CC BY
84
УДК 635.652.2:631.524.84:631.847.21
РОЛЬ БИОПРЕПАРАТОВ В ПОВЫШЕНИИ СИМБИОЗА И ПРОДУКТИВНОСТИ ФАСОЛИ
Н.В. Парахин, академикРАСХН (ФГОУВПО ОрелГАУ) Т.С. Наумкина, д. с.-х. н. (ГНУВНИИЗБК)
A.A. Осин (ГНУ ВНИИЗБК)
B.С. Осина, к. с.-х. н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
A.A. Осин, к. с.-х. н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
Интенсификация сельскохозяйственного
производства, предусматривающая массированное применение удобрений и пестицидов, за последние полвека позволила увеличить прирост сельскохозяйственной продукции на 70-90%. Но повышение урожайности сопровождается значительными вложениями капитала и энергоресурсов [1].
В мировой практике наблюдается тенденция снижения доз применяемых минеральных удобрений, и возрастает роль их инте рированно о использования (по экономическим и экологическим соображениям) с а ротехническими приемами, направленными на поддержание естественно о плодородия почв, мероприятиями по повышению биоразнообразия полезной почвенной микрофлоры. Без принятия срочных мер по сохранению и повышению плодородия почв оно уже в ближайшем будущем может быть необратимо утрачено на обширных земледельческих территориях. Наиболее эффективное и эколо ически безопасное применение минеральных удобрений возможно только при удовлетворении потребности растений в широком спектре дру их компонентов, обеспечивающих развитие растений без ущерба для плодородия почв. Одним из них является инокуляция ("заражение") комплексом полезных почвенных
микроор анизмов [2, 3].
Бобово-ризобиальный и арбускулярный
микоризный (AM) симбиозы являются системами о ромно о практическо о значения. Инокуляция бобовых культур клубеньковыми бактериями способствует повышению урожая за счет
дополнительно о фиксированно о азота воздуха. Исследования Е.Н. Мишустина, В.К. Шильниковой (1973), Г.С. Посыпанова (1983, 1995), Н.В. Парахина,
C.Н. Петровой (2006) показали, что при благоприятных условиях симбиоза зерновые бобовые культуры мо ут фиксировать до 200-300 кг/га азота воздуха [4, 5, 6, 7].
Микоризация бобовых растений способствует улучшению роста растений и фосфорно о питания. Азотфиксирующий и AM симбиозы имеют эколо ическое значение, предохраняя почвы от
истощения и поддерживая биоло ическое разнообразие растительных сообществ.
Имеются мно очисленные структурные сходства, общие ены в системах, контролирующие эти типы симбиозов, которые указывают на общие механизмы взаимодействия между макро- и микросимбионтом. Это заставляет рассматривать генетическую систему бобовых растений, контролирующую их симбиотические свойства, как единую для развития 2
тройного симбиоза - бобовое растение + эндомикоризные грибы + клубеньковые бактерии [8, 9].
В природных экосистемах бобовые формируют ассоциации с грибами арбускулярной микоризы и ризобиями. Такие взаимодействия получили название тройного симбиоза. Исследованиями отечественных и зарубежных ученых, проведенных в полевых условиях, установлено положительное влияние двойной инокуляции на продуктивность бобовых растений.
Полевые исследования Н.М. Лабутовой и др. (2004), проведенные в институте масличных культур УААН (г. Запорожье), показали, что двойная инокуляция растений сои клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами значительно повышала урожайность и содержание белка в семенах, чем их моноинокуляция каждым препаратом отдельно [10].
При инокуляции сои ризобиумом совместно с грибами АМ в опытах Y. Kawai и Y. Yamamoto (1986) установлено, что растения лучше поглощают P, Ca, Mg. Двойная инокуляция повышала количество клубеньков, их сухую массу, нитро еназную активность [11].
Повышение продуктивности ороха посевно о при совместной инокуляции препаратами клубеньковых бактерий и грибами АМ отмечено в работах Т.С. Наумкиной и др. (2003) и А.Ю. Борисова и др. (2004) [9, 12].
Несмотря на активные исследования, потенциал бобово-ризобиального и АМ симбиозов изучены недостаточно для применения в сельскохозяйственном производстве.
Целью нашей работы явилось изучить влияние и роль биопрепаратов ризоторфина и ломуса на формирование симбиотической системы,
фотосинтетических показателей, уровень
симбиотической азотфиксации, урожайность и качество семян фасоли.
Методика
Исследования были проведены в ГНУ ВНИИЗБК в севообороте лаборатории енетики и микробиоло ии в 2004-2007 гг. Объектом исследований была фасоль (сорт Оран).
Почва опытных участков - темно-серая лесная; среднесуглинистая; с мощностью гумусового слоя 3035 см. Плотность пахотного слоя - 1,30-1,35 г/см3. Гигроскопическая влажность в пахотном слое - 7,5% от сухой массы почвы. Наименьшая вла оемкость -32,2-34,8%. Влажность устойчиво о завядания - 9,7% от объема почвы. Содержание умуса составило 4,45,5%; ле ко идролизуемо о азота по Кононовой -7,8-
9,5 мг/100 г почвы; подвижного фосфора (Р2О5) по Кирсанову - 9,2-11,3 мг/100 г почвы; калия (К2О) по Масловой - 7,5-8,3 м /100 почвы; идролитическая кислотность - 4,2-4,6 мг-экв.; сумма поглощенных оснований - 21,6-26,5 м -экв./100 почвы; степень насыщенности основаниями - 78-94%; рН солевой вытяжки - 5,6-6,3.
Для инокуляции растений использовали биопрепарат ризоторфин на основе клубеньковых бактерий Rhizobium Phaseoli (штамм 653а) и биопрепарат на основе эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 8), представляющий смесь
с$бстрата с микоризированными корнями растения-хозяина (ВНИИСХМ). Ризоторфином обрабатывали семена перед посевом, эндомикоризный гриб в количестве 300 кг/га вносили в почв$ при посеве. Схема полевого опыта включала следующие варианты:
1. Контроль (без $добрений и без обработок Rhizobium и Glomus) - вариант абсолютного контроля необходим для выявления эффективности биопрепаратов;
2. Инок$ляция Glomus;
3. Инок$ляция Rhizobium.
4. Инок$ляция Rhizobium + Glomus.
Второй - четвертые варианты необходимы для выявления эффективности моноинок$ляции ризоторфином, микоризации глом$сом и
эффективности тройного симбиоза (бобовое растение + ризоби$м + глом$с) без внесения $добрений на естественном плодородии почвы.
Общепринятая для $словий зоны агротехника фасоли. Норма высева 0,6 млн. всхожих семян на 1 га. Учетная площадь делянки 15 м2, повторность четырехкратная.
В ходе исследований из$чали динамик$ формирования симбиотического аппарата фасоли, нитрогеназн$ю активность кл$беньков, активный симбиотический потенциал (АСП) [13], динамику формирования площади листьев, фотосинтетического потенциала (ФП), чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), накопление абсолютного сухого вещества [14], содержание белка (Nx6,25) и урожайность семян фасоли.
Результаты исследований и их обсуждение
Наши исследования показали, что моноинок$ляция глом$сом повысила все показатели формирования симбиотического аппарата фасоли. Так, при внесении глом$са число кл$беньков и их масса возросли соответственно в 1,5 и 1,9 раза по сравнению с абсолютным контролем, при этом нод$ляция растений достигла 43,2% против 30,5%. Применение ризоторфина обеспечило дальнейшее повышение всех показателей симбиотической системы фасоли (табл. 1).
Таблица 1 - Влияние биопрепаратов на развитие
симбиотической системы фасоли (в среднем за 2004-2007 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Нодуляция растений, % 30,5 43,2 81,7 94,8
Количество клубеньков, млн шт./га 2,25±0,09 3,39±0,09 4,35±0,10 4,98+0,10
Масса клубеньков, кг/га 22,2±3,7 42,3±4,0 69,8+6,1 83,9+6,7
АСП, кг дней/га 1658 3172 5228 6292
Активность нитрогеназы, N мкг /раст./час 95,2 107,4 208,5 337,2
Инокуляция растений азотфиксирующими и фосфатмобилизирующими микроорганизмами
одновременно оказалась более эффективной, чем каждым препаратом отдельно. В среднем за 4 года полевых опытов число клубеньков в этом варианте составило 4,98 млн. шт./га, что в 2,2 раза больше, чем на контроле без инокуляции, нодуляция растений достигла 94,8%, а активность нитрогеназы была максимальной - 337,2 N2 мкг /раст./час. АСП был на 1064 кг дней/га выше, чем в варианте с ризоторфином и в 3,8 раза больше, чем на абсолютном контроле.
Симбиотическая деятельность посевов фасоли оказала положительное влияние на формирование всех фотосинтетических показателей деятельности посевов фасоли (табл. 2).
Т аблица 2 - Значение фотосинтетических показателей деятельности посевов фасоли в зависимости от
варианта опыта (в среднем за 2004-2007 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Площадь листьев, тыс. м2/га 23,2+ 1,11 24,8+ 1,20 26,1+ 1,15 28,4+ 1,22
ФП, млн. м2 дн./га 1,74+ 0,04 1,81+ 0,04 2,00+ 0,05 2,06+ 0,06
ЧПФ, г/м2 дн. 3,75+ 0,22 3,93+ 0,23 4,00+ 0,25 4,17+ 0,26
Накопление АСВ, т/га 6,50+ 0,38 7,12+ 0,42 7,99+ 0,41 8,54+ 0,43
При формировании фотосинтетических показателей прослеживается аналогичная закономерность. Моноинокуляция гломусом и ризоторфином обеспечивала увеличение площади листьев, фотосинтетического потенциала (ФП), чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) и накопление абсолютно сухого вещества. Двойная инокуляция была также более эффективной. При совместном применении гломуса и ризоторфина была образована максимальная площадь листьев.
□Общее потребление азота ■ Биологического азота
250
200 150 100 50
0
га |_
|_
1. Контроль (без инокуляции);
2. Инокуляция Glomus;
3. Инокуляция Rhizobium.
4. Инокуляция Rhizobium + Glomus.
Рисунок - Влияние биопрепаратов на потребление общего и биологического азота растениями фасоли (в среднем за 2004-2007 гг.)
В среднем за 4 года она составила 28,4 тыс. м2/га, что на 5,2 тыс. м2/га больше, чем на абсолютном контроле. ФП возрос на 0,32 млн. м2 дн./га, а ЧПФ - на
236
Т59-
178
212
67-
- 143
--- —
ÈjëI
12 3 4
варианты
0,42 г/м2 дн. Накопление с$хого вещества превысило контрольный вариант на 2,04 т/га.
Биопрепараты оказали положительное влияние на общее потребление азота и, особенно, на интенсивность симбиотической азотфиксации растениями фасоли (рис.).
Раздельное внесение биопрепаратов повысило как общее потребление, так и биологического азота фасолью. В варианте с ризоторфином общий вынос азота был на 53 кг/га, а симбиотического - на 42 кг/га больше, чем на абсолютном контроле. Доля биологического азота возросла с 42,1 до 56,1%.
Двойная инокуляция гломусом и ризоторфином увеличила общее потребление азота в 1,5 раза, а симбиотически фиксированного - в 2,1 раза. Доля биологического азота в его общем потреблении возросла до 60,6%.
Степень развития и активность фотосинтетического и симбиотического аппарата оказали с$щественное влияние на $рожайность и качество семян фасоли. Наши исследования показали, что более высокий $рожай семян был пол$чен в варианте с одновременным применением гломуса и ризоторфина. В среднем за 4 года он составил 33,6 ц/га (табл. 3).
Таблица 3 - Влияние биопрепаратов на урожайность и качество семян фасоли (в среднем за 2004-2007 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Урожайность, ц/га 26,6± 1,25 28,9± 1,29 31,1± 1,39 33,6± 1,43
Содержание белка, % 24,3 24,8 25,4 25,9
Сбор белка, кг/га 646± 19 717± 21 790± 23 870± 23
Раздельная обработка растений фасоли гломусом и ризоторфином увеличила урожайность фасоли на 2,3-
4,5 ц/га соответственно, а содержание белка в семенах повысилось на 0,5-1,2%. Самый высокий выход белка с
1 га посева был в варианте двойной инокуляции - 870 кг/га, что на 224 кг/га больше, чем на абсолютном контроле и на 80-153 кг/га выше, чем в вариантах с обработкой растений ризоторфином и глом$сом.
Заключение
Таким образом, исследования, проведенные в течение 4-х лет, показали, что тройная симбиотическая система, включающая в себя бобовую культуру (фасоль) - клубеньковые бактерии и грибы
арбускулярной микоризы, наиболее эффективна.
В условиях Среднерусской лесостепи можно рекомендовать использование биопрепаратов на основе азотфиксир$ющих и фосфатмобилизир$ющих микроорганизмов. Это не требует высоких затрат, позволяет повысить прод$ктивность растений, что является акт$альным в экологически ориентированном сельскохозяйственном производстве.
Литература
1. Gold M.V. Sustainable Agriculture: Definitions And Terms. 1999. Available At The USDA National Agriculture Library; http://www.nal.usda.gov /afsic/AFSIC pubs/srb 9902/htm.
2. Food, Agriculture, Convervation And Trade Act Of 1990 (FACTA)//Public Law. 1990. Govenment Printing Office. Washington, DC. P. 101-624.
3. Vance C.P. Symbiotic nitrogen fixation and
phosphorus acquisition. Plant nutrition in a world of declining renewable resources // Plant Physiology, 2001, vol. 127.-P. 390-397
4. Мишустин, E.H. Клубеньковые бактерии и
инокуляционный процесс / E.H. Мишустин, В.К. Шильникова .-М.: Наука, 1973.-288с.
5. Посыпанов, Г.С. Биологический азот -
проблемы экологии и растительного белка / Г.С. Посыпанов.-М.: МСХА, 1993.-268с.
6. Посыпанов, Г.С. Энергетическая оценка
технологии возделывания полевых культур / Г.С. Посыпанов, В.Е. Долгодворов .-М.: МСХА, 1995.-36с.
7. Парахин, Н.В. Сельскохозяйственные аспекты симбиотической азотфиксации / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова.-М.: КолосС, 2006.-149с.
8. Тихонович, И.А. Создание высокоэффективных микрорастительных систем / И.А. Тихонович //С.-х. биология .-2000.-№1 .-С.28-33.
9. Наумкина, Т.С. Инокуляция гороха посевного грибами арб$ск$лярной микоризы и кл$беньковыми бактериями для повышения прод$ктивности растений / Т.С. Наумкина, А.Ю. Борисов, О.Ю. Штарк //Сб. науч.-практ. конференции "Пути повышения устойчивости сельскохозяйственного производства в современных у словиях.-Орел : ОрелГ АУ, 2003 .-С .124-131.
10. Лабутова, Н.М. Влияние инокуляции растений кл$беньковыми бактериями и эндомикоризным грибом на урожай различных сортов сои и содержание белка и масла в семенах / Н.М. Лабутова, А.И. Поляков, В.А. Лях, В.Л. Гордон //Доклады РАСХН.-№2.-2004.-С.10-12.
11. Kawai, Y., Yamamoto Y. Increase in the Formation and Nitrogen Fixation of Soybean Nodules by Vesicurar-Arbuscular Mycorhiza / Y. Kawai, Y. Yamamoto // Plant Cell Physiol., 1986, vol. 27(3).-P. 399-405.
12. Борисов, А.Ю. Эффективность использования совместной инок$ляции гороха посевного грибами арб$ск$лярной микоризы и кл$беньковыми бактериями / А.Ю. Борисов, Т.С. Наумкина, О.Ю. Штарк и др. //Доклады РАСХН.-№2.-2004.-С.12-14.
13. Посыпанов, Г.С. Методы изучения
биологической фиксации азота возд$ха / Г.С. Посыпанов. - М.: Агропромиздат, 1991.-300 с.
14. Ничипорович, А.А. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах / А.А. Ничипорович, Л.Е Строгонова, С.Н. Чмора, М.П. Власова. - М.: Агропромиздат, 1961.-180 с.
