Россия
Россия
УДК 635.21 Картофель. Solanum tuberosum L.
Цель исследования – изучить качественный и количественный состав микробного ценоза чернозема выщелоченного при возделывании картофеля с использованием микробиологических препаратов в условиях Приобской зоны Алтайского края. На опытном поле Алтайского ГАУ в 2017–2019 гг. в мелкоделяночном опыте площадью 108 м2 в трех повторениях изучено действие предпосадочной инокуляции клубней картофеля сортов Розара и Гала активными штаммами азотфиксирующих бактерий («Ризоагрин», «Мобилин» и штамм 2П-5) на микробиологическую активность и урожайность. Площадь под каждым сортом составляла 54 м2, площадь учетной делянки каждого варианта – 8,4 м2. Расположение делянок рендомизированное. Участок расположен в условиях умеренно засушливой и колочной степи. Почва – чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный среднесуглинистый. Содержание гумуса – 3,51 %. Посадку проводили в середине мая на глубину 8–10 см по схеме 30 × 70 см. Перед посадкой клубни инокулировали бактериальными препаратами «Ризоагрин», «Мобилин» и 2П-5 рекомендованными дозами. Контролем служил ва¬риант без инокуляции. Препараты на основе штаммов бактерий повысили общую численность микробного ценоза в 1,3–1,8 раза, подавили развитие грибов в фазу цветения в 1,1–1,3 раза, повысили активность целлюлозолитических бактерий в 1,4–2,0 раза и увеличили процессы минерализации. Наибольшая микробиологическая активность чернозема выщелоченного проявилась при использовании «Мобилина» для обработки клубней перед посадкой. Численность микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота, и общая биогенность почвы в прикорневой зоне картофеля как при весеннем отборе, так и в фазу цветения и уборки зависят от взаимодействия факторов – препарат × год. А численность грибов в фазу цветения на 59,17 % зависит от действия биопрепаратов. Урожайность картофеля тесно коррелировала с численностью почвенной микрофлоры во все фазы развития культуры (r = 0,89–0,99) и имела тесную отрицательную коррелятивную связь с численностью грибов (r = –0,31…–0,99).
биологическая активность, чернозем выщелоченный, микробиологические препараты, картофель, урожайность, микробный ценоз
Введение. Биологическая активность почвы является важным показателем ее плодородия. Чем выше численность полезного микробного комплекса, количество выделяемых ими ферментов, степень разложения целлюлозы в пожнивных остатках, количество выделяемого углекислого газа из почвы и др., тем почва более плодородная, тем активнее в ней идут микробиологические процессы по созданию доступных для растений элементов питания и гумуса. На активность микрофлоры влияют факторы, которыми человек может управлять, повышая или понижая активность микроорганизмов. В первую очередь это питание, увлажнение, рН, воздушный режим [1]. Одним из важных факторов является обработка почвы и средства химизации. Например, в лугово-черноземной почве Омской области минимальная обработка почвы по сравнению с вспашкой способствовала повышению микробного ценоза на 68,5 %, а комплексная химизация увеличивала количество нитрификаторов [2].
В последние десятилетия многие страны мира, и Россия в том числе, переходят на органическое земледелие, заменяя или дополняя агрохимикаты биологическими препаратами, в основе действия которых лежат полезные микроорганизмы. Замена химических методов с использованием минеральных удобрений и пестицидов разного назначения на биологические имеет ряд преимуществ. Это снижение токсичной нагрузки на почвы, микрофлору, полезную фауну, воспроизводство почвенного плодородия, уменьшение производственных затрат, так как биопрепараты значительно дешевле химических препаратов, и получение полезной безопасной продукции [3, 4].
Кроме того, большинство применяемых биологических препаратов выполняют целый ряд полезных функций для растений, обладая комплексом важных для них свойств. Они регулируют и ускоряют рост и развитие растений, обеспечивают минеральными элементами питания, обладая минерализующей или фиксирующей активностью, обеспечивают защиту от заболеваний, вызываемых патогенными микроорганизмами, повышают иммунитет растений, устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Поэтому нет необходимости вносить высокие дозы минеральных удобрений, дополнительно применять ядохимикаты для защиты от болезней и вредителей. Эту функцию берут на себя микроорганизмы в составе препаратов [3–6].
Картофель является важнейшей продовольственной и технической культурой, состав которой отличается оптимальным соотношением в клубнях органических и минеральных веществ, необходимых человеку, богат витамином С [7]. И может возделываться для переработки на чипсы, фри, хрустящий картофель [8]. Современные сорта картофеля обладают высоким потенциалом продуктивности, который достигает 80 т/га и выше, а на самом деле урожайность не выше 25 т/га [9], но причиной низкой урожайности в производстве часто является неправильно выбранные или невыдержанные технологические операции, низкая оснащенность современной техникой, а также неблагоприятные природные условия. Внедрение новых технологий с использованием биопрепаратов позволит повысить урожайность картофеля.
В литературе имеется много сведений о применении биопрепаратов для увеличения урожайности многих культурных растений. Эффективность их достаточно высокая. Например, препараты, созданные во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, увеличивают урожайность на 20–50 % и более [10]. Эти препараты содержат в своем составе азотфиксирующие бактерии, обладающие комплексным воздействием на растения. Многие авторы признают положительную роль микробных препаратов в увеличении полезной микрофлоры в различных типах почв [11–15], однако препаратов в настоящее время достаточно много и в конкретных условиях они ведут себя неодинаково, поэтому изучение их влияния на почвенную микробиоту всегда актуально.
Цель исследования – изучить качественный и количественный состав микробного ценоза чернозема выщелоченного при возделывании картофеля с использованием микробиологических препаратов в условиях Приобской зоны Алтайского края.
Объекты и методы. В мелкоделяночном опыте площадью 108 м2 в трех повторениях в 2017–2019 гг. изучали действие биопрепаратов, содержащих чистые культуры бактерий, на сортах картофеля Розара и Гала. Площадь под каждым сортом составляла 54 м2, площадь учетной делянки каждого варианта 8,4 м2. Расположение делянок рендомизированное. Участок расположен в условиях умеренно засушливой и колочной степи на учебно-опытном поле Алтайского ГАУ. Почва – чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный среднесуглинистый. Содержание гумуса – 3,51 %. Обеспеченность нитратным (1,43 мг/100 г) и аммонийным азотом (0,96 мг/100 г) низкая; подвижным фосфором и обменным калием, определяемая методом Чирикова, высокая (22,46 и 16,50 мг/100 г почвы соответственно) [16]. Посадку проводили в середине мая на глубину 8–10 см по схеме 30 × 70 см. Перед посадкой клубни инокулировали бактериальными препаратами: «Ризоагрин», «Мобилин» и 2П-5 рекомендованными дозами [10]. Контролем служил вариант без инокуляции.
Препарат «Ризоагрин» содержит в своем составе чистую культуру бактерий Agrobacterium radiobacter, «Мобилин» – Klebsiella mobilis, 2П-5 – бактерии Pseudomonas sp. Препараты были переданы нам для исследования в Географической сети испытаний коллегами из Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии.
В опыте использовали одни и те же биопрепараты, поэтому микробиологический анализ мы проводили на смешанных образцах почвы, отобранных в ризосфере обоих сортов с глубины 0–20 см в гребне около гнезда с картофелем три раза за сезон: в фазу всходов, цветения и перед уборкой.
Проведение опыта и математическая обработка результатов исследования осуществлялись согласно методике Б.А. Доспехова [17].
Биологическую активность почв изучали по численности разных групп микроорганизмов, растущих на МПА, КАА и среде Чапека, по степени разложения льняного полотна [18]. Глубинный посев на питательные среды МПА и КАА проводили из разведения (10-6), на среду Чапека – из (10-3). Микробиологический анализ проводили на смешанных образцах почвы под обоими сортами, отобранных в ризосфере с глубины 0–20 см около гнезда с картофелем три раза за сезон.
Погодные условия лет исследования различались по водному и температурному режимам. При среднемноголетнем гидротермическом
коэффициенте (ГТК) за май – июнь, равном 1,15, и ГТК за май – август (ГТК2), равном 1,05, наиболее благоприятным для возделывания картофеля был вегетационный период 2018 г., где отмечалось достаточно высокое выпадение осадков. В 2017 г. ГТК за май – июнь составил 1,09; за май – август – 1,46. Вегетационный период 2018 г. был увлажненный, особенно в первой половине вегетации – ГТК1 составил 2,23, а за май – август – 1,18. В 2019 г. ГТК за май-июнь – 0,89, за май – август – 0,74. Это повлияло не только на развитие картофеля, но и на активность зимогенной микрофлоры в агроценозе.
Результаты и их обсуждение. Ранее нами установлено повышение урожайности и качества клубней картофеля сортов Розара и Гала от инокуляции биопрепаратами корневых диазоторофов, более высокие прибавки отмечены при бинарном сочетании диазотрофов с микоризой [19].
Первый отбор образцов почвы проводили в фазу всходов картофеля. Результаты микробиологического анализа в этот период показали довольно сходные значения по годам и вариантам опыта. В исследуемые годы наибольшая численность микробного сообщества отмечалась в 2018 г. при достаточной влажности почвы. В среднем за три года на всех делянках колебания общей биогенности составили от 20,654 млн до 26,743 млн КОЕ/г почвы (табл. 1). Установлено, что на численность всех групп микроорганизмов и их общую биогенность в фазу всходов в большей степени оказало влияние взаимодействие факторов АВ (год × препарат). Доля влияния составила 59,16–78,77 %. Доля влияния фактора А (вариант опыта) составила от 12,18 до 24,76 % (табл. 2). Изменения численности микроорганизмов на средах МПА и КАА в этот период также были незначительные, как от применения препаратов, так и по годам. Наибольшее их количество отмечалось в 2018 г. Бактерий и бацилл на МПА было от 13,40 млн до 15,22 млн КОЕ/г, а бактерий и актиномицет, растущих на КАА, – от 14,12 млн до 17,58 млн КОЕ/г. Численность бактерий на МПА и КАА от инокуляции биопрепаратами уже в фазу всходов начинала увеличиваться. В среднем за годы исследований увеличение составляло от 2,44 млн до 6,10 млн КОЕ/г. Более активно микробиоценоз развивался от применения «Мобилина» (рис. 1).
Таблица 1
Динамика биологической активности почвы под картофелем (среднее за 2017–2019 гг.)
|
Вариант |
Всходы |
Цветение |
Уборка |
|||||
|
Биогенность, КОЕ · 106 |
КАА/ МПА |
Биогенность, КОЕ · 106 |
КАА/МПА |
Разложение полотна, % |
Биогенность, КОЕ · 106 |
КАА/МПА |
Разложение полотна, % |
|
|
Контроль |
20,654 |
1,14 |
30,420 |
1,32 |
19,60 |
18,277 |
0,97 |
35,13 |
|
Ризоагрин |
24,277 |
1,23 |
41,670 |
1,56 |
29,00 |
25,703 |
1,05 |
52,07 |
|
Мобилин |
26,743 |
1,27 |
54,343 |
1,74 |
38,63 |
29,961 |
1,14 |
51,67 |
|
Штамм 2П-5 |
23,083 |
1,17 |
40,136 |
1,36 |
26,80 |
23,571 |
1,07 |
42,40 |
Различия по численности грибов в фазу всходов больше зависели от года исследования и увлажнения. Доля влияния этого фактора составила 12,18 %. По годам численность грибов на контроле колебалась от 18,11 тыс. КОЕ/г в 2017 г. до 33,26 тыс. КОЕ/г в 2019 г., когда наблюдалась сильная засуха. По вариантам опыта больших колебаний грибной микрофлоры в этот период не выявлено, но отмечается тенденция к снижению их численности при использовании биопрепаратов корневых диазотрофов.
Коэффициенты минерализации, определяемые отношением микроорганизмов на КАА к МПА, в этот период были больше 1, в среднем за три года – 1,14–1,27, что свидетельствует о хорошей минерализующей активности с начала вегетации (см. табл. 1).
В период цветения картофеля наблюдалось увеличение общей биогенности почв в 1,5–2,0 раза по сравнению с весенним периодом (см. табл. 1). Существенно увеличивалось количество аммонифицирующих бактерий на среде МПА (в среднем в 1,36–1,66 раза), а также количество бактерий и актиномицет на среде КАА (1,58–2,33 раза). Максимальное увеличение численности полезной микрофлоры отмечалось на фоне обработки клубней препаратом «Мобилин» за счет микроорганизмов, усваивающих минеральные соединения азота, что является косвенным показателем его более высокой азотфиксирующей способности.
В период цветения на фоне биопрепаратов наблюдалось некоторое снижение численности грибной микрофлоры (среда Чапека) по сравнению с весенним отбором и контролем. Наибольшее их снижение отмечено от действия «Мобилина» и «Ризоагрина» (рис. 2).
|
|
|
|
Рис. 1. Численность микроорганизмов от использования биопрепаратов, среднее за 2017–2019 гг. |
Рис. 2. Численность грибов на среде Чапека от использования биопрепаратов, среднее за 2017–2019 гг. |
Установлено, что в период цветения картофеля численность микроорганизмов, растущих на МПА и КАА, и общая биогенность зависели на 57,06–76,42 % от совместного действия факторов – год х препарат, а численность грибов – на 59,17 % от действия биопрепаратов – фактор А (табл. 2).
В фазу цветения коэффициент минерализации от биопрепаратов существенно увеличивался – до 1,36–1,74 против 1,32 на контроле (см. табл. 1), что свидетельствует об увеличении биологической активности почвы. Аналогичное повышение коэффициента минерализации при обработке биологическим препаратом на основе Basillus atrophaeus установлено Д.Г. Баубековой в почвах Астраханской области [13].
Процент разложения целлюлозы в период цветения картофеля на вариантах с препаратами корневых диазоторофов составил 26,80–38,63 % против 19,60 % на контроле. Максимальная
биоактивность целлюлозоразрушающих бактерий, как и коэффициента минерализации, проявлялась на варианте с использованием «Мобилина» и составляла в среднем 38,63 %.
Таблица 2
Доля влияния факторов на численность микроорганизмов (м. о.)
в черноземе в разные фазы развития картофеля
|
Показатель |
Доля влияния факторов, % |
||||
|
Фактор А |
Фактор В |
АВ взаимодействие |
Случайные |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Всходы |
|||||
|
Численность м.о. на МПА |
24,76 |
6,47 |
59,16 |
9,60 |
|
|
Численность м.о. на КАА |
15,86 |
3,93 |
62,48 |
17,74 |
|
Окончание табл. 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Численность грибов |
5,33 |
12,18 |
78,77 |
3,72 |
|
Общая биогенность |
20,12 |
5,31 |
65,92 |
8,66 |
|
Цветение |
||||
|
Численность м.о. на МПА |
28,96 |
7,99 |
57,06 |
5,99 |
|
Численность м.о. на КАА |
17,48 |
2,48 |
76,42 |
3,63 |
|
Численность грибов |
59,17 |
4,55 |
29,19 |
7,08 |
|
Общая биогенность |
21,64 |
4,18 |
71,57 |
2,62 |
|
Перед уборкой |
||||
|
Численность м.о. на МПА |
31,29 |
6,98 |
55,93 |
5,80 |
|
Численность м.о. на КАА |
27,44 |
4,93 |
62,47 |
5,17 |
|
Численность грибов |
16,87 |
3,71 |
64,65 |
14,78 |
|
Общая биогенность |
29,33 |
5,39 |
61,58 |
3,71 |
|
Урожайность |
16,18 |
9,33 |
70,72 |
3,77 |
|
Для факторов Fф > Fт |
||||
Примечание: фактор А – вариант опыта (препарат); фактор В – год.
В период уборки картофеля отмечалось некоторое затухание микробиологической деятельности даже на инокулированных вариантах. Уменьшалась численность микрофлоры на средах МПА и КАА, что приводило к снижению минерализующей активности почвы. Коэффициент минерализации в среднем составил 0,97–1,14, с самым высоким значением на «Мобилине». Численность грибов по сравнению с весенним отбором существенно снижалась – в 1,3–2,2 раза, а на инокулированных вариантах – в 1,3–1,7 раза благодаря фунгицидной активности ассоциативных бактерий в составе препаратов. Степень разложения полотна на фоне препаратов была выше и составила 42,4–52,07 против 35,13 % на контроле. Наибольшее влияние на формирование микробного ценоза в период уборки картофеля оказало взаимодействие факторов год + препарат. Доля влияния – 55,93–64,65 %. Сочетание этих факторов оказало влияние и на урожайность картофеля – 70,72 %, фактор А – препарат оказал влияние до 16,18 %, а год – 9,33 %. Установлено, что урожайность картофеля имеет тесную положительную связь с численностью полезной микрофлоры, растущей на МПА и КАА, а также общей биогенностью во все фазы вегетации r = 0,89–0,99, а коррелятивная связь продуктивности с численностью грибной микрофлоры имеет тесный отрицательный характер –
r = –0,31…–0,99.
Установлено существенное повышение численности микроорганизмов перед уборкой от использования биопрепаратов во все годы исследования (табл. 3). Это положительно отражается на урожайности картофеля и позволяет получить достоверные прибавки.
Таблица 3
Численность микроорганизмов перед уборкой и урожайность картофеля
в годы проведения опыта
|
Вариант |
Биогенность перед уборкой, млн КОЕ/г сухой почвы |
Урожайность картофеля, т/га |
||||
|
2017 |
2018 |
2019 |
2017 |
2018 |
2019 |
|
|
Контроль |
18,34 |
28,04 |
8,45 |
37,13 |
38,57 |
29,93 |
|
Ризоагрин |
27,22 |
35,82 |
14,07 |
49,38 |
50,07 |
43,23 |
|
Мобилин |
31,35 |
38,03 |
20,53 |
44,78 |
59,63 |
49,73 |
|
Штамм 2П-5 |
23,98 |
33,56 |
13,17 |
64,95 |
46,07 |
43,83 |
|
НСР05 |
4,81 |
4,09 |
3,47 |
2,69 |
2,42 |
6,23 |
Заключение
- Применение микробиологических препаратов на основе штаммов азотфиксирующих бактерий для инокуляции картофеля способствует увеличению биологической активности чернозема выщелоченного. К фазе цветения картофеля общая численность микробного
сообщества повышается в 1,5–2,0 раза, особенно за счет микроорганизмов, использующих минеральные формы азота. Биопрепараты увеличивают общую численность микроорганизмов в 1,3–1,8 раза. При этом заметно снижается численность микромицетов. Коэффициент минерализации увеличивается с 1,32 до 1,36–1,74. Степень разложения льняного полотна превышает контроль в 1,37–1,97 раза. Наибольшей стимулирующей активностью обладает препарат «Мобилин». - Численность зимогенной микрофлоры в прикорневой зоне во все фазы развития картофеля значительно зависит от взаимодействия факторов АВ – препарат и год вегетации. В фазу цветения численность грибной микрофлоры на 59,17 % зависит от биопрепаратов на основе корневых диазотрофов, что доказывает их фунгицидное действие. Установлено, что урожайность картофеля тесно коррелирует с численностью почвенной микрофлоры во все фазы развития культуры и имеет тесную отрицательную коррелятивную связь с численностью грибов.
1. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. М.: Наука, 1972. 342 с.
2. Биологическая активность лугово-чернозем-ной почвы в зависимости от системы обработки почвы и применения средств химизации / Н.Н. Шулико [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 7. С. 12–21. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-7-12-21.
3. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. М.: Изд-во ВНИИА, 2005. 302 с.
4. Тихонович И.А., Завалин А.А. Перспективы использования азотфиксирующих и фитостимулирующих микроорганизмов для повышения эффективности агропромышленного комплекса и улучшения агроэкологической ситуации в РФ // Плодородие. 2016. № 5. С. 28–32.
5. Курсакова В.С., Ступина Л.А., Чернецова Н.В. Эффективность микробных препаратов на картофеле в степной зоне Алтайского края // Аграрная наука – сельскому хозяйству: сб. мат-лов XIII Междунар. науч.-практ. конф. Барнаул, 2018. Кн. 1. С. 336–338.
6. Еремин Д.И., Попова О.Н. Бактериальные удобрения, как неотъемлемый компонент биологического земледелия (аналитичес¬кий обзор) // Молодой ученый. 2016. № 6.5 (110.5). С. 144–146.
7. Карманов С.Н., Серебренников В.С. Картофель. М.: Росагропромиздат, 1991. 64 с.
8. Халипский А.Н., Чураков А.А., Попова Н.М. Урожайность и основные показатели качества образцов картофеля в конкурсном испытании // Вестник КрасГАУ. 2022. № 11. С. 70–76. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-11-70-76.
9. Лапшинов Н.А. Особенности семеноводства картофеля в Кемеровской области. Кемерово: Книгоиздат, 2007. 78 с.
10. Тихонович И.А., Кожемяков А.П. Биопрепараты в сельском хозяйстве. Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве / под ред. И.А. Тихоновича, Ю.В. Круглова. М.: Россельхозакадемия, 2005. 154 с.
11. Бондаренко Н.А., Антонова О.И. Приемы повышения разложения соломы и обеспеченности питательными веществами // Вест¬ник Алтайского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (199). С. 11–16.
12. Биологическая активность почвы, урожайность и качество картофеля в зависимости от использования микробиологических препаратов / С.В. Жевора [и др.] // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. № 4. С. 31–35.
13. Баубекова Д.Г. Влияние биологических методов защиты растений на микробиологическую активность почв при выращивании картофеля в Астраханской области // Экобиотех. 2019. Т. 2, № 3. С. 351–355. DOI:https://doi.org/10.31163/2618-964Х-2019-2-3-351-355.
14. Целесообразность применения биосредств под картофель и их влияние на отдельные показатели дерново-подзолистой осушаемой почвы / Т.С. Зинковская [и др.] // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2021. № 4. С. 40–43. DOI:https://doi.org/10.30850/vrsn/ 2021/4/40-43.
15. Влияние микробиологических препаратов на биологическую активность почв / В.И. Олонгов [и др.] // Экологические и социальные проблемы Байкальского региона и прилегающих территорий: мат-лы VIII Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Улан-Удэ, 2022. С. 165–171.
16. Бурлакова Л.М., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Почвы Алтайского края. Барнаул, 1988. 72 с.
17. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
18. Теппер Е.З., Шильникова В.К. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для вузов / под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. 256 с.
19. Курсакова В.С. Золотухина Ю.А. Изучение влияния препаратов корневых диазотрофов и микоризы на урожайность и качество картофеля в степной зоне Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2018. № 11 (169). С. 14–18.
