Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Реализация потенциала продуктивности сортов сои (Glycine Max L.) при формировании симбиозов с полезной ризосферной микрофлорой

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Реализация потенциала продуктивности сортов сои (Glycine Max L.) при формировании симбиозов с полезной ризосферной микрофлорой"

На правах рукописи

005017988

Моисеенко Юрий Владимирович

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПРОДУКТИВНОСТИ СОРТОВ СОИ ОGLYCINE MAX L.) ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СИМБИОЗОВ С ПОЛЕЗНОЙ РИЗОСФЕРНОЙ МИКРОФЛОРОЙ

06.01.01 - общее земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 9 ДПР 2012

Орел-2012

005017988

Диссертационная работа выполнена на кафедре растениеводства ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет».

Научный руководитель: академик РАСХН,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Парахин Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

главный научный сотрудник лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур» Зеленов Анатолий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры растениеводства и общего земледелия ФГБОУ ВПО «Брянская сельскохозяйственная академия»

Ториков Владимир Ефимович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

аграрный университет им. Императора Петра I»

Защита диссертации состоится «15» мая 2012 года в 1430 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.052.01 при ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» по адресу: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «//» апреля 2012 года и размещен на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» http://www.orelsau.ru и на сайте ВАК при Минобрнауки РФ http://www.vak.ed.gov.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета ДМ 220.052.01.

Факс: 8(486-2) 43-13-01, e-mail dissovet-orelsau@vandex.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета /—ч

доктор сельскохозяйственных наук, профессор / л , Л^Пт£??егганова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие соеводства, в соответствии с целевой программой Министерства сельского хозяйства РФ «Развитие производства и переработки сои в Российской Федерации на период 2011-2015 гг.», является приоритетным направлением по преодолению дефицита кормового и пищевого белка в стране, который по данным ВНИИ питания РАМН составляет 1 млн. т/год (40% от рекомендуемой нормы). Тем не менее, объемы производства сои в России остаются в 5-7 раз меньше потребности народного хозяйства страны в высокобелковом сырье (Скрынник, 2010; Онищенко, 2010).

Главной причиной такой диспропорции является несоответствие условий окружающей среды требованиям биологии растений, что неблагоприятно сказывается на их семенной продуктивности (Романов, 1983; Баранов, 2005; Кочегура, 2008; Тильба, 2011). По состоянию на 2010 год, урожайность сои остается довольно низкой, как в среднем по России - 11,8 ц/га, так и по Орловской области - 9,4 ц/га. С этих позиций необходимо внедрение перспективных сортов и адаптивных технологий сои, с тем чтобы нивелировать природные риски при минимальных экономических затратах.

В решении данной задачи особое значение имеют мутуалистические взаимодействия растений сои с полезной почвенной микрофлорой, которая является важнейшим фактором адаптации культуры к неблагоприятным условиям среды, получения экологически безопасной высокобелковой и рентабельной продукции растениеводства (Проворов, 2003; Тихонович, 2009; Парахин, 2009; Кожемяков, 2011).

В этой связи особую актуальность приобретает разработка элементов сортовой агротехники сои, предусматривающих использование в сельскохозяйственной практике растительно-микробных симбиозов (азотфиксирующего, ростстимулирующего и арбускулярной микоризы), способствующих сокращению применения минеральных удобрений.

Цель исследований - разработать элементы ресурсосберегающих сортовых агротехнологий для сои на основе формирования эффективных растительно-микробных симбиозов (РМС).

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- провести сравнительную оценку современных сортов сои по способности вступать в мутуалистические взаимодействия с различными группами полезных ризосферных микроорганизмов;

изучить влияние факторов биологического и химического происхождения на симбиотическую и фотосинтетическую деятельность растений, величину и качество урожая современных сортов сои;

- определить долю симбиотически фиксированного азота в урожае зерна современных сортов сои и выявить влияние на нее приемов экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий (РМВ);

- выявить наиболее эффективные способы реализации потенциала продуктивности сортов сои;

г

- дать экономическую и энергетическую оценку производства высокобелкового зерна сои при взаимодействии растений с полезной ризосферной микрофлорой.

Научная новизна. Проведена комплексная оценка эффективности взаимодействия современных сортов сои с тремя группами полезных ризосферных микроорганизмов.

Выявлены агротехнологические приемы, повышающие реализацию потенциала продуктивности сортов сои при максимальном вовлечении биологического азота в продукционный процесс и эффективном использовании фотосинтетически активной радиации агроценозами.

Методом импульсно-амплитудной модуляции на интактных растениях сои проведен анализ функционального состояния их фотосинтетического аппарата во взаимосвязи с симбиотической деятельностью.

Практическая значимость работы. Исследования автора направлены на реализацию государственной целевой программы по развитию соеводства в России и позволяют преодолевать проблему дефицита кормового и пищевого белка.

Разработаны элементы агротехники для сои с учетом сортовых особенностей растений и генотипа полезных ризосферных микроорганизмов, способствующие повышению белковой продуктивности агроценозов на 1626%.

Разработка может быть внедрена в хозяйствах ЦентральноЧерноземного региона России на площадях, предназначенных для возделывания сои. Внедрение агротехнических приемов возделывания сои на основе растительно-микробных взаимодействий позволит не только реализовать биологический потенциал сорта и снизить экономические затраты на возделывание, но и производить конкурентоспособную экологически безопасную высокобелковую продукцию, тем самым обеспечивая качественным отечественным сырьем соеперерабатывающее производство нашей страны.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Сортовая специфичность сои по отношению к био- и техногенным факторам экзогенной регуляции растительно-микробных отношений.

• Роль симбиотрофного и автотрофного питания растений в реализации потенциала продуктивности сортов сои.

• Элементы сортовой агротехники сои, позволяющие получать высокий и качественный урожай зерна на основе создания эффективных растительно-микробных систем и снижения ресурсозатрат.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов «Неделя науки» Орел ГАУ (Орел, 2007, 2008, 2009, 2010); Всероссийской конференции «Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России» (Сергиев Пасад, 2009); Первом Всероссийском молодежном инновационном конвенте (Москва, 2008); Втором Всероссийском

молодежном инновационном конвенте (Санкт-Петербург, 2009); Ш Международной научно-практической конференции молодых исследователей, посвященной 65-летию образования Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2009); Международной научно-практической конференции «Кормопроизводство в условиях XXI века: проблемы и пути решения» (Орел, 2009).

Результаты исследований были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований офи_ц №08-04-13565 (2008-2009).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе в рекомендованных изданиях ВАК Минобразования РФ - 3.

Объем н структура диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах печатного текста, состоит из введения, 7 глав, включающих обзор литературы, выводов, предложений для производства, содержит 16 таблиц, 16 рисунков, список литературы (256 наименований, в том числе 37 на иностранных языках) и 10 приложений.

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнены в 2007, 2008 и 2010 гг. в Орловском государственном аграрном университете на оборудовании ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» в рамках совместной научно-исследовательской программы с ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур» (ВНИИЗБК), поддержанной Российским фондом фундаментальных исследований (грант РФФИ офи_ц 08-04-13565).

Отсутствие в работе данных за 2009 г. связано с неблагоприятными условиями, сложившимися в начале вегетационного периода культуры (низкие положительные температуры воздуха и большое количество осадков) и вызвавшими массовое выпадение растений.

Объектами исследований служили районированные сорта сои: Свапа и Ланцетная. Опытный материал выращен в полевом селекционном севообороте на делянках площадью 10 м2, повторность 4-х кратная. Размещение делянок - рендомизированное.

Почва опытного участка темно-серая лесная среднесуглинистая с содержанием гумуса 5,1%, подвижного фосфора - 23,3, обменного калия -9,7 мг/100 г почвы, рНС0Я - 5,3, гидролитическая кислотность - 4,4 мг экв./100 г почвы. Предшественник - ячмень. Микрорельеф участка выровненный.

В опытах изучали влияние применения микробиологических препаратов, минеральных макро- и микроудобрений на формирование эффективных растительно-микробных симбиозов у современных сортов сои:

1. К - контроль (без использования удобрений и микробиологических препаратов);

2. БиС - БисолбиСан - препарат ассоциативных бактерий;

3. БиС + молибден (Мо);

4. АМГ - препарат арбускулярно-микоризных грибов Glomus intraradices, um. 7 (почвенно-корневая смесь);

5. Шт. 6456 - штамм Bradyrhizobium japonicum 6456 (на основе торфа);

6. Шт. 626а- штамм Bradyrhizobium japonicum 626а (на основе торфа);

7. Шт. 634а - штамм Bradyrhizobium japonicum 634а (на основе торфа);

8. PK - фосфорно-калийные удобрения.

Микробные препараты разработаны и предоставлены ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» (ВНИИ СХМ г. Санкт-Петербург).

Штаммами В. japonicum проводили предпосевную инокуляцию семян из расчета 200 г на гектарную норму семян. Препарат АМГ вносили в почву перед посевом из расчета 5 ц/га. БиС опрыскивали всходы растений (10% р-р). Р30 вносили в почву в виде суперфосфата, К40 - в виде сульфата калия. Молибденовокислым аммонием (Мо) обрабатывали семена сои перед посевом (50 г на гектарную норму семян).

Метеорологические условия в годы исследований были контрастными: от засушливо-жарких в 2010 году (ГТК 0,42) до относительно благоприятных по гидротермическому режиму в 2008 году (ГТК 1,30 и 1, 36). Вегетационный период 2007 года для сои в целом характеризовался недостаточной влагообеспеченностью посевов (ГТК 0,81), тогда как в 2008 году сложились достаточно благоприятные условия для развития растений сои и формирования ими эффективных симбиозов с полезной ризосферной микрофлорой. Во 2 декаде июля, совпавшей с фазой цветения и плодообразования сои, количество выпавших осадков превысило среднее многолетнее значение в 3 раза. В 2010 году практически весь период формирования генеративных органов сои был охвачен аномальной засухой, о чем свидетельствует гидротермический коэффициент в период «цветение-созревание» (ГТК 0,34). Это в свою очередь отрицательно повлияло на урожайность культуры. Таким образом, за три года удалось в широком диапазоне метеоусловий оценить эффективность создания РМС в агроценозах культуры.

Учет фитомассы (надземной и корневой), проводили согласно методике Г.С. Посыпанова (1993). Сухую массу растения устанавливали весовым методом после высушивания при температуре 105°С.

Нитрогеназную активность определяли с помощью газового хроматографа «Цвет-4» методом оценки ацетиленредуктазной активности (Чундерова, 1980) в модификации В.П. Орлова (1984) и A.C. Шаина (1990).

Регистрацию фотофизических параметров листьев сои у интактных растений проводили по Bilger &Schreiber (1995) с использованием портативного прибора M1NI-PAM (Германия, Walz), а площадь ассимиляционной поверхности ! листьев измеряли с помощью фотопланиметра Li-ЗОООс (США).

Фотосинтетический потенциал (ФП) определяли по методике A.A. Ничипоровича (1961). Чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) рассчитывали согласно рекомендациям ВИР (Синякова, Иванова, 1981). Уровень использования солнечной радиации посевами (КПД ФАР) рассчитывали используя формулу Х.Г. Тооминга (1969).

Изучение структуры урожая у растений, отобранных в фазу полной спелости, проводили согласно методике Госсортсети (1971).

Биохимический состав семян сои определяли с помощью анализатора зерна Infratec™ 1241 по методике Foss.

Биоэнергетическая оценка эффективности производства зерна сои проведена с использованием методики E.H. Базарова и Е.В. Глинки «Биоэнергетическая оценка технологий производства продукции растениеводства» (1983).

Математическая обработка данных осуществлялась с помощью приложения CXSTAT к компьютерной программе Excel.

СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ СОИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕГУЛЯЦИИ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Современные сорта сои на естественном агрофоне формировали функционально схожие, но морфологически различающиеся симбиотические системы (табл. 1).

Таблица 1 - Симбиотическая деятельность различных сортов сои, среднее _ 2007, 2008, 2010 гг.__

Показатели Свапа Ланцетная

Кол-во клубеньков, шт./раст. 14 12

Масса клубеньков, мг/раст. 237 175

Ннтрогсназная активность, нмольСгНд/раст./час 3519,2 3661,3

Азотфиксирующая способность, кг/га 78,5 80,2

Количество и масса активных клубеньков на корнях растений сорта Свапабыли больше, чем у сорта Ланцетная на 16,7 и 37,1%, соответственно.

Регуляция РМВ оказала существенное влияние на величину симбиотического аппарата у сортов сои, при этом их отзывчивость на изучаемые факторы была различной (рис. 1).

Результаты трехлетних исследований показали, что у сорта Свапа максимальная эффективность клубенькообразования была отмечена в варианте с интродукцией в ризосферу ассоциативных микроорганизмов (БиС) в сочетании с Мо, а также при моноинокуляции семян селективными штаммами В. )аротсит 6456 и 634а (+ 48, 37 и 39%, соответственно). Масса клубеньков в указанных вариантах также была максимальной.

шт. 634а,

шт. 626а

•"-^Свапа -»»"Ланцетная

а) количество клубеньков

БиС

б) масса клубеньков

Рисунок 1 - Нодуляционная способность сортов сои в зависимости от применения микробных препаратов и минеральных удобрений, среднее 2007, 2008, 2010 гг. (прибавка к контролю %)

Симбиотическая система сорта Ланцетная, по сравнению с сортом Свапа, в целом была менее отзывчива на оптимизацию симбиотрофного питания растений, что выражалось в относительно небольших прибавках изучаемых показателей к контролю. Наибольшее стимулирующее действие на нодуляцию корней данного сорта оказали ассоциативные бактерии (БиС), как по отдельности, так и в комплексе с молибденом, а также эндомикоризные грибы, обеспечив увеличение количества клубеньков на 17,2 и 12,0%, а их массы - на 20,2 и 13,0%, соответственно.

АМГ

Увеличение мощности симбиотического аппарата растений сои при регуляции РМВ сопровождалось повышением его функциональной активности (табл. 2).

Таблица 2 - Нитрогеназная активность сои в зависимости от применения микробных препаратов и минеральных удобрений, нмольС2Н4/раст./час __(среднее 2008, 2010 гг.)__

Варианты Свапа Ланцетная

1. Контроль 3519,22 3661,30

2. БиС 3986,13* 4602,86*

3. БиС+Мо 4700,42* 4080,20*

4. АМГ 4735,27* 4487,88*

5. Шт. 645 б 5080,22* 3635,36

6. Шт. 626 а 3944,31* 5801,48*

7. Шт. 634 а 3604,98* 3466,22

8. РК 5780,58* 4770,11*

Достоверно при *Ро<0,05

Так, у сорта Свапа все используемые элементы агротехники способствовали существенной активизации работы нитрогеназного комплекса. Максимальное повышение ферментативной активности нитрогеназы, превысившей контрольный уровень 1,6 раза, было отмечено в вариантах с использованием штамма В. }аротсит 634а и фосфорно-калийных удобрений. При этом количество атмосферного азота, усвоенного агроценозами, соответственно, увеличивалось на 58 и 63% по сравнению с контрольным вариантом и превышало 120 кг/га (рис. 2).

140-

В Свапа □ Ланцетная

Рисунок 2 - Количество азота воздуха, фиксируемое агрофитоценозами сои, кг/га (среднее 2008, 2010 гг.)

Данный эффект был обусловлен комплементарностью штамма В.)аротсит 634а для данного сорта, а также усилением колонизации корней аборигенными диазотрофами в связи с повышенной экссудацией при оптимизации минерального питания растений.

Количество усвоенного молекулярного азота в агроценозах сорта Ланцетная также зависело от активности нитрогеназного комплекса. В этой связи высокая эффективность растительно-микробных взаимодействий с участием вирулентного и специфичного штамма В^аротсит 626а обеспечила максимальную активизацию азотфиксирующей деятельности посевов, в результате чего растения фиксировали 130 кг/га азота воздуха, что превзошло контрольный показатель на 63%.

Таким образом, экзогенная регуляция РМВ в сортовых посевах сои позволила создать эффективные растительно-микробные ассоциации, способствующие активному усвоению растениями азота воздуха.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ РЕГУЛЯЦИИ РМВ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ

СОИ

Изучение фотосинтетических способностей сои показало отсутствие между сортами существенных различий (табл. 3).

Таблица 3 - Фотосинтетическая деятельность сортов сои, _среднее 2007, 2008, 2010 гг.

Показатели Свапа Ланцетная

Площадь листьев, см2/раст. 369,70 371,60

ЧПФ, г/м'* сутки 6,08 6,19

УППЛ, г/дм" 0,35 0,34

ФП, м^*сутки 14,70 14,86

Функциональная активность ФС 11 листьев, коэффициент квантового выхода (Yield) 0,40 0,45

В то же время анализ функционального состояния фотосинтетического аппарата листьев, проведенный на интактных растениях сои методом импульсно-амплитудной модуляции, показал, что по эффективности первичных процессов фотосинтеза сорт Ланцетная превосходил сорт Свапа на 12,5%.

Результаты наших исследований показали, что использование мелиорантов биологического и химического происхождения в агроценозах сои активизировала ростовые процессы в листьях. Существенное увеличение их площади (на 21 и 24%, соответственно) у сорта Свапа было отмечено в вариантах с моноинокуляцией семян штаммом В. ¿аротсит 634а и внесением фосфорно-калийных удобрений. Максимальный относительный прирост площади листьев у сорта Ланцетная был получен в результате оптимизации фосфорно-калийного питания растений (+28%) и интродукции ассоциативных бактерий (+20%) (рис. 3). При этом отмечено, что изменение линейных параметров фотосинтетической и симбиотической систем сортов сои в зависимости от режима питания носило сопряженный характер.

Рисунок 3 - Площадь листьев различных сортов сои в зависимости от режима питания, прибавка к контролю % (среднее 2007, 2008, 2010 гг.)

Эффективность первичных реакций фотосинтеза (Yield) листьев сои при взаимодействии растений с комплементарным микросимбионтом существенно повышалась (рис. 4), что обусловлено высокой потребностью активно функционирующего симбиотического аппарата в продуктах фотосинтеза (Романов, 1983; Мокроносов, 2006). 0,6-,

0,5

0,4

Ъ 0,3 0,2 0,1 0

* # & в? Vе /

<г

ПЛанцетнан ШСвапа

Рисунок 4 - Функциональная активность ФС II листьев сои в зависимости от факторов регуляции РМВ, коэффициент квантового выхода (среднее 2007,

2008, 2010 гг.)

Повышение коэффициента квантового выхода в листьях изучаемых сортов при изменении условий питания растений положительно отразилось на эффективности использования солнечной энергии посевами. Так,

максимальное повышение уровня КПД ФАР по сравнению с контролем в посевах сортов Свапа и Ланцетная обеспечили варианты БиС + Мо и АМГ (8,9-9,6% и 25,6-21,6%, соответственно).

Таким образом, у сорта Свапа наибольший эффект на фотосинтетическую деятельность оказали варианты с использованием штаммов В. japonicum 6456 и 634а и фосфорно-калийных удобрений, которые способствовали активизации метаболических функций РМС посредством оптимизации авто- и симбиотрофного литания растений.

Сорт Ланцетная был наиболее отзывчив на интродукцию в ризосферу клубеньковых (штаммы В. japonicum 6456 и 626а) и ассоциативных бактерий, что выражалось в увеличении параметров мезоструктуры листа и более эффективном использовании энергии квантов света в первичных реакциях фотосинтеза за счет активизации РМВ.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ СОИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РМС

Урожайность. Результаты наших исследований показали, что в среднем за три года наиболее продуктивным был сорт Свапа (2,61 т/га), что, вероятно, обусловлено высоким его биологическим потенциалом в связи с более продолжительным периодом вегетации (рис. 5)

3,5 -

■ Свала в Ланцетная

Рисунок 5 - Хозяйственная эффективность применения микробных препаратов и минеральных удобрений в агроценозах сои, т/га (среднее 2007,

2008,2010 гг.)

Улучшение метаболически значимых функций растений изучаемых генотипов при формировании симбиоза увеличило реализацию потенциала их семенной продуктивности. Максимальный хозяйственный эффект в агроценозах сорта Свапа обеспечили варианты с использованием штамма В.

japonicum 634a и грибов Glomus, ассоциативных микроорганизмов в сочетании с Мо, а также фосфорно-калийных удобрений, что позволило собрать с 1 га 2,8 т зерна за счет увеличения количества и массы семян с растения.

Наиболее эффективными с хозяйственной точки зрения для сорта Ланцетная были варианты с интродукцией в почву эндомикоризных грибов и ассоциативных бактерий в сочетании с Мо, которые обеспечили прибавку урожайности 21,9 и 26,0%, соответственно, за счет повышения азотфиксирующей активности. Получение более высокого урожая в данном случае главным образом было обусловлено увеличением массы семян с растения.

Изучаемые сорта сои проявили избирательность по отношению к штаммам клубеньковых диазотрофов. Так, для сорта Свапа наиболее комплементарным был штамм В. japonicum 634а, тогда как для сорта Ланцетная - штамм В. japonicum 626а.

Важно отметить, что при формировании эффективного симбиоза с полезной почвенной микрофлорой растения сои отличались большей экологической приспособленностью. Так, например, колонизация корней растений сортов Свапа и Ланцетная ассоциативными и фосфатмобилизирующими микроорганизмами в засушливые годы способствовала повышению продуктивности агроценозов на 4,8-58,5 и 5,423,7%, соответственно (табл. 4). Вероятными причинами индукции у сортов сои стрессовой устойчивости могло быть обеспечение дополнительными ресурсами питания и энергии, продуцирование антагонистов стрессового фитогормона АБК, а также улучшение водоснабжения при симбиотических взаимодействиях с микроорганизмами (Белимов, 2008; Юрков, 2009; Rai, 2005).

Таблица 4 - Относительные прибавки урожайности сортов сои в разные годы

исследований, %

Варианты 2007 2008 2010

Свапа Ланцетная Свала Ланцетная Свапа Ланцетная

1. Контроль - - - - - -

2. БиС 4,8 6,5 0,0 20,6 24,6 58,5

3. PK 0,0 0,0 5,0 20,3 10,4 0,0

4. БиС+Мо 11,2 22,5 8,0 32,3 7,5 14,3

5. АМГ 23,7 23,4 0,0 27,1 22,4 5,4

6. Шт. 645 б 0,0 0,0 0,0 1,1 0,0 13,6

7. Шт. 626 а 8,0 4,8 0,3 27,1 15,7 10.9

8. Шт. 634 а 0,0 0,0 0,0 20,0 12,6 6,8

Клубеньковые бактерии также играли немаловажную роль в адаптации сои к условиям выращивания. Биологическая азотфиксация и улучшение минерального питания инокулированных растений могли снижать возникающий дефицит и ограниченный транспорт питательных элементов.

Выявлено, что сорт Свапа был более восприимчив к недостатку влаги, снизив урожайность в 2010 году по сравнению с 2008 годом в 3 раза (с 3,98

до 1,34 т/га). Тогда как сбор зерна сорта Ланцетная в условиях низкой влагообеспеченности уменьшился в 2,4 раза (с 3,50 до 1,47 т/га).

Формирование в агроценозах сорта Свапа взаимовыгодных ассоциаций растений с микроорганизмами, вероятно, послужило ключевым фактором его адаптации к засушливым условиям 2007 и 2010 годов, где микробные препараты оказались наиболее эффективными. По нашему мнению, это связано с тем, что полезные ризосферные микроорганизмы, вступая в симбиоз с растением, ослабляют воздействие стрессоров и могут быть особенно важны для растений именно в неблагоприятных условиях.

Напротив, у сорта Ланцетная в 2007 и 2010 годах положительный эффект от применения микробных препаратов, как правило, был слабее, чем в благоприятном по гидротермическому режиму 2008 году. При этом в 2010 году данный сорт формировал относительно высокую урожайность зерна (1,6 т/га), в целом превосходя по данному показателю сорт Свапа. В этой связи мы предполагаем, что сорт Ланцетная обладает более высокой экологической устойчивостью.

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа показали, что у сои вклад генотипов микроорганизмов является основным фактором, влияющим на семенную продуктивность (34%), и значительно превосходит действие сортов растений (5%), а также взаимодействие «сорт-штамм» (17%). При этом выявлена сильная зависимость эффективности симбиотической системы сои от неконтролируемых факторов (44%), что подчеркивает необходимость использования при возделывании данной культуры микробных препаратов, способствующих повышению ее экологической устойчивости.

Качество урожая и белковая продуктивность. В среднем за годы исследований наибольшей белковой продуктивностью отличались агроценозы сои Свапа, превосходившие по данному показателю сорт Ланцетная на 11,1%, что обусловлено большей семенной продуктивностью, мощным симбиотическим аппаратом и более высоким содержанием белка в зерне (табл. 5).

Таблица 5 - Качество зерна и белковая продуктивность сортов сои, среднее

2007, 2008, 2010 гг.

Показатели Свапа Ланцетная

Содержание белка в зерне, % 42,17 41,10

Сбор белка с урожаем, т/га 1,10 0,99

Доля азота воздуха в урожае зерна, % 44,60 50,20

Содержание жира в зерне, % 20,23 20,53

По вкладу симбиотически фиксированного азота в урожай, также как и по масличности зерна, изучаемые генотипы не имели существенной разницы.

Создание эффективных в хозяйственном отношении РМС в сортовых посевах сои позволило улучшить качество урожая.

В связи с усилением азотфиксирующей деятельности агроценозов сорта Свапа в вариантах с применением штамма В. japonicum 634а, эндомикоризных грибов и ризобактерий с Мо наряду с увеличением

продуктивности произошло повышение белковости зерна с 42 до 44,0-44,7%. Интродукция в ризосферу сорта Ланцетная препарата АМГ и ассоциативных бактерий в сочетании с Мо способствовала повышению содержания белка в зерне на 4,7 и 5,1%, соответственно.

Повышение белковости зерна сои в совокупности с высокой урожайностью агроценозов при формировании эффективных РМС способствовало увеличению сбора белка с единицы площади, который достигал 1,27 - 1,32 т/га в зависимости от сорта (табл. 6).

Таблица 6 - Сбор белка с урожаем различных сортов сои, т/га

Варианты Свапа Ланцетная

Контроль 1,10 0,99

БиС 1,15 1,19*

РК 1,21* 1,23*

БиС+Мо 1,25* 1,32*

АМГ 1,27* 1,26*

Штамм 6456 1,06 1,13*

Штамм 626а 1.19 1,24*

Штамм 634а 1,21* 1,25*

Достоверно при *Ро<0,05

Кроме того, создание эффективных РМС позволило повысить долю атмосферного азота в урожае зерна сои до 66 - 70% (рис. 6).

Рисунок 6 - Доля симбиотически фиксированного азота в урожае зерна различных сортов сои, % (среднее 2007, 2008, 2010 гг.)

Благодаря эффективному функционированию РМС в агроценозах сои нам удалось повысить масличность зерна на 5,3 - 7,6% в зависимости от сорта. Причем у обоих сортов максимальное повышение содержания жира в

зерне отмечено в варианте с использованием в качестве инокулята производственного штамма В. japonicum 634а.

Таким образом, использование полифункциональных свойств полезной ризосферной микрофлоры позволило повысить экологическую приспособленность сортов сои в засушливые годы и получить высококачественную, экологически безопасную продукцию растениеводства.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ РМС В СОРТОВЫХ ПОСЕВАХ СОИ

Экономическая эффективность создания агроценозов сои на основе

РМВ. Экономический анализ эффективности создания агроценозов сои на основе РМВ показал возможность существенной экономии материальных средств на возделывание.

Так, использование в агроценозах сои Свапа препарата ассоциативных микроорагнизмов (БиС) в сочетании с Мо, а также производственного штамма В. japonicum 634а за счет повышения зерновой продуктивности позволило увеличить чистый доход по сравнению с контролем на 9,4 и 10,3%, соответственно. При этом уровень рентабельности производства зерна данного сорта вырос, соответственно, на 24,1 и 22,3%. Экономия материальных средств, связанных с использованием технического азота, при активизации азотфиксирующей деятельности растений в данных вариантах составила 745,66 - 1308,9 руб./га.

Максимальный экономический эффект у сорта Ланцетная обеспечила колонизация корней ростстимулирующими ризосферными бактериями, входящими в состав препарата БисолбиСан, проведенная совместно с предпосевной обработкой семян молибденовокислым аммонием (Мо). Рентабельность производства зерна сои в данном варианте возросла в 1,2 раза по сравнению с контролем, при этом себестоимость продукции была снижена на 18,7%, а экономия материальных ресурсов за счет азотфиксации составила 3519,7 руб./га.

Энергетическая эффективность создания агроценозов сои на основе РМВ. Биоэнергетическая оценка создания эффективных РМС в сортовых посевах сои показала, что производство зерна посредством активизации растительно-микробных отношений обеспечивает главное условие ресурсосберегающих технологий - экономию затрат энергии на единицу продукции.

В целом оптимизация симбиотрофного питания сои способствовала повышению чистого энергетического дохода при возделывании сортов на 1732% и снижению энергетической себестоимости продукции на 11-18%.

Наиболее эффективным в энергетическом плане агроприемом для сорта Свапа была колонизация корней эндомикоризными грибами, которая способствовала повышению чистого энергетического дохода в 1,7 раза, снижению энергетической себестоимости продукции на 50,6%, обеспечив

максимальный коэффициент энергетической эффективности. При этом экономия энергии за счет симбиотической азотфиксации возросла в 1,3 раза.

В посевах сорта Ланцетная наибольший энергетический доход (45,75 ГДж/га) был получен при интродукции в ризосферу ассоциативных микроорганизмов в сочетании с Мо, при взаимодействии с которыми увеличивалась не только зерновая, но и белковая продуктивность агроценозов, что позволило сократить энергетические затраты на единицу продукции на 24,5%.

Таким образом, создание благоприятных условий для биологической азотфиксации в посевах сои является важнейшим приемом энергосбережения в растениеводстве, позволяя получать с гектара до 2,87-3,05 т зерна или до 1,27-1,32 т биологически ценного белка без применения минеральных удобрений при повышении энергоэффективности технологии возделывания в 1,3-1,7 раза.

ВЫВОДЫ

1. Современные сорта сои на естественном агрофоне формировали функционально схожие, но морфологически различающиеся симбиотические системы. Количество и масса активных клубеньков на корнях растений сорта Свапа были больше, чем у сорта Ланцетная на 16,7 и 37,1%, соответственно.

2. В среднем за три года исследований наибольшей белковой продуктивностью отличались агроценозы сои Свапа, превосходившие по данному показателю сорт Ланцетная на 11,1%, что обусловлено большей семенной продуктивностью, мощным симбиотическим аппаратом и более высоким содержанием белка в зерне (42%).

3. Экзогенная регуляция растительно-микробных взаимодействий в посевах сои повышала азотфиксирующую деятельность сорта Свапа и Ланцетная в 1,3-1,6 раза, по сравнению с контролем. Это позволило вовлечь в продукционный процесс 92-106 кг/га молекулярного азота, доля которого в урожае зерна сорта Ланцетная повышалась до 43,7-49,8%, а сорта Свапа - до 50,3-52,9%.

4. Создание в агроценозах сои условий для формирования эффективных растительно-микробных симбиозов увеличило реализацию потенциала продуктивности изучаемых сортов в среднем за годы исследований на 10...26% за счет улучшения метаболически значимых функций растений и большей адаптации к абиотическим стрессам при формировании симбиоза.

5. Повышение продуктивности симбиотической системы сои на 34% зависело от генотипа микроорганизмов. Максимальный хозяйственный эффект в посевах сорта Свапа был получен в вариантах с использованием штамма клубеньковых бактерий В. ]аротсит 634а и штамма АМГ & ШгагасИсеБ 7 (2,87 т/га), тогда как для сои Ланцетная лучшими стали варианты с применением ассоциативных бактерий и молибдена (3,0 т/га), а также фосфатмобилизующих микроорганизмов (2,9 т/га).

6. Оптимизация растительно-микробных взаимодействий в агроценозах сои существенно улучшала качество зерна: содержание белка возрастало с 42,1 до 44,8% у сорта Свапа и с 41,1 до 43,68% у сорта Ланцетная; масличность семян сорта Свапа повышалась до 21,3% и до 22,1% у сорта Ланцетная. При этом эффективность использования солнечной энергии (КПД ФАР) посевами сои увеличивалась на 9-26%.

7. Наиболее энергоэффективными были следующие агроприемы:

для сорта Свапа - внесение в почву препарата АМГ, которое способствовало повышению чистого энергетического дохода в 1,7 раза, снижению энергетической себестоимости продукции на 50,6%, обеспечив максимальный энергетический эффект (Кээ6,6);

для сорта Ланцетная - использование препарата ассоциативных микроорганизмов, обеспечившее снижение энергетических затрат на единицу продукции на 24,5% при повышении коэффициента энергетической эффективности в 1,3 раза.

7. Расчет экономической и энергетической эффективности производства зерна сои показал, что за счет активизации азотфиксирующей деятельности растений можно снизить материальные и энергетические затраты, связанные с внесением минеральных азотных удобрений, на 575,6 - 3519,7 руб. и на 7,60 -11,23 ГДж на гектар, соответственно, в зависимости от сорта.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. С целью максимальной реализации потенциала продуктивности сои при минимальных экономических и энергетических затратах на темно-серых лесных почвах рекомендуется применять микробиологические препараты:

для сорта Свапа - ризоторфин на основе Вгас/угЫгоЫит }аротсит, шт. 634а (инокуляция семян 200 г на гектарную норму семян);

для сорта Ланцетная - препарат на основе ассоциативных бактерий БисолбиСан (опрыскивание всходов 10% р-ром) в сочетании с молибденовокислым аммонием (Мо) (обработка семян из расчета 50 г на гектарную норму семян).

2. Препарат на основе грибов арбускулярной микоризы (АМТ) рекомендуется применять на сорте Ланцетная из расчета 5 ц/га, что позволит получать с гектара до 3 т высокобелкового зерна с наиболее высоким коэффициентом энергетической эффективности (Кээ - 4,4).

3. Для повышения устойчивости растений сои к недостатку влаги на темно-серых лесных почвах рекомендуется применять:

для сорта Свапа - препарат на основе грибов арбускулярной микоризы (АМГ) из расчета 5 ц/га;

для сорта Ланцетная - препарат на основе ассоциативных бактерий БисолбиСан (опрыскивание всходов 10% р-ром).

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

Статьи в реферируемых изданиях, утвержденных ВАК

1. Парахин, Н.В. Эффективность взаимодействия препарата ассоциативных бактерий с сортами Glycine шах. L. / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова, Ю.В. Моисеенко // Вестник ОрелГАУ. - 2009. - №5(20). - С. 35-40.

2. Моисеенко, Ю.В. Роль сорта в увеличении производства высокобелкового зерна / Ю.В. Моисеенко, Ю.В. Кузмичева, С.Н. Петрова, Н.В. Парахин // Вестник ОрелГАУ. - 2011. - №5(32). - С. 108-111.

3. Парахин, Н.В. Повышение продуктивности зернобобовых культур при взаимодействии растений с полезной ризосферной микрофлорой / Н.В. Парахин, С.Н. Петрова, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко // Земледелие. -2012. - №6 (в печати).

В других изданиях

4. Кузмичева, Ю.В. Сортоспецифичность гороха посевного к штаммам Rhizobium / Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко // Наука и молодежь: новые идеи и решения: Мат-лы III Междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей, посвящ. 65-летию образования Волгоградской ГСА, 4.1. -Волгоград, 2009.- С.202-206.

5. Парахин, Н.В. Эндо- и экзогенная регуляция процесса биологической азотфиксаци для разработки энергосберегающих приемов получения конкурентоспособной экологически чистой высокобелковой продукции растениеводства (08-04-13565) / Н.В. Парахин, A.B. Амелин, С.Н. Петрова, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко // Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России: Мат-лы конф. - Сергиев Посад, 2009.-С. 45-50.

6. Петрова, С.Н. К вопросу разработки элементов сортовой агротехники люпина узколистного на основе интенсификации биологических процессов / С.Н. Петрова, Ю.В. Моисеенко, Д.В. Удалов // Вклад молодых ученых в реализацию приоритетных направлений развития АПК: Сб. матер, науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. - ОрелГАУ. - 2007. -С.92-94.

7. Моисеенко Ю.В. Разработка биологизированных способов повышения урожайности современных сортов сои / Ю.В. Моисеенко, С.Н. Петрова // Актуальные направления развития сельскохозяйственной науки: Сб. матер, науч-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. -ОрелГАУ. - 2008. - С. 65-67.

8. Петрова, С.Н. Ресурсосберегающие технологии в растениеводстве на основе полезных микробиологических сообществ / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин, H.A. Прилепская, В.И. Толубеева, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко, И.И. Кузнецов, A.B. Амелин // I Всерос. молодежный инновационный конвент (100 инноваций идеи изобретения проекты). -Москва, 2008.-С. 162-163.

9. Моисеенко, Ю.В. Изучение штаммоспецифичности Rhizobium к сое Glycine max. L. / Ю.В. Моисеенко, СЛ. Лаврухин, Д.М. Деревягин, С.Н. Петрова // Кормопроизводство в условиях XXI века: проблемы и пути решения: Сб. матер. Международ, науч-практ. конф. - Орел: изд-во ОрелГАУ, 2009. - С. 315-318.

10. Петрова, С.Н. Производство белка в союзе с микробами / С.Н. Петрова, Н.В. Парахин, A.B. Амелин, Ю.В. Кузмичева, Ю.В. Моисеенко, Т.С. Наумкина, А.П. Кожемяков, И.И. Кузнецов // II Всерос. молодежный инновационный конвент (Лучшие разработки Зворыкинского проекта в 2009 году). - Санкт-Петербург, 2009. - С. 145-146.

11. Моисеенко, Ю.В. Влияние инокуляции и обработки семян молибденом на симбиотическую деятельность и урожайность зерна сортов люпина узколистного / Ю.В. Моисеенко, Д.М. Деревягин, С.Н. Петрова // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Сб. матер, науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. -ОрелГАУ.-2010.-С. 84-87.

12. Моисеенко, Ю.В. Влияние ассоциативных бактерий на урожайность и качество зерна сортов сои / Ю.В. Моисеенко, С.А. Лаврухин, С.Н. Петрова // Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: Сб. матер, науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. -ОрелГАУ. - 2010. - С. 203-206.

Подписано в печать 9.04.2012 г. Формат 60x90/16. Бумаг а офсетная. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Заказ 57. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве Орел ГАУ, 2012, Орел, бульвар Победы, 19

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Моисеенко, Юрий Владимирович, Орел

61 12-6/451

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Моисеенко Юрий Владимирович

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПРОДУКТИВНОСТИ СОРТОВ СОИ (GLYCINE MAXI.) ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СИМБИОЗОВ С ПОЛЕЗНОЙ РИЗОСФЕРНОЙ МИКРОФЛОРОЙ

06.01.01.-общее земледелие .

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: академик РАСХН

Н.В. ПАРАХИН

Орел-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

I. ОПТИМИЗАЦИЯ СИМБИОТРОФНОГО ПИТАНИЯ СОИ 9 КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА (обзор литературы)

1.1. Состояние, проблемы и перспективы возделывания сои в 9 России и мире

1.2. Роль зернобобовых культур в биологизации земледелия 15

1.3. Условия формирования симбиоза бобовых с полезной поч- 18 венной микрофлорой

1.4. Сортовая специфика возделывания сои 29

1.5. Экономические аспекты создания эффективных раститель- 32 но-микробных систем в посевах бобовых

II. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 39

2.1. Агрометеорологические условия в годы исследований 39

2.2. Опытный материал 42

2.3. Методы исследований 46

III. ОСОБЕННОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ 48 СОРТОВ СОИ

IV. СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ 52 СОРТОВ СОИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕГУЛЯЦИИ РМВ

V. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ РЕГУЛЯЦИИ РМВ НА ФОТО- 66 СИНТЕТИЧЕСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СОР-

ТОВ СОИ

VI. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ 75 СОРТОВ СОИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РМС

6.1. Урожайность 75

6.2. Качество урожая и белковая продуктивность 80

VII. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ЭФФЕК- 85 ТИВНЫХ РМС В СОРТОВЫХ ПОСЕВАХ СОИ

7.1. Экономическая эффективность создания агроценозов сои на 85 основе РМВ

7.2. Энергетическая эффективность создания агроценозов сои на 88 основе РМВ

ВЫВОДЫ 91

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 93

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 94

ПРИЛОЖЕНИЯ 123

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

РМС - растительно-микробная система РМВ - растительно-микробные взаимодействия

PGPR - plant-growth promotion rhizobacteria (полезные ризосферные бактерии)

К - контроль

БиС - БисолбиСан, микробиологический препарат на основе чистой культуры ассоциативных бактерий {Artrobacter mycorens 7, Flavobacterium sp. L. -30, Agrobacterium radiobacter 204, Agrobacterium radiobacter 10, Bacillus sub-tilis 4-13, Pseudomonas fluorescens 2137, Azospirillum lipoferum 137) AM - арбускулярная микориза

AMT - арбускулярно-микоризный гриб (Glomus intraradices, штамм 7)

Шт. 626а, 6456 и 6346 - производственные штаммы клубеньковых бактерий

Bradyrhizobium japonicum

PK - фосфорно-калийные удобрения

Mo - микроэлемент молибден

УППЛ - удельная поверхностная плотность листьев

ЧПФ - чистая продуктивность фотосинтеза

ФП - фотосинтетический потенциал

ФС II - фотосистема II

Yield - коэффициент квантового выхода ФС II Кээ - коэффициент энергетической эффективности

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие соеводства, в соответствии с целевой программой Министерства сельского хозяйства РФ «Развитие производства и переработки сои в Российской Федерации на период 2011-2015 гг.», является приоритетным направлением по преодолению дефицита кормового и пищевого белка в стране, который по данным ВНИИ питания РАМН составляет 1 млн. т/год (40% от рекомендуемой нормы). Тем не менее, объемы производства сои в России остаются в 5-7 раз меньше потребности народного хозяйства страны в высокобелковом сырье (Скрынник, 2010; Онищенко, 2010).

Главной причиной такой диспропорции является несоответствие условий окружающей среды требованиям биологии растений, что неблагоприятно сказывается на их семенной продуктивности (Романов, 1983; Баранов, 2005; Кочегура, 2008; Тильба, 2011). По состоянию на 2010 год, урожайность сои остается довольно низкой, как в среднем по России - 11,8 ц/га, так и по Орловской области - 9,4 ц/га. С этих позиций необходимо внедрение перспективных сортов и адаптивных технологий сои, с тем чтобы нивелировать природные риски при минимальных экономических затратах.

В решении данной задачи особое значение имеют мутуалистические взаимодействия растений сои с полезной почвенной микрофлорой, которая является важнейшим фактором адаптации культуры к неблагоприятным условиям среды, получения экологически безопасной высокобелковой и рентабельной продукции растениеводства (Проворов, 2003; Тихонович, 2009; Па-рахин, 2009; Завалин, Кожемяков, 2010).

В этой связи особую актуальность приобретает разработка элементов сортовой агротехники сои, предусматривающих использование в сельскохозяйственной практике растительно-микробных симбиозов (азотфиксирующе-го, ростстимулирующего и арбускулярной микоризы), способствующих сокращению применения минеральных удобрений.

Цель исследований - разработать элементы ресурсосберегающих сортовых агротехнологий для сои на основе формирования эффективных растительно-микробных симбиозов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- провести сравнительную оценку современных сортов сои по способности вступать в мутуалистические взаимодействия с различными группами полезных ризосферных микроорганизмов;

- изучить влияние факторов биологического и химического происхождения на симбиотическую и фотосинтетическую деятельность растений, величину и качество урожая современных сортов сои;

- определить долю симбиотически фиксированного азота в урожае зерна современных сортов сои и выявить влияние на нее приемов экзогенной регуляции растительно-микробных взаимодействий;

- выявить наиболее эффективные способы реализации потенциала продуктивности сортов сои;

- дать экономическую и энергетическую оценку производства высокобелкового зерна сои при взаимодействии растений с полезной ризосферной микрофлорой.

Научная новизна. Проведена комплексная оценка эффективности взаимодействия современных сортов сои с тремя группами полезных ризосферных микроорганизмов.

Выявлены агротехнологические приемы, повышающие реализацию потенциала продуктивности сортов сои при максимальном вовлечении биологического азота в продукционный процесс и эффективном использовании фотосинтетически активной радиации агроценозами.

Методом импульсно-амплитудной модуляции на интактных растениях сои проведен анализ функционального состояния их фотосинтетического аппарата во взаимосвязи с симбиотической деятельностью.

Практическая значимость работы. Исследования автора направлены на реализацию государственной целевой программы по развитию соеводства в России и позволяют преодолевать проблему дефицита кормового и пищевого белка.

Разработаны элементы агротехники для сои с учетом сортовых особенностей растений и генотипа полезных ризосферных микроорганизмов, способствующие повышению белковой продуктивности агроценозов на 1626%.

Разработка может быть внедрена в хозяйствах ЦентральноЧерноземного региона России на площадях, предназначенных для возделывания сои. Внедрение агротехнических приемов возделывания сои на основе растительно-микробных взаимодействий позволит не только реализовать биологический потенциал сорта и снизить экономические затраты на возделывание, но и производить конкурентоспособную экологически безопасную высокобелковую продукцию, тем самым обеспечивая качественным отечественным сырьем соеперерабатывающее производство нашей страны.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Сортовая специфичность сои по отношению к био- и техногенным факторам экзогенной регуляции растительно-микробных отношений.

• Роль симбиотрофного и автотрофного питания растений в реализации потенциала продуктивности сортов сои.

• Элементы сортовой агротехники сои, позволяющие получать высокий и качественный урожай зерна на основе создания эффективных растительно-микробных систем и снижения ресурсозатрат.

Апробация работы и публикации. Личное участие соискателя в выполнении работы составляет 80%. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых

ученых, аспирантов и студентов «Неделя науки» Орел ГАУ (Орел, 2007, 2008, 2009, 2010); Всероссийской конференции «Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России» (Сергиев Пасад, 2009); Первом Всероссийском молодежном инновационном конвенте (Москва, 2008); Втором Всероссийском молодежном инновационном конвенте (Санкт-Петербург, 2009); III Международной научно-практической конференции молодых исследователей, посвященной 65-летию образования Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2009); Международной научно-практической конференции «Кормопроизводство в условиях XXI века: проблемы и пути

решения» (Орел, 2009).

Результаты исследований были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований офи_ц №08-04-13565 (2008-2009).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе в рекомендованных изданиях ВАК Минобразования РФ - 3.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах печатного текста, состоит из введения, 7 глав, включающих обзор литературы, выводов, предложений для производства, включает 16 таблиц, 16 рисунков, список литературы (256 наименований, в том числе 37 на иностранных языках) и 10 приложений.

I. ОПТИМИЗАЦИЯ СИМБИОТРОФНОГО ПИТАНИЯ СОИ КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНОГО

БЕЛКА (обзор литературы) 1.1. Состояние, проблемы и перспективы возделывания сои в России и

мире

В последние годы наблюдается всплеск интереса к относительно новым для традиционного сельского хозяйства России культурам, среди которых соя стала наиболее выдающейся культурой современности. Проблема увеличения ее производства в нашей стране особенно актуальна.

По данным ВНИИ питания РАМН, последние 20 лет дефицит пищевого белка в России превышает 1 млн. т, что составляет третью часть пищевой потребности. Половина российского населения испытывает хронический белковый голод, преодолеть который можно лишь за счет увеличения производства растительных белков, и в основном, белка сои. По расчетам специалистов на выравнивание белкового дефицита за счет животноводческой продукции потребуются многие десятилетия, а за счет сои - 7-8 лет, что обусловлено уникальным биохимическим составом ее зерна, в котором содержится 35-45% белка, более 20% жира, 30% углеводов, 5-6% различных минеральных элементов (Мирошниченко, 2005). При этом белок сои по аминокислотному составу соответствует белкам говядины высшей категории, а по себестоимости сырья в 50 раз дешевле, что определяет его первостепенную значимость при возделывании данной бобовой культуры (Федотов и др. 1998).

Кроме того, соя используется для производства масла, отличающегося высокой биологической ценностью. Доля данной культуры в мировом производстве растительного масла составляет около 30%, тогда как на долю рапса и подсолнечника приходится, соответственно, 15 и 12% (Кадыров, Федотов,

2004). К тому же за счет уникального состава масла, получаемого из семян, соя может служить сырьем для получения альтернативного биотоплива.

Интерес к сое как сельскохозяйственной культуре третьего тысячелетия растет и в связи с ее высокой экологичностью, обусловленной средообра-зующей функцией и азотфиксирующей способностью растений. Ведь при благоприятных условиях симбиоза соя способна удовлетворять потребность в азоте за счет симбиотической азотфиксации более чем на 60% (Коломей-ченко, 2007), оставляя в почве 50-90 кг Ы/га (Кадыров, Федотов, 2004), что позволяет сократить внесение синтетических азотных удобрений под последующую культуру при вовлечении в продукционный процесс возобновляемых природных ресурсов (Синеговская, 2002).

До нашего столетия сою возделывали преимущественно на Востоке. С тех пор площадь под данной культурой стремительно расширялась в разных направлениях, превосходя первоначальные показатели в десятки и даже сотни раз (Смирнов, 1988; Жученко, 2005). А за последние 50 лет мировое производство сои возросло в 10 раз (Мирошниченко, 2005).

Так, например, в 2003 году валовой сбор соевого зерна в мире достигал 190 млн. т (площадь - 80 млн. га). В 2006 году он составил 210 млн. т., при этом площади под соей возросли в 14 раз и составили 84,5 млн. га (Зотиков, Боровлев, 2008).

В настоящее время соя возделывается более чем в 70 странах мира, где ее посевные площади в целом достигают 91,4 млн. га, валовой сбор более 209,6 млн.т. (Бражник, 2000; Баранов, 2004; Лукомцев, 2004; Медведев, 2006; Коломейченко, 2007). Причем в структуре производства всех зернобобовых культур ей отводится 85,3%.

Лидирующее место в производстве этой культуры занимают США - 75,4 млн. тонн (площадь - 29,1 млн.т., урожайность - 2,5 т/га), где зерно сои главным образом используется в качестве сырья для производства биотоплива (Алтухов, 2007).

Показателен опыт Бразилии, которая за тридцать лет, начав практически с нуля, резко увеличила посевные площади под соей и в настоящее время занимает второе место по её производству (37,5 млн. т). Кроме США и Бразилии должное внимание этой культуре уделяется в Аргентине, Китае и Индии. На долю указанных стран приходится более 90% всех посевов сои.

Производство в ведущих соепроизводящих странах мира характеризуется высокой экономической эффективностью. В США, по уровню рентабельности (32,6%) соя значительно превосходит другие полевые культуры, включая кукурузу на зерно. В Бразилии каждый гектар посевов сои обеспечивает доход, равный доходу, получаемому с 2 га кукурузы или 2,5 га пшеницы.

Из стран СНГ соя распространена в Молдове, Украине, Грузии, республиках Средней Азии. Возделывается она также в Японии, Корее, Вьетнаме и Индонезии, значительно меньше в Европе, Северной Африке, Австралии и Южной Америке (Коломейченко, 2007).

Соя занимает 4-е место в мировом земледелии после пшеницы, кукурузы и риса и первое среди зерновых бобовых и масленичных культур.

В нашей стране широкая интродукция сои началась в 1927 году, после чего с 1991 по 1996 год валовой сбор сои уменьшился более чем в 2 раза, что было обусловлено как сокращением площади посевов, так и падением средней по стране урожайности культуры, которая не превышала 0,6-0,7 т/га. Тогда как в ведущих странах-производителях этот показатель колебался от 1,8 до 2,6 т/га. Начиная с 1997 года, в России снова наблюдалось увеличение производства сои (290 тыс. га). В 2005 г. площади под данной культурой увеличились до 720 тыс. га, а в 2006 году превысили данный показатель в 1,17 раз или на 17,5% (846,4 тыс. га), урожайность составила 0,87 т/га, валовой сбор - 740 тыс. т. (Зотиков, Боровлев, 2008; Антонов, Григорьева, 2010).

Для 2010 года характерно увеличение посевных площадей под соей в 1,4 раза, при этом валовой сбор зерна увеличился до 1222 тыс. тонн, за счет роста урожайности до 1,2 т/га (Зотиков, 2011).

В целом же площади, отведенные для возделывания данной белково-масличной культуры, в нашей стране за последние десятилетия сократились более чем вдвое по сравнению с 1970 годом, что составляет около 1% от общей площади сои в мире. Причины очевидны - нехватка финансирования и слабая поддержка агропромышленного комплекса, селекционных учреждений, изменение структуры посевных площадей, выращивание наиболее востребованных, рентабельных, привычных культур.

Кроме того, выращиваемые в стране соевое зерно используется преимущественно для кормовых целей с очень низким коэффициентом конверсии в пищевой белок (6-30%).

Сложилось так, что в России деятельность, связанную с переработкой сои до недавнего времени вели единицы компаний, поэтому выращивание сои не давало заметных положительных результатов. После августовского кризиса 1998 года экспорт соевых бобов, а, соответственно, и производство, стали весьма выгодными, поскольку сильнейшая девальвация рубля закрыла доступ многим импортным продуктам питания на российский рынок. Таким образом, у отечественного товаропроизводителя появился реальный шанс закрепиться на рыночном сегменте соевых продуктов. На сегодняшний день этой возможностью активно пользуется некоторое число российских компаний, однако рыночные ниши заполнены крайне мало. В то время как, вопрос обеспечения страны продуктами переработки сои имеет общегосударственное значение (23 февраля 1993 г. подписано Постановление Совета Министров - Правительства Российской Федерации № 146 «О программе по производству и переработке сои»). В этой связи в настоящее время реализуется Программа развития производства и глубокой переработки сои, предусматривающая строительство 18 соеперерабатывающих предприятий, а также предпринимаются меры по увеличению посевов данной культуры.

Поскольку соя является теплолюбивой культурой, основные посевы ее сосредоточены в Приморском и Хабаровском краях и Амурской области

12

(около 90%) (Кобозева, 2007). Однако высокая степень адаптивности к различным почвенно-климатическим условиям открывает возможности ее возделывания на значительных территориях с умеренным климатом (вплоть до южных районов Рязанской и Тульской областей) (Ваулин, 2006; Кобозев�