CC BY
28
УДК 631.46:631.461.5 DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10015
урожайность и микробиоценоз гречихи
при внесении комплексных биоудобрений
1Т.Ю. Мотина, к.б.н., 12И.А. Дегтярева, д.б.н., 1Е.А. Прищепенко, к.с.-х.н., 13Э.В. Бабынин, к.б.н.
1 Татарский НИИАХП - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН,
e-mail: niiaxp2@mail. ru
2Казанский национальный исследовательский технологический университет, e-mail: office@kstu.ru 3Казанский (Приволжский) федеральный университет, e-mail: public.mail@kpfu.ru
Проведена модификация элективных питательных сред для роста азотфиксирующих и фос-фатмобилизующих микроорганизмов. Установлены концентрации агроминералов в нативном и наноструктурном виде, используемых в качестве добавок к ним. При создании комплексных удобрений на основе консорциума микроорганизмов и исследуемых агроминералов самыми эффективными среди них для получения высокого урожая гречихи являются фосфорит, нано-структурная водно-цеолитная и наноструктурная водно-фосфоритная суспензии (35,0; 43,0; 43,7% соответственно по сравнению с контролем без удобрений). Комплексный микробиологический мониторинг свидетельствует о стимуляции и росте ризосферных микроорганизмов, их активности при использовании консорциума микроорганизмов, а также комплексных удобрений с добавлением наноструктурных форм агроминералов.
Ключевые слова: микробиоценоз, консорциум, наноструктурные суспензии, биоудобрение, гречиха.
YIELD AND MICROBIOCOENOSIS OF BUCKWHEAT WHEN APPLYING COMPLEX BIOFERTILIZERS
lPhD. T.Yu. Motina, 12Dr. Sci. I.A. Degtyareva, lPh.D. E.A. Prishchepenko, l3PhD. E.V. Babynin
lTatar Scientific Research Institute of Agrochemistry and Soil Science, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences, e-mail: niiaxp2@mail. ru 2Kazan National Research Technological University, e-mail: office@kstu.ru 3Kazan (Volga region) Federal University, e-mail: public.mail@kpfu.ru
Carried out modification of elective nutrient media for the growth of nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing microorganisms. Concentrations of agrominerals in native and nanostructured forms used as additives to them were established. When creating complex fertilizers based on a consortium of microorganisms and agrominerals under study, the most effective among them for obtaining a high yield of buckwheat are phosphorite, nanostruc-tured water-zeolite and nanostructured water-phosphorite suspensions (35.0; 43.0; 43.7%, respectively, compared to the control without fertilizers). Complex microbiological monitoring indicates the stimulation and growth of rhizosphere microorganisms, their activity when using a consortium of microorganisms, as well as complex fertilizers with the addition of nanostructured forms of agrominerals.
Keywords: microbiocenosis, consortium, nanostructured suspensions, biofertilizer, buckwheat.
Нанотехнологии перспективны в создании стимуляторов роста растений [1, 2], комплексных удобрений на основе эффективных микроорганизмов и различных добавок [3-5]. В качестве последних актуально использовать природные минералы (глаукониты, фосфориты, цеолиты), изменение которых с применением методов нанотехнологий позволяет многократно усилить их известные свойства.
Цель исследования - изучение влияния биоудобрений на основе консорциума автохтонных микроорганизмов и агроминералов в нативном и наноструктурном виде на урожайность и микробиоценоз гречихи.
Объекты и методы. Исследования проводили с использованием классических микробиологических
методов [6-7]. Влияние комплексных биоудобрений на урожайность и микробиоценоз гречихи сорта Бахетле изучали в вегетационном опыте по схеме: 1
- контроль без растений, 2 - контроль без удобрений, 3 - консорциум микроорганизмов (КМ), 4 - фосфорит, 5 - наноструктурная водно-фосфоритная суспензия (НВФС), 6 - удобрение 1 (КМ + фосфорит), 7
- удобрение 2 (КМ + НВФС), 8 - цеолит, 9 - наноструктурная водно-цеолитная суспензия (НВЦС), 10
- удобрение 3 (КМ + цеолит), 11 - удобрение 4 (КМ + НВЦС), 12 - глауконит, 13 - наноструктурная вод-но-глауко-нитная суспензия (НВГС), 14 - удобрение 5 (КМ + глауконит), 15 - удобрение 6 (КМ + НВГС).
Комплексные удобрения созданы в Татарском НИИАХП ФИЦ КазНЦ РАН на основе на основе
нативных агроминералов в дозе 1,0 т/га и их нано-структурных аналогов в дозе 0,1 т/га, а также перспективного консорциума автохтонных азотфикси-рующих, фосфатмобилизующих микроорганизмов (Azotobacter chroococcum, Pseudomonas
brassicacearum, Sphingobacterium multivorum, Achromobacter xylosoxidans (плотность бактериальной суспензии от 2,0 х 109 КОЕ/см3), затем ими обрабатывали семенной материал [8, 9].
Исследования проводили в вегетационном опыте на серой лесной среднесуглинистой почве, которая имела следующую агрохимическую характеристику: гумус 2,6%; pHkci 5,9; гидролитическая кислотность (Нг) 1,5 мг-экв/100 г; сумма поглощенных оснований (Shc) 19,3 мг-экв/100 г; N^ 100,2 мг/кг; Р2О5 122,0 мг/кг; К2О 115,0 мг/кг. Площадь сосуда Вагнера 0,018 м2, количество почвы в сосуде 5 кг и 10 штук растений. Минеральные удобрения не вносили.
Почвенные образцы из ризосферы гречихи отбирали в фазах ветвления, цветения и плодообразова-ния, в которых в динамике определяли микробиологические показатели: численность аммонифицирующих, азотфиксирующих, фосфатмобилизующих микроорганизмов, микромицетов и других физиологических групп [10]; базальное и субстратиндуциро-ванное дыхание [11]. В фазе плодообразования учитывали урожайность гречихи по массе зерен.
Повторность экспериментов трехкратная. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel.
Результаты. Перед применением агроминера-лов (глауконит, фосфорит, цеолит) в нативном и наноструктурном виде в качестве компонентов комплексных удобрений изучено их влияние на сохранение активности микроорганизмов консорциума. Установлены концентрации (г/л), при которых на элективных питательных средах отмечали максимальный рост этих микроорганизмов: глауконит 0,9-1,3; фосфорит 1,0-1,5; цеолит 1,0-2,0;
НВГС 0,5-1,0; НВФС 0,5-0,9; НВЦС 0,7-1,0.
Необходимо отметить, что добавление НВФС к консорциуму диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов на стадии получения биомассы позволяет повысить титр бактериальных клеток более чем в 10 раз, а также способствует сохранению их жизнестойкости в условиях засухи и снижает чувствительность штаммов к действию пестицидов [12]. Так, консорциум - основа биоудобрения - гарантированно способен выдержать снижение содержания влажности (10% полной полевой влагоемкости) до 45 суток [13]. Сохранность внесенных микроорганизмов установлена для основных типов почв Татарстана - серой лесной и черноземе.
В вегетационном опыте на серой лесной почве применение комплексных удобрений на основе консорциума автохтонных азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов и различных минералов подтвердило их положительный эффект. Так, максимальная урожайность гречихи отмечена в вариантах с комплексными удобрениями при добавлении фосфорита - на 35,0% и нано-структурной водно-фосфоритной суспензии - на 43,7% по сравнению с контролем без удобрений (таблица).
Несколько ниже урожайность при добавлении в состав удобрения цеолита (15,8%), в то время, как в варианте с комплексным удобрением, где вносили НВЦС, получен результат (40,3%), сопоставимый с таковым, где компонентом удобрения стала НВФС (43,7%). Минимальный показатель массы зерен гречихи отмечен в вариантах с комплексными удобрениями, где вносили глауконит с консорциумом микроорганизмов (7,5%) и НВГС с консорциумом микроорганизмов (14,7%). Итак, для получения высокого урожая гречихи самыми эффективными добавками к консорциуму микроорганизмов был фосфорит, НВЦС и НВФС.
Урожайность зерна гречихи в фазе плодообразования
Вариант Средний показатель массы семян, г/сосуд Прибавка к контролю без удобрений, +/- %
Контроль (без удобрений) 8,04 -
Консорциум микроорганизмов 10,11 +25,75
Фосфорит 10,39 +29,23
НВФС 9,58 +19,15
КМ + фосфорит 10,85 +35,0
КМ + НВФС 11,55 +43,7
Цеолит 9,19 +14,3
НВЦС 10,90 +35,8
КМ + цеолит 9,31 +15,8
КМ + НВЦС 11,50 +43,0
Глауконит 8,14 +1,24
НВГС 8,47 +5,40
КМ + глауконит 9,03 +12,3
КМ + НВГС 9,22 +14,7
НСР0,95 0,69
В течение онтогенеза состояние почвенного микробиоценоза меняется. Например, количество аммонифицирующих микроорганизмов, которые используют в качестве источника углерода органические соединения, в начале и конце вегетации в большинстве вариантов ниже таковой периода цветения гречихи. Именно в этот период интенсивного роста растений при внесении консорциума микроорганизмов и всех видов комплексных удобрений с наноми-нералами отмечена максимальная численность этой группы микроорганизмов - от 26,0 х 106 до 55,0 х 106 КОЕ/г. Только в варианте с применением консорциума численность аммонификаторов продолжает повышаться и в фазе плодообразования.
При диагностике микробиоценоза значимой группой являются диазотрофы, деятельность которых существенно пополняет в почве запасы азота. Во всех исследованных вариантах максимальное их количество установлено в период цветения. В контрольных вариантах (без растений и без удобрений) количество азотфиксаторов во все изучаемые фазы онтогенеза минимально (2,3 х 106 и 1,8 х 106 - в фазе ветвления, 2,0 х 106 и 2,5 х 106 - в фазе цветения, 1,9 х 106 и 2,3 х 106 КОЕ/г - в фазе плодообразования соответственно). Внесение нативных минералов приводит к увеличению количества диазотрофов в период цветения в ряду: глауконит - фосфорит - цеолит. Увеличению численности азотфиксаторов по сравнению с натив-ными способствует использование НВГС и НВФС. Максимальное количество микроорганизмов этой группы выявлено при внесении консорциума и всех комплексных удобрений с наноформами, а именно: КМ (7,6 х 106) - удобрение с НВФС (7,5 х 106) -удобрение с НВЦС (8,5 х 106) - удобрение с НВГС (11,0 х 106 КОЕ/г). Следует отметить, что удобрения с нативными минералами незначительно уступают таковым с добавлением наноформ по численности ди-азотрофов.
Денитрифицирующие микроорганизмы осуществляют восстановление нитратов до газообразного азота. Численность этой группы микроорганизмов в онтогенезе изменяется по-разному. В большинстве вариантов их количество в период цветения уменьшается. Исключением были варианты с фосфоритом и НВФС, в которых получены показатели от 0,025 х 106 до 0,25 х 106 КОЕ/г.
Существенным фактором плодородия почвы является присутствие в ней микроорганизмов, способных мобилизовать фосфор из водонераствори-мых соединений, увеличивая тем самым его доступность для растений. В контрольных вариантах количество фосфатмобилизующих микроорганизмов в онтогенезе минимально. Следует выделить все варианты с фосфоритом в нативном и нано-структурном виде, в которых уже в фазе ветвления численность этих микроорганизмов достаточно вы-
сокая - от 6,0 х 106 до 13,0 х 106 КОЕ/г. Именно в этих вариантах, а также при использовании консорциума микроорганизмов, их количество существенно возрастает в период цветения и сохраняется на высоком уровне до конца вегетации. Среди минералов вторыми по стимулирующему влиянию на рост фосфатмобилизующих микроорганизмов были цеолит и НВЦС.
Следует отметить, что в вариантах с удобрениями при добавлении наноминералов наблюдается нарастание численности актинобактерий: в фазе плодообразования их количество самое высокое в вариантах КМ + НВФС (3,0 х 106) и КМ + НВЦС (5,5 х 106 КОЕ/г). По-видимому, актинобактерии, принимающие участие в разложении отмирающих корней, получают дополнительное питание в доступной для них форме именно от наноструктур-ных минералов.
Микромицеты служат универсальной составляющей для формирования плодородия любой почвы. В большинстве исследованных вариантов количество грибов в онтогенезе снижается от 45,0 х 103 -60,0 х 103 до 5,0 х 103 - 30,0 х 103 КОЕ/г (контрольные варианты, применение консорциума, НВФС и варианты с глауконитом и НВГС) или сопоставимо с фазой цветения - от 10,0 х 103 - 25,0 х 103 до 15,0 х 103 - 30,0 х 103 КОЕ/г (почти все варианты с фосфоритом и НВФС). Исключением стало применение фосфорита в варианте, в котором во время цветения отмечен пик численности почвенных грибов - 110,0 х 103 КОЕ/г. Высокое количество микро-мицетов в фазе ветвления (90,0 х 103 КОЕ/г) отмечено при использовании удобрения на основе НВГС и НВЦС.
Интегральными показателями состояния почвенного биоценоза служат респираторная активность и субстратиндуцированное дыхание, достаточно высокие показатели которых сохраняются во все фазы онтогенеза гречихи. При этом максимальные значения респираторной активности (19,8-20,6 мг/100 г х 24 ч) и субстратиндуцированного дыхания (58,9-65,8 мг/100 г х ч) отмечены именно в вариантах с комплексными удобрениями, особенно с добавлением к консорциуму микроорганизмов фосфорита и НВФС.
Проведенный микробиологический мониторинг свидетельствует о стимуляции роста изучаемых микроорганизмов и их активности при использовании консорциума микроорганизмов, а также созданных удобрений, особенно с добавлением нано-структурных форм агроминералов.
Таким образом, комплексное изучение состояния микробных ценозов, особенностей функционирования микроорганизмов в условиях техноге-неза, разработка и создание инновационных биоудобрений становится приоритетной задачей агроэкологии.
Литература
1. Массалимов И.А., Давлетшин Р.Д., Гайфуллин Р.Р., Зайнитдинова Р.М., Мусавирова Л.Р. Сравнение биологических свойств наночастиц серы и известных пестицидов // Башкирский химический журнал, 2013, Т. 20, № 3. - С. 142-144.
2. Ezhkova A.M., Yapparov A.Kh., Ezhkov V.O., Yapparov I.A., Sharonova N.L., Degtyareva I.A., Khisamutdinov N.Sh., Bikkinina L.M.-Kh. Fabrication of nanoscale bentonite, study of its structure and toxic properties, and determination of safe doses // Nanotechnologies in Russia, 2015, Vol. 10, Issue 1-2. - Р. 120-127.
3. Шаронова Н.Л., Яппаров А.Х., Ежкова А.М., Хисамутдинов Н.Ш., Яппаров И.А., Ежков В.О., Дегтярева И.А., Бабынин Э.В. Наноструктурная водно-фосфоритная суспензия - новое перспективное удобрение // Российские нано-технологии, 2015, Т. 10, №7-8. - С. 115-122.
4. Дегтярева И.А., Ежкова А.М., Яппаров А.Х., Яппаров И.А., Ежков В.О., Бабынин Э.В., Давлетшина А.Я., Мо-тина Т.Ю., Яппаров Д.А. Получение наноразмерного бентонита и изучение его влияния на мутагенез у бактерий Salmonella typhimurium // Российские нанотехнологии, 2016, Т. 11, № 9-10. - С. 104-110.
5. Degtyareva I.A., Yapparov I.A., Yapparov A.K., Ezhkova A.M., Davletshina A.Y., Shaydullina I.A. Creation and application of biofertilizers based on the effective consortium destructor microorganisms for remediation of contaminated soils of the Republic of Tatarstan // Oil Industry, 2017, Vol. 5. - Р. 100-103.
6. Зенова Г.М., Степанов А.Л., Лихачева Н.А. Практикум по микробиологии почв. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 120 с.
7. Колешко О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум. - Минск: Высшая школа., 1981. - 175 с.
8. Суханова И.М., Лукманов А.А., Яппаров А.Х., Газизов Р.Р. Оценка действия биогумуса и сапропеля и их нано-струтктурных аналогов на урожайность и качество гречихи // Агрохимический вестник, 2018, № 6. - С. 49-52.
9. Суханова И.М., Хисамутдинов Н.Ш., Газизов Р.Р., Биккинина Л.-М.Х. Влияние наноструктурной водно-фосфоритной и водно-фосфоритной суспензиц на урожайность гречихи // Агрохимический вестник, 2016, № 1. - С. 31-33.
10. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: МГУ, 1991. - 304 с.
11. Microbiological methods for assessing soil quality / ed. By J. Dloem, D.W. Hopkins, A. Benedetti. - CABI Publishing, 2006. - 307 p.
12. Мотина Т.Ю., Дегтярева И.А., Давлетшина А.Я., Яппаров И.А., Яппаров А.Х. Оценка консорциума микроорганизмов с высокой биологической активностью и устойчивостью к пестицидному стрессу // Агрохимический вестник, 2019, Т. 1, № 1. - С. 46-51.
13. Дегтярева И.А., Яппаров И.А., Давлетшина А.Я., Яппаров А.Х., Мотина Т.Ю., Сафиуллина А.И. Особенности развития микроорганизмов, входящих в состав комплексного биоудобрения, при различной влажности почв // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана, 2017, Т. 232, № 4. - С. 49-53.
УДК 631.452:631.416.1 DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10016
содержание гумуса и общего азота в почвах лесостепи и дозы азотных удобрений под планируюмую урожайность яровой пшеницы
И.Д. Давлятшин, д.б.н., А.А. Лукманов, к.б.н.
Центр агрохимической службы «Татарский», e-mail: agrohim_16_1@mail.ru
Статистическое среднее содержание гумуса рассчитано по определениям из крупномасштабных почвенных исследований. От дерново-подзолистых до черноземов типичных пахотный горизонт зональных почв содержит 73,0-257,7; полуметровая толща - 93,1-389,8 и метровая толща - 131,9545,7 т/га гумуса. По сопряженным определениям содержания гумуса и общего азота других источников также рассчитаны среднестатистические показатели C:N профильного распределения. Используя данные содержания гумуса и C:N получены запасы общего азота по расчетным слоям. Корневой системе растений доступен минеральный азот, содержание которого в запасах общего азота изменяется от 0,5 до 1,0% в зависимости от подтипа почв, в пахотном горизонте зональных подтипов почв оно составляет 41,04-80,82 кг/га. Разница между необходимым количеством азота для формирования урожая пшеницы в 3 и 4 т/га и содержанием минерального азота в пахотном горизонте почв представляет дозу азотного удобрения. После корректировки коэффициентами его использования из почвы и удобрений доза азотных удобрений составляет 134-142 и 184-192 кг/га д.в.
Ключевые слова: содержание гумуса, общего азота, отношение C:N, формы азота, подкормка азотными удобрениями, планируемая урожайность яровой пшеницы.
