Влияние двойной инокуляции на симбиоз, азотфиксацию, продуктивность и качество семян сои

Система интенсивного сельскохозяйственного производства позволила , по оценкам Мирового банка , увеличить прирост сельхозпродукции на 7090%. Но интенсификация требует больших капита ловложений , использования в значительных объе мах пестицидов , удобрений и энергоносителей [1]. Однако в последнее время эта практика изменяется во многих странах мира .

Современное сельское хозяйство все больше заинтересовано в производстве экологически чис той продукции с наименьшими затратами и мини мальным риском для окружающей среды . Поэтому одним из приоритетных направлений развития че ловечества становится концепция « устойчивого сельского хозяйства », которая базируется на аль тернативных , экологически безопасных системах землепользования , способных наиболее эффективно использовать невозобновляемые и внутрихозяйст венные ресурсы , биологические циклы и контроли и улучшить качество жизни сельхозпроизводителей и всего общества в целом [2].

Отечественное земледелие , функционирующее в условиях резкого сокращения внесения мине ральных удобрений , весьма заинтересовано в ис пользовании альтернативных агротехнологий , по зволяющих получить дополнительные источники минерального питания растений . Это может быть достигнуто в результате применения биопрепара тов , повышающих симбиотическую азотфиксацию и улучшающих усвоение других макроэлементов бобовыми растениями .

В природных экосистемах бобовые культуры формируют ассоциации с грибами арбускулярной микоризы и ризобиями . Такие взаимодействия по лучили название тройного симбиоза . Имеются структурные сходства , общие гены в системах , кон тролирующих бобово - ризобиальный и арбускуляр - ный микоризный ( АМ ) симбиозы [3, 4].

Опытные данные отечественных и зарубежных ученых показывают положительное влияние двой ной инокуляции ризобиями и микоризой на продук тивность бобовых растений . Так , исследования Н . М . Лабутовой и др ., проведенные в полевых ус ловиях , показали , что двойная инокуляция растений сои клубеньковыми бактериями и эндомикориз - нымми грибами значительно повышала урожай ность и содержание белка в семенах , чем при моно инокуляции каждым препаратом отдельно [5].

Опытные данные V. Kawai и V. Yamamoto (1986) показали, что при инокуляции сои ризобиу- мом совместно с грибами АМ, растения лучше поглощали Р, Са, Мg. Двойная инокуляция повышала количество клубеньков, их сухую массу и нитрогеназную активность [6]. Аналогичные результаты были отмечены на горохе посевном [7].

Несмотря на активные исследования , потенциал бобово - ризобиального и АМ симбиозов в условиях ЦЧР изучен недостаточно .

Целью нашей работы явилось изучение влияния двойной инокуляции на формирование симбиотиче ской системы , фотосинтетических показателей , уровень симбиотической азотфиксации , урожай ность и качество семян сои .

Методика

Исследования были проведены в ГНУ ВНИ - ИЗБК в севообороте лаборатории генетики и мик робиологии в 2004–2006 гг . Объектом исследова ний была соя ( сорт Магева ).

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 влаго - емкость – 32,2–34,8%. Влажность устойчивого за вядания – 9,7% от объема почвы . Содержание гуму са 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 основа ниями – 78–94%; рН солевой вытяжки – 5,6–6,3.

Для инокуляции растений использовали био препарат ризоторфин на основе клубеньковых бак терий Rhizobium japonicum ( штамм 646 а ) и биопре парат на основе эндомикоризного гриба Glomus intraradices ( штамм 8), представляющий смесь суб страта с микоризированными корнями растения - хозяина ( ВНИИСХМ ). Перед посевом семена обра батывали ризоторфином , эндомикоризный гриб в количестве 300 кг / га вносили в почву при посеве . Схема полевого опыта включала следующие вари анты :

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

• 2.    Инокуляция Glomus;

• 3.    Инокуляция Rhizobium.

• 4.    Инокуляция Rhizobium + Glomus.

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

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

В ходе исследований изучали динамику форми рования симбиотического аппарата сои , нитроге назную активность клубеньков , количество актив ных клубеньков [8], динамику формирования пло щади листьев , фотосинтетического потенциала ( ФП ) чистой продуктивности фотосинтеза ( ЧПФ ) [9], содержание белка (N x 6,25), жира по Сокслету и урожайность семян сои .

Результаты и их обсуждение

Наши исследования показали , что при моно инокуляции гломусом повысились все показатели формирования симбиотического аппарата сои . Так , при внесении гломуса в почву число клубеньков и их масса возросли в 1,4 раза по сравнению с абсо лютным контролем , при этом нодуляция растений достигла 44,5% против 33,5%. Применение ризо - торфина обеспечило дальнейшее повышение всех показателей симбиотической системы сои ( табл . 1).

Таблица 1 – Показатели развития симбиотической системы сои ( в среднем за 2004–2006 гг .)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Нодуляция рас тений , %	33,5	44,5	80,9	94,5
Количество клу беньков , млн шт ./ га	2,2± 0,08	3,1± 0,09	4,9± 0,08	7,0± 0,08
Масса клубень ков , кг / га	50,9± 6,24	70,9± 8,19	171,7± 10,40	251,9± 11,21
Активность нит рогеназы , N2 мкг / раст ./ час	100,1	112,1	211,4	314,5

Численность клубеньков в варианте с клубень ковыми бактериями повысилась в 2,2, а их масса в 3,4 раза и нодуляция – в 2,4 раза были выше , чем в контрольном варианте .

Инокуляция растений азотфиксирующими и фосфатмобилизирующими микроорганизмами од новременно оказалась более эффективной , чем ка ждым препаратом отдельно . В среднем за 3 года полевых опытов число клубеньков в этом варианте составило 7,0 млн . шт ./ га , что в 3,2 раза больше , чем на контроле без инокуляции , нодуляция расте ний достигла 94,5%, а активность нитрогеназы бы ла максимальной – 314,5 N 2 мкг / раст ./ час .

Уровень развития симбиотического аппарата оказал положительное влияние на формирование всех фотосинтетических показателей деятельности посевов сои ( табл . 2).

При формировании фотосинтетических показателей прослеживается аналогичная закономерность. Моноинокуляция гломусом и ризоторфином обеспечивала увеличение площади листьев, фотосинтетического потенциала (ФП) и накопление абсолютно сухого вещества. Двойная инокуляция была также более эффективной. При совместном применении гломуса и ризоторфина была сформирована максимальная площадь листьев. В среднем за 3 года она составила 29,2 тыс. м2/га, что на 9,7 тыс. м2/га больше, чем на абсолютном контроле. ФП возрос на 0,34 млн. м2 дн./га, а ЧПФ – на 0,18 г/м2 дн. Накопление сухого вещества превысило контрольный вариант на 1,7 т/га. Применение биопрепаратов на сое оказали положительное влияние на биологическую фиксацию, общее потребление азота растениями сои.

Таблица 2 – Показатели фотосинтетической деятельности посевов сои ( в среднем за 2004–2006 гг .)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Максимальная площадь листь ев , тыс . м 2/ га	19,5± 1,20	24,1± 1,48	25,5± 1,04	29,2± 1,36
ФСП , млн . м 2	1,21±	1,29±	1,38±	1,55±
дн ./ га	0,05	0,04	0,05	0,05
ЧПФ , г / м 2 дн .	4,25± 0,25	4,26± 0,28	4,32± 0,26	4,43± 0,25
Накопление	5,00±	5,44±	5,86±	6,70±
АСВ , т / га	0,39	0,41	0,40	0,43

Раздельное применение гломуса и ризоторфина обеспечили повышение как общего потребления , так и биологического азота соей . Так , при внесении гломуса общий вынос азота возрос на 9 кг / га , а доля биологического азота в общем урожае с 26% увели чилась до 31%. В варианте с ризоторфином общий вынос азота был на 38 кг / га больше , а доля симбио тического азота возросла на 13% и составила 71 кг / га против 33 кг / га на контроле ( табл . 3).

Таблица 3 – Эффективность симбиотической азотфиксации сои ( в среднем за 2004-2006 гг .)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Потребление азота , кг / га всего	126	135	164	208
В т . ч . биологиче ского	33	42	71	115
Доля биологическо го азота в формиро вании урожая , %	26	31	43	55

Двойная инокуляция гломусом и ризоторфином увеличила общее потребление азота в 1,6, а сим биотически фиксированного – 3,5 раза и его доля составила 55%.

Действие биопрепаратов положительно отрази лось на урожайности и качестве семян сои . Наибо лее высокий урожай семян был получен в варианте с одновременным применением микоризы и ризо - торфина . В среднем за 3 года с каждого гектара по сева было получено по 19,2 ц семян сои ( табл . 4).

Таблица 4 – Влияние биопрепаратов на урожайность и качество семян сои (в среднем за 2004-2006 гг.)

Показатели	Варианты
	1	2	3	4
Урожайность , ц / га	11,9± 1,09	12,5± 1,11	15,1± 1,16	19,2± 1,21
Содержание белка , %	39,3	39,6	40,6	41,5
Содержание жира , %	17,9	17,8	17,6	17,4
Сумма жира и белка , %	57,2	57,4	58,2	58,9

Содержание белка в семенах сои в этом вариан те было максимальное – 41,5% , что на 2,3% выше , чем на контроле . При моноинокуляции микоризой сбор семян был практически на уровне контрольно го варианта , а белковистость семян изменилась не значительно . Применение ризоторфина обеспечило повышение урожайности на 3,2 ц / га , а содержание белка в семенах возросло на 1,3%. Между содержа нием жира и белка существует отрицательная кор реляция , поэтому повышение белковистости семян сои сопровождалось незначительным снижением жира .

Максимальное его содержание было отмечено в варианте абсолютного контроля – 17,9%, а при ис пользовании биопрепаратов оно снизилось на 0,10,5%. Однако в целом биопрепараты положительно повлияли на суммарное содержание белка и жира . Оно возросло на 0,2-1,7%.

Главным критерием продуктивности сои явля ется сбор белка и жира с единицы площади .

Результаты наших исследований показали , что сбор белка в вариантах с раздельным применением микоризы и ризоторфина составил соответственно 495 и 613 кг / га , то есть он был на 27-145 кг / га вы ше , чем на контроле ( рис .1).

Суммарный сбор жира и белка в этих вариантах составил , соответственно , 718 и 879 кг / га жира . Двойная инокуляция повысила сбор с 1 га посева на 121, а белка на 324 кг .

• 1.    Контроль ( без инокуляции );

• 2.    Инокуляция Glomus;

• 3.    Инокуляция Rhizobium.

• 4.    Инокуляция Rhizobium + Glomus.