CC BY
29
of a particular type of dryness was revealed. For winter wheat, the most powerful influence was exerted by the spring-summer type of drought, in the manifestation of which the plants react equally to both the lack of atmospheric moisture and the air temperature. During the early spring drought, winter crops are well tolerated due to soil moisture, and the summer type of drought is not dangerous for them due to the end of the growing season. For spring wheat, the most dangerous are both early-spring and spring-summer type of drought due to the damaging effect at the initial stage of its development (tillering phase). Barley is also oppressed by early-spring and spring-summer droughts, but a shorter growing season allows it to grow in moderate temperature conditions. Millet is well tolerated in the early stages of its development spring types of droughts. It is also relatively easy for millet to tolerate a light type of drought. A persistent type of drought is disastrous for all spring crops. Winter wheat in this case is the only one that can provide good stability in these conditions. The productivity of crops by year analogs with the manifestation of a certain type of drought, as well as the value of crop yield losses from the damaging effects of a particular type of drought is presented.
Key words: type of drought, culture, productivity, temperature, precipitation, correlation.
-♦-
УДК 631.4
Сравнительная оценка содержания бактерий АЕО^Ьа^вг в агроценозах Оренбуржья
О.Я. Соколова, канд. биол. наук; М.В. Фомина, канд. мед. наук;
Е.А. Михайлова, д-р мед. наук; О.О. Жеребьятева, канд. мед. наук;
Е.В. Бибарцева, канд. мед. наук; Д.Г. Укубаева, ассистент; Т.О. Фёдорова, ассистент
ФГБОУ ВО Оренбургский ГМУ
Работа посвящена мониторинговому и лабораторному исследованию содержания азотфиксирующей культуры Агок>Ъа^ег под влиянием вегетирующего фитоценоза и возрастающей концентрации солей ацетата свинца в почвах. Среди различных биоиндикаторов оценки биологической активности и токсичности почвы наиболее перспективной является агрономически значимая азотфиксирующая культура Azotоbacter. В ходе проведения мониторингового исследования было установлено достоверно значимое преобладание бактериальных штаммов рода Azotоbacter в образцах чернозёма обыкновенного - 25,0 (Р < 0,05), что на 8 % больше по сравнению с образцами тёмно-каштановой почвы - 23,0 (Р < 0,05). Биотоксичность исследуемого элемента напрямую связана с её концентрацией в почве. При ацетате свинца в дозе внесения 6 мг/кг число колоний снижается на 28 и 26,1 % в чернозёме обыкновенном и в тёмно-каштановой почве соответственно, концентрация ксенобиотического элемента в дозе 32 мг/кг снижает исследуемый показатель на 64 и 65 % соответственно, концентрация ацетата свинца в дозе 100 мг/кг оказывает выраженный ингибирующий эффект на исследуемые микроорганизмы. При сравнении двух типов почв установлено снижение индекса токсичности в тёмно-каштановой почве при попадании в почву ацетата свинца, степень уменьшения составила 1,09 и 1,15 раза соответственно, тем самым демонстрируя более выраженный повреждающий фактор на биологизацию земледелия и плодородия в целом.
Ключевые слова: свинец, бактериальные штаммы рода Azotobacter, биотоксичность, почва.
В настоящее время одной из актуальных проблем сельского хозяйства является сохранение и повышение плодородия земли. В современных условиях агроценозы Оренбуржья испытывают активную антропогенную нагрузку из-за высокого развития индустриально-промышленных комплексов и транспортной сети и, как результат, ускорение разнообразных трансформационных процессов биоэлементного состава почвы [1]. Среди поллютантов особое внимание уделяется тяжёлым металлам, их влиянию на симбиоз растений и микроорганизмов, оценке повреждающего фактора биологизации и плодородия земель. Среди различных биоиндикаторов оценки биологической активности и токсичности почвы наиболее перспективной является агрономически значимая азотфиксирующая культура Azotоbacter [2 - 6].
В этом отношении всестороннее изучение данной группы микроорганизмов представляет
большое значение для повышения плодородия почв. В связи с этим задачами начального этапа исследования и его целью являются: 1. Проведение мониторингового и лабораторного исследования на содержание азотфиксирующей культуры Azotоbacter под влиянием вегетирую-щего фитоценоза и возрастающей концентрации соли ацетата свинца в почвах. 2. Сравнительная оценка содержания азотфиксирующей культуры Azotbacter под влиянием вегетирующего фитоценоза и возрастающей концентрации соли ацетата свинца в почвах.
Материал и методы исследования. Объектом исследования являлась почва Светлинского и Гайского районов восточной зоны Оренбургской области, почвенный покров которых представлен преимущественно тёмно-каштановыми почвами и чернозёмом обыкновенным соответственно. Пробоотбор почвы проводили в соответствии с ГОСТом 17.4.3.01-83, ГОСТом 17.4.4.02-84, ГО-
СТом 28168-89. Глубина забора почвы составляла 0 - 20 см, согласно нормативным требованиям [7]. В мониторинговых (природные концентрации свинца в почве) и лабораторных исследованиях (прямое моноэлементное внесение ацетата свинца в почву) использовали методические указания ГОСТа 17.4.3.04-85 [7]. Представителем растительной тест-культуры являлся вегетирующий агрофитоценоз - ячмень двурядный (Hordeum sativum distichum) сорта Одесский 100. Про-боотбор ячменя осуществлялся в соответствии с ГОСТом Р 53900-2010. Ячмень кормовой [8]. Микробиологической тест-культурой являлась агрономически значимая свободно живущая азотфиксирующая аэробная культура бактерий рода Azotobacter. Количество азотфиксирующей культуры Azotobacter учитывали методом обрастания почвенных комочков на агаризованной безазотной среде Эшби с подсчётом КОЕ [9]. Индекс токсичности рассчитывали по общепринятой методике [10].
Полученные показатели исследования были статистически обработаны с помощью пакета программ Microsoft Excel 2013, Primerof Biostatistics 4.03. Для расчёта достоверности различий полученных данных применяли t-критерий Стью-дента - Фишера по Г.Ф. Лакину.
Результаты исследования. Один из основных критериев растительно-микробных взаимодействий в ризосфере обусловлен наличием прижизненных корневых выделений растениями, способствующих созданию благоприятной среды для питания и улучшения роста популяции бактерий рода Azotobacter. Качество и количество корневых экссудатов (высокоэнергетический питательный субстрат) растений зависит от стадии вегетации, вида и возраста растений, почвенно-климатических условий и интенсивности обменных процессов почвы. В условиях загрязнения почвы тяжёлыми металлами корневые выделения растений обладают протекторными свойствами по отношению к бактериям рода Azotobacter. Корни растений доставляют почвенной микробиоте питательные вещества
и улучшают их развитие. Почва вокруг корней более богата органическим веществом. В ней находятся в больших количествах продукты метаболизма микроорганизмов, распада корневых тканей и выделений. Исследования последних лет концентрируют внимание на изучении влияния солей тяжёлых металлов в дозе возрастающих концентраций. Так, показано, что внесение соединений тяжёлых металлов негативно влияет на рост, морфологию, метаболизм почвенных микроорганизмов через функциональные нарушения, денатурацию белка или разрушение целостности клеточных мембран [5].
Необходимо отметить, что исследуемые почвы характеризуются различной интенсивностью обменных процессов трансформации свинца, в частности, в тёмно-каштановой почве установлена большая роль обменных проце ссов свинца [1].
Для оценки содержания азотфиксирующей культуры Azotоbacter были проведены два этапа исследования - мониторинговый и лабораторный. Результаты исследования без влияния агрофито-ценоза представлены в таблице 1.
В ходе проведения мониторингового исследования было установлено достоверно значимое преобладание бактериальных штаммов рода Azotоbacter в образцах чернозёма обыкновенного - 25,0 (Р < 0,05), что на 8 % больше по сравнению с образцами тёмно-каштановой почвы - 23,0 (Р < 0,05). Обоснование необходимости проведения лабораторного этапа исследования основано на оценке биологического действия различных концентраций химических соединений свинца с высоким уровнем диссоциации в водных растворах на рост Azotоbacter. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о прямой зависимости между концентрацией вносимого ксенобиотического элемента и численности популяции исследуемого микроорганизма, что подтверждается также снижением диаметра колонии, а также показателем обрастания почвенных комочков, независимо от образца почвы. При этом следует отметить, что концентрация ацетата свинца в дозе 100 мг/кг оказывает вы-
1. Среднее содержание параметров роста и развития культуры Azotоbacter в почвенных образцах
без агрофитоценоза, п = 7 (X ± Sx)
Концентрация соли свинца, мг/кг Чернозём обыкновенный Тёмно-каштановая почва
КОЕ, в 1 г почвы диаметр колоний, см обрастание почвенных комочков, % КОЕ, в 1 г почвы диаметр колоний, см обрастание почвенных комочков, %
Мониторинговый этап
Без внесения металла 25,0 ± 0,143* 0,7 ± 0,11 57,0 23,0 ± 0,005* 0,7 ± 0,09 55,0
Лабораторный этап
6 18,0 ± 0,285 0,4 ± 0,09 21,5 17,0 ± 0,005 0,3 ± 0,12 20,3
32 9,0 ± 0,143 0,2 ± 0,12 10,0 8,0 ± 0,003 0,1 ± 0,14 7,8
100 0 0 0 0 0 0
Примечание: * P < 0,05 для различий с группой без внесения ацетата свинца.
раженный ингибирующий эффект на исследуемые микроорганизмы.
Биотоксичность исследуемого элемента напрямую связана с её концентрацией в почве. Так, при внесении ацетата свинца в дозе 6 мг/кг число колоний снижается на 28 % в чернозёме обыкновенном и на 26,1 % - в тёмно-каштановой почве, концентрация ксенобиотического элемента в дозе 32 мг/кг снижает исследуемый показатель на 64 и 65 % соответственно.
Далее нами были изучены параметры роста и развития исследуемой культуры в присутствии влияния агрофитоценоза, выращенного на исследуемых почвах. Результаты исследования представлены в таблице 2.
Идя по пути аналогий, можно вполне обоснованно утверждать, что достаточно прочно установилась тенденция увеличения содержания числа колоний исследуемой культуры Azotоbacter в чернозёме обыкновенном по отношению к тёмно-каштановой почве в мониторинговых и лабораторных исследованиях в присутствии агро-фитоценоза. Так, на мониторинговом этапе для чернозёма обыкновенного доля числа колоний в среднем на 6,5 % оказалось больше, чем для тёмно-каштановой почвы, данные носили достоверный характер (Р < 0,05). В лабораторном опыте на фоне возрастающих концентраций
ацетата свинца (6 и 32 мг/кг) степень увеличения составляла 1,04 и 1,18 раза соответственно.
Процесс формирования токсичности почв зависит от ряда факторов: интенсивности минерального обмена почвы, содержания гумуса, карбонатов кальция, наличия почвенных микроорганизмов, токсинов и растений, включённых в интенсивный севооборот. С помощью индекса токсичности определяют естественное плодородие земель, воздействие негативных и позитивных факторов на агроценозы. Результат индекса токсичности (ИТ) почвенных образцов представлен в таблице 3.
Полученные данные подтверждают закономерность, что независимо от образца почвы повышение ИТ напрямую связано с присутствием в опытах растения. В чернозёме обыкновенном без агрофитоценоза индекс токсичности уменьшается, так, например, при 6 мг/кг на 18,5 %, при 32 мг/кг - 39,1 %. Аналогичная тенденция сложилась для вариантов с агрофитоценозом, данные варьируют между 23,2 и 44,8 %.
Необходимо подчеркнуть, что влияние агро-фитоценоза препятствует развитию токсичности исследуемых почв. В области ризосферы создаются благоприятные химические и биологические условия для роста бактерий рода Azotobacter.
Отсюда следует, что использование фиторе-мидиации позволяет увеличить биологизацию и
2. Среднее содержание параметров роста и развития культуры Azotоbacter в почвенных образцах с агрофитоценозом (п = 7; X ± Sx)
Концентрация соли свинца, мг/кг Чернозём обыкновенный Тёмно-каштановая почва
КОЕ, в 1 г почвы диаметр колоний, см обрастание почвенных комочков, % КОЕ, в 1 г почвы диаметр колоний, см обрастание почвенных комочков, %
Мониторинговый этап
Без внесения металла 30,0 ± 0,007* 0,8 ± 0,09 59,0 28,0 ± 0,14* 0,7 ± 0,13 58
Лабораторный этап
6 23,0 ± 0,004 0,4 ± 0,10 29,7 22,0 ± 0,13 0,3 ± 0,08 27,6
32 13,0 ± 0,004 0,2 ± 0,13 13,6 11,0 ± 1,10 0,1 ± 0,02 21,3
100 0 0 0 0 0 0
Концентрация внесения металла, мг/кг Чернозём обыкновенный Тёмно-каштановая почва
без агрофитоценоза с агрофитоценозом без агрофитоценоза с агрофитоценозом
Мониторинговый этап исследования
Без внесения 0, 97 (V класс - норма) 1,1 (V класс - норма) 0,91 (V класс - норма) 0,94 (V класс - норма)
Лабораторный этап исследования
6 0,79 IV класс - низкая токсичность 0,89 IV класс - низкая токсичность 0,72 IV класс - низкая токсичность 0,75 IV класс - низкая токсичность
32 0,59 II класс - высокая токсичность 0,64 II класс - высокая токсичность 0,51 II класс - высокая токсичность 0,57 II класс - высокая токсичность
100 I класс - сверхвысокая токсичность (среда не пригодна для жизни)
Примечание: Полученные результаты носили не достоверный характер в сравнении с группой без внесения.
Примечание: * Р < 0,05 для различий с группой без внесения ацетата свинца.
3. Индекс токсичности исследуемых почвенных образцов (ИТ)
сохранить плодородие почвы в условиях техногенного прессинга.
Выводы
1. В ходе проведения мониторингового исследования было установлено достоверно значимое преобладание бактериальных штаммов рода Azotоbacter в образцах чернозёма обыкновенного - 25,0 (Р < 0,05), что на 8 % больше по сравнению с образцами тёмно-каштановой почвы - 23,0 (Р < 0,05).
2. Биотоксичность исследуемого элемента напрямую связана с её концентрацией в почве. При ацетате свинца в дозе внесения 6 мг/кг число колоний снижается на 28 и 26,1 % в чернозёме обыкновенном и в тёмно-каштановой почве соответственно, концентрация ксенобиотического элемента в дозе 32 мг/кг снижает исследуемый показатель на 64 и 65 % соответственно, концентрация ацетата свинца в дозе 100 мг/кг оказывает выраженный ингибирующий эффект на исследуемые микроорганизмы.
3. В ходе проведения мониторингового исследования установлено увеличение количества бактериальных штаммов рода Azotоbacter под влиянием вегетирующего фитоценоза в чернозёме обыкновенном и тёмно-каштановой почвах в 1,2 раза соответственно. На лабораторном этапе при внесении ацетата свинца в дозе 6 мг/кг в чернозёме обыкновенном и в тёмно-каштановой почвах увеличивается число колоний бактериальных штаммов рода Azotоbacter в присутствии агрофи-тоценоза в 1,2 раза соответственно, а при внесении дозы 32 мг/кг - в 1,4 и 1,2 раза соответственно. Этот факт связан с проявлением протекторных
свойств растением на фоне различной интенсивности обменных процессов исследуемых почв.
4. При сравнении двух типов почв установлено снижение ИТ в тёмно-каштановой почве при попадании в почву ацетата свинца степень уменьшения составила 1,09 и 1,15 раза соответственно, тем самым демонстрируя более выраженный повреждающий фактор на биологизацию земледелия и плодородия в целом.
Литература
1. Трансформационная способность свинца в вгроценозах Оренбуржья / О.Я. Соколова, О.А. Науменко, Е.В. Бибарцева [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 40 - 43.
2. Mалиновская RM. Особенности формирования микробного сообщества серой лесной почвы в условиях повышенного уровня загрязнения тяжёлыми металлами // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4. С. 22 - 25.
3. Ризосферные бактерии / Н.В. Феоктистова, A.M. Mардакова. Г.Ф. Хазиева [и др.] // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4. С. 22 - 25.
4. Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т. Оценка токсичности почв города Сибай с помощью культуры азотобактер // Вестник Оренбургского государственного университета. 2013. № 10 (159). С. 272 - 273.
5. Bural G.I., Dixon D.G. and Glick B.R. Plant growth-promoting bacteria that decrease heavy metal toxicity in plants // Can. З. Microbiol. 2000. V. 46. P. 237 - 245.
6. Hamer, D.H. 1986. Metallothioneiris. Ann. Rev. Biochem. 2001. IV. 21. P. 177 - 145.
7. ГОСТ 17.4.3.04 - 85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охрана от загрязнения / под ред. Т.Н. Василенко. M.: Изд-во стандартов, 1984. 4 с.
8. ГОСТ Р 53900 - 2010 Ячмень кормовой. Технические условия. M.: Стандартинформ, 2011. 9 с.
9. ГОСТ Р 54653 - 2011. Удобрения органические. Mетоды микробиологического анализа почв. M.: Стандартинформ, 2011. 9 с.
10. Кабиров Р.Р., Хазипова Р.Х. Альгологический метод оценки токсичности ПАВ // Биоиндикация и биомониторинг. M.: Наука, 1991. С. 282 - 285.
Соколова Ольга Ярославовна, кандидат биологических наук, доцент Фомина Марина Викторовна, кандидат медицинских наук, доцент Михайлова Елена Алексеевна, доктор биологических наук, доцент Жеребятьева Ольга Олеговна, кандидат медицинских наук, доцент Бибарсова Елена Владимировна, кандидат медицинских наук Укубаева Диана Галимовна, ассистент Фёдорова Татьяна Олеговна, ассистент
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет»
Россия, 460018, Оренбург, ул. М. Горького, 45
E-mail: sokolovaolga.1977@mail.ru, k_microbiology@orgma.ru
Comparative evaluation of the content of Azotobacter bacteria in agrocenoses of the Orenburg region
Sokolova Olga Yaroslavovna, Candidate of Biologу, Assistant Professor Fomina Marina Viktorovna, Candidate of Medical Sciences, Assistant Professor Mikhailova Elena Alekseevna, Doctor of Biologу, Assistant Professor Zherebyatyeva Olga Olegovna, Candidate of Medical Sciences, Assistant Professor Bibarsova Elena Vladimirovna, Candidate of Medical Sciences Ukubaeva Diana Galimovna, assistant Fedorova Tatyana Olegovna, assistant
Orenburg State Medical University. 45, Gorky St., Orenburg, 460018, Russia E-mail: sokolovaolga.1977@mail.ru, k_microbiology@orgma.ru
The work is devoted to monitoring and laboratory studies of the content of the nitrogen-fixing culture Azotobacter under the influence of a vegetative phytocenosis and an increasing concentration of lead acetate salts in soils. Among the various bioindicators for assessing the biological activity and toxicity of the soil, the most promising is the agronomically significant nitrogen-fixing culture of Azotobacter. During the monitoring study, a significant predominance of bacterial strains of the genus Azotobacter was found in the samples of ordinary chernozem - 25.0 (P < 0.05), which is 8 % more than the samples of dark chestnut soil - 23.0 (P < 0.05). The biotoxicity of the studied element is directly related to its concentration in the soil. With lead acetate at a dose of 6 mg/kg, the number of colonies decreases by 28 and 26.1 % in ordinary chernozem and dark chestnut soil, respectively, the concentration of xenobiotic element in a dose of 32 mg/kg reduces the studied parameter by 64 and 65 %, respectively. the concentration of lead acetate in a dose of 100 mg/kg has a pronounced inhibitory effect on the studied microorganisms. When comparing the two types of soils, it was found that the toxicity index in dark chestnut soil decreases when lead acetate enters the soil, the degree of reduction was 1.09 and 1.15 times, respectively, thereby demonstrating a more pronounced damaging factor on the biologization of agriculture and fertility in general.
Key words: lead, bacterial strains of the genus Azotobacter, biotoxicity, soil.
-♦-
УДК 631.524.84:633.1(477.61)
Сравнительная продуктивность яровых зерновых культур в засушливых условиях Луганской области
А.В. Барановский, канд. с.-х. наук, доцент ГОУ ЛНР Луганский НАУ
В условиях заметного потепления климата на планете, усиления его аридности, особенно в степных засушливых регионах, актуальной проблемой становится повышение объёмов производства зерна для обеспечения продовольственной безопасности государств. Сорго зерновое, обладая высокой урожайностью, засухо- и жаростойкостью, солеустойчивостью и неприхотливостью к почвам, является перспективной культурой для засушливых степных регионов России и Украины. В зонах недостаточного увлажнения оно должно стать основной культурой, повышающей продуктивность севооборотов. Сорго, в отличие от других культур, может переносить воздушные и почвенные засухи, суховеи, высокие температуры и давать хорошие урожаи на почвах, непригодных для других культур. Сорго на зерно в сравнении с кукурузой выгоднее возделывать в районах, где выпадает менее 500 мм осадков в год. Цель работы - оценка основных возделываемых яровых зерновых культур по показателям продуктивности и качества зерна. Исследование проведено на чернозёме обыкновенном в засушливых условиях Донбасса на базе Луганского НАУ в 2012 - 2014 годы. Для опыта были взяты сортообразцы зерновых культур: ячменя - сорт Сталкер, овса - сорт Скакун, проса - сорт Схщне, кукурузы - гибрид Подольский 274 СВ, сориза - сорт Атлант, зернового сорго - гибрид Кейрас. В среднем за 3 года наиболее высокую урожайность (56,9 ц/га) и сбор кормовых единиц (69,0 ц/га) с посевов обеспечило зерновое сорго. Это превысило соответствующие показатели у основных зернофуражных культур Луганщины: ярового ячменя - на 36,3 и 45,3 ц/га, кукурузы на зерно - на 12,2 и 16,0 ц/га и овса - на 41,3 и 49,5 ц/га. В этой связи предлагается увеличить площади выращивания зернового сорго до 5 % и более в структуре посевных площадей в условиях Луганской области.
Ключевые слова: яровые зерновые культуры, урожайность и качество зерна.
Рост народонаселения на планете сопровождается значительным увеличением производства продуктов питания, и в первую очередь зерна (табл. 1).
Существует высокая вероятность (более 90 %), что только рост антропогенных парниковых газов вызвал глобальное потепление атмосферы и океана, с одновременным уменьшением массы
ледников в различных регионах земного шара, начиная со второй половины XX в. Средняя глобальная температура продолжает повышаться, и за последние 100 лет она выросла на 0,74 ± 0,18 °С. Средняя скорость потепления, рассчитанная для последних 50 лет (0,13 ± 0,03 °С за 10 лет), в 2,5 раза больше, чем та же величина, рассчитанная для последних 100 лет.
1. Динамика мирового производства и спроса на зерно, млрд т
Наименование Год
1990 1995 2000 2005 2010 2015
Зерновые культуры
Потребление 1,710 1,763 1,878 2,025 2,231 2,407
Производство 1,952 1,897 2,060 2,268 2,475 2,817
Население, млрд чел. 5,3 5,7 6,1 6,5 6,9 7,3
Примечание: по данным http://faostat.fao.org [1].
