CC BY
104
УДК 635.655.2:631.461:631.524.84
ВЛИЯНИЕ ДВОЙНОЙ ИНОКУЛЯЦИИ НА СИМБИОЗ, АЗОТФИКСАЦИЮ, ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО СЕМЯН СОИ
Н.В. Парахин, академикРАСХН (ФГОУВПО ОрелГАУ)
A.А. Осин, (ФГОУВПО Орел ГАУ)
B.С. Осина, к.с.-х.н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
А.А. Осин, к.с.-х.н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
Система интенсивного сельскохозяйственного производства позволила, по оценкам Мирового банка, увеличить прирост сельхозпродукции на 7090%. Но интенсификация требует больших кап ита-ловложений, использования в значительных объемах п естицидов, удобрений и энергоносителей [1]. Однако в последнее время эта практика изменяется во многих странах мира.
Современное сельское хозяйство все больше заинтересовано в роизводстве экологически чистой родукции с наименьшими затратами и минимальным риском для окружающей среды. Поэтому одним из риоритетных на равлений развития человечества становится концепция «устойчивого сельского хозяйства», которая базируется на альтернативных, экологически безо асных системах земле ользования, с особных наиболее эффективно ис ользовать невозобновляемые и внутрихозяйственные ресурсы, биологические циклы и контроли и улучшить качество жизни сельхоз роизводителей и всего общества в целом [2].
Отечественное земледелие, функционирующее в условиях резкого сокращения внесения минеральных удобрений, весьма заинтересовано в ис-ользовании альтернативных агротехнологий, о-зволяющих олучить до олнительные источники минерального питания растений. Это может быть достигнуто в результате рименения био ре аратов, овышающих симбиотическую азотфиксацию и улучшающих усвоение других макроэлементов бобовыми растениями.
В природных экосистемах бобовые культуры формируют ассоциации с грибами арбускулярной микоризы и ризобиями. Такие взаимодействия п о-лучили название тройного симбиоза. Имеются структурные сходства, общие гены в системах, контролирующих бобово-ризобиальный и арбускуляр-ный микоризный (АМ) симбиозы [3, 4].
Опытные данные отечественных и зарубежных ученых оказывают оложительное влияние двойной инокуляции ризобиями и микоризой на родук-тивность бобовых растений. Так, исследования
Н.М. Лабутовой и др., проведенные в полевых условиях, оказали, что двойная инокуляция растений сои клубеньковыми бактериями и эндомикориз-нымми грибами значительно овышала урожайность и содержание белка в семенах, чем ри моноинокуляции каждым препаратом отдельно [5].
Опытные данные V. Kawai и V. Yamamoto (1986) оказали, что ри инокуляции сои ризобиу-
мом совместно с грибами АМ, растения лучше поглощали Р, Са, Mg. Двойная инокуляция повышала количество клубеньков, их сухую массу и нитроге-назную активность [6]. Аналогичные результаты были отмечены на горохе посевном [7].
Несмотря на активные исследования, потенциал бобово-ризобиального и АМ симбиозов в условиях ЦЧР изучен недостаточно.
Целью нашей работы явилось изучение влияния двойной инокуляции на формирование симбиотической системы, фотосинтетических показателей, уровень симбиотической азотфиксации, урожайность и качество семян сои.
Методика
Исследования были проведены в ГНУ ВНИ-ИЗБК в севообороте лаборатории генетики и микробиологии в 2004-2006 гг. Объектом исследований была соя (сорт Магева).
Почва опытных участков - темно-серая лесная; среднесуглинистая; с мощностью гумусового слоя 30-35 см. Плотность пахотного слоя - 1,30-1,35 г/см3. Гигроскоп ическая влажность в пахотном слое - 7,5% от сухой массы почвы. Наименьшая влаго-емкость - 32,2-34,8%. Влажность устойчивого за-вядания - 9,7% от объема п очвы. Содержание гумуса составило 4,4-5,5%; легкогидролизуемого азота по Кононовой -7,8-9,5 мг/100 г почвы; п одвижного фосфора (Р205) по Кирсанову - 9,2-11,3 мг/100 г почвы; калия (К20) по Масловой - 7,5-8,3 мг/100 г почвы; гидролитическая кислотность - 4,2-4,6 мг-экв.; сумма п оглощенных оснований - 21,6-26,5 мг-экв./100 г п очвы; степ ень насыщенности основаниями - 78-94%; рН солевой вытяжки - 5,6-6,3.
Для инокуляции растений использовали био-преп арат ризоторфин на основе клубеньковых бактерий Rhizobium japonicum (штамм 646а) и биопрепарат на основе эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 8), представляющий смесь субстрата с микоризированными корнями растения-хозяина (ВНИИСХМ). Перед посевом семена обрабатывали ризоторфином, эндомикоризный гриб в количестве 300 кг/га вносили в почву при посеве. Схема полевого опыта включала следующие варианты:
1. Контроль (без удобрений и без обработок Rhizobium и Glomus) - вариант абсолютного контроля необходим для выявления эффективности биопрепаратов;
2. Инокуляция Glomus;
3. Инокуляция Rhizobium.
4. Инокуляция Rhizobium + Glomus.
Второй - четвертые варианты необходимы для выявления эффективности моноинокуляции ризоторфином, микоризации гломусом и эффективности тройного симбиоза (бобовое растение + ризобиум + гломус) без внесения удобрений на естественном плодородии почвы.
Общепринятая для условий зоны агротехника сои. Норма высева 0,6 млн. всхожих семян на 1 га. Учетная площадь делянки 15 м2, п овторность четырехкратная.
В ходе исследований изучали динамику формирования симбиотического аппарата сои, нитроге-назную активность клубеньков, количество активных клубеньков [8], динамику формирования площади листьев, фотосинтетического потенциала (ФП) чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) [9], содержание белка ^х6,25), жира по Сокслету и урожайность семян сои.
Рез ультаты и их обсуждение
Наши исследования показали, что при моноинокуляции гломусом повысились все показатели формирования симбиотического ап п арата сои. Так, при внесении гломуса в почву число клубеньков и их масса возросли в 1,4 раза п о сравнению с абсолютным контролем, при этом нодуляция растений достигла 44,5% против 33,5%. Применение ризо-торфина обеспечило дальнейшее повышение всех показателей симбиотической системы сои (табл. 1).
Таблица 1 - Показатели развития симбиотической системы сои (в среднем за 2004-2006 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Нодуляция растений, % 33,5 44,5 80,9 94,5
Количество клубеньков, млн шт./га 2,2± 0,08 3,1± 0,09 ± 8 о о ^ о" ± 8 О О <3
Масса клубеньков, кг/га 50,9± 6,24 70,9± 8,19 171,7± 10,40 251,9± 11,21
Активность нитрогеназы, N2 мкг /раст./час 100,1 112,1 211,4 314,5
Численность клубеньков в варианте с клубеньковыми бактериями повысилась в 2,2, а их масса в 3,4 раза и нодуляция - в 2,4 раза были выше, чем в контрольном варианте.
Инокуляция растений азотфиксирующими и фосфатмобилизирующими микроорганизмами одновременно оказалась более эффективной, чем каждым препаратом отдельно. В среднем за 3 года полевых опытов число клубеньков в этом варианте составило 7,0 млн. шт./га, что в 3,2 раза больше, чем на контроле без инокуляции, нодуляция растений достигла 94,5%, а активность нитрогеназы была максимальной - 314,5 N мкг /раст./час.
Уровень развития симбиотического аппарата оказал положительное влияние на формирование всех фотосинтетических показателей деятельности посевов сои (табл. 2).
При формировании фотосинтетических показателей прослеживается аналогичная закономерность. Моноинокуляция гломусом и ризоторфином обеспечивала увеличение площади листьев, фотосинтетического потенциала (ФП) и накопление абсолютно сухого вещества. Двойная инокуляция была также более эффективной. При совместном применении гломуса и ризоторфина была сформирована максимальная площадь листьев. В среднем за 3 года
она составила 29,2 тыс. м2/га, что на 9,7 тыс. м2/га больше, чем на абсолютном контроле. ФП возрос на 0,34 млн. м2 дн./га, а ЧПФ - на 0,18 г/м2 дн. Накопление сухого вещества превысило контрольный вариант на 1,7 т/га. Применение биопреп аратов на сое оказали положительное влияние на биологическую фиксацию, общее потребление азота растениями сои.
Т аблица 2 - Показатели фотосинтетической деятельности посевов сои (в среднем за 2004-2006 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га ,9 ± 1± 8 21 п 3 21 29,2± 1,36
ФСП, млн. м2 дн./га 1± 5 ^ ° 0, 0 2 0, Ю ^ 5 00 ± 1,55± 0,05
ЧПФ, г/м2 дн. 4,25± 0,25 4,26± 0,28 4,32± 0,26 4,43± 0,25
Накопление АСВ, т/га 5,00± 0,39 ± 1 5,86± 0,40 6,70± 0,43
Раздельное применение гломуса и ризоторфина обеспечили повышение как общего потребления, так и биологического азота соей. Так, при внесении гломуса общий вынос азота возрос на 9 кг/га, а доля биологического азота в общем урожае с 26% увеличилась до 31%. В варианте с ризоторфином общий вынос азота был на 38 кг/га больше, а доля симбиотического азота возросла на 13% и составила 71кг/га против 33 кг/га на контроле (табл. 3).
Таблица 3 - Эффективность симбиотической азотфиксации сои (в среднем за 2004-2006 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Потребление азота, кг/га всего 126 135 164 208
В т.ч. биологического 33 42 71 115
Доля биологического азота в формировании урожая, % 26 31 43 55
Двойная инокуляция гломусом и ризоторфином увеличила общее потребление азота в 1,6, а сим-биотически фиксированного - 3,5 раза и его доля составила 55%.
Действие биопреп аратов положительно отразилось на урожайности и качестве семян сои. Наиболее высокий урожай семян был получен в варианте с одновременным применением микоризы и ризоторфина. В среднем за 3 года с каждого гектара посева было получено по 19,2 ц семян сои (табл. 4).
Таблица 4 - Влияние биопреп аратов на урожайность и качество семян сои (в среднем за 2004-2006 гг.)
Показатели Варианты
1 2 3 4
Урожайность, ц/га 11,9± 1,09 12,5± 1,11 1± 16 in ^ 19,2± 1,21
Содержание белка, % 39,3 39,6 40,6 41,5
Содержание жира, % 17,9 17,8 17,6 17,4
Сумма жира и белка, % 57,2 57,4 58,2 58,9
Содержание белка в семенах сои в этом варианте было максимальное - 41,5% , что на 2,3% выше, чем на контроле. При моноинокуляции микоризой сбор семян был практически на уровне контрольного варианта, а белковистость семян изменилась незначительно. Применение ризоторфина обеспечило повышение урожайности на 3,2 ц/га, а содержание белка в семенах возросло на 1,3%. Между содержанием жира и белка существует отрицательная корреляция, оэтому овышение белковистости семян сои со ровождалось незначительным снижением жира.
Максимальное его содержание было отмечено в варианте абсолютного контроля - 17,9%, а при использовании биопрепаратов оно снизилось на 0,1-
0,5%. Однако в целом биопреп араты п оложительно повлияли на суммарное содержание белка и жира. Оно возросло на 0,2-1,7%.
Главным критерием продуктивности сои является сбор белка и жира с единицы площади.
Результаты наших исследований показали, что сбор белка в вариантах с раздельным применением микоризы и ризоторфина составил соответственно 495 и 613 кг/га, то есть он был на 27-145 кг/га выше, чем на контроле (рис.1).
Суммарный сбор жира и белка в этих вариантах составил, соответственно, 718 и 879 кг/га жира. Двойная инокуляция повысила сбор с 1 га посева на 121, а белка на 324 кг.
поо ■ жир ■ белок Нбелок+жир
1000 800 600 400 200 0
12 3 4
1. Контроль (без инокуляции);
2. Инокуляция Glomus;
3. Инокуляция Rhizobium.
4. Инокуляция Rhizobium + Glomus.
-JRIR |Р !■ 1" 1" li
Рисунок 1 - Сбор белка и жира с семенами сои, кг/га (в среднем за 2004-2006 гг.)
Общий сбор жира и белка при двойной обработке биопреп аратами был максимальным - 1131 кг/га, то есть он возрос на 65% по отношению варианта абсолютного контроля.
Выводы
Таким образом, наши исследования показали, что совместное применение биопрепаратов на основе азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих микроорганизмов можно рекомендовать к использованию в условии ЦЧР. Это позволит повысить урожайность и качество семян сои без применения дорогостоящих азотных и фосфорных удобрений, что является актуальным 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. Тихонович, И. А. Создание высокоэффективных микрорастительных систем / И. А. Тихонович //С.-х. биология.-2000.-№1.-С.28-33.
4. Наумкина, Т.С. Инокуляция гороха посевного грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями для овышения родуктивности растений / Т.С. Наумкина, А.Ю. Борисов, О.Ю. Штарк //Сб. науч.-практ. конференции "Пути повышения устойчивости сельскохозяйственного
роизводства в современных условиях.-
Орел: ОрелГАУ, 2003.-С.124-131.
5. Лабутова, Н.М. Влияние инокуляции растений клубеньковыми 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.-82.-2004.-С.10-12.
6. Kawai, Y., Yamamoto Y. Increase in the Formation and Nitrogen Fixation of Soybean Nodules by Ve-sicurar-Arbuscular Mycorhiza / Y. Kawai, Y. Yamamoto // Plant Cell Physiol., 1986, vol. 27(3).-P. 399405.
7. Борисов, А.Ю. Эффективность использования совместной инокуляции гороха посевного грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями / А.Ю. Борисов, Т.С. Наумкина, О.Ю. Штарк и др. //Доклады РАСХН.-82.-2004.-С.12-14.
8. Посып анов, Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха / Г.С. Посып анов. -М.: Агропромиздат, 1991.-300 с.
9. 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.
УДК 633.162.004.12:631.524.84(470.319)
