Эффективность интродукции АЦК-утилизирующих ризобактерий в агроценозы сои в условиях Орловской области

Снижение продуктивности агроценозов, качества продукции растениеводства и естественного плодородия почвы вследствие интенсификации сельскохозяйственного производства обусловливает необходимость его экологизации. Для обеспечения продовольственной безопасности страны и здоровья человека необходим переход к ресурсосберегающим технологиям, способствующим воспроизводству почвенного плодородия, повышению устойчивости агроценозов и основанным на использовании средообразующего потенциала последних (1, 2).

Зернобобовые культуры в наибольшей степени соответствуют современным требованиям формирования экологического равновесия (1, 35). Их уникальная способность вступать в поликомпонентный симбиоз с различными группами полезной почвенной микрофлоры позволяет не только улучшать почвенные свойства, повышать урожай и его качество, но и делает их ценным предшественником в севооборотах, способствуя решению проблемы производства растительного белка при возможности снижения ресурсозатрат (4, 6-14).

В этой связи перспективен поиск и практическое применение новых микроорганизмов с полифункциональными свойствами, которые позволят повысить экономическую эффективность возделывания зернобобовых культур за счет реализации их биологического потенциала. Особый интерес представляет использование АЦК-утилизирующих бактерий, обладающих универсальным антистрессовым эффектом на растения. Один из механизмов антистрессового воздействия этих микроорганизмов — подавление ингибирующего действия этилена, интенсивно продуцируемого макросимбионтом в условиях стресса (инфекции, засуха, переувлажнение, засоление почвы, ее загрязнение отходами производства, пестицидами, тяжелыми металлами и др.), благодаря ферменту 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат (АЦК) дезаминазе (15-17). О фитостимулирующем действии ассоциативных бактерий с АЦК-дезаминазной активностью свидетельствуют результаты многочисленных лабораторных испытаний (18-29). При этом отсутствует информация об эффективности таких микроорганизмов в условиях агроценоза.

Нашей целью было изучение влияния интродукции перспективных штаммов АЦК-утилизирующих ризобактерий на эффективность возделывания сои северного экотипа в условиях Орловской области.

Методика. Лабораторные исследования проводились в ЦКП «Экологический и агрохимический мониторинг сельскохозяйственного производства и среды обитания» (ОрелГАУ, г. Орел), полевые опыты закладывались в НОПЦ «Интеграция» (Орловский р-н, с. Лаврово) в 2013-2014 годах.

Растения сои сорта Свапа выращивали в селекционном севообороте на делянках площадью 10 м2 в 4-кратной повторности. Метод размещения опытных делянок — рендомизированный. Почва опытного участка темно-серая лесная тяжелосуглинистая среднекислая (рН 5,0) со средним содержанием гумуса (3,8 %), повышенным количеством подвижного фосфора (12,9 мг/100 г почвы) и обменного калия (15,9 мг/100 г почвы). В качестве объекта исследований использовали сорт сои северного экотипа Свапа (селекция Всероссийского НИИ зернобобовых и крупяных культур, Орловская обл.).

В опытах изучалась эффективность интродукции АЦК-утилизи-рующих бактерий отдельно и в комплексе с клубеньковыми бактериями на двух фонах минерального питания — NPK 100 % (доза удобрений на планируемый урожай 3 т/га) и NPK 70 %.

Схема опыта включала следующие варианты: 1 — контроль (фон NPK 100 % и NPK 70 % без инокуляции); 2 — фон + Bradyrhizobium ja-ponicum 634б; 3 — фон + Pseudomonas oryzihabitans Ep4; 4 — фон + Vario-vorax paradoxus 3P-4; 5 — фон + Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4; 6 — фон + Bradyrhizobium japonicum 634б + Vario-vorax paradoxus 3P-4.

Штаммы микроорганизмов были предоставлены Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург—Пушкин). Штамм клубеньковых бактерий использовали для предпосевной инокуляции из расчета 200 г на гектарную норму семян. Штаммы ассоциативных АЦК-утилизирующих микроорганизмов вносили в рядки в фазу всходов (10 % раствор). NPK вносили в почву перед посевом в виде тукосмеси с процентным содержанием элементов минерального питания 10:26:26.

Оценка урожайности сортов проводилась согласно методике Гос-сортосети (30), биохимическая оценка качества зерна сои — с помощью анализатора зерна Infratec™ 1241 («FOSS», Дания).

Полученные данные обработаны с помощью компьютерной про- граммы Statistica.

Результаты. Метеорологические условия в годы исследований от- клонялись от среднемноголетних и сопровождались неравномерным рас- пределением осадков и колебанием температуры воздуха на протяжении всего вегетационного периода у сои. Влагообеспеченность посевов в критические периоды развития культуры была недостаточной. Например,

II декада мая, на которую приходилcя сев сои, характеризовалась засуш- ливыми условиями (ГТК = 0,2). В июле, совпавшем с бутонизацией и цветением, в 2013 году отмечали недостаточное увлажнение (ГТК = 0,9), а в

2014 году этот месяц был засушливым (ГТК = 0,3). Для августа, когда происходило формирование и налив семян, в терна засуха (ГТК соответственно 0,6 и 0,2).

А

Б

Рис. 1. Относительные прибавки урожайности сои сорта Свапа в 2013 (А) и 2014 году (Б) в зависимости от инокуляции бактериями и фона минерального питания: 1 — NPK 100 %, 2 — NPK 70 %; а — Bradyrhizobium japoni-cum 634б, б — Pseudomonas oryzihabitans Ep4, в — Variovorax paradoxus 3P-4, г — Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4, д — Bradyrhizo-bium japonicum 634б + Variovorax paradoxus 3P-4 (Орловская обл., Орловский р-н, с. Лаврово).

2013 и 2014 году была харак-

При формировании симбиозов с интродуцируемой микрофлорой агроценозы сои сорта Свапа проявляли большую экологическую приспособленность по сравнению с контролем (рис. 1). При этом защитный эффект микроорганизмов был более выражен при снижении дозы минеральных удобрений на 30 %.

Так, колонизация корней растений сои псевдомонадами отдельно и в комплексе с ризобиями в засушливом 2014 году способ- ствовала повышению продуктивности агроценозов на 34,6 % благодаря ростстимулирующему и антистрессовому эффекту микроорганизмов. В 2013 году комплексное фитостимулирующее действие АЦК-утилизиру- ющих бактерий и ризобий позволило получить прибавку урожайности

81,0-97,8 %.

Рис. 2. Содержание белка в зерне сои сорта Свапа в зависимости от инокуляции бактериями на фоне NPK 70 % (а) и NPK 100 % (б) : 1 — контроль, 2 — Bradyr-hizobium japonicum 634б, 3 — Pseudomonas oryzihabitans Ep4, 4 — Variovorax paradoxus 3P-4, 5 — Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4, 6 — Bradyrhizobium japonicum 634б + Variovorax paradoxus 3P-4 (Орловская обл., Орловский р-н, с. Лаврово). НСР 05 = 1,95 (NPK 100 %); НСР 05 = 2,11 (NPK 70 %).

Положительный хозяйственный эффект выражался и в повышении содержания белка в зерне сои. При этом дополнительное накопление протеина в урожае также зависело от уровня минерального питания растений (рис. 2). В среднем за 2 года сорт Свапа формировал зерно с более высоким процентным содержанием белка на фоне NPK 70 % во всех вариантах. Максимальное количество белка в зерне, превысившее контрольный показатель на 33,8 %, обеспечила интродукция АЦК-ути- лизирующих псевдомонад в комплексе с ризобиями (превосходила вариант с моноинокуляцией ризобиями на 20,0 %). Мы предполагаем, что такой положительный эффект обусловлен повышением адаптации растений сои к неблагоприятным агроклиматическим факторам за счет снижения биосинтеза стрессового фитогормона этилена АЦК-утилизирующими бактериями и повышения эффективности бобово-ризобиального симбиоза (18, 29) при улучшении водного и минерального питания растений.

В свою очередь, формирование высокого и качественного урожая у изучаемого сорта сои за счет создания эффективных растительномикробных систем способствовало увеличению сбора белка с единицы площади, который достигал 1,05-1,30 т/га в зависимости от минерального питания растений (табл. 1). Максимальное увеличение белковой продуктивности сорта Свапа, превысившее вариант с моноинокуляцией ризо-биями на 35,4 %, было отмечено на фоне NPK 70 % при комплексной интродукции АЦК-утилизирующих псевдомонад и клубеньковых бактерий.

• 1.    Сбор белка (т/га) с урожаем сои сорта Свапа в зависимости от условий минерального питания и инокуляции бактериями (Орловская обл., Орловский р-н, с. Лаврово, 2013-2014 годы)

  Вариант	1 NPK 100 %	п NPK 70 %
  Контроль	0,70	0,59
  Bradyrhizobium japonicum 634б	1,03*	0,96*
  Pseudomonas oryzihabitans Ep4	0,83	0,85*
  Variovorax paradoxus 3P-4	0,80	0,81*
  Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4	1,04*	1,30*
  Bradyrhizobium japonicum 634б + Variovorax 3P-4	1,05*	1,17*
  НСР 05	0,15	0,16
  * Значения, достоверно отличающиеся от контроля.

• 2.    Экономическая эффективность возделывания сои Свапа сорта в зависимости от условий минерального питания и инокуляции бактериями, среднее (Орловская обл., Орловский р-н, с. Лаврово, 2013-2014 годы)

Вариант	Производственные затраты, тыс. руб/га	Себестоимость 1 т зерна, тыс. руб.	Чистый доход, тыс. руб/га	Рентабель ность, %
Контроль	NPK 100 % 14,16                6,24		20,14	142,1
Bradyrhizobium japonicum 634б	14,59	4,68*	32,46*	222,5*
Pseudomonas oryzihabitans Ep4	14,99	6,05	22,45	149,7
Variovorax paradoxus 3P-4	15,01	5,95	23,04	153,6
Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4	15,33	5,44*	27,22*	177,6*
Bradyrhizobium japonicum 634б + Va-riovorax paradoxus 3P-4	15,36	5,09*	30,19*	196,5*
Контроль	NPK 13,80	70 % 7,04	15,85	114,9
Bradyrhizobium japonicum 634б	14,23	4,94*	29,22*	205,3*
Pseudomonas oryzihabitans Ep4	14,69	5,72*	24,11*	164,1*
Variovorax paradoxus 3P-4	14,63	6,53*	19,22*	131,3*
Bradyrhizobium japonicum 634б + Pseudomonas oryzihabitans Ep4	15,09	4,69*	33,46*	221,7*
Bradyrhizobium japonicum 634б + Va-riovorax paradoxus 3P-4	15,07	4,89*	31,39*	208,3*

* Значения, достоверно отличающиеся от контроля.

Проведенный нами экономический анализ показал, что, несмотря на некоторое повышение производственных затрат, интродукция симбиотических микроорганизмов в агроценозы сои сорта Свапа наряду с хозяйственным обеспечила и положительный экономический эффект. Причем при внесении меньшего количества минеральных удобрений (NPK 70 %) изучаемые агроприемы оказались наиболее эффективны в экономическом плане (табл. 2).

Максимальный экономический эффект обеспечил вариант с ком- плексным использованием псевдомонад и ризобий, которые позволили получить зерно сои с меньшей себестоимостью (в 1,6 раза по сравнению с контролем). Это, в свою очередь, дает возможность рентабельного производства более дешевого качественного белка при снижении затрат, связанных с внесением минеральных удобрений, в размере 2,86 тыс. руб/га.

Таким образом, интродукция перспективных штаммов АЦК-утилизирующих бактерий способствовала повышению эффективности возделывания сои сорта Свапа в Орловской области. Показано, что растения этого генотипа в условиях тройного симбиоза за счет ростстимулирующей и защитной функций АЦК-утилизирующих и азотфиксирующих микроорганизмов могут более эффективно использовать питательные вещества почвы и воздуха, что дает возможность повысить их стрессоустойчивость и продуктивность. Использование ризобактерий рода Pseudomonas в комплексе с клубеньковыми бактериями обеспечило максимальный экономический эффект, позволив получить более дешевый качественный белок при высокой рентабельности производства и снижении ресурсозатрат за счет повышения экологической устойчивости агроценозов культуры.

Л И Т Е Р А Т У Р А

Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [ Agricultural Biology ], 2015, V. 50, ¹ 3, pp. 377-383

EFFICIENCY OF INTRODUCTION OF ACC-UTILIZING RHIZOBACTERIA IN SOYBEAN AGROCENOSES IN THE OREL REGION

Yu.V. Kuzmicheva, I.L. Tychinskaya, S.N. Petrova, N.V. Parakhin