CC BY
83
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 633.31/.37:631.847.2/3
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ СИСТЕМ
Н.В. Парахин, академик РАСХН, профессор С.Н. Петрова, доктор сельскохозяйственных наук, доцент Ю.В. Кузмичева, кандидат сельскохозяйственных наук, ассистент ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»
Дана оценка влияния различных групп симбиотических микроорганизмов на экологическую приспособленность сортов сои и гороха посевного к засушливым условиям.
Ключевые слова: соя, горох посевной, симбиоз, устойчивость, PGPR,
арбускулярно-микоризные грибы, клубеньковые бактерии.
Вопрос повышения приспособленности растений к изменяющимся условиям окружающей среды всегда имел важное значение для специалистов, работающих в аграрной сфере. Даже сегодня, несмотря на повышение уровня технической оснащенности предприятий, интеграцию производства с наукой и неуклонный рост культуры земледелия, вариабельность урожайности по годам на 60-80 % обусловлена «капризами» погоды [13, 11].
Устойчивость любой экологической системы прямо связана с силой взаимосвязи между соседними видами, которую осуществляют микроорганизмы [2]. Последние не только разлагают органические остатки на более простые минеральные и органические соединения, но и активно участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений (гуминовых и фульвокислот), образуют запас питательных веществ в почве. Кроме того образуя ассоциации и симбиозы с культурными растениями, обеспечивают их минеральное питание, адаптацию к абиотическим стрессам, а также защиту от патогенов и вредителей [10, 2].
В связи с этим, важнейшее место в современном земледелии должно отводиться стимуляции растительно-микробных взаимодействий, эколого-стабилизирующая роль которых наиболее ярко проявляется в агроценозах зернобобовых культур [5, 4, 6, 8]. Их уникальная способность фиксировать азот атмосферы в симбиозе с клубеньковыми диазотрофами прочно закрепила за ним статус средообразующей культуры. Однако, бактерии рода Rhizobium не единственные колонизаторы бобовых растений, способных формировать би- и мультипартитный симбиоз при метаболической интеграции с различными группами полезных ризосферных микроорганизмов (ризобии, бациллы, псевдомонады, микоризные грибы).
В этой связи целью наших исследований являлась оценка влияния различных групп симбиотических микроорганизмов на экологическую приспособленность зернобобовых культур при формировании растительно-микробных симбиозов.
Исследования проводились в 2007-2010 гг. в Орловском государственном аграрном университете в рамках совместной с Всероссийским НИИ зернобобовых и крупяных культур научно-исследовательской программы, поддержанной Российским фондом фундаментальных исследований (Грант РФФИ офиц 08-04-13565).
Объектом исследований служили три сорта гороха посевного с различной архитектоникой листа (Спартак «гетерофильный», Темп «листочковый» и Фараон «усатый») и два сорта сои (Ланцетная и Свапа).
Опытный материал был выращен в полевом селекционном севообороте, площадь делянки составила 10 м2, повторность 4-х кратная, способ посева - рядовой. Размещение делянок рендомизированное.
Почва опытного участка темно-серая лесная среднесуглинистая, подстилаемые лессовидным суглинком, средней окультуренности (среднее содержание гумуса 5,1%, подвижного фосфора - 23,3, обменного калия - 9,7 мг/100 г почвы, рНсол - 5,3, гидролитическая кислотность - 4,4 мг экв/100 г почвы). Предшественник - ячмень. Микрорельеф участка выровненный.
В опытах изучалось влияние различных групп полезных ризосферных микроорганизмов на экологическую приспособленность современных сортов зернобобовых культур. Использовали микробиологические препараты, изготовленные во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург):
Горох Соя
R. leguminosarum, шт. 250а B. japonicum, шт. 626а
R. leguminosarum, шт. 260б B. japonicum, шт. 634а
R. leguminosarum, шт. 263б B. japonicum, шт. 645
АМГ* АМГ
PGPR **__________________________________PGPR___________________________________
*АМГ - препарат на основе гриба арбускулярной микоризы (Glomus intraradices, шт.7)
** PGPR - препарат PGPR БисолбиСан (Artrobacter mycorens 7, Flavobacterium sp. L. - 30, Agrobacterium radiobacter 204, Agrobacterium radiobacter 10, Bacillus subtilis Ч-13, Pseudomonas fluorescens 2137, Azospirillum lipoferum 137)
Штаммами клубеньковых диазотрофов инокулировали семена из расчета 200 г на гектарную норму семян. Препаратом PGPR опрыскивали всходы растений (10 % р-р). АМГ вносили в почву перед посевом из расчета 5 ц/га.
Метеорологические условия вегетационных периодов 2007-2010 гг. были контрастными. Засушливые условия отмечены в 2007 и 2010 годах, причем 2010 г. характеризовался экстремально жарким летом. Наиболее благоприятным для роста и развития растений были 2008 и 2009 годы.
Исследования проводились как по общепринятым, так и с использованием современных инструментальных методов анализа.
Результаты наших исследований показали, что при формировании эффективного симбиоза с полезной почвенной микрофлорой растения зернобобовых культур отличались большей экологической приспособленностью. Так, например, колонизация корней растений сои ассоциативными (PGPR) и фосфатмобилизирующими (АМГ) микроорганизмами в засушливые годы способствовала повышению продуктивности агроценозов на 4,8-58,5 и 5,4-23,7 %, соответственно (табл. 1).
Таблица 1 - Относительные прибавки урожайности сортов сои _______________в разные годы исследований, %
Варианты 2007 2008 2010
Свапа Ланцетная Свапа Ланцетная Свапа Ланцетная
1. Контроль - - - - - -
2. Шт. 645 б 0,0 0,0 0,0 1,1 0,0 13,6
3. Шт. 626 а 8,0 4,8 0,3 27,1 15,7 10,9
4. Шт. 634 а 0,0 0,0 0,0 20,0 12,6 6,8
5. PGPR 4,8 6,5 0,0 20,6 24,6 58,5
6. АМГ 23,7 23,4 0,0 27,1 22,4 5,4
Продуктивность гороха в данных вариантах в экстремально засушливом 2010 году повышалась на 0,5-109,6 и 3,5-54,4 %, соответственно, в зависимости от сорта (табл. 2).
Причинами индукции у сортов зернобобовых культур стрессовой устойчивости могло быть обеспечение дополнительными ресурсами питания и энергии, продуцирование антагонистов стрессового фитогормона АБК, а также улучшение водоснабжения при симбиотических взаимодействиях с микроорганизмами [1, 12].
Клубеньковые бактерии также играли немаловажную роль в адаптации высокобелковых культур к условиям выращивания. В засушливые 2007 и 2010 годы по сравнению с благоприятным по гидротермическому режиму 2008 годом штаммы B. japonicum обеспечили прибавку урожая зерна сои сорта Свапа на уровне 8,0-15,7 %, сорта Ланцетная - 4,8-13,6 %. Тогда как положительный хозяйственный эффект от
использования штаммов R. leguminosarum в агроценозах гороха в 2010 году достигал 12,469,8 %, в зависимости от сорта. По нашему мнению, биологическая азотфиксация и улучшение минерального питания инокулированных растений могли снижать возникающий дефицит и ограниченный транспорт питательных элементов.
Таблица 2 - Относительные прибавки урожайности сортов гороха _________________в разные годы исследований, %_______________
Варианты Г оды исследований
2008 2009 2010
Спартак
1. Контроль - - -
2. Шт. 250 а 0,0 33,5 6,4
3. Шт. 260 б 0,0 0,0 0,0
4. Шт. 263 б 0,0 41,3 68,1
5. PGPR 0,0 41,1 109,6
6. АМГ 4,9 39,0 54,3
Темп
1. Контроль - - -
2. Шт. 250 а 0,0 0,0 0,0
3. Шт. 260 б 0,0 36,6 20,6
4. Шт. 263 б 0,0 9,0 12,4
5. PGPR 3,4 0,0 0,5
6. АМГ 2,2 0,0 2,9
Фараон
1. Контроль - - -
2. Шт. 250 а 35,9 14,3 18,6
3. Шт. 260 б 5,6 0,0 0,0
4. Шт. 263 б 0,0 16,2 69,8
5. PGPR 40,4 2,4 0,5
6. АМГ 36,9 0,0 3,5
Выявлено, что сорт Свапа был более восприимчив к недостатку влаги, снизив урожайность в 2010 году по сравнению с 2008 годом в 3 раза (с 3,98 до 1,34 т/га). Тогда
как сбор зерна сорта Ланцетная в условиях низкой влагообеспеченности уменьшился в 2,4 раза (с 3,50 до 1,47 т/га).
В агроценозах гороха посевного наибольшей засухоустойчивостью отличался листочковый сорт Темп и усатый сорт Фараон. В 2010 году их урожайность, по отношению к наиболее благоприятному 2009 году, была снижена в 1,9 раза (с 3,91 до 2,09 и с 3,71 до 1,99 т/га, соответственно). В то же время, у гетерофильного сорта Спартак реализация семенной продуктивности сократилась в 2,2 раза (с 4,21 до 1,88 т/га).
Формирование в агроценозах сои Свапа и гороха Спартак взаимовыгодных ассоциаций растений с микроорганизмами способствовало повышению адаптации данных сортов к засушливым условиям 2007 и 2010 годов, где микробные препараты оказались наиболее эффективными. По нашему мнению, это связано с тем, что полезные ризосферные микроорганизмы, вступая в симбиоз с растением, ослабляют воздействие стрессоров и могут быть особенно важны для растений именно в неблагоприятных условиях.
Напротив, у сорта сои Ланцетная и сортов гороха Темп и Фараон в 2007, и 2010 годах положительный эффект от применения микробных препаратов, как правило, был слабее, чем в благоприятных по гидротермическому режиму 2008 и 2009 годах. При этом в наиболее засушливом 2010 году данные генотипы формировали относительно высокую урожайность зерна (1,6, 2,09 и 1,99 т/га, соответственно), в целом превосходя по данному показателю восприимчивые к засухе сорта. Следовательно, сорт сои Ланцетная и сорта гороха Темп и Фараон обладают более высокой экологической устойчивостью, что связано с активной симбиотической деятельностью данных генотипов [9, 7].
Таким образом, высокой экологической приспособленностью сорта сои и гороха отличаются при активном использовании полифункциональных свойств полезной ризосферной микрофлоры, которая является важнейшим фактором повышения устойчивости культур к засушливым условиям, способствуя наибольшей реализации их биологического потенциала за счет возобновляемых природных ресурсов.
Библиографический список
1. Белимов, А.А. Взаимодействие ассоциативных бактерий и растений в зависимости от биотических и абиотических факторов: автореферат дисс....докт. биол. наук [Текст]/ А.А. Белимов. - Санкт-Петербург, 2008. - 46 с.
2. Взаимодействие ризосферных бактерий с растениями: механизмы образования и факторы эффективности ассоциативных симбиозов (обзор) [Текст]/ А.И. Шапошников, А.А. Белимов, Л.В. Кравченко, Д.М. Виванко // Сельскохозяйственная биология. - 2011. - № 3. - С. 16-22.
3. Заварзин, Г.А. Эволюция геосферно-биосферной системы [Текст]/ Г.А. Заварзин // Природа. - 2003. - № 1. - С. 27-35.
4. Зотиков, В.И. Пути повышения ресурсосбережения и экологической безопасности в интенсивном растениеводстве [Текст]/ В.И. Зотиков, Т.С. Наумкина // Вестник ОрелГАУ. - № 3. -2007. - С. 11-14.
5. Кирюшин, В.И. Экологизация землепользования [Текст]/ В.И. Кирюшин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2004. - № 1. - С. 7-8.
6. Лобков, В.Т. Почвенно-биологический аспект в теории севооборотов [Текст]/ В.Т. Лобков, Н.И. Абакумов // Эколого-экономические аспекты развития растениеводства в рыночных условиях. - Орел, 2002. - С. 210-221.
7. Парахин Н.В. Биологическая и хозяйственная эффективность применения эндомикоризы в сортовых посевах Pisum sativum L. в условиях Орловской области [Текст]/ Н.В. Парахин, Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова // Сельскохозяйственная биология. - 2010. - №1. - С. 7580.
8. Парахин, Н.В. Экологическая устойчивость и эффективность растениеводства: теоретические основы и практический опыт [Текст]/ Н.В. Парахин. - М.: КолосС, 2002. - 199 с.
9. Парахин Н.В. Эффективность взаимодействия препарата ассоциативных бактерий с сортами Glycine max. L. [Текст]/ Н.В. Парахин, Ю.В. Моисеенко, С.Н. Петрова // Вестник ОрелГАУ. - 2009. - № 5(20). - C. 35-40.
10. Тихонович, И.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего [Текст] / И.А. Тихонович, Н.А. Проворов. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2009. 210 с.
11.Турусов, В.И. Оптимизация агроландшафтов - основа эффективности инноваций в сельскохозяйственном производстве [Электронный ресурс]/ В.И. Турусов, А.М. Новичихин, В.М. Гармашов. - http: // AgroPost.ru/ 01.03.2012.
12. Эффективность инокуляции грибом Glomus intraradices и внутрипопуляционная изменчивость растений люцерны хмелевидной по показателям продуктивности и микоризообразования [Текст]/ А.П. Юрков, Л.М. Якоби, Г.В. Степанова, Н.И. Дзюбенко, Н.А. Проворов, А.П. Кожемяков, А.А. Завалин // С.-х. биология. - 2007. - №5. - С. 67-74.
13. Яншин, А.Л. Потепление климата и другие глобальные экологические проблемы на пороге XXI века [Текст]/ А.Л. Яншин // Экология и жизнь. - №1. - 2001.
Е-mail: svet-orl@yandex.ru
