CC BY
46
ПЛОДОРОДИЕ
СЫ: 10.24411/0044-3913-2021-10301 УДК 632.937:631.461:631.445.4
Влияние полифункциональных биопрепаратов на микробиоту чернозёма обыкновенного в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья
B. И. ФАИЗОВА, доктор сельскохозяйственных наук, доцент (e-mail: verafaizova@gmail.com)
C. В. ЦХОВРЕБОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
В. Я. ЛЫСЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Д. В. КАЛУГИН, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Ставропольский государственный аграрный университет, пер. Зоотехнический, 12, Ставрополь, 355017, Российская федерация
Исследования проводили с целью определения влияния полифункциональных биопрепаратов на численность микроорганизмов различных физиологических групп в черноземе обыкновенном при выращивании кукурузы на зерно в зоне неустойчивого увлажнения. Работу выполняли в 2018-2020 гг. в Ставропольском крае в опыте, заложенном по следующей схеме: без обработки (контроль), использование микробиологических препаратов КБП-стандарт, КБП-инновационный, ПКМ, КМП-92. Изучаемые препараты применяли путем инокуляции семян кукурузы перед посевом, а также обработки вегетирующих растений в фазы 3...4-хлистьев и цветения 1 %-ными растворами. Численность почвенных микроорганизмов и содержание элементов питания определяли в фазы 10...11 листев, цветения и восковой спелости кукурузы. Обработка КБП-С, КБП-И, ПКМ и КПМ-92 привела к тому, что в фазе 10...11 листьев количество аэробных азотфиксаторов возросло, по сравнению £ с контролем, в 2,4, 2,0, 1,3 и 1,9раза соот-О ветственно. В фазе цветения выявленное
N соотношение численности микроорганиз-п
0, мов между вариантами опыта сохранилось, z в фазе восковой спелости применение ие биопрепаратов не обеспечивало достовер-g ного увеличения численности Azotobacter
4 chroococcum. Количество аммонифика-^ торов в фазе 10...11 листьев в опытных
5 вариантах находилось в пределах от 157 $ до 176 млн КОЕ/г почвы, что превышало
контроль в 1,9...2,1 раза. В фазе цветения сохранилась аналогичная закономерность. В фазе восковой спелости количество аммонификаторов снижалось до 36... 51 млн КОЕ/г почвы во всех вариантах при недостоверных различиях между ними. Аналогичные изменения прослеживаются в количестве нитрификаторов и целлюло-золитиков. Минимальная в опыте численность микромицетов отмечена в фазе 10... 11 листьев, к фазе цветения она возрастала в 4,7...4,9 раза, а к фазе восковой спелости снижалась до 153...249 тыс. КОЕ/г почвы. Наибольшую в опыте величину этого показателя во все фазы развития отмечали при использовании препарата ПКМ.
Ключевые слова: микробные полифункциональные препараты, кукуруза на зерно, черноземы обыкновенные, азотфик-саторы, аммонификаторы, нитрификаторы, целлюлозолитики, микромицеты.
Для цитирования: Влияние полифункциональных биопрепаратов на микробиоту чернозёма обыкновенного в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья /В. И. Фаизова, С. В. Цховребов, В. Я. Лысенко идр.//Земледелие. 2021. № 3. С. 4-7. doi: 10.24411/0044-3913-2021-10301.
В последние годы в связи со снижением разнообразия почвенных микроорганизмов, избыточной химической нагрузкой на агроценозы, упрощением севооборотов, масштабным распространением новых технологий обработки почвы существенно расширяется круг задач, решаемых с использованием современных комплексных полиштаммных биопрепаратов. Наряду с однокомпонентными препаратами, все чаще используют биопрепараты, которые имеют в своем составе несколько видов бактерий, благодаря чему обладают удобрительными, биопротекторными, защитными, ростости-мулирующими и другими свойствами [1]. Это важный элемент современных экологически безопасных технологий выращивания высококачественной продукции, применение которого не приводит к ухудшению окружающей среды, положительно влияет на людей
и животных, а также экономит материальные ресурсы сельскохозяйственных производителей [2]. По мнению некоторых авторов, в течение длительного периода времени микробные препараты не оказывали значительного влияния на повышение эффективности сельскохозяйственного производства, так как для достижения ожидаемых результатов потребителю необходимо четко соблюдать инструкции по их применению, а производителю конкретизировать рекомендации, учитывающие экологические особенности, вредоносность и фенологию патогена, климатические и почвенные условия региона. На государственном уровне необходимо усовершенствовать систему регистрации биологических препаратов [3].
Микробиота - незаменимая и неотъемлемая составляющая часть почвы, которая способна оказывать комплексное влияние на растения и почву в агроценозах, так как при ее непосредственном участии осуществляются природные процессы биологической азотфиксации, фос-фатмобилизации, ростстимуляции, биопротекции, гумусообразования. Бактеризация семян микробными препаратами способствует интродукции в агроценозы агрономически полезных микроорганизмов [4].
Использование микробных препаратов в растениеводстве - обязательное условие улучшения качества сельскохозяйственной продукции и повышения урожайности полевых культур. Биопрепараты служат для корректировки основных процессов жизнедеятельности растений и имеют несомненное преимущество по сравнению с агрохимикатами [5, 6].
Для эффективного применения биопрепаратов в сельскохозяйственном производстве Ставропольского края необходимо разработать научно обоснованные рекомендации по их использованию с подробным объяснением механизмов действия. Они определяются не только видом штамма-продуцента, но и тем, что входит в состав действующего начала препарата (вегетативные микробные клетки, споры, токсические метаболиты или их сочетания).
Степень фиксации атмосферного азота бактериями рода Аго^Ьа&вг зависит от количества углерода, физико-химических свойств почвы, активности распространенных штаммов и других факторов, которые определяются направлением использования сельско-
хозяйственных угодий. Недостаточная аэрация сдерживает их развитие. При дефиците увлажнения большинство клеток микроорганизма погибают. В процессе жизнедеятельности, кроме фиксации азота, бактерии рода Azotobacter способны выделять стимуляторы роста и антибиотики, улучшающие развитие растений [3].
Микроорганизмы аммонификаторы обладают высокой ферментативной активностью, влияющей на скорость разложения растительных остатков. С их деятельностью, которая возможна в широком диапазоне температур, влажности, кислотности и аэрации почв, связано накопление нитратного азота в почве, трансформация гумусовых веществ и другие процессы. Существует тесная метабиотическая взаимосвязь междупочвенными микроорганизмами, участвующими в процессах аммонификации и нитрификации. Первую фазу нитрификации осуществляют бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus; Nitrosospira, Nitrosolobus и Nitrosovibrio. Вторую фазу нитрификации осуществляют представители родов Nitrobacter, Nitrospirа, Nitrococcus. Нитрифицирующие микроорганизмы имеют важное значение для почвообразовательных процессов [3].
Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет проводить ее трансформацию в различных условиях: при кислой или щелочной рН, низкой или высокой влажности и температуре. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому соединению. Микромицеты обладают большей, по сравнению с другими микроорганизмами, устойчивостью к изменяющимся условиям окружающей среды. Многие виды развиваются в широких диапазонах увлажнения, различных температурных режимов [3].
Цель исследований - установление влияния полифункциональных биопрепаратов на численность микроорганизмов различныхфизиологических групп в черноземе обыкновенном при выращивании кукурузы на зерно в зоне неустойчивого увлажнения.
Работу проводили на черноземе обыкновенном среднемощном малогу-мусном тяжелосуглинистом на лессовидных суглинках, характеризующемся следующими показателями в пахотном слое: содержание гумуса (по Тюрину в модификации Симакова) - 4,5...4,7 %, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 28...30 мг-экв./100 г, рН водной вытяжки (по-тенциометрическим методом) - 8,2... 8,3 ед., содержание подвижного фосфора и калия (по Мачигину) - 27... 29 мг/кг и 340...360 мг/кг соответ-
Рис. 1. Сезонная динамика численности микроорганизмов рода Лго1оЬас1вг (среднее за 2018-2020гг), тыс. КОЕ/гпочвы: ■ - контроль; ■ - КБП-С; - КБП-И; ■ - ПКМ; - КМП-92.
ственно, подвижной серы (по методу ЦИНАО) - 4...5 мг/кг.
Многолетний полевой опыт был заложен в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья в 2018 г. по методике Б. А. Доспехова (1985). Выращивали гибрид кукурузы назерно Машук355. Посев проводили широкорядным способом (ширина междурядий 70 см) с нормой высева 55 тыс. всхожих семян на 1 га. Повтор-ность опыта трёхкратная, посевная площадь делянки 36 м2 (длина - 10,0 м, ширина - 3,6 м), учётная - 30 м2 (длина - 9,0 м, ширина - 3,3 м). Схема опыта включала следующие варианты: без обработки (контроль), КБП-стандарт (КБП-С), КБП-инновационный (КБП-И), ПКМ, КМП-92.
Полифункциональный препарат КБП-стандарт характеризуется удобрительными свойствами и обеспечивает накопление в почве азота и фосфора; КБП-инновационный обладает удобрительными и биопротекторными свойствами; для полиштаммного микробного комплекса ПКМ заявлены защитные и ростостимулирующие
свойства; КМП-92, обладает совокупностью удобрительных и ростостиму-лирующих свойств (https://niishk.ru/ innovacionnaya-produkciya/mikrobnye-preparaty/mik/).
Изучаемыми препаратами проводили инокуляцию семян кукурузы перед посевом, а также обработку вегетирующих растений в фазах 3...4-х листьев и цветения. Инокуляцию семян проводили в день посева в условиях, защищенных от прямого попадания ультрафиолетовых лучей (густая тень лесополосы). Обработку проводили вручную - семена высыпали в полиэтиленовый пакет, увлажняли водной суспензией биопрепарата и тщательно перемешивали до ее равномерного распределения на поверхности семян. Опрыскивание посевов проводили с использованием ранцевого опрыскивателя Grand АО-16. Для обработки семян и растений кукурузы использовали 1 %-ные растворы препаратов. Инокуляционная нагрузка составляла 106 бактерий на семя.
Почвенные образцы отбирали в фазы 10...11 листьев, цветение и вос-
10...11 листьев (НСР=13) цветение (НСР= 22) восковая спелость (НСР=15)
Рис. 2. Сезонная динамика численности аммонификаторов (среднее за 2018-2020 гг.), 2 млн КОЕ/г почвы: ■ - контроль; ■ - КБП-С; ■ - КБП-И; | - ПКМ; ■ - КМП-92. 1
Рис. 3. Сезонная динамика численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (среднее за 2018—2020гг.), млн КОЕ/г почвы: Ш - контроль; Ш - КБП-С; ■ - КБП-И; ■ - ПКМ; ■ - КМП-92.
ковая спелость из зоны ризосферы растений кукурузы по общепринятой методике (Методы почвенной микробиологии..., 1991) с соблюдением принципа одномоментности проведения исследований. Средний почвенный образец формировали из 5...7 точечных проб. Численность микробиоты определяли по методике отдела почвенных микроорганизмов Института микробиологии РАН посредством высева почвенной суспензии на плотные питательные среды: Эшби - для культивирования азот-фиксаторов Аго^Ьа&ег гоососсит, мясо-пептонный агар (МПА) - для аммонифицирующих микроорганизмов, крахмало-аммиачный агар (КАА) - для микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, среда Чапека-Докса - для культивирования микроскопических грибов, среда Гетчинсона - для культивирования целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Статистическую обработку данных проводили методом дисперси-
онного и корреляционного анализа по Б. А. Доспехову (1985).
Годы проведения исследований были неблагоприятными для выращивания кукурузы на зерно. Сумма осадков в 2018, 2019 и 2020 гг составляла 362, 338 и 318 мм соответственно, что ниже среднемноголетней нормы на 54...60 %.
При анализе полученных результатов отмечена тенденция увеличения численности азотфиксирую-щих микроорганизмов от фазы 10... 11 листьев к цветению и снижение к восковой спелости (рис. 1). Наименьшее в опыте количество аэробных азотфиксаторов во все фазы исследований отмечали в контроле. Инокуляция семенного материала и обработка вегетирующих растений кукурузы микробными препаратами способствовала увеличению численности аэробных азотфиксаторов. Так, в фазе 10...11 листьев количество микроорганизмов этой физиологической группы в контроле составляло 29 тыс. КОЕ/г а
Рис. 4. Динамика количества целлюлозоразрушающих микроорганизмов (среднее за 2018-2020гг.), тыс. КОЕ/г почвы: ■ - контроль; - КБП-С; ■ - КБП-И; - ПКМ; - КМП-92.
при использовании КБП-С возрастало в 2,4 раза до 69 тыс. КОЕ/г почвы. Эта величина была наибольшей в опыте.
В вариантах с препаратами КБП-И и КМП-92 увеличение численности азотфиксирующей микрофлоры также было значительным, по отношению к контролю. Обработка ПКМ, который отличается от остальных изучаемых препаратов отсутствием в его составе азотфиксирующих микроорганизмов, не обеспечивала существенного увеличения количества азотфиксаторов в почве.
В фазе цветения кукурузы наибольшее количество азотфиксирующих микроорганизмов (146 тыс. КОЕ/г), превышавшее величину аналогичного показателя в контроле в 2,1 раза, также было отмечено при использовании КБП-С. В вариантах с препаратами ПКМ и КМП-92 она была практически одинаковой и составляла 103... 110 тыс. КОЕ/г почвы. В фазе восковой спелости численность аэробных азотфиксаторов сократилась, по сравнению с предыдущим сроком определения, в 4...6 раз, а различия между вариантами были незначительным и недостоверными.
В вариантах с применением микробных препаратов численность аммонифицирующей микробиоты в фазе 10...11 листьев характеризовалась незначительными изменениями и составляла от 157 до 176 млн КОЕ/г почвы (рис. 2). В фазе цветения при использовании биопрепаратов существенных различий по величине этого показателя между вариантами также не наблюдали, но, по сравнению с контролем, они были достоверно выше (в среднем в 1,9...2,0 раза). В отдельные годы (например, в 2020 г.) разница между опытными вариантами и контролем достигала 2,7 раза. В фазе восковой спелости количество микроорганизмов этой группы резко снижалось по всем вариантам до 36...51 млн КОЕ/г почвы при отсутствии достоверных различий между ними.
Использование КБП-С, КБП-И, ПКМ и КМП-92 способствовало увеличению количества микроорганизмов, преобразующих минеральные формы азота, по сравнению с контролем, в фазе 10...11 листьев в 2,0 раза, в фазе цветения - в 2,1...2,4 раза (рис. 3). В фазе восковой спелости численность ни-трификаторов во всех вариантах снизилась до 29...42 млн КОЕ/г, различия между ними были существенными.
При изучении целлюлозолитиков в почве находили представителей родов С^орЬада, Ро1уапдит, Богапд1ит иArchangium. В фазе 10...11 листьев численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почве в контроле составляла 42 тыс. КОЕ/г (рис. 4). В вариантах с обработкой микробны-
300 200 100
10...11 листьев (НСР=11) цветение (НСР=20) восковая спелость (НСР=15)
Рис. 5. Динамика численности микроскопических грибов (среднее за 2018—2020 гг.), тыс. КОЕ/г почвы: ■ - контроль; ■ - КБП-С; ■ - КБП-И; ■ - ПКМ; - КМП-92.
ми препаратами в этой фазе она изменялась незначительно. В фазе цветения кукурузы в контрольном варианте было выделено 124 тыс. КОЕ/г почвы целлюлозолитиков. Наибольшее в опыте их количество в этот период отмечено при применении КБП-И (147 тыс КОЕ/г), наименьшее - при обработке препаратом КПМ-92 (119 тыс. КОЕ/г). В фазе восковой спелости численность целлюлозо-разрушающих микроорганизмов в контроле составляла 192 тыс. КОЕ/г почвы. Обработка микробными препаратами обеспечивала ее увеличение в 1,3...1,6 раза до 302 тыс. КОЕ/г в варианте с ПКМ.
Минимальное в опыте количество микроскопических грибов в почве отмечали в фазе 10...11 листьев кукурузы в контроле - 70 тыс. КОЕ/г почвы. Применение КБП-С, КБП-И, ПКМ и КМП-92 повышало их численность в 1,2...1,4 раза (рис. 5). В фазе цветения величина этого показателя в контроле составляла 385 тыс. КОЕ/г почвы, а при использовании исследуемых препаратов она возрастала в 1,2... 1,3 раза, особенно в варианте с ПКМ. В фазе восковой спелости численность микроскопических грибов в почве снижалась, по сравнению с фазой цветения, в 1,9...2,1 раза. В вариантах с микробными препаратами КБП-С; КБП-И; и КМП-92 она была выше, чем в контроле, в 1,3...1,4 раза, с препаратом ПКМ - в 1,6 раза. Большее влияние ПКМ на развитие микроскопических грибов, по сравнению с другими препаратами, связано с особенностями действия этого препарата, который угнетает фитопатогенные грибы и бактерии и тем самым способствует увеличению разнообразия и численности почвенных сапрофитных микроорганизмов.
Таким образом, применение полифункциональных микробных препаратов способствует повышению численности почвенных микроорганизмов. Наибольшее влияние на
увеличение количества бактерий рода Azotobacter и аммонификаторов оказали препараты КБП-С и КБП-И, нитрификаторов, целлюлозолитиков и микроскопических грибов - ПКМ. Выявленные различия в действии препаратов были устойчивыми во все годы исследований.
Литература.
1. Березов Т. А. Рекомендации по применению биопрепаратов в семеноводстве кукурузы. Рекомендации. Владикавказ: Изд-во СОГПИ, 2013. 16 с.
2. Technology of the application of microbial preparations on ordinary chernozem soil in the zone of unstable moistening of the Central Ciscaucasia / V. I. Faizova, S. V. Tskhovrebov, V. Y Lysenko, et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. III International Scientific Conference: AGRITECH-III-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020. URL: https://iopscience.iop.org/ article/10.1088/1755-1315/548/7/072030. (дата обращения 1 1.02.2021). doi: 10.1088/1755-1315/548/7/072030
3. Казеев К. Ш., Колесников С. И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета. 2012. 260 с.
4. Change in microbiological activity under the effect of biological factors of soil fertility in the central forecaucasus chernozems / O. I. Vlasova, V. M. Perederieva, I. A. Volters, et al. // Biology and Medicine. 2015. Vol. 7 No. 5. P. 718-723.
5. Применение микробных препаратов на черноземе обыкновенном в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья / В. И. Фаизова, В. С. Цхов-ребов, В. Я. Лысенко и др. // Земледелие. 2020. № 3. С. 27-29.
6. The Influence of Soil Contamination of The Black Sea Coast of The Caucasus By Heavy Metals and Oil on The Abundance of Azotobacter Genus Bacteria / S. I. Kolesnikov, A. A. Kuzina, K. Sh. Kazeev, et al. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7. No. 6. P. 718-724.
Influence of multifunctional biological products on the microbiota of ordinary chernozem in the zone of unstable humidification of the Central Fore-Caucasus
V. I. Faizova, S. V. Tskhovrebov, V. Ya. Lysenko, D. V. Kalugin
Stavropol State Agrarian University, per. Zootechnicheskiy, 12, Stavropol, 355017, Russian Federation
Abstract. The studies aimed to determine the effect of polyfunctional biological products on the number of microorganisms of various physiological groups in ordinary chernozem when growing corn grain in the zone of unstable moisture. The work was carried out in2018-2020 in the Stavropol Territory in the experiment laid out according to the following design: without treatment (control), the use of microbiological preparations KBP-standard, KBP-innovative, PKM, KMP-92. The studied preparations were used for inoculating corn seeds before sowing, as well as processing vegetative plants in the phases of 3-4 leaves and flowering with 1% solution. The population of soil microorganisms and the content of nutrients were determined in phases of 10-11 leaves, flowering and waxy ripeness of corn. Treatment with KBP-S, KBP-I, PKM, and KPM-92 led to the fact that in the phase of10-11 leaves the population of aerobic nitrogen fixers increased 2.4, 2.0, 1.3 and 1.9 times, respectively, compared with the control. In the flowering phase, the revealed ratio of the population of microorganisms between the variants of the experiment was preserved, in the phase of waxy ripeness, the use of biological products did not provide a significant increase in the population of Azotobacter chroococcum. The population of ammonifiers in the phase of 10-11 leaves in the experimental variants ranged from 157 to 176 million CFU/g, which exceeded the control 1.9-2.1 times. In the flowering phase, there was a similar pattern. In the phase of wax ripeness, the population of ammonifiers decreased to 36-51 million CFU/g of soil in all variants with insignificant differences between them. Similar changes can be noted in the populations of nitrifiers and cellulosolytic bacteria. The minimum population of micromycetes was noted at the phase of 10-11 leaves, by the phase of flowering it increased 4.7-4.9 times, and by the phase of waxy ripeness, it decreased to 153-249 thousand CFU/g of soil. When using PKM preparation, the highest population of micromycetes was noted at all stages of plant development.
Keywords: microbial multifunctional preparations; corn grain; ordinary chernozems; nitrogen fixers; ammonifiers; nitri-fiers; cellulosolytic bacteria; micromycetes.
Author Details: V. I. Faizova, D. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: verafaizova@gmail.com); V. S. Tshovrebov, D. Sc. (Agr.), professor; V. Ya. Lysenko, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; D. V. Kalugin, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Faizova VI, Tskhovrebov SV, Lysenko VYa, et al. [Influence of multifunctional biological products on the microbiota of ordinary chernozem in the zone of unstable humidification of the Central Fore-Caucasus]. Zemledelije. 2021; (3):4-7. Russian. doi: 10.24411/00443913-2021-10301.
Ы (D 3 ь
(D
g
(D Ь 5
(D
Ы
О
N>
