Биологические подходы к повышению урожайности сельскохозяйственных культур

Проблема повышения эффективности земледелия не теряет своей актуальности. Предлагается широкий арсенал методов, технологий, направленных на решение этой задачи. К числу наиболее распространенных относится использование минеральных удобрений различного компонентного состава, которые в последние годы предлагается вносить и в наноразмерном виде. Интерес представляют способы    повышения    плодородия    почв    и    урожайности сельскохозяйственных культур с использованием биотехнологий, в частности, внесение в почву бактерий, способных эффективно обогащать ее биодоступным азотом и фосфором.

В наших исследованиях в качестве мелиорантов были использованы аммиачная селитра, фосфоритная мука в обычном и наноразмерном виде. Аммиачная селитра является широко применяемым азотным минеральным удобрением для повышения плодородия почвы, фосфоритная мука – высокоэффективным, экологически безопасным минеральным фосфорным удобрением пролонгированного действия, которое обычно применяют на почвах с рН менее 6,0. В качестве биопрепарата комплексного действия в рамках биологического подхода для повышения урожайности мы предлагаем собственный препарат, в состав которого входят эффективные азотфиксирующие и фосфатмобилизующие микроорганизмы, найденные в естественных условиях Татарстана. Был использован также промышленный биопрепарат мизорин, созданный на основе штамма Arthrobacter mysorens и обладающий широким спектром действия практически на все группы сельскохозяйственных культур. Целью данной работы являлось сопоставление эффективности различных приемов на урожайность кукурузы на серой лесной среднесуглинистой почве.

Материалы и методы . Ранее из различных почв Татарстана нами были выделены аборигенные диазотрофные и фосфатмобилизующие микроорганизмы [1]. Вегетационный опыт с кукурузой ( Zea mays L.) сорта 704 был заложен на серой лесной среднесуглинистой почве по следующей схеме: 1 – контроль (без растений); 2 – контроль (без удобрений); 3 – аммиачная селитра (40 кг д.в. азота на 1 га); 4 – мизорин; 5 –фосфоритная мука в дозе 1,0 т/га; 6 – фосфоритная мука в дозе 0,1 т/га; 7 – нанофосфоритная мука в дозе 0,1 т/га; 8 – консорциум азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов (КМ); 9 – фосфоритная мука в дозе 1,0 т/га + КМ; 10 – фосфоритная мука в дозе 0,1 т/га + КМ; 11 – нанофосфоритная мука в дозе 0,1 т/га + КМ. Консорциумом азотфиксирующих ( Azotobacter chroococcum, Pseudomonas brassicacearum ) и фосфатмобилизующих ( Sphingobacterium multivorum, Achromobacter xylosoxidans ) микроорганизмов (соотношение 1:1) обрабатывали семенной материал, обеспечивая тем самым повышенную концентрацию микроорганизмов в прикорневой зоне развивающегося растения и более тесное взаимодействие бактерий и растений. Для инокуляции семян использовали выращенные на среде Бэрка 4-суточные культуры. Плотность бактериальной суспензии 2,0·10⁹ – 8,0·10⁹ кл./мл, время экспозиции 1 ч.

В ходе вегетационного опыта растения поливали деминерализованной водой, поддерживая влажность почвы на уровне 60% предельной полевой влагоемкости. После прореживания в каждом сосуде оставляли по одному растению, которые выращивали в течение 90 суток до фазы полной спелости. Повторность опыта трехкратная. Почвенные образцы из ризосферы кукурузы отбирали в фазах вегетативной и полной спелости растений. Комплексное исследование микробоценоза включало определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп методом посева соответствующих разведений на элективные среды [2, 3], а также суммарной микробной биомассы (Стс) и респираторной активности [4].

Результаты исследований. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что микрофлора довольно динамична и меняется в течение вегетационного периода растений. Например, количество аммонифицирующих микроорганизмов, использующих в качестве источника углерода органические соединения, в контрольных вариантах (без растений и без удобрений) во все изучаемые фазы онтогенеза было минимальным (23,5 и 19,0 млн/г в вегетативной фазе, соответственно). При внесении аммиачной селитры и мизорина количество этих микроорганизмов в вегетативной фазе было сопоставимо с контрольными вариантами (41,0 и 25,5 млн/г, соответственно), а к моменту уборки стало ниже контрольных значений. Что касается консорциума микроорганизмов, предлагаемого в качестве биоудобрения, то во всех вариантах с его использованием наблюдалась высокая численность аммонификаторов. Например, при инокуляции только консорциумом, а также при совместном его использовании с нанофосфоритной мукой получены максимальные значения (142,5 и 128,0; 200,0 и 121,0 млн/г в фазах вегетативной и полной спелости, соответственно).

Изучение динамики численности диазотрофных микроорганизмов, играющих существенную роль в пополнении в почве запасов азота, показало, что во всех исследованных вариантах их максимальное количество было отмечено в фазе полной спелости. В контрольных вариантах и при внесении азотного удобрения количество почвенных азотфиксаторов во все изучаемые фазы онтогенеза было минимальным (4,5; 4,0; 3,5 - в вегетативной фазе и 4,9; 6,3; 6,6 млн/г - в фазе полной спелости, соответственно). Внесение мизорина не оказало заметного влияния на численность этой группы микроорганизмов (5,7 и 6,4 млн/г). Достаточно высокие показатели численности азотфиксаторов на протяжении всего вегетационного периода были получены при бактеризации семян консорциумом микроорганизмов (16,6 и 39,5 млн/г в фазах вегетативной и полной спелости соответственно). Необходимо отметить пролонгированное действие используемой ассоциации. Увеличение роста корневых диазотрофов наблюдалось также в вариантах, где семена были инокулированы ассоциацией коллекционных микроорганизмов и вносилась фосфоритная мука обычного помола в разных дозах (0,1 и 0,1 т/га) - 13,6 и 15,0; 15,6 и 17,3 мнг/г в изучаемые фазы соответственно. В варианте с наноструктурной фосмукой и консорциумом азотфиксаторы активнее развивались в фазе полной спелости (19,8 млн/г).

В контрольных вариантах (без растений и без удобрений) количество микроорганизмов, способных мобилизовать фосфор из водонерастворимых соединений, в вегетативной фазе было минимальным (7,5 и 9,5 млн/г соответственно). При внесении азотного удобрения и мизорина их численность была заметно выше (28,0 и 51,0; 32,0 и 41,0 млн/г в фазах вегетативной и полной спелости соответственно). Применение мизорина оказало сопоставимый с аммиачной селитрой эффект на рост фосфатмобилизующих микроорганизмов. Снижение численности этих микроорганизмов в онтогенезе было отмечено в вариантах, где фосфоритная мука использовалась вместе с консорциумом штаммов. Несмотря на это, именно здесь отмечено достаточно высокое их количество (0,1 т/га фосмуки + консорциум: 43,0 и 32,0; 1,0 т/га фосмуки + консорциум: 66,0 и 44,0; 0,1 т/га нанофосмуки + консорциум: 113,0 и 48,0 млн/г в фазах вегетативной и полной спелости соответственно). Максимальная численность во все изучаемые фазы онтогенеза выявлена при инокуляции семян ассоциацией коллекционных штаммов (122,0 и 284,0 млн/г в фазах вегетативной и полной спелости соответственно). Внесенные микроорганизмы сохраняли свою жизнеспособность в почве в течение эксперимента.

Интегральным показателем состояния почвенного биоценоза является микробная биомасса. В контрольной почве без растений она в течение вегетационного периода практически не изменялась (32,7-42,0 мг С_mic/г). Близким был и контрольный вариант без удобрений (35,1-48,2 мг С_mic/г). Внесение аммиачной селитры и мизорина привело к снижению микробной биомассы к концу опыта (в 2,1 и 1,7 раза, соответственно). Максимальные показатели микробной биомассы на протяжении всего периода вегетации (до 1,9-2,6 раз по сравнению с контрольными вариантами) были получены при бактеризации семян консорциумом микроорганизмов. Внесение фосфоритной муки в разных дозах и нанофосмуки привело к снижению микробной биомассы в онтогенезе. Однако добавление консорциума коллекционных штаммов к фосмуке обычного помола способствовало росту этого показателя. Достаточно высокой микробная биомасса была в процессе вегетации при совместном использовании нанофосмуки и ассоциации микроорганизмов (89,8 и 75,0 мг С mic /г).

Максимальные значения базального дыхания, являющегося одной из важнейших биохимических характеристик почвы, были получены в вариантах с использованием как обычной, так и наноразмерной фосмуки при инокуляции семян кукурузы консорциумом коллекционных штаммов (в 1,8-4,5 раз по сравнению с контрольными вариантами). Внесение аммиачной селитры и мизорина не отразилось на этом показателе, в онтогенезе респираторная активность была в них на уровне контрольных вариантов.

Таким образом, микробиологический мониторинг (рост аммонифицирующих, азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов, показатели микробной биомассы и респираторной активности) свидетельствует о стимуляции изучаемых процессов в вариантах с совместным внесением нанофосфоритной муки и бактеризацией семян кукурузы консорциумом коллекционных микроорганизмов.

Положительное влияние консорциума выявлено в отношении урожайности зеленой массы кукурузы при совместном использовании фосмуки обычного помола (дозы внесения 1,0 и 0,1 т/га) и наноразмерной (доза внесения 0,1 т/га), прибавка при этом составила соответственно 20, 30 и 40%. Показательно, что при обработке семян только созданной ассоциацией микроорганизмов была получена высокая урожайность зеленой массы (на 31% выше контроля). Влияние внесенного консорциума коллекционных штаммов было не только сопоставимо с аммиачной селитрой, но даже превышало ее на 6-15%. При этом ассоциация аборигенных штаммов была лучше промышленного биопрепарата мизорина.

При выращивании кукурузы наноразмерная фосфоритная мука стимулировала развитие не только растений, но и их корневой системы. При этом максимальный вес корней отмечался при совместном использовании нанофосмуки и консорциума (на 237,5% выше контроля без удобрений).

Таким образом, проведенные исследования показали, что замена химических средств биологическими удобрениями может быть осуществлена с большой эффективностью Необходимо отметить, что создание биопрепаратов на основе эффективных аборигенных микроорганизмов является перспективным для современного сельского хозяйства.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Дегтярева, И.А. Выделение высокоэффективных микроорганизмов и их использование в земледелии / И.А. Дегтярева, А.Х. Яппаров, Д.С. Дмитричева // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. – Казань, 2010. – Том 202. – С.73-77, 2. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум / О.И. Колешко // Минск: Высшая школа, 1981. – 175 с., 3. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. – 304 с., 4. Microbiological methods for assessing soil quality / ed. By J. Dloem, D.W. Hopkins, A. Benedetti // CABI Publishing. – 2006. – 307 p.,

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Дегтярева И.А., Яппаров И.А., Хидиятуллина А.Я.

Резюме

Проведено изучение различных приемов (мелиоранты, биопрепараты) на урожайность кукурузы. В качестве биоудобрения использован консорциум на основе эффективных аборигенных штаммов азотфиксирующих    и    фосфатмобилизующих    микроорганизмов.

Установлено более эффективное влияние на биологическую активность серой лесной почвы и урожайность кукурузы при совместном внесении нанофосфоритной муки и бактеризации семян консорциумом микроорганизмов.

BIOLOGICAL APPROACHES TO INCREASING OF THE PRODUCTIVITIES OF THE AGRICULTURAL CULTURES

Degtereva I.A., Yapparov I.A., Hidiyatullina A.Ya.