Роль биопрепаратов в повышении симбиоза и продуктивности фасоли

Интенсификация           сельскохозяйственного производства, предусматривающая массированное применение удобрений и пестицидов, за последние полвека позволила увеличить прирост сельскохозяйственной продукции на 70–90%. Но повышение урожайности сопровождается значительными вложениями капитала и энергоресурсов [1].

В мировой практике наблюдается тенденция снижения доз применяемых минеральных удобрений , и возрастает роль их интегрированного использования ( по экономическим и экологическим соображениям ) с агротехническими приемами , направленными на поддержание естественного плодородия почв , мероприятиями по повышению биоразнообразия полезной почвенной микрофлоры . Без принятия срочных мер по сохранению и повышению плодородия почв оно уже в ближайшем будущем может быть необратимо утрачено на обширных земледельческих территориях . Наиболее эффективное и экологически безопасное применение минеральных удобрений возможно только при удовлетворении потребности растений в широком спектре других компонентов , обеспечивающих развитие растений без ущерба для плодородия почв . Одним из них является инокуляция (" заражение ") комплексом полезных почвенных микроорганизмов [2, 3].

Бобово - ризобиальный и арбускулярный микоризный (AM) симбиозы являются системами огромного практического значения . Инокуляция бобовых культур клубеньковыми бактериями способствует повышению урожая за счет дополнительного фиксированного азота воздуха . Исследования Е . Н . Мишустина , В . К . Ш ильниковой (1973), Г . С . Посыпанова (1983, 1995), Н . В . Парахина , С . Н . Петровой (2006) показали , что при благоприятных условиях симбиоза зерновые бобовые культуры могут фиксировать до 200–300 кг / га азота воздуха [4, 5, 6, 7].

Микоризация бобовых растений способствует улучшению роста растений и фосфорного питания . Азотфиксирующий и AM симбиозы имеют экологическое значение , предохраняя почвы от истощения и поддерживая биологическое разнообразие растительных сообществ .

Имеются многочисленные структурные сходства , общие гены в системах , контролирующие эти типы симбиозов , которые указывают на общие механизмы взаимодействия между макро - и микросимбионтом . Это заставляет рассматривать генетическую систему бобовых растений , контролирующую их симбиотические свойства , как единую для развития 2

тройного симбиоза – бобовое растение + эндомикоризные грибы + клубеньковые бактерии [8, 9].

В природных экосистемах бобовые формируют ассоциации с грибами арбускулярной микоризы и ризобиями . Такие взаимодействия получили название тройного симбиоза . Исследованиями отечественных и зарубежных ученых , проведенных в полевых условиях , установлено положительное влияние двойной инокуляции на продуктивность бобовых растений .

Полевые исследования Н . М . Лабутовой и др . (2004), проведенные в институте масличных культур УААН ( г . Запорожье ), показали , что двойная инокуляция растений сои клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами значительно повышала урожайность и содержание белка в семенах , чем их моноинокуляция каждым препаратом отдельно [10].

При инокуляции сои ризобиумом совместно с грибами АМ в опытах Y. Kawai и Y. Yamamoto (1986) установлено , что растения лучше поглощают P, Ca, Mg. Двойная инокуляция повышала количество клубеньков , их сухую массу , нитрогеназную активность [11].

Повышение продуктивности гороха посевного при совместной инокуляции препаратами клубеньковых бактерий и грибами АМ отмечено в работах Т . С . Наумкиной и др . (2003) и А . Ю . Борисова и др . (2004) [9, 12].

Несмотря на активные исследования , потенциал бобово - ризобиального и АМ симбиозов изучены недостаточно для применения в сельскохозяйственном производстве .

Целью нашей работы явилось изучить влияние и роль биопрепаратов ризоторфина и гломуса на формирование симбиотической системы , фотосинтетических показателей , уровень симбиотической азотфиксации , урожайность и качество семян фасоли .

М етодика

Исследования были проведены в ГНУ ВНИИЗБК в севообороте лаборатории генетики и микробиологии в 2004–2007 гг . Объектом исследований была фасоль ( сорт Оран ).

Почва опытных участков – темно - серая лесная ; среднесуглинистая ; с мощностью гумусового слоя 30– 35 см . Плотность пахотного слоя – 1,30–1,35 г / см 3. Гигроскопическая влажность в пахотном слое – 7,5% от сухой массы почвы . Наименьшая влагоемкость – 32,2–34,8%. Влажность устойчивого завядания – 9,7% от объема почвы . Содержание гумуса составило 4,4– 5,5%; легкогидролизуемого азота по Кононовой –7,8– 9,5 мг /100 г почвы ; подвижного фосфора ( Р 2 О 5) по Кирсанову – 9,2–11,3 мг /100 г почвы ; калия ( К 2 О ) по Масловой – 7,5–8,3 мг /100 г почвы ; гидролитическая кислотность – 4,2–4,6 мг - экв .; сумма поглощенных оснований – 21,6–26,5 мг - экв ./100 г почвы ; степень насыщенности основаниями – 78–94%; рН солевой вытяжки – 5,6–6,3.

Для инокуляции растений использовали биопрепарат ризоторфин на основе клубеньковых бактерий Rhizobium Phaseoli (штамм 653а) и биопрепарат на основе эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 8), представляющий смесь субстрата с микоризированными корнями растения-хозяина (ВНИИСХМ). Ризоторфином обрабатывали семена перед посевом, эндомикоризный гриб в количестве 300 кг/га вносили в почву при посеве. Схема полевого опыта включала следующие варианты :

• 1.    Контроль ( без удобрений и без обработок Rhizobium и Glomus) – вариант абсолютного контроля необходим для выявления эффективности биопрепаратов ;

• 2.    Инокуляция Glomus;

• 3.    Инокуляция Rhizobium.

• 4.    Инокуляция Rhizobium + Glomus.

Второй – четвертые варианты необходимы для выявления эффективности моноинокуляции ризоторфином , микоризации гломусом и эффективности тройного симбиоза ( бобовое растение + ризобиум + гломус ) без внесения удобрений на естественном плодородии почвы .

Общепринятая для условий зоны агротехника фасоли . Норма высева 0,6 млн . всхожих семян на 1 га . Учетная площадь делянки 15 м ², повторность четырехкратная .

В ходе исследований изучали динамику формирования симбиотического аппарата фасоли , нитрогеназную активность клубеньков , активный симбиотический потенциал ( АСП ) [13], динамику формирования площади листьев , фотосинтетического потенциала ( ФП ), чистой продуктивности фотосинтеза ( ЧПФ ), накопление абсолютного сухого вещества [14], содержание белка (N x 6,25) и урожайность семян фасоли .

Результаты исследований и их обсуждение

Наши исследования показали , что моноинокуляция гломусом повысила все показатели формирования симбиотического аппарата фасоли . Так , при внесении гломуса число клубеньков и их масса возросли соответственно в 1,5 и 1,9 раза по сравнению с абсолютным контролем , при этом нодуляция растений достигла 43,2% против 30,5%. Применение ризоторфина обеспечило дальнейшее повышение всех показателей симбиотической системы фасоли ( табл . 1).

Таблица 1 – Влияние биопрепаратов на развитие симбиотической системы фасоли (в среднем за 2004–2007 гг.)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Нодуляция растений , %	30,5	43,2	81,7	94,8
Количество клубеньков , млн шт ./ га	2,25±0,09	3,39±0,09	4,35±0,10	4,98±0,10
Масса клубеньков , кг / га	22,2±3,7	42,3±4,0	69,8±6,1	83,9±6,7
АСП , кг дней / га	1658	3172	5228	6292
Активность нитрогеназы , N2 мкг / раст ./ час	95,2	107,4	208,5	337,2

Инокуляция растений азотфиксирующими и фосфатмобилизирующими        микроорганизмами одновременно оказалась более эффективной, чем каждым препаратом отдельно. В среднем за 4 года полевых опытов число клубеньков в этом варианте составило 4,98 млн. шт./га, что в 2,2 раза больше, чем на контроле без инокуляции, нодуляция растений достигла 94,8%, а активность нитрогеназы была максимальной – 337,2 N2 мкг /раст./час. АСП был на 1064 кг дней/га выше, чем в варианте с ризоторфином и в 3,8 раза больше, чем на абсолютном контроле.

Симбиотическая деятельность посевов фасоли оказала положительное влияние на формирование всех фотосинтетических показателей деятельности посевов фасоли ( табл . 2).

Таблица 2 – Значение фотосинтетических показателей деятельности посевов фасоли в зависимости от варианта опыта (в среднем за 2004–2007 гг.)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Площадь листьев ,	23,2±	24,8±	26,1±	28,4±
тыс . м 2/ га	1,11	1,20	1,15	1,22
ФП , млн . м 2 дн ./ га	1,74± 0,04	1,81± 0,04	2,00± 0,05	2,06± 0,06
ЧПФ , г / м 2 дн .	3,75± 0,22	3,93± 0,23	4,00± 0,25	4,17± 0,26
Накопление АСВ ,	6,50±	7,12±	7,99±	8,54±
т / га	0,38	0,42	0,41	0,43

При формировании фотосинтетических показателей прослеживается аналогичная закономерность . Моноинокуляция гломусом и ризоторфином обеспечивала увеличение площади листьев , фотосинтетического потенциала ( ФП ), чистой продуктивности фотосинтеза ( ЧПФ ) и накопление абсолютно сухого вещества . Двойная инокуляция была также более эффективной . При совместном применении гломуса и ризоторфина была образована максимальная площадь листьев .

варианты

• 1.    Контроль ( без инокуляции );

• 2.    Инокуляция Glomus;

• 3.    Инокуляция Rhizobium.

• 4.    Инокуляция Rhizobium + Glomus.

Рисунок – Влияние биопрепаратов на потребление общего и биологического азота растениями фасоли ( в среднем за 2004–2007 гг .)

В среднем за 4 года она составила 28,4 тыс . м ²/ га , что на 5,2 тыс . м ²/ га больше , чем на абсолютном контроле . ФП возрос на 0,32 млн . м ² дн ./ га , а ЧПФ – на

0,42 г / м ² дн . Накопление сухого вещества превысило контрольный вариант на 2,04 т / га .

Биопрепараты оказали положительное влияние на общее потребление азота и , особенно , на интенсивность симбиотической азотфиксации растениями фасоли ( рис .).

Раздельное внесение биопрепаратов повысило как общее потребление , так и биологического азота фасолью . В варианте с ризоторфином общий вынос азота был на 53 кг / га , а симбиотического – на 42 кг / га больше , чем на абсолютном контроле . Доля биологического азота возросла с 42,1 до 56,1%.

Двойная инокуляция гломусом и ризоторфином увеличила общее потребление азота в 1,5 раза , а симбиотически фиксированного – в 2,1 раза . Доля биологического азота в его общем потреблении возросла до 60,6%.

Степень развития и активность фотосинтетического и симбиотического аппарата оказали существенное влияние на урожайность и качество семян фасоли . Наши исследования показали , что более высокий урожай семян был получен в варианте с одновременным применением гломуса и ризоторфина . В среднем за 4 года он составил 33,6 ц / га ( табл . 3).

Таблица 3 – Влияние биопрепаратов на урожайность и качество семян фасоли ( в среднем за 2004–2007 гг .)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Урожайность , ц / га	26,6± 1,25	28,9± 1,29	31,1± 1,39	33,6± 1,43
Содержание белка , %	24,3	24,8	25,4	25,9
Сбор белка , кг / га	646± 19	717± 21	790± 23	870± 23

Раздельная обработка растений фасоли гломусом и ризоторфином увеличила урожайность фасоли на 2,3– 4,5 ц / га соответственно , а содержание белка в семенах повысилось на 0,5–1,2%. Самый высокий выход белка с 1 га посева был в варианте двойной инокуляции – 870 кг / га , что на 224 кг / га больше , чем на абсолютном контроле и на 80–153 кг / га выше , чем в вариантах с обработкой растений ризоторфином и гломусом .

Заключение

Таким образом , исследования , проведенные в течение 4- х лет , показали , что тройная симбиотическая система , включающая в себя бобовую культуру ( фасоль ) – клубеньковые бактерии и грибы арбускулярной микоризы , наиболее эффективна .

В условиях Среднерусской лесостепи можно рекомендовать использование биопрепаратов на основе азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих микроорганизмов . Это не требует высоких затрат , позволяет повысить продуктивность растений , что является актуальным в экологически ориентированном сельскохозяйственном производстве .