Влияние бактеризации клубней картофеля ассоциативными диазотрофами на ризосферную микрофлору

Введение. В настоящее время одной из важнейших задач семеноводства является повышение урожайности и качества картофеля [1]. Одним из способов ее решения является использование биопрепаратов. Биологические препараты – это большая группа природных или химически синтезированных соединений, проявляющих высокую биологическую активность при низких концентрациях [2]. Они обладают способностью влиять на иммунный потенциал растений, физиолого-биохимические процессы, протекающие в растениях, устойчивость к фитопатогенам и в результате этого на урожайность и качество клубней [3].

Микробиологические препараты известны давно, однако часто их эффективность оказывалась нестабильной, в связи с чем они не могли играть значимой роли в сельскохозяйственном производстве. Накопленные фундаментальные знания в этой области на рубеже XX и

XXI столетий позволили преодолеть имеющиеся недостатки и предложить принципиально новые подходы к оптимизации микробно-растительного взаимодействия, основанные на интеграции генетических систем микроорганизмов и растений [4]. Биопрепараты обладают комплексным положительным воздействием на сельскохозяйственные растения – фунгицидными, инсектицидными и стимулирующими свойствами, не оказывают токсического влияния на почву и растения [5–8].

Цель исследований – изучить влияние биопрепаратов комплексного действия на численность агрономически ценных микроорганизмов в ризосфере картофеля.

Объекты и методы. Для инокуляции клубней картофеля были использованы биопрепараты ассоциативных диазотрофов производства ВНИИСХМ (г. Пушкин) – штаммы: 204 (Aqrobacterium radiobacter), ПГ-5 (Pseudomonas sp.), МФ-1 (Bacillus subtilis), 17-1 (Pseudomonas fluorescents). Объектами исследований являлись сорта картофеля селекции ФГБНУ «Омский АНЦ» Алена и Былина Сибири, а также их ризосфера. Схема опыта предполагала изучение следующих вариантов: сорт картофеля (фактор А); бактериальный препарат для инокуляции клубней (фактор В).

Сорт Алена – включен в Госреестр по Западно-Сибирскому (10) региону. Раннеспелый, пригоден для изготовления хрустящего картофеля. Товарная урожайность 172–292 ц/га, на 60–148 ц/га выше стандарта Пушкинец. Вкус хороший. Товарность 81–97 %, на уровне стандарта. Ценность сорта: стабильная урожайность, дружная отдача ранней продукции, устойчивость к засухе, пригодность к механизированной технологии возделывания.

Сорт Былина Сибири – включен в Госре-естр по Восточно-Сибирскому (11) региону. Среднеспелый, столового назначения. Товарная урожайность – 207–310 ц/га на уровне и выше на 61 ц/га стандарта Тулеевский. Максимальная урожайность – 358 ц/га, на 60 ц/га выше стандарта (Красноярский край). Вкус хороший и отличный. Товарность – 82–93 %. Леж-кость – 95 %.

Технология возделывания картофеля общепринятая в южной лесостепной зоне Омской области: основная обработка – вспашка, предпосадочная обработка почвы фрезерным культиватором; посадка – клоновой сажалкой СН-4БК во второй декаде мая, нарезка гребней, борьба с сорняками и вредителями, скашивание ботвы, десикация реглоном, уборка в первой декаде сентября 2-рядной копалкой с ручным подбором клубней. Площадь делянки 30 м2, учетная – 15 м2, повторность 4-кратная. Предпосадочную бактеризацию клубней осуществляли в день посадки в бункере клоновой сажалки, из расчета 600 г. биопрепарата на гектарную норму. Клубни после инокуляции биопрепаратами высаживали на фонах с внесением минеральных удобрений: 30–40 кг д.в/га аммиачной селитры и аммофоса, 100 кг/га калийных удобрений в соответствии с методическими рекомендациями ВНИИСХМ [9].

Почва – лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая, реакция среды – нейтральная, содержание гумуса 6,5 % (методом И.В. Тюрина), обеспеченность подвижным фосфором – средняя (100–130 мг/кг), подвижным калием – высокая 300–350 мг/кг (по Ф.В. Чирикову).

Численность микроорганизмов в ризосфере картофеля сортов Алена и Былина Сибири определяли на твердых питательных средах: МПА (мясо-пептонный агар) для сапротрофных бактерий, утилизирующих органические соединения азота, в том числе аммонификаторов; КАА (крахмало-аммиачный агар) для амилолитических микроорганизмов, потребляющих азот в минеральной форме, среда Мишустиной – для олигонитрофилов; среда Муромцева-Герретсена – для фосфатмобилизующих бактерий. Целлюлозоразлагающие микроорганизмы учитывали на среде Гетчинсона, нитрификаторы – на водном выщелоченном агаре с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты, микромицеты – на среде Чапека с добавлением молочной кислоты [10]. Для определения направленности почвенно-микробиологических процессов был рассчитан коэффициент минерализации – КАА/МПА и коэффициент иммобилизации – МПА/КАА [11]. Математическая обработка данных проводилась дисперсионным анализом по Б.А. Доспехову [12].

Вегетационный период 2022 г. характеризовался как недостаточно увлажненный, ГТК за май–август – 0,81. Июнь был недостаточно увлажненным (ГТК=0,98), с резкими перепадами дневных и ночных температур в третьей декаде месяца, поздними заморозками (24 июня). Наиболее значительные ливневые осадки выпали в конце июля, 28 и 29 июля, составляя 66 и 24 мм, в сумме за месяц выпало 116 мм, или 178,6 % от нормы. Август был засушливым, существенные осадки выпали 7 августа – 6 мм, 14 августа – 8 мм, 19 августа – 9 мм. В целом их недобор составил 78,2 % нормы при ГТК = 0,23.

Вегетационный период 2023 г. также был недостаточно увлажненным, ГТК за май–август – 0,80. Май характеризовался значительными перепадами ночной и дневной температур воздуха от –7,3° до 28,9 °С, в среднем за месяц выше нормы на 1,9 °С. Осадков в сумме выпало на 4 мм меньше многолетних значений, или 86 % от нормы (ГТК = 0,66). Среднесуточная температура июня была на уровне нормы, следует отметить значительные снижения температуры воздуха в ночное время – до 2,3 °С. Выпавшие осадки за сутки составляли от 0,6 до 3,7 мм, наиболее значительные 19 и 7 мм соответственно 27 и 28 июня, в среднем их недобор сос- тавил 10 мм, или 79 % от нормы (ГТК = 0,76). Июль в среднем был теплее на 3,2 °С в сравнении со среднемноголетними значениями (ГТК = 0,93). Температура воздуха в августе была на уровне нормы – 17 °С. Осадков выпало 46 мм, что ниже на 10 мм средних показателей (ГТК = 0,83).

Чередующиеся периоды засухи и увлажнения почвы в периоды вегетации растений, а также поздние заморозки обусловили колебания в численности микроорганизмов ризосферы картофеля.

Отбор почвы ризосферы картофеля проводили три раза в течение вегетации: в период бутонизация – цветение, налив клубней и перед уборкой культуры.

Результаты и их обсуждение. В засушливый период вегетации картофеля 2022 г. (24 июня и 26 июля) численность сапротрофных бактерий, разлагающих органические соединения азота, в ризосфере сорта Алена изменялась в зависимости от варианта опыта, составляя 13,7–183,1 млн КОЕ/г. После выпадения осад- ков в конце июля – августе под влиянием биопрепаратов она возросла по сравнению с контролем (12,5 млн КОЕ/г) в два и более раз. Аналогичные изменения происходили в ризосфере картофеля сорта Былина Сибири. В среднем за вегетацию превышение численности тестируемых бактерий по отношению к контролю в вариантах с биопрепаратами в ризосфере сорта Алена составило 21–51 %, сорта Былина Сибири – от 3 до 20 % (табл. 1). Доля влияния фактора сорта была существенной у сорта Былина Сибири, более 60 %.

Следует отметить невысокую численность микроорганизмов на КАА в первые сроки отбора ризосферы картофеля сорта Былина Сибири, что, видимо, связано с засушливыми условиями, а также с небольшим количеством сапро-трофной микрофлоры на МПА как поставщиков минерального азота (NН 3 ). В течение вегетации, по мере выпадения осадков, количество амилолитической микрофлоры возрастало.

Численность отдельных групп микроорганизмов и их соотношение в ризосфере картофеля, 2022 г. (n=3)

Таблица 1

Вариант	О CL О CL ф 1— 1— о CL 05 Ц C VO 2 05 о	¥ la l£S O I О о cl s < i	£ 1 l= -9-vo 2 о о os	1- s <   CL	о =Г 05 i 05 s   т m "&   05 о о о ? 2 Р“ ^ 05 о
Со			рт Алена
Контроль	14,6	18,1	0,81	1,24	26,5
Штамм 204	22,1	15,9	1,39	0,72	52,8
Штамм ПГ-5	20,8	15,3	1,36	0,74	49,0
Штамм 17-1	17,7	14,1	1,26	0,80	45,1
Штамм МФ-1	14,8	22,8	1,53	0,66	88,1
Среднее	18,0	17,24	1,27	0,83	52,3
Сорт Былина Сибири
Контроль	18,7	11,5	1,53	0,61	46,2
Штамм 204	18,9	17,4	1,09	0,92	39,2
Штамм ПГ-5	22,5	15,6	1,44	0,59	54,9
Штамм 17-1	19,3	12,6	1,53	0,65	48,8
Штамм МФ-1	15,6	10,4	1,50	0,67	39,0
Среднее	19,0	13,5	1,42	0,69	45,6
НСР 05 А*	7,8	4,7	0,23	0,21	21,7
НСР 05 В	12,3	7,4	0,36	0,33	34,4

Здесь и далее НСР 05 А – сорт; НСР 05 В – бактеризация.

Одним из важных показателей активности биологических процессов в почве является соотношение групп микроорганизмов, развивающихся на КАА и МПА. Увеличение этого соотношения свидетельствует о преобладании в почве процесса минерализации и интенсивном использовании азота почвы, а его снижение – об усилении гумификационных процессов [13]. Интенсивность микробиологических процессов трансформации азотсодержащих соединений в почве оценивали по коэффициентам минерализации (КАА/МПА) и иммобилизации (МПА/КАА) [11]. В среднем из трех определений за период вегетации культуры процесс минерализации органических азотсодержащих соединений наиболее активно протекал в контрольном вариан-

Таблица 2

Численность микроорганизмов в ризосфере сортов картофеля Алена и Былина Сибири в зависимости от обработки клубней биопрепаратами, 2022 г. (n=3)

Вариант	o’LU Яо 1- bi и s О	S’ 2 w j— 1 О e	S’ 2 05 05 ^ o' o ф	О о 1________	1- О § 2 2 о § ^ Ю s О 2
Сорт Алена
Контроль	99,2	95,7	56,4	21,8	227,6
Штамм 204	41,8	45,5	92,4	18,2	125,4
Штамм ПГ-5	50,4	47,3	119,0	23,8	134,0
Штамм 17-1	38,0	28,0	138,1	36,7	98,1
Штамм МФ-1	86,1	78,1	84,2	35,9	221,8
Среднее	63,1	58,9	98,0	27,3	161,4
Сорт Былина Сибири
Контроль	40,4	35,1	85,0	27,7	127,1
Штамм 204	48,3	35,7	68,0	26,4	122,6
Штамм ПГ-5	45,5	34,0	102,5	18,7	116,8
Штамм 17-1	26,8	29,9	98,0	23,4	87,8
Штамм МФ-1	29,1	40,9	83,2	28,2	92,3
Среднее	38,02	35,1	87,3	24,9	109,3
НСР 05 А	37,4	32,6	18,5	11,3	75,6
НСР 05 В	59,1	51,5	29,3	17,8	119,6

Наблюдения показали тенденцию уменьшения численности почвенных микромицетов в ризосфере картофеля под влиянием биопрепаратов в период бутонизации – начала цветения у сорта Алена, вариант 204, почти в два раза.

те сорта Алена, где по сравнению с сортом Былина Сибири был наиболее низкий коэффициент трансформации органического вещества Пм (Пм=МПА/КАА∙(МПА+КАА)), равный 26,5 (см. табл. 1).

Наиболее высокое суммарное количество микроорганизмов было в ризосфере сорта Алена на контроле и в варианте с применением биопрепарата МФ-1 (227,6 и 221,8 млн КОЕ/г). Общая численность микроорганизмов в ризосфере сорта Былина Сибири была ниже, составляя 87,8–127,1 млн КОЕ/г. В вариантах с применением биопрепаратов отмечалась тенденция снижения общей численности микроорганизмов ризосферы по обоим сортам (табл. 2).

Возможно, это повлияло в дальнейшем на снижение развития полезной культуры и получение прибавки урожая до 4,4 т/га. У сорта Былина Сибири низким количеством микромицетов вы- делился вариант МФ-1 (3,5 тыс. КОЕ/г) в период налива и роста клубней.

В условиях 2023 г. улучшение азотного питания растений картофеля и ризосферной микрофлоры за счет фиксации азота атмосферы корневыми диазотрофами и текущей нитрификации оказало положительное влияние на численность агрономически ценной биоты. Количество копиотрофов (микроорганизмов, учитываемых на МПА и КАА) увеличилось до 24 и 36 % у сорта Алена и до 36 и 32 % у сорта Былина Сибири соответственно по отношению к контролю (табл. 3). При этом доля влияния фактора применения бактериальных удобрений была более 27 и 40 % соответственно. В исследованиях польских ученых получена аналогичная закономерность роста биоты секретирующей амилазы при применении удобрений [14] .

Численность микроорганизмов на крахмало-аммиачном агаре связана с иммобилизацией подвижного азота (NH3). Коэффициент минерализации Кмин. (КАА/МПА) в течение всего периода вегетации был <1, что говорит о сниженной активности этого процесса в ризосфере. Коэффициент иммобилизации Киммоб. (МПА/КАА) варьировал от 1,3 до 2,1, что говорит о преимуществе процессов закрепления азота в микробной плазме (табл. 3). Сибирские почвы обладают высокой способностью к закреплению внесенного минерального азота, содействуя его сохранению и аккумуляции в зоне корневой системы. Реминерализация иммобилизированного азота позволяет более равномерно снабжать растения его усвояемыми формами [15].

На коэффициент трансформации органического вещества (Пм=(МПА+КАА)∙(МПА/КАА)) изучаемый агроприем наибольшее положительное влияние оказал в ризосфере сорта Алена и составил от 49,7 до 79,3 в вариантах применения биоудобрений при уровне на контроле 46,9. В ризосфере сорта Былина Сибири бактеризация семян оказала неоднозначное влияние на коэффициент Пм, в варианте применения штамма 17-1 отмечено наибольшее значение (71,7), при этом наблюдалась и тенденция снижения в варианте Шт 204 на 25 % по отношению к контролю.

Таблица 3

Вариант	fig О CL О О- ф 1— 1— о т а аз о	ф —- Но I&S о О о CL 2 S ьг < i	£ 1 5 —г со 1= 2 О О OS s	1- s s аз <   O. CD CD О I	2 Ю_ =r 05 5 CO S   T m "8- Q- co о 8-Я а« й о ° ЛЛ 2 £ 1 b ^ CD о
Сорт Алена
Контроль	18,8	13,4	1,61	0,74	46,9
Штамм 204	24,3	12,4	1,93	0,63	79,3
Штамм ПГ-5	25,6	13,5	1,92	0,52	75,1
Штамм 17-1	21,9	15,4	1,64	0,74	54,2
Штамм МФ-1	21,8	18,2	1,31	0,81	48,7
Среднее	22,5	14,6	1,6	0,6	60,8
Сорт Былина Сибири
Контроль	23,2	14,8	2,12	0,52	62,4
Штамм 204	19,7	14,3	1,44	0,71	47,0
Штамм ПГ-5	23,6	16,8	1,63	0,74	57,9
Штамм 17-1	28,7	19,6	1,64	0,63	71,7
Штамм МФ-1	24,9	17,9	1,51	0,71	60,6
Среднее	24,0	16,6	1,6	0,6	59,9
НСР 05 А	4,3	2,7	0,2	0,2	23,7
НСР 05 В	6,8	4,3	0,3	0,3	36,6

Численность отдельных групп микроорганизмов и их соотношения в ризосфере картофеля, 2023 г. (n=3)

В изучаемом микробном сообществе олигонитрофилы представляют собой наиболее распространенную группу биоты. Численность оли-гонитрофильной микрофлоры, обладающей способностью связывать небольшие количества молекулярного азота и играющей заметную роль в сохранении и пополнении запасов азота в почве, а также фосфатмобилизующих микроорганизмов, в большей степени реагировала на применение

изучаемого агроприема (предпосадочная бактеризация клубней биопрепаратами), увеличение составило до 121 и 69 % у сорта Алена и до 57 и 40 % у сорта Былина Сибири по отношению к контролю соответственно (табл. 4). Математическая обработка данных показала существенное влияние (57 %) фактора «сорт» на тестируемую группу микроорганизмов.

Таблица 4

Численность микроорганизмов в ризосфере сортов картофеля Алена и Былина Сибири в зависимости от обработки клубней биопрепаратами, 2023 г. (n=3)

Вариант	o’LU Яо 1- bi 11 s О	CD о I e	S’ 2 05 05 o' o о	О о 1________	o’-t LU 2 о ZE	CO      L_ w 9 щ о 1 VO CL 2 5
Сорт Алена
Контроль	32,6	32,4	113,5	20,3	0,80	97,4
Штамм 204	51,8	46,4	123,2	40,1	0,75	135,1
Штамм ПГ-5	42,7	39,8	135,7	14,8	0,90	121,7
Штамм 17-1	43,8	40,9	102,9	14,4	0,85	122,0
Штамм МФ-1	71,3	54,0	99,4	15,2	0,85	165,5
Среднее	48,4	42,7	114,9	20,9	0,83	128,3
Сорт Былина Сибири
Контроль	47,7	36,1	92,3	15,3	0,75	121,9
Штамм 204	54,1	41,1	126,1	21,7	1,90	129,2
Штамм ПГ-5	74,7	38,8	128,9	27,9	0,75	156,3
Штамм 17-1	73,6	58,9	118,0	19,8	0,75	180,9
Штамм МФ-1	60,6	47,3	117,2	18,6	0,40	150,8
Среднее	62,1	44,4	116,5	20,6	0,91	147,8
НСР 05 А	18,6	11,2	20,8	10,3	0,68	31,2
НСР 05 В	29,4	17,8	32,9	16,3	1,10	49,3

Почвенные микромицеты, нитрифицирующие бактерии, а также целлюлозоразрушающие микроорганизмы неоднозначно реагировали на применение бактеризации семян.

Микроскопические грибы в почве играют роль сапротрофов, редуцентов (разлагателей), симбионтов, их вклад в получение урожая огромен. Они участвуют в процессах разложения сложных органических соединений, вступают в симбиоз с растениями, вырабатывают пигменты, антибиотики, биологически активные соединения и формируют структуру почвы [16].

В наших исследованиях численность почвенных микромицетов в ризосфере картофеля сорта Алена при применении Штамма 204 возросла почти на 100 %, т.е. в 2 раза (вариант Штамм 204), в остальных вариантах отмечено снижение КОЕ микромицетов. В ризосфере сорта Былина Сибири наблюдалось стабильно стимулирующее воздействие агроприема на группу микромицетов, увеличение составило до 82 % (вариант Штамм ПГ-5) по отношению к контролю соответственно, доля влияния фактора «бактериальные удобрения» – 49 %. Литера-

тура по этому вопросу свидетельствует, что использование биологических средств не всегда оказывает однозначное воздействие на обсуждаемую группу микроорганизмов. Авторы исследований указывают как на ингибирующее, так и на стимулирующее действие изучаемого агроприема на развитие микромицетов [17, 18].

На количество нитрифицирующих бактерий в ризосфере сорта Алена агроприем существенного влияния не оказал, но и отрицательного также не выявлено. Однако в ризосфере сорта Былина Сибири отмечалось достоверное увеличение нитрификаторов в варианте Штамм 204 - на 153 % по отношению к контрольному варианту.

Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов ризосферы картофеля преимущественно увеличивалась при применении предпосадочной бактеризации клубней, в боль- шей степени от Штамма ПГ 5 - на 19 % у сорта Алена и на 39 % у сорта Былина Сибири, в остальных вариантах опыта также наблюдалась стимуляция роста тестируемой группы, но в меньшей степени.

В целом за период вегетации на общую (условно) численность ризосферной микрофлоры картофеля наибольшее положительное влияние оказало применение препаратов Штамм МФ-1 у сорта Алена, увеличение составило 70 %, Штамма 17-1 у сорта Былина Сибири, увеличение на 49 % по отношению к контролю, что связано с улучшением азотного питания растений и микроорганизмов за счет способности бактерий, входящих в биопрепарат, фиксировать атмосферный азот и переводить его в доступные формы (рис.).

0                                 50

200                            250

2022-2023 гг.

2023 г.

2022 г.

Суммарное количество микрофлоры в ризосфере сортов картофеля при бактеризации клубней биопрепаратами, 2022-2023 гг. (n=6)

Анализ изменения общей численности ризосферной микрофлоры в течение лет исследований показал преимущественно стимулирующее влияние бактериальных удобрений на состояние микробоценоза почвы под посадками картофеля. В годы наблюдений, в зависимости от применяемого биопрепарата, варианты опыта по заселенности микроорганизмами различались в большей или меньшей степени. Однако в среднем за 2022–2023 гг. оптимизация питания (ввиду фиксации диазотрофами азота атмосферы) повышала общую численность микробного пула практически в равной степени под картофелем сортов Алена и Былина Сибири, на 19 (вариант

МФ-1) и 26 % (Штамм ПГ-5) соответственно по отношению к неудобренному контролю. Наибольшим количеством колониеобразующих единиц микроорганизмов выделился контрольный вариант в 2022 г., составляя 227 млн КОЕ/г.

Заключение . Изучение микробного ценоза лугово-черноземной почвы показало, что предпосадочная инокуляция клубней картофеля сорта Алена биопрепаратом МФ-1 в наибольшей степени стимулировала рост ризосферной оли-гонитрофильной и фосфатмобилизующей микрофлоры до 121 и 69 %, а также почвенных микромицетов практически на 100 % при применении Штамма 204 по отношению к контролю.

В ризосфере сорта Былина Сибири прослеживалась аналогичная тенденция стимуляции роста олигонитрофилов и фосфатмобилизаторов при бактеризации клубней Штаммом ПГ-5 и 17-1, однако в несколько меньшей степени – на 57 и 40 %. Наблюдалось стабильно стимулирующее воздействие агроприема на группу мик-ромицетов, увеличение составило до 82 % (вариант Штамм ПГ-5) по отношению к контролю соответственно. Применение бактериальных удобрений повышало общую численность микробного населения практически в равной степени под посадками картофеля сорта Алена и Былина Сибири – на 19 (вариант МФ-1) и 26 % (Штамм ПГ-5) соответственно, что усиливало минерализацию растительных остатков и положительно повлияло на питательный режим почвы.