CC BY
90
УДК 631.8:579.64
INTRODUCTION ASSOCIATIVE MICROORGANISMS AS A WAY TO REDUCE THE PHYTOTOXICITY OF SOIL
RHIZOSPHERE
Yakubowskaya Alla Ivanovna - GBU RK "research Institute of agriculture of the Crimea", Republic of Crimea, Simferopol, Kievskaya str., 150, midyza_kiss@mail.ru
Abstract: the Problem of maintaining soil fertility by rice fields and increasing the yield of rice attracts the attention of scientists from different countries of the world, because rice is the staple food of much of the population of the globe. In the literature there are numerous data on the cultivation of rice with the use of intensive technologies [1, 2, 3]. Cultivating of rice in the Northern part of the Crimea occurs in a long periodic ski flooding (water layer is absent at the beginning and at the end of the growing season), consequently, there are optimal conditions for the accumulation of pathogenic fungi and appears the need to increase the use of pesticides, leading to environmental pollution.
The aim of this work was to determine the influence of promising strains of bacteria on the number of micromycetes and phytotoxicity of soil rhizosphere of rice.
Keywords: associativity, micromycetes, phytotoxicity, yield.
ИНТРОДУКЦИЯ АССОЦИАТИВНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ КАК ФАКТОР СНИЖЕНИЯ ФИ-ТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ РИЗОСФЕРЫ
Якубовская Алла Ивановна - ГБУ РК «НИИСХ Крыма», Республика Крым, г. Симферополь, ул. Киевская, 150, midyza_kiss@mail.ru
Аннотация: Проблема поддержания плодородия почв рисовых полей и повышение урожайности риса привлекает пристальное внимание ученых разных стран мира, поскольку рис является основным продуктом питания значительной части населения земного шара. В литературе имеются многочисленные данные по выращиванию риса с использованием интенсивных технологий [1; 2; 3]. Возделывание риса в северной части Крыма происходит в режиме длительного периодического затопления (слой воды отсутствует в начале и в конце вегетации), следовательно, создаются оптимальные условия для накопления фитопатогенов и возникает необходимость увеличения применения пестицидов, что ведет к загрязнению окружающей среды.
Целью данной работы являлось установить влияние перспективных штаммов бактерий на численность микромицетов и фитотоксичность почвы ризосферы риса.
Ключевые слова: ассоциативность, микромицеты, фитотоксичность, урожайность.
Введение: Основной фактор, определяющий биологию почв рисовых полей, это чередование фаз затопления и осушения [20; 21; 22; 23; 24; 25]. Типичными представителями мик-робоценоза почв являются микромицеты. Они являются деструкторами органического вещества почв, но среди них наибольшее количество патогенов. Микромицеты встречаются в почве в течение всего периода вегетации растений, когда редукционные процессы достигают своего максимума, наблюдается заметное снижение их численности [26; 27; 28]. В основном на рисовых полях встречаются микромицеты следующих родов: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Alternaria, Fusarium, Rhisopus.
Интенсификация сельского хозяйства приводит к накоплению фитопатогенного комплекса микроорганизмов в почве [29], в частности в ризосфере [30], поэтому интродукция в аг-роэкоценозы агрономически ценных микроорганизмов является одним из путей выравнивания природного равновесия, необходимого для обеспечения оптимальных условий реализации продуктивного потенциала растений [31-34].
Материал и методы исследований: В условиях полевых опытов на лугово-каштановой почве изучена динамика численности почвенных микромицетов в ризосфере риса и фитотакси-ческой активности почвы.
Перспективные штаммы бактерий родов Flavobacterium sp. 6 Flavobacterium sp. 72 и Enterobacter sp. 3 с комплексом агрономически полезных свойств интродуцировали в ризосферу путем инокуляции семян перед посевом суспензией бактерий из расчета 500 тыс. клеток на одно семя. Для сравнения в опыте использовали промышленный штамм Rhizobium (Agrobacterium) radiobacter 204 - биоагент микробного препарата Диазофит (ризоагрин), рекомендованный для оптимизации минерального питания злаковых культур.
В контрольном варианте семена обрабатывали водой. Рис выращивали по общепринятой для Крыма интенсивной техно -логии, с применением химического протравителя Фунгикинг.
Отбор образцов их подготовку и посев на агаризованные питательные среды проводили общепринятыми в микробиологии методами [35]. Количество микромицетов учитывали на агаризованной среде Чапека-Докса с рН не выше 4,5 [36] Определение фитотоксичности почвы ризосферы риса проводили по методике Мочалова Ю.М. и Шерстобоева Н.К. [38]. Статистическую обработку полученных результатов провели методом дисперсионного анализа [37] и с помощью программы Excel 2003.
Таблица 1. Динамика численности микромицетов в ризосфере риса, КОЕ,
тыс. в 1 г а.с.п.
Вариант опыта Кущение Цветение Созревание зерна
2012 2013 2012 2013 2012 2013
Контроль 32,0±3,5 17,0±0,5 36,3±2,8 18,0±1,7 101,7±2,3 33,5±1,0
R.radiobacter 204 10,1±0,5 20,5±1,8 48,5±2,8 23,5±2,3 94,9±3,8 29,3±1,4
Enterobacter sp. 3 26,1±5,9 22,9±1,4 46,0±2,0 25,1±1,4 104,5±0,5 33,1±3,5
Flavobacterium sp. 6 17,5±1,0 24,9±2,3 41,1±2,3 23,0±2,2 67,7±4,2 30,0±3,8
Flavobacterium sp. 72 10,8±1,5 33,4±5,0 54,9±1,9 30,6±2,9 109,8±5,8 55,5±4,1
Результаты и обсуждение: Результаты исследований показали тенденцию увеличения численности микромицетов в ризосфере почвы в конце вегетации растений, что соответсвует фазе созревания зерна риса (табл.1).
Как правило, в этот период накапливается большое количество токсических веществ, образованных в результате мата-болистических процессов растений и микроорганизмов и наступает почвоутомление.
В условиях 2012 года в вариантах с инокуляцией семян перспективными штаммами численность почвенных микроскопических грибов в фазу кущения была на 18-66% ниже, чем в контроле. Минимум отмечен в варианте с производственным штаммом R. radiobacter 204, который составлял 10,1 тыс. КОЕ в 1 г абсолютно сухой почвы (а.с.п) и в 3,2 раза ниже, чем в
контроле (32,0 тыс. КОЕ). В опытах 2013 минимальная численность микромицетов отмечена в контроле и составляла 17,0 тыс. КОЕ в 1 г. а.с.п.
В конце вегетации растений, как правило, отмечается увеличение численности микромицетов, но и в этот период накапливается большое количество токсических веществ, образованных в результате метаболических процессов растений и микроорганизмов и наступает почвоутомление. После 2-3-летней монокультуры риса наблюдается снижение всхожести семян [39].
В условиях 2012 года в фазу кущения в контроле и варианте с Flavobacterium sp. 6 ингибирование всхожести семян составляло 12,5 и 1,5% соответственно (таблица 2).
В фазу цветения ингибирование проростков отмечено во всех вариантах опыта и контроле. В фазу созревания зерна в контроле и варианте с R. radiobacter 204 ингибирование проростков составляло 16,8%. Фитотоксичность в вариантах с перспективными штаммами отсутствовала.
Анализ почвенных образцов ризосферы риса в 2013 году показал снижение фитотоксичности в фазы кущения и созревания зерна и отмечался эффект стимуляции проростков, причем в конце вегетации в опытных вариантах она составляла 5,011,8%, при 0,8% - в контроле. В фазу цветения риса отмечено ингибирование всхожести семян риса в варианте с R. radiobacter 204 (34,3%), Enterobacter sp. 3 (12,5%) и Flavobacterium sp. 72 (7,5%). Следует отметить, что в фазе цветения рис находится в условиях затопления, а следовательно в почве происходят анаэробные метаболические процессы и с ними может быть связано повышение фитотоксичности почвы.
Таким образом, результаты исследований показали, что интродукция перспективных штаммов в ризосферу риса снижает уровень токсичности почв.
Интродукция перспективных штаммов в ризосферу способствовала повышению урожайности семян риса. При инокуляции семян штаммом Flavobacterium sp. 6 в условиях 2012 года прибавка урожайности составила 4,0 т / га (34%), в 2013 -4,2 т / га (51%) к контролю. Максимальная урожайность риса в
2013 году получена в варианте с инокуляцией Enterobacter sp. 3 и составила 13,6 т / га против 8,2 т / га в контроле (рис.1).
Также установлено, что инокуляция семян новыми ассоциативными штаммами повышает массу семян. Наибольший эффект отмечен в варианте с Flavobacterium sp. 6 - масса 1000 семян на 18,5 и 7,9 % превышала контроль в 2012 г. и 2013 г. соответственно.
Таблица 2. Влияние инокуляции семян на токсичность ризосферной почвы растений риса (ингибирование всхожести семян риса, %).
Вариант опыта Кущение Цветение Созревание
2012 2013 2012 2013 2012 2013
Контроль 12,5 11,8* 17,2 5,8* 16,8 0,8*
R.radiobacter 204 2,6* 14,3* 19,0 34,3 16,8 5,0*
Enterobacter sp. 3 16,0* 10,8* 19,2 12,5 8,8* 9,3*
Flavobacterium sp. 6 1,5 5,8* 1,5 5,0* 3,4* 11,8*
Flavobacterium sp. 72 21,6* 11,8* 0,9 7,5 6,7* 9,3*
Примечание: * - стимуляция всхожести семян
Рис. 1. Влияние предпосевной инокуляции семян на биологическую
урожайность риса.
Выводы:
1. Показано снижение фитотоксичности ризосферной почвы риса при бактеризации семян как референтным штаммом R. radiobacter 204 (на 12%), так и исследуемыми ассоциативными штаммами микроорганизмов (от 14 до 34%).
2. Установлено, что предпосевная инокуляция семян риса ассоциативными штаммами микроорганизмов обеспечивает прибавку урожая 3,3-5,4 т/га.
Библиографический указатель:
1. Андршк К.1. Функцюнування мжробних угруповань грунту в умовах антропогенного навантаження / [К.1. Андршк, Г.О. 1утинська, А.Ф. Антипчук та ш.]. - К.: Обереги, 2001. - 239 с.
2. Джулай А.П., Алешин Е.П., Величко Е.Б. Культура риса на Кубани. - Краснодар: Краснод. кн. Изд., 1980. - 209 с.
3. Кольцов А.В., Титков А. А., Сычевский М.Е., Барило В.Н., Макушин А.В. Агроэкологическая обстановка и перспективы развития рисосеяния на юге Украины. - Симферополь: Красноперекопская межрайонная тип., 1994. - 225 с.
4. Бюлопчний азот: монографiя / [В.П. Патика, С.Я. Коць, В.В.Волкогон та ш.]; за ред. В.П. Патики. - К.: Свгг, 2003. - 424 с.
5. Землеробство з основами екологп, грунтознавства та агрохiми: навчальний посiбник / [В.Ф. Петриченко, М.Я. Бомба, М.В. Патика, та ш.]. - К.: Аграрна наука, 2011. - 492 с.
6. Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями / отв. ред. В. В.Игнатов. -М.: Наука, 2005. - 262 с.
7. Умаров М.М. Микробиологическая трансформация азота в почве / М.М. Умаров, А.В. Кураков, А. Л. Степанов. -М.: ГЕОС, 2007. - 138 с.
8. Шерстобоева Е.В. Биопрепараты азотфиксирующих бактерий: Проблемы и перспективы применения / Е.В. Шерсто-боева, И.А. Дудинова, Н.К. Шерстобоев // Мжробюл. журн. -1997. - Т. 59. - № 4. С. 109-117.
9. Джулай А.П., Алешин Е.П., Величко Е.Б. Культура риса на Кубани. - Краснодар: Краснодар. кн. изд-во, 1980. - 209 с.
10. Вожегова, Р. Рис в Украшк сьогодення та перспективи / Р. Вожегова, С. Вожегов, В. Якуб // Пропозищя. - 2005. - № 12. - С. 50-52 ГРНТИ.
11. Кузнецов С.И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. - Л.: Наука, 1970. - 440 с. Косолапова Т.Я. Карбиды. - М.: Металлургия, 1968. - 299 с.
12. Okon Y., Labandera - Gonzalez C. Agronomic applications of Azospirillum: an evaluation of 20 years worldwide field inoculation experiments. Soil. Biol. Biochem., 26, 1994. P. 15911601.
13. Mahaffee W.F., Kloepper J.F. Temporal changes in the bacterial communities of soil, rhizosphere and endorhiza associated with field growncucumber (Cucumis sativns L.), Micro bial Ecology, 34, 1996. P. 210-223.
14. Долгих Ю.Р., Ладько А.Г., Грачева Н.П., Сметов А.С. Использование соломы в качестве органического удобрения под рис / В сб. Повышение плодородия почв рисовых полей. -М., Наука, 1977. - 252 с.
15. Греков В.О., Майстренко М.1. Грунт - основа життя // Зб. Наук. праць Мш. аграрно'1 полггики Украши. - Кшв, 2010. -С. 7-10.
16. Нетрусов А.И. Общая микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 228 с.
17. Патика В.П., Тихонович 1.А., Фшп, ев 1.Д., Гамаюнова В.В., Андрусенко I.I. Мжрооргашзми i альтернативне земле -робство. - К.: Урожай, 1993. - 176 с.
18. Титков А.А., Кольцов А.В. Влияние орошения затоплением на мелиоративные условия и почвенный покров Приси-вашья. - Симферополь, 1995. - 195 с.
19. Кириенко Т.Н. Рисовые поля Украины и пути оптимизации почвообразовательных прцессов. - Лизов. Вища школа, 1985. - 183 с.
20. Хуан-Лун-Гуан. Исследование микрофлоры в рисовой почве. II исследование бактериальной флоры до и после орошения // Acta Pedelogica Sinica, 1959, 7, № 1-2, pp. 102-107.
21. Ли Н.Т. Микробиологический режим рисовых полей // «Сельское хоз-во Казахстана». - 1969. - № 6. - 31 с.
22. Шапова Л.Н. О некоторых особенностях микрофлоры рисовых почв Приморья. // «Тр. Приморского с-х ин-та». -1973. - № 8. - С. 13-27.
23. Илялетдинов А. Н., Сулейменова С. И. Влияние аэрации на микробиологические процессы в затопляемой почве // Микробиология. - 1974. - Т. 43, вып. 1. - C. 141-145.
24. Takai V., Коуата T., Kamura T. Microbiological metabolism in reduction process of paddy soil. / Part 2/ «Soil Science and Plant Nutrition», 1963, vol. 9, № 5, p. 10-140, № 6, p. 1-5.
25. Wada H. Micropedological approach to the study of dynamics of paddy soils. JARQ, 1975, v. 9, № 1, p. 24-27.
26. Takai V. Microbiological studies of paddy soils // Journal of the science of soil and Manure, Japan, 1952, vol. 23, p. 35-41.
27. Сорокина А.В. Аэробные микробиологические процессы в почве под посевами риса // Микробиология. - 1940. - Т. 9. - Вып. 7/9. - С. 640-655.
28. Ishisawa S., Toyada H. Microflora of Gapanese soils. «Soil. Sci. and Plant Nutrition», 1964a, v. 10, № 2.
29. Свирскене А. Микробиологические и биохимические показатели при оценке антропогенного воздействия на почвы / А. Свирскене // Почвоведение. - 2003. - № 2. - С. 202-210.
30. Платонова Ю.В. Анализ распространения возбудителей фузариоза в ризосферной области зерновых культур Красноярского края и определение их видового состава / Ю.В. Платонова, Н.А. Сурин, Е.И. Сорокатая // Вестник КрасГАУ. -2007. - № 1. - С. 125-130.
31. Тихонович И. А. Сельскохозяйственная микробиология как основа экологически устойчивого агропроизводства: фундаментальные и прикладные аспекты / И.А. Тихонович, Н.А. Проворов // Сельскохозяйственная биология: серия биология растений. - 2011. - № 3. - С. 3-9.
32. 1утинська Г.О. Сучасний стан i перспективи розвитку грунтово! мжробюлоги в Укра'1'ш / Г.О. 1утинська, В.П. Патика // Бюл. 1СГМ УААН, Чернiгiв. - 2000. - № 6. - С. 1-14.
33. Хоанг Хай. Роль ассоциативных ризосферних бактерий в формировании продуктивности кукурузы и изучение условий повышения эффективности ассоциативного взаимодействия: автореф. дис. на соиск. уч. степени канд. биол. наук: спец. 03.00.07 «Микробиология» / Хоанг Хай. - СПб., 2000. - 22 с.
34. Lucy M. Applications of free living plant growth-promoting rhizobacteria / M. Lucy, E. Reed, B. Click // Antonie van Leeu-wenhoek. J. Microbiol. and Serol. - 2004. - Vol. 86, - № l. - P. 125.
35. Практикум по микробиологии: учебное пособие для вузов / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева; под ред В.К. Шильниковой. - М.: Дрофа, 2004. - 256 с.
36. Биопрепараты в сельском хозяйстве. Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве / Под ред. И.А. Тихоновича и Ю.В. Круг-лова. - М., 2005. - 154 с.
37. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и плодородие почвы / Е.Н. Мишустин. - М.: Изд. АН СССР, 1956. - С. 120-242.
38. Мочалов Ю.М., Шерстобоев М.К. Способ определения фитотоксичности почвы. Описание изобретения к Авторскому свидетельству СССР № 900185. - 5 с.
39. Mahaffee W.F., Kloepper J.F. Temporal changes in the bacterial communities of soil, rhizosphere and endorhiza associated with field growncucumber (Cucumis sativns L.), Micro bial Ecology, 34, 1996. P. 210-223.
