Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по сельскому хозяйству

Ресурсосберегающая роль растительно-микробных взаимодействий в растениеводстве

Автореферат докторской диссертации по сельскому хозяйству

Страницы: | 1 | 2 | 3 |

Хозяйственная эффективность создания РМС.

Улучшение качества урожая бобовых культур. Для получения качественной продукции сельскохозяйственных культур необходимо оптимальное сочетание элементов питания, 80% которых только благодаря микробиологической деятельности переходят в доступное состояние (Мишустин, 1987).

Качество урожая зернобобовых культур во многом определяется белковостью семян. Поэтому общий сбор белка с единицы площади зернобобовых культур при формировании РМС можно считать интегральным показателем хозяйственной эффективности поскольку он обусловлен не только относительным содержанием белка в семенах, но и урожайностью агроценозов. Поэтому белковая продуктивность посевов гороха, сои и люпина во многом определялась совокупным действием этих факторов.

Максимальный сбор белка с 1 га у сорта Спартак обеспечили клубеньковые (штамм 263б) и ассоциативные микроорганизмы, а также известь, что превысило контрольный уровень в 1,4 раза.

У сорта Темп наибольший сбор белка с урожаем позволили получить такие элементы агротехники, как внесение азотных удобрений и известкование, что превысило контрольный показатель в 1,4 и 1,3 раза, соответственно. Комплексное применение Rhizobium, Glomus и PGPR также было в ряду наиболее эффективных приемов регуляции РМВ у данного сорта, увеличив сбор белка с 1 га в 1,2 раза по сравнению с контрольным вариантом.

Для сорта Фараон в данном аспекте наиболее эффективным оказался вариант с использованием в качестве инокулята штамма клубеньковых диазотрофов 263б, который позволил собрать максимальный урожай протеина с единицы площади, превзойдя контрольный уровень в 1,5 раза.

Белковая продуктивность агроценозов сои и люпина узколистного во многом зависела от формирования симбиоза растений с микроорганизмами. Причем наиболее эффективным типом симбиоза с хозяйственной точки зрения в посевах сорта Кристалл и Орловский сидерат был эндомикоризный симбиоз, который увеличивал сбор белка с 1 га на 20 и 52% соответственно, по сравнению с контролем. Однако эффект, полученный от микоризации сорта Орловский сидерат был сопостоавим с действием штамма клубеньковых бактерий 367. Подобная картина прослеживается и в опытах с соей Ланцетная, где инокуляция штаммом 634а также как и препарат грибов Glomus повышала сбор белка на 26%. Белковая продуктивность агроценозов сои Свапа при интродукции эндомикоризных грибов повышалась на 16%.

Качество корма многолетних бобовых трав определяется содержанием сырого белка, клетчатки, жира, а также зольных элементов.

Результаты анализа показывают, что улучшение условий для симбиоза способствует повышению содержания сырого белка с 17,75 - 18,96% до 18,98 - 19,75% у люцерны; с 16,31 - 17,84% до 17,53 - 18,59% - у клевера, а у козлятника - с 14,84 - 19,25% до 15,66 - 19,44%. При этом содержание клетчатки и жира несколько снижается. Содержание золы имеет тенденцию увеличения у всех трех видов трав. Например, с 8,30 - 10,0% до 8,5 - 10,04% увеличилось содержание золы в козлятнике.

Наибольшей белковой продуктивностью обладал козлятник восточный. Сбор белка за 2 года пользования посевами составил 10,94 т/га, а активизация симбиотической деятельности посевов повысила этот показатель на 35 %. Белковая продуктивность козлятника восточного была в 1,1 раза выше, чем у люцерны и в 1,7 раза - чем у клевера.

В опытах с пастбищными травосмесями нами также было показано положительное влияние эффективных РМС на кормовые достоинства травосмесей. Наряду с самыми высокими показателями величины симбиотического аппарата, отмечена наиболее высокая обеспеченность 1 кормовой единицы переваримым протеином (139 г), что позволило в среднем за три года пользования травостоями получить с кормом 1097 т сырого протеина.

Доля азота воздуха в формировании урожая бобовых культур. Эффективность создания растительно-микробных симбиозов отражает не только количество и качество собранного урожая, но и доля азота воздуха, вовлеченного в биологический синтез. Это особенно важно, поскольку адаптивное энергоресурсосберегающее растениеводство должно базироваться на рациональном использовании и максимальном вовлечении в продукционный процесс биологических факторов и сокращении техногенных ресурсов (Жученко, 1994, 2001; Лыков, 2001; Парахин, 2006; Read, 2002; Kumar, Mills, 2004; Rai, 2005).

В опытах с горохом посевным установлено, что лидирующую позицию по способности вовлекать биологический азот в продукционный процесс занимал сорт Темп, у которого доля атмосферного азота в урожае составила 34,3% в связи с максимальной азотфиксирующей активностью генотипа. На втором месте по вкладу данного биогенного элемента в урожай зерна находился сорт Спартак (24,7%). Самый низкий уровень участия биологического азота в формировании хозяйственной части урожая у сорта Фараон обусловлен его ограниченными способностями азотфиксации.

Процент азота воздуха в хозяйственной части урожая сортов гороха Спартак, Темп и Фараон значительно повышался при формировании ими эффективных РМС соответственно до 20, 40 и 32%.

Формирование эффективного симбиоза с полезной почвенной микрофлорой повышало долю азота воздуха в урожае сои до 66-70%. Так, у сорта Ланцетная при взаимодействии с эффективными штаммами Rhizobium 626а и 634а данный показатель увеличивался на 16 и 20% соответственно, тогда как для сорта Свапа максимальное участие азота воздуха в формировании зерновой продуктивности отмечено при взаимодействии со штаммом 645б. Оптимизация фосфорно-калийного питания сорта Свапа также стимулировала симбиотрофное питание растение, повысив ассимиляцию азота воздуха на 20%.

Отмечено повышение доли биологического азота при формировании эндомикоризного симбиоза у люпина узколистного сорта Кристалл и Орловский сидерат соответственно на 10,0 и 9,2%, тогда как взаимодействие люпина с PGPR обеспечивало увеличение рассматриваемого показателя на 19,6 и 28,6% соответственно. Очевидно синтез регуляторов роста ризобактериями инициировал рост корневых волосков и хемотаксис клубеньковых бактерий (Боронин, 1998; Чеботарь, 2007; Timmusk, 1999; Bai, 2003), что в свою очередь улучшило симбиотрофное поступление азота в растения и повысило его долю в урожае. Формирование эффективного бобово-ризобиального симбиоза с комплементарными штаммами Rhizobium в агроценозах сорта Орловский сидерат и Кристалл позволило включить в биологический синтез дополнительно 14,3 и 18,2% атмосферного азота соответственно.

Доля участия биологического азота в питании многолетних бобовых растений также зависела от активности бобово-ризобиального симбиоза, оптимизации основных почвенных параметров (рН, В, Мо), что способствовало увеличению данного показателя в среднем за 3 года (1999-2001 гг.) в посевах клевера лугового на 12Е30%, люцерны изменчивой - 7Е44%, козлятника восточного - 10Е44%.

Таким образом, результаты наших исследований показали, что эффективная регуляция РМВ за счет интенсификации основных физиологических процессов в растениях бобовых оказывает существенное влияние на урожай и его качество. При этом в продукционный процесс растений вовлекается максимальное количество биологического азота.

Агротехническая роль создания эффективных РМС. Посевы бобовых должны рассматриваться не только в плане получения основной продукции, но и как лцеха для фиксации азота атмосферы и максимального накопления корневых и пожнивных остатков в почве для воспроизводства плодородия почвы и повышения урожайности последующих культур севооборота.

Наши результаты показали, что по мере улучшения режима симбиотрофного питания количество корневых и пожнивных остатков клевера лугового в среднем за три года увеличилось с 2,44 до 2,78 т/га, а количество содержащегося в них азота - с 50,6 до 60,3 кг/га. При этом, после люцерны и козлятника азота в почве остается в 1,7Е1,8 раза больше, чем после клевера.

Благодаря этому, озимая пшеница, выращенная по пласту многолетних бобовых трав (при симбиотрофном питании азотом) без применения удобрений и пестицидов отличалась довольно высокой урожайностью зерна - 4,1Е5,6 т/га (рис. 9). Причем, между количеством накопленного посевами бобовых трав атмосферного азота (213Е400 кг/га), органического вещества в почве и урожайностью последующей культуры (озимой пшеницы) отмечена положительная корреляция (R=0,99).

Рисунок 9 - Хозяйственная эффективность возделывания озимой пшеницы Московская 39 в зависимости от предшественника

Кроме того, количество вредных насекомых и поражение растений пшеницы септериозом, выращенных по пласту многолетних трав, формировавших свой урожай за счет симбиотической азотфиксации было значительно ниже ЭПВ.

В опытах с однолетними бобовыми культурами также было показано преимущество видов и сортов, в качестве предшественников, обладающих повышенной способностью формировать эффективные РМС. Так, наибольшая урожайность озимой пшеницы была получена по сорту гороха Темп и сорту люпина узколистного Орловский сидерат. В данных вариантах продуктивность озимой пшеницы находилась на уровне 3 т/га, что на 15% выше зерновой продуктивности, сформированной пшеницей по другим предшественникам.

При этом повышенная способность сортов Темп и Орловский сидерат к взаимодействию с полезной почвенной микрофлорой (особенно ризобиями) позволило растениям озимой пшеницы использовать симбиотический азот, накопленный в почве с растительными остатками и биомассой микробов (Кузнецова, Семонов, 2003), не только на формирование высокого, но и качественного урожая зерна (табл. 7)

Таблица 7 - Качество зерна пшеницы озимой Московская 39 (среднее 2009-2010 гг.)

Предшественник	Протеин, %	Крахмал, %	Клейковина, %	Zeleni
Орловский сидерат	11,00,27	66,80,69	24,20,89	27,81,45
Кристалл	11,40,34	66,90,31	25,21,13	29,51,9
Спартак	10,90,24	66,70,48	23,70,8	26,31,67
Темп	12,00,36	66,60,45	27,01,07	32,91,6
Фараон	12,50,35	66,40,41	28,61,02	35,82,37

Установлено, что при создании благоприятных условий для активной азотфиксации положительный баланс азота в посевах многолетних бобовых трав может возрастать в 2,4Е2,7 раза (табл. 10).

Таблица 10. Баланс азота в почве после двух лет пользования посевами многолетних бобовых трав при оптимизации основных почвенных параметров

Показатель	юцерна		Клевер		Козлятник
Показатель	контроль	извВМо	контроль	извВМо	контроль	извВМо
Вынос азота, кг/га	137	165	123	143	147	198
Поступление азота с органическими остатками, кг/га	107	125	69	81	112	128
Азотфиксация, кг/га	124	294	75	148	172	399
Баланс, кг/га	+94	+254	+21	+86	+137	+329

Таким образом, средообразующее значение растительно-микробных симбиозов не только в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений, но и вовлечении биологического азота в агроэкосистемы. Отсюда следует, что проблему обеспечения растений питательными веществами в современном земледелии необходимо решать с помощью повышения жизнеспособности почвы, ее биогенности. Пополнять запасы элементов питания следует за счет внесения различных органических и микробиологических удобрений, а также выращивания азотфиксирующих растений.

Экономическая эффективность создания агроценозов а основе РМВ. Рост хозяйственной и биологической эффективности при формировании активных РМС закономерным образом отражался и на показателях ресурсо- и энергозатратности при возделывании с.-х. культур, которые также зависели от сорта.

Так, наиболее эффективными агроприемами для гороха сорта Спартак оказались моноинокуляция семян штаммом клубеньковых бактерий 263б и интродукция в ризосферу ассоциативных диазотрофов, которые наряду с высоким сбором зерна с 1 га позволили увеличить чистый доход в 1,9 и 1,8 раза и повысить уровень рентабельности на 62,7 и 57,9%, снизив при этом себестоимость 1 т продукции в 1,4 и 1,3 раза, соответственно. К тому же данные приемы регуляции РМВ обеспечили максимальную экономию азотных удобрений за счет интенсификации азотфиксирующего процесса, которая составила 1864,5 и 1645,2 руб./га.

Для гороха Темп наиболее эффективным в экономическом аспекте элементом агротехники являлось внесение минерального азота, что обеспечило повышение чистого дохода с 1 га в 1,7 раза по сравнению с контролем, а также повысило рентабельность производства на 39,0%, снизив себестоимость 1 т продукции в 1,2 раза. Применение микроорганизмов-интродуцентов также было экономически оправданным для данного сорта. Так, использование в качестве инокулята штамма 260б позволило повысить уровень рентабельности на 22,0%, увеличив чистый доход в 1,4 раза, при этом себестоимость продукции снизилась в 1,1 раза, а экономия денежных средств за счет азотфиксации составила 884 руб./га. Тогда как максимально сэкономить на внесении минерального азота удалось за счет комплексного использования трех групп эндофитов и Мо (1224 руб./га).

В посевах сорта Фараон экономическую эффективность показали лишь микробиологические препараты, среди которых наиболее рентабельным оказался штамм 263б, который наряду с максимальной прибавкой урожайности обеспечил повышение чистого дохода в 2,6 раза, снизив при этом себестоимость 1 т зерна в 1,4 раза. Уровень рентабельности в данном варианте был выше контрольного показателя на 61,1%, а экономия азотных удобрений на 1 га составила 2193 руб.

Расчет экономической эффективности создания растительно-микробных систем в агроценозах сои показал возможность существенной экономии материальных средств на возделывание. При этом чистый доход в лучших вариантах доходил до 44-48 тыс.руб с 1 га, что повышало рентабельность производства культуры на 24% в посевах сорта Свапа и на 74% - в посевах сорта Ланцетная, что позволяет экономить на внесении азотных удобрений соответственно 1308-3519 руб./га.

Наиболее рентабельное производство семян люпина узколистногоа отмечено при взаимодействии растений с ризобактериями, которые за счет своих фитостимулирующих функций позволили получить максимльное количество зерна с 1 га с повышенным содержанием белка, что повысило экономическую эффективность в среднем по сортам на 80% и сэкономило 2755-4395 руб./га на отказе от внесения минеральных азотных удобрений.

Как показали расчеты, экономический эффект азотфиксации составляет, в зависимости от вида растений, 19Е57 долл. на 1 га.

Учитывая, что ячмень, выращиваемый в Орловской области на площади 180 тыс. га, может использовать 75 кг азота, фиксированного бобовым предшественником на 1 га, несложно подсчитать, что экономический эффект, получаемый при этом, составляет 2,7 млн. долл. в год.

Таким образом можно получать высокие урожаи биологически чистой продукции растениеводства при наименьших затратах ископаемой энергии.

Энергетическая эффективность создания агроценозов на основе РМВ. На техническую фиксацию 1 т азота и превращение ее в минеральные азотные удобрения затрачивается около 80 ГДж энергии, а симбиотическая фиксация азота осуществляется за счет энергии солнца, аккумулированной в процессе фотосинтеза.

За счет симбиотической фиксации азота воздуха бобовые культуры обеспечивают главное условие энергосберегающих технологий в растениеводстве - экономию затрат энергии на единицу продукции

У изучаемых видов многолетних бобовых трав в результате оптимизации РМВ (извВМо) чистый энергетический доход при их возделывании увеличивался: на 157 ГДж/га - у люцерны; на 146 ГДж/га - у клевера на 193 ГДж/га - у козлятника. Экономия энергии за счет увеличения азотфиксации в среднем по видам трав увеличилась в 2,0Е2,2 раза. Следовательно, затраты на производство продукции, полученной с участием симбиотически фиксированного азота воздуха, меньше на величину стоимости азотных удобрений и их применения.

С точки зрения энерго-ресурсосбережения особенный интерес представляет большее вовлечение в продукционный процесс такого биологического фактора, как полезные ризосферные микроорганизмы.

Биоэнергетическая оценка наиболее эффективных с хозяйственной точки зрения приемов повышения продуктивности агрофитоценозов зернобобовых посевного показала, подбор для каждого конкретного сорта наиболее комплементарного микросимбионта позволит не только получать с одного гектара до 3,10-4,56 т высококачественного зерна гороха, 2,6-2,8 т/га - сои и 3,0-3,8 т/га - люпина без затрат на минеральные удобрения, но и повышать энергоэффективность технологии возделывания в 1,3-1,7 раза. Только за счет азотфиксации можно сэкономить до 7-12 ГДж/га. При этом в биологический круговорот вовлекается до 80-170 кг азота воздуха (в зависимости от культуры), а урожайность бобовых формируется за счет возобновляемых энергетических источников при значительном снижении экологической нагрузки.

Таким образом, создание эффективных растительно-микробных симбиозов в агроценозах бобовых является важным приемом энергосбережения в растениеводстве, что способствует получению высоких урожаи экологически безопасной продукции растениеводства при наименьших затратах ископаемой энергии.

6. Направления практического использования РМС

Исключительная роль в повышении биологизации земледелия и продуктивности пашни принадлежит бобовым культурам, способным формироать эффективный симбиоз с ризобиями, микоризными грибами и ростстимулирующими ризосферными бактериями.

Степень влияния этой группы культур на плодородие пахотных угодий определяется, главным образом, их удельным весом и соотношением в структуре посевных площадей сельскохозяйственных культур, видовым составом, уровнем продуктивности в конкретных природно-экономических районах.

Наши многолетние исследования, а также ученых ВНИИ ЗБК (Васильчиков, 2004; Агаркова, Веденикова и др., 2002; Коломейченко, Осина, Селифонов, 2004; Парахин, 2002; Вороничев, 1999; Петрова, 2000, 2003) в полевых условиях на серых лесных почвах дали возможность определить фактические объемы биологической фиксации азота из воздуха и долю его участия в формировании урожая при создании оптимальных условий для бобово-ризобиального симбиоза (табл. 11).

Таблица 11. Размеры симбиотической фиксации азота воздуха бобовыми культурами в условиях Орловской области

Бобовая культура	Доля биологического азота в формировании урожая, %	Количество биологического азота, кг/га
Горох	35Е40	80Е110
Фасоль	35Е40	94Е100
Бобы	50Е55	113Е155
Соя	60Е65	108Е150
юпин узколистный	60Е65	88Е204
юпин белый	50Е60	170Е213
Клевер луговой	55Е70	148Е213
юцерна изменчивая	52Е84	129Е293
Козлятник восточный	47Е90	172Е400

учшими сортами, обладающими высокой азотфиксирующей активностью являются: Свапа, Белгородская 48 - соя; Орлецкие, Янтарные, Мария - бобы; Рубин, Горналь - фасоль; Батрак, Триумф, Темп - горох; Брянский 123, Орловский сидерат, Тимир 2 - люпин узколистный; СН-134 - люпин белый; Краснокутский 123, Краснокутский 36 Ц нут; ВИК 7, Ранний 2 - клевер луговой; Вега 87, Пастбищная 88 Ц люцерна изменчивая; Гале Ц козлятник восточный (Васильчиков, 1999; Агаркова и др., 2003; Столяров, 2004; Парахин, 2010).

Необходимо учитывать и использовать потенциальные возможности бобовых культур в формировании урожая и получении экологически безопасной сельскохозяйственной продукции за счет азота воздуха, тем самым снижая вклад биологического азота в азотный баланс сельскохозяйственных угодий области и страны в целом.

Расчеты показали, что расширение посевов зерновых бобовых культур в структуре посевных площадей области до 8%, а многолетних бобовых трав - до 30%, а также повышение их урожайности соответственно до 3,0 и 6,5 т/га обеспечит усвоение из атмосферы до 14,8 и 19,7 тыс. т свободного азота. В пересчете на удобрения это составит около 37Е49 тыс. т. (2,9-3,9106 ГДж) или 314-416 млн. руб. Этого количества достаточно, чтобы покрыть затраты, например в Орловской области, связанные с покупкой азотных минеральных удобрений под пшеницу.

Таким образом, для повышения доли биологического азота в азотном балансе и в формировании урожайности сельскохозяйственных культур, а также повышении адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур и энергосбережения в агробиоценозах необходимо: изменить структуру посевных площадей, существенно увеличив посевы бобовых культур, правильно подобрать виды и сорта относительно конкретных природно-экономических условий хозяйства и биологических особенностей растений; заменить часть агрохимикатов микробными препаратами и создать оптимальные условия среды для формирования эффективных РМС, компоненты которых максимально адаптированы друг к другу.

ВЫВОДЫ

Ресурсосберегающая роль однолетних и многолетних бобовых культур ярко проявляется в формировании ими эффективных растительно-микробных систем, расширяющих адаптивный потенциал культур и обеспечивающих сбалансированное функционирование агроэкосистем.
Эндо- и экзогенные способы регуляции взаимодействия растений и микроорганизмов в сортовом аспекте и разработка системы мер по сбережению энергетических ресурсов позволяет вовлекать в продукционный процесс максимальное количество биологических факторов (до 60% биологического азота) и повышать эффективность использования солнечной энергии агроценозами на 9-12%.
Симбиотический потенциал сельскохозяйственных растений обусловлен их видовой принадлежностью. Многолетние бобовые культуры отличаются более мощным симбиотическим аппаратом, обеспечивают более интенсивную фиксацию азота воздуха и характеризуется продолжительным периодом активного симбиоза, чем однолетние бобовые. По количеству фиксируемого за вегетацию азота изученные культуры можно расположить в порядке убывания в следующий ряд: козлятник восточный - люцерна гибридная - клевер луговой (многолетние бобовые); соя - люпин узколистный - горох посевной (однолетние бобовые).
Эффективность растительно-микробных взаимодействий зависит как от вида бобовых растений, так и от принадлежности микросимбионта к определённой эколого-трофической группе. Соя способна формировать эффективный симбиоз со всеми тремя группами эндофитов, которые в равной степени оказывают влияние, как на продуктивность растений, так и на качество семян. Для люпина узколистного наиболее предпочтительным является взаимодействие с клубеньковыми бактериями и микоризными грибами. Горох посевной наиболее эффективный симбиоз формировал со штаммами Rhizobium, воздействие которых на увеличение массы зерна было в 4,2 раза выше, чем на качество.
Оценка генотипического вклада партнёров симбиоза в продуктивность симбиотической системы показала, что у сои генотип микроорганизмов является основным фактором, влияющим на семенную продуктивность и значительно превосходит действие сортов растений (в 6 раз), а также взаимодействие сорт-эндофит (в 2 раза). У люпина, напротив, наиболее существенное воздействие на эффективность симбиоза оказывал сорт растений (52%), тогда как влияние генотипов микроорганизмов и сорто-штаммовое взаимодействие были в 3-3,5 раза слабее. Основными факторами, определяющими продуктивность симбиотической системы гороха являлись сорта (30%) и их взаимодействие с эндофитами.
Специфичность микросимбионта по отношению к определённому виду или сорту растения является одним из важнейших факторов экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий. Наиболее комплементарным штаммом Rhizobium для сортов гороха Спартак и Фараон был штамм 263б, а для сорта Темп - 260б; в посевах люпина узколистного Кристалл максимальную эффективность проявил штамм 388, тогда как для сорта Орловский сидерат - штамм 367; наибольшей комплементарностью для сои Ланцетная отличался штамм 626, а для сои Свапа - штамм 634.

В группе многолетних бобовых трав в естественных условиях темно-серых лесных почв корневые клубеньки образуются у люцерны и клевера. Козлятник восточный без инокуляции клубеньков не образует, поэтому формирование у него симбиотического аппарата возможно лишь при заражении почвы соответствующими бактериями (Rhizobiumgalegae).

Интродукция в почву производственных штаммов ризобактерий и эндомикоризных грибов, оказывает общий фитостимулирующий эффект и повышает интенсивность ассимиляции атмосферного азота в агроценозах бобовых. При прочих равных условиях активность нитрогеназы возрастает в зависимости от применяемого препарата и выращиваемых культур в 1,2-1,9 раза в сравнении с естественным фоном. По своему действию на зерновую продуктивность однолетних бобовых эффект биопрепаратов составляет в среднем 11-30 % по сравнению с неинокулированными посевами. Двойная инокуляции ризобактериями и эндомикоризными грибами на фоне спонтанного заражения ризобиями целесообразна для люпина и гороха
Формирование активного симбиоза с микроорганизмами лимитирует повышенная кислотность почвы. Оптимизация рН почвы посредством известкования увеличивает долю участия биологического азота в формировании урожая многолетних бобовых трав на 12Е44%, а сбор сухого вещества при этом возрастает в 1,5-2,0 раза. Снижение кислотности почвы в агроценозах однолетних бобовых повышает количество азота воздуха, фиксируемого посевами на 30-51%, а эффективность растительно-микробного симбиоза составляет в среднем по сортам 33%.
Достаточная обеспеченность фосфором и калием - обязательное условие активного симбиоза. Внесение фосфорно-калийных удобрений увеличивает ассимиляцию атмосферного азота посевов сои на 34-64%, при этом доля фиксированного азота в формировании урожайности сои повысилась в среднем на 29% по сравнению с контролем, а эффективность РМВ составила 12%.
Азотные удобрения угнетают симбиоз всех бобовых культур, задерживают образование клубеньков, сокращают продолжительность активного симбиоза, снижают активный симбиотический потенциал тем больше, чем выше норма азота. При дозе азота превышающей 30 кг д.в./га бобовые растения переходят с симбиотрофного на автотрофное питание. Влияние стартовых доз минерального азота на эффективность РМС зависит от генетических свойств растения-хозяина, от его способности взаимодействовать с микросимбионтом и не всегда оказывает отрицательное воздействие.
Интродукция в агроэкосистему микроорганизмов с известными положительными свойствами значительно повышает эффективность использования минеральных туков, нормы внесения которых могут быть снижены в 2 раза. Экономический и хозяйственный эффект от применения в посевах гороха посевного биопрепаратов на основе PGPR и грибов Glomus сопоставимо с внесением N22,5P30K45. Отмечается возможность совместного применения микробных препаратов с микроудобрениями в посевах бобовых.
Оптимизация РМВ в смешанных пастбищных фитоценозах посредством подбора наиболее подходящего компонента травосмеси позволяет не только повышать продуктивность пастбищных агрофитоценозов и качество корма для животных за счет реализации симбиотического потенциала многолетних бобовых трав, но и дифференцированно использовать источники азота в питании растений, тем самым способствуя ресурсосбережению.
Биологическая фиксация атмосферного азота представляет собой уникальный процесс, осуществление которого в различных биогеоценозах происходит исключительно за счет метаболической активности прокариот. ПЦР-реакция суммарной почвенной ДНК с праймерами на ген нитрогеназы nifH показала увеличение количества диазотрофов в ризосфере различных генотипов бобовых. Активизация растительно-микробных взаимодействий повышала количество диазотрофов в ризосфере в 1,6-1,7 раза, что составляло 1,09109 клеток в 1 г почвы. Данные корреляционного анализа показали наличие сильной положительной связи между количеством диазотрофов в почве и нитрогензной активностью корней (r= +0,97).
Возможность применения микробиологических препаратов для создания более эффективных систем преобразования солнечной энергии является перспективной и может являться основой энергоресурсосбережения в растениеводстве при максимальном вовлечении биологических факторов в продукционный процесс. Экзогенная регуляции РМВ в агроценозах бобовых приводит к изменению скорости световых реакций фотосинтеза (в зависимости от сорта и эндофита) и повышению их эффективности, КПД ФАР увеличивается в среднем на 9,2- 11,6%.
Растения, формирующие эффективную симбиотическую систему, обладают наибольшей экологической приспособленностью, наименьшей аттрактивностью для вредителей, повышенной устойчивостью к болезням и увеличивают продуктивность последующих культур севооборота за счет создания положительного баланса азота, а также активизации микробиологической активности почвы.

Выявленная в результате исследований прямая зависимость (r=0,75) между сокращением посевных площадей под бобовыми и повышением протонной нагрузки пахотных земель подтверждает важное средостабилизирующее значение бобовых растений.

Использование предложенного автором направления ресурсосбережения на практике позволит добиться не только существенного улучшения экологического состояния земельных ресурсов, но и обеспечить повышение экономической и энергетической эффективности растениеводства. В частности, по мере насыщения пашни зерновыми бобовыми до 8% и многолетними бобовыми травами - до 30%, а также повышение их урожайности за счет создания эффективных РМС обеспечит усвоение из атмосферы до 14,8 и 19,7 тыс. т свободного азота. В пересчете на удобрения это составит около 37Е49 тыс. т.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения эколого-хозяйственной устойчивости и ресурсосбережения в растениеводстве рекомендуется выращивать культуры с повышенной симбиотической активностью, урожайностью и белковой продуктивностью, учитывая при этом сортовой аспект.
Для производства экологически безопасной продукции растениеводства и снижения затрат технического азота рекомендуется возделывание сорта гороха Спартак, люпина узколистного Орловский сидерат и сои Свапа, характеризующихся высоким потенциалом семенной продуктивности и отзывчивостью на приемы биологизации, за счет чего можно сэкономить 6-12 ГДж энергии на 1 га.
С целью повышения продуктивности однолетних и многолетних агроценозов бобовых необходимо оптимизировать основные экзогенные факторы, лимитирующие РМВ (наличие комплементарного микросимбионта, рН, Р, К, В, Мо).
Для повышения доли биологического азота в азотном балансе и в формировании урожайности сельскохозяйственных культур, а также повышении адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур и энергосбережения в агробиоценозах необходимо: изменить структуру посевных площадей, существенно увеличив долю бобовых культур, правильно подобрать виды и сорта относительно конкретных природно-экономических условий хозяйства и биологических особенностей растений; заменить часть агрохимикатов микробными препаратами и создать оптимальные условия среды для формирования эффективных РМС, компоненты которых максимально адаптированы друг к другу.
Целесообразно использование в сельскохозяйственной практике микробиологических препаратов, позволяющих повышать биогенность почвы, расширять адаптивный потенциал культур, снижать затраты энергии на возделывание и вовлекать в продукционный процесс до 40-85% азота воздуха.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Парахин, Н.В. Симбиотическая фиксация азота многолетними бобовыми травами / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Кормопроизводство. - 2000. - № 3. - С. 16-19.
Петрова, С.Н. Влияние почвенных условий на азотфиксирующую способность некоторых видов многолетних бобовых трав / С.Н. Петрова // Вестник науки. - Орел: ОреГТУ, 2000.
Петрова, С.Н. Роль биологического азота в земледелии / С.Н. Петрова // Использование научного потенциала вузов в решении проблем научного обеспечения АПК в России: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орел: ОреГАУ, 2001.
Петрова, С.Н. К вопросу о симбиотической азотфиксации клевера красного и люцерны изменчивой / С.Н. Петрова // Использование научного потенциала вузов в решении проблем научного обеспечения АПК в России: Материалы Всероссийской научно-практической конференции - Орел: ОреГАУ, 2001.
Парахин, Н.В. Азотфиксация и фотосинтез козлятника восточного / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Кормопроизводство. - 2001. - № 4.
Парахин, Н.В. Возделывание галеги восточной и люцерны изменчивой как один из путей к ресурсосбережению / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Кормопроизводство. - 2001. - № 7.
Парахин, Н.В. Сравнительная симбиотическая активность, урожайность и белковая продуктивность многолетних бобовых трав в условиях Орловской области / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Известия ТСХА. - Вып.3. - 2001. - С. 18-33.
Петрова, С.Н. Размеры симбиотической азотфиксации люцерны изменчивой в условиях Орловской области / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин // Докл.ТСХА/Моск. с.-х. акад. - 2001. - Вып.273. - ч.1. - С. 211-214.
Петрова, С.Н. Азотфиксация и фотосинтез / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин // Продукционный процесс сельскохозяйственных культур: Материалы Международной научно-методической конференции. - Орел: Орел ГАУ, 2001.
Петрова, С.Н. Роль козлятника восточного как средообразующего фактора в агроландшафтах / С.Н. Петрова // Экологические основы повышения продуктивности и устойчивости агродландшафтных систем: Сборник научных трудов. - Орел: ОреГАУ, 2001.
Петрова, С.Н. Многолетние бобовые травы как один из путей реализации Программы адаптивной интенсификации сельского хозяйства / С.Н. Петрова // Пути повышения эффективности сельскохозяйственной науки: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орел: ОреГАУ, 2003 г.
Парахин, Н.В. Хотите создать культурное пастбище?: Буклет / Н.В. Парахин, С.Н Петрова. - Орел: Фолиант, 2003.
Петрова, С.Н. Пути ресурсосбережения при создании культурных пастбищ / С.Н. Петрова, И.В. Антонов // Роль современных сортов и технологий в с.-х. производстве: Мат. Всерос. научно-практ. конф. - Орел: Изд-во ОреГАУ, 2004.
Петрова, С.Н. Размеры симбиотической азотфиксации посевов люцерны в зависимости от условий выращивания / С.Н. Петрова // Биологические основы современной агрономии. - Орел, 2004. - С. 35-36.
Петрова, С.Н. К вопросу о симбиотической азотфиксации / С.Н. Петрова // Материалы научно-практической конференции молодых ученых. - Орел: Изд-во ОреГАУ, 2005.
Петрова, С.Н. Основные методы учета азотфиксации / С.Н. Петрова, Н.А. Прилепская // Регуляция продукционного процесса сельскохозяйственных растений: Материалы научно-практической конференции. - Орел: Изд-во АВ, 2005.
Петрова, С.Н. Биологический азот как фактор устойчивости растениеводства / С.Н. Петрова // Инновации молодых ученых - сельcкому хозяйству России: сб. материалов Всероссийской конференции. - Москва, 2006. - Ч. 1. - С. 236-239.
Парахин, Н.В. Сельскохозяйственные аспекты симбиотической азотфиксации / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова. - М.: КолосС, 2006. - 158 с.
Парахин, Н.В. Эффективность использования биологического азота бобовыми растениями в производственных условиях / Н.В. Парахин, А.В. Амелин, С.Н. Петрова // Вестник РАСХН. - 2007. - №5. - С.63-66.
Амелин, А.В. Особенности изменения климата на территории Орловскойа области за последние 100 лет и их влияние на развитие растениеводства в регионе / А.В. Амелин, С.Н. Петрова // Вестник ОреГАУ. - 2006. - № 2-3. - С.76-79.
Парахин, Н.В. Оптимизация структуры посевных площадей как фактор повышения устойчивости и эффективности растениеводства / Н.В. Парахин, А.В. Амелин, С.Н. Петрова, С.В. Потаракин // Вестник ОреГАУ. - 2007. - № 3(6). - С.2-8.
Моисеенко, Ю.В. К вопросу разработки элементов сортовой агротехники люпина узколистного на основе интенсификации биологических процессов / Ю.В. Моисеенко, Д.В. Удалов, С.Н. Петрова // Вклад молодых ученых в реализацию приоритетных направлений развития АПК: Сб. матер. науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ,а 2007. ЦС. 92-94.
Парахин, Н.В. Эффективные травосмеси для создания культурных пастбищ в среднерусской Лесостепи / Н.В. Парахин, И.В. Антонов, С.Н. Петрова // Кормопроизводство. - 2007. - №12. - С.30-33.
Моисеенко, Ю.В. Разработка биологизированных способов повышения урожайности современных сортов сои / Ю.В. Моисеенко, С.Н. Петрова // Актуальные направления развития сельскохозяйственной науки: Сб. матер. науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2008. - С. 65-67.
Петрова, С.Н. Ресурсосберегающие технологии в растениеводстве на основе полезных микробиологических сообществ / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин, Н.А. Прилепская, В.И. Толубеева, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко, И.И. Кузнецов, А.В. Амелин // I Всерос. молодежный инновационный конвент (100 инноваций идеи изобретения проекты). - Москва, 2008. - С. 162-163.
Кузмичева, Ю.В. Сортовая отзывчивость растений гороха листового и усатого морфотипов на агротехнические приемы выращивания / Ю.В. Кузмичева, Д.В. Удалов, С.Н. Петрова // Актуальные направления развития сельскохозяйственной науки: Сб. матер. науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2008. - С. 60-63.
Андронов, Е.Е. Влияние генетически модифицированного штамма Sinorhizobium meliloti на структуру микробного сообщества почвы / Е.Е. Андронов, С.Н. Петрова, Е.П. Чижевская, А.Г. Пинаев, Г.А. Ахтемова // Окружающая среда и здоровье человека (Второй международный экологический форум 1-4 июля): Сборник тезисов. - Санкт-Петербург, 2008.
Андронов, Е.Е. Влияние внесения генетически модифицированного штамма Sinorhizobium meliloti ACH-5 на структуру почвенного сообщества микроорганизмов / Е.Е. Андронов, С.Н. Петрова, Е.П. Чижевская, Е.В. Коростик, Г.А. Ахтемова, А.Г. Пинаев // Микробиология. - 2009. - Том а78. -а № 4. - С. 1Ц10.
Кузмичева, Ю.В. Изучение сортоспецифичности гороха посевного при использовании микробиологических препаратов и микроэлемента Мо / Ю.В. Кузмичева, Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Вклад молодых ученых в отраслевую науку с учетом современных тенденций развития АПК: Сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф., Том 2. - Москва, 2009. - с. 60-64.
Кузмичева, Ю.В. Разработка некоторых агроприемов для современных сортов гороха / Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова // Аграрная наука - сельскому хозяйству: Мат-лы Всерос. науч.-практ. конф., ч.3. - Курск, 2009. - С. 178-181.
Моисеенко, Ю.В. Изучение штаммоспецифичности Rhizobium к сое Glycinemax. L. / Ю.В. Моисеенко, С.А. Лаврухин, Д.М. Деревягин, С.Н. Петрова // Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности растениеводства: Сб. матер. науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2009. - С.123-127.
Кузмичева, Ю.В. Роль арбускулярной микоризы в продукционном процессе гороха посевного / Ю.В. Кузмичева, И.Ю. Клименко, Р.В. Казиев, С.Н. Петрова // Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности растениеводства: Сб. матер. науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2009. - С. 109-112.
Парахин, Н.В. Опыт создания культурных пастбищ для развития молочного животноводства Орловской области / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова, И.В. Антонов // Вестник ОреГАУ. - 2009. - №2(17). - С.7-11.
Парахин, Н.В. Продуктивность пастбищных травостоев в зависимости от компонентного состава и нормы высева в условиях Среднерусской лесостепи // Н.В. Парахин, И.В. Антонов, С.Н. Петрова // Кормопроизводство в условиях XXI века: проблемы и пути решения: Материалы международной научно-практической конференции. - Орел: ОреГАУ, 2009. - С.92-95.
Парахин, Н.В. Симбиотически фиксированный азот в агроэкосистемах // Н.В. Парахин, С.Н. Петрова // Вестник ОреГАУ, 2009. - №3(18). - C.41-45.
Петрова, С.Н. Функциональная активность фотосинтетического аппарата гороха посевного в зависимости от генотипа / С.Н. Петрова, Ю.В. Кузмичева, Е.И. Чекалин // Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах: Тезисы докладов Всерос. конф. - Пущино, 2009. - С. 48-49.
Парахин, Н.В Эффективность взаимодействия препарата ассоциативных бактерий с сортами Glycine max. L. // Н.В. Парахин, Ю.В. Моисеенко, С.Н. Петроваа // Вестник ОреГАУ, 2009. - №5(20). - C.35-40.
Парахин, Н.В. Эндо- и экзогенная регуляция процесса биологической азотфиксаци для разработки энергосберегающих приемов получения конкурентоспособной экологически чистой высокобелковой продукции растениеводства (08-04-13565) / Н.В. Парахин, А.В. Амелин, С.Н. Петрова, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко // Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России: Мат-лы конф. - Сергиев Посад, 2009. - С. 45-50.
Петрова, С.Н. Функциональное взаимодействие Aphis fabae (Scop.) и Pisum sativum (L.) в зависимости от использования полезных микроорганизмов ризосферы / С.Н. Петрова, К.В. Цебитц, Н.В. Парахин // Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений: Мат-лы межд. науч.-практ. конф. (6-8 октября), Орел, 2009. - С. 322-325.
Петрова С.Н. Производство белка в союзе с микробами / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин, А.В. Амелин, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко, И.И. Кузнецов // II Всерос. молодежный инновационный конвент (Лучшие разработки Зворыкинского проекта в 2009 году). - Санкт-Петербург, 2009. - С. 145-146.
Петрова С.Н. Производство белка в союзе с микробами / С.Н. Петрова // Материалы Окружного инновационного молодежного конвента - Дубна, 2009. - С. 60.
Парахин, Н.В. Биологическая и хозяйственная эффективность применения эндомикоризы в сортовых посевах Pisumsativum L. в условиях Орловской области / Н.В. Парахин, Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова // Сельскохозяйственная биология. - 2010. - №1. - С. 75-80.
Деревягин, Д.М. Влияние инокуляции и обработки семян молибденом на симбиотическую деятельность и урожайность зерна сортов люпина узколистного / Д.М. Деревягин, Ю.В. Моисеенко, С.Н. Петрова // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Сб. матер. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2010. - С. 84-87.
Моисеенко, Ю.В. Влияние ассоциативных бактерий на урожайность и качество зерна сортов сои / Ю.В. Моисеенко, С.А. Лаврухин, С.Н. Петрова // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Сб. матер. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2010. - С. 203-206.
Кузмичева, Ю.В. Микоризация растений гороха посевного как фактор повышения урожайности / Ю.В. Кузмичева, И.Ю. Клименко, Р.В. Казиев, С.Н. Петрова // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Сб. матер. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОреГАУ. - 2010. - С. 148-151.
Андронов Е.Е. Динамика сообщества почвенных микроорганизмов в ответ на засоление / Е.Е. Андронов, С.Н. Петрова, Е.В. Першина, А.Г. Пинаев // Биология - наука XXI века (14-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых): Сборник тезисов. - Пущино, 2010. - С.251-252.
Парахин, Н.В. Энергетическая эффективность создания растительно-микробных систем в агроценозах гороха посевного / Н.В. Парахин, Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова // Земледелие. - 2010. - № 8. - С. 28-30.
Петрова, С.Н Перспективы использования методов молекулярно-генетического анализа в почвенной экологии / С.Н. Петрова, Е.Е. Андронов, А.Г. Пинаев, Е.В. Першина // Вестник ОреГАУ. - 2010. - №5(10). - С. 45-48.
Дурнев, Г.И. Влияние норм высева, удобрений и подсева клевера лугового на урожайность ярового ячменя / Г.И. Дурнев, С.Н. Петрова, Д.С. Сухоруков // Кормопроизводство. - 2010. - №11. - С.22-24.
Петрова, С.Н. Вредоносность Rhopolosiphum padi L. для пшеницы в зависимости от обеспеченности растений азотом / С.Н. Петрова, К.В. Цебитц, Н.В. Парахин // Сельскохозяйственная биология. - 2011. - №1. - С.92-97.
Парахин, Н.В. Использование микробиологических препаратов комплексного действия в агроценозах гороха посевного / Н.В. Парахин, Н.А. Прилепская, С.Н. Петрова // Сельскохозяйственная биология. - 2011. - №2. - С.86-90.
Кузмичева, Ю.В. Связь азотфиксации и фотосинтеза в условиях эффективного симбиоза / Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова, Е.И. Чекалин // Физиология растений - фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий: Тезисы международной конференции (VII Съезд общества физиологов растений России). - Нижний Новгород, 2011. - Ч. 1. - С. 390.
Петрова, С.Н. Методы молекулярно-генетического анализа в почвенной экологии / С.Н. Петрова, Е.Е. Андронов, В.А. Денщиков // Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям: сборник материалов международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2011. - С. 95-97.
Мельник, А.Ф. Влияние предшественников на урожайность и качество озимой пшеницы / А.Ф. Мельник, Р.С. Ганжа, С.Н. Петрова // Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям: сборник материалов международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2011. - С. 218-221.
Минаков, Д.Л. Отзывчивость сортов рапса ярового на агротехнические приемы выращивания маслосемян / Д.Л. Минаков, Н.В. Дубровкина, С.Н. Петрова // Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям: сборник материалов международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2011. - С. 223-226.
Parakhin, N.V. Biological aspects of air nitrogen assimilation by leguminous plants in production conditions / N.V.а Parakhin, A.V. Amelin, S.N. Petrova // European journal of natural history. - 2006. - №3. - С.9.
Parakhin, N.V. Use microbial biofertilizers of complex action at cultivation spring wheat and peas / N.V. Parakhin, S.N. Petrova, N.A. Prilepskaya // International journal of applied and fundamental research.- 2008. - №3. - P. 16-20.
Andronov, E.E. Influence of Introducing the Genetically Modified Strain Sinorhizobium meliloti ACH-5 on the Structure of the Soil Microbial Community / E.E. Andronov, S.N. Petrova, E.P. Chizhevskaya, E. V. Korostik, G.A. Akhtemova, and A. G. Pinaev // Microbiology. - 2009. - Vol. 78. - № 4. - Р. 474Ц482.
Petrova, S.N. Interaction of Aphis fabae (Scop.) and Pisum sativum (L.) as mediated by Rhizobium / S.N. Petrova, C.P.W. Zebitz // Deutsche Gesellschaft fur allgemeine und angewandte Entomologie, 2009. S.220.
Petrova, S.N. Einflu? N-Hohe fur Weizen auf der Beeintrachtigung (Beschadigung) von Rhopolosiphum padi / S.N. Petrova, C.P.W. Zebitz // Deutsche Gesellschaft fur allgemeine und angewandte Entomologie, 2011. S.348.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 |

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по сельскому хозяйству

Blog

Ресурсосберегающая роль растительно-микробных взаимодействий в растениеводстве