Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
ПЕТРОВА Светлана Николаевна
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩая роль РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
Специальность: 06.01.01 - общее земледелие
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Орел - 2011
Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет
Научный консультант: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Парахин Николай Васильевич |
Официальные оппоненты: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН Черкасов Григорий Николаевич доктор биологических наук, профессор Вишнякова Маргарита Афанасьевна доктор биологических наук, профессор Симаров Борис Васильевич |
Ведущая организация: | ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса Россельхозакадемии (г. Лобня) |
Защита состоится л__________2011 г. в 14 час. 30 мин. на заседании
диссертационного совета ДМ. 220. 052.01 при ФГОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет по адресу: 302019, г. Орел, ул. генерала Родина, 69.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет.
Просим Вас принять участие в заседании Диссертационного совета и прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.
С авторефератом можно ознакомиться на сайте ВАК vak.ed.gov.ru и университета www.orelsau.ru
Автореферат разослан л_______________2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Л.П. Степанова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Значимость первостепенной роли продовольственной безопасности страны позволила сформулировать важнейшие национальные приоритеты, среди которых на первый план выходит энерго- и ресурсобережение (Медведев, 2009). В сельском хозяйстве эта проблема наиболее актуальна, поскольку АПК России традиционно является одной из самых энергоемких отраслей народного хозяйства. Имеющийся мировой опыт свидетельствует, что энергоемкость производимой в России продукции в 4-6 раз выше, чем в странах Запада, что делает отечественную продукцию неконкурентоспособной на мировом рынке (Данилов, 2000; Епишков, 2001 Нисанов, 2007). Поэтому в современных условиях к решению проблем энергосбережения в АПК следует относиться как к важнейшим стратегическим инновациям. Существует необходимость использования в современных технологиях факторов, реально влияющих на фотосинтетическую производительность агрофитоценозов, и снижения затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу продукции.
В этой связи актуальным с точки зрения ресурсосбережения, а также получения экологически безопасной, качественной продукции растениеводства, является использование в сельскохозяйственной практике растительно-микробных симбиозов. Симбиотические взаимодействия с микроорганизмами широко освещены в литературе (Виноградский, де Бари, Франк, Мишустин, Красильников, Бейеринк, Посыпанов, Тихонович, Проворов, Наумкина, Вэнс, Рёмхельд, Мартин и мн. др.) и играют исключительно важную роль в жизни растений, обеспечивая их минеральное питание, адаптацию к абиотическим стрессам, а также защиту от патогенов и вредителей (Проворов, Тихонович, 2003; Белимов, 2008; ).
Однако, существующие на сегодняшний день технологии возделывания сельскохозяйственных культур рассматривают использование полезных ризосферных микроорганизмов лишь как лопцию, а не ключевой элемент снижения энергозатратности и повышения адаптивности агофитоценозов. Вследствие этого агроэкосистемы недополучают колоссальное количество биогенных элементов. Не обоснован экологический подхода к решению проблемы энергосбережения в растениеводстве, позволяющий за счет формирования эффективных растительно-микробных систем реализовать потенциал не только культуры, но и сорта. Отсутствуют систематизированные исследования, позволяющие сделать необходимые заключения о возможности повышения эффективности симбиотических систем применительно к конкретным условиям региона.
Цель исследований Ц теоретически обосновать и разработать научно обоснованные предложения по ресурсосбережению в растениеводстве за счет эндо- и экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий (РМВ), способствующих повышению эффективности использования солнечной энергии агроценозами.
Задачи исследований:
- Дать сравнительную оценку симбиотического потенциала однолетних и многолетних видов бобовых культур;
- Изучить способность видов бобовых формировать эффективный симбиоз с различными группами эндофитов;
- Определить роль сорта в формировании растительно-микробного симбиоза.
- Изучить влияние экзогенных факторов регуляции растительно-микробных взаимодействий на экологическую приспособленность (продуктивность, устойчивость к вредным организмам) агробиоценозов, а также качество получаемой продукции и выявить наиболее эффективные растительно-микробные системы.
- Определить количество почвенных диазотрофов в зависимости от эффективности формирования растительно-микробных систем с помощью методов молекулярно-генетического анализа.
- Выявить эффективность использования солнечной энергии в процессе фотосинтеза при формировании симбиоза растений с полезной ризосферной микрофлорой.
- Провести анализ фактического использования растительно-микробных взаимодействий в сельскохозяйственной практике ЦЧР (на примере Орловского региона).
- Разработать систему мер по снижению затрат ископаемой энергии в агробиоценозах на основе растительно-микробных взаимодействий при высокой биологической и хозяйственно-экономической эффективности
Научная новизна.
Комплексное изучение растительно-микробных взаимодействий является новым подходом в поиске эффективной возможности снижения ресурсозатратности при производстве растениеводческой продукции.
Осуществлена комплексная проверка эффективности взаимодействия ценных сортов бобовых культур тремя наиболее известными группами эндофитов: с Rhizobium leguminosarum, консорциумом ассоциативных бактерий (PGPR) и эндомикоризными грибами Glomus.
Показано, что интродукция полезных почвенных микроорганизмов в ризосферу растения приводит к изменению скорости световых реакций фотосинтеза (в зависимости от сорта и эндофита) и повышению их эффективности.
С помощью методов молекулярно-генетического анализа выявлено количество диазотрофов темно-серой лесной почвы и изменение численности и структуры почвенного сообщества микроорганизмов в ответ на использование эндо- и экзогенных факторов регуляции РМВ.
Проведенные исследования экзо- и эндогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий направлены на разработку и создание агробиологического паспорта сорта зернобобовых культур.
Применительно к региону дано обоснование использования РМС. Выявлено положительное влияние активизации растительно-микробных взаимодействий на экологическую приспособленность сельскохозяйственных культур в регионе.
Практическая значимость:
Работа направлена на решение важной народно-хозяйственной и научной проблемы - энергосбережение.
Полученные результаты позволяют обеспечивать в условиях производства системный подход к разработке сортовой технологии зернобобовых культур а также способам создания высокопродуктивных фитоценозов многолетних бобовых трав, учитывающих способности культурных растений к образованию симбиозов с микроорганизмами ризосферы, позволяющих наиболее полно использовать биологический и генетический потенциал растений.
Почвенный мониторинг микробных сообществ с помощью методов молекулярно-генетического анализа, использованный в работе, может служить дополнительным и важным источником информации фактического плодородия почвы.
Изучение функциональной активности фотосистемы II с помощью метода индукции флуоресценции хлорофилла открывает возможность его использования в качестве теста на чувствительность растений к микробным препаратам (и другим экзогенным влияниям).
Показана возможность сочетания химических и биологических средств (микробных препаратов) регуляции роста и развития растений, которые могут усиливать действие друг друга.
Положения выносимые на защиту.
Экспериментально-теоретическое обоснование использования потенциала живой фазы почвы для повышения экологической приспособленности сельскохозяйственных культур и качества продукции.
Использование генотипов бобовых, формирующих наиболее эффективные растительно-микробные симбиозы, с целью снижения затрат техногенного азота на производство продукции растениеводства.
Повышение продуктивности агроэкосистем на основе применения эффективных способов экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий.
Биологическая эффективность создания растительно-микробных систем.
Повышение эколого-хозяйственной устойчивости растениеводства за счет комплексного использования РМС.
Апробация работы.
Основные результаты исследований были апробированы на научно-теоретических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов Неделя науки Орел ГАУ (Орел, 1999 - 2011 гг.); Всероссийской научно-практической конференции Роль современных сортов и технологий в сельскохозяйственном производстве (Орел, 2004); Всероссийской научно-практической конференции Вклад молодых ученых в отраслевую науку с учетом современных тенденций развития АПК (Москва, 2008); Всероссийской конференции Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах (Пущино, 2009); Всероссийской научно-практической конференции Аграрная наука - сельскому хозяйству (Курск, 2009); Всероссийской конференции Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России (Сергиев Посад, 2009); Всероссийской конференции Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах (Пущино, 2009); Первом Всероссийском молодежном инновационном конвенте (Москва, 2008); Втором Всероссийском молодежном инновационном конвенте (Санкт-Петербург, 2009); Международной конференции молодых ученых стран Восточной Европы (г. Штуттгарт, 1999); Международной научно-методической конференции Продукционный процесс сельскохозяйственных культур (Орел, 2001); Втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме Окружающая среда и здоровье человека (Санкт-Петербург, 2008); Международной научно-практической конференции ОФР Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений (Орел, 2009); 14-й Пущинской международной школе-конференции молодых ученых Биология - наука XXI века (Пущино, 2010). II Международной научно-практической конференции Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях (Москва, 2010); Международной конференции DGaaE (Гёттинген, 2009), Энтомологическом конгрессе DGaaE (Берлин, 2011.).
Результаты исследований послужили основой для создания научных проектов, ставших победителями во всероссийских и международных конкурсах: Российского фонда фундаментальных исследований офи_ц №07-04-13566 (2007), №08-04-13565 (2008-2009), моб_ст №09-04-90815 (2009), моб_ст №11-04- (2011); Российского аграрного движения (РАД) в номинации Лучший инновационный проект в сфере АПК (Орел, 2010) и Научно-технического творчества молодежи НТТМ-2010 (Москва, ВВЦ, 2010); Германской службы академических обменов ДААД Николай Вавилов (Штуттгарт, 2002, 2006) г.; Европейском международном конкурсе Erasmus-Mundus (Штуттгарт, 2008).
Результаты исследований экспонировались на выставке молодежных проектов II Всероссийского молодежного Конвента в 2009 г. (победитель регионального Конвента в номинации лучший инновационный проект), на ВВЦ НТТМ-2010 в 2010 г. (золотая медаль).
Полученные результаты явились основой научно-исследовательской работы, выполненной по двум Государственным контрактам с Министерством сельского хозяйства Российской ГК 1301/13 и ГК 02.512.11.2069 Сохранение и восстановление плодородия почв, земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 гг.
Результаты работы использованы в учебном процессе и вошли в учебное пособие Адаптивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Орловской области, Орел: изд-во ОреГАУ. - 2010. - 210 с., Практикум по растениеводству. ЦМ.: КолосС, 2010. - 240 с.
Публикации. По теме диссертации в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано 60 работ, в том числе 22 - в рецензируемых изданиях, а также 1 монография.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 300 страницах текста, состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству. Содержит 60 таблиц и 61 рисунок. Список литературы включает 450 источников, в том числе 130 на иностранных языках.
ичное участие автора в проведении экспериментов составляет 75 %. Закладка полевых, вегетационных и лабораторных опытов, анализ и обобщение результатов исследований были проведены автором лично.
Автор выражает искреннюю благодарность академику РАСХН, ректору ОреГАУ профессору Н.В. Парахину; заместителю директора ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, доктору сельскохозяйственных наук Т.С. Наумкиной, главному научному сотруднику отдела селекции зернобобовых культур А.Н. Зеленову; заведующему лабораторией микробиологического мониторинга и биоремедиации почв ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, кандидату биологических наук Е.Е. Андронову, заведующему лабораторией экологии симбиотических и ассоциативных ризобактерий ВНИИ СХМ А.П. Кожемякову; доктору сельскохозяйственных наук, профессору кафедры растениеводства Орел ГАУ А.В. Амелину, доктору сельскохозяйственных наук, профессору кафедры экотоксикологии и защиты растений Орел ГАУ Н.Н. Лысенко за консультации по обсуждаемым в данной работе вопросам. Автор признателен кандидатам сельскохозяйственных наук, научным сотрудникам Отдела проблемных исследований сельского хозяйства ОреГАУ Ю.В. Кузмичевой, Н.И. Прилепской, И.В. Антонову, Е.И. Чекалину за сотрудничество и помощь в проведении исследований.
2. УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Основные эксперименты проведены в 1998-2010 гг. на базе ФГОУ ВПО ОреГАУ совместно с лабораториями селекции гороха и фасоли, микробиологии Всероссийского научно-исследовательского института зернобобовых и крупяных культур, а также ВНИИ СХМ.
Годы исследований (1998Е2010) по метеорологическим условиям были различными и некоторые из них существенно отличались от среднемноголетних величин. По данным АГМС г.Орла и собственным наблюдениям, вегетационные периоды 1999, 2002, 2007 и, в особенности, 2010 годов характеризовались в основном сухой и жаркой погодой, а в 2000, 2003 и 2006 годы - избыточным увлажнением, прежде всего, во время налива семян гороха и люпина. В остальные годы метеоусловия по основным показателям (количества осадков, температура и относительная влажность воздуха) были близки к средним многолетним данным, хотя и не во все периоды развития растений. Наиболее типичная погода для данной зоны наблюдалась в 1998, 2001, 2004, 2005 и 2008 годы, а наиболее благоприятная для создания эффективных РМС - в 2000, 2004, 2005, 2008 и 2009 годы.
Объектами полевых исследований служили:
- при изучении симбиотической активности, урожайности и белковой продуктивности многолетних бобовых трав в одновидовых посевах - люцерна гибридная - Medicago varia сорт Вега - 87, клевер луговой Trifolium pratense сорт ВИК - 7 и козлятник восточный Galega orientalis сорт Гале; а в смешанных посевах - пастбищные травосмеси на основе клевера ползучего и райграса пастбищного:
Травосмесь №1: клевер ползучий Rivendel (4 кг/га) + райграс пастбищный ВИК 66 (12 кг/га) + клевер луговой ВИК 7(6 кг/га).
Травосмесь №2. клевер ползучий Rivendel (4 кг/га) + райграс пастбищный ВИК 66 (12 кг/га) + люцерна изменчивая Пастбищная 88 (6 кг/га).
Травосмесь №3. клевер ползучий Rivendel (4 кг/га) + райграс пастбищный ВИК 66 (12 кг/га).
Травосмесь №4 (контроль): кострец безостый Факел (10 кг/га), тимофеевка луговая ВИК 9 (5 кг/га), клевер луговой Орловский среднеранний (5 кг/га), клевер ползучий ВИК-70 (3 кг/га), лядвенец рогатый Дединовский (3 кг/га), райграс пастбищный ВИК-66 (5 кг/га);
- при изучении взаимодействия бобовых растений с тремя основными группами эндофитов (клубеньковые бактерии, PGPR и грибы арбускулярной эндомикоризы) - районированные и перспективные сорта зернобобовых культур: горох посевной Татьяна, Спартак, Темп и Фараон, люпин узколистный Орловский сидерат и Кристалл, соя Ланцетная и Свапа;
- в исследованиях по формированию симбиозов в посевах зерновых культур - яровая мягкая пшеница Крестьянка;
- при оценке последействия симбиотической азотфиксации - пшеница озимая Московская 39;
Опытный материал выращивался на делянках площадью 10-150 м2 в 4-х кратной повторности, размещение делянок рендомизированное. В осенне-зимний период опыты проводили в условиях теплицы при температуре воздуха 202 оС, относительной влажности 75% и люминесцентном освещении.
Опыты с многолетними бобовыми травами (1998-2000 и 2001-2005 гг.) были расположены в учхозе Лавровский в условиях полевого севооборота кафедры земледелия и растениеводства. Почва темно-серая лесная, содержание гумуса 4,7%, подвижного фосфора - 10,3 и 10,8 мг/100 г - обменного калия, рН - 5,8.
Для создания оптимальных условий симбиотических взаимодействий растений и микроорганизмов, в почву вносили известь из расчета, что 1 т СаСО3 сдвигает рН среднесуглинистой почвы на 0,1 единицы на 1 га (7 т/га).
Перед посевом семена обработали молибденовокислым аммонием - 50 г на гектарную норму семян и борной кислотой из расчета 1 кг бора на гектар.
Посев обычный, рядовой, беспокровный, с рекомендованными нормами высева в данной зоне. Глубина посева 1-2 см.
Опыты с многолетними злаково-бобовыми травосмесями (2001-2005 гг.) были заложены на тёмно-серой лесной среднесуглинистой глееватой почве со средним содержанием подвижного фосфора и калия.
Схема опыта включала блок со 100 и 50% нормой высева пастбищных травосмесей. Посев травосмесей был проведен весной обычным рядовым, беспокровным способом.
Стравливание травостоя производилось при помощи электроизгороди. По мере отрастания зеленой массы травостоев проводили стравливание, затем - подкашивание. Осенью каждого года осуществляли подкормку трав минеральными тукосмесями N10P24K24.
Опыты с однолетними зернобобовыми культурами (2007-2010 гг.).
Почва опытного участка темноЦсерая лесная среднесуглинистая, подстилаемая лессовидным суглинком, средней окультуренности (среднее содержание гумуса 5,1%, подвижного фосфора - 23,3, обменного калия - 9,7 мг/100 г почвы, рНсол - 5,3, гидролитическая кислотность - 4,4 мг экв./100 г почвы). Предшественник - ячмень. Микрорельеф участка выровненный.
Опытный материал был выращен в полевом селекционном севообороте, площадь делянки - 10 м2, повторность 4-х кратная. Размещение делянок - рендомизированное.
В опытах изучали влияние применения мелиорантов химического и биологического происхождения на формирование эффективных РМС у современных сортов гороха, сои и люпина:
Горох | Соя | юпин | |||
Микробные препараты | |||||
1 | Шт.Rhizobium 250а | 1 | Шт.Rhizobium 626а | 1 | Шт.Rhizobium 367 |
2 | Шт. Rhizobium 260б | 2 | Шт.Rhizobium 634а | 2 | Шт.Rhizobium 375 |
3 | Шт. Rhizobium 263б | 3 | Шт.Rhizobium 645 | 3 | Шт.Rhizobium 388 |
4 | АМ * | 4 | АМ | 4 | АМ |
5 | PGPR ** | 5 | PGPR | 5 | PGPR |
6 | Компл.*** | 6 | Компл. | 6 | Компл. |
Химические мелиоранты | |||||
7 | N30 | 7 | N30 | 7 | N30 |
8 | К140 | 8 | К140 | 8 | К140 |
9 | Известь | 9 | Известь | 9 | Известь |
*АМ - препарат на основе грибов арбускулярной микоризы (внесение в почву)
** PGPR - препарат PGPR БисолбиСан (опрыскивание всходов)
***Компл. - PGPR (опрыскивание всходов) + АМ (внесение в почву) + ризоторфин на основе штамма 250а (инокуляция семян) + молибденовокислый аммоний (Мо) (обработка семян)
Микробные препараты разработаны во ВНИИ СХМ (г. Санкт-Петербург). PGPR - препарат представляет собой чистую культуру ассоциативных бактерий; АМ - почвенно-корневая смесь из-под микоризованной суданской травы; Rhizobium - селективные штаммы клубеньковых бактерий.
Штаммами Rhizobium проводили предпосевную инокуляцию семян из расчета 200 г на гектарную норму семян. PGPR опрыскивали всходы растений (10% р-р). АМ вносили в почву перед посевом из расчета 5 ц/га. Варианты с применением минеральных удобрений включали внесение в почву: N30 в виде аммиачной селитры, К40 в виде сульфата калия, а также известковых удобрений в виде доломитовой муки - 3 т/га. Молибденовокислым аммонием (Мо) обрабатывали семена перед посевом (50 г/га).
Пробы почвы для молекулярно-генетического анализа отбирали в агроценозах гороха в фазу 6-7 настоящих листьев в стерильные пластиковые емкости 50 мл (Falcon), которые хранили в морозильной камере при Ц20 оС.
Работа с насекомыми. В качестве вредителя пшеницы была выбрана черёмуховая тля Rhopolosiphum padi L., а Aphis faba L. - в качестве вредителя гороха. Разведение насекомых также проводили в тепличных условиях при 20 0C. Для получения развитого потомства тлей были использованы маленькие пластиковые клеточки (3,5 см ), которые фиксировались с помощью прищепки и тонкой деревянной рейки на лист растения. Опыт был синхронизирован.
Учет надземной и корневой фитомассы, проводили согласно методике Г.С. Посыпанова (1991). Сухую массу растения устанавливали весовым методом после высушивания при температуре 105С. При этом отбирали из среднего образца навески по 25 г для зоотехнического анализа растений.
Формирование площади листьев определяли методом высечек (Корнилов А.А.,1957), а также с помощью фотопланиметра Li-3000c (США)
Анализ функционального состояния фотосинтетического аппарата сортов проводили методом регистрации индукции флуоресценции хлорофилла листьев у интактных растений с использованием портативного прибора Mini-PAM немецкой фирмы Walz (Bilger &Schreiber, 1995).
Фотосинтетический потенциал - ФП определяли по методике Ничипоровича А.А. и др. (1961). Чистую продуктивность фотосинтеза - ЧПФ рассчитывали как частное от деления прироста сухой массы на ФП (Синякова, Иванова, 1981).
Уровень использования солнечной радиации посевами (КПД ФАР) рассчитывали используя формулу:
Нитрогеназную активность определяли методом редукции ацетилена (Чундерова, 1980) в модификации А.С. Шаина (1990) на газовом хроматографе ЦветЦ4. Количество фиксированного азота определяли расчетным методом (Орлов, 1984).
Регистрация проникновения стилета тли в растение была проведена посредством методики Tjallingii (1978,1988). Для анализа полученных данных было использовано программное обеспечение Software>
Почвенную ДНК выделяли из навески темно-серой лесной почвы 0.5 г (Ausubel, 1994). Определение численности основных групп микроорганизмов проводили с использованием ПЦР с детекцией в реальном времени с помощью амплификатора iCycler (BioRad) в трех повторностях. Амплификацию фрагмента гена nifH проводили с использованием пары вырожденных праймеров F1- R6 (Марусина и др., 2001), синтез которых осуществляла фирма Синтол (Москва).
Изучение структуры урожая у растений, отобранных в фазу полной спелости, проводили согласно методике Госсортсети (1971).
Биохимический анализ семян зернобобовых культур определяли с помощью анализатора зерна InfratecЩ 1241 по оригинальной методике (Foss).
Биоэнергетическая оценка эффективности производства бобовых проведена с использованием методики Е.Н. Базарова и Е.В. Глинки Биоэнергетическая оценка технологий производства продукции растениеводства (1983).
Полученные экспериментальные данные подвергнуты математическому анализу с учетом методических рекомендаций Б.А. Доспехова (1985) с помощью приложения CXSTAT к компьютерной программе Excel.
3. Симбиотический потенциал многолетних и однолетних бобовых культур
Симбиотический потенциал многолетних бобовых трав. Симбиотический потенциал сельскохозяйственных растений неодинаков и зависит от многих генетических и средовых факторов, в том числе вида растений. Полученные нами в условиях лесостепи Орловской области экспериментальные данные показывают, что при одних и тех же условиях выращивания многолетние бобовые травы существенно различаются по количеству и массе корневых клубеньков. Причем, при спонтанной инокуляции клубеньки образуются у клевера лугового и люцерны изменчивой, которые заражаются клубеньковыми бактериями Rhizobium trifolii и Rhizobium meliloti, в избытке присутствующие в почвах средней полосы России. В тоже время для козлятника восточного, являющегося интродуцируемой культурой, необходимо наличие специфичного штамма Rhizobium galegae, поскольку аборигенные штаммы темно-серых лесных почв Центральной лесостепи клубеньков у данной культуры не образуют.
Так, максимальную величину симбиотического аппарата по массе, сформировал козлятник восточный. Его величина во второй год жизни достигла 687 кг/га, а в третий год жизни - 459 кг/га (табл. 1). Соответственно наименьшую величину симбиотического аппарата во все годы исследований формировала люцерна изменчивая (в 2,5-3 раза уступала козлятнику восточному). Однако, это еще не свидетельствует о ее низкой азотфиксирующей активности, поскольку люцерна обладает высокими потенциальными возможностями к фиксации атмосферного азота, что подтверждено и в наших исследованиях.
Таблица 1. Количество (млн. шт./га) и масса клубеньков* (кг/га) на корнях многолетних бобовых трав в зависимости от условий выращивания,
Год посева, укос | юцерна | Клевер | Козлятник | ||||
количество клубеньков, млн. шт./га | масса клубеньков, кг/га | количество клубеньков, млн. шт./га | масса клубеньков, кг/га | количество клубеньков, млн. шт./га | масса клубеньков, кг/га | ||
1 год жизни | |||||||
1998 | 12/13 | 76/79 | 58/61 | 216/220 | 49/55 | 124/128 | |
1999 | 20/23 | 92/97 | 65/70 | 188/192 | 60/65 | 153/155 | |
2 год жизни | |||||||
1998 | 1 | 162/165 | 67/67 | 726/730 | 71/75 | 274/277 | 93/99 |
2 | 82/85 | 121/121 | 695/696 | 378/380 | 229/231 | 332/337 | |
За вегетацию | 244/250 | 188/188 | 1421/1426 | 449/455 | 514/519 | 425/436 | |
НСР05 | 30/35 | 38/39 | 26/30 | 52/54 | 32/34 | 59/61 | |
1999 | 1 | 17/19 | 104/114 | 67/74 | 120/123 | 95/96 | 260/292 |
2 | 60/76 | 137/140 | 171/171 | 141/143 | 182/182 | 429/429 | |
отава | 72/74 | 67/69 | 96/99 | 114/118 | 125/129 | 286/286 | |
За вегетацию | 149/169 | 308/323 | 334/344 | 375/384 | 402/685 | 975/1007 | |
НСР05 | 13/17 | 11/13 | 22/25 | 36/40 | 25/29 | 40/42 | |
3 год жизни | |||||||
1998 | 1 | 17/26 | 55/75 | 52/54 | 63/76 | 28/55 | 107/121 |
2 | 30/33 | 94/96 | 80/82 | 83/85 | 66/70 | 315/316 | |
отава | 26/28 | 60/62 | 41/45 | 24/25 | 35/40 | 184/185 | |
За вегетацию | 73/77 | 209/233 | 173/181 | 170/186 | 129/165 | 606/622 | |
НСР05 | 6/9 | 16/17 | 29/31 | 17/19 | 4/7 | 22/24 | |
*числитель -Цактивных, знаменатель - всего | |||||||
Динамика нитрогеназной активности многолетних бобовых трав имела тот же характер, что и масса клубеньков.
Симбиотическая система козлятника восточного отличалась наибольшей активностью по сравнению с другими видами трав и составила 197,5 мкг N/раст. ч (второй год жизни) и 111,9 мкг N/раст. ч (третий год жизни).
В первый год жизни посевы многолетних бобовых трав фиксировали небольшое количество атмосферного азота, что связано с коротким периодом активного симбиоза в год посева. Наибольшее количество азота фиксировали посевы клевера лугового (45 кг/га), в 1,4 - 2,0 раза превосходя по данному показателю люцерну (22 кг/га) и в 1,5 - 2,1 раза козлятник (20 кг/га). Этот факт объясняется медленным ростом козлятника восточного в год посева, а люцерна за столь короткий период не успевает развить достаточно мощный симбиотический аппарат.
На второй год жизни многолетние бобовые травы фиксировали максимальное количество азота. Наибольшую величину по рассматриваемому показателю среди изучаемых видов бобовых трав обеспечили посевы козлятника восточного - 154,4 кг/га в среднем по двум заложенным опытам (в 1998 и 1999 гг.), что на 17 % больше, чем фиксировано агроценозами люцерны и клевера.
К третьему году жизни азотфиксация клевера и люцерны существенно снижалась, что вероятно, связано с меньшим периодом долголетия, особенно клевера, по сравнению с галегой.
В целом многолетние бобовые травы по способности фиксировать азот воздуха при спонтанной инокуляции можно расположить в следующем порядке убывания: козлятник восточный, люцерна изменчивая, клевер луговой (рис. 1).
Рисунок 1 - Фиксация атмосферного азота посевами многолетних бобовых трав в условиях естественного плодородия Орловской области, в среднем за 1998-2000 гг.
Симбиотический потенциал однолетних бобовых культур. Потенциальные возможности этой группы культур при получении экологически чистой сельскохозяйственной продукции за счет азота воздуха используются далеко не в полную меру. Подтверждением является тот факт, что во многих областях России основной зернобобовой культурой был и остается горох (Вишнякова, 2005), которая занимает более 66 % от посевных площадей всех зернобобовых культур (Наумкина, Молошонок, 2008), а в Орловской области - 82%.
Несомненно, это существенно снижает использование биологических процессов в земледелии, так как по азотфиксирующей эффективности горох среди зернобобовых культур занимает последнее место.
Наши наблюдения показали, что наибольшей продолжительностью функционирования отличались растительно-микробные системы в агроценозах люпина и сои, тогда как период активного симбиоза у гороха посевного был в среднем в два раза короче и не превышал 20 дней.
Главным образом по этой причине уровень фиксации атмосферного азота посевами гороха был самым низким и не превышал 81 кг/га за вегетацию, хотя по показателю нитрогензной активности его симбиотическая система не уступала люпину узколистному. Вместе с тем стоит отметить и довольно высокую нодуляционную способность гороха в условиях естественного плодородия, которая была выше, чем у люпина и сои, соответственно в 1,7 и 2,7 раза (табл. 2).
Таблица 2. Показатели симбиотической деятельности в агроценозах зернобобовых культур (2007-2010 гг.)
Культура | Количество клубеньков, кг/га | Масса клубеньков, кг/га | Нитрогеназная активность, мкг N2 /раст. час | Уровень фиксации азота за вегетацию, кг/га |
Горох | 35 (15-55) | 110 (80-140) | 16 (14-18) | 56 (32-81) |
Соя | 13 (8-18) | 172 (65-280) | 35 (20-45) | 100 (80-120) |
юпин | 20 (15-25) | 280 (240-320) | 9 (6-12) | 85 (75-95) |
Подобные межвидовые различия обусловлены несколькими причинами: во-первых, историческим и географическим происхождением изучаемых видов бобовых; во-вторых, наличием или отсутствием специфичных микроорганизмов в почвах Центральной лесостепи; в-третьих, генетическими и биохимическими особенностями метаболизма; в-четвертых, степенью окультуренности вида.
Таким образом, в условиях естественного плодородия Центральной лесостепи наиболее высоким симбиотическим потенциалом среди однолетних зерновых бобовых культур обладает соя, за которой в убывающей последовательности располагаются люпин узколистный и горох посевной.
Способность видов бобовых формировать эффективный симбиоз с различными группами эндофитов. Эффективность растительно-микробных взаимодействий зависит как от вида бобовых растений, так и от принадлежности микросимбионта к определённой эколого-трофической группе (рис. 2).
а)
б)
Рисунок 2 - Эффективность применения различных групп эндофитов в зависимости от вида бобовых культур (2007-2010 гг.)
Соя способна формировать эффективный симбиоз со всеми тремя группами эндофитов, которые примерно в равной степени оказывают влияние, как на продуктивность растений, так и на качество семян. Для люпина узколистного наиболее предпочтительным оказалось взаимодействие с клубеньковыми бактериями и микоризными грибами, хотя последние не оказали существенного влияния на содержание белка в зерне. Горох посевной наиболее эффективный симбиоз формировал со штаммами Rhizobium, воздействие которых на увеличение массы зерна было в 4,2 раза выше, чем на качество.
Выявленная видовая специфичность бобовых по отношению к различным группам микроорганизмов связана как с биологическими особенностями культур, так и с механизмом действия эндофитов. Так, например, механизмом повышения урожайности бобовых культур при инокуляции Rhizobium является обеспечение растений азотом (Мильто, 1982; Кожемяков, 1989; Посыпанов, 1993; Проворов, Тихонович, 2002, 2009; Hansen, 1994; Vance, 2002 и др.). При этом принадлежность гороха и люпина к группе бобовых с преобладанием автотрофного типа питания азотом объясняет их высокую отзывчивость на инокуляцию клубеньковыми бактериями, тогда как эффективность последних в посевах сои, характеризующейся смешанным типом питания (Проворов, 1996; Кожемяков, 2003), проявилась в 2 раза слабее.
Механизмом повышения продуктивности и качества зерна сои и люпина при формировании эндомикоризного симбиоза является улучшение водоснабжения растений, поскольку данные виды бобовых, по сравнению с горохом, предъявляют повышенные требования к влагообеспеченности (их коэффициент транспирации в 1,5 раза выше).
Оценка генотипического вклада партнёров симбиоза в контроль продуктивности симбиотической системы показала, что у сои вклад генотипов 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 влияние на эффективность симбиоза оказывал сорт растений (52%), тогда как вклады генотипов микроорганизмов и сорто-штаммовое взаимодействие были в 3-3,5 раза меньше. Основными факторами, определяющими продуктивность симбиотической системы гороха являлись сортовые генотипы (30%) и их взаимодействие с эндофитами.
Сортовой полиморфизм бобовых по способности к эффективному симбиозу. Каждое растение обладает определенным химическим портретом, который характеризуется специфическим спектром флавоноидных соединений, сигнальные молекулы которых способны регулировать экспрессию бактериальных генов (Тихонович, Круглов, 2006). При этом современные сорта сельскохозяйственных культур зачастую характеризуются низкой симбиотической активностью. Это проявляется в отношении большинства агрономически значимых типов симбиоза (Саимназаров, 1997; Тихонович, Проворов, 2009).
Залогом реализации адаптивного потенциала растительно-микробных симбиозов является знание особенностей формирования симбиотической системы конкретного сорта.
Сравнение параметров изменчивости основных симбиотических признаков при взаимодействии 7 сортов зерновых бобовых с тремя группами эндофитов показал, что наиболее высокие показатели межсортового варьирования по нитрогеназной активности выявлены у гороха посевного, тогда как эффективность симбиоза в большей степени варьировала у люпина узколистного (табл. 3).
Таблица 3. Межсортовая изменчивость зернобобовых культур по симбиотическим признакам (2007-2010 гг.)
Растение-хозяин | Изучено в опыте | Коэффициент вариации, % | ||
сортов растений | штаммов микроорганизмов | нитрогеназная активность | прибавка семенной продуктивности | |
Соя | 2 | 5 | 34,5 | 9,4 |
юпин | 2 | 5 | 44,0 | 39,8 |
Горох | 3 | 5 | 60,5 | 20,7 |
Принадлежность изучаемых сортов гороха посевного к разным морфотипам обусловила формирование ими не только морфологически, но и функционально отличающихся симбиотических систем.
Наиболее мощный и активный симбиотический аппарат при спонтан-ном заражении клубеньковыми бактериями за годы исследований сформировал листочковый сорт Темп. По усвоению азота воздуха на 1 га данный морфотип также занимал лидирующее положение. За ним в порядке убывания азотфиксирующей способности расположились сорта Фараон и Спартак.
Особенностью формирования симбиотического аппарата люпина узколистного явилось незначительное межсортовое варьирование по клубенькообразующей способности на фоне существенных различий между сортами по азотфиксирующей способности, которая у сорта Орловский сидерат была в 1,8 раза выше, чем у сорта Кристалл.
В отличие от гороха и люпина, по характеристикам симбиотической деятельности сорта сои между собой практически не различались.
По всей видимости, генетически более однородная соя способна вступать в симбиоз с различными группами эндофитов, в то время как для люпина важно выявить генотипы растений, предпочитающие конкретную группу микроорганизмов или их широкий спектр. Выявленная у гороха специфичность взаимодействия с микроорганизмами говорит о необходимости подбора штаммов под конкретные сорта, что согласуется с выводами отечественных и зарубежных ученых (Тихонович, Проворов 1998, 2009; Назарюк, 2003; Наумкина, 2007; Hansen, 1994 и др.)
Таким образом, изучение меж- и внутривидовых различий бобовых по способности формировать эффективные РМС показало, что в условиях темно-серых лесных почв Центральной лесостепи абсолютными лидерами являются многолетние бобовые травы (люцерна и козлятник), способные фиксировать до 200 кг азота воздуха на 1 га (в условиях естественного плодородия), доля которого в формировании ими урожая зеленой массы достигала 47%.
4. ЭКЗОГЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Подбор комплементарного микросимбионта. Специфичность микросимбионта по отношению к определённому виду или сорту растения является одним из важнейших факторов экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий, что наиболее ярко проявляется при формировании бобово-ризобиального симбиоза.
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 (Rhizobium galegae).
Что касается однолетних бобовых, то наиболее комплементарным штаммом Rhizobium для гороха Спартак и Фараон был штамм 263б, а для сорта Темп - 260б.
В посевах люпина узколистного Орловский сидерат наиболее комплементарным оказался штамм 367, тогда как эффективность РМВ в агроценозах сорта Кристалл существенно возрастала при моноинокуляции штаммом 388.
Указанные штаммы не только оказали наибольшее стимулирующее действие на нодуляцию корней, повысив количество и массу клубеньков с леггемоглобином у сорта Кристалл соответственно на 53 и 28%, а у сорта Орловский сидерат - на 44 и 90%, но и активизировали работу нитрогеназного комплекса, по сравнению с неинокулированным контролем. При взаимодействии растений люпина Кристалл со штаммом Rhizobium 388 количество азота воздуха, фиксируемое агроценозами данного сорта возрастало до 137 кг/га, что превышало контроль в 1,7 раза, а варианты с менее активными штаммами клубеньковых бактерий в 1,1 и 1,6 раза. Специфичный, вирулентный и активный штамм 367 в посевах сорта Орловский сидерат улучшал азотфиксирующую способность люпина по сравнению с аборигенными микроорганизмами на 74%, а также относительно производственных штаммов 374 и 388 на 25 и 23% соответственно.
В посевах сои сорта Ланцетная наиболее вирулентным, специфичным и активным был штамм 626а, который не только значительно увеличивал мощность симбиотического аппарата, но и активизировал нитрогеназную активность в 1,6 раза по сравнению с аборигенными микроорганизмами.
Специфичным для сорта Свапа являлся штамм 634б на 45% увеличивший массу клубеньков с леггемоглобином, а их активность - на 94%.
Регуляция кислотности почвы и применение микроэлементов. Повышенная кислотность почвы является важнейшим фактором, ограничивающим активность симбиоза, как в Центрально-Черноземном регионе, так и в Нечерноземной зоне. Например, в Орловской области более 80% пашни имеет кислую реакцию среды.
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 (рис. 3), а уровень азотфиксации порой достигает 400 кг/га.
1-й г.п. 2-й г.п. 3-й г.п. в среднем
Рисунок 3 - Урожайность сена многолетних бобовых трав, т/га, по годам пользования в зависимости от известкования и применения микроудобрений:
1 - люцерна; 2 - клевер; 3 - козлятник;
- контроль; - извВМо
Снижение кислотности почвы в агроценозах однолетних бобовых повышает было продемонстрировано на примере гороха посевного (табл.4). Изменение рН почвы с 5,5 до 5,8 оказало стимулирующее действие не только на нодуляцию корней гороха, но и способствовало улучшению фотосинтетической деятельности посевов. Увеличение массы активных клубеньков в среднем по сортам на 30% сопровождалось повышением эффективности работы единицы фотосинтетического аппарата на 16-22%. При этом количество азота воздуха, фиксируемого посевами, возрастало на 30-51% и достигало у сорта Темп 64 кг/га. Эффективность растительно-микробного симбиоза составила в среднем по сортам 33%.
Таблица 4. Влияние известкования на фотосинтетическую и симбиотическую деятельность сортов гороха посевного, среднее 2008-2010 гг.
Показатели | Спартак | Темп | Фараон | |||
контроль | известь | контроль | известь | контроль | известь | |
Азотфиксация, кг/га | 28,6 | 37,3* | 43,5 | 63,6* | 25,5 | 38,6* |
Масса активных клубеньков, мг/раст. | 47,0 | 67,7* | 108,3 | 152,0* | 53,8 | 57,6 |
Урожайность, т/га | 3,2 | 4,71* | 3,08 | 3,98* | 2,56 | 3,14* |
ЧПФ, г/м2 | 4,32 | 5,02* | 4,37 | 4,82 | 4,29 | 5,26* |
Различия достоверны при *Р0<0.05
Таким образом, оптимизация кислотности почвы является мощным фатором экзогенной регуляции бобово-ризобиального симбиоза, как для многолетних, так и однолетних бобовых культур, позволяющим значительно увеличивать долю биологического азота в формировании ими урожая.
Оптимизация минерального питания. Обязательное условие активного симбиоза - достаточная обеспеченность фосфором и калием. Внесение фосфорно-калийных удобрений увеличивает ассимиляцию атмосферного азота посевов сои на 34-64%, при этом доля фиксированного азота в формировании урожайности сои повысилось в среднем на 29% по сравнению с контролем, а эффективность РМВ составила 12%.
Особое место среди факторов экзогенной регуляции РМВ занимают азотные удобрения, которые 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.
Подтверждением данного вывода являются данные, полученные нами в опытах с клевером луговым в 2006-2008 гг., где изучалось влияние минеральных удобрений на способность клевера лугового вступать во взаимодействие с Rhizobium trifolii и образовывать клубеньки с леггемоглобином (Дурнев, Петрова, 2010). Независимо от нормы высева ячменя, наибольшее количество активных клубеньков было сформировано в вариантах без удобрений и на невысоком азотном фоне. С увеличением дозы минерального азота до 45 кг д.в. нодуляция корней клевера снижалась в 1,3-1,8 раза (в зависимости от нормы высева ячменя) по сравнению с контролем, тогда как в варианте с внесением N60 данный показатель уменьшался еще на 17-35%.
Влияние стартовых доз минерального азота на эффективность РМС было изучено также на примере трех сортов гороха посевного, где было установлено, что доза N30 угнетающего действия на мощность симбиотического аппарата гороха посевного не оказала, а у сорта Темп на 30% активизировала функциональную активность клубеньков (рис. 4).
Однако, формирование 4 т зерна гороха данного сорта было всё же обусловлено преобладанием автотрофного питания азотом.
Рисунок 4 - Азотфиксирующая способность сортов гороха посевного в зависимости от внесения стартового азота, кг/га (среднее 2008-2010 гг.)
Подтверждением тому являются данные о доле азота воздуха в формировании урожайности изученных генотипов, которая не превышала 34%, что свидетельствует о предпочтении современными сортами гороха посевного азота минеральных соединений, а не молекулярного. При этом существенной разницы между вариантами в посевах сортов Спартак и Темп отмечено не было, тогда как ингибирование симбиотической деятельности в посевах сорта Фараон при внесении азотных удобрений закономерно снизило долю биологического азота в урожае семян в 1,3 раза.
Совместное применение микробных препаратов и минеральных удобрений. Интродукция в агроэкосистему микроорганизмов с известными положительными свойствами повышает эффективность использования минеральных туков, нормы внесения которых могут быть снижены в 2 раза. Наши результаты показали, что экономический и хозяйственный эффект от применения в посевах гороха посевного биопрепаратов на основе PGPR и грибов Glomus сопоставим с внесением N22,5P30K45.
Наряду с возможностью совместного применения макроудобрений с микробными препаратами в посевах бобовых нами также была изучена целесообразность их использования с микроудобрениями, а также эффективность двойной инокуляции люпина и гороха ризобактериями (PGPR) и микоризными грибами (Glomus, АМ) (табл. 5).
В полевых исследованиях установлено, что некорневая подкормка растений люпина узколистного Кристалл молибденом на фоне инокуляции ризобактериями стимулировала клубенькообразующую способность растений, обеспечив дополнительную прибавку массы активных клубеньков на уровне 10%. Повышение нодуляции корней сопровождалось увеличением на 5% площади ассимиляционной поверхности листьев и на 6% сырой надземной биомассы растений в дополнении к моноинокуляции PGPR. В конечном итоге, содержание белка в семенах сорта Кристалл возросло на 5%, что обусловлено ключевой ролью данного микроэлемента в N-метаболизме растений (Петербургский, 1981). Дополнительной прибавки урожайности зерна сорта Кристалл от применения молибденового удобрения получено не было.
Таблица 5. Эффективность применения молибдена совместно с интродукцией PGPR и АМ в ризосферу люпина узколистного, относительные прибавки (%), среднее за 2008-2010 гг.
Показатель | PGPR | АМ | PGPR+АМ | PGPR+Мо | АМ+Мо |
юпин узколистный Кристалл | |||||
Масса активных клубеньков | 32* | 39* | 34* | 41* | 36* |
Площадь листьев | 7 | - | 12* | 12* | - |
Надземная биомасса растений (фаза 6-7 л.) | 36* | 31* | 2 | 42* | - |
Содержание белка в семенах | - | - | 7* | 5 | 4 |
Урожайность | 11* | 15* | 11* | 11* | 7 |
юпин узколистный Орловский сидерат | |||||
Масса активных клубеньков | 77* | 98* | 88* | 101* | 53* |
Площадь листьев | 3 | - | 2 | - | - |
Надземная биомасса растений (фаза 6-7 л.) | 5 | 11* | 13* | 16* | 10* |
Содержание белка в семенах | 4 | 5 | 8* | 5 | 10* |
Урожайность | 27* | 31* | 33* | 33* | 13* |
Различия достоверны при *Р0<0.05
В отличие от сорта Кристалл, люпин узколистный Орловский сидерат в ответ на внекорневое внесение молибдена увеличивал как общую биомассу растений и семян, так и их белковость. При этом степень влияния совместного применения микроудобрения и ризобактерий на массу активных клубеньков и зеленую массу растений сорта Орловский сидерат была в 2,5-3 раза выше, чем на сорт Кристалл.
Наши попытки получить дополнительный урожай семян или сбор белка в результате совместного использования микоризных грибов и ризобактерий, а также внекорневой подкормки микроудобрениями в опытах с двумя сортами сои не увенчались успехом. Подобные результаты были получены учеными Сибирского НИИ земледелия и химизации (Дробышева, 2000).
Целесообразность двойной инокуляции PGPR и АМ была продемонстрирована в наших опытах с горохом посевным различных морфогенотипов.
Наиболее отзывчивыми на двойную инокуляцию оказались сорта гороха Темп и Фараон. При этом листочковый сорт Темп увеличивая мощность симбиотического аппарата на 65,3%, активизировал его функциональную активность в 2,4 раза, тогда как у афильного сорта Фараон повышение массы активных клубеньков на 48,1% в 4 раза увеличивало их нитрогеназную активность.
Существенно повысить зерновую продуктивность гороха при совместном использовании грибов АМ и ризобактерий удалось лишь у сорта Фараон и сорта Темп, где урожайность семян увеличивалась по сравнению с моноинокуляцией на 19 и 23% соответственно.
Таким образом, двойная инокуляция АМ и PGPR является эффективным приемом регуляции РМВ в посевах люпина узколистного, повышая белковость его семян на 8%, а также в посевах гороха посевного, воздействуя главным образом на увеличение урожайности зерна (+23-30%). Вместе с тем, выявленная сортовая реакция гороха на совместное применение микоризных грибов и ризобактерий указывает на нецелесообразность данного агроприема в отношении отдельных сортов гороха (Спартак) и сои.
Формирование эффективных РМС в смешанных агрофитоценозах. Оптимизация РМВ в смешанных пастбищных фитоценозах возможна посредством подбора наиболее подходящего компонента травосмеси, что 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 энергоресурсосбережению.
В целом, наиболее высоким показателем продуктивного долголетия обладали травостои с включением клевера лугового, причем установлено, что урожайность травосмесей также находится в тесной взаимосвязи с симбиотической деятельностью посевов (рис. 5).
а) б)
Рисунок 5 - Симбиотическая деятельность многолетних бобовых трав в составе пастбищных травосмесей:
а) количество активных клубеньков, б) масса активных клубеньков
Корреляционный анализ показал сильную положительную взаимосвязь между величиной симбиотического аппарата бобовых растений (масса и количество клубеньков) и урожайностью сухого вещества во всех пастбищных травостоях (r=+0,9).
Наибольшая обеспеченность 1 кормовой единицы переваримым протеином (139 г) была получена в варианте с клевером луговым, где масса активных клубеньков достигала 628Е658 кг/га. Вместе с тем, наличие в пастбищной травосмеси клевера лугового может обеспечивать повышение молочной продуктивности животных на 14Е18%, что обусловлено максимальной обеспеченностью корма сырым протеином (1097 и 855 кг/га) и обменной энергией (61,8 и 50,0 ГДж/га, при 100% и 50% норме высева, соответственно).
Таким образом, средостабилизирующая и ресурсосберегающая роль бобовых агрофитоценозов значительно повышается при оптимизации эндо- и экзогенных факторов формирования растительно-микробных симбиозов.
5. Повышение агроэкологической и хозяйственно-энергетической устойчивости агробиоценозов при формировании эффективных РМС
.
Биологическая эффективность РМС.
Уровень использования солнечной энергии посевами. Продемонстрированные в нашей работе симбиотические возможности бобовых культур напрямую связаны с фотосинтезом, ведь в основе симбиоза лежит глубокая модификация систем С- и N-метаболизма партнеров. Сравнительные исследования различных по морфотипу и направлению хозяйственного использования сортов бобовых культур в 2008-2010 гг. показали, что сорта проявляют ряд особенностей функционирования фотосинтетического аппарата на уровне первичных процессов преобразования энергии. Показано, что наиболее продуктивные сорта, такие как горох-хамелеон Спартак, люпин узколистный зернового направления использования Кристалл отличаются высокой скоростью фотохимических реакций, активностью фотосистемы II. Причем, существенное повышение функциональной активности листьев было отмечено в вариантах, формирующих наиболее активный симбиотический аппарат (рис. 6).
Например, в посевах люпина узколистного инокуляция штаммом 388, а также интродукция в ризосферу сорта Кристалл фосфатмобилизующих микроорганизмов и ризобактерий повышала квантовый выход на 10, 11 и 15% соответственно при снижении коэффициента НФТ в 1,3Е1,5 раза. Существенное улучшение функциональной активности листьев сорта Орловский сидерат происходило в вариантах со штаммом Rhizobium 367, PGPR и АМ, где количество квантов света не участвующих в фотохимических реакциях снижалось по сравнению с контролем на 19, 30 и 26% соответственно.
а)
б)
Рисунок 6 - Функциональная активность ФС II листьев сортов люпина узколистного в зависимости от факторов регуляции РМВ (среднее 2008-2010 гг.): а) коэффициент квантового выхода, б) коэффициент нефотохимического тушения
Это отразилось на эффективности использования солнечной энергии посевами. Например, КПД ФАР в посевах сорта Спартак был на 24,7% выше, чем у сорта Фараон, тогда как агроценозы люпина узколистного Кристалл использовали энергию солнечной радиации на 23,2% эффективнее сорта Орловский сидерат.
взаимодействие растений с полезной почвенной микрофлорой, посредством интродукции производственных штаммов PGPR, Rhizobium и Glomus в виде микробных препаратов, способствовала увеличению КПД ФАР посевов гороха, сои и люпина (табл. 5).
В среднем по сортам гороха посевного формирование эффективных растительно-микробных симбиозов увеличивало КПД ФАР посевов на 7,9-10,7%, причем наиболее продуктивным оказался симбиоз растений со штаммом клубеньковых бактерий 263б (+13,1%). Снижение кислотности почвы было не менее эффективным и увеличило КПД ФАР на 12,9% за счет улучшения свойств почвы и азотфиксирующей активности аборигенной симбиотической микрофлоры.
Таблица 5. Уровень использования солнечной энергии агроценозами гороха посевного в зависимости от формирования РМС, КПД ФАР, %, среднее 2008-2010 гг.
Вариант | Сорта гороха | Вариант | Сорта сои | Вариант | Сорта люпина | ||||
Спар так | Темп | Фара он | Свапа | анцетная | Крис талл | Орловский сидерат | |||
Контроль | 1,41 | 1,36 | 1,13 | Контроль | 1,35 | 1,25 | Контроль | 1,91 | 1,55 |
шт.250а | 1,54 | 1,28 | 1,36 | PGPR | 1,35 | 1,43 | PGPR | 2,09 | 1,96 |
шт.260б | 1,32 | 1,59 | 1,11 | РК | 1,47 | 1,46 | АМ | 1,98 | 1,93 |
шт.263б | 2,01 | 1,46 | 1,70 | PGPR+ Мо | 1,47 | 1,57 | Комплекс | 2,26 | 2,26 |
PGPR | 1,94 | 1,37 | 1,26 | АМ | 1,48 | 1,52 | PGPR+Мо | 2,06 | 2,13 |
АМ | 1,83 | 1,28 | 1,20 | шт.645б | 1,26 | 1,35 | АМ+Мо | 1,80 | 1,67 |
комплекс | 1,51 | 1,68 | 1,47 | шт.626а | 1,45 | 1,47 | Шт. 367 | 1,79 | 1,69 |
N30 | 1,69 | 1,84 | 1,21 | шт.634а | 1,35 | 1,49 | Шт. 374 | 1,48 | 1,19 |
К140 | 1,42 | 1,66 | 1,28 | Шт. 388 | 1,92 | 1,50 | |||
Известь | 2,08 | 1,76 | 1,39 | ||||||
Попытка экзогенной регуляции РМВ в агроценозах сои также показала увеличение уровня использования солнечной энергии в среднем по сортам на 4,7-9,2%. Вместе с тем следует отметить, что несмотря на отсутствие разницы между сортами по данному показателю на контрольном уровне, соя Ланцетная обладает большим (по сравнению с сортом Свапа) потенциалом повышения КПД фотосинтеза, а наиболее эффективным типом РМВ был эндомикоризный симбиоз (+11,5%) и бобово-ризобиальный (+8%).
Подобная ситуация складывалась и в посевах люпина узколистного, где сорт Кристалл в ответ на использование микробных препаратов оставлял неизменным уровень КПД ФАР. В то же время сорт Орловский сидерат формировал эффективные РМС со всеми группами эндофитов, повышая КПД ФАР с 1,55 до 1,9-2,3, что превышало контрольный уровень на 11-21% соответственно. В среднем по сорту взаимодействие растений с полезной почвенной микрофлорой способствовало увеличению эффективности использования солнечной энергии в продукционном процессе на 11,6%.
Таким образом, 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.
Формирование микробного сообщества темно-серой лесной почвы в зависимости от формирования эффективных РМС. Успех инокуляции в значительной степени зависит от выживания интродуцированного микроорганизма в почве и его взаимоотношений с ризосферными микроорганизмами. Несмотря на постоянный интерес к оценке азотфиксирующей активности почв агроценозов, количество и состав азотфиксирующих микробных сообществ остается недостаточно изученным, и существующие сведения единичны и основаны, главным образом, на результатах использования традиционных методов культивирования (Задорина, 2008; Кизилова, 2010).
С появлением современных молекулярно-биологических подходов возможности изучения почвенных диазотрофных сообществ значительно расширились.
В этой связи одной из задач наших исследований являлось изучение влияния микробиологического препарата на основе производственного штамма Rhizobium на изменение численности прокариотного сообщества темно-серой лесной почвы, в т.ч. диазотрофов.
Количественный анализ почвенной микробиоты, полученный при использовании ПЦР с детекцией в реальном времени продемонстрировал, что значительную часть микробного сообщества темно-серой лесной почвы составляют бактерии, количество которых в 10 раз выше, чем архей и грибов
Ни сорт гороха посевного, ни интродукция производственного штамма Rhizobium не изменило количественных характеристик архейного сообщества (рис. 30), как наиболее консервативного (Андронов, 2008; Nicol, 2003; Schleper, 2005).
Численность грибной микрофлоры темно-серой лесной почвы в зависимости от сорта растений не изменялась, тогда как в варианте с внесением штамма клубеньковых бактерий 263б происходил рост количества грибов на 36% в ризосфере сорта Спартак и на 45% в ризосфере сорта Фараон.
Установлено, что существенной разницы между сортами по количеству бактерий в их ризосфере не было (рис. 32). Однако следует отметить, что по абсолютному значению бактериальное сообщество в посевах сорта Темп было многочисленнее, чем под сортом Фараон в 1,4 раза, а под сортом Спартак - в 1,7 раза. Вероятно, это можно объяснить повышенной экссудацией гороха Темп в связи с высокой скоростью линейного роста корня (Новикова, 2007).
Инокуляция семян гороха производственным штаммом 263б оказала существенное влияние на численность бактериального сообщества почвы (рис. 7), увеличив ее в ризосфере сорта Спартак и Фараон соответственно в 2,2 и 1,8 раза. Это наверняка связано с улучшением азотфиксирующей деятельности посевов данных сортов при инокуляции ризобиями. Количество бактерий в почвенных пробах, отобранных под горохом Темп не изменилось, что также обусловлено отзывчивостью данного сорта на штамм 263б.
Действительно, ПЦР-реакция суммарной почвенной ДНК с праймерами на ген нитрогеназы nifH показала увеличение количества диазотрофов в ризосфере сорта Спартак и Фараон в 2,7 раза (рис. 8). Очевидно, штамм 263б является для данных генотипов гороха активным, вирулентным и специфичным и не является комплементарным для сорта Темп. Однако следует отметить, что по сравнению с изученными сортами, ризосфера листочкового сорта Темп в 1,6-1,7 раза богаче диазотрофами, абсолютное количество которых доходило до 1,09109 кл./г почвы.
Рисунок 7 - Результаты количественного определения бактерий в ризосфере сортов гороха посевного в фазу 6-7 настоящих листьев (среднее 2009-2010 гг.) | Рисунок 8 - Количество РНК-оперонов nifH-гена в ризосфере сортов гороха посвного, среднее 2009-2010 гг. |
Подтверждением нашим выводам являются данные корреляционного анализа, который показал наличие сильной положительной связи между количеством диазотрофов в почве и нитрогензной активностью корней - коэффициент r= +0,97.
Улучшение условий симбиотрофного питания растений оказало положительное влияние на сбор зерна гороха с 1 га (см.гл.4). Так, в среднем за годы исследований, за счет интродукции в ризосферу гороха производственного штамма клубеньковых бактерий 263б удалось добиться прибавки продуктивности гороха посевного Спартак на уровне 42%, а сорта Фараон - 50%. В посевах листочкового генотипа данный штамм не был эффективен.
Таким образом, использование селективного штамма Rhizobium в посевах гороха посевного позволяет повысить не только биологическую активность почвы, но и урожайность агроценозов. При этом рост зерновой продуктивности гороха связан с увеличением количества диазотрофов в ризосфере, что соответственно улучшало симбиотрофное питание растений азотом.
Устойчивость растений к биотическим факторам среды при формировании РМС. Устойчивость растений, как к абиотическим, так и биотическим факторам среды, во многом определяется количеством и качеством питательных веществ, которые главным образом поступают в растение за счет интеграции их с биотическими компонентами - микроорганизмами. Последние являются для растений донорами широкого крута адаптивно значимых функций (Проворов, Тихонович, 2003). При этом важное значение имеют полезные микроорганизмы ризосферы (PGPR), которые посредством выделения фитогормонов, антибиотиков, сидерофоров могут индуцировать у растений иммунитет.
Результаты наших исследований, полученные в условиях вегетационного опыта при искусственном заселении гороха бобовой тлей показали, что при интродукции микроорганизмов повышается нодуляция корней, что вызвало активизацию фотосинтетического аппарата растений.
Наличие Aphis fabae на растениях значительно снизило не только показатели фотосинтетической, но и симбиотической деятельности гороха. Вместе с тем, количество тлей в вариантах с инокуляцией штаммами Rhizobium было в 1,5-2,5 раза ниже, чем с использованием микоризы и в контроле. При этом число вредных насекомых на горохе находилось в обратно пропорциональной зависимости от массы клубеньков (r=-0,74Е0,97) (рис. 9).
Рисунок 9 - Изменение нодуляции корней гороха Темп в зависимости от используемых микроорганизмов и количества Aphis fabae на растениях (фаза 6-7 листьев гороха)
Исследование поведения тли с помощью EPG-анализа выявило общее сокращение времени активности тли при кормлении, увеличение времени до первого укола, продолжительности инактивации, а также механической работы стилета на растениях, формирующих активную симбиотическую систему. Это вероятно можно объяснить изменением направленности метаболических процессов в растении (например, изменение состава фенолов, активации некоторых ферментов, усиление лигнификации), а следовательно и его привлекательности как кормового субстрата (Zehnder, 1997;Tuterev, 2002).
Оценка устойчивости ценозов гороха посевного к болезням при обработке микробными препаратами проводилась в условиях полевого опыта на естественном фоне.
Изучаемые микробиологические препараты обладали способностью подавлять развитие фитопатогенной микрофлоры, причем наиболее эффективен оказался препарат на основе PGPR (БисолбиСан) (табл. 6). Применение этого препарата способствовало снижению развития аскохитоза на 1,5-6,4 %, корневых гнилей Ч на 4,8-14,8 %, мучнистой росы Ч на 5,8-11,5%. БисолбиМикс незначительно влиял на пораженность растений гороха болезнями.
Таблица 6. Развитие болезней гороха посевного Татьяна при использовании микробиологических препаратов и минеральных удобрений, % (среднее 2003-2005 гг.)
Варианты опыта | Аскохитоз | Корневая гниль | Мучнистая роса |
Контроль | 31,8 | 30,2 | 43,3 |
БисолбиСан | 26,7 | 25,4 | 37,5 |
БисолбиМикс | 30,3 | 26,3 | 40,2 |
N22,5P30K45 | 29,3 | 18,6 | 38,6 |
N22,5P30K45+ БисолбиСан | 25,4 | 15,4 | 33,5 |
N22,5P30K45+ БисолбиМикс | 27,0 | 17,5 | 38,0 |
N45P60K90 | 30,0 | 22,1 | 33,8 |
N45P60K90+ БисолбиСан | 25,7 | 20,0 | 31,8 |
N45P60K90+ БисолбиМикс | 29,4 | 22,7 | 33,5 |
Таким образом, исследования показали, что растения, формирующие эффективную симбиотическую систему, обладают наименьшей аттрактивностью для вредителей, резистентностью к болезням, а полезные ризосферные микроорганизмы, в свою очередь, могут выступать в качестве индукторов устойчивости.
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 | |||
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 узколистного 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 - нут; ВИК 7, Ранний 2 - клевер луговой; Вега 87, Пастбищная 88 - люцерна изменчивая; Гале - 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 (Rhizobium galegae).
- 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 Орловской 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, 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 78. - № 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 Glycine max. 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. Петрова // 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 Pisum sativum 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. 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 fr allgemeine und angewandte Entomologie, 2009. S.220.
- Petrova, S.N. Einflu N-Hohe fr Weizen auf der Beeintrchtigung (Beschdigung) von Rhopolosiphum padi / S.N. Petrova, C.P.W. Zebitz // Deutsche Gesellschaft fr allgemeine und angewandte Entomologie, 2011. S.348.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству