Омский государственный аграрный университет
Россия
Омский государственный аграрный университет
УДК 631.559 Урожайность
УДК 635.655 Соя. Glycine hispida Max.
Цель исследования – оценить влияние предпосевной бактеризации семян сои штаммами биопрепарата «Ризоторфин» на агрохимические и биологические свойства ризосферы. Исследование проводили в условиях южной лесостепи Западной Сибири. Объект исследования – новые сорта селекции Омского аграрного научного центра – Сибириада и Сибириада 20. Почва опытного участка лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 6,5 %. Изучение микробного пула лугово-черноземной почвы проведено в полевом опыте с целью оценки влияния предпосевной бактеризации семян на агрохимические и биологические свойства ризосферы сои. В прикорневой зоне определяли содержание азота нитратов (N-NO3), численность агрономически значимых групп микроорганизмов, направленность почвенно-микробиологических процессов. На фоне применения микробиологических препаратов количество азота нитратов существенно не изменялось. Представлены изменения амилолитической и сапротрофной микрофлоры, отражающей направленность почвенно-микробиологических процессов в ризосфере сортов сои, где преобладающими были иммобилизационные. Инокуляция семян сои сорта Сибириада 20 «Ризоторфином» способствовала активации процесса трансформации органического вещества почвы, коэффициент трансформации варьировал от 61,0 до 132,7, достигая максимальных значений при применении штамма ВР 835. В прикорневой зоне наблюдалось существенное увеличение сапротрофной микрофлоры у сорта Сибириада 20 при бактеризации семян «Ризоторфином», штамм 634 (72 % к контролю). Микроорганизмы тестируемой группы в ризосфере сорта Сибириада испытывали депрессию при интродукции штаммов симбиотических азотфиксаторов в почву, снижение составило 32 и 63 % к контролю, что может быть связано с генотипическими особенностями сортов. Активность амилолитических микроорганизмов изменялась с аналогичной сапротрофным бактериям тенденцией. Наибольшая эффективность действия инокуляции на урожайность зерна сои была отмечена в 2022 г. В острозасушливых условиях 2023 г. выявлено достоверное влияние фактора бактеризации на продуктивность культуры. Наиболее эффективным для сорта Сибириада был штамм ВР 634 (+0,44 т/га), для сорта Сибириада 20 – штамм ВР 835 (+0,42 т/га).
соя, нитратный азот, почвенные микроорганизмы, инокуляция, урожайность
Введение. В связи с поиском путей увеличения растениеводческой продукции при одновременном снижении доз минеральных удобрений и улучшения экологической обстановки возрос интерес к препаратам, созданным на основе высокоэффективных штаммов микроорганизмов, применяемых для инокуляции семян сельскохозяйственных культур [1].
Создание сортов полевых культур с повышенной отзывчивостью к симбиотической азотфиксации открывает перспективы получения более высокого урожая с экологически чистой, высокого качества продукцией [2].
Экологизация и биологизация современного земледелия в рамках влияния бобовых растений, в т. ч. сои, на плодородие почвы затрагивает целый комплекс вопросов: оптимизация содержания гумуса и питательного режима почвы, ее агрохимические и агрофизические свойства, биологическая активность и направленность процессов минерализации и иммобилизации [3].
Биологическую активность почвы, имеющую огромное экологическое значение, можно оценить при симбиозе бобовых культур с клубеньковыми бактериями, что является одной из уникальных и эффективных растительно-микробных природных систем, осуществляющих процесс [4, 5]. За счет их взаимодействия в почве накапливается лабильное органическое вещество при разложении пожнивно-корневых остатков, формируется эффективное плодородие почвы [6].
Цель исследования – оценить влияние предпосевной бактеризации семян сои штаммами биопрепарата «Ризоторфин» на агрохимические и биологические свойства ризосферы.
Объекты и методы. Исследования проводили в 2022–2023 гг. на опытном поле ФГБНУ «Омский АНЦ» в условиях южной лесостепи Западной Сибири. Почва опытного участка – лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая, реакция среды – нейтральная. Объект исследования – сорта сои Сибириада и Сибириада 20.
Сорт Сибириада включен в Госреестр по Центральному (3), Западно-Сибирскому (10) и Восточно-Сибирскому (11) регионам. Сорт Сибириада 20 включен в Госреестр по Центральному (3), Волго-Вятскому (4), Средневолжскому (7), Уральскому (9), Западно-Сибирскому (10), Восточно-Сибирскому (11) регионам. Сорта устойчивы к засухе, бактериозу, фузариозу, аскохитозу и серой гнили; скороспелые, высокопродуктивные, с высоким содержанием в зерне белка и жира.
Бактеризацию семян проводили в день посева инокулянтом «Ризоторфин» (Rhizobium japonicum), штаммы 634, 835, без попадания солнечного света. Биопрепарат представляет собой увлажненную сыпучую массу твердофазного субстрата, насыщенную клубеньковыми бактериями, которые, проникая в корни, образуют клубеньки, вступают в симбиоз с растением, фиксируя молекулярный азот из воздуха.
Погодные условия, сложившиеся в годы исследования, подтверждают резкую континентальность климата Омской области. Условия вегетационного периода 2022 г. характеризовались повышенными значениями температуры воздуха и крайне неравномерным поступлением осадков, ГТК составил 1,02 (слабозасушливые условия). Также был недостаточно увлажненным 2023 г., ГТК за май – август был равен 0,80.
В основные фазы развития сои были отобраны свежие почвенные образцы, в которых определялся азот нитратов дисульфофеноловым методом по Грандваль-Ляжу [7].
Численность почвенных микроорганизмов в ризосфере сортов сои определяли на твердых питательных средах: МПА (мясопептонный агар) для сапротрофных бактерий, утилизирующих органические соединения азота, в т. ч. аммонификаторов; КАА (крахмало-аммиачный агар) для амилолитических микроорганизмов, потребляющих азот в минеральной форме [8].
Интенсивность микробиологических процессов трансформации азотсодержащих соединений в почве оценивали по коэффициентам минерализации (КАА/МПА) и иммобилизации (МПА/КАА) [9].
Результаты и их обсуждение. В автоморфных почвах Западной Сибири азот нитратов – основной источник доступного для растений азота. Поступившие в растения минеральные формы проходят сложный цикл превращения, в конечном итоге включаясь в состав органических азотистых соединений – аминокислот, амидов и, наконец, белка [10].
Наблюдения за динамикой в ризосфере макроэлементов показали, что в условиях 2022 г. содержание N-NO3 в ризосфере сортов сои было на уровне контрольного варианта (13,6–15,7 мг/кг) и характеризовалось, согласно шкале обеспеченности почвы азотом нитратов Г.П Гамзикова (2013), как низкое и среднее (табл. 1).
Таблица 1
Содержание нитратного азота (N-NO3) в ризосфере сортов сои
при инокуляции семян (2022–2023 гг.)
|
Вариант |
Содержание N-NO3, мг/кг абс. сух. почвы |
|
|
2022 г. |
2023 г. |
|
|
Сибириада |
||
|
Контроль |
15,7 |
18,0 |
|
Ризоторфин ВР 634 |
14,3 |
17,2 |
|
Ризоторфин ВР 835 |
15,3 |
17,9 |
|
Сибириада 20 |
||
|
Контроль |
15,5 |
18,2 |
|
Ризоторфин ВР 634 |
15,7 |
18,5 |
|
Ризоторфин ВР 835 |
13,6 |
19,7 |
В условиях вегетационного периода 2023 г., за счет прошедших дождей и создания оптимальных условий для роста растений и протекания нитрификационных почвенных процессов, во всех вариантах опыта содержание N-NO3 в ризосфере сои было на среднем уровне.
Содержание подвижных форм фосфора в ризосфере исследуемых сортов характеризовалось как высокое, согласно шкале обеспеченности Р2O5 по Францесону, и не зависело от применяемого биопрепарата и штамма (табл. 2).
Таблица 2
Содержание подвижного фосфора (Р2O5) в ризосфере сортов сои
при инокуляции семян (2022–2023 гг.)
|
Вариант |
Содержание (Р2O5), мг/кг абс. сух. почвы |
|
|
2022 г. |
2023 г. |
|
|
Сибириада |
||
|
Контроль |
21,6 |
29,0 |
|
Ризоторфин ВР 634 |
24,5 |
28,4 |
|
Ризоторфин ВР 835 |
24,8 |
24,6 |
|
Сибириада 20 |
||
|
Контроль |
27,1 |
30,1 |
|
Ризоторфин ВР 634 |
24,5 |
31,7 |
|
Ризоторфин ВР 835 |
26,9 |
29,3 |
Численность микрофлоры обладает динамичностью, которая наблюдается не только в течение вегетационного периода, но и небольших отрезков времени, что является следствием изменений гидротермических условий, обработки почвы, состояния растительного покрова, внесения удобрений и других факторов [11].
В 2022 г. в ризосфере сортов сои численность бактерий, разлагающих органические азотсодержащие соединения на МПА, варьировала незначительно и была на уровне контрольного варианта (19,6–23,8 КОЕ/г). Предпосевная инокуляция семян не оказала существенного влияния на их численность (рис. 1).
|
Сибириада К Сибириада ВР 634 Сибириада ВР 835 Сибириада 20 К Сибириада 20 ВР 634 Сибириада 20 ВР 835 |
Рис. 1. Влияние инокуляции на численность сапротрофной микрофлоры
ризосферы сои, млн КОЕ/г
В 2023 г. отмечено достоверное (72 % относительно контроля) увеличение сапротрофной микрофлоры в ризосфере сорта Сибириада 20 при бактеризации семян штаммом «Ризоторфина» 634. Обогащение почвы дополнительным азотом симбиотической азотфиксации при применении штамма 835 способствовало активации микроорганизмов, произрастающих на мясо-пептонном агаре в ризосфере этого же сорта, практически в 2 раза по отношению к контролю. В ризосфере сорта Сибириада наблюдалась обратная тенденция, отмечено снижение численности протеолитической группы микрофлоры на 32 и 36 % относительно варианта без обработки инокулянтом. Подобное может быть обусловлено генотипическими особенностями сортов. Таким образом, подтвердилось мнение, что для установления эффективных симбиотических взаимоотношений между растениями и микроорганизмами необходим тщательный отбор соответствующего штамма не только к культуре, но и к сорту [12, 13].
Активность микроорганизмов, продуцирующих амилазу (произрастающих на КАА), в 2022 г. существенно не изменялась в зависимости от применения штаммов бактериального препарата, варьируя в пределах 12,2–16,7 КОЕ/г. В ризосфере сорта Сибириада 20 наблюдалась тенденция роста определяемой группы микроорганизмов при инокуляции – на 14–33 % по отношению к контролю (рис. 2).
Рис. 2. Влияние инокуляции на численность амилолитической микрофлоры,
в т. ч. актиномицетов, в ризосфере сортов сои, млн КОЕ/г
Как и у протеолитической микрофлоры, в условиях 2023 г. прикорневая амилолитическая микрофлора сорта Сибириада имела тенденцию к снижению относительно контроля, тогда как у более засухоустойчивого сорта Сибириада 20 активность ее возросла на 14–33 %.
Содержание в почве питательных веществ и условия азотного питания растений определяют непрерывно идущие процессы минерализации – иммобилизации азота.
Используя выявленное обилие бактерий на МПА и КАА, рассчитали коэффициенты иммобилизации (МПА/КАА) и минерализации (КАА/МПА), представленные в таблице 3. Это показатель, характеризующий интенсивность микробного разложения органического вещества в почве, коэффициент потенциальной микробиологической трансформации органики в запасы гумуса (Пм).
В периоды вегетации минерализационные процессы в ризосфере сортов сои протекали менее интенсивно, чем иммобилизационные. Предпосевная бактеризация семян несколько снижала активность процессов закрепления азота в ризосфере в первый год проведения исследования. В стрессовых условиях 2023 г. при внесении дополнительного источника азота (штамм ВР 634 у сорта Сибириада и штамм ВР 835 у Сибириада 20) происходило наибольшее закрепление азота в плазме микроорганизмов, что способствовало сокращению потерь азота из почвы. Наибольший коэффициент трансформации органического вещества – 132,7 был отмечен в 2023 г. при инокуляции семян сои Сибириада 20 штаммом ВР 835.
Таблица 3
Влияние приема инокуляции семян сои «Ризоторфином» на направленность
почвенно-микробиологических процессов в ризосфере (n = 6)
|
Вариант |
МПА/КАА |
КАА/МПА |
Пм |
|||
|
2022 г. |
2023 г. |
2022 г. |
2023 г. |
2022 г. |
2023 г. |
|
|
Сибириада |
||||||
|
Контроль |
2,16 |
1,73 |
0,66 |
0,58 |
79,3 |
82,6 |
|
Штамм ВР 634 |
1,34 |
1,87 |
0,75 |
0,53 |
56,4 |
67,1 |
|
Штамм ВР 835 |
1,60 |
1,69 |
0,62 |
0,59 |
50,9 |
61,0 |
|
Сибириада 20 |
||||||
|
Контроль |
1,70 |
1,70 |
0,59 |
0,59 |
60,2 |
70,2 |
|
Штамм ВР 634 |
1,56 |
1,87 |
0,64 |
0,54 |
61,0 |
93,8 |
|
Штамм ВР 835 |
1,39 |
2,10 |
0,72 |
0,48 |
50,9 |
132,7 |
Формирование высокого урожая сои достигается научно обоснованным взаимосвязанным комплексом приемов, объединяющихся в целостную технологию возделывания [14].
Коллегами из Института масличных культур показано, что при инокуляции семян различными штаммами клубеньковых бактерий развитие культуры значительно лучше, чем на контроле [15]. Исследованиями Н.В. Парахина с соавторами установлено увеличение урожайности зерна сои при бобово-ризобиальном симбиозе [16].
Наиболее высокая урожайность зерна сои в среднем по опыту была отмечена у сорта Сибириада 20 – 3,94 т/га, следует отметить, что наиболее эффективным оказался штамм ВР 835. На урожайность сорта Сибириада влияние оказал штамм ВР 634, обеспечив прибавку урожайности на 0,44 т/га (табл. 4).
Таблица 4
Урожайность зерна сортов сои при бактеризации семян «Ризоторфином», т/га (2022–2023 гг.)
|
Вариант |
Урожайность |
Прибавка |
|
Сибириада |
||
|
Контроль |
3,45 |
|
|
Штамм ВР 634 |
3,89 |
+0,44 |
|
Штамм ВР 835 |
3,72 |
+0,27 |
|
Сибириада 20 |
||
|
Контроль |
3,52 |
|
|
Штамм ВР 634 |
3,69 |
+0,17 |
|
Штамм ВР 835 |
3,94 |
+0,42 |
|
В среднем |
3,70 |
+0,33 |
|
НСР05 |
0,33 |
|
Анализ урожайности зерна по вариантам опыта в среднем за 2 года показал, что наиболее эффективным штаммом для сорта Сибириада был штамм ВР 634 (+ 0,44 т/га), для сорта Сибириада 20 – штамм ВР 835 (+ 0,42 т/га).
Заключение. Важнейшим фактором эффективности симбиотического взаимодействия является отзывчивость растений на инокуляцию микробиологическими препаратами.
Изучение агрохимических свойств лугово-черноземной почвы при инокуляции семян сои «Ризоторфином» показало, что существенных изменений количества нитратного азота не происходило.
В большей степени воздействие бактеризации отмечено на биологические свойства ризосферы. Наблюдалось достоверное (72 % относительно контроля) увеличение сапротрофной микрофлоры в ризосфере сорта Сибириада 20 при бактеризации семян штаммом «Ризоторфина» 634. Однако присутствовала и обратная тенденция развития прикорневой микрофлоры у сорта Сибириада, а именно снижение на 32 и 63 % по сравнению с неудобренным контролем, что может быть связано с генотипическими особенностями сортов. Активность амилолитических микроорганизмов изменялась с аналогичной сапротрофным бактериям тенденцией, увеличиваясь при применении агроприема в ризосфере сорта Сибириада 20, у сорта Сибириада происходил спад численности тестируемой группы в вариантах опыта с микробными препаратами. Величина Пм свидетельствует о балансе между разложением органических остатков и синтезом органического вещества почвы. Предпосевная инокуляция семян сорта Сибириада 20 усиливала процесс трансформации органического вещества (Пм) на 13–18,9 %. В острозасушливых условиях 2023 г. обработка препаратами не выявила достоверного изменения показателя. Анализ данных в среднем за 2 года показал, что наиболее эффективным штаммом для сорта Сибириада был штамм ВР 634 (+0,44 т/га), для сорта Сибириада 20 – штамм ВР 835 (+0,42 т/га).
1. Эффективность азотфиксирующего симбиоза гуара (Cyamopsis tetragonoloba) со штаммами Bradyrhizobium retamae RCAM05275 и Ensifer aridi RCAM05276 в вегетационном опыте / П.С. Ульянич [и др.] // Сельскохозяйственная биология. 2022. Т. 57, № 3. С. 555–565. DOI:https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.3.555rus. EDN GTAQDV.
2. Эффективность препаратов ассоциативных азотфиксаторов при инокуляции семян различных сортов ячменя в условиях юга Западной Сибири / А.М. Стрелецкий [и др.] // Плодородие. 2018. № 4 (103). С. 49–52. EDN YCMYRV.
3. Оценка действия бактеризации семян на биологическую активность почвы в ризосфере сои / А.А. Вейнбендер [и др.] // Экологические чтения-2022: мат-лы ХIII Нац. науч.-практ. конф. (с междунар. участием) (Омск, 9 июня 2022 г.) / Омский гос. аграр. ун-т им. П.А. Столыпина. Омск, 2022. С. 120–123. EDN RTPJRV.
4. Grews T.E., Peoples M.B. Can the synchrony of nitrogen supply and crop demand be improved in legume and fertilizer – based agroecosystems // Nutrient Cyclyngin in Agroecosystems. 2005. V. 72. P. 101–120.
5. Biological nitrogen fixation by food legumes. Food legumes for nutritional security and sustainable agriculture / M.B. Peoples [et al.] // Proc. 4-th. Inter. Food Legumes Research Conf. New Dehli. 2008. P. 28–41.
6. Завалин А.А., Соколов О.А., Шмырева Н.Я. Экология азотфиксации. Саратов: Амирит, 2019. 252 с. EDN NFFWSG.
7. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
8. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии учеб. пособие для вузов / под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. 256 с.
9. Муха В.Д. О показателях, отражающих интенсивность и направленность почвенных процессов // Сб. науч. тр. / Харьковский с.-х. ин-т. Харьков, 1980. Т. 273. С. 13–16.
10. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука, 1981. 267 с.
11. Клевенская И.Л., Гантимурова Н.И. Микробные ассоциации почв ряда биогеоценозов Барабинской низменности // Микробные ассоциации и их функционирование в почвах Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1979. С. 22–60.
12. Исследование эффективности штаммов ассоциативных ризобактерий в посевах различных видов растений / Г.А. Воробейков [и др.] // Известия Российского ГПУ им. А.И. Герцена. 2011. № 141. С. 114–121.
13. Микробиологическая активность лугово-черноземной почвы в зависимости от агроэкологических условий выращивания различных генотипов яровой мягкой пшеницы при инокуляции ассоциативными диазотрофами / А.Д. Аужанова [и др.] // Омский научный вестник. 2014. № 2 (134). С. 235–239. EDN TEGAKF.
14. Соя в России – действительность и возможность / В.М. Лукомец [и др.] // Посiбник українского хлiбороба: науково-практичний збiзник. Т. 2. Вiнниця: Їнститут рослинництва їм. В.Я. Юрева, 2013. С. 241–256. EDN UQYASQ.
15. Тильба В.А., Тишков Н.М., Шкарупа М.В. Особенности формирования симбиотического аппарата у среднеспелых сортов сои на выщелоченном черноземе Краснодарс¬кого края // Масличные культуры: науч.-техн. бюл. Всерос. науч.-исслед. ин-та масличных культур. 2017. Вып. 4 (172). С. 72–78.
16. Роль биопрепаратов в повышении симбиоза и продуктивности фасоли / Н.В. Парахин [и др.] // Вестник аграрной науки. 2008. Вып. 13, № 4. С. 2–4.
