Биологическая активность почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан

Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан"

На правах рукописи

УЗБЕКОВ Ильяс Сайфуллаевич

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТАБОЛИТОВ ЭНДОФИТА И СЕРНОКИСЛОЙ МЕДИ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа-2010

4855761

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

НУРМУХАМЕТОВ Нпгамедьян Мухутдннович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

БАГАУТДИНОВ Фатих Ягудович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

КАИПОВ

Яхия Зайнулловнч

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 22 декабря 2010 г. в 1700 ч. в 252/1 аудитории на заседании диссертационного совета Д.220.003.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 19 ноября 2010 года и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» www.bsau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Гайфуллин Р.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Сельскохозяйственные культуры обладают высоким потенциалом урожайности, для реализации которого необходимо создавать оптимальные условия роста и развития растений. В связи с этим уровень почвенного плодородия имеет важное значение. Ведущая роль при этом принадлежит способу обработки почвы, севооборотам, удобрениям, от которых зависит количественная и качественная сторона жизнедеятельности микроорганизмов в почве, создающих благоприятные условия для корневого питания растений. Оптимизация взаимодействия системы растения - почва играет важную роль в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Важность биологических факторов в оптимизации почвенного плодородия и экологизации земледелия в целом показана в работах Е. Н. Мишустина (1972), И. К. Хабирова (1993), Ф. X. Хазиева и др. (1997), И. К. Хабирова, Л. М. Габбасовой, Ф. X. Хазиева и др. (2001), Н. Ф. Ганжары (2001), Н. М. Нурмухамегова (2001; 2007), Р. М. Хайруллина и др. (2007), В. Д. Недорезкова (2002), Ш. Я. Гилязетдинова (2008) и др.

Известно, что микоризы являются мощными поставщиками питательных веществ, увеличивают поглощение фосфора, т.е. активное участие гриба в фосфорном питании растений (Йежеф Сэги, 1983; И. А. Селиванов, 1981).

Установлено, что для активизации заражения эндофитами корней растения нужно гормональное воздействие, способствующее как пробуждению эндофита из состояния анабиоза, так и образованию разветвленной корневой системы растений, благоприятной для развития симбионтных грибов. В природных условиях (агрофитоценозах) эту роль продуцентов гормонов выполняют всегда сопутствующие семени эпифитные и ризосферные микроорганизмы. Для усиления заражения корневой системы культурного растения эндомикоризными грибами проводится обработка семян, а также вегетирующих растений 0,001% раствором метаболита (Ф.Ю. Гельцер, 1990).

Изучение влияния метаболитов эндофита облепихи с сернокислой медью на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы имеет большую актуальность.

Цель работы. Исследование действия обработки семян и вегетирующих растений растворами метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан.

Исходя из цели были поставлены следующие задачи:

• выявить сезонную количественную динамику почвенных микроорганизмов в зернопаропропашном севообороте;

• установить влияние метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы;

• определить микотрофность корневой системы растений яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди;

• оценить взаимосвязь биологической активности почвы с урожайностью яровой пшеницы;

• провести биоэнергетическую оценку приемов активизации биологической активности почвы и повышения урожайности яровой пшеницы.

Научная новизна. Впервые в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном получены и обобщены экспериментальные данные комплексных исследований биологической активности почвы при использовании метаболитов эндофитного гриба Monilia acrimonium и сернокислой меди на яровой пшенице в звене севооборота. Определено, что микотрофность корневой системы положительно коррелирует с урожайностью яровой пшеницы. Для повышения микотрофности которой необходимо провести предпосевную обработку семян растворами метаболита эндофита и сернокислой меди. Развитие общего сообщества микроорганизмов под культурами зернопаропропашного севооборота в течение вегетационного периода различно. Количество микроорганизмов в почве находится в тесной связи с урожайностью яровой пшеницы. Установлено, что содержание элементов минерального питания в почве зернопаропропашного севооборота зависит от покровной культуры и времени года.

Практическая значимость. Метаболиты эндофита облепихи и сернокислая медь положительно действуют на биологическую активность чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы приводит к повышению уровня рентабельности производства зерна на 66,43%.

Практические рекомендации прошли производственную проверку в хозяйствах КФХ «Агли» Чишминского района на плошади 80га, ООО «Отчизна» Алыпеевского района - Юга, ОАО «Зирганская МТС» Куюргазинского района - 100га.

Основные положения выносимые на защиту:

• определяющим фактором в динамике развития почвенных микроорганизмов является возделываемая сельскохозяйственная культура;

• предпосевная обработка метаболитами эндофита и сернокислой медью положительно действует на показатели биологической активности почвы;

• при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди степень микотрофности корневой системы яровой пшеницы увеличивается;

• урожайность яровой пшеницы имеет прямую связь с биологической активностью почвы.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции в рамках XVII международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2007» (Уфа, БГАУ, 2007), Международной научно-практической конференции (Уфа, БГАУ, 2008), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2008» (Уфа, БГАУ, 2008), «Национальное достояние России» XXIV всероссийской конференции обучающихся (Москва, 2009),

Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа, БГАУ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 в издании, включенном в перечень ВАК.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы, 18 рисунков и 26 приложений. Библиографический список включает 262 наименования, в том числе 27 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Теоретическое обоснование и общая оценка биологической активности почвы и условий возделывания яровой пшеницы в севообороте

В данной главе приводится аналитический обзор литературы о взаимоотношениях почвенных микроорганизмов с растениями, действии макро- и микроудобрений на микроорганизмы и плодородие почвы, стимуляции метаболитами эндофитных грибов биологической активности почвы и растений, влиянии чередования культур в севообороте на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы.

2. Условия, объект и методика исследований

Исследования проводились на стационарных опытах кафедры ботаники, физиологии и селекции растений Башкирского государственного аграрного университета в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан. Объектом исследований был чернозем выщелоченный и яровая пшеница. Агрохимическая характеристика чернозема выщелоченного на опытном участке: содержание гумуса - 8,2%; содержание нитратного азота - 32,2мг/кг; подвижного фосфора - 94,3мг/кг; обменного калия - 32,2мг/кг; микроэлемента меди - 7,19мг/кг; слабокислая реакция среды (рН КС1) 5,4 - 5,5; гидролитическая кислотность 4,5 мг-экв/100г почвы; сумма поглощенных оснований - 41мг-экв/100 г почвы; степень насыщенности основаниями 90,1%.

Зернопаропропашной севооборот с чередованием культур: вика-овес -озимая пшеница - картофель - яровая пшеница. Площадь одной опытной делянки составляла 50м2 , повторность четырехкратная. Расположение -методом расщепленных делянок. Предшественником яровой пшеницы являлся картофель. В связи с высоким агрофоном (внесение расчетных норм минеральных удобрений на получение ЗОт/га клубней картофеля) предшественника под яровую пшеницу минеральные удобрения не вносились. Схема опыта: 1. Контроль - обработка семян водой; 2. Обработка семян

0,001% раствором метаболита; 3. Обработка семян 0,001% раствором метаболита + 0,02% раствор пятиводной сернокислой меди (далее сернокислая медь); 4. Обработка семян 0,02% раствором пятиводной сернокислой меди; 5. Обработка семян + опрыскивание в фазу кущения 0,001% раствором метаболита; 6. Обработка семян + опрыскивание в фазу кущения 0,001% раствором метаболита + 0,02% раствором пятиводной сернокислой меди; 7. Обработка семян + опрыскивание в фазу кущения 0,02% раствором пятиводной сернокислой меди.

Посев яровой пшеницы проводился сеялкой С3-3,6 из расчета 5,5млн. штук семян на 1га. После посева проводилось прикатывание почвы кольчато-шпоровыми катками. Для посева были использованы семена элиты сорта Омская-35 (сорт районирован). Предпосевная подготовка семян проводилась за неделю до посева. Обработка опытными препаратами проводилась вручную. Исследования проводили в 2007-2009гг.

При закладке опытов, выполнении исследований и сопутствующих наблюдений в период вегетации применялись методики постановки опытов по программированию урожаев Госкомиссии при МСХ Российской Федерации по сортоиспытанию сельскохозяйственных, культур. Анализ почвы проводили: в свежих почвенных образцах определяли нитратный азот - в 1% растворе алюмокалиевых квасцов при соотношении почвы и раствора 1:2,5 с ионометрическим окончанием (ГОСТ 26951-86), подвижный фосфор и обменный калий определяли по методу Чирикова из одной почвенной вытяжки (ГОСТ 26483-85). Содержание микроэлемента меди в почве и зерне определяли методом сухого озоления с последующим измерением на атомно-адсорбционном спектрометре (ГОСТ Р50685-94, ГОСТ Р50686-94). Для характеристики микоризной инфекции мы использовали количественные методы (И. А.Селиванов, 1981). Оценку колонизации арбускулярной микоризы корней яровой пшеницы вычисляли при помощи компьютерной программы MYCOCALC.

В фазу кущения яровой пшеницы проводилась обработка посевов опытными препаратами. Опрыскивание производилось в безветренную погоду вручную в утренние часы (7-9 часов) при помощи ранцевого опрыскивателя «ЖУК». После каждого препарата емкость и форсунка опрыскивателя тщательно промывалась (3-5 раз) чистой водой.

Густота стояния растений определялась в период полных всходов и перед уборкой путем подсчета количества растений на постоянно фиксированных площадках площадью 1м2 в четырехкратной повторности. Влажность почвы определялась по культурам севооборота в слое 0-100 см через каждые 10см -весной и осенью, 0-30 см - в середине вегетации весовым методом.

Численность и групповой состав микрофлоры почвы определяли в слое 0-30 см по фазам роста и развития растений: общее количество и биомассу путем прямого подсчета микроорганизмов в почве по методу С. Н. Виноградского в модификации Шульгиной (1962); бактерии, актиномицеты и грибы путем посева на питательную среду МПА; анаэробных азотфиксаторов (Clostridium pasteurianum) методом предельных разведений (Й. Сеги, 1983).

Биохимическая активность почвы определялась в слое 0-30 см по фазам роста и развития растений: интенсивность разложения целлюлозы методом «аппликации»; интенсивность выделения почвой С02 по методу Е. Н. Мишустина, И. Ш. Вострова, А. Н. Петрова; активность каталазы методом газометрии; фосфатазы, уреазы, инвертазы по методам Ф. X. Хазиева (1990). Урожайность зерна яровой пшеницы определялась отбором пробных снопов с одного квадратного метра в пятикратной повторности. Структуру урожая определяли согласно методике сортоиспытания. Экономическая эффективность рассчитывалась по прямым затратам сравнительно-математическим методом. Биоэнергетическая эффективность рассчитывалась по методике ВАСХНИЛ (1989).

Наличие связи между признаками определяли корреляционно-регрессионным анализом с использованием компьютерных программ Excel Statistica 5.0. Существенность разницы в величине изучаемых показателей между вариантами определялась дисперсионным анализом.

3. Чередование культур как фактор активизации микробиологических процессов в почве

Использование севооборота направлено на сохранение и воспроизводство плодородия почвы. В полевых опытах установлено, что севообороты формируют в почве активный микробный пул и ферментный потенциал, которые являются важными показателями уровня эффективного плодородия, активности биохимических процессов превращения органического вещества в почве (Ю. В. Евтефеев, 2008).

Развитие сообщества микроорганизмов под культурами зернопаропропашного севооборота в течение вегетационного периода было различным.

В результате исследований выявлено, что в начале вегетации растений наибольшая активность микроорганизмов почвы отмечена на всех культурах, кроме картофеля. Прослеживается тенденция спада численности микрофлоры почвы под яровой, озимой пшеницей и вико-овсяной смесью от начала к концу вегетации. В связи с биологической особенностью культуры картофеля -накопления запасных веществ в подземные части растения отток ассимилянтов обеспечивает не только образование клубней, но и лучшее питание для почвенной микрофлоры.

Согласно полученным результатам под картофелем отмечается наибольшая биомасса сообщества микроорганизмов - 1725,7 кг/га.

Варьирование биомассы сообщества почвы в течение вегетационного периода составляло по севообороту в целом от 306,6 до 1725,7 кг/га (таблица 1). Регрессионные модели изменения интенсивности выделения почвой СОг по биомассе микрофлоры почвы имеют вид для яровой пшеницы: у = 0,0019х + 21,75; для картофеля: у = -0,0041х + 28,75; для озимой пшеницы: у = 0,0036х + 20,85; для вика-овес: у = 0,0059х + 20,03.

С изменением численности микроорганизмов и, как следствия, их биомассы в пахотном слое почвы прямо пропорционально возрастает, или убывает содержание в ней азота, фосфора и калия.

Таблица 1 Динамика общего количества микроорганизмов под культурами зернопаропропашного севооборота (учхоз БГАУ, 2007 - 2009гг.)

Начало вегетации Середина вегетации Конец вегетации

со биомасса, кг/га а биомасса, кг/га ЕО биомасса, кг/га

о § 53 »s ? о 2 3 § g а о S 3 »s ?

Культура о Я о age я В. <~ Й 3 о U Я с W £-1 о К о о та с у Ui

§ § "а § 8 § И 2 сырая сухая ч о "а ® И 5 сырая сухая | g'i 8 8. s И 2 сырая сухая

S 2 5

Яровая пшеница 1490,0 1305,2 260,8 530,0 464,3 92,8 430,0 376,7 75,3

Картофель 990,0 867,2 173,3 880,0 770,9 154,0 1970,0 1725,7 344,8

Озимая пшеница 1250,0 1095,0 218,8 430,0 376,7 75,3 350,0 306,6 61,3

Вика-овес 1280,0 1121,3 224,0 820,0 718,3 143,5 300,0 262,8 52,5

Нами выявлено повышение микробной массы в почве в начальные периоды вегетации под вико-овсяной смесью, яровой и озимой пшеницей. В осенний период под картофелем за счет содержащейся микрофлоры в почве повышается содержание азота на 21,3кг/га или на 99,1% по сравнению с весенним периодом. Численность микроорганизмов имеет важную роль в обеспечении плодородия почвы. Из результатов анализа почв под культурами зернопаропропашного севооборота видно, что в зависимости от возделываемой культуры численность, биомасса и содержание питательных элементов почвенной микрофлоры различно.

Следовательно, существует возможность регулирования содержания элементов питания не только за счет внесения минеральных удобрений, но и путем научнообоснованных севооборотов.

Продуцирование двуокиси углерода (дыхание) является наиболее универсальным показателем скорости окислительно-восстановительных процессов почвенной микрофлоры и корневой системы растений. Этот показатель также характеризует энергию процесса разложения органических соединений в почве.

июнь П декада июль П декада август П декада

дата

Яровая пшеница И Озимая пшеница П Картофель □ Вика-овес

Рисунок 1 Интенсивность выделения почвой С02 в зернопаропропашном севообороте, мг/г почвы за 24 часа (опытное поле БГАУ, в среднем за 2007-2009гг.)

Результаты анализов показали, что интенсивность выделения почвой С02 тесно связано с фазами роста и развития сельскохозяйственных культур (рисунок 1). Рост интенсивности «дыхания» к началу июля обусловлен наиболее активным периодом процессов синтеза и превращения органических веществ в растениях. К концу вегетации идет отток питательных веществ в запасающие органы растений обуславливает снижение скорости выделения почвой углекислого газа. Изменение фосфатазной активности по выделению углекислого газа почвой под культурами севооборота описывает уравнение регрессии: для яровой пшеницы: у = - 0,0107х + 0,83; для картофеля: у = - 0,0451х + 1,57; для озимой пшеницы: у = - 0,0254х + 1,26; для вика-овес: у = 0,0578х - 0,83.

Обобщая вышеизложенное, следует отметить, что продуцирование почвой двуокиси углерода зависит в первую очередь от вида культуры, а также от фаз активного периода роста и развития растений.

Взаимосвязь активности ферментов каталазы и уреазы в почве севооборота описывает уравнение регрессии: для яровой пшеницы: у = -3,8455х + 7,61; для картофеля: у = 2,1429х + 3,60; для озимой пшеницы: у = 6,6667х + 0,38; для вика-овес: у = -4,8986х + 7,45. Уравнение регрессии ферментов каталазы и инвертазы под культурами севооборота имеет вид: для яровой пшеницы: у = 0,7255х + 1,28; для картофеля: у = 0,5731х + 3,19; для озимой пшеницы: у = 5,2929х- 16,01; для вика-овес: у = -0,1971х + 6,99.

4. Активизация биологических процессов почвы под яровой пшеницей в звене севооборота

В наших исследованиях интенсивность выделения почвой углекислого газа под яровой пшеницей в течение вегетационного периода была неодинаковой. Наибольшая активность отмечается в фазе начала колошения (рисунок 2). Затем происходит снижение выделения почвой углекислого газа к фазе восковой спелости. Что, по-видимому, связано с изменением численности почвенной микрофлоры, которая находится в прямой зависимости от физиологических процессов возделываемой культуры.

до всходов начало колошения цветение восковая спелость после уборкн

фаза развития

□ Контроль(обработка водой)

□ Обработка семян 0,02 % раствором сернокислой меди

□ Обработка семян растворами 0,001 % метаболита + 0,02 % сернокислой меди

□ Обработка семян раствором 0,001 % метаболита

■ Обработка семян +■ опрыскивание по вегетации 0,02 % раствором сернокислой меди

□ Обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001 % метаболита + 0,02 % сернокислой меди

■ Обработка семян + опрыскивание по вегетации раствором 0,001 % метаболита

Рисунок 2 Интенсивность выделения почвой С02 под яровой пшеницей (опытное поле БГАУ, сорт Омская-35, в среднем за 2007 - 2009гг.)

Также известно, что в осенний период атмосферные осадки повышают почвенные запасы влаги. Это в свою очередь приводит к повышению скорости разложения органики почвы и выделения почвой С02 (рисунок 2).

В послеуборочный период почва насыщается органическими остатками растений в виде измельченной соломы, корневых и пожнивных остатков. Отмечается повышение выделения углекислого газа на 23% от весны к осени, что связано с изменением содержания в почве органического вещества в виде растительных остатков.

Влияние испытуемых вариантов опыта на скорость выделения углекислого газа почвой проявилось по-разному. Например, в фазу цветения в почве в вариантах с одно- и двукратным применением 0,02% раствора сернокислой меди, а также двукратное применение 0,001% раствора метаболита оказывало некоторое стимулирующее действие, тогда как на остальных вариантах происходило снижение почвенного выделения СОг (сравниваем с контролем).

Известно, что для активизации заражения эндофитами корней растения нужно гормональное воздействие, способствующее как пробуждению эндофита из состояния анабиоза, так и образованию разветвленной корневой системы растений, благоприятной для развития симбионтных грибов (Гельцер Ф. Ю., 1990, Емцев В. Т., 2005). Доказано, что большинство микроэлементов (Си, Мп, и т. д.) в небольших дозах усиливают интенсивность микробиологических процессов в почве (Емцев В. Т., 2005).

В полевых опытах установлено, что применение биологического препарата и сернокислой меди как отдельно, так и совместно заметно стимулировало интенсивность колонизации микоризы как в корневой системе, так и в ее фрагментах. Отмечено повышенное содержание арбускул в целом корневой системы яровой пшеницы.

Таблица 2 Оценка колонизации арбускулярной микоризы корней яровой пшеницы (опытное поле БГАУ, сорт Омская-35, в среднем за 2007-2009гг.)

Вариант опыта Показатель, %

Б М т А а

1 94,2 26,0 27,6 8,8 33,9

2 94,52 52,7 55,7 27,5 52,2

3 92,1 48,5 50,3 28,4 46,7

4 88,0 34,6 44,3 18,0 52,0

5 90,0 37,7 41,9 20,9 55,4

6 95,8 54,1 56,4 21,7 40,2

7 92,31 36,9 40,0 16,7 45,4

Примечание: К - частота микоризы в корневой системе, М - интенсивность колонизации микоризы в корневой системе, т - интенсивность колонизации в корневом фрагменте, А - изобилие арбускул в корневой системе, а - изобилие арбускул в микоризованной части корневого фрагмента.

Варианты опыта: 1 - контроль (обработка водой), 2 - обработка семян 0,001% раствором метаболита, 3 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита, 4 - обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 5 - обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001 % метаболита + 0,02% сернокислой меди, 6 - обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди, 7 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02% раствором сернокислой меди.

Из всех вариантов опыта следует выделить: 1) предпосевную обработку семян раствором 0,02% сернокислой меди, 2) предпосевную обработку семян 0,001% раствором метаболитов. Контроль уступает обоим вариантам: по интенсивности колонизации микоризы в среднем на 103%. Изобилие арбу скул в корневой системе яровой пшеницы становится выше контроля на 146 - 212%. Изобилие арбускул в микоризованной части корневого фрагмента возрастает на 19 - 54% соответственно.

Таблица 3 Показатели биологической активности почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболита и сернокислой меди (опытное поле БГАУ, сорт Омская-35, в среднем за 2008 - 2009гг.)

Показатель Вариант

1 2 3 4 5 6 7

Урожайность, т/га 1,49 2,32 1,92 2,44 2,02 1,88 1,82

Количество микроорганизмов млн/г почвы 530,0 410,0 430,0 670,0 670,0 590,0 550,0

Azotobacter agile, % 100,0 99,0 69,0 98,1 96,6 98,1 95,2

Каталаза, мл 02 за Змин/г почвы 5,90 5,65 5,60 4,40 4,70 4,30 4,60

Фосфатаза, мг фенолфталеина за 1 час 0,99 1,27 1,08 0,82 0,72 1,30 0,89

Протеаза, % 30,0 36,7 40,0 31,6 35,0 30,0 36,7

Интенсивность колонизации микоризы в корневой системе, % 26,0 52,7 48,5 34,6 37,7 54,1 36,9

Примечание: Варианты опыта: 1 - контроль (обработка водой), 2 - обработка семян 0,001% раствором метаболита, 3 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита, 4 - обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 5 - обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 6 - обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди, 7 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02% раствором сернокислой меди.

Для выявления связи между показателями биологической активности почвы и урожайностью приведена таблица 3. Выявлена положительная корреляционная связь между урожайностью и интенсивностью колонизации микоризы в корневой системе яровой пшеницы (г = 0,443). Очевидно, что микориза участвует в обмене питательных веществ растений. Связь фермента фосфатазы и интенсивности колонизации микоризной инфекции доказывает участие микоризы в фосфорном питании растений (г = 0,746). Количество

Таблица 4 Структура урожая яровой пшеницы (опытное поле БГАУ, сорт Омская-35, 2007 - 2009 гг.)

Показатель Вариант опыта

1 2 3 4 5 6 7

2007г.

Количество колосьев шт/м2 427 435 464 408 470 432 462

Количество растений шт/м2 356 426 415 404 432 400 420

Масса 1000 зерен, г 16,5 25,6 19,1 26,2 18,9 17,8 18,6

Масса зерна 1 м2, г 106 178 142 182 151 131 130

Продуктивная кустистость, шт 1,20 1,02 1,12 1,01 1,09 1,08 1,10

Количество зерен в колосе, шт 15 16 16 17 17 17 15

2008 г.

Количество колосьев шт/м2 462 478 517 461 523 474 514

Количество растений шт/м 432 460 458 443 467 451 455

Масса 1000 зерен, г 16,9 23,2 17,3 25,6 17,7 19,6 15,4

Масса зерна 1 м2, г 180 288 233 295 241 223 221

Продуктивная кустистость, шт 1,07 1,04 1,13 1,04 1,12 1,05 1,13

Количество зерен в колосе, шг 23 26 26 25 26 24 28

2009 г.

Количество колосьев нгг/м2 391 420 422 462 418 408 476

Количество растений шт/м2 349 389 380 453 398 400 449

Масса 1000 зерен, г 17,8 24,8 22,6 25,0 22,1 22,4 21,8

Масса зерна 1 м2, г 160 229 200 254 213 210 197

Продуктивная кустистость, шт 1,12 1,08 1,11 1,02 1,05 1,02 1,06

Количество зерен в колосе, шт 23 22 21 22 23 23 19

Примечание: Варианты опыта: 1 - контроль (обработка водой), 2 - обработка семян 0,001% раствором метаболита, 3 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита, 4 - обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 5 - обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 6 - обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди, 7 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02% раствором сернокислой меди.

микроорганизмов в почве в ходе анализа находилось в прямой связи с урожайностью яровой пшеницы (г = 0,629). Что указывает на непосредственное влияние микрофлоры почвы на содержание доступных форм элементов питания для растительного сообщества. Увеличение урожайности имело обратную связь с содержанием в зерне клейковины (-0,705).

Количество растений с 1м2 во время учета урожая на всех вариантах превосходило контроль. В 2007 году, несмотря на снижение при этом коэффициента продуктивной кустистости (от 7 до 15%), количество колосьев было выше в среднем по вариантам на 18,2 шт/м2 или же 4,3%.

В более благоприятных условиях (2008-2009гг.) продуктивная кустистость была близка к контрольному уровню. По количеству зерен в колосе между вариантами не отмечается значительной разницы (2007, 2009гг.), однако в 2008 году проявилось небольшое повышение числа зерен в колосе по всем вариантам. Наилучшим из них можно назвать двукратную обработку сернокислой медью (121,7% относительно контроля).

За счет большей сохранности растений яровой пшеницы при использовании исследуемых вариантов произошло увеличение массы тысячи зерен. Так, в 2009 году рост массы 1000 зерен составил 22,5-40,4% в сравнении с контролем. При этом наибольшую массу позволило получить применение метаболита и сернокислой меди в качестве предпосевной обработки семенного материала. Масса зерна с квадратного метра была наибольшей в этом же варианте и составила 254г, что на 58,8% превосходит контрольный вариант.

По классификации В. К. Гирфанова и Н. Н. Ряховской (1975) почвы Южного Урала относятся к четвертой и пятой группе по содержанию подвижной меди. IV группу составляют почвы с высоким содержанием меди -от 10,1 до 20,0мг/кг. К пятой группе относятся почвы с содержанием меди более 20,0 мг/кг. Повышенное содержание меди, отмечаемое в почвах Южного Урала и Зауралья РБ можно объяснить наличием здесь многочисленных месторождений меди и их разработкой (Гирфанов В. К., Ряховская Н. Н., 1975; Ягафарова Г. А., и др., 2005).

Несмотря на высокое содержание меди в почве, превышающее по подвижной форме ПДК в два раза, использование небольших концентраций сернокислой меди (0,02% раствора) не приводило к увеличению ее содержания в почвенных образцах. Результаты анализа зерна при применении сернокислой меди показали, что содержание Си не превышало ПДК. Следовательно можно отметить целесообразность применения 0,02% раствора сернокислой меди для повышения урожайности яровой пшеницы на выщелоченных черноземах южной лесостепи РБ.

Все варианты с применением растворов метаболита и сернокислой меди способствовали увеличению урожая. Прибавка зерна в среднем за три года по вариантам составила 0,33-0,95т/га.

Наилучшие результаты урожайности зерна яровой пшеницы можно выделить в вариантах с применением предпосевной обработки семян раствором метаболита совместно с раствором сернокислой меди. Из таблицы 6 видно, что при использовании растворов метаболита в сочетании с сернокислой медью для предпосевной обработки семян превосходство над контрольным вариантом составило в среднем за три года 0,95т/га или 63,8%.

Таблица 5 Урожайность яровой пшеницы (опытное поле БГАУ, сорт Омская-35, т/га, за 2007 - 2009 гг.)

Варианты опыта Годы В среднем за три года Прибавка

2007 2008 2009 т/га %

Контроль (обработка водой) 1,06 1,80 1,60 1,49 - -

Обработка семян 0,001% раствором метаболита 1,78 2,88 2,29 2,32 0,83 55,7

Обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита 1,42 2,33 2,00 1,92 0,43 28,9

Обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди 1,82 2,95 2,54 2,44 0,95 63,8

Обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди 1,51 2,41 2,13 2,02 0,53 35,6

Обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди 1,31 2,23 2,10 1,88 0,39 26,2

Обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02 % раствором сернокислой меди 1,30 2,21 1,97 1,82 0,33 22,1

НСР05 0,14 0,29 0,19 - - -

Следует отметить, что использование метаболитов эндомикоризного гриба М. асптотит в сочетании с сернокислой медью способствует активизации микробиологических процессов в почве, а также улучшает ростовые процессы растений и повышает урожайность яровой пшеницы. Это, очевидно, объясняется синергитическим действием метаболита и сернокислой меди.

5. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания яровой пшеинцы

Большее значение имеет энергетическая оценка технологий, учитывающая как количество энергии, аккумулированной в конечной продукции, так и затраченной на ее переработку и производство. Проведение такой оценки позволяет сравнить различные технологии и приемы производства сельскохозяйственной продукции с точки зрения затрат таких ресурсов, как горюче-смазочные материалы, средства химизации, пестициды и определить пути их экономии.

В наших исследованиях расчеты энергетической эффективности показали, что все изучаемые варианты опыта были эффективными. Агрономическая эффективность (прибавка урожая зерна) изменялась в зависимости от варианта опыта в среднем за три года от 0,33 до 0,95 т/га. Наиболее эффективным было использование сернокислой меди с метаболитами эндофита для предпосевной обработки семенного материала.

Энергетическая оценка изучаемых вариантов показывает, что дополнительные затраты на создание более оптимальных условий для яровой пшеницы незначительны (16-88 руб/га), а прибавка энергии (с учетом побочной продукции) при этом составляет 12607,0-36292,8 МДж/га. Применение растворов метаболита в совместном использовании его с сернокислой медью для предпосевной обработки семенного материала яровой пшеницы обеспечивает получение энергии (93215,3 МДж/га), что на 63,8% больше контрольного варианта.

С энергетической точки зрения применение всех рассматриваемых вариантов опыта эффективно, т.к. коэффициент энергетической эффективности > 1 и варьирует от 2,32 (в контроле) до 3,76 (предпосевная обработка метаболитами эндофита с сернокислой медью).

Расчеты экономической эффективности показывают, что применение метаболитов эндофита трехлетней облепихи и сернокислой меди для предпосевной обработки семенного материала яровой пшеницы экономически выгодно (таблица 7).

Условно чистый доход в контрольном варианте составил 442 руб/га, тогда как при применении растворов сернокислой меди и метаболита он возрос (в зависимости от варианта) от 2208 до 5575 руб/га. Себестоимость тонны продукции при предпосевной обработке сернокислой медью с метаболитами эндофита значительно снижается от 5154 до 3165 рублей. Экономия на каждую тонну получаемой продукции в годы проведения исследований составила 1989 рублей. Уровень рентабельности производства от применения растворов сернокислой меди и метаболита как отдельно, так и совместно, а также от опрыскивания вегетирующих растений повторно этими препаратами колебался от 28,63 до 72,19%. Однократное применение смеси растворов сернокислой меди и метаболита в качестве предпосевной обработки способствует наибольшему повышению уровня рентабельности - 66,43%.

Таблица 6 Энергетическая эффективность возделывания яровой пшеницы, сорт Омская-35 (учхоз БГАУ, в среднем за 2007 - 2009 гг.)

Показатели Вариант опыта

1 2 3 4 5 6 7

Урожайность зерна, т/га 1,49 2,32 1,92 2,44 2,02 1,88 1,82

Урожайность (зерно+солома), т/га 2,98 4,64 3,84 4,88 4,04 3,76 3,64

Кормовых единиц (зерно+солома), т/га 4231,6 6588,8 5452,8 6629,2 5736,8 5339,2 5168,8

Переваримого протеина (зерно+солома) т/га 447,0 696,0 576,0 732,0 606,0 564,0 546,0

КПЕ, т/га 4127,3 6426,4 5318,4 6758,9 5595,4 5207,6 5041,4

Выход сухого вещества, т/га 2,44 3,80 3,15 4,00 3,31 3,08 2,98

Затраты совокупной энергии, Мдж/га 25583,0 24638,4 24785,2 24783,1 24570,3 24632,0 24604,3

Содержание энергии зерна, Мдж/га 24748,9 3853,2 31891,2 40528,4 33552,2 31226,8 30230,2

Содержание энергии с учетом побочной продукции, Мдж/га 56922,5 88631,0 73349,8 93215,3 77177,06 71821,6 69529,5

Энергоемкость 1 т сухого вещества, Мдж 23328,9 23323,9 23285,6 23303,8 23314,2 23318,7 23332,0

Коэффициент энергетической эффективности производства 2,32 3,59 2,96 3,76 3,14 2,92 2,82

Приращение валовой энергии Мдж/га 32339,5 63992,6 48564,5 68432,2 52599,8 47189,7 44925,1

Примечание: Варианты опыта: 1 - контроль (обработка водой), 2 - обработка семян 0,001% раствором метаболита, 3 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита, 4 - обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 5 - обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 6 -обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди, 7 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02% раствором сернокислой меди.

Таблица 7 Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы, сорт Омская-35 (учхоз БГАУ, в среднем за 2007-2009 гг.)

Показатели Варианты опыта

1 2 3 4 5 6 7

Урожайность, т/га 1,49 2,32 1,92 2,44 2,02 1,88 1,82

Стоимость валовой продукции, руб/га 8120 12644 10464 13298 11009 10246 9919

Дополнительно продано, руб/га - 4523 2343 5177 2888 2125 1798

Производственные затраты, руб/га 7679 7707 7735 7723 7767 7695 7711

Дополнительные затраты, руб/га - 28 56 44 88 16 32

Условно чистый доход, руб/га 442 4937 2729 5575 3242 2551 2208

Себестоимость 1т продукции, руб 5154 3321 4029 3165 3845 4093 4237

Уровень рентабельности производства, % 5,76 64,06 35,28 72,19 41,74 33,15 28,63

Уровень рентабельности от применения варианта опыта, % - 58,30 28,52 66,43 35,98 27,39 22,87

Примечание: Варианты опыта: 1 - контроль (обработка водой), 2 - обработка семян 0,001% раствором метаболита, 3 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,001% раствором метаболита, 4 - обработка семян растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 5 - обработка семян + опрыскивание по вегетации растворами 0,001% метаболита + 0,02% сернокислой меди, 6 - обработка семян 0,02% раствором сернокислой меди, 7 - обработка семян + опрыскивание по вегетации 0,02% раствором сернокислой меди.

выводы

1. Развитие сообщества микроорганизмов, ферментативная активность, интенсивность выделения почвой двуокиси углерода находятся в прямой зависимости от возделываемой культуры. Варьирование биомассы микробного сообщества почвы в течение вегетационного периода составило по севообороту в целом от 306,6 до 1725,7 кг/га.

2. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы метаболитами эндофитов с сернокислой медью способствует активизации ферментативной активности и микробиологических процессов в почве.

3. Использование метаболита и сернокислой меди приводит к увеличению интенсивности микотрофности корневой системы яровой пшеницы.

4. Сообщество микроорганизмов в почве находится в прямой связи с урожайностью яровой пшеницы (г = 0,629). Выявлена положительная корреляционная связь между урожайностью и интенсивностью колонизации микоризы в корневой системе яровой пшеницы.

5. В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном наиболее энергетически эффективным приемом является предпосевная обработка семян яровой пшеницы комбинацией 0,001% раствора метаболита с 0,02% раствором сернокислой меди. Прибавка урожая зерна в зависимости от агрометеорологических условий колеблется от 0,8 до 1,1т/га. Прибавка энергии (с учетом побочной продукции) составляет 36292,8 МДж/га. При этом рост уровня рентабельности равен 66,43%.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан в четырехпольных зернопаропропашных севооборотах для повышения биологической активности почвы, активизации микробиологических процессов, а также повышения урожайности яровой пшеницы, предшественником которой является пропашная культура с высоким агрофоном, рекомендуем применять 0,001% раствор метаболита в сочетании с 0,02% раствором сернокислой меди для предпосевной обработки семян.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Хайбуллин. М.М. Действие способов посадки, удобрений на биологическую активность почвы и урожайность картофеля /М.М. Хайбуллин, Ф.Ф. Ишкинина, Э.Г. Бураканова, P.P. Хазетдинов, И.С. Узбеков// Материалы всероссийской научно-практической конференции в рамках XVII международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2007» - Уфа: Башкирский ГАУ, 2007. - С. 199-202;

2. Нурмухаметов, Н.М. Взаимодействие агроэкологических факторов биологической активности, плодородия почвы и продуктивности растений /Нурмухаметов Н.М., М.М. Хайбуллин, И.С. Узбеков// Материалы всероссийской научно-практической конференции в рамках XVII международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2007» - Уфа: Башкирский ГАУ, 2007. - С. 168-169;

3. Хайбуллин, М.М. Действие удобрений на биологическую активность почвы и урожайность картофеля в условиях Южной лесостепи Республики Башкортостан / М.М. Хайбуллин, Ф.Ф. Ишкинина, И.С. Узбеков, С.Ю. Колобов// Достижения науки и техники АПК. - 2007. - №11. - С. 12-14;

4. Узбеков, И.С. Динамика ферментов и интенсивности «дыхания» почвы под сельскохозяйственными культурами в севообороте /И.С. Узбеков// Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII Международной специализированной выставки "Агрокомплекс-2008" - Уфа: Башкирский ГАУ, 2008.-С. 71-73;

5. Хайбуллин, М.М. Изменение биологической активности почвы при различных уровнях минерального питания под картофелем /М.М. Хайбуллин, Ф.Ф. Ишкинина, И.С. Узбеков, Л.Ф. Мухаметшина//Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII Международной специализированной выставки "Агрокомплекс-2008" - Уфа: Башкирский ГАУ, 2008. - С. 79-83;

6. Узбеков, И.С. Биологическая активность почвы, урожайность яровой пшеницы при использовании биопрепарата «Метаболит» и микроэлемента меди /И.С. Узбеков// Национальное достояние России: XXIV сборник тезисов докладов участников XXIV всероссийской конференции обучающихся 2009. -М.: Непецино, 2009. - С. 280;

7. Узбеков, И.С. Метаболиты эндофитных грибов и микроэлемент медь как способ повышения биологической активности почвы и урожайности яровой пшеницы /И.С. Узбеков, М.М. Хайбуллин, Н.М. Нурмухаметов// Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2009. - С. 240-243.

Подписано в печать 17.11.2010. Формат бумаги 60х84'/]б. Усл. печ л. 1,16. Бумага офсетная Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Заказ 693. Тираж 120 экз.

Типография ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» 450001, г. Уфа, ул. 50-летая Октября, 34

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I Теоретическое обоснование и общая оценка биологической активности почвы и условий возделывания яровой пшеницы в севообороте.

1.1 Почва как среда обитания микроорганизмов.

1.2 Взаимоотношение почвенных микроорганизмов с растениями.

1.3 Действие макро- и микроудобрений на почвенные микроорганизмы и плодородие почвы.

1.4 Влияние метаболитов эндофитных грибов на биологическую активность почвы, рост и развитие растений.

1.5 Влияние чередования культур в севообороте на биологическую активность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.

Глава II Условия, объект и методика исследований.

2.1 Оценка агроклиматических ресурсов.

2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований.

2.3 Объект и методика проведения исследований.

Глава III Чередование культур как фактор активизации микробиологических процессов в почве.

3.1 Влажность, питательный режим и биологическая активность в зернопаропропашном севообороте.

3.2 Урожайность и оценка культур севооборота по количеству оставляемых корневых и пожнивных остатков.

Глава IV Активизация биологических процессов почвы под яровой пшеницей в звене севооборота.

4.1 Питательный режим и микробиота почвы под яровой пшеницей.

4.2 Метаболиты эндофитов и сернокислая медь в регуляции почвенной активности.

4.3 Динамика развития, урожай и качество зерна яровой пшеницы.

4.4 Урожайность и оценка яровой пшеницы по количеству оставляемых корневых и пожнивных остатков при использовании на посеве метаболита и сернокислой меди.

4.5 Вынос элементов питания с урожаем яровой пшеницы.

Глава V Экономическая и энергетическая эффективность возделывания яровой пшеницы.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биологическая активность почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан"

У

Одна из важнейших задач сельскохозяйственной науки - всестороннее изучение условий, влияющих на продуктивность растений и плодородие почв. Среди этих условий большая роль принадлежит микроорганизмам. К настоящему времени в нашей стране и за рубежом накоплен большой материал о влиянии удобрений на микрофлору и свойства почвы. Многие исследователи отмечают положительное влияние на почвенную микрофлору минеральных и органических удобрений. В удобренных почвах возрастает общая численность микроорганизмов, а также наблюдается и смена доминантных видов, входящая в те или иные физиологические группы. На почвенную микрофлору особенно сильно действуют азотные удобрения, несколько меньше соли фосфорной кислоты и еще слабее калийные удобрения.

В последнее время вызывает большой интерес наука о симбиозах и симбионтах. Следует взглянуть на природу и значение симбизов и симбионтов в развитии наших фундаментальных представлений об эволюционных процессах, роли их в формировании и функционировании экосистем, практического использования явления симбиоза [206].

Роль симбиозов в жизни растений глобальна. Наиболее распространенной формой является арбускулярная и арбускулярно-везикулярная микориза. Именно этому типу симбиоза отводят центральную роль в завоевании растениями суши - около 450 млн. лет назад [193, 194].

Формирование микробных ценозов, состав и численность почвенной, прикорневой и ризосферной микрофлоры в значительной степени определяются типом почв, физико-химическими, агрохимическими, агрофизическими и другими их свойствами. Севообороты используемые в РБ для различных зон: зернопропашные, зернопаропропашные, зернопаровые и др., отличаются большим удельным весом почворазрушающих культур, что привело к дефициту органического вещества в почвах на всей территории республики. Проблему восстановления плодородия почвы помогут решить симбионты, активные расы азотфиксаторов, метаболиты симбионтных грибов растений.

В трудах Гельцер Ф. Ю. применение ростового препарата Симбионт-1 на картофеле при хороших условиях роста опрыскивание клубней 0,001% раствором ростового препарата, а всходов — раствором 0,02% пятиводной сернокислой медью давало значительную прибавку урожая, при этом всегда уменьшалась изреженность посевов, снижение больных растений, увеличивалась масса корневой системы и микотрофность, а также количество побегов [25]. Перспектива использования недорогих, эффективных и экологически безопасных биологических препаратов, повышающих биологическую активность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, вполне очевидна.

Обоснование темы. Применение метаболитов эндомикоризного гриба облепихи в сочетании с сернокислой медью стимулирует не только почвенную микрофлору, но и рост, развитие растений, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ. Характерный показатель активизации деятельности микрофлоры под влиянием метаболитов эндомикоризного гриба облепихи и сернокислой меди -увеличение интенсивности колонизации корневой системы яровой пшеницы и рост общего количества почвенных микроорганизмов

Актуальность. Сельскохозяйственные культуры обладают высоким потенциалом урожайности, для реализации которого необходимо создавать оптимальные условия роста и развития растений. В связи с этим уровень почвенного плодородия имеет важное значение. Ведущая роль при этом принадлежит способу обработки почвы, севооборотам, удобрениям, от которых зависит количественная и качественная сторона жизнедеятельности микроорганизмов в почве, создающих благоприятные условия для корневого питания растений. Оптимизация взаимодействия системы растения - почва играет важную роль в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Важность биологических факторов в оптимизации почвенного плодородия и экологизации земледелия в целом показана в работах Е. Н. Мишустина (1972), И. К. Хабирова (1993), Ф. X. Хазиева и др. (1997), И. К. Хабирова, Л. М. Габбасовой, Ф. X. Хазиева и др. (2001), Н. Ф. Ганжары (2001), Н. М. Нурмухаметова (2001; 2007), Р. М. Хайруллина и др. (2007), В. Д. Недорезкова (2002), Ш. Я. Гилязетдинова (2008) и др.

Известно, что микоризы являются мощными поставщиками питательных веществ, увеличивают поглощение фосфора, т.е. активное участие гриба в фосфорном питании растений (Й. Сэги, 1983; И. А.Селиванов, 1981).

Установлено, что для активизации заражения эндофитами корней растения нужно гормональное воздействие, способствующее как пробуждению эндофита из состояния анабиоза, так и образованию разветвленной корневой системы растений, благоприятной для развития симбионтных грибов. В природных условиях (агрофитоценозах) эту роль продуцентов гормонов выполняют всегда сопутствующие семени эпифитные и ризосферные микроорганизмы. Для усиления заражения корневой системы культурного растения эндомикоризными грибами проводится обработка семян, а также вегетирующих растений 0,001% раствором метаболита (Ф.Ю.Гельцер, 1990).

Изучение влияния метаболитов эндофита облепихи с сернокислой медью на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы имеет большую актуальность.

Цель работы. Исследование действия обработки семян и вегетирующих растений растворами метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан. Исходя из цели были поставлены следующие задачи:

• выявить сезонную количественную динамику почвенных микроорганизмов в зернопаропропашном севообороте;

• установить влияние метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы;

• определить микотрофность корневой системы растений яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди;

• оценить взаимосвязь биологической активности почвы с урожайностью яровой пшеницы;

• провести биоэнергетическую оценку приемов активизации биологической активности почвы и повышения урожайности яровой пшеницы.

Научная новизна. Впервые в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном получены и обобщены экспериментальные данные комплексных исследований биологической активности почвы при использовании метаболитов эндофитного гриба МопШа асптотит и сернокислой меди на яровой пшенице в звене севооборота. Определено, что микотрофность корневой системы положительно коррелирует с урожайностью яровой пшеницы. Для повышения микотрофности которой необходимо провести предпосевную обработку семян растворами метаболита эндофита и сернокислой меди. Развитие общего сообщества микроорганизмов под культурами зернопаропропашного севооборота в течение вегетационного периода различно. Количество микроорганизмов в почве находится в тесной связи с урожайностью яровой пшеницы. Установлено, что содержание элементов минерального питания в почве зернопаропропашного севооборота зависит от покровной культуры и времени года.

Основные положения выносимые на защиту:

• определяющим фактором в динамике развития почвенных микроорганизмов является возделываемая сельскохозяйственная культура;

• предпосевная обработка метаболитами эндофита и сернокислой медью положительно действует на показатели биологической активности почвы;

• при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди степень микотрофности корневой системы яровой пшеницы увеличивается;

• урожайность яровой пшеницы имеет прямую связь с биологической активностью почвы.

Практическая значимость. Метаболиты эндофита облепихи и сернокислая медь положительно действуют на биологическую активность чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы приводит к повышению уровня рентабельности производства зерна на 66,43%.

Практические рекомендации прошли производственную проверку в хозяйствах КФХ «Агли» Чишминского района на плошади 80га, ООО «Отчизна» Алыиеевского района - Юга, ОАО «Зирганская МТС» Куюргазинского района-100га.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции в рамках XVII международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2007» (Уфа, БГАУ, 2007), Международной научно-практической конференции (Уфа, БГАУ, 2008), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2008» (Уфа, БГАУ, 2008), «Национальное достояние России» XXIV всероссийской конференции обучающихся (Москва, 2009), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа, БГАУ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 в издании, включенном в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы, 18 рисунков и 26 приложений. Библиографический список включает 262 наименования, в том числе 27 на иностранном языке.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

выводы

1. Развитие сообщества микроорганизмов, ферментативная активность, интенсивность выделения почвой двуокиси углерода находятся в прямой зависимости от возделываемой культуры. Варьирование биомассы микробного сообщества почвы в течение вегетационного периода составило по севообороту в целом от 306,6 до 1725,7 кг/га.

2. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы метаболитами эндофитов с сернокислой медью способствует активизации ферментативной активности и микробиологических процессов в почве.

3. Использование метаболита и сернокислой меди приводит к увеличению интенсивности микотрофности корневой системы яровой пшеницы.

4. Сообщество микроорганизмов в почве находится в прямой связи с урожайностью яровой пшеницы (г = 0,629). Выявлена положительная корреляционная связь между урожайностью и интенсивностью колонизации микоризы в корневой системе яровой пшеницы.

5. В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном наиболее энергетически эффективным приемом является предпосевная обработка семян яровой пшеницы комбинацией 0,001% раствора метаболита с 0,02% раствором сернокислой меди. Прибавка урожая зерна в зависимости от агрометеорологических условий колеблется от 0,8 до 1,1т/га. Прибавка энергии (с учетом побочной продукции) составляет 36292,8 МДж/га. При этом рост уровня рентабельности равен 66,43%.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан в четырехпольных зернопаропропашных севооборотах для повышения биологической активности почвы, активизации микробиологических процессов, а также повышения урожайности яровой пшеницы, предшественником которой является пропашная культура с высоким агрофоном, рекомендуем применять 0,001% раствор метаболита в сочетании с 0,02% раствором сернокислой меди для предпосевной обработки семян.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич, Уфа

1. Авдонин, Н. С. Повышение плодородия кислых почв : учебник / Н. С. Авдонин. М.: Колос, 1969. -304 с.

2. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы трансформации : учебник / Л. Н. Александрова. — Л.: Наука, 1980. 287с.

3. Амиров, М. Б. Теоретические и технологические основы воспроизводства плодородия в современных системах земледелия Предуралья Башкортостана / М. Б. Амиров: Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. — М.: 1992. -51с.

4. Аристовская, Т. В. Современные критерии количественной оценки роли почвенных микроорганизмов в функционировании экосистем / Т. В. Аристовская // Сб. тезисов докл. V съезда Всес. микроб, общества, секц. эколог, микр-мов. Ереван, 1975. С. 3-4.

5. Ацци, Дж. Сельскохозяйственная экология : учебник / Ацци, Дж. Ил. М.: 1959.-479 с.

6. Берестецкий, О. А. Фиксация азота микроорганизмами в ризосфере и ризоплане не бобовых культур / О. А. Берестецкий // Бюл. ВНИИС Сельхозмикробиол. 1985. - Т. 42. - С. 3-5.

7. Берестецкий, О. А. Почвенно-микробиологические процессы в севообороте / О. А. Берестецкий // Вопросы теории и практики повышения плодородия почв. М.: 1981. - С. 27-29.

8. Берестецкий, О. А. Численность и биомасса микроорганизмов в дерново-подзолистой почве под яровой пшеницей и горохом / О. А. Берестецкий, А. В. Ермолаева // Почвоведение. 1981. №8. - С. 120-128.

9. Берестецкий, О. А. Влияние сельскохозяйственных культур на численность микроорганизмов и биологическую активность дерново-подзолистой почвы / О. А. Берестецкий, Т. П. Зубец // Почвоведение. -1981. -№1. С. 94-99.

10. Бершова, О. И. Микроэлементы и почвенные микроорганизмы : учеб. пособие / О. И. Бершова. Изд-во «Наукова думка», Киев 1967. - 203 с.

11. Богданов, Ф. М. Влияние удобрений на потребление и баланс элементов питания в системе почва удобрение - растение / Ф. М. Богданов // 80 лет БНИИЗ и С. - Уфа, 1994. - С. 171 - 179.

12. Бобров, А. А. Влияние окультуривания на биологическую активность дерново-подзолистых почв / А. А. Бобров, Ю. Г. Гельцер // В кн.: Структура и функции микробных сообществ почв с различной антропогенной нагрузкой. Киев: Наукова думка, 1973. С. 146-150.

13. Бурангулова, М. Н. Влияние севооборота и бессменных культур на микрофлору и некоторые биохимические процессы выщелоченных черноземов / М. Н. Бурангулова, Э. М. Рахимова, Ф. X. Хазиев и др. // Почвы Башкирии. Т.2 / БФАН СССР. Уфа, 1975. - С. 96-97.

14. Вавуло, Ф. П. Взаимосвязь нитрификации с плодородием дерново-подзолистой почвы / Ф. П. Вавуло, Л. А. Карягина // В кн.: Физиология и биохимия микроорганизмов. Минск, 1970. С. 205-212.

15. Вавуло, Ф. П. Изменение ферментативной активности дерново-подзолистой и торфяно-болотной почв под влиянием удобрений. / Ф. П. Вавуло, Л. А. Карягина, Л. М. Барташевич // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 340-355.

16. Васюк, Л. Ф. Ферментативная активность и микрофлора различных генетических горизонтов дерново-подзолистых, дерново-карбонатных ичерноземных почв / Л. Ф. Васюк // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 197-204.

17. Василенко, Е. С. Активность некоторых ферментов при разложении органических веществ в почве. / Е. С. Василенко, А. В. Рыбалкина // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 39-54.

18. Волынкина, О. В. Влияние предшественников и азотного удобрения на урожай и качество зерна яровой пшеницы / О. В. Волынкина, В. П. Новоселов, Р. И. Токарева // Земледелие. 2006. - №6. - С. 29-30.

19. Галстян, А. Ш. Некоторые вопросы почвенной фенментологии. / А. Ш. Галстян // Докл. симпоз. по ферм. Почвы. Минск, 1968. - С. 24-38.

20. Галстян, А. Ш. К оценке биологической активности почв / А. Ш. Галстян // Сб. тезисов докл. V съезда ВОП. Минск, 1977. - Вып. 2. - С. 201-202.

21. Галстян, А. Ш. Об активности ферментов и интенсивности дыхания почвы / А. Ш. Галстян // Докл. АН СССР, 1959. Т. 127. - № 5. - С. 10921102.

22. Гельцер, Ю. Г. Биологическая диагностика почв : учебник / Ю. Г. Гельцер. М.: Изд-во Московского университета, 1986. - С. 23-27.

23. Гельцер, Ф. Ю. Симбиоз с микроорганизмами основа жизни растений : учеб. пособие / Ю. Г. Гельцер. - М.: Изд-во МСХА, 1990. - 134 с.

24. Гирфанов, В. К. Н. Микроэлементы в почвах Башкирии и эффективность микроудобрений / В. К. Гирфанов, Н. Н.Ряховская. М.: Наука, 1975. — 171с.

25. Гришакина, И. Е. Микробная трансформация соединений азота в почвах Южной тайги / И. Е. Гришакина, С. Я. Трофимов, А. Л. Степанов, Е. И. Дорофеева//Почвоведение.-2006. -№11.-С. 1369-1373.

26. Гродзинский, А. М. и Гродзинский Д. М. : Краткий справочник по физиологии растений / Гродзинский, А. М., Гродзинский Д. М. -Издательство «Наукова думка» Киев 1973. - 590с.

27. Гулянов, Ю. А. Продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы / Ю. А. Гулянов // Земледелие. 2006. - №6. - С. 30-31.

28. Девятова, Т. А. Биологическая активность чернозёмов центра русской равнины / Т. А. Девятова, А. П. Щербаков // Почвоведение. 2006. - №4. - С. 502-508.

29. Джеффри, Ч. Биологическая номенклатура / Ч. Джеффри М. изд-во "Мир". - 1980.-321 с.

30. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта : учебник / Доспехов, Б. А. -М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

31. Добровольская, Т. Г. Бактериальное разнообразие целинных и пахотных почв Владимирской области / Т. Г. Добровольская, И. Ю. Чернов, С.М. Лукин // Почвоведение. 2001. - №9. - С. 1092-1096.

32. Доминик, Т. Микориза растений / Т. Доминик. М.: (Сб. переводов из иностр. лит.) 1963. - С. 245-257.

33. Дробышева, Н. И. Влияние удобрений на образование клубеньков и урожай сои / Н. И. Дробышева // Агрохимия. 2000. - №2. - С. 59-61.

34. Дудка, И. А. Классификационные схемы несовершенных грибов порядка МопШа1ез и положение в них водных гифомицетов / И. А. Дудка // В кн.: Новостисистематики высших и низш их растений. Киев. Изд. Наукова думка. 1977. С. 134-203.

35. Дудкина, Т. А., Дудкин И. В. Роль севооборота и удобрений в формировании биологических свойств почвы / Т. А. Дудкина, И. В. Дудкин//Земледелие. 2006, №2 С. 12-13.

36. Ежов, Г. И. Руководство к практическим занятиям по сельскохозяйственной микробиологии : учеб. пособие / Ежов, Г. И. — Высш. школа, 2-е изд., перераб. и доп. М.:. - 1981.-271 с.

37. Евдокимов, И. В. Иммобилизация азота почвенными микроорганизмами в зависимости от доз его внесения / И. В. Евдокимов, С. Саха, С. А. Благодатский, В. Н. Кудеяров // Почвоведение. 2005. - №5. - С. 581-589.

38. Евдокимова, Н. В. Влияние удобрений на биологическую активность дерново-подзолистой почвы / Н. В. Евдокимова // Автореф. канд. дисс. М„ 1975. 19 с.

39. Евтефеев, Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии : учеб. пособие / Ю. В. Евтефеев, Г. М. Казанцев М.: ФОРУМ, 2008. - 368 с.

40. Емцев, В. Т. Микробиология : учебник / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. -5-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2005. - 445 с.

41. Емцев, В. Т. Микробиология / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. М.: Колос, 1993.-С. 283-314.

42. Епифанов, В. С. Биологический азот нам ресурсы сбережет / В. С. Епифанов // Земледелие. 2000. - №1. - С. 36.

43. Ершов, В. В. Активность ферментов почв естественных лугов Карелии / В. В. Ершов. сборн. докл. симпоз. по ферментам почвы. - Минск: Наука и техника, 1968. С. 151-164.

44. Еськов, А. И. Новые виды органических, органоминеральных удобрений и биокомпостов / А. И. Еськов, С. М. Лукин, С. И. Тарасов // Плодородие. -2006. №5.-С. 21-23.

45. Жизнь растений: В 6 т. Т.З. Водоросли. М.: 1977. - 285 с.

46. Жученко, А. А. Адаптивное агроландшафтное земледелие // Основы систем земледелия Ставрополя / Под. общ. ред В. М. Пенчукова, Г. Р. Дорожко. Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», 2005. С. 73-113.

47. Завалин, А. А. Биологические основы оптимизации азотного питания растений / А. А. Завалин, С. И. Новоселов М.: Агроконсалт, 1999, 96 с.

48. Завалин, А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А. А. Завалин. М.: Изд-во ВНИИА, 2005. - 302 с.

49. Завалин, А. А. Использование удобрений и арбускулярной микоризы при возделывании вики посевной / А. А. Завалин, В. А. Соколенко, В. А. Соколов, Г. Г. Благовещенская, А. П. Кожемяков // Плодородие. 2007. -№ 4. - С. 24-26.

50. Завадский, К. М. Вид и видообразование / К. М. Завадский. Л. - 1968. — 305 с.

51. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. М.: изд-во МГУ, 1986.-256 с.

52. Звягинцев, Д. Г. Развитие представлений о структуре микробных сообществ почв / Д. Г. Звягинцев, Т. Г. Добровольская, И. П. Бабьева // Почвоведение. 1999. - №1. - С. 134-144.

53. Звягинцев, Д. Г. Роль микроорганизмов в биогенетических функциях почв / Д. Г. Звягинцев, Т. Г. Добровольская, Г. М. Зенова, Л. В. Лысак, О. Е. Мафеника // Почвоведение. 1992. - №6. - С. 63-77.

54. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. — М.: Изд. МГУ, 1987.-346 с.

55. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. изд-во МГУ, 1977. - 256 с.

56. Звягинцев, Д. Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями / Д. Г. Звягинцев. М.: Изд-во Московского университета, 1973. - 174с.

57. Звягинцев, Д. Г. Проблемы и методы биологической диагностики в исследовании почв / Д. Г. Звягинцев. М.: Наука, 1976. С. 175-189

58. Землянов, И. Н. Применение соломы и минеральных удобрений в зернопропашном севообороте / И. Н. Землянов // Земледелие. 2007. -№6.-С. 18-19.62