Научная статья на тему 'Повышение продуктивности зернобобовых культур при их взаимодействии с полезной ризосферной микрофлорой'

Повышение продуктивности зернобобовых культур при их взаимодействии с полезной ризосферной микрофлорой Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
128
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗЕРНОБОБОВЫЕ КУЛЬТУРЫ / РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫЕ СИСТЕМЫ / VEGETABLE-MICROBIAL SYSTEMS / ПРОДУКТИВНОСТЬ / PRODUCTIVITY / БЕЛОК / PROTEIN / LEGUMI

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Парахин Н.В., Петрова С.Н., Кузмичева Ю.В., Моисеенко Ю.В.

Дана оценка хозяйственной эффективности создания растительно-микробных симбиозов в посевах зернобобовых культур. Выявлены наиболее эффективные группы полезной ризосферной микрофлоры для сои, люпина узколистного и гороха посевного.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Парахин Н.В., Петрова С.Н., Кузмичева Ю.В., Моисеенко Ю.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improvement of legumi productivity in cooperation of plants with useful rhizospheric microflora

There is given the assessment of economic efficiency of vegetable-microbial symbioses in legumi crop rotations. There have been revealed the most efficient groups of useful rhizospheric microflora for soya, lupine angustifoliate and sowing beans.

Текст научной работы на тему «Повышение продуктивности зернобобовых культур при их взаимодействии с полезной ризосферной микрофлорой»

венного карбонатного и, следовательно, коэффициент водоустойчивости. Заметные улучшения свойств почвы отмечены при использовании навоза совместно с минеральными удобрениями, особенно при возделывании люцерны. Агрегаты почвы после люцерны 2 г. п. отличались большей устойчивостью против размывающего действия воды, чем почва после озимой пшеницы, кукурузы и подсолнечника.

Систематическое удобрение возделываемых культур улучшило пищевой режим почвы, повысило ее обеспеченность подвижным фосфором, обменным калием и нитратным азотом по профилю 0-60 см. В пахотном слое неудобренной почвы содержание нитратного азота уменьшилось на 1S,6-22,7 %, подвижного фосфора - на 6,S-24,6 % и обменного калия - на 1,6-6,8 %.

Использование различных систем удобрения повлияло на содержание гумуса в пахотном слое почвы. Так, с 1979 по 200S гг. в варианте без удобрений количество гумуса уменьшилось с 3,33 до 2,68 %, т. е. на 19,S %. При внесении рекомендованной нормы NPK потери гумуса составили 11,0 %, при нормах 1/2 и 1/3 NPK - соответственно 13,2 и 14,9 %. Применение всех видов органических удобрений без минеральных снизило потери и способствовало сохранению содержания гумуса на уровне исходной величины с тенденцией к уменьшению при внесении 10 т/га навоза на 1,S %, использовании сидератов - на 3,7 %, соломы -на 3,9 % [3].

Внесение рекомендуемых норм минеральных удобрений на фоне сидератов, соломы и навоза обеспечило положительный баланс гумуса и достоверно увеличило его содержание на S,1-9,6 %. За те же годы наибольшее накопление органического вещества в почве дало сочетание навоза с соломой, сидератами и минеральными удобрениями: увеличение составило 14,4 %, тогда как без минеральных удобрений - 4,8 %.

На основе результатов исследований можно утверждать, что систематическое применение рекомендует- мых норм минеральных удобрений 8 под возделываемые культуры в со-(о четании с органическими удобрени-z ями - навозом, сидератами, соломой ш и листостебельной массой кукурузы q - обеспечивает в орошаемых усло-

4 виях воспроизводство плодородия

5 чернозема обыкновенного карбонат-§ ного и стабильные высокую урожай-п

26

ность и качество культур десятиполь-ного зернотравянопропашного севооборота. Применение рациональных норм минеральных удобрений (1/2 и 1/3 от рекомендуемой нормы) в комплексе с органическими удобрениями сохраняет плодородие почвы, о чем свидетельствует улучшение ее агрофизических и агрохимических показателей.

Литература

1. Керефов К.Н., Фиапшев Б.Х. Почвы степной зоны Кабардино-Балкарской АССР. - Нальчик, 1966. - С. 36-57.

2. Бесланеев С.М., Хамуков В.Б. Совершенствование агрохимической службы в Кабардино-Балкарии. - Нальчик, 2008. - С. 49-47.

3. Лифаненкова Т.П., Бижоев Р.В. Биологические приемы воспроизводства плодородия орошаемого чернозема степной зоны Центрального Предкавказья/ Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями: матер. междунар. научно-метод. конфер. учреждений Геосети России и стран СНГ (10-11 июня 2010 г.). - Москва, 2010. - С. 99-102.

Статья поступила в редакцию 10.06.2012

Characteristics of irrigated carbonate common chernozem soil while biologization of fertility reproduction devices

T.P. Lifanenkova, R.V. Bizhoev

There has been carried out the analysis of principle indicators changes applied to carbonate common chernozem soil, irrigated for cultures of grain-grass-tilled crop rotation depending on biologization of fertility reproduction devices. The results are drawn from many-years' experiments.

Keywords: organic fertilizers, siderates, straw, unit-type composition, soil density.

УДК 633.31 /.37:S76.8.09S.38

Повышение продуктивности зернобобовых культур при их взаимодействии с полезной ризосферной микрофлорой

Н.В. ПАРАХИН, академик РАСХН С.Н. ПЕТРОВА, доктор сельскохозяйственных наук Ю.В. КУЗМИЧЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук Ю.В. МОИСЕЕНКО Орловский государственный аграрный университет E-mail: pnv@orel. ru

Дана оценка хозяйственной эффективности создания растительно-микробных симбиозов в посевах зернобобовых культур. Выявлены наиболее эффективные группы полезной ризосферной микрофлоры для сои, люпина узколистного и гороха посевного.

Ключевые слова: зернобобовые культуры, растительно-микробные системы, продуктивность, белок.

Зернобобовые культуры, благодаря уникальной способности фиксировать азот атмосферы в симбиозе с клубеньковыми бактериями, играют особую роль в земледелии и растениеводстве [1-3]. Однако бактерии рода Rhizobium - не единственные колонизаторы корней растений. Бобовые вступают во взаимодействия с различными группами полезных ризосферных микроорганизмов (ризобии, бациллы, псевдомонады, микоризные грибы), образуя так называемый би- и мультипартитный симбиоз. Благодаря достижениям науки сельское хозяйство получило препараты микробного происхождения, позволяющие не только повышать урожайность бобовых культур, но и получать высококачественную экологически безопасную продукцию с минимальными экономическими затратами.

Целью наших исследований стало выявление наиболее эффективной группы симбиотических микроорганизмов для определенного вида зернобобовых культур. Эксперименты

1ёТаТбТаеа.р65 26 24.07.2012, 20:59

о

0

1

S

СО

*

о

о.

>

а

ш я

VO

.

с

35 30 25

12

ü ®

2 ё.

S 8

3 1

vo Й

.

с

10 -

8 -

6 -

4 -

2 -

О

проводили в 2007-2010 гг. в Орловском государственном аграрном университете совместно с Всероссийским НИИ зернобобовых и крупяных культур, на опытном поле лаборатории селекции зернобобовых культур, в рамках совместной научно-исследовательской программы, поддержанной Российским фондом фундаментальных исследований (грант РФФИ офи_ц 08-04-13S6S).

Сою сортов Свапа и Ланцетная, горох посевной Спартак, Темп и Фараон, а также люпин узколистный Кристалл и Орловский сидерат выращивали в полевом селекционном севообороте. Площадь делянки -10 м2, размещение делянок рендомизированное, повторность опыта четырехкратная.

Почва опытного участка - темно-серая лесная среднесуглинистая, содержащая гумуса - S,1 %, подвижного фосфора - 23,3, обменного калия - 9,7 мг/100 г почвы, рН S,3.

' ' ' 1 СОЛ. '

Предшественник бобовых культур -ячмень яровой.

В опытах оценивали хозяйственную эффективность растительно-микробных симбиозов в агроцено-зах зернобобовых при использовании микробиологических препаратов, разработанных и предоставленных Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии (табл.).

Предпосевную инокуляцию семян штаммами клубеньковых бактерий проводили из расчета 200 г на гектарную норму семян. PGPR опрыскивали всходы растений (10 %-ный раствор). Препарат АМГ (S ц/га) вносили в почву перед севом.

Метеорологические условия в годы проведения опытов были контра-

Препараты, применяемые на

PGPR АМГ

Rhizobium

а)

20-

ш

щ1

Соя

Люпин

Горох б)

ш.

1

Соя Люпин Горох

Эффективность применения различных групп полезной ризосферной микрофлоры в зависимости от вида бобовых культур (2007-2010 гг.)

стными. Вегетационные периоды 2007 и 2010 гг. были засушливыми, причем 2010 г. характеризовался экстремально жарким летом (ГТК 0,88). Наиболее благоприятным для роста и развития растений был 2008 г.

Урожай сои, гороха и люпина с делянок убирали селекционным комбайном Сампо. Биохимический анализ семян проводили на анализаторе зерна Infratec™ 1241 по методике Foss. Математическая обработка данных осуществлялась с помощью приложения CXSTAT к компьютерной программе Excel.

Результаты исследований показали, что эффективность растительно-микробных взаимодействий зависит как от вида бобовых растений, так и от принадлежности микросимбионта к определенной эколого-трофи-ческой группе (рис.).

посевах зернобобовых культур

Горох

Соя

Люпин

R. leguminosarum, шт. 250а R. leguminosarum, шт. 2606 R. leguminosarum, шт. 2636 АМГ* PGPR **

В. japonicum, шт. 626а В. japonicum, шт. 634а В. japonicum, шт. 645 АМГ PGPR

Bradyrhizobium sp., шт. 367 Bradyrhizobium sp., шт. 374 Bradyrhizobium sp., шт. 388 АМГ 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 4-13, Pseudomonas fluorescens 2137, Azospirillum lipoferum 137)._

Например, взаимодействие сои с грибами арбускулярной микоризы обеспечило наибольшее повышение семенной продуктивности растений по сравнению с ризобактериями (РОРИ) и клубеньковыми диа-зотрофами. В среднем за четыре года исследований прибавка урожайности от внесения АМГ составила 17 %, тогда как от инокуляции РОРИ и ЯЬёоЫит - 11 и 13 % соответственно (рис. а). Вместе с тем, взаимодействие эномикориз-ных грибов с люпином узколистным дало максимальный эффект (+26 %). Интродукция грибов АМ в ризосферу гороха посевного способствовала увеличению зерновой продуктивности растений в среднем по двум изученным сортам на 12 %.

Значительные прибавки урожайности отмечены при инокуляции гороха и люпина клубеньковыми бактериями. Эффективность взаимодействия трех штаммов р. ^¡гоЫит с двумя сортам люпина и тремя сортами гороха в среднем по годам исследований была сопоставима и составила 30 %, тогда как у сои в среднем по двум сортам этот эффект был в 2,3 раза ниже (13 %).

Вариабельность воздействия РОРИ на продуктивность различных видов бобовых растений была незначительной и колебалась от 11 до 18 %. При этом в посевах сои данная группа микроорганизмов оказывала равнозначный эффект как на продуктивность растений, так и на содержание белка в зерне (рис. б). Сопоставимое воздействие на качество семян сои также оказали микоризные грибы и клубеньковые бактерии, увеличив белковость семян на 10 %.

Наиболее существенное накопление белка в семенах люпина и гороха отмечено при взаимодействии растений с клубеньковыми бактериями: относительная эффективность инокуляции составила 10 и 7 % соответственно.

Выявленная видовая специфичность бобовых по отношению к различным группам микроорганизмов связана как с биологическими осо-

и ф

2 ä

ф

Ь

ф

ä

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

s

ф

Z

IO

о) P

о

бенностями культур, так и с механизмом действия микроорганизмов. Так, повышение урожайности бобовых культур при инокуляции ризобиями происходит вследствие обеспечения растений азотом [4-10]. При этом принадлежность гороха и люпина к группе бобовых с преобладанием авто-трофного типа питания азотом объясняет их высокую отзывчивость на инокуляцию клубеньковыми бактериями, тогда как эффективность последних в посевах сои, характеризующейся смешанным типом питания [11, 12], в два раза слабее.

Повышение продуктивности и качества зерна сои и люпина при формировании эндомикоризного симбиоза происходит вследствие улучшения водоснабжения растений, поскольку эти виды бобовых, в отличие от гороха, предъявляют повышенные требования к влагообеспе-ченности (их коэффициент транспи-рации в раза выше).

Оценка генотипического вклада партнеров симбиоза в контроль продуктивности симбиотической системы показала, что повышение эффективности растительно-микробных взаимодействий в посевах сои на 34 % зависело от генотипа микроорганизмов. Для люпина узколистного определяющее значение имел сорт растений ^2 %), а увеличение продуктивности симбиотической системы гороха посевного контролировалось, главным образом, генотипом растений (30 %) и его взаимодействием с микроорганизмами (39 %).

Наиболее сильная зависимость эффективности симбиотической системы от неконтролируемых факторов отмечена у сои (44 %).

Выявленные различия между видами бобовых по способности формировать эффективные растительно-микробные системы с различными группами микросимбионтов во многом обусловлены не только биологическими особенностями культур, но и межсортовыми различиями 16]. По всей видимости, генетически более однородная соя способна вступать в симбиоз с различными группами полезной ризосферной микрофлоры, в то время как для люпина т- важно выявить генотипы растений, 8 предпочитающие конкретную группу со микроорганизмов или их широкий 2 спектр. Специфичность взаимодей-ф ствия растений гороха с микроорга-1; низмами свидетельствует о необхо-ч димости подбора штаммов под конкретные сорта, на что указывают оте-§ чественные и зарубежные ученые [8, п

28

9, 17, 18].

Таким образом, использование биопрепаратов на основе симбио-трофных микроорганизмов позволило существенно повысить урожайность и качество зерна таких высокобелковых культур, как соя, люпин и горох. При этом максимальный положительный эффект в посевах гороха посевного был получен за счет симбиоза растений с бактериями рода Rhizobium. Наиболее предпочтительным для люпина являлось его взаимодействие с ризобиями и микоризными грибами. Соя в равной степени отзывалась на интродукцию полезной почвенной микрофлоры.

Литература

1. Кирюшин В.И. Экологизация зем-лепользования//Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2004. - № 1. - С. 7-8.

2. Лобков В.Т., Абакумов Н.И. Почвен-но-биологический аспект в теории сево-оборотов/Эколого-экономические аспекты развития растениеводства в рыночных условиях. - Орел, 2002. - С. 210221.

3. Зотиков В.И., Наумкина Т.С. Пути повышения ресурсосбережения и экологической безопасности в интенсивном растениеводстве//Вестник ОрелГАУ, 2007. - № 3. - С. 11-14.

4. Мильто Н.М. Клубеньковые бактерии и продуктивность бобовых растений. - Минск: Наука и техника, 1982. -296 с.

5. Гамзиков Г.П., Шотт П.Р., Литвин-цев П.А. Продуктивность сои в зависимости от источников азотного питания// Сибирский вестник с.-х. науки, 2007. -№ 7. - С. 21-28.

6. Посыпанов Г.С. Биологический азот. Проблемы экологии и растительного белка. - М.: Изд-во МСХА, 1993. - 272 с.

6. Завалин А.А., Благовещенская Г.Г. Вклад бобовых культур в поступление биологического азота и органического вещества в почвы России/Инновационно-технологические основы развития земледелия. - Курск, ВНИИЗиЗПЭ, 2006. - С. 312-315.

7. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2009. - 210 с.

8. Hansen А.Р. Symbiotic N2 fixation o1 crop legumes. - Weikersheim: Margraf, 1994. - 248 p.

9. Vance С.Р. Symbiotic nitrogen fixation and phosphorus acquisition. Plant nutrition in a world of declining renewable resources/ /Plant Physiology, 2001. - V. 127. - P. 390-397.

10. Проворов Н.А. Соотношение сим-биотрофного и автотрофного питания азо-

том у бобовых растений: генетико-селек-ционные аспекты//Физиология растений, 1996. - Т. 43. - № I. - С. 127-135.

11. Кожемяков А.П., Пономарева С.В., Артемова Т.П. Влияние предпосевной обработки семян кормового гороха и люпина на содержание и выход белка в урожае/Пути повышения урожайности с.-х. культур.- Н.Новгород, 2001. - С. 108113.

12. Юрков А.П. Особенности развития люцерны хмелевидной с эндомикориз-ным грибом Glomus intraradices: дис. ...канд. биол. наук. - СПб., 2009.- 154 с.

13. Hart М.М., Reader R.J. Host plant benefit from association with arbuscular mycorrhizal fungi: variation due to the difference in the size of mycelium//Biol. Fertil. Soils, 2002. - Vol. 36. - P. 357-366.

14. Моисеенко Ю.В., Кузмичева Ю.В., Петрова С.Н., Парахин Н.В. Роль сорта в увеличении производства высокобелкового зерна//Вестник ОрелГАУ, 2011. - № 5 (32). - С. 108-111.

15. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции - СПб.: Наука, 1998. - 194 с.

16. Парахин Н.В., Кузмичева Ю.В., Петрова С.Н. Энергетическая эффективность создания растительно-микробных систем в агроценозах гороха посевного// Земледелие, 2010. - № 8. - С. 28-31.

17. Назарюк В.М., Сидорова К.К., Шумный В.К., Кленова М.И. Новый метод определения эффективности бобово-ризобиального симбиоза в полевых ус-ловиях//Агрохимия, 2003 - № 1. - С. 61-67.

18. Наумкина Т.С., Беляева Р.В., Агар-кова С.Н. Создание и использование в селекции гороха источников высокой симбиотической активности//Докл. ТСХА, 2007. - Вып. 279. - Ч. 2. - С. 200-203.

Статья поступила в редакцию 16.04.2012

Improvement of legumi productivity in cooperation of plants with useful rhizospheric microflora

N.V. Parakhin, S.N. Petrova, Y.V. Kuzmicheva, Z.V. Moiseenko

There is given the assessment of economic efficiency of vegetable-microbial symbioses in legumi crop rotations. There have been revealed the most efficient groups of useful rhizospheric microflora for soya, lupine angustifoliate and sowing beans. Keywords: legumi, vegetable-microbial systems, productivity, protein.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.