Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическое состояние агроценоза яровой пшеницы при применении препаратов природного происхождения

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическое состояние агроценоза яровой пшеницы при применении препаратов природного происхождения"

На правах рукописи

ХОЛДОБИНА Татьяна Владимировна

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЦЕНОЗА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ЦРИ ПРИМЕНЕНИИ ПРЕПАРАТОВ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

03.02.08 —Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г 1 ноя 2013

005539618

Новосибирск 2013

005539618

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Научный руководитель - доктор биологических наук, доцент

Коробова Лариса Николаевна

Официальные оппоненты: Власенко Наталья Григорьевна,

доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент Россельхозакадемии, заслуженный деятель науки РФ, ГНУ «Сибирский научно- исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства» Россельхозакадемии, руководитель научно-исследовательского центра по защите растений

Сорокин Николай Дмитриевич,

доктор биологических наук, профессор, УР АН «Институт леса им. В.Н. Сукачёва» СО РАН, заведующий лабораторией микробиологии и экологической биотехнологии

Ведущая организация - ГНУ «Алтайский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Защита состоится « А9 »налdj^s в <U>№ часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.03, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Тел/факс: 8 (383) 264-29-34, e-mail: norge@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» и на сайте www.nsau.edu.ru

Автореферат разослан « 19 » О^т. 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Маренков В. Г.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экологическая ситуация в современном земледелии характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на агроэкосистемы, что сопряжено с ухудшением почвенного плодородия, высокой численностью популяций сорных растений, фитофагов и возбудителей болезней. Только в Новосибирской области засорено более 2,7 млн га посевов, семена основных продовольственных культур значительно заражены комплексом фитопатогенов, а 70-75% пахотных черноземов имеют высокую численность популяций возбудителя обыкновенной корневой гнили зерновых культур (Чулкина, Торопова, Чулкин, Стецов, 2000; Власенко, Власенко, Садохина, Кудашкин, 2007; Ашмарина, Горобей, 2008; Прогноз распространения. 2009; и др.). Это обусловливает широкое применение в агроэкосистемах гербицидов и химических протравителей семян. Они могут негативно воздействовать на все компоненты агроценоза, включая саму культуру, сообщество агрономически полезных микроорганизмов и фитопатогены (Круглов, 1997; Коробова, Шинделов, 2012; и др.).

Сделать растениеводство не только эффективным, но и благоприятным для окружающей среды позволяют биологически активные вещества. Среди таких соединений широкое распространение получили природные препараты, содержащие живые культуры микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности (Штерншис, 2000; Евсеев, 2002; Логинов, 2005; Власенко, 2006; Мелентьев, 2007) и индукторы устойчивости, полученные из гуматов (Левинский, 2000; Бурмистрова, 2003; Шамардина, 2006; Сысоева, 2008; Пронько, 2011). Их применяют для предпосевной обработки семян и в качестве антидепрессантов к гербицидам, что способствует увеличению продуктивности культуры и повышает общую устойчивость агроэкосистемы к неблагоприятным факторам окружающей среды (Тютерев, 2002; Шакирова, 2008; Власенко, 2009; Коробов, 2009; Мустаев, 2009; Безлер, 2012; Devine, 2005).

Воздействие природных препаратов на агроэкосистемы на видовом и биоценоти-ческом уровнях на сегодняшний день изучено недостаточно. Требует проработки вопрос их влияния на продуктивность и устойчивость к стрессам продуцентов в связи с изменяющимися условиями погоды, особенностями культур и сортов и конкретных агроландшафтов. Слабо исследовано последействие природных препаратов на микроорганизмы почвы и ее фитотоксичность.

Цель исследования — дать экологическую оценку состояния агроценозов яровой пшеницы при применении препаратов природного происхождения Бактофита СК и Гуминатрина.

Задачи исследований:

1. Изучить воздействие Бактофита СК и Гуминатрина как биотического и абиотического факторов на состояние микробных ценозов выщелоченного чернозема;

2. Определить степень влияния природных препаратов на численность популяций фитопатогенных грибов;

3. Выявить последействие Бактофита СК на токсигенные грибы, агрономически полезную микрофлору и фитотоксичность почвы;

4. Оценить влияние препаратов на устойчивость яровой пшеницы к заболеваниям и пестицидному стрессу и реализацию потенциала её продуктивности.

Научная новизна исследований. Получены новые данные о влиянии Бактофита СК и Гуминатрина, применяемых для обработки семян и в баковой смеси с гербицидами, на экологическое состояние агроценозов. Показано, что Гуминатрин хорошо снимает гербицидный стресс у растений, а для микрофлоры его действие избирательно. Бактофит благоприятно действует на биологическую активность почвы, структуру микробоценоза, продуктивность культуры и отрицательно — на развитие фитопатоге-нов. Впервые установлено, что в последействии Бактофит СК ограничивает популяции возбудителя обыкновенной гнили, токсигенных грибов и фитотоксичность почвы.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований расширяют сведения о значимости природных препаратов Бактофита СК и Гуминатрина для основных компонентов агроценоза в год применения и в последействии.

Материалы диссертации могут быть использованы в прикладной экологии для совершенствования экологически безопасных приемов регуляции фитопатогенов и повышения продуктивности и стрессоустойчивости яровой пшеницы.

Определены нормы препарата Гуминатрин первой модификации с натриевыми гуминовыми кислотами, создающие экологический риск для микрофлоры круговорота азота. На основании этого изготовитель усовершенствовал состав препарата, что способствовало стабильному повышению продуктивности культуры при сохранении микробного обилия и разнообразия.

Полученные данные используются в учебном процессе Новосибирского ГАУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Агрохимия и агропочвоведе-нне», профилю «Агроэкология».

Защищаемые положения:

1. В почвенном микробном ценозе Бактофит СК регулирует структуру и биологическую активность, ограничивает популяцию фитопатогена Ыро1аг1х Богокт 'шпа 5Ъоет. и восстанавливает бактериальную микрофлору при применении совместно с гербицидами.

2. Экологическое последействие Бактофита СК на агроценоз заключается в снижении фитотоксичности почвы и зерна нового урожая и почвенных токсигенных микроминетов.

3. У растений яровой пшеницы Бактофит СК и Гуминатрин индуцируют устойчивость к инфекции и пестицидному стрессу и лучшую реализацию биологического потенциала.

Апробация работы. Полученные материалы и основные положения диссертации представлялись и обсуждались на IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), 2-м Всероссийском съезде по защите растений (Санкт-Петербург, 2005), на круглом столе на «Днях урожая» на Сибирской ярмарке (2006), на международных конференциях: Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2004), «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2005), «Проблемы аграрной науки в XXI веке» (Новосибирск, 2006), «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2006), «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2008); на всероссийских конференциях: «Студенческая наука — взгляд в будущее» (Красноярск, 2006), «Актуальные проблемы в сельском

хозяйстве» (Великие Луки, 2006), «Студент и аграрная наука» (Уфа, 2007), «Проблемы экологии агроэкосистем: пути и методы их решения» (Новосибирск, 2009), «Биологически активные вещества микроорганизмов: прошлое, настоящее, будущее» (Москва, 2011); на региональных конференциях: «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» (Томск, 2005), «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири» (Барнаул, 2008), «Инновационный потенциал молодых ученых в развитии агропромышленного комплекса Сибири» (Новосибирск, 2009).

Публикации результатов исследования. Материалы диссертации изложены в 15 публикациях, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовала в разработке программы и методологии исследований, проводила опыты и наблюдения в полевых и лабораторных условиях, осуществляла сбор экспериментального материала, анализировала и обобщала данные, формулировала научные положения и выводы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка, включающего 201 наименование, в том числе 16 иностранных авторов. Работа содержит 31 таблицу, 26 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору биологических наук Коробовой Ларисе Николаевне и директору СибНИИЗР НГАУ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Коробову Виктору Александровичу за помощь в закладке опытов и предоставленную возможность проводить исследования в производственных конкурсных испытаниях пестицидов в рамках Межрегиональной ассоциации «Сибирское соглашение».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Состояние проблемы

В главе анализируются работы по исследованию влияния биологически активных веществ природного происхождения на агроценозы культурных растений. Описываются особенности и механизмы воздействия микробиологических препаратов на основе живых культур на микробные сообщества почв. Обсуждается реакция на природные препараты у продуцентов и у патогенной к ним микрофлоры.

Глава 2. Объекты, условия и методы проведения исследований

Работу по теме выполняли в северной лесостепи Приобья. Лабораторные исследования проводили в 2004-2007 и 2009 гг. на кафедре агроэкологии и микробиологии НГАУ. Полевые и производственные опыты закладывали в 2004-2007 гг. в левобережной части Новосибирского района Новосибирской области на стационаре учхоза НГАУ «Тулинское» и в КФХ «Квант».

По гидротермическим условиям вегетационные периоды 2006 и 2007 гг. характеризовались как теплые и умеренно-влажные; 2004 и 2005 гг. были близкими к средне-многолетним значениям, но 2004 г. отличался засухой в первую половину вегетации.

Объектами исследования в работе были микрофлора выщелоченного чернозема, яровая пшеница сортов Новосибирская 29 и Новосибирская 89 и препараты при-

родного происхождения Бактофит CK и Гуминатрин. Бактофит CK — бактериальный препарат, производимый в Новосибирской области ООО ПО «Сиббиофарм». Содержит споры и метаболиты бактерии Bacillus sabtilis, штамм ИПМ-215 с выраженными антагонистическими свойствами. Гуминатрин — ростостимулирующий торфогуминовый препарат, производимый в г. Томске ООО НПП «Сибирские гу-маты». Изучена его первая модификация с натриевыми солями гуминовых кислот, макро- и микроэлементами.

Бактофит CK и Гуминатрин применяли как для обработки семян пшеницы, так и в баковой смеси с гербицидами из 6 химических групп, содержащих 13 действующих веществ: Лареном, МетАлтом, Гранстаром, Лограном, Пиком, Кортесом, Секатором, Банвелом, Каспером, Линтуром, Фенизаном, Дифезаном, Элантом, Октапоном Экстра, Биатлоном, Трезором, Гепардом Экстра, Овсюгеном Супер, Пумой Супер, Топнком в рекомендованных для яровой пшеницы дозах. Как протравитель Бактофит CK использовали при норме расхода 3 л/т, а в баковой смеси с гербицидами — 2,0 л/га (в 2005 г. в смеси с Секатором и Пумой Супер и в смеси с Элантом — 2,5 л/т). Гуминатрин для предпосевной обработки семян применяли при норме расхода 0,5 л/т, в баковой смеси с гербицидами — 0,3; 0,5 и 1,0 л/га.

За период исследований было изучено действие Бактофита CK и Гуминатрина на общую биологическую, минерализационную и протеолитическую активность почвы, численность основных эколого-трофических групп микроорганизмов, обилие токсигенных грибов, общую фитотоксичность почвы и зерна нового урожая. Также было исследовано влияние природных препаратов на 1-й трофический уровень агроценоза (на устойчивость к корневой гнили, рост и реализацию биологической продуктивности культуры и обилие популяций сорных растений) и 2-й трофический уровень (на развитие основных фитопатогенов яровой пшеницы и численность их популяций в семенах и в почве).

Микробиологические учеты проводили в свежеотобранном выщелоченном сред-несуглинистом среднегумусном черноземе с нейтральной реакцией среды. Почву отбирали из горизонта 0—20 см, составляя средний образец из 10 индивидуальных проб. При применении препаратов для обработки семян отбор почвы проводили в 3 срока: весной, через 7-10 и 60 дней после посева. При изучении влияния препаратов в качестве антидепрессантов к гербицидам — через 30 дней после химической прополки. Последействие Бактофита изучали в мае следующего года.

Численность бактерий, усваивающих органический и минеральный азот, актино-мицетов и грибов определяли на общепринятых плотных питательных средах (Методы ..., 1966; Сэги, 1983). Численность олигонитрофилов выявляли на голодном агаре, целлюлозолитических микроорганизмов — на среде Гетчинсона, Azotobacter — на агаре Эшби (по проценту обрастания комочков почвы). Общую биологическую активность почвы учитывали по инициированной уреазной активности (Аристовская, 1989), протеолитическую —по уменьшению массы желатины (Наплекова, 2001), минерализационную — по коэффициенту минерализации.

Антигрибную активность препаратов изучали на агаре Чапека, влияние на популяции патогенов в семенах — методом микологического анализа, популяцию воз-

будителя корневой гнили Bipolar is sorokiniana Shoem. в почве — методом флотации (Ledingham, Chinn, 1955) перед посевом и осенью. Фитотоксичность почвы и зерна нового урожая определяли после уборки и весной следующего года по всхожести и интенсивности роста корней н проростков редиса сорта Жара и кресс-салата (Грод-зинский, 1977;Минеев, 1990).

Устойчивость культуры к корневой гнили оценивали по ее развитию и распространенности на органах корневой системы в конце кущения— начале выхода в трубку (Чулкнна, 1971). Показатели роста и продуктивность пшеницы учитывали, отбирая 6-8 снопов с площадок по 0,5 м2 в каждом варианте опытов. Анализировали длину растений и колосьев, количество растений, стеблей, колосьев, число зерен в колосе, массу 1000 зерен, массу зерна с 1 м2 (Доспехов, 1985; Васильев, 1999). Численность популяций сорняков определяли через 28 дней после проведения химической прополки и перед уборкой урожая, используя рамку 50x50 см. Повторность учета десятикратная (Экологический мониторинг..., 2002).

При возделывании культуры выполняли технологические операции, соответствующие зональным системам земледелия (Адаптивно-ландшафтные системы..., 2002). Схемы опытов составляли согласно методике полевого опыта (Доспехов, 1985). Посевной материал протравливали за день до посева. В качестве химического эталона к изучаемым препаратам использовали Раксил КС (0,5 л/т) и Дивидент Стар (1 л/т).

Все полученные в опытах данные статистически обработали с помощью компьютерной программы «Snedecor» (Сорокин, 2004).

Глава 3. Влияние Бактофита СК на агроценоз яровой пшеницы

3.1. Взаимодействие Бактофита СК с микробным ценозом почвы Выявлено, что Бактофит, попав в почву с обработанными семенами, усиливал общую микробиологическую активность почвы. Показателем ее Т. В. Аристовская (1989) считает инициированную уреазную активность, для чего в отобранные пробы мы вносили мочевину. Скорость разложения мочевины в почве варианта с Бактофитом была заметно выше, чем в контроле. Это проявлялось уже на 7-10-й день после посева семян и сохранялось до середины вегетации, т. е. до налива зерна, оставаясь выше контроля даже при попадании в почву гербицидов при химической прополке (табл. 1).

Таблица 1 — Влияние бактеризации семян Бактофитом СК на биологическую актив-

ность почвы (июль, через 60 дней после посева, в среднем за 2005-2006 гг.)

Показатель Контроль Бактофит НСР„,

Общая биологическая активность (инициированная уреазная активность), ед. рН 10,03 10,2 0,1

Протеолитическая активность, % разрушения рентгеновской пленки 43,0 67,5 12,3

Обилие бактерий, усваивающих минеральный азот, КОЕ, млн. /г сух. почвы 95,7 304,4 185,4

К (КАА/МПА) минерализацииу > 1,44 10,91* 115,3

Примечание* Р по сравнению с контролем.

Кроме уреазной активности, бактеризация семян Бактофитом увеличивала про-теолитическую активность чернозема. В июле в варианте с Бактофитом белковые соединения разлагались примерно на треть активнее, чем в контрольной почве. Объясняется это дополнительным участием в аммонификации бактерий Bacillus subtillis, которые попали в почву в составе Бактофита и, по-видимому, успешно в ней прижились. Усиление протеолитической активности на фоне Бактофита к моменту формирования зерновки очень важно, т. к. связано с поступлением в почву дополнительного азота, обычно лимитирующего рост растений в Сибири у яровой пшеницы второй культурой после пара.

Влияние Бактофита на микробный ценоз ризосферы проявилось также в изменении ее общей биогенности: численности микроорганизмов и соотношений основных групп. В весенней почве отношение бактерий, усваивающих минеральный и органический азот, называемое коэффициентом минерализации, было в пределах 0,6. Через неделю на фоне привнесения с семенами Бактофита или химических протравителей Раксила или Дивидента Стар коэффициент минерализации почвы опытных вариантов уменьшался до 0,17-0,26. Это означает, что процессы минерализации в ней замедлялись, что способствовало сохранению почвенного азота и лучшей обеспеченности им растений позднее, в период активного роста.

В середине июля в варианте с Бактофитом значительно возросло количество почвенных бактерий, иммобилизующих минеральные формы азота (табл. 1). То же, но в меньшей степени, было выявлено на фоне химических препаратов. Вследствие этого коэффициент минерализации в почве с Бактофитом стал превосходить контроль в 7,6 раза, а с химическими протравителями — в 5,3. В данных вариантах к моменту формирования колоса и налива зерна из растительных остатков стало высвобождаться гораздо больше минерального азота, чем в контроле, что способствовало реализации потенциала продуктивности пшеницы.

Положительное влияние Бактофита на биогенность почвы выявилось и при его применении в качестве антидепрессанта к гербицидам. Известно, что гербициды негативно воздействуют не только на сорную растительность, но и на нецелевые объекты. В наших опытах 7 из 10 изученных гербицидов подавили такую важную в агрономическом отношении группу микроорганизмов, как бактерии — аммонифи-каторы (рис. 1). Например, под влиянием Фенизана к 30-му дню после химической прополки их численность в ризосферной почве уменьшалась в сравнении с контролем в 2 раза, под влиянием Гепарда Экстра — в 3,3, а Биатлона — в 5. Подобное ин-гибирующее действие на бактерии, живущие за счет органического азота, отмечено в работе J1. Н. Пурговой с соавторами (2008) для гербицидов Трефлана и Фабиана.

Введение в баковую смесь к гербицидам Бактофита для 5 из 7 ингибирующих микроорганизмы гербицидов: Фенизана, Гепарда, Биатлона, Ларена и Линтура — полностью нивелировало отрицательное действие химических препаратов на почвенные бактерии-аммонификаторы, а для остальных гербицидов Банвела и Ме-тАлта его уменьшило.

В сообществе ризосферных бактерий, кроме аммонификаторов, на привнесение гербицидов отреагировала группа олигонитрофилов. Их численность существенно

повысилась (рис. 2). Это бактерии, растущие в средах с малым количеством доступного азота и обычно многочисленные в почвах с неблагоприятными условиями. При обработке пшеницы смесью гербицидов с Бактофитом олиготрофность почвы снижалась в 4,4-9,8 раза.

7 8 9 II)

А. Б.

Рисунок 1 —Действие гербицидов и Бакгпофита-антидепрессанта в баковой смеси с гербицидами на почвенные бактерии-аммонификаторы (через месяц после химической прополки) Условные обозначения: 1 — Фенизан, 2 — Гепард Экстра, 3 — Биатлон, 4 — Октапон, 5 — Элант,

6 — Ларен. 7 — Гранстар, 8 — Банвел, 9 — Линтур, 10 — МетАлт; А — действие гербицидов относительно контроля; Б— действие Бактофита-антидепрессанта в смеси с гербицидами относительно чистых гербицидов

Применение гербицидов привело к некоторому усилению минерализационной активности почвы. Наиболее значительно (в 5 раз по сравнению с контролем) это проявилось под влиянием Биатлона. Но в почве этого варианта в сообществе минерализаторов органических веществ была велика доля микроскопических грибов. В случае использования смеси гербицидов с Бактофитом минерализационные процессы еще усиливались в 1,5-5,3 раза, и в них возрастала роль бактерий. Благодаря Бактофиту

3,3

Рисунок 2 — Влияние Бакто-фита СК, введенного в баковую смесь гербицидов, на олиготрофность чернозема выщелоченного (июль, через месяц после хгсмпрополки)

Примечание. НСР = 2.1

структура микробного сообщества почвы перестраивалась в сторону абсолютного доминирования бактерий с их численным преобладанием над грибами порядка 8500. На фоне чистых гербицидов соотношение бактерий и грибов составляло 600-1300.

5 3,5

І 3

X в- ё 2,5

О § Ш 2

Е 1,5

С

£ 0,5

А

Итак, препарат Бактофит следует отнести к биотическим факторам, существенно влияющим на почвенный микробный ценоз. Вызванные им изменения улучшают общее экологическое состояние почвы как при применении Бактофита с целью уменьшения стрессовой нагрузки гербицидов, так и для оздоровления и бактеризации семян.

3.2, Регуляция Бактофитом СК популяций фитопатогенных грибов и устойчивости к ним растений яровой пшеницы

Бактофит СК зарегистрирован в Списке препаратов, разрешенных для применения в РФ, как биофунгицид, поэтому мы изучили его антигрибную активность по отношению к основным фитопатогенам яровой пшеницы.

В лабораторном эксперименте установили, что Вас. subtiüis препарата наполовину сдерживает рост В. sorokiniana (syn. Helminthosporium sativum), на 41,3% — Fusarium oxysporum Schlecht и примерно на 25 % ингибирует рост F. gibbosum Арр. et Wr. и условно-патогенного гриба Alternaría alternata (Fr.) Keissl (табл. 2).

Таблица 2— Антигрибная активность Бактофита СК по отношению к вирулентным штаммам фитопатогенов

Вариант Диаметр колонии на 6-е сутки

В. sorokiniana F. gibbosum F. oxysporum A. alternata

мм % от контроля мм % от контроля мм % от контроля мм % от контроля

Контроль 26,5 - 40.8 - 29,8 - 27,4 -

Бактофит 13,0 49,1 31,0 76,0 17,5 58,7 20.8 75,9

НСР|);1 по фактору грибы = 5,6, по фактору протравители = 6,8

Степень влияния по Снедекору по фактору грибы = 42,2%, по фактору протравители = 18,4%

Популяции этих грибов в высеваемом зерне были довольно многочисленными. В 2005 г. 14 % семян содержали виды Fusarium (при допустимой стандартом встречаемости 5 %), 4 % — В. sorokiniana, 46 % — грибы рода Alternaría. В 2006 г. ситуация с обилием фитопатогенов в семенах яровой пшеницы была еще более неблагоприятной: встречаемость видов Fusarium составила 7,5%, В. sorokiniana — 20% (при рекомендуемых стандартом 10-12%) и альтернарий 87%.

В отношении выявленных семенных фитопатогенов Бактофит СК тоже проявил высокую антигрибную активность. По результатам трехлетних опытов он подавлял их численность на 80,5 %, что согласуется с данными, полученными для препарата в европейской зоне России на культурах ярового ячменя (Назарова, 2005) и пшеницы (Юсупова и др., 2005).

Бактеризация семян Бактофитом эффективно повышала устойчивость растений к поражению почвенными популяциями возбудителей грибных инфекций. Такое воздействие на яровую пшеницу препарат оказывал вплоть до момента закладки и формирования колоса, когда корневые инфекции были наиболее вредоносными. Пролонгированный защитный эффект Бактофита проявлялся как на умеренном уровне численности возбудителя обыкновенной гнили В. sorokiniana с 72—75 конидиями в 1 г почвы, так и при более значительном обилии фитопатогена — 150 конидий/ почвы.

Бактофит лучше повышал устойчивость к инфекции органов яровой пшеницы, находящихся в почве, чем органов на границе почва — воздух, где заболеваемость растений сильнее зависит от атмосферных условий. Благодаря антигрибным и иммунным свойствам изучаемого препарата в корнях существенно снижался уровень встречаемости возбудителей В. sorokiniana и грибов рода Fusarium, который мы выявили методом микологического анализа. В итоге индекс развития корневой гнили на первичных и вторичных корнях яровой пшеницы уменьшался до 10,4 и 5,1 раза, а пораженность болезнью эпикотиля, основания стебля и в среднем всего растения — в 2-3 раза (рис. 3).

Рисунок 3 — Изменение устойчивости растений яровой пшеницы к корневой гнили после бактеризации семян Бактофшпом CK (фаза выхода в трубку: 2006 г.) Примечание. НСР()5 для первичных корней =7,3 %; НСР05 для вторичных корней =2,2; НСР05 для эпикотиля = 6,1; НСР„, для основания стебля= 1,8 %.

Распространенность болезни в посеве после бактеризации семян составляла лишь 11—12%, в то время как в контроле 66-80%.

Все это говорит о действительном индуцировании Бактофитом CK у растений яровой пшеницы устойчивости к семенной и почвенной инфекции.

3.3. Роль Бактофита CK в реализации потенциальной продуктивности растений

Наблюдения за ростом культуры показали, что на фоне бактеризации биологическим препаратом состояние растений было достоверно лучше, чем в контрольном варианте. Растения имели более развитый колос с лучшей массой 1000 зерен и большим их числом.

В 2004 г. бактеризация семян Бактофитом повысила реализованную биологическую продуктивность в сравнении с контролем на 18% (0,46 т/га зерна). В 2005 г. воздействие препарата на первый трофический уровень агроценоза было ещё сильнее и выразилось в повышении зерновой продуктивности яровой пшеницы на 50%.

Использование Бактофита в качестве антидепрессанта к гербицидам за счет положительного влияния на сами растения и агрономически полезную микрофлору и отрицательного влияния на популяции фитопатогенов тоже позволило управлять продукционным процессом.

В 2006 г. Бактофит — антидепрессант существенно увеличил чистую продуктивность растений в баковой смеси с Гепардом Экстра, Фенизаном, Элантом и Пареном, обеспечив ее прирост на 35,5; 41,1; 41,6 и 30,9% соответственно. Действие Бактофита на устойчивость культуры к Биатлону и Октапону Экстра выразилось приростом чистой продукции на 13 ,5 и 8,2%. В 2007 г. изучаемый антидепрессант

20

s 18

І 16

ц о 14

ю 12

S 10

S 8

% 6

U 4

2

et

О

9,4

8.1

2,5 WJ 3.2

о ! їв I т

[ т

Первичные Вторичные Зпихотмль Основ.11 корни корни

□ Контроль (без протравливания) »Бактофит О Рано

значимо улучшил рост растений и на 22,6% реализацию потенциальной зерновой продуктивности при использовании совместно с Кортесом.

Подсчеты показали, что доля Бактофита в повышении продуктивности растений составляет от 17,5 до 81,5 % из 100 % прироста продукции, полученной от баковых смесей с гербицидами (рис. 4). В случае гербицида Эланта эта цифра резко возрастает, поскольку увеличение продуктивности пшеницы произошло только за счет антидепрессанта, тогда как сам чистый Элант в 2006 г. вызвал существенный стресс у культуры.

228

208

Рисунок 4 — Вклад Бактофита СК как антидепрессанта к гербицидам в повышение биологической продуктивна 7« * ¡Щ Щ Ш ности яровой пшеницы

щ

ж

1%4 27,5

- Л #§ (.. |

¿г ж

(совместные с В. А. Коробовым производственные »<- опыты, 2006-2007 гг.)

с/

В целом в условиях Приобья использование Бактофита положительно влияет на развитие растений яровой пшеницы и позволяет эффективно управлять ее продуктивностью.

Глава 4. Последействие Бактофита СК в агроценозе

4.1. Последействие Бактофита СК на микрофлору почвы

Важным фактором устойчивости агроценозов является их реакция на последействие использованных технологических приемов. Например, применяемые пестициды могут накапливаться в почве и длительно влиять на активность микробиологических процессов, что негативно сказывается на почвенном плодородии и качестве сельскохозяйственной продукции (Симонов, 2008 и др.). Есть сведения, что биопрепараты, как и химические средства, могут нарушать экологическое равновесие в почве, влияя на антагонистов к фитопатогенным грибам и группы агрономически ценной микрофлоры (Евсеев, 2002). Поэтому важно изучать изменения в почвенных микробоценозах в последействии.

Наши исследования показали, что следующей весной положительные изменения в микробном сообществе почвы, которые были выявлены в год применения на фоне бактеризации семян Бактофитом и его использовании в баковой смеси с гербицидами, сохраняются (табл. 3). В последействии остаются более активными минерализа-ционные процессы и ниже обилие грибов. У актиномицетов и целлюлозолитических бактерий, участвующих, как и грибы, в превращениях углеродсодержаших веществ, наоборот, численность в последействии Бактофита возрастает.

Сохраняются в микробном ценозе почвы к весне следующего года и отрицательные последствия от гербицидного стресса. Он проявляется в нарушении соотношения микроскопических грибов и сапротрофных бактерий и в подавлении цел-

\

Таблица 3 — Влияние Бактофита на микробиологические показатели почвы в последействии, весной следующего года

Показатели Контроль Бактофит,. Бактофит6 + гербицид Бактофит, + (гербицид +Бактофит ) 1 агтшдепоессант' НСР05

Кминерализации 0,1 0,4* 0,1 0,9* -

Актиномицеты, КОЕ, млн. /г СУХ. почвы 0,01 0.1* 0,01 0.01 -

Грибы, КОЕ, тыс. /г сух. почвы 16,7 6,7 17,3 3,3 7,4

Целл юлозоразру тающие микроорганизмы, КОЕ, млн. /г сух. почвы 8,4 11,9 4,0 9,0 6,5

Примечание. Здесь и далее Бактофит 6 — препарат применяли для бактеризации (протравливания) семян.

люлозолитических микроорганизмов. В последействии гербицидов на фоне общего увеличения обилия грибов возрастает также доля токсикогенных видов (рис. 5). Но если в смеси с гербицидами применялся антидепрессант Бактофит, то численность грибов в почве в следующем году не возрастает, а процент токсикогенных грибов в микоценозе снижается. Особенно понижается содержание весеннего доминанта Aspergillus fumigatus, имеющего инсулиноподобные пептиды и сильно токсичного для человека и животных (Gooday, 1993).

60,5

I I

62,6

< s lit

Рисунок 5 — Обилие токси-генных грибов в почве весной следующего года после применения Бактофита С.К на яровой пшенице

Примечание. НСР = 8,9

Важным последействием Бактофита является снижении численности популяции в почве возбудителя обыкновенной гнили В. аогоЫп'шпа (рис. 6).

350 300 250 200 150 100

?!> ЩІ:

Контроль Бактофита. Бзктофнтб. + Бактофит 5. +

гербициды (терб.+Бактофмт антмдел.)

® Общее число конидий Число целых конидий

Рисунок 6 — Влияние Бактофита на численность возбудителя обыкновенной гнили в почве в последействии

Примечание. НСРГ)5 для общего числа конидий = 82,6; НСР05 для целых конидий = 44,5

В опытах 2004 г. Бактофит снижал численность почвенной популяции фитопато-гена к следующему году в 3,3 раза относительно контроля и в 2 раза относительно гербицидов, в 2005 г. в последействии — в 2,5 раза. Такое оздоровление почвы от возбудителя важно для зерновых культур последующей вегетации.

В целом можно считать, что биологический препарат Бактофит в выщелоченном черноземе Приобья приводит к перестройке комплекса агрономически важной и фи-топатогенной микрофлоры, и эта перестройка сохраняется до следующей вегетации растений.

4.2. Влияние Бактофита СК ни токсичность почвы и зерна нового урожая За комплексный показатель загрязнения почвы или зерна токсичными веществами принимают фитотоксичность (Терехова, 2011), о которой принято судить по снижению ростовых процессов тест-объекта в сравнении с контрольной почвой или с чистой водой (что правильнее, так как почва может содержать токсигенные грибы). Оценка такого последействия Бактофита СК показала, что бактеризация семян пшеницы препаратом, наоборот, к концу вегетации привела к стимуляции роста корней редиса на 11—25%, т.е. к частичному снижению фитотоксичности почвы.

Последействие Бактофита-антидепрессанта в отношении фитотоксичности почвы мы оценили как в сравнении с контролем, так и с вариантом, где применяли только чистый гербицид Элант на фоне бактеризации семян. В случае одного Эланта выявилась существенная фитотоксичность осенней почвы (табл. 4). В ней в сравнении с контролем на 50 % угнеталась всхожесть семян и на 72 % рост корней редиса. Если гербицид Элант применялся в смеси с Бактофитом антидепрессантом, то инги-бирования развития редиса в осенней почве не происходило. Напротив, редис лучше прорастал и имел более развитые корни. Следовательно, Бактофит антидепрессант, как и Бактофит, примененный для бактеризации семян, снижает уровень фитотоксичности почвы до значений, меньших, чем в контроле.

Таблица 4 — Последействие Бактофита СК на почву и зерно нового урожая (2005 г.)

Вариант Параметры роста редиса «Розово-красного с белым кончиком»

всхожесть,% | длина корней, см

Почва

Контроль 60 0,96

Бактофит6. + гербицид Элант 30 0,27

Бактофит,. + (Элант+Бактофит ) 1 6 * 1 антидепрессант-7 80 1,14

НСР05 24 0,36

Зерно нового урожая

Контроль 46 1,05

Бактофит6. + гербицид Элант 48 0,98

Бактофит.. + (Элант+Бактофит ) 1 п 1 антидепрессант' 50 1,63

НСР„5 11,5 0,35

В зерне нового урожая накопления токсических веществ на фоне гербицида Эланта не наблюдалось. Но положительная роль Бактофита при совместном применении

с Элантом в этом случае проявилась во влиянии на биохимический состав зерна, о чем свидетельствует существенная стимуляция (на 55%) роста корней редиса, замоченного в вытяжке из зерна данного варианта.

Таким образом, к значимому последействию природного препарата Бактофита можно отнести снижения уровня фитотоксичности почвы и зерна нового урожая, особенно в вариантах с гербицидной обработкой.

Глава 5. Влияние Гуминатрина на агроценоз яровой пшеницы 5.1. Влияние Гуминатрина на микрофлору выщелоченного чернозема Обработка семян ростостимуляторами может играть важную роль в формировании микробных комплексов ризосферы растений. В наших опытах внесение с семенами гуминовых веществ и биотрофных элементов в составе препарата Гуминатрина способствовало увеличению численности бактерий-аммонификаторов (рис. 7). Изменения выявились уже через 7—10 дней после посева семян и пролонгировано продолжались в оба года исследований в течение 2 месяцев. В случае химического эталона весеннее возрастание обилия аммонификаторов к середине июля сменялось его существенным снижением.

200 150 100

137.9 89

' 50 -

О Чере.?60дн<?м после посепл

Через7-10 дней оосле посева

Контроль

Гуми натри н

Химический эталон*

Рисунок 7 — Численность аммонификаторов в почве после предпосевной обработки семян яровой пшеницы Гуминатрином (среднее за 2005-2006 гг.)

**В 2005 году в качестве химического эталона применяли Диввдент Стар, в 2006 г. - Раксил Ультра; НСР.,! для срока 7-10 дней после посева семян = 23,8 млн.; НСР0! для срока 60 дней после посева семян = 40,2 млн.

Использование Гуминатрина для снижения стрессового воздействия на культуру в смеси с гербицидами в оба года исследований тоже повлияло на развитие в почве агрономически полезных микроорганизмов. Численность их в ризосфере после проведения химпрополки пшеницы вместе с Гуминатрином отличалась от контроля и от варианта с чистыми гербицидами, но вектор и величина отличий зависели от дозы антидепрессанта и действующего вещества препарата.

Добавка Гуминатрина при норме расхода 0,3 или 0,5 л/га к гербициду, уничтожающему двудольные сорняки, стимулировала развитие почвенных микроорганизмов (рис. 8). Норма Гуминатрина I л/га подавляла их развитие в сравнении с меньшими дозами. В основном на нее реагировали бактерии—аммонификаторы.

Из-за изменения численности бактерий-аммонификаторов в почве изменялась интенсивность разложения органических остатков. В засушливом июле 2006 г. до-

Рисунок 8 — Влияние баковой смеси антидепрессанта Гуминатрина с Лареном (10 г/га) на численность почвенных бактерий, усваивающих органический и минеральный азот (пределы изменчивости в 2006-2007 гг., учеты через месяц после химической прополки посеваj

оавление к гербицидам 1 л/га Гуминатрина первой модификации привело к первоначальному ограничению минерализации, что уменьшило выделение азота из органических остатков и, как оказалось, предотвратило его непродуктивные потери. В обеспеченном осадками августе (в фазу налива зерна) бактериальная активность выросла, и растения, не испытав дефицита азота, на 85,8-110,6% лучше, чем в контроле, реализовали потенциал продуктивности. Во влажном июле 2007 г., наоборот, минерализация почвы при норме расхода антидепрессанта 1 л/га усилилась. Азот активно высвобождался и промывался за пределы корнеобитаемого слоя почвы. Это снизило на фоне 1 л/га Гуминатрина в смеси с Лареном и Трезором биологическую продуктивность пшеницы.

В связи с неоднозначностью действия изученного препарата на микрофлору его производитель заменил натриевые гуминовые составляющие на гумат калия, что позволило в дальнейшем использовать Гуминатрин второй модификации при норме расхода 1 л/ га без экологического риска для почвенной микрофлоры.

5.2. Влияние Гуминатрина на популяции фитопатогенов и растения агроценоза

Гуминатрин, благодаря особенностям технологии производства, содержит в своем составе не только гуминовые вещества торфа, но и ряд микроорганизмов. В составе Гуминатрина мы обнаружили 5 видов бактерий рода Bacillus (В. megaterium, В. mycoides, В. mesentericus, В. subtilis, В. spp.) и 1 вид рода Pseudomonas, в связи с чем изучили возможность воздействия Гуминатрина на развитие фитопатогенных грибов. Ограничивающий эффект гуминового препарата в их отношении оказался слабым, но в условиях умеренно увлажненного года предпосевная обработка семян Гуминатрином за счет общей иммунизации растений способствовала повышению устойчивости яровой пшеницы к корневым гнилям. Применение Гуминатрина для предпосевной обработки семян в такой год при условии уничтожения сорняков Элан-том способствовало повышению продуктивности культуры в 2 раза. В этом варианте растения лучше кустились и формировали более выполненные семена. Подобные результаты получены в Приобье Н. Г. Власенко и М. Т. Егорычевой (2007) при использовании Гумата калия.

В год с засушливым июлем Гуминатрин, в составе которого на тот момент были натриевые гуминовые кислоты, на продуктивность пшеницы не повлиял.

::3р№ + : vbfiStdTpiirt 1 П.ЧЗ:

Язрен + [умиетэтрда

Яар-ен - Г?>дазтрйн ä>,3n?(в

ларец

1М> 1» Ш КОЕ. Г Су- twey

Зато во все годы исследования Гуминатрин хорошо зарекомендовал себя в качестве антидепрессанта к гербицидам. Его добавление в баковую смесь к гербицидам не меняло их биологической эффективности против комплекса сорняков, а в некоторых случаях, например, с Лареном, Трезором и Гепардом Экстра, даже способствовало ее повышению.

Гуминатрин в баковой смеси с гербицидами повышал физиолог ическую устойчивость яровой пшеницы к болезни, снижая развитие корневой гнили в среднем на растении на 20-69 %. Это способствовало увеличению продуктивности яровой пшеницы, особенно при применении Гуминатрина в дозе 1 л/га. Например, в смеси с Гепардом Экстра — на 36,9% относительно контроля и на 12,2% относительно одного гербицида. В целом Гуминатрин- антидепрессант в наших опытах улучшал реализацию зернового потенциала продуктивности яровой пшеницы на 0,24-0,38 т /1 га.

ВЫВОДЫ

1. Микробный препарат Бактофит является важным биотическим фактором, регулирующим функциональную структуру микробного сообщества почвы. Препарат способствует повышению в нем роли бактерий, снижая в 4,5—14 раз долю почвенных грибов и в 2,3-3,2 раза долю актиномицетов.

2. Бактеризация семян Бактофитом в первые два месяца после обработки усиливает протеолитическую и уреазную активность почвы, а в июле до 7,6 раза — ее минерализационную активность, что создает в агроэкосистеме благоприятные условия для обеспечения минеральным азотом растений-продуцентов.

3. Биоценотическое влияние Бактофита-антидепрессанта проявляется в восстановлении нарушенной гербицидами бактериальной микрофлоры почвы, ответственной за минерализацию и иммобилизацию азота. Следствием улучшения состояния микробоценоза и азотного режима в почве является снижение ее олиготрофности в 4,4-9,8 раза.

4. Живая культура Bacillus subtilis в составе Бактофита ограничивает развитие фи-топатогенов из родов Fusarium и Bipolaris. В семенах пшеницы препарат подавляет их численность в среднем на 80,5%. В почве численность популяции возбудителя обыкновенной гнили после применения Бактофита уменьшается более чем в 2 раза, что важно для зерновых культур последующей вегетации.

5. Использование Бактофита индуцирует устойчивость растений яровой пшеницы к почвенной инфекции, ослабляя их пораженность и регулируя биологическую продуктивность. Реализация биологического потенциала яровой пшеницы при бактеризации семян повышается на 35—50%, при антистрессовом воздействии — на 8,2-41,6%. Снижается фитотоксичность зерна нового урожая, особенно в вариантах с гербицидной обработкой.

6. В последействии, к весне следующего года, применение Бактофита улучшает экологическую ситуацию в почве. В ней снижаются содержание токсигенных грибов и общая фитотоксичность. На фоне гербицидных обработок, напротив, численность микромицетов и доля их токсигенных видов в почве возрастают.

7. Ростостимулирующий торфогуминовый препарат Гуминатрин слабо ингибирует развитие фитопатогенных грибов в семенах яровой пшеницы, но повышает устойчи-

вость растений к болезни. Препарат хорошо снимает стресс у растений при применен™ в баковой смеси с гербицидами, повышая их биологическую продуктивность.

8. Попадание Гуминатрина в почву с семенами избирательно влияет только на обилие актиномицетов, активных минерализаторов, увеличивая их численность к началу налива зерна в 5 раз, что стимулирует продукционный процесс растений. Как антидепрессант к гербицидам Гуминатрин в дозах 0,3 и 0,5 л/га повышает биологическую активность почвы, а в дозе 1 л/га несколько ограничивает ее.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для улучшения экологического состояния почвы и увеличения биологической продуктивности яровой пшеницы в Приобье целесообразно использовать бактериальный препарат Бактофит СК как для бактеризации семян, так и для увеличения устойчивости к пестицидному стрессу.

Ростостимулирующий препарат Гуминатрин экологически обоснованно применять в агроценозе яровой пшеницы для снятия химического стресса у вегетирующих растений.

СПИСОК РАБОТ ХОЛДОБИНОЙ Т. В. (ГАВРИЛЕЦ Т. В.), опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Коробова, Л. Н. Агроэкологический аспект защиты яровой пшеницы от болезней с помощью биопрепаратов / Л. Н. Коробова, Т. В. Гаврилец // Вестник НГАУ. — 2005. —№3, —С. 15-23.

2. Коробова, Л. Н. Применение бактофита: и прибавка урожая, и оздоровление почвы/ Л. Н. Коробова, Т. В. Гаврилец // Защита и карантин растений. — 2006. — № 4. — С.47-48.

3. Коробова, Л. Н. Влияние биологического фунгицида бактофит на возбудителей корневой гнили и микробоценоз яровой пшеницы / Л. Н. Коробова, Т. В. Гаврилец // Вестник защиты растений. — 2006. — № 2. — С. 64-66.

Статьи и тезисы в других изданиях

4. Карпова, А. Д. Действие биологического препарата бактофита на заболеваемость и стрессоустойчивость яровой пшеницы / А. Д. Карпова, Т. В. Гаврилец // Материалы X Междунар. экол. студен, конф. «Экология России и сопредельных территорий». — Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2005. — С. 103.

5. Коробова, Л. Н. Сульфонилмочевинные гербициды на яровой пшенице и их последействие / Л. Н. Коробова, В. А. Коробов, Т. В. Гаврилец // Сб. тр. науч. — практ. конф. «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». — Томск: Том. с. — х. ин-т НГАУ, 2005. — Вып. 8, —С. 36-40.

6. Карпова, А. Д. Влияние биологического препарата бактофита на пораженность яровой пшеницы обыкновенной корневой гнилью/ А. Д. Карпова, Т.В. Гаврилец // Материалы 42-й студен, науч. конф. «Актуальные проблемы в сельском хозяйстве». — Великие Луки: Великолук. ГСХА, 2006. — С. 26-27.

7. Гаврилец, Т. В. Влияние сульфонилмочевинных гербицидов на микрофлору и фитотоксичность почвы / Т. В. Гаврилец // Материалы Всерос. студен, конф. «Студенческая наука — взгляд в будущее». — Красноярск: Краснояр. гос. аграр. ун-т, 2006. — 4.1. — С. 181-184.

8. Коробова, Л. Н. Реакция микробного сообщества почвы на применение биопрепарата бактофита/Л.Н. Коробова, Т. В. Гаврилец // Материалы Междунар. науч. — практ. конф., посвящ. 70-летию агроном, фак. НГАУ «Проблемы аграрной науки в XXI веке». — Новосибирск, 2006. — С. 49-52.

9. Гаврилец, Т. В. Действие баковой смеси гербицидов с биологическим препаратом гуминатрином на микрофлору почвы и урожай яровой пшеницы / Т. В. Гаврилец // Материалы X Междунар. науч. школы-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий». — Абакан: Изд-во Хакас, гос. ун-та им. Н.Ф. Катанова, 2006. — Вып. 10. — С. 151-152.

10. Карпова, А. Д. Влияние бактофита как протравителя семян и антидепрессанта на аргоценоз яровой пшеницы / А. Д. Карпова, Т. В. Гаврилец // Материалы 1 Всерос. студен, науч. конф. «Студент и аграрная наука». — Уфа: Изд-во БГАУ, 2007. — С. 22.

11. Голикова, Е.В. Влияние антидепрессанта из торфа, примененного в смеси с гербицидами, на микрофлору почвы / Е. В. Голикова, Т. В. Гаврилец // Материалы ХЬУ1 Междунар. науч. студен, конф. «Студент и научно-технический прогресс». — Новосибирск, 2008. — С. 17-18.

12. Гаврилец, Т. В. Перспективы использования препарата из торфа гуминатрина в качестве антидепрессанта к гербицидам / Т.В. Гаврилец, Л.Н. Коробова // Материалы VI межрегион, конф. молодых ученых и специалистов аграр. вузов Сиб. федер. округа «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири». — Барнаул, 2008, —С. 23-26.

13. Холдобина, Т. В. Эффективность бактофита как антидепрессанта в баковых смесях с гербицидами на яровой пшенице / Т. В. Холдобина // Материалы VII межрегион. конф. молодых ученых и специалистов аграр. вузов Сиб. федер. округа «Инновационный потенциал молодых ученых в развитии агропромышленного комплекса Сибири». — Новосибирск, 2009. — С. 85-88.

14. Коробова, Л.Н. Влияние гербицидов и биологических антидепрессантов на микрофлору и фитотоксичность почвы в последействии / Л.Н. Коробова, Т.В. Холдобина, О.Ю. Соловьева// Проблемы экологии агроэкосистем: пути и методы их решения: материалы Всерос. науч. конф.; сб. науч. ст. / НГАУ. СибНИИЗХим. — Новосибирск, 2009. — С. 54-57.

15. Коробова, Л.Н. Эффективность и механизм действия препарата бактофит в посевах яровой пшеницы / Л. Н. Коробова, В. А. Коробов, Т. В. Холдобина // Биологически активные вещества микроорганизмов: прошлое, настоящее, будущее: Всерос. симп. с междунар. участием. Москва. МГУ им. М. В. Ломоносова. 27-29 января 2011 г. —М.: МАКС Пресс, 2011, — С. 67.

Подписано в печать 28 октября 2013 г. Формат 60x84 '/ Объем 1,0 уч.-изд. л., 1,0 усл. печ. л. Тираж 150 экз. Заказ № 955

Отпечатано в Издательстве Новосибирского государственного аграрного университета 630039, Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, каб. 106. Тел./факс (383) 267-09-10. E-mail: 2134539@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Холдобина, Татьяна Владимировна, Новосибирск

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

На правах рукописи 04201452271 ^

ХОЛДОБИНА Татьяна Владимировна

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЦЕНОЗА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПРЕПАРАТОВ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

03.02.08 - Экология

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный консультант:

доктор биологических наук, доцент

Коробова Лариса Николаевна

Новосибирск - 2013

Содержание

_Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10

1.1. Действие биологически активных веществ на микробный ценоз почвы 11

1.2. Влияние препаратов природного происхождения на растения 19

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 26

2.1. Объекты исследований 26

2.2. Почвенно-климатические условия места проведения исследований 32

2.3. Методика проведения работы 38

2.3.1. Агроэкологическая оценка Бактофита и Гуминатрина как препаратов для обработки семян 41

2.3.2. Агроэкологическая оценка Бактофита и Гуминатрина как антидепрессантов к гербицидам 42

2.3.3. Изучение последействия Бактофита на агроценоз 44

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ БАКТОФИТА НА АГРОЦЕНОЗ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ 46

3.1. Взаимодействие Бактофита СК с микробным ценозом почвы 46

3.2. Регуляция Бактофитом СК популяций фитопатогенных грибов и устойчивости к ним растений яровой пшеницы 58

3.3. Роль Бактофита СК в реализации потенциальной продуктивности растений 64

ГЛАВА 4. ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ БАКТОФИТА СК В АГРОЦЕНОЗЕ 75

4.1. Последействие Бактофита на микрофлору почвы 75

4.2. Влияние Бактофита как протравителя и антидепрессанта на токсичность почвы и зерна нового урожая в последействии 79

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ГУМИНАТРИНА НА АГРОЦЕНОЗ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ 84

5.1. Влияние Гуминатрина на микрофлору выщелоченного чернозема 84

5.2. Влияние Гуминатрина на популяции фитопатогенов, растения агроценоза и фитотоксичность 92

ВЫ [ВОДЫ 103

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 104

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК 105

ПРИЛОЖЕНИЯ 126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Экологическая ситуация в современном земледелии характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на агроэкосистемы, чю сопряжено с ухудшением почвенного плодородия, высокой численностью популяций сорных растений, фитофагов и возбудителей болезней. Только в Новосибирской области засорено более 2,7 млн. га посевов, семена основных продовольственных культур значительно заражены комплексом фитопатогенов, а 70-75 % пахотных черноземов имеют высокую численность популяций возбудителя обыкновенной корневой гнили зерновых культур (Чулкина, Торопова, Чулкин, Стецов, 2000; Власенко, Власенко, Садохина, Кудашкин, 2007; Ашмарина, Горобей, 2008; Прогноз распространения..., 2009; и др.). Это обусловливает широкое применение в агроэкосистемах гербицидов и химических протравителей семян. Они могут негативно воздействовагь на все компоненты агроценоза, включая саму культуру, сообщество агрономически полезных микроорганизмов и фитопатогены (Круглов, 1997; Коробова, Шинделов, 2012; и др.). Явное отрицательное влияние химизации на экосистемы привело к формированию в России негативного отношения к пестицидам, которое в интерпретации В.И. Кирюшина (2000) получило название «химического нигилизма». Возрастание требований к экологической безопасности получаемой продукции и защите окружающей среды способствовало расширению интереса к препаратам, получаемым из разных компонентов природы и объединенных общим названием «биологически активные вещества». Считается, что их применение сделает растениеводство не только эффективным, но и благоприятным для окружающей среды.

Среди биологически активных соединений наиболее широкое распространение получили природные препараты, содержащие живые культуры микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности (Великанов, 1997; Штерншис, 2000; Евсеев, 2002; Логинов, 2005; Габдуллин, 2005;

Власенко, 2006; Сидоренко, 2006; Мубинов, 2007; Мелентьев, 2007; Томилова, 2009 и др.) и индукторы устойчивости, полученные из гуматов (Левинский, 2000; Бурмистрова, 2003; Шамардина, 2006; Сысоева, 2008; Пронько, 2011 и др.). Их применяют как для предпосевной обработки семян, так и в посеве в качестве регуляторов роста растений, что способствует увеличению продуктивности культуры и повышает общую устойчивость агроэкосистемы к неблагоприятным факторам окружающей среды (Тютерев, 2002; Шакирова, 2008; Применение..., 2007; Власенко, 2009; Мустаев, 2009; Devine, 2005).

В последнее время возрос интерес к совместному применению биологических препаратов с гербицидами - химическими средствами защиты растений, подавляющими сорный компонент агроценоза (Хрюкина, 2002; Новокрещинов, 2005; Нугуманов и др., 2007; Seppaenen, 2003)., Метаболические процессы у сорняков и культурных растений во многом1 сходны, поэтому гербициды могут вызывать стресс и у основной культуры. В связи с этим расширяется применение пестицидов совместно с природными! антистрессовыми веществами, которые условно названы антидотами (Злотников, 2009). Добавление таких веществ в баковую смесь уменьшает^ фитоксичность гербицида по отношению к культуре и способствует лучшей реализации потенциала ее биологической продуктивности (Ларионов и др., 2004-а; Шамардина, 2006; Ямалеев и др., 2007; Гаврилец, 2008; Коробов, 2009; Лазарев, 2010, 2011). Снижение токсического эффекта пестицидов при применении совместно с природными препаратами объясняют стимуляцией неспецифических защитных реакций в клетках культурных растений (Гилязетдинов и др., 2008; Пусенкова, 2012).

Природные препараты, как и химические средства защиты растений, могут сдвигать экологическое равновесие в микробиоте почвы, влияя на группы агрономически ценной микрофлоры, например, на свободноживущих и симбиотических азотфиксаюров (Евсеев, 2011). Поэтому важно при использовании рекомендованных производителями доз биологических

препаратов оценивать их действие на микробный ценоз почвы и длительность сохранения в нем желательных или негативных экологических последствий. Особенности такого последействия природных препаратов связаны с типом почвы, режимом влажности и температуры и другими абиотическими и биотическими параметрами конкретных агроэкосистем.

Другим важным аспектом изучения природных препаратов является их возможное биоценотическое взаимодействие с популяциями фитопатогенов. По данным В.В. Евсеева (2011), уменьшение численности популяций фитопатогенов при применении микробиологических препаратов может быть связано с оптимизацией введенным биоагентом антагонистического потенциала почвенной сапротрофной микрофлоры. Возможно также опосредованное влияние препаратов природного происхождения на фитопатогены (путем снижения скорости развития инфекционного начала на растениях), что обсуждается А.Ф. Зубковым (2007) в концепции саморегуляции биоценотических процессов в аг роэкосистеме.

Воздействие природных препаратов на экосистемы на видовом и %, биоценотическом уровнях на сегодняшний день изучено недостаточно. , Требует проработки вопрос их влияния на продуктивность и устойчивость к^. стрессам продуцентов в связи с изменяющимися условиями погоды, особенностями культур и сортов и конкретных агроландшафтов. Слабо исследовано последействие природных препаратов на микроорганизмы почвы и ее фитотоксичность.

Цель исследования - дать экологическую оценку состояния агроценозов яровой пшеницы при применении препаратов природного происхождения Бактофита СК и Гуминатрина.

Задачи исследований: 1. Изучить воздействие Бактофита СК и Гуминатрина как биотического и абиотического факторов на состояние микробных ценозов выщелоченного чернозема;

2. Определить степень влияния природных препаратов на численность популяций фитопатогенных грибов;

3. Выявить последействие Бактофита СК на токсигенные грибы, агрономически полезную микрофлору и фитотоксичность почвы;

4. Оценить влияние препаратов на устойчивость яровой пшеницы к заболеваниям и пестицидному стрессу и реализацию потенциала её продуктивности.

Научная новизна исследований. Получены новые данные о влиянии Бактофита СК и Гуминатрина, применяемых для обработки семян и в баковой смеси с гербицидами, на экологическое состояние агроценозов. Показано, что Гуминатрин хорошо снимает гербицидный стресс у растений, а для микрофлоры его действие избирательно. Бактофит благоприятно действует на биологическую активность почвы, структуру микробоценоза, продуктивность культуры и отрицательно - на развитие фитопатогенов. Впервые установлено, что в последействии Бактофит СК ограничивает популяции возбудителя обыкновенной гнили, токсигенных грибов и фитотоксичность почвы. ^

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований расширяют сведения о значимости природных препаратов Бактофита и Гуминатрина для основных компонентов агроценоза в год применения и в последействии.

Материалы диссертации могут быть использованы в прикладной экологии для совершенствования экологически безопасных приемов регуляции фитопатогенов и повышения продуктивности и стрессоустойчивости яровой пшеницы.

Определены нормы препарата Гуминатрин первой модификации с натриевыми гуминовыми кислотами, создающие экологический риск для микрофлоры круговорота азота. На основании этого изготовитель усовершенствовал состав препарата, что способствовало стабильному повышению продуктивности культуры при сохранении микробного обилия и разнообразия.

Полученные данные используются в учебном процессе Новосибирского ГАУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Агрохимия и агропочвоведение», профилю «Агроэкология».

Защищаемые положения:

1. В почвенном микробном ценозе Бактофит СК регулирует структуру и биологическую активность, ограничивает популяцию фитопатогена В1ро1апБ БогоЫтапа БЬоеш и восстанавливает бактериальную микрофлору при применении совместно с гербицидами.

2. Экологическое последействие Бактофита СК на агроценоз заключается в снижении фитотоксичности почвы и зерна нового урожая и почвенных токсигенных микромицетов.

3. У растений яровой пшеницы Бактофит СК и Гуминатрин индуцируют устойчивость к инфекции и пестицидному стрессу и лучшую реализацию биологического потенциала.

Апробация работы. Полученные материалы и основные положения диссертации представлялись и обсуждались на IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), 2-м Всероссийском съезде по защите растений (Санкт-Петербург, 2005), на круглом столе на «,Цнях урожая» на Сибирской ярмарке (2006), на международных конференциях: Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2004), «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2005), «Проблемы аграрной науки в XXI веке» (Новосибирск, 2006), «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2006), «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2008); на всероссийских конференциях: «Студенческая наука - взгляд в будущее» (Красноярск, 2006), «Актуальные проблемы в сельском хозяйстве» (Великие Луки, 2006), «Студент и аграрная наука» (Уфа, 2007), «Проблемы экологии агроэкосистем: пути и методы их решения» (Новосибирск, 2009), «Биологически активные вещества микроорганизмов: прошлое, настоящее, будущее» (Москва, 2011); на региональных конференциях: «Современные проблемы и достижения

аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» (Томск, 2005), «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири» (Барнаул, 2008), «Инновационный потенциал молодых ученых в развитии агропромышленного комплекса Сибири» (Новосибирск, 2009).

Публикации результатов исследования. Материалы диссертации изложены в 15 публикациях, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовала в разработке программы и методологии исследований, проводила опыты и наблюдения в полевых и лабораторных условиях, осуществляла сбор экспериментального материала, анализировала и обобщала данные, формулировала научные положения и выводы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка, включающего 201 наименование, в том числе 16 иностранных авторов. Работа содержит 31 таблицу, 26 рисунков.

Связь работы с научными программами и темами. Исследования выполнены автором но государственной тематике ФГБОУ ВЦО «Новосибирский государственный аграрный университет»: «Биологическая активность пахотных почв Сибири» (№ государственной регистрации 01.200.113909) и «Биологические ресурсы антропогенно преобразованных почв Западной Сибири» (№ госрегистрации 01200962243).

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору биологических наук Коробовой Ларисе Николаевне и директору СибНИИЗР НГАУ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Коробову Виктору Александровичу за помощь в закладке опытов и предоставленную возможность проводить исследования в производственных конкурсных испытаниях пестицидов в рамках Межрегиональной ассоциации «Сибирское соглашение».

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Экологические проблемы, возникающие при нерациональном использовании ресурсов в сельском хозяйстве, трудно поддаются решению. В таких условиях большое внимание уделяется экономической эффективности и экологической безопасности систем земледелия.

Важное место в системе экологически безопасных мероприятий занимают биологически активные вещества. На их основе создают малоопасные препараты природного происхождения, которые используют для защиты растений от болезней и вредителей (Габдуллин, 2005; Мубинов, 2007 и др.) или как ростостимулирующие вещества (Прусакова, 2005).

На сегодняшний момент для экологизации земледелия в стране широко применяют микробиологические препараты на основе бактерий рода Bacillus. В литературе нами встречены сведения по изучению достаточно большого, спектра таких препаратов: Альбиту (Рябчинская и др., 2009; Кирсанова и др.,*

2011), Бактофиту (Власенко, 2006; Клейменова, 2007), Бациллину (Томилова, 2009), Фосфобактерину (Соколова и др., 2008), Бациспецину (Мелентьев,.-2007; Максимов, 2010), Фитоспорину-М (Лухменев, 2003), Алирину Б (Новикова, 2005), Бисолбисану (Ульяненко и др., 2009), Гамаиру (Новикову 2005; Зимоглядова и др., 2009).

Основой многих биологических препаратов являются бактерии рода Pseudomonas. В последние 10 лет в растениеводстве РФ активно применяют Агат - 25 К (Лухменев, 2003; Громов и др., 2005; Максимов, 2010), Псевдобактерин-2 (Жукова, 2004), Планриз (Минаева, 2007; Санин и др.,

2012), Бинорам (Иванцова и др., 2005). Используются биопрепараты на основе Azotobacter, который входит в состав Азотобактерина (Шерстобоева и др., 1997; Соколова и др., 2009) и Азотовита (Щукин и др., 2003; Никитин, 2009; Платонычева, 2009). Меньше бактериальных препаратов создано на основе Enterobacter - Ризоэнтерин (Дятлова, 2001); Flavobacterium -Флавобактерин (Карпова, 2008; Завалин и др., 2010); Bacillus mucilaginosus -

Кремнебактерин (Гиль и др., 2008; Соколова и др., 2008).

*

г

Кроме бактериальных агентов основой биопрепаратов могут быть актиномицеты и грибы. Среди них известно около 1 тысячи видов, обладающих антагонистическими и патогенными свойствами по отношению к вредителям и возбудителям болезней (Помазков, 1997). Наиболее изучены в качестве антагонистов к возбудителям болезней грибы рода Trichoderma, на основе которых создано несколько препаратов: Триходермин, Трихофит, Глиокладин, Триходермин-б и др.

Сегодня довольно насыщен рынок и российских гуминовых препаратов, роль которых в стимуляции роста растений и индукции устойчивости к неблагоприятным факторам среды тоже широко освещена в отечественной литературе. Так, в перечень препаратов из бурых углей, стимулирующее действие которых изучено на зерновых культурах, входят 4. Это Гумат калия (Власенко и др.. 2007), Гуми (Костин и др., 2009; Трапезников, 2005-6), Гуми М (Исаев и др., 2004), Гуми 20 (Уромова, 2009).

Среди препаратов из торфа известны Гумат калия (Хадикова и др., 2007; Ерохин и др., 2011); Гумат натрия (Уромова, 2009); Гумат калия-натрия (Тихонов и др., 2010: Пронько и др., 2011); Гуминатрин (Коробов и др., 2009), Росток (Грехова и др., 2005). Па основе торфо-сапропелевой смеси^ создан гумат Плодородие (Пугинцев и др., 2007; Лучник и др., 2010).

В России все указанные природные препараты разрешены к использованию и широко применяются на овощных, декоративных, зерновых и технических культ\рах. Поэтому важно изучать их разностороннее действие на агроценоз: на патогенные для растений микроорганизмы, почвенное сообщество агрономически полезной микрофлоры и сами растения.

1.2. Действие биологически активных веществ на микробный ценоз почвы

Почвы с их уникальными свойствами играют основную роль в устойчивом функционировании агроэкосистем. Это универсальный

биологический сорбент, нейтрализатор загрязнений, минерализатор различных органических веществ.