы и содержания в ней доступных форм азота. В годы с недостаточным увлажнением и применением Фон + Псевдобактерин-2 сильно подавлялась активность симбиотического потенциала.

На варианте совместного применения препаратов Бинорам и Гуапсин при оптимальной влажности почвы создаются наиболее благоприятные условия для формирования активного симбиотического потенциала чечевицы.

Количество фиксированного азота воздуха в условиях опыта определяли по величине активного симбиотического аппарата и удельной активности симбиоза методом, предложенным Г.С. Посыпановым (1999) .

Суммарное накопление азота в варианте ИнР120К60МоВ составила 119,0 кг/га. Наблюдается четкая тенденция его увеличения при внесении препаратов Гетероауксин, Бинорам и Гуапсин, особенно при совместном применении бактерий Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2 и Pseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) вариант Фон + Бинорам + Гуапсин.

В варианте Фон + Бинорам + Гуапсин установлена максимальная величина суммарного накопления азота 133,4 кг/га, на 26 кг больше контрольного варианта. Применение препарата Псевдобактерин-2 практически не оказало существенного влияния на показатели максимального накопления азота.

Таблица 3

Участие источников азота в питании растений чечевицы в зависимости от биопрепаратов (2010-2012 гг.)

Во все годы исследований максимальная фиксация азота воздуха наблюдалась при совместном применении бактерий Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2 и Pseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) вариант Фон + Бинорам + Гуапсин.

В среднем за три года усвоение азота воздуха на этом варианте составляло 122 кг/га или 91,4 % от общего потребления.

В варианте ИнР120К60МоВ (Фон) усвоение растениями чечевицы азота воздуха составляло 82,2 кг/га. Совместное применение бактерий Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2 и Pseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) вариант Фон + Бинорам + Гуапсин увеличивало этот показатель на 10,5–20,1 кг/га по сравнению с фоном.

При обработке семян чечевицы бактериями Pseudomonas aureofaciens, штамм BS-1393 препарат Псевдобактерин-2 доля биологического азота была существенно ниже, чем на фоне, почти в 1,4 раза.

Количество азота потребляемого из почвы в зависимости от вариантов опыта составляло от 107,4 кг/га в контрольном варианте до 11,4 кг/га в варианте Фон + Бинорам + Гуапсин.

В зависимости от изучаемых вариантов опыта растения чечевицы использовали азот воздуха от 82,2 до 122 кг/га. Соответственно этому уменьшалась доля азота почвы в питании растений от 37,0 до 11,4 кг/га.

В варианте Фон + Псевдобактерин-2 из почвы использовано почти в 2 раза больше азота – 67,2 кг/га, а по сравнению с оптимальным вариантом (11,4 кг/га) – в 6 раз.

Таким образом, на фоне благоприятных условий для симбиоза доля фиксированного азота воздуха, использованного на формирование урожая чечевицы, в зависимости от вариантов опыта составляло 47,6–90,1 %. В варианте ИнР120К60МоВ (Фон) оно равнялось 60,8 %, максимальной (90,1 %) она была при совместном применении бактерий Pseudomonas fluorescens, штаммы 7Г, 7Г2К, 17-2 и Pseudomonas aureeofaciens В-306 (IBM B-7096) и (IBM B-7097) вариант Фон + Бинорам + Гуапсин. Применение Pseudomonas aureofaciens, штамм BS-1393 препарат Псевдобактерин-2 снижало долю использованного азота воздуха до 47,6 % – почти в 2 раза меньше, чем в оптимальном варианте.

Рецензенты:

Шалов Т.Б., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой «Землеустройство и кадастры», ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова», г. Нальчик;

Князев Б.М., д.с.-х.н., профессор кафедры «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции», ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова», г. Нальчик.

Работа поступила в редакцию 25.12.2013.