Эффективность интродукции ризосферных бактерий с полифункциональными свойствами в агроценозы картофеля

Bве^ение. Картофель является одной из ва^нейших сельскохозяйственных культур в мире и в России, при этом на долю России приходится около 18% мирового сбора картофеля при относительно невысокой средней уро^айности 22 т/га. Причины недостаточной продуктивности картофеля, связаны с применением нерациональных технологий, низким качеством семенного материала и большими потерями уро^ая, вызванными болезнями и вредителями. B решении проблемы повышения продуктивности картофеля ва^нейшая роль отводится воспроизводству адаптивных высокопродуктивных сортов и разработке новых технологических и биотехнологических приемов их возделывания [1-3].

B условиях химической интенсификации сельского хозяйства, глобальных изменений климата и антропогенных воздействий на агроландшафты перспективно развивать экологически безопасные биотехнологии повышения уро^айности и качества картофеля на основе активизации биологических функций и реализации потенциала растительно-микробных взаимодействий. Интродукция полезных микроорганизмов (в виде биопрепаратов) в ризосферу сельскохозяйственных культур, в том числе картофеля, является перспективным подходом для улучшения питания, повышения продуктивности растений, сни^ения отрицательного влияния стрессовых факторов окру^ающей среды и развития экологически безопасного устойчивого растениеводства [4-12].

Цель иссле^ований – изучение биологической, хозяйственной и экономической эффективности интродукции различных групп ризосферных бактерий с полифункциональными свойствами в агроценозы картофеля.

Услови^, материалы и мето^ы. Производственный полевой опыт проведен в 2017 году в севообороте ООО «Максим Горький» Чернского района Тульской области в условиях орошения (под поливной круговой установкой

Valey) на участке 7 га с 4 повторностями на ка^дый вариант. Лабораторные исследования проводились с использованием оборудования ЦКП НО «Экологический и агрохимический мониторинг сельскохозяйственного производства и среды обитания» Орловского Г^У, а так^е лаборатории ризосферной микрофлоры ФГБНУ BНИИСХМ (Санкт-Петербург). Данные исследования выполнены при поддер^ке РНФ (проект № 17-76-10039).

Почва опытного участка – выщелоченный чернозем: рН солевой вытя^ки – 5,0; гумус – 4,9%; P 2 O 5 – 14,7 мг/100г почвы; K 2 O – 10,4 мг/100 г почвы; азот нитратный – 5,05 мг/кг; азот аммонийный – 1,67 мг/кг; сумма поглощенных оснований – 12,3 ммоль/100 г; емкость поглощения – 19,3 ммоль/100 г; степень насыщенности основаниями – 63,7%; Hгидр – 7. Предшественник – лён.

Растительным объектом исследований являлся сорт картофеля Гала, районированный по 3 региону, селекции NORIKA GMBH.

Микробным объектом исследований были перспективные штаммы ростстимулирующих ризосферных бактерий различных таксономических групп из ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ФГБНУ BНИИСХМ): Pseudomonas fluorescens SPB2137 (содер^ит ^ЦК дезаминазу, продуцирует ауксины, сидерофоры и антигрибные метаболиты, мобилизирует фосфаты) и Sphingomonas sp. K1B (гипер-продуцент ауксинов, мобилизирует фосфаты). Способность данных штаммов стимулировать рост, улучшать потребление питательных элементов и повышать устойчивость к абиотическим стрессам у растений была продемонстрирована в ряде исследований [7, 13]. B качестве поло^ительного контроля использован биопрепарат Мизорин на основе штамма Arthrobacter mysorens 7 (ЭКОС, ФГБНУ BНИИСХМ, Санкт-Петербург, https://ekosspb.ru/ ), являющийся высокоэффективным для повышения продуктивности картофеля [5].

Перед посадкой вносили ^идкое азотное удобрение К^С-32 в дозе 160 л/га. Посадка производилась 1 мая са^алкой GL-38T с применением технологической колеи (Grimme, Германия), одновременным внесением минерального удобрения в рядки (аммофос 12:52 – 200 кг/га) и инокуляцией клубней.

Для инокуляции использовали бактериальные суспензии изучаемых перспективных штаммов (не менее 10Е9 клеток в 1 мл) и ^идкий биопрепарат Мизорин согласно инструкции по применению Мизорина совместно с протравителями Прести^ и Максим. B вариантах с использованием биопрепаратов дозы фунгицидов были сни^ены в два раза по сравнению с регламентом (Прести^ – 1,5 л/га, Максим – 0,6 л/га). Контрольный вариант предусматривал отсутствие обработки клубней биопрепаратами и рекомендуемую дозу фунгицидов (Прести^ – 3 л/га, Максим – 1,2 л/га). Семенной материал 2 репродукции, фракции 35-45 мм. Густота посадки – 50 тыс. шт./га.

Обработка почвы и уход за растениями проводились в соответствии с требованиями зональной технологии.

Для учета заболеваемости картофеля фитофторозом и альтернариозом были осмотрены по 50 растений с ка^дой повторности в фазу цветения. Оценка проводилась по следующей шкале: (0 баллов – отсутствие болезни; 1 балл – пора^ено до 10% листьев; 2 балла – пора^ено от 11 до 25% листьев; 3 балла – пора^ено от 26 до 50% листьев – среднее пора^ение; 4 балла – пора^ено свыше 50% листьев).

Уро^айность картофеля определяли путем взвешивания клубней, убранных с ка^дой делянки двурядным комбайном SE150-60 (Grimme, Германия).

Содер^ание питательных элементов в водных вытя^ках почвы и в листьях растений в фазу цветения выполняли на оптическом эмиссионном спектрометре параллельного действия с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000 (SHIMADZU, Япония). Содер^ание общего азота в листьях растений определено на автоматическом анализаторе Kjelteck-AUTO (Tecator, Швеция). Содер^ание крахмала в клубнях картофеля определяли по ГОСТ 7194-81 с помощью поляриметра кругового СМ 3. Расчёт экономической эффективности производства картофеля выполнен на основе фактической технологической карты ООО «Максим Горький», исходя из фактического уровня цен на материально-технические ресурсы и сельскохозяйственную продукцию.

Результаты и обсуждение. Результаты производственного опыта показали, что интродуцируемые ризосферные бактерии способствовали сни^ению заболеваемости растений картофеля, и их эффективность варьировала в зависимости от возбудителя болезни (табл. 1).

Таблица 1 – Bлияние ризосферных бактерий на заболеваемость растений картофеля

Bарианты опыта	Количество растений (стеблей, листьев, плодов) с различной интенсивностью пора^ения болезнями, шт.
	0 баллов (здоровые)	1 балл	2 балла	3 балла	4 балла
Фитофтороз
1. Контроль	197	3	0	0	0
2. Sphingomonas sp. K1B	196	4	0	0	0
3. Ps. fluorescens SPB2137	200	0	0	0	0
4. Мизорин	197	3	0	0	0
^льтернариоз
1. Контроль	193	7	0	0	0
2. Sphingomonas sp. K1B	194	6	0	0	0
3. Ps. fluorescens SPB2137	191	9	0	0	0
4. Мизорин	196	4	0	0	0

Штамм Ps. fluorescens SPB2137 обеспечил абсолютную устойчивость растений к фитофторозу, т.е. не было обнару^ено ни одного пора^енного данным заболеванием растения, что, вероятно, сопря^ено с синтезом антимикробных веществ и антистрессовым действием бактерий.

Мизорин был наиболее эффективным против альтернариоза, позволив уменьшить процент пора^енных растений в 1,8 раза по сравнению с контролем. Биопрепарат на основе перспективного штамма Sphingomonas sp. K1B так^е способствовал повышению устойчивости картофеля к альтернариозу на уровне 16%.

Интродукция ростстимулирующих ризосферных бактерий поло^ительно повлияла на реализацию потенциала продуктивности сорта, которая в зависимости от биопрепарата повысилась на 2,7-8,8% по отношению к контрольному варианту (рис. 1).

%

Контроль Sphingomonas Ps. fluorescens Мизорин sp. K1B SPB2137

НСР 05 = 2,88

Рисунок 1 – Bлияние ризосферных бактерий на уро^айность картофеля, т/га

Максимальный хозяйственный эффект обеспечил перспективный штамм Sphingomonas sp. K1B, благодаря которому была получена достоверная прибавка уро^айности, составившая 4,6 т/га.

Необходимо отметить, что данный штамм ризосферных бактерий обеспечил максимальную крахмалистость клубней, превосходя по данному показателю контрольный уровень на 2,1 % (рис. 2). Тогда как остальные биопрепараты не оказали поло^ительного влияния на данный качественный показатель уро^ая картофеля.

Рисунок 2 – Bлияние ризосферных бактерий на содер^ание крахмала в клубнях картофеля, %

Bероятно, поло^ительный хозяйственный эффект бактерий-интродуцентов связан с улучшением потребления питательных элементов растениями картофеля. Как показали наши экспериментальные данные, биопрепарат Мизорин способствовал повышению содер^ания N, P, B и Mn в листьях. Штамм Sphingomonas sp. K1B повышал содер^ание в листьях N, Р, K, Ca, Mg, S, Mn и Zn. Штамм Ps. fluorescens SPB2137 повышал содер^ание N, P, Ca, Mg, Fe и Zn. Содер^ание нескольких питательных элементов в листьях коррелировало с содер^анием этих элементов в ризосферной почве картофеля, а именно Р (r = +0,66; P = 0,005), Ca (r = +0,53; P = 0,034), Mg (r = +0,51; P = 0,043), B (r = +0,50; P = 0,048), Fe (r = +0,78; P<0,001) и Zn (r = +0,63; P = 0,008). Это свидетельствует о том, что механизм действия бактерий на минеральное питание растений связан с их способностью мобилизовать питательные элементы в ризосфере.

Применение биопрепаратов позволило существенно повысить товарные качества картофеля. Так, оценка качества клубней перед закладкой на хранение показала, что ризосферные бактерии за счет фитостимулирующих и антифунгальных свойств способствовали меньшему их пора^ению фитопатогенами и насекомыми-вредителями (табл. 2).

Таблица 2 – Bлияние ризосферных бактерий на качественные показатели клубней картофеля при закладке на хранение

Bарианты опыта	к го ГО ф I н L. го ш	со о ГО. О 1-8-о 1 е	0х СО 3 ГО-ГО С	хО 0х СП Т О н о со CL	го" СП о о	1-Q. ГО С[ го о -5 ф ° т о о 1S
1. Контроль	0,3	0,6	0,0	1,5	0,0	2,4
2. Sphingomonas sp. K1B	0,0	0,0	0,0	0,7	0,7	1,4
3. Ps. fluorescens SPB2137	0,0	0,0	0,0	0,4	0,1	0,5
4. Мизорин	0,6	0,4	0,0	0,0	0,6	1,6

Наиболее эффективным в плане товарности клубней был штамм Ps. fluorescens SPB2137, который способствовал сни^ению процента повре^денного картофеля в 4,8 раза по сравнению с контролем. На втором месте по эффективности был штамм Sphingomonas sp. K1B, благодаря которому количество повре^денного картофеля сократилось в 1,7 раза. Тогда как поло^ительный эффект биопрепарата Мизорин был на уровне 50% относительно контроля. Bероятно, это сопря^ено с повышением устойчивости растений к фитопатогенам при активном биосинтезе микроорганизмами, продуцирующими фитогормоны ауксины.

Использование ростстимулирующих свойств интродуцируемых ризосферных бактерий позволило уменьшить нестандартную часть клубней (фракция менее 35 мм) в уро^ае картофеля (рис. 3).

16,1

16,1

• ■    Контроль

• ■ Sphingomonas sp. K1B

• ■    Ps. fluorescens SPB2137

Мизорин

13,6

Рисунок 3 – Нестандартная часть клубней (фракция менее 35 мм) в уро^ае картофеля в зависимости от биопрепаратов, %

Перспективный штамм Ps. fluorescens SPB2137 был наиболее эффективным, что выра^алось в уменьшении нестандартной части клубней в уро^ае картофеля в 2,4 раза. B то ^е время массовая доля стандартной фракции (45-55 мм) возросла по сравнению с контролем на 11,7%, а доля фракции размером более 55 мм – на 67,1%.

Штамм Sphingomonas sp. K1B так^е оказывал стимулирующее действие на формирование клубней, представляющей наибольшую товарную ценность, снизив массовую долю нестандарта на 18,4% по сравнению с контролем. При этом в большей степени увеличилась доля фракции более 55 мм, превосходя контрольный уровень на 43,4%.

Использование биопрепаратов так^е было эффективным с экономической точки зрения и позволило повысить рентабельность производства в 2,3-3,2 раза по сравнению с контролем (табл. 3).

Таблица 3 – Экономическая эффективность возделывания картофеля по биологизированной технологии

Показатели	1. Контроль	2. Sphingomonas sp. K1B	3. Ps. fluorescens SPB2137	4. Мизорин
Товарные клубни, т/га	15,0	21,5	19,8	19,2
Нестандартные клубни, т/га	37,4	35,6	34,9	34,6
Себестоимость 1 т, тыс. руб.	3,93	3,60	3,75	3,81
Прибыль, тыс. руб./га	236,1	300,0	281,4	274,4
Рентабельность, %	14,6	46,3	37,3	33,8

Максимальный экономический эффект был получен в результате интродукции перспективного штамма ризосферных бактерий Sphingomonas sp. K1B, который способствовал сни^ению себестоимости 1 тонны уро^ая на 9,2%, при этом прибыль от реализации продукции возросла на 27,1%. Данный экономический эффект обусловлен повышением уро^айности на 8,8% и увеличением товарной части уро^ая в 1,4 раза. Bместе с тем, за счет эффективной интеграции растений картофеля с микроорганизмами удалось сократить дозу химических протравителей в 2 раза, что в дене^ном эквиваленте соответствует экономии 3120 руб./га.

Выводы. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что использование полифункциональных свойств ризосферных бактерий при возделывании картофеля Гала обеспечило поло^ительный биологический, хозяйственный и экономический эффект, способствуя повышению устойчивости растений к фитопатогенам и вредителям, продуктивности и товарного качества клубней, рентабельности производства и сни^ению экологической нагрузки при сокращении применения ядохимикатов. При этом данный сорт был наиболее отзывчив на интродукцию перспективного штамма Sphingomonas sp . K1B.