Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обоснование и разработка способов применения отходов микробиологического производства (ацетонобутиловой барды и липрина) в растениеводстве

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка способов применения отходов микробиологического производства (ацетонобутиловой барды и липрина) в растениеводстве"



ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

РАСХН

На правах рукописи

ТОЛЧЕЕВ Андрей Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ОТХОДОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА (АЦЕТОНОБУТИЛОВОЙ БАРДЫ И ЛИПРИНА) В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

Специальность: 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997 г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии и на кафедре биохимии и микробиологии Ростовского государственного университета.

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Ю.В.Круглов кандидат биологических наук, доцент И.Б.Коган

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Г.А.Воробейков кандидат биологических наук А.П.Кожемяков

Ведущее учреждение: Московская государственная сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева

Защита диссертации состоится 26 сентября 1997 г. в час. на

заседании диссертационного совета К 020.26.01 во Всероссийском

научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии.

Адрес: 189620, Санкт-Петербург, Пушкин, ш. Подбельского, 3 Ученый Совет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " "_1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.б.н. А.Н.Зарецкая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Бурно развивающаяся микробиологическая промышленность наряду с основными продуктами производит значительное количество отходов, которые сбрасываются со сточными водами и являются источником загрязнения окружающей среды. Вместе с тем многие из них по своим параметрам могут быть использованы как в животноводстве, так и в растениеводстве в качестве источника макро- и микроэлементов, аминокислот, физиологически активных веществ.

Среди таких продуктов особый интерес представляют крупнотоннажные отходы биохимических заводов, производящих ацето^ бутиловый спирт и аминокислоты, которые в настоящее время сбрасываются на поля орошения или хранятся в отстойниках.

Исследования показали, что введение таких отходов в почву повышает биологическую активность и подвижность биогенных элементов в ней. Возрастает продуктивность растений.

Однако имеющихся данных недостаточно для обоснования и отработки наиболее безопасных, рациональных и эффективных способов их применения. Мало данных, касающихся воздействия таких отходов на микрофлору почвы и ее взаимоотношения с растениями.

Цель работы - дать научное обоснование и разработать методические приемы использования ацетонобугаловой барды и отходов производства лизина (липрин) в растениеводстве.

Задачи исследования:

1. Изучить влияние ацетонобугаловой барды, липрина и их смесей с минеральными удобрениями на микрофлору и биохимические процессы в черноземе обыкновенном карбонатном.

2. Исследовать действие ацетонобугаловой барды и липрина на клубеньковые бактерии и эффективность их симбиоза с растением сои.

3. Оценить эффективность различных способов применения барды и липрина на урожай бобовых культур.

Работа проводилась в соответствии с основными научными направлениями НИР Ростовского государственного университета (ГАСНТИ 87.27.05) по темам РОСТ-НИЧ-4, РОСТ-НИЧ-38 и отраслевой научно-технической программой Россельхозакадемии.

Научная новизна. Впервые изучено влияние отходов микробиологических производств в чистом виде и в комплексе с минеральными удобрениями на биологическую активность почвы, микрофлору ризосферы и эффективность бобово-ризобиального симбиоза.

Разработаны варианты органо-минеральных смесей ацетонобутиловой барды и липрина с минеральными удобрениями, обеспечивающие консервацию физиологически активных веществ при хранении.

На основе органо-минеральных композиций разработаны оптимальные способы применения отходов микробиологических производств, повышающие биологическую активность почвы, улучшающие условия развития растений и, как следствие, увеличивающие урожай сои.

Установлена высокая эффективность применения ацетонобутиловой барды и липрина в качестве прилипателей для предпосевной обработки семян бобовых культур препаратом ризоторфином.

Практическая значимость. Дано научное обоснование применению отходов микробиологической промышленности - ацетонобутиловой барды и липрина в растениеводстве. Разработаны различные способы их применения.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных сессиях Ростовского государственного университета (1991-1994 гг.), Научной конференции, посвященной 100-летию со дня открытия вирусов Д.И. Ивановским (Ростов-на-Дону, 1992), Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пущино, 1992), Региональной конференции "Актуальные вопросы экологии и охраны природы степных экосистем и сопредельных территорий" (Краснодар, 1994), Всероссийском совещании по проблемам почвенной зоологии (Ростов-на-Дону, 1996). По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложения. Содержит/31. страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, 23 таблицы. Список литературы включает 180 источников, из которых 16 -иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты и методы исследования

В опытах использовали: Селекционные штаммы Rhizobium leguminosamm bv. phaseoli-635a, Rhizobium meliloti-425a, Bradyrhizobium japonicum - 6346, полученные из коллекции ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии и ризоторфин для фасоли и сои на основе указанных штаммов.

Растения, сои культурной (Glycine hispida Maxim.) сортов: Ранняя 10. Веселовская 5, Юг 30, Быстрица 2, фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) сорта Кировоградская 5, кукурузы (Zea mays L.) сорта Росс 209 MB.

Минеральные удобрения: жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) марки 10:34:0 производства Ефремовского химического завода Тульской области, гранулированный аммофос, аммофосфат, простой и двойной суперфосфат.

Смеси минеральных удобрений с отходами микробиологических производств: аммофос, обогащенный ацетонобутиловой бардой (аммофос +барда), аммофос обогащенный липрином (аммофос+липрин) в количестве 5% от веса аммофоса. ЖКУ смешивали с ацетонобутиловой бардой в объемных пропорциях 7:3; 3:2; 1:1; 2:3; 3:7; 1:4 и с липрином 10:1; 9:1; 4:1; 3:2; 2:1; 1:1; 3:7.

Отходы микробиологической промышленности: ацетонобутиловая барда Ефремовского биохимического завода Тульской области; липрин-4 Шебекикского биохимического завода Белгородской области.

Учет численности микроорганизмов проводили традиционным методом, путем посева различных разведений на агаризованные питательные среды.

Аммонифицирующие бактерии, использующие органические формы азота, учитывали на мясопептонном агаре; бактерии использующие минеральный азот и актиномицеты - на 1фахмалоамиачном агаре; микромицеты - на среде Чапека; фосфатрастворяющие бактерии - на среде Муромцева; анаэробные сульфатредуцирующие бактерии - на среде Постгейта (Основные микробиологические и биохимические методы..., 1987).

Для определения качественного состава ризосферных микроорганизмов отбор почвы проводили методом Красильникова (Практикум по микробиологии, 1993) в 10-кратной повторности. Почву для каждой повторности отбирали с корней 2-3 растений сои. Качественный состав бактерий определяли поверхностным посевом на капустную среду № 19 (Возняковская, Широков, 1958), выросшие колонии на 4-5 сутки группировали по морфолого-культуральным признакам, присваивая им порядковые номера.

Для описания структуры комплекса ризосферных бактерий использовали критерии частоты встречаемости и обилия (Одум, 1986; Бигон и др., 1989):

Микроорганизмы из колоний отсевали в пробирки на косяки с агаризованной средой №19, методом поверхностного рассева получали чистые культуры. Идентификацию выделенных чистых культур проводили до рода общепринятыми методами (Краткий определитель бактерий Берги, 1986; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991).

Разнообразие сообществ ризосферных микроорганизмов оценивали, используя индекс разнообразия Шеннона (Н), который рассчитывали, определяя для каждого вида его долю в общей численности выборки. (Бигон и др., 1989).

Для сравнения сообществ ризосферной микрофлоры сои использовали коэффициент сходства Соренсена (Б) (Одум 1986).

Для определения фитотоксической активности полученных чистых культур использовали биопробу на семенах сои (Некоторые новые методы ..., 1987).

Ферментативную активность почвы определяли следующими методами: каталазную активность - газометрическим методом (Галстян, 1956); уреазу, дегидрогеназу - колориметрическим методом. (Основные микробиологические и биохимические методы исследования почвы, 1987);

Сукцинатдегидрогеназную активность корневых клубеньков сои и фасоли, содержание леггемоглобина в клубеньках определяли колориметрическим методом (Методические рекомендации по оценке токсического действия пестицидов на микрофлору почвы, 1981).

Содержание фосфора в сырой вегетативной массе растений определяли по В.Г. Конореву (1950) в модификации Н.В. Жуковской (1963).

Количественное определение фотосинтетических пигментов в листьях сои проводили спектрофотометричесюш методом. Концентрацию пигментов рассчитывали для 85% раствора ацетона по Реббелену (Практикум по физиологии растений, 1990).

Суммарное содержание белков в зерне сои и фасоли, а также в сухой вегетативной массе растений определяли колориметрическим методом с биуретовым реактивом (Практикум по физиологии растений, 1990).

Нигрогеназную активность ингакгных клубеньков сои в фазу цветения определяли газохроматографическим методом (Генетические методы..., 1984),

Лабораторные исследования почвенных образцов включали следующие химические анализы (Практикум по агрохимии, 1989):

1. Водорастворимые и обменные формы аммиачного азота колориметрически с реактивом Несслера.

2. Нитраты определяли методом Грандваль-Ляжу, колориметрически.

3. Подвижный (обменный) фосфор - методом Мачигина в 1 %-ной углеаммонийной вытяжке.

Вегетационные опыты проводили в зимней теплице Ботанического сада РГУ в сосудах, содержащих 6 кг почвы, после появления всходов оставляли по 5 растений.

Мелкоделяночные опыты - на полях учебно-опытного хозяйства РГУ(с.Недвиговка, Мясниковский р-н Ростовской обл.). Почва - чернозем обыкновенный карбонатный (северо-приазовский), среднемощный . Содержание гумуса в пахотном горизонте колебалось от 2.8% до 3.2%. Общий азот - 0.17%-0.20%, подвижный фосфор - 1.8-2.4 мг/100 г.

Учетная площадь делянок в 1991-1993 гг. - 10 м2 , в 1994-1995 гг. - 5 м2. Размещение делянок систематическое (Доспехов, 1968), в 4-х повторностях.

Минеральные удобрения и их смеси с ацетонобугиловой бардой и липрином вносили при посеве, ленточным способом, на глубину 5-7 см. и 2-3 см. в сторону от семян. Фон по ЖКУ - Т"?17Р58 (120 л/га). Смесь ЖКУ с бардой применяли в объемной пропорции 3:2 (120 л/га + 80 л/га), смесь ЖКУ с липрином -в пропорции 2:1 (120 л/га +60 л/га) - 1991-1992гг., и 4:1 (120 л/га + 30 л/га) - 19931994гг. Фон по аммофосу - N^58 (119 кг/га), барду и липрин в состав аммофоса вводили в количестве 5 % (6 л/га). Схемы опытов отражены в таблицах соответствующих разделов диссертации.

Посев сои - широкорядный, ширина междурядий - 60 см, на погонный метр высевали 26-28 семян. В вариантах с инокуляцией семена перед посевом смачивали водой или соответствующими растворами препаратов в количестве 3 % от массы семян и перемешивали с ризоторфином - 0.5 % от массы семян.

Оценка липрина и смесей ЖКУ с липрином и бардой как прилшателей для препарата ризоторфина в мелкоделяночном опыте с соей сортов Быстрица 2, Юг 30 проведена по фону аммофоса - ^Рг? (60 кг/га). В качестве пршшпателей использовали: ЖКУ+барда, 3:2 (10% раствор), ЖКУ+липрин, 10:1 (5% раствор) и липрин (10% раствор). В фазу цветения учитывали сырую вегетативную массу

растений и массу клубеньков на корнях. Урожай зерна определяли сплошным методом учета.

Данные опытов обрабатывали с полной рендомизацией вариантов методом дисперсионного анализа (Русин, 1990). Определяли наименьшую существенную разность для 95%-го уровня значимости (НСР0.95)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Наличие в составе ацетонобутиловой барды органических кислот, углеводов, витаминов способствует бурному развитию микроорганизмов при контаминации, что непредсказуемым образом изменяет ее химический состав и качество. Ограниченный срок хранения отходов, непредсказуемость изменения их свойств создает определенные проблемы при использовании.

Результаты наших исследований показали, что одним из возможных путей решения проблемы сохранения отходов микробиологических производств является их введение в состав минеральных удобрений. В качестве минеральной основы выступали жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) марки 10:34:0 на суперфосфорной кислоте, с высокой осмотической силой раствора.

В ацетонобутиловой барде отмечено бурное размножение сапрофитной микрофлоры (табл.1).

Таблица 1

Численность сапрофитной микрофлоры в отходах микробиологических производств и их смесях с ЖКУ при хранении (1§ числа клеток в 1 мл).

Вариант опыта Срок хранения, сутки

10 30 90 360

ЖКУ 2.61 1.69 0 0

ЖКУ+барда 7:3 2.96 2.30 0 0

ЖКУ+барда 3:2 3.08 2.73 0 0

ЖКУ+барда 1:1 3.31 2.69 1.2 1

ЖКУ+барда 2:3 4.24 3.45 2.53 2.15

. ЖКУ+барда 3:7 4.42 3.91 2.69 3.00

ЖКУ+барда 1:4 7.90 8.24 6.83 5.51

Барда 6.83 6.41 5.39 5.23

Липрин 4.68 4.93 5.73 6.57

ЖКУ+липрин 1:1 3.88 3.40 2.63 2.48

ЖКУ+липрин 3:2 3.45 2.97 2.45 2.10

ЖКУ+липрин 4:1 3.20 2.65 2.10 0

ЖКУ+липрин 9:1 3.15 2.49 0 0

НСР 0.95 1.40 1.12 1.26 1.50

Через 30 суток на дне пробирок присутствовал черный осадок, ощущался запах сероводорода, на среде Постгейта высевались анаэробные сульфатредуцирующие бактерии. Смесь ЖКУ с бардой в пропорции 1:4 стимулировала рост сапрофитной микрофлоры в большей степени, чем барда.

Увеличение доли ЖКУ значительно снижало численность гетеротрофной микрофлоры, подавляло процесс анаэробной сульфатредукции. Таким образом, консервирующий эффект ЖКУ зависел от их концентрации в смеси: бактериостатическое действие проявлялось при концентрации ЖКУ 30 % в составе смесей, бактерицидное - в концентрации 50 % и более. Показано, что по мере увеличения срока инкубации внесенных спор сапрофитных микроорганизмов в ЖКУ и смесях ЖКУ с бардой (3:2) и ЖКУ с липрином (4:1), их способность к прорастанию в вегетативные формы при посеве на МПА значительно снижалась.

На основании полученных нами данных Ефремовским биохимическим заводом Тульской области была .выпущена опытная партия удобрений на основе ЖКУ в смеси с ацетонобутиловой бардой: жидкие комплексные биологические удобрения («биоЖКУ»), временные ТУ 113-08-50-03-91. Проведены широкие испытания нового удобрения в ОПХ «Манычский». Установлено, что хранение «биоЖКУ» в течении года в производственных условиях, при соблюдении режима хранения 5ККУ не вызвало заметных изменений в составе удобрений.

В лабораторных, вегетационных и полевых опытах изучали влияние ацетонобутиловой барды, липрина и их смесей с минеральными удобрениями на микрофлору и биохимические процессы в почве.

Показано, что ацетонобутиловая барда и липрин в концентрациях выше 0,5% значительно повышают биологическую активность почвы. Возрастает общая численность бактерий и микромицетов (рис.1)

Бактерии, использующие органич. формы азота, млн./г почвы

Бактерии, использующие минер, формы азота, млн./г почвы

Микромицеты, тыс/г почвы

Увеличивается относительное и абсолютное количество фосфатрастворяющих микроорганизмов.

Аналогичная картина складывается при использовании отходов микробиологической промышленности в смеси с ЖКУ. Наибольший положительный эффект наблюдается при концентрации их в почве 0,5-2,5%, которые, по нашим расчетам, реально могут создаваться в зоне внесения при ленточном способе внесения удобрений.

В полевых условиях, при локальном внесении отходов, их влияние на микрофлору выражено слабее и зависит от фазы онтогенеза сои и гидротермического режима почвы (рис. 2).

Рис.2 Влияние смесей ЖКУ с ацетонобутиловой бардой и липрином на сапрофитную микрофлору в почве под соей (полевой опыт, 1993 г.).

Полученные данные позволяют сделать заключение, что отходы микробиологических производств - ацетонобутиловая барда и липрин, вносимые в почву, активизируют жизнедеятельность микрофлоры, что, надо полагать, оказывает положительное действие на условия произрастания растений.

Нами изучено действие применяемых удобрений на структуру ризосферной микрофлоры в фазу 3-х настоящих листьев и фазу цветения сои.

Выделенные чистые культуры из ризосферы сои изучены по макро- и микроморфологическим особенностям, некоторым физиолого-биохимическим характеристикам, что позволило отнести их к девяти родам по определителю Берги (1986). Из выделенных культур 56% отнесены к неспорообразующим, 44% - к спорообразующим бактериям. В ризосферном сообществе сои превалировали штаммы, принадлежащие к родам Bacillus и Arthrobacter за ними следовали представители родов Pseudomonas и Streptomyces.

Композиционные смеси ЖКУ и аммофоса с бардой и липрином оказывали заметное влияние на структуру бактериального комплекса ризосферы сои в фазу трех настоящих листьев. В фазу цветения эти различия сглаживались. При этом происходит перераспределение популяций бактерий по степени доминирования. Наблюдается элиминирование некоторых форм из микробоценоза. Соответственно происходит снижение индекса видового разнообразия бактериального комплекса. Основным фактором, вызывающим эти изменения, являются удобрения (табл.2).

Таблица 2

Корреляционная матрица сходства бактериальных комплексов ризосферы сои (все варианты с инокуляцией)

Варианты опыта Контроль ЖКУ ЖКУ + барда ЖКУ + липрин \ммофос Аммофос + барда

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

ЖКУ 0,61 0,72 1 1

ЖКУ + барда 0,62 0,67 0,88 0,78 1 1

ЖКУ + липрин 0,69 0,77 0,86 0,8 0,8 0,74 1 1

Аммофос 0,72 0,62 0,77 0,58 0,81 0,58 0,82 0,58 1 1

Аммофос + барда 0,70 0,59 0,74 0,66 0,76 0,68 0,74 0,79 0,77 0,63 1 1

Аммофос+липрин 0,71 0,66 0,72 0,64 0,7 0,76 0,77 0,76 0,69 0,58 0,78 0,82

Примечание: 1- фаза 3-х настоящих листьев

2- фаза цветения

Анализ способности выделенных из ризосферы бактерий синтезировать физиологически активные вещества показал, что при локальном внесении ЖКУ частота встречаемости и обилие фенотипов бактерий, ингибирующих рост сои, возрастает по сравнению с контрольным вариантом почти в 2 раза. Введение барды и липрина в некоторой степени снижает этот эффект на микробный комплекс. Более того, в этом случае заметно возрастает частота встречаемости фенотипов, стимулирующих рост растений.

Приведенный экспериментальный материал свидетельствует о наличии изменений в структуре микробоценоза ризосферы сои при внесении минеральных удобрений и их смесей с ацетонобутиловой бардой и липрином. Для всех вариантов, независимо от фазы развития, остаются одни и те же доминанты. Изменения в структуре микробоценоза ризосферы сои происходят главным образом за счет субдоминант и редко встречающихся форм и выражаются в элиминации отдельных фенотипов, снижении значимости других и появлении новых.

Для характеристики биологического состояния почвы и оценки эффективности агротехнических приемов их окультуривания широко используются ферментативные методы исследования. В лабораторных,

вегетационных и полевых опытах изучали влияние минеральных удобрений, ацетонобутиловой барды, липрина и их смесей на активность ферментов почвы, участвующих в метаболизме азотсодержащих органических соединений - уреазы и катализирующих окислительно-восстановительные процессы - дегидрогеназы, катал азы.

Установлено, что ацетонобутиловая барда и липрин не влияли на активность каталазы, дегидрогеназная активность почвы повышалась. Уреазная активность значительно возрастала при ленточном внесении в почву смесей минеральных удобрений с бардой и липрином (рис.3).

Рис.3. Активность уреазы в почве под соей сорта Весёловская 5 (полевой опыт,

УОХ РГУ, 1993).

Таким образом, результаты почвенно-микробиологических исследований показали, что внесение в почву органо-минеральных композиций на основе отходов микробиологического производства (ацетонобутиловой барды и липрина) в целом повышает биологическую активность, что предполагает определенные изменения в ее агрохимических свойствах. Анализы содержания азота и фосфора в почве подтверждают сказанное: содержание их заметно увеличивается. Особое внимание следует обратить на данные, касающиеся фосфорного режима чернозема, насыщенного кальцием (табл. 3). Под влиянием ЖКУ и аммофоса в смеси с бардой и липрином содержание подвижного фосфора под соей по сравнению с контролем возрастает в 1,5-2 раза и эта разница удерживается на протяжении всей вегетации растений.

Таблица 3

Содержание подвижного (обменного) фосфора (мг/100г почвы) в черноземе обыкновенном под соей (полевой опыт, УОХ РГУ, 1993 г.)

Сроки отбора образцов

Варианты опыта фон до фаза 3-х наст. фаза фаза молоч.

посева листьев цветения спелости

Контроль, инокуляция 1.80 2.04 2.24 2.33

ЖКУ, инокуляция 1.78 2.54 2.82 2.77

ЖКУ+барда, инокуляция 1.80 3.12 3.06 2.86

ЖКУ+липрин, инокуляция 1.76 3.30 3.30 3.16

Аммофос, инокуляция 1.82 3.55 4.02 3.88

Аммофос+барда, инокуляция 1.76 3.85 4.37 3.69

Аммофос+липрин, инокуляция 1.82 3.98 4.43 4.22

НСРо.95 0.12 0.31 0.29 0.23

Увеличение численности фосфатрастворяющих микроорганизмов в почве и повышение концентрации подвижных фосфатов в ней позволяют сделать заключение, что в присутствии барды и липрина происходит интенсификация процессов мобилизации труднодоступных фосфатов и улучшение фосфорного питания растений.

Богатые по содержанию питательных элементов и физиологически активных веществ ацетонобутиловая барда и липрин представляют хороший источник питания для микроорганизмов. В связи с этим было изучено их влияние на клубеньковые бактерии. В лабораторных опытах дрожжевой экстракт (1%) в искусственной питательной среде был заменен на ацетонобутиловую барду, липрин и их смеси с ЖКУ. Показано, что введение ацетонобутиловой барды и липрина в питательную среду обеспечивает хороший рост клубеньковых бактерий. Их титр в ряде случаев превосходит титр бактерий, выращенных на среде с дрожжевым экстрактом. Наилучшие результаты получены при использовании ЖКУ с липрином (0,5%) и ЖКУ с бардой (0,5%) (рис. 4).

Полученные результаты приводят к заключению, что барда и липрин могут быть использованы в качестве заменителей дрожжевого экстракта при массовом выращивании клубеньковых бактерий, а также для обработки семян сои.

В лабораторных опытах была дана оценка адгезионных свойств барды и липрина. Показано, что применение их отдельно и в смеси с ЖКУ увеличивает прилипаемость ризоторфина почти в 2 раза. На семенах закрепляется от 83% до 99% препарата. Подобраны концентрации смесей ЖКУ с липрином и бардой, повышающие жизнеспособность клубеньковых бактерий на семенах зернобобовых культур соответственно в 2 и 1,4 раза. Хорошая прилипаемость ризоторфина и сохранность клубеньковых бактерий на семенах обеспечивает высокую эффективность препарата. Серия полевых опытов, проведенных в 19931995 гг., подтверждает сказанное.

НСР 0,95 ЖКУ+барда 0.5% ЖКУ+барда 0.1% Ъ ЖКУ+барда 0.02% ] ЖКУ+липрин 0.5% барда 2.5% барда 0.5% "Ь барда 0.1% Ъ липрин 0.5% |и

липрин 0.1%

липрин 0.02% С

дрожжевой экстракт

бактсрв!^ млрд/мл

Рис. 4. Титр клубеньковых бактерий сои, при замене дрожжевого экстракта в среде № 79 на липрин, барду и их смеси с ЖКУ

При обработке семян фасоли смесью ЖКУ с бардой и липрином повышалась эффективность инокуляции растений, что выражалось в увеличении массы клубеньков на 10-40%. При этом урожай зеленой массы растений возрастал на 17-19%. Урожай зерна изменялся незначительно, но содержание белка в зерне увеличивалось на 1,2-2,3% (абсолютные %). В результате сбор белка с единицы площади возрастал на 15-17%.

Аналогичные результаты получены на посевах сои: при обработке семян ЖКУ в смеси с липрином и бардой и инокуляции их ризоторфином возрастала численность и масса клубеньков на корнях растений (рис.5).

Увеличивался урожай зерна сои на 8-18%. Эффективность приема зависела в значительной степени от метеоусловий года и состава прилипателей (табл. 4).

Наилучшие результаты получены на сорте Веселовская 5 при использовании в качестве прилипателя 10%-ного раствора липрина.

Таким образом, полученные результаты позволяют рекомендовать использование отходов микробиологической промышленности ацетонобутиловой барды и липрина в качестве прилипателей при обработке семян зернобобовых культур препаратом ризоторфином.

Как известно, формирование симбиотического аппарата, эффективность бобово-ризобиального симбиоза зависят от состава применяемых минеральных удобрений, дозы и способа их внесения. В условиях юга России на посевах сои рекомендуется ленточный способ внесения аммофоса и жидких комплексных удобрений (ЖКУ).

> о

§ £ ? а

а

« с-

и

клубеньков Быстркцд2

число клубеньков Юг{ 30

I Масса клубеньков Быстрица 2

■ -X • - Масса

клубеньков Юг| 30

Рис. 5. Количество и масса клубеньков на корнях сои сортов Быстрица 2 и Юг 30 в фазу цветения при использовании прилипателей (полевой опыт, 1995 г.)

Таблица 4

Урожай сои сортов Быстрица 2и Юг .Л?при использовании прилипателей и ризоторфина (полевой опыт, 1995 г.)

Вариант опыта Масса семян, г/растение Урожайность зерна

Быстрица2 Юг 30 Быстрица 2 Юг 30

ц/га ц/га %

Контроль, инокуляция 13.8 14.1 15.3 100.0 15.7 100.0

Прилипатель ЖКУ+барда, инокуляция 15.1* 15.5 16.9* 110.5 17.2 109.6

Прилипатель ЖКУ+липрин, инокуляция 13.7 14.6 15.4 100.7 16.3 103.8

Прилипатель липрин, инокуляция 14.9 15.0 16.5 107.8 16.9 107.6

НСРо.95 1.3 1.6 1.5 1.7

В серии вегетационных и полевых опытов нами показано, что при таком способе внесения удобрений в зоне корневой системы создаются концентрации, ингибирующие инокуляционный процесс, и соответственно снижающие численность и массу клубеньков на корнях растений. При введении

ацетонобутиловой барды и липрина в состав минеральных удобрений практически полностью снимается ингибирующий эффект последних на формирование клубеньков. Более того, их численность и масса возрастают.

Анализ нитрогеназной активности интактных клубеньков сои, отобранных в фазу цветения, показал, что ЖКУ и аммофос в смеси с бардой и липрином не оказывают существенного влияния на этот показатель.

При инокуляции семян ризоторфином в листьях растений возрастает содержание хлофилла а и б, г также каротиноидов.

ЖКУ в смеси с бардой и липрином при локальном внесении в почву не оказывали существенного влияния на содержание фотосинтетических пигментов, а в случае использования композиции аммофоса с бардой количество хлорофилла возрастало на 13%, с липрином на 19%.

Смеси ЖКУ с бардой и липрином оказывали существенное влияние на содержание амидного азота, количество которого в листьях сои соответственно повышалось в 1,5 и 1,8 раза.

Полученные данные позволяют сделать заключение, что введение ацетонобутиловой барды и липрина в состав минеральных удобрений снимает отрицательное действие последних на инокуляционный процесс, стимулирует формирование клубеньков и тем самым повышает эффективность применения препарата ризоторфина.

Нами была проведена оценка влияния органо-минеральных смесей на продуктивность и качество урожая сои в полевых опытах.

Установлено, что локальное (ленточное) внесение ЖКУ и аммофоса в смеси с бардой и липрином в качестве удобрений улучшает рост растений в первые фазы развития, что в значительной степени обеспечивает формирование эффективного симбиоза с клубеньковыми бактериями и повышение урожайности растений.

Урожай зерна сои в различных опытах существенно отличался между собой, что зависело от конкретных метеорологических условий, складывающихся в отдельные годы, и сорта растений.

Урожай сорта сои Ранняя 10 на богаре в неблагоприятный по агрометеорологическим условиям 1991 год (засуха) - низкий и колебался от 3,9 ц/га в контроле до 8,4 ц/га в варианте с ЖКУ и липрином; в более благоприятный 1992 год - от 10,5 ц/га в контроле до 15,7 ц/га в варианте с внесением смеси ЖКУ и липрина.

Аналогичным образом урожай зерна сорта Веселовская 5 в засушливый 1994 год составлял 5,0 ц/га в контроле и 8,3 ц/га при внесении ЖКУ с липрином; а в 1993 году, благоприятном по влагообеспеченности, соответственно 12,7ц/га и 15,0ц/га (табл.5).

Основным фактором, обеспечивающим повышение урожая по фону применяемых удобрений, является ризоторфин. Причем эффективность его применения заметно возрастает на фоне органо-минеральных смесей.

Таблица 5

Урожай сои сорта Веселовская 5 при внесении ЖКУ, аммофоса и их смесей с ацетонобугиловой бардой и липрином (полевой опыт, 1993 -1994 гг.)

1993 г. 1994 г.

Вариант опыта Суммарный Суммарный

Зерно белок Зерно белок

вал. вал.

ц/га % сбор, ц/га % сбор,

кг/га кг/га

Контроль(инокуляция) 12.7 28.9 367.0 5.0 31.7 158.5

ЖКУ 12.2 25.7 313.5 5.5 32.7 179.9

ЖКУ (инокуляция) 14.8 28.3 418.8 6.1 36.2 220.8

ЖКУ+барда (инокуляция) 15.7 29.7 466.3 7.1 37.1 263.4

ЖКУ+липрин(инокуляция) 15.0 29.5 442.5 8.3 37.2 308.8

Аммофос 10.9 26.5 288.9 5.7 29.7 169.3

Аммофос (инокуляция) 13.3 27.7 368.4 6.5 31.1 202.2

Аммофос+барда (инок.) 14.8 27.6 408.5 7.2 31.5 226.8

Аммофос+липрин (инок.) 14.0 28.0 392.0 7.5 32.8 246.0

НСРп 94 2.2 1.4 - 0.9 1.8 -

Наряду с увеличением урожая возрастает содержание белка в зерне сои и соответственно валовой сбор протеина на единицу площади. При этом следует обратить внимание на то, что наибольший эффект от применения органо-минеральных смесей наблюдается в засушливые годы, когда растения находятся в неблагоприятных условиях.

Инокуляция растений ризоторфином и органо-минеральные смеси, созданные на основе ацетонобугиловой барды и липрина, позволяют снять в некоторой степени этот стресс.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что смешивание ацетонобугиловой барды и липрина с жидкими комплексными удобрениями (ЖКУ) обеспечивает их длительную сохранность (происходит консервация). Дано обоснование и предложены органо-минеральные композиции для удобрения растений.

2. Установлено, что при внесении липрина и барды, а также их композиций с минеральными удобрениями в почву возрастает численность бактерий и повышается активность почвенных ферментов - уреазы и дегидрогеназы.

3. Применение органо-минеральных композиций на основе ацетонобугиловой барды и липрина приводит к увеличению содержания подвижного азота и фосфора в почве. Сужается отношение аммиачного и

нитратного азота. Вследствие этого улучшаются условия минерального питания растений.

4. Установлено, что в ризосфере сои независимо от фазы развития растений доминируют бактерии из рода Bacillus, Aithrobacter, Pseudomonas, Streptomyces, Sarcina. Отходы микробиологического производства и их смеси с ЖКУ и аммофосом оказывают значительное влияние на ризосферную микрофлору. В результате наблюдается снижение индекса разнообразия. Индекс сходства с контрольным вариантом не превышает 0.7, что указывает на значительное отклонение структуры микробного комплекса опытных вариантов от контроля. Однако эти изменения происходят главным образом за счёт" субдоминант и редко встречающихся фенотипов.

5. Ацетонобутиловая барда и липрин стимулируют развитие клубеньковых бактерий на искусственных питательных средах и могут быть использованы в качестве добавок при производстве бактериальных препаратов.

При смешивании с ризоторфином они улучшают адгезионные свойства препарата и повышают выживаемость клубеньковых бактерий на семенах. При этом возрастает эффективность инокуляции растений. На основании этого предложено использовать ацетонобутиловую барду и липрин в качестве прилипателей при обработке семян бобовых препаратом ризоторфином.

6. Установлено, что при локальном (ленточном) внесении отходов микробиологической промышленности в композиции с минеральными удобрениями повышается эффективность бобово - ризобиального симбиоза, вследствие чего увеличивается урожайность зерна и валовой сбор белка сои.

На основании полученных результатов дано обоснование эффективных способов применения отходов микробиологического производства (ацетонобутиловой барды и липрина) путём использования их на посевах зернобобовых культур.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Толчеев A.B., Будагов Г.В., Коган И.Б. Использование продуктов и отходов микробиологической промышленности в биотехнологии почв. // Микроорганизмы в сельском хозяйстве. Тез. докл. 4 Всесоюз. научн. конф. Пущино. 1992.С.198

2. Паршин В.Г., Корецкая Т.В., Толчеев A.B. К вопросу о вирусном поражении сои в Ростовской области. // Мат-лы научн. конф. посвященной 100-летию со дня открытия вирусов Д.И. Ивановским. Ростов-на-Дону. 1992. С.107-108

3. Будагов Г.В., Коган И.Б., Толчеев A.B. Применение продуктов и отходов микробиологической промышленности в биотехнологии почв. // ДЕП. В ВИНИТИ 19.03.1993, №066-В 93 .Ростовский ун-т. Ростов-на-Дону, 1993.-11 е.- Библиогр.: 5 назв.-Рус.

4. Толчеев A.B., Будагов Г.В., Коган И.Б., Паршин В.Г., Пономаренко A.B. Влияние комплексных удобрений на биологическую активность почвы и бобово-ризобиальный симбиоз у сои. // Актуальные вопросы экологии и охраны степных экосистем и сопредельных территорий. Материалы межреспубликанской научно-практической конференции, Краснодар, 1994. С.300.

5. Будагов Г.В., Коган И.Б., Паршин В.Г., Толчеев А.В Влияние препаратов микробного синтеза и минеральных удобрений на процессы вирусной инфекции и симбиотической азотфиксации у бобовых растений. // Актуальные вопросы экологии и охраны степных экосистем и сопредельных территорий. Материалы межреспубликанской научно-практической конференции. Краснодар, 1994. С.294.

6. Будагов Г.В., Коган И.Б., Паршин В.Г., Толчеев A.B. Стимуляция симбиотической азотфиксации и вирусоустойчивости у сои. // Производство экологически безопасной продукции растениеводства. Региональные рекомендации. Выпуск 1.Пущино, 1995. С. 163.

7. Будагов Г.В., Паршин В.Г., Толчеев A.B. Пути повышении толерантности к вирусной инфекции и симбиотической азотфиксации у растений сои. // Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экология, экономика, эффективность. Всероссийский съезд по защите растений. Тез. докл., Санкт-Петербург., 1995. С.163-164.

8. Хижняк Е.М., Толчеев A.B., Пономаренко A.B. Сопряженность изменений численности микроартропод и микроорганизмов в почве под влиянием минеральных удобрений и биологически активных веществ. // Проблемы почвенной зоологии. Мат-лы 1 Всероссийского совещания Ростов-на-Дону, 1996. С. 174-175.

9. Толчеев A.B., Будагов Г.В., Коган И.Б., Паршин В.Г., Пономаренко AB., Полякова A.B. Экологически безопасные добавки для повышения продуктивности бобовых культур (в условиях Ростовской обл.). // Производство экологически безопасной продукции растениеводства. Региональные рекомендации. Выпуск 2. Пущино, 1996. С.70-71.