Перспективные для сельского хозяйства биопрепараты на основе аборигенных микроорганизмов

В настоящее времени известно очень много бактериальных препаратов на основе почвенных микроорганизмов, оказывающих положительный эффект на продуктивность растений. Однако нерегулярная воспроизводимость результатов инокуляции не позволяет достаточно надежно прогнозировать реакцию растений и является главной причиной ограниченного применения бактериальных удобрений в сельскохозяйственной практике. Одним из перспективных направлений в разработке новых высокоэффективных и стабильных препаратов является создание биоудобрений на основе эффективных микроорганизмов, найденных в естественных условиях.

Цель исследований – изучение влияния инокуляции семян яровой пшеницы аборигенными азотфиксирующими, фосфатмобилизующими микроорганизмами, а также созданным на их базе консорциумом на микробоценоз серой лесной почвы.

Материалы и методы. Ранее из различных почв Татарстана нами были выделены аборигенные диазотрофные и фосфатмобилизующие микроорганизмы [1, 2]. По комплексу положительных признаков (высокая нитрогеназная и антагонистическая активность, способность давать высокие титры на недорогих питательных средах и др.) наиболее эффективные из выделенных штаммов были идентифицированы методом установления нуклеотидной последовательности 16S рРНК и задепонированы в коллекции ФГУП ГосНИИгенетика .

Для инокуляции семян использовали выращенные на среде Бэрка 4-суточные культуры. Изучение влияния инокуляции на семена проводили азотфиксирующими и фосфатмобилизующими микроорганизмами, а также созданным на их основе консорциумом (соотношение 1:1). Плотность бактериальной суспензии – 2,0·109 – 8,0·109 кл./мл, время экспозиции 1 ч.

Полевой опыт был заложен в ООО «Хаерби» Лаишевского района РТ на серой лесной, имеющей следующую агрохимическую характеристику: содержание гумуса – 3,95%; рН – 5,70; гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований – 1,31 и 27,0 мг-экв/100 г почвы; подвижный фосфор и обменный калий – 108,0 и 93,2 мг/кг почвы; N общ. – 0,26%, N-NH 3 – 13,0 мг/кг почвы.

В полевых условиях осуществили сравнительную оценку эффективности созданных биопрепаратов и мизорина по следующей схеме: 1 – контроль (без растений), 2 – контроль (без удобрений), 3 – аммиачная селитра (40 кг/га д.в. азота), 4 – мизорин, 5 – ассоциация диазотрофов ( Azotobacter chroococcum + Pseudomonas brassicacearum ), 6 – ассоциация фосфатмобилизующих микроорганизмов (Sphingobacterium multivorum + Achromobacter xylosoxidans) , 7 – консорциум штаммов ( Azotobacter chroococcum + Pseudomonas brassicacearum + Sphingobacterium multivorum + Achromobacter xylosoxidans) . Возделываемая культура – яровая пшеница сорта Любава ( Triticum aestivum L . ).

В качестве сравнения использовали промышленный биопрепарат мизорин, созданный на основе штамма Arthrobacter mysorens и обладающий широким спектром действия практически на все группы сельскохозяйственных культур. Почвенные образцы из ризосферы яровой пшеницы отбирали в фазах кущения и восковой спелости.

Комплексное исследование микробоценоза включало определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных экологотрофических групп методом посева соответствующих разведений на элективные среды [3, 4]: аммонифицирующих бактерий – на мясопептонном агаре, азотфиксирующих – на среде Эшби, фосфатмобилизующих – на среде Муромцева, микромицетов – на среде Чапека и др. Численность микроорганизмов определяли в 1 г почвы после ее высушивания при температуре 105°С. Суммарную микробную биомассу (С mic ) вычисляли на основе субстрат-индуцированной респираторной активности [5]. Базальное дыхание почвенного микробного сообщества оценивали путем титрометрического определения количества СО 2 , выделившегося после поглощения щелочью [5].

Измерение всех параметров проводили не менее чем в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1. Достоверность различий полученных результатов оценивали с использованием коэффициента Стьюдента [6].

Результаты исследований . В первую очередь изучали приживаемость внесенных штаммов. При регулярном высеве на элективные среды было установлено, что штаммы диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов сохранялись в ризосфере инокулированных растений в течение всего вегетационного периода. Так, в фазе полной спелости их численность оставалась на уровне 1,0-1,3 млн/г прикорневой почвы.

Антагонистических и конкурентных отношений между компонентами бактериальных ассоциаций обнаружено не было. Отмечалось стимулирующее влияние внесенных микроорганизмов на ризосферную микрофлору. Таким образом, установлено, что исследуемые селекционные штаммы способны длительное время сохраняться в ризосфере яровой пшеницы.

Изучение биологической активности серой лесной почвы проводили в онтогенезе. Превращение азота и содержащих этот элемент соединений в почве довольно сложны, но в них можно выделить основные направления, определяющие круговорот азота в природе: аммонификация, азотфиксация, денитрификация и др.

На протяжении всего вегетационного периода во всех опытных вариантах наблюдалось увеличение численности аммонифицирующих микроорганизмов, максимальное количество которых отмечено в варианте с применением консорциума (в 4,4 раза больше по сравнению с контрольной почвой без удобрений).

При изучении микробного сообщества корневой зоны яровой пшеницы особое внимание было направлено на изучение диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов, играющих существенную роль в пополнении в почве запасов азота и фосфора. В онтогенезе наибольшая численность диазотрофов наблюдалась в вариантах с применением ассоциации диазотрофов и консорциума (например, в фазе полной спелости 19,8 и 34,0 млн/г, соответственно).

Достоверное увеличение количества фосфатмобилизующих микроорганизмов было отмечено в фазе полной спелости яровой пшеницы по сравнению с фазой кущения во всех вариантах опыта с внесением ассоциаций диазотрофов, фосфатмобилизующих микроорганизмов, а также консорциума (в 2,1; 10,6; 1,8 раз, соответственно).

Анализ численности микромицетов показал, что в фазе полной спелости наблюдалось уменьшение их количества в вышеперечисленных вариантах (в 1,9; 1,8; 1,2 раза). Во всех остальных вариантах количество почвенных грибов существенно не менялось.

Интегральным показателем состояния почвенного биоценоза, в который вносят вклад отдельные группы микроорганизмов, как проявляющие активность в настоящее время, так и находящиеся в покое, но способные осуществлять различные процессы при изменяющихся условиях, является суммарная биомасса. Анализ микробной биомассы выявил ее низкий запас в контрольных образцах (без растений и без удобрений). Внесение аборигенных ассоциаций и мизорина привело к увеличению этого показателя. Максимальный эффект отмечен в варианте с применением консорциума в фазе полной спелости (110,5 мг/100г*ч).

Важнейшей биохимической характеристикой почвы, отражающей количество доступного углерода для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, является базальное дыхание. На протяжении всего онтогенеза интенсивность респираторной активности увеличивалась во всех вариантах за исключением контрольной почвы. Сравнение уровня респирации в зависимости от сроков отбора проб выявило, что перед уборкой уровень активности оказался выше на 10-30%.

Интересен тот факт, что максимальная урожайность получена в тех же вариантах, где наблюдалась наибольшая численность агрономически значимых микроорганизмов, а именно с использованием аборигенных ассоциаций. Бактеризация способствовала увеличению численности большинства групп микроорганизмов, связанных с азотным и фосфорным питанием растений, что в свою очередь положительно сказывалось на усвоении последними питательных веществ из почвы. Из созданных нами биопрепаратов наибольшая прибавка урожая получена при инокуляции семян консорциумом микроорганизмов (прибавка к контролю составила 1,2 ц/га).

Заключение. Проведенные исследования показали, что использование консорциума значительно повышает не только такие показатели биологической активности серой лесной почвы как микробная биомасса, респираторная активность, но и урожайность яровой пшеницы. Эффективность положительного влияния предлагаемого сообщества значительно выше, чем азотного удобрения и мизорина, что может быть связано как с увеличением активности почвенных микроорганизмов, так и с ростом их численности.

Очевидно, что внесенные с инокулированными семенами микроорганизмы и последующее развитие их в корневой зоне яровой пшеницы привело к изменению интенсивности физиолого-биохимических процессов в растениях, а это в конечном итоге обусловливает продуктивность яровой пшеницы. Использование препаратов на основе азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов является одним из приемов биологизации земледелия. В связи с этим создание биопрепаратов на основе эффективных аборигенных микроорганизмов является актуальной задачей 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. Дмитричева, Д.С. Ризосферные аборигенные микроорганизмы, способствующие росту и развитию растений / Д.С. Дмитричева, А.Х. Яппаров, И.А. Дегтярева // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. – Казань, 2011. – Том 207. – С. 186-190, 3. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум / О.И. Колешко // Минск:  Высшая школа, 1981.  –  175  с.,  4. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. – 304 с., 5. Microbiological methods for assessing soil quality / ed. By J. Dloem, D.W. Hopkins, A. Benedetti // CABI Publishing. – 2006. – 307 p., 6. Шайдарова, Л.Г. Математическая обработка результатов химического анализа / Л.Г Шайдарова, Н.А. Улахович//Казань: Изд-во КГУ, 2000.– 44 с.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА БИОПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ АБОРИГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Дегтярева И.А., Дмитричева Д.С.

Резюме

Эффективные аборигенные штаммы азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов использованы в качестве биоудобрений. В полевом опыте по всем изучаемым параметрам наибольшая биологическая активность серой лесной почвы и урожайность яровой пшеницы отмечены при использовании бинарных ассоциаций и консорциума аборигенных штаммов.

PERSPECTIVE FOR AGRICULTURE BIOPREPARATIONS ON BASE ABORIGINAL MICROORGANISMS

Degtereva I.A., Dmitricheva D.S.