Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние почвенно-экологических условий и азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и симбиотическими азотфиксаторами сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние почвенно-экологических условий и азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и симбиотическими азотфиксаторами сельскохозяйственных культур"

^, чНа правах рукописи

ПОТАПОВА Светлана Афанасьевна

ВЛИЯНИЕ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И АЗОТНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНОКУЛЯЦИИ АССОЦИАТИВНЫМИ И СИМБИОТИЧЕСКИМИ АЗОТФИКСАТОРАМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Специальности: 03.00.07 — Микробиология; 03.00.16 — Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре микробиологии и кафедре экологии Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, а также на кафедре питания растений Университета имени Гумбольдта в Берлине и в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН (г. Пушкино, Московская обл.).

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор В. Т. Емцев; доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников.

Консультант — профессор Хайнц Пешке (Германия).

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор С. В. Летунова, доктор биологических наук, про-, фессор Н. В. Мацкевич.

Ведущее учреждение—ВНИИ удобрений и агропочвове-дения имени Д. Н. Прянишникова.

в . г час. па заседании диссертационного совета

К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно о: т,,,^ -^хА.

Зашито состоится

1997 г.

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

Л. В. Мосина

Актуальность проблемы. Осуществляемая в настоящее время переориентация сельского хозяйства на разработку и освоение экологически чистых, а также энергосберегающих методов увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур приводит к необходимости частично замещать минеральные удобрения ( в первую очередь азотные ) на микробные препараты, состоящие из культур микроорганизмов, способных улучшать азотное и фосфорное питание растений, защищать растения от болезней и вредителей, стимулировать рост растений за счет выработк.. гормонов, увеличивать усвоение питательных веществ из почвы. Микробиологизация сельского хозяйства, в отличие от химизации, свободна от негативных последствий и полностью отвечает требованиям экологизации сельскохозяйственного производства. Это объясняется в первую очередь тем, что микрос тааизмы, используемые в сельском хозяйстве, выделенные из природы, являются ее продуктом, а поэтому в силу закона биологической буферности не могут накапливаться в ней в из ытке и нарушать экологическое равновесие.

В последнее время в арсенале сельскохозяйственной микробиологии накоплен целый ряд микробных препаратов, в том числе созданных на основе симбиотических и ассоциативных азотфиксаторов, направленных на экологизацию сельского хозяйства и получение экологически чистой продукции. Однако, несмотря на широкое применение препаратов азотфиксирующих микроорганизмов для снижения доз минеральных удобрений и уменьшения дефицита кормового белка, многие природные и штропо .иные факторы их эффективного использования исследованы еще крайне недостаточно."

Цель и задачи исследований. В связи с указанным, целью нашей работы было исследование влияния почвенно-экологнческнх условий и азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и симбиотическими азотфнкса^рами сельскохозяйственных культур.

В задачи исследований входило: 1.Определить воздействие почвенно-экологических условий на эффективность инокуляции бактериями р ja Pseudomonas столовой свеклы. 2. Изучить влияние почвенно-экологнческих

факторов на вынос азота столовой свеклой при инокуляции ее Pseudomonas.

3. Изучить влияние почвенно-экологических условий на состояние микробного ценоза почв при инокуляции столовой свеклы бактериями рода Pseudomonas.

4. Определить воздействие азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции гороха симбиотическими и ассоциативными микроорганизмами.

5. Изучить влияние различных доз азотных минеральных удобрений на вынос азо. а растениями гороха, инокулированного симбиотическими Rhizobium и ассоциативными диазо рофами Klebsiella и Pseudomonas, б. Изучить воздействие различных доз минеральных азотных удобрений на содержание общего азота и его подвижных форм ( NH/ и N0/ ) в почве под растениями гороха, инокулированными Rhizobium, Klebsiella и Pseudomonas. 7. Определить роль азотных минеральных удобрений и биологического азота в накоплении азота в растениях гороха и в почве при внесении Rhizobium, Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas с помощью стабильного изотопа lsN.

Научная новизна. Выявлено, что инокуляция столовой свеклы бактериями рода- Pseudomonas улучшает рост и повышает ее урожайность, сказывается на характере микробного ценоза почв и процессах трансформации соединений азота, способствующих усилению их выноса растениями, причем уровень эффективности подобного воздействия определяется рядом почвенно-экологических факторов, таких как механический состав, воздушный режим, влажность и органическое вещество почвы. Показано, что повышенные дозы азотных минеральных удобрений ( порядка 40-80 кг/га) существенно ( в 1,6-1,7 раза) ..снижают продуктивность инокуляции гороха симбиотическими бактериями рода Rhizobium. Впервые установлена высокая эффективность инокуляции гороха комплексом снмбиотнческнх бактерий Rhizobium legumincsarum и ассоциативных диазотрофов Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. Подобная инокуляция комплексом бактерий в два раза превышает эффективность действия достаточно высокой дрзм мпнг^.щ азота ( 80 кг/га), способствует лучшему использованию почвенного азота, а такие азота атмосферы растениями гороха, что обусловило увеличение их урожайности и как следствие, увеличение выноса азота с урожаем. Показано,

что комплекс бактерий Rhizobium leguminosanim + Klebsiella planticola способствовал снижению нитратов в почве, в то время как комплекс бактерий Rhizobium leguminosarum + Pseudomonas sp., наоборот, повышал их количество в почве. Установлено, что комплексная инокуляция Rhizobium leguminosarum + Klebsiella planticola и Rhizobium leguminosarum + Pseudomonas sp. не оказывает заметного влияния на изменение поглощения растениями ("NH^SC^, что свидетельствует об отсутствии накопления стабильного изотопа |5Ы в растениях и наличии в структуре урожая гороха азота, фиксированного бактериями.

Практическая значимость. Определены почвенно-экологические условия эффективного использования псевдомонад под столовую свеклу. Впервые разработан способ инокуляции бобовых культур комплексом симбиотических и ассоциативных бактерий ( Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas ), в два раза . превышающий эффективность достаточно высокой дозы минерального азота ( 80 кг/га ). Комплексные биопрепараты симбиотических и ассоциативных бактерий могут быть рекомендованы в качестве естественного способа биокоррекции загрязненной почвенной среды и обеспечения производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Материалы диссертации могут быть также использованы в исследованиях по разработке технологии производства и применения других микробных препаратов, используемых в качестве удобрений или биопестицидов, в экологической и почвенной биотехнологии. Полученные результаты используются в курсе лекций по микробиологии, микробной и экологической биотехнологии, читаемых на факультете почвоведения, агрохимии и экологии и агрономическом факультете МСХА.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на конференции молодых ученых МСХА, кафедре питания растений Университета имени Гумбольдта в Берлине, кафедрах экологии и микробиологии факультета почвоведения, агрохимии и экологии МСХА.

Публикации по результатам работы. По материалам диссертации опубликованы две печатные работы.

Структура диссертации. Диссертация содержит страниц машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы, /абота иллюстрирована 22 рисункгми, 16 таблицами. Список литературы включает работ, а том числе ... зарубежных авторов.

Рабата выполнена на кафедре микробиологии И кафедре экологии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. А.К.Тимирязева, а также на кафедре питания растений Университета им.Гумбольдта в Берлине (Германия) И в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН (г.Пущино Московской области).

Объекты и методы исследования

Объектом исследования служили почвенные диазотрофы родов Pseudomonas, Klebsiella и симбнотические бактерии рода Rhizobium.

• Исследования проводили в трех вегетационных опытах.

В первом опыте в качестве объектов исследования использовали дназотрофные бактерии Pseudomonas sp. (штамм Ai), полученные из Института биохимии и физиологии микроорганизмов РАН в г.Пущино.

Во втором и третьем опытах использовали бактерии Rhizobium leguminosanim ( штамм Pis 4 ), диазотрофы Pseudomonas sp, ( штамм PsIAn ) и Klebsiella planticola ( штамм TCXA-91 ). Штаммы бактерий Rhizobium leguminosarum Pis 4 и Pseudomonas sp. PsIAu были предоставлены Институтом экофизиологии первичной продукции г. Мюнхебсрга, Германия ( Institut für Ökophysiologie der Primarproduktion, Miinchcberg ). Штамм бактерий Klebsiella planticola TCXA-91 был получен на кафедре микробиологии МСХА. Влияние данных микроорганизмов испытывпзи на двух сельскохозяйственных культурах: столрвой свекле сорта «Бордо» и горохе посевном сортр «Прогресс Л'з 7».

Первый вегетационный onbrr был заложен па базе Института почвоведения и фотосшгтеэа РАН (г.Пущино Московской обл.) с растениями столоаоЯ. свеклы, которую выращивали на различных почвах по следующей схеме - 1. Дерносо-подзолистая среднесуглинистаа; II.Серая лесная без песка (среднесуглинистая);

III. Серая лесная с добавлением песка в соотношении объемов 1:1; IV. Пойменная среднесуглннистая почва (с добавлением навоза 4 кг/сосуд); V. Пойменная среднесуглннистая. В сосуды без дна помещали по 36 кг воздушно-сухой почвы. В каждом сосуде находилось по 4 растения.

В опыте наряду с вариантами без инокуляции растений микроорганизмами были варианты с добавлением ззотфиксирующих псевдомонад Pseudomonas sp., обладающих значительной нитрогеназной активностью. Бактерии Pseudomonas вносили в почву в виде суспензии при посеве семян из расчета Ю7 клеток на растение. Подсчет клеток в суспензии вели в амере Горяева.

В отношении оптимальности почвенно-экологических факторов, наиболее благоприятными условиями характеризуются пойменные почвы- (варианты 4 и 5). Они отличаются более высоким содержанием органического вещества (1.87 % и 2.45 %), очень высокой обеспеченностью элементами питания - подвижным фосфором (60.0 и 76.2 мг/100 г почвы) и обменным калием (28.4 и 55.6 мг/100 г почвы). При этом следует отметить положительную роль вносимого навоза который существенно улучшает ланные показатели. В . пойменных почвах максимально и содержание Ca и Mg.

Дерново-подзолистая почва значительно уступает серой лесной и особенно пойменной п чвам по наиболее важному почвенно-экологическому показателю -содержанию органического вещества: здесь оно минимально (0.58 % С), однако обеспеченность доступными фосфором и калием почвы в два раза выше, чем в серой лесной почве. Добавление песка к этой почве значительно изменяет почвенно-экологические показатели, главным образом, уменьшается содержание гумуса (гати в два раза), а также содержание обменного калия и кальция. Кислотность почв, за исключением серой лесной почвы, примерно одинаковая и характеризуется нейтральной реакцией среды (pH = 6.93-7.00). Почву увлажняли до 60 % от ПТОЗ. Для поливов использовали дистнлированную воду.

По окончании вегетационного периода определяли урожай надземной части н корнеплодов свеклы, а также вынос азота листьями и корнеплодами растений. В

почве определяли содержание бактерий, актиномицетов и грибов в начале, а также в ' конце вегетационного периода.

Вегетационные опыты с растениями гороха посевного (опыт 2 и 3) были поставлены на базе университета им.Гумбольдта в Берлине (Германия) по следующей схеме:

2 ОПЫТ: I. Контроль, II. 20 кг/га N, III. Rhizobium, IV. 20 кг/га N + RhLobium Icguminosarum (штамм Pis 4 ), V. 40 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм -is 4), VI. 80 кг/га N + Rhizobium Icguminosarum ( штамм Pis 4 ).

3 ОПЫТ: I. Контроль, II. 20 кг/га N, III. Rhizobium, IV. 20 кг/га N + Rhizobium Icguminosarum (штамм Pis 4), V. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4), + Klebsiella planticola (штамм TCXA-91 ), VI. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum ( штамм Pis 4 ) + Pseudomonas sp. ( штамм PslAu ).

Опыты проводили в 6-кратной повторности. на дерново-подзолистой легкосуглиннстой почве. В сосуды Мнтчерлиха помещали по 1,5 кг воздушно-сухой почвы. В каждый сосуд высевали по 8 предварительно проращенных семян. Семена проращивались в течение 5 дней при температуре 22°С. После появления всходов в сосудах оставили по 5 растений. В качестве азотного удобрения был использован сульфат аммония (,5NH4)2S04 с 90,2% содержанием "N. Удобрения вносились в виде водного " раствора и равномерно распределялись в почве.

Микроорганизмы вносили в виде торфяных препаратов, содержащих ]О9 клеток в 1 г торфяного препарата, из расчета 1 г торфяного препарата на 50 штук семян гороха. ,

После .уборки урожая определяли вынос азота корнями, листьями и • бобами растений, а также урожай бобов, листьев и корневой массы гороха. В почве определяли содержание общего азота, азота нитратов и аммония. Также определяли содержание 1SN в растениях и в почве. Содержание общего азота в растительном материале в первом опыте определяли феноловым методом.

( Кудеяров, 1972 ). Листья растений и корнеплоды (100 мг) сжигали в разбавленной серной кислоте ( 1 ч Н^О« : 2 ч Н20 ) с катализатором, содержащим сернокислый калий, сернокислую медь, металлический селен и цинк. Содержание азота в сожженной пробе определяли фотометрически при помощи фенолят-гипохлоридной реакции.

Содержание общего азота в почве и растениях во втором опыте определяли по методу Кьельдаля (Аринушкина, 1970 ). Содержание подвижных форм азота ( нитратной и аммиачной форм ) в почве определяли по методу СоНе-КаЬапе (модификация 1°85). Принцип метода основан на высвобождении из почвенно-поглощающего комплекса ( ППК ) ионов аммония при помощи .алюмо-калиевых квасцов. 30 г воздушно-сухой почвы заливали 100мл алюмо-калиевых квасцов ( КА1(50<)2 * 12Н20 ), в течение часа взбалтывали, а'затем отфильтровывали. Содержание ионов аммония ЫН/ в фильтрате определяли титрованием 0,01 н серной кислотой после отгонки на аппарате Кьельдаля с добавлением ИаОН и таширо-нндикатора. Содержание нитрат-ионов N03' в фильтрате также определяли титрованием 0,01 н серной кислотой после отгонки на аппарате Кьельдаля с добавлением железо-сульфатного и серебряно-сульфатного растворителей.

Проце-тное содержание стабильного изотопа 15Ы определяли на анализаторе Ы01-6РС в жидкой пробе хлорида аммония ЫН^СЬ Количественный анализ ^процентного содержания изотопов азота 15Ы проводился масс-спектрометрически после окисления аммиака до молекулярного азота. Ассимиляция "N2 определяется по увеличению процентного содержания |5Ы по сравнению с ее природной величиной. Эта величина, вычисляемая как разница между процентом в образце и

величиной его природного содержания, обозначается как избыток-атом % "Х или обогащение ( Барнард, 1957 ).

Количественный учет бактерий, актиномицетов и грибов проводили согласно методам («Методы почвенной микробиологии...», 1991). Микроорганизмы, использующие органические источники азота, определяли на мясопептонном агаре ( МПА, рН = 7,0-7,2). На МПА учитывали общее

количество микроорганизмов, в том числе Pseudomonas. Микроорганизмы, •использующие минеральные источники азота, определяли на крахмало-аммиачном агаре (КАА, pH = 7,2-7,4). На КАА учитывали бактерии, актиномицеты.

На сусло-агаре ( CA, pH = 4,5-5,0 ) учитывали микроскопические грибы. Анализы проводили в трехкратной повторности.

j Обработку результатов анализов проводили методом дисперсионного анализа ( Доспехов, 1968

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Влияние почненно-экологических условий на эффективность инокуляции бактериями рода Pseudomonas столовой свеклы.

Проведенными наблюдениями выявлено, что на эффективность инокуляции Pseudomonas sp. столовой свеклы существенное влияние оказывают почвенные условия (таблица №1 ). Так, наилучший рост и наиболее высокий урожай корнеплодов столовой свеклы от инокуляции псевдомонадами наблюдается на почве невысокого плодородия - серой лесной с добавлением песка. При. этом интересно отметить, что на серой лесной почве без внесения песка подобный эффект от инокуляции отсутствовал. Возможно, что в варианте с песком сыграл определенную роль механический состав почвы - количество почвенных частиц, имеющих размер 1-0,25 мм и придающих почве рыхлость и высокую водоотдачу, было весьма велико - 66,59%, что обусловило хорошую аэрацию почвы и, соответственно, благоприятные условия для развития аэробных Pseudomonas.

Близкие данные были получены на пойменной почве, хотя и обладающей более высоким плодородием, но, по-видимому, содержащей более благоприятные условия для функционирования псевдомонад. На почве достаточно высокого плодородия - пойменной почве ( +иаво'з ) определенного эффекта от инокуляции ие было получено. Это согласуется с известными литературными материалами, которые свидетельствуют о большей эффективности бактериальных удобрений на почвах невысокого плодородия.

8 л

Таблица Nil.

Djinanue почвеоцо-экологичсскпх условий на эффективность инокуляции бактериями рода Pseudomonas ( штамм Pseudomonas sp.) столовой свеклы.

( Вегетационный опыт, опытная база Инсти ута почвоведения и фотосинтеза РАН, г. Пущино, Московская

. обл.)

Варианты Вес надземной н подземной ( корнеплодов ) массы, г\сосуд

Листья (сухой вес) Корнеплоды (сухой вес) Корнеплоды в листья (сухой вес) Корнеплоды ( сырой вес )

Без iiuo-куля- цни С инокуляцией Эффективность инокуляции . в% Без инокуляции С . 4110- куля-цней Эффективность ииоку- ляции в% Без инокуляции С инокуляцией Эффективность инокуляции в% Без huo- куля-ции С инокуляцией Эффективность инокуляции в%

1. Дерново-подзолистая почва 63,2 75,7 ! 120. 184,4 167,6 91 247,6 243,3 98 1077 1105 103

II. Серая лесная почва 48,2 52,4 ; 1С» 95,6 110,0 115 143,8 162,4 113 612 697 114

III. Серая лесная почса + песок 43,9 68,3 ; 156 114,3 148,7 130 158,2 217,0 137 635 922 145

IV. Пойменная почва 43,2 65,8 ' 152 118,1 157,5 133 161,3 223,3 138 642 743 116

V. Пойменная почва + навоз 57,7 67,3 117 160,5 173,3 108 218,2 240,6 110 991 725 73

НСРо.« 4 4 16 9 12 16 12 18

Слабая эффективность псевдомонад на дерново-подзолистой почве, по-видимому, можно объяснить специфическими почвенными условиями, в частности, повышенным содержанием AI, Fe и другими факторами. 2. Влияние почвенно-экологических факторов на вынос азота столовой свеклой при ее инокуляции Pseudomonas. В связи с тем, что используемый для инокуляции столовой свеклы штамм Pse Pomonas обладал способностью к азотфиксации, представлялось интересным изучить вс .действие этих микроорганизмов на вынос азота растениями, культивируемыми на почвах различного плодородия. Результаты проведенных исследований по этому вопросу приведены в'таблице №2.

Как видно из таблицы, как и в случае с эффективностью инокуляции, наиболее высокий вынос азота растениями столовой свеклы наблюдался при ее бактеризации на серой лесной почве (+песок) и пойменной почвах. При этом следует отметить, что инокуляция столовой свеклы и в других почвенно-экологических условиях также способствовала значительному усилению выноса азота растениями. Это, по-видимому, можно объяснить существенной азотфиксирующей способностью псевдомонад, а также их ростактивирующей активностью) стимулирующей развитие корневой системы, что обусловливает улучшение использования и почвенного азота.

3. Влияние почвенно-экологических Факторов на состояние микробного ценоза почв при инокуляции столовой свеклы бактериями poiia Pseudomonas. Инокуляция почвы бактериями Pseudomonas перед посевом свеклы повлияла на состояние микробного ценоза вбех исследуемых почвенных типов.

Количество микроорганизмов, использующих органические формы азота, после уборки урожая было несколько больше во всех вариантах с инокуляцией по сравнению с вариантами без инокуляции. Так, количество микроорганизмов . увеличилось в серой лесной почве, серой лесной почве с добавлением песка, а также в пойменной почве с добавлением навоза. После Сборки урожая их численность также возросла в серой лесной почве, серой лесной почве с добавлением песка и в пойменной'почве с добавлением навоза. При этом следует особо подчеркнуть, что количество бактерий рода Pseudomonas к концу

вегетационного периода было больше также в вариантах с инокуляцией. Так, их численность после уборки урожая возросла в серой лесной почве, серой лесной почве с добавлением песка, но особенно в пойменной почве с добавлением навоза.

Значительно более сильное влияние оказала инокуляция Pseudomonas на численность микроорганизмов, использующих минеральные формы азота. Так, к концу вегетационного периода количество этих микроорганизмов в инокулированных вариантах в серой лесной почве было в 5 раз, серой лесной почве с песком -в 3 раза и в пойменной П"чве с навозом - в 2,1 раза больше по сравнению с теми же вариантами, но без инокуляции. В ряде инокулированных почв наблюдалось некоторое увеличение и актиномицетов, и микромицетов.

Следовательно, наблюдается положительное влияние инокуляции бактериями рода Pseudomonas на состояние микробного ценоза ряда почв, о чем говорит увеличение численности микроорганизмов, использующих главным образом минеральные формы азота. Это, по-видимому; связано с деятельностью бактерий инокулянта, способствующих высвобождению подвижных форм азота, что сказывается на усилении выноса азота растениями столовой свеклы, главным образом, на серой лесной, серой лесной с добавлением ^ска и пойменной почвах.

Важным является также тот факт, что наблюдается и увеличение количества бактерий Pseudomonas по сравнению с вариантами без инокуляции, что говорит об эффективности произведенного заражения.

Таким образом, проведенные . исследования показали, что важным условием, определяющим высокую эффективность инокуляции растений бактериями рода Pseudomonas, является ряд почвенно-экологических факторов, таких как механический состав почвы, воздушный режим, влажность и количество органического вещества, что сказывается не только на улучшении роста- и повышении урожайности столовой свеклы, но и на характере микробного ценоза почвы и процесгах трансформации соединений азота, способствующих усилению их выноса растениями.

Таблица Ms2.

Влияние почвенно-экологнческих условий на вынос азота столовой свеклой при ее инокуляции бактериями рода Pseudomonas ( штамм Pseudomonas sp. АО

( Вегетационный опыт, опытная база Института почвоведения и фотосинтеза РАН, г. Пущино, Московская

обл.)

Варианты Вынос азота растениями, мг\сосуд

Листья Корнеплоды Суммарный

Без пно-куля- ЦЯЙ С инокуляцией Эффективность инокуляции в% Без инокуляции С инокуляцией Эффективность инокуляции в % Не 3 1ШО-К)ЛП-UI1II С иноку.! 11-IMIL-ii Эффективность инокуляции в %

I. Дерново-подзолнстая почва 1213 1816 150 2740 3190 ! 16 3953 5006 127

II. Серая лесная почва 947 1442 152 1498 2203 147 24-15 3645 149

Ш. Серм лесная почва + песок 826 . 1693 205 1782 2926 164 2608 4619 177

IV. Поименная почва 977 1622 166 1581 2849 180 2558 4471 175

V. Пойменная почва + навоз 1285 1747 136 3099 2944 95 4384 4691 107

НСРо,и 21 27 - 15 18 28 34

4. Влияние азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции гороха симбиотическими и ассоциативными микроорганизмами.

В связи с неоднозначностью вопроса о характере воздействия и дозах

минерального азота на эффективность инокуляции бобовых растений

микроорганизмами нами были заложены вегетационные опыты (опыт 2 и 3) с

растениями гороха, выращиваемыми с применением различных доз азота. С этой

С

целью в сосуды вносили «стартовую» дозу азота 20 кг/га, а также повышенные в 2 и

4 раза дозы, т.е. 40 и 80 кг/га с одновременной инокуляцией растений

симбиотическими бактериями Rhizobium leguminosarum штамм Pis 4 и

ассоциативными бактериями Klebsiella planticola штамм ТСХА-91 и Pseudomonas sp.

штамм PsIA 12 отдельно и в комплексе.

Изучение влияния азотных минеральных удобрений на эффективность

инокуляции гороха Rhizobium leguminosarum (опыт 2) показало, что наблюдается

ингибирование эффекта не только высоких доз минеральных удобрений, но и

стартовой дозы (20 кг/га). Правда, повышенные дозы азота способствуют

о

увеличению общей биомассы гороха, что вызвано одним лишь действием минеральных удобрений, в то время как функционирование Rhizobium депрессировано. Следует также обратить внимание на одну важную деталь, выявленную в данном опыте - это торможение роста корневой системы гороха под воздействием повышенных доз минерального азота (таблица № 3).

Полученные нами данные еще раз поставили вопрос о необходимости дальнейших исследований по разработке новых микробиологических способов повышения урожайности бобовых вместо повышенных доз минерального азота, испозьзуя для этого не только высокоэффективные штампы Rhizobium, но и другие микроорганизмы, обладающие как способностью к азотфиксации, так н к биосинтезу ростовых веществ и антибиотиков. В связи с этим нами был поставлен вегетационный опыт с горохом (опыт № 3), выращиваемым на одной дозе азота - 20 кг/га, но с применением комплексной инокуляции растений Rhizobium leguminosarum штамм Pis 4 и ассоциативных бактерий - Klebsiella planticola штамм

Таблица №3

Влияние различпых доз минерального азота на эффективность инокуляции гороха снмбиотпческнми бактериями ( ШшоЫит ^итшозагит штамм Р1з4 ).

( Вегетационный опыт, опытная база Университета им. Гумбольдта, Берлин, Германия )

Варкапты Сухая масса, г/сосуд

ЛИСТЬЯ %ОТ контроля бобы %от контроля стручки %от контроля надземная часть. % от контроля корпи % от контроля общая масса растений % от контроля

I. Контроль 1,07 100 1,13 100 0,59 100 2,79 100 0,61 100 3,40 100

II. 20 пАга азота 1,44 135 1,49 132 0,73 124 3,66 131 0,88 144 4,54 134

щ ЩигоЫит 1ерттто5агит 1,43 134 1,56 138 0,52 88 ' 3,51 126 0,89 146 4,40 129

1У 20 кг\га + ШигоЫшп legшшnosaпIra 1,35 126 1,31 116 0,69 117 3,35 120 0,85 139 4,20 124

У 40 кг\га + ЮшоЬгат ^иттозагит 1,64 153 - 1,38 . 122 0,64 108 3,66 131 0,83 136 4,49 132

80 кг\га + ШигоЫит 1е^ттозагиш 1,67 156 1,32 117 0,73 124 3,72 133 0,90 148 4,62 136

НСРо,95 0,12 0,20 0,21 0,30 0,11 0,38

ТСХА-91 и Pseudomonas sp. штамм PsIA12, обладающих не только нитрогеназпой активностью, но и способностью продуцировать ростовые вещества и антибиотики (Емцевидр., 1994).

Результаты опыта представлены на рисунках № 1-4. Из представленных диаграмм следует, что комплексная инокуляция растений гороха Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas обеспечивала бо:лее высокий урожай бобов, чем при инокуляции одним Rhizobium. При этом существенно увеличивается общая фитомасса растений гороха, в том числе и масса корней. Все это свидетельствует о том, что комплексная инокуляция способствует лучшему снабжению растений азотом, а также обусловливает ростовой эффект благодаря способности используемых бактерий к биосинтезу фитогормонов. Здесь необходимо также отметить особо интересный факт, что эффект от применения комплекса симбиотических и ассоциативных бактерий под бобовые растения существенно (почти в 2 раза) превышает действие достаточно высокой дозы минерального азота (80 кг/га). Это имеет большое экологическое значение при рассмотрении вопросов качества сельскохозяйственной продукции и охраны природы, так как применение бактериальных культур позволяет выращивать продукцию с мшншальным нитратным загрязнением, а также щадящим воздействием на окружающую среду.

Таким образом, как видно из представленного выше материала, повышешпле дозы минерального азота существешю снижают эффективность инокуляции гороха Rhizobium. Поэтому использование повышенных доз химического азота под бобовые, инокулированные Rhizobium, не представляется целесообразным приемом. В то же время эффективность инокуляции гороха клубеньковыми бактериями Rhizobium совместно с ассоциативными диазотрофами Klebsiella и Pseudomonas почти в два раза превышает эффективность действия достаточно высокой дозы минерального азота - 80 кг/га, что обусловлено комплексным эффектом внесенных микроорганизмов - снабжение их азотом, ростовыми веществами и фитосанитарной защитой.

Рисунок 1: Эффективность комплексной инокуляции гороха ( масса, листьев, г/сосуд ).

Варианты

I. Контроль II. 20 кг/га N

III. Rhizobium

IV. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм •Pis 4)

V. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4 ) + Klebsiella "planticola ( штамм TCXA-91 )

VI. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum ( штамм Pis 4 ) + Pseudomonas sp. ( штамм PsIAn )

Рисунок 2: Эффективность комплексной инокуляции гороха ( масса бобов, г/сосуд ).

Варианты

I. Контроль П. 20 кг/га N

III. Rhizobium

IV. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum ( штамм Pis 4 )

V. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4 ) + Klebsiella planticola ( штамм TCXA-91 )

VI. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4 ) + Pseudomonas sp. ( штамм PsIA12 )

Рисунок 3: Эффективность комплексной ннокуляцин гороха ( масса корней, г/сосуд ).

Варианты

I. Контроль II. 20 кг/га N

III. Rhizobium

IV. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4)

V. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum ( штамм Pis 4 ) + Klebsiella planticola ( штамм ТСХЛ-91 )

VI. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum ( штамм Pis 4 ) + Pseudomonas sp. ( штамм PsIAi2) '

Рисунок 4: Эффективность комплексной инокуляции гороха ( общая масса, г/сосуд ).

Варианты

I. Контроль II. 20 кг/га N

III. Rhizobiuni

IV. 20 кг/га N + Rhizobiuni leguminosarum (штамм Pis 4 )

V. 20 кг/га N + Rhizobiuni legumiiiosarum ( штамм

. Pis 4 ) + Klebsiella plamicola ( штамм TCXA-91 ) VI. 20 кг/га N + Rhizobiuni legumiiiosarum ( шгамм Pis 4 ) + Pseudomonas sp. ( штамм PsIA12 )

5. Влияние оас-лкчкъ х до; зчотпых минеральных удобрений на вынос азота растениями гороха, инокулированными еимбиотическимн Rhizobium и ассоциативными лиазотрофами Klebsiella и Pseudomonas.

Изучение влияния различных доз минеральных азотных удобрений на вынос азота рвс-ениямк гороха, инокулированными Rhizobium, показало увеличение выносе: азоте: растениями гороха, главным образом бобами, под влиянием симбиотических бакт>:> Rhizobium. Так, если в контроле вынос азота бобами гороха равнялся ¡«г/сосуд, то инокуляция растений Rhizobium увеличила вынос до 56,Ъ 1>:г/сосуд. В то же время внесение 20 кг/га азота несколько понизило, & повышенные дозы ( 40 и 80 кг/га ) увеличили, но весьма незначительно, вынос ?зоте бобами инокулированного Rhizobium гороха. То есть, если шюкуляцчя / >2оЬш:т, способствовала выносу 56,8 мг азота на сосуд, то ¿несение по фону инокуляции 20 кг/га азота давало вынос в размере 53,2 мг/сосуд, s 43 и 80 кг/гг. азота - 57,5 и 58,9 мг/сосуд соответственно (таблица №4 ).

Следовательно, мы наблюдаем снижение эффективности приема нитрзгзшизацни бобовых при применении минерального азота. Правда, повышенные дозы азота сказались на увеличении выноса того элемента надземной частью горохг,, главным образом, листьями и стручками, а также корнями.

Полученные результаты поставили вопрос о значимости комплексной инокуляции гороха как симбцоткчзскнмн, так и ассоциативными бактериями в выносе азота растениями и роли минерального азота.

Результаты проведенного опыта представлены в таблице №5. Как видно из таблицы, увеличение выноса азота горохом происходило не только под влиянием Rhizobium leguminosarum, но особенно при совместном действии Rhizobium и Klebsiella, а также Rhizobium и Pseudomonas (на фоне 20 кг/га азота). Добавление диазотрофов Klebsiella и Pseudomonas к Rhizobium позволило увеличить общий вынос азота растениями гороха с 119,2 мг/сосуд в варианте только с Rhizobium до 159 и 178,5 мг/сосуд в вариантах с Klebsiella и Pseudomonas.

Таблица N94.

Плагине различных доз минерального мета на вынос азота растениями гороха, цсскуларовацни.'ш симбиотическнмш бактериями ШшоЫит ^ипипозагит штамм

Р1$4.

( Вегетационный опыт, опытная база Университета им. Гумбольдта, Берлин, Германия )

Вынос 'зота растениями, мг/сосуд П

Взрнацты листья %от бобы % от стручки %от надземная %от корни % от общая % ОТ !

конт- конт- коит- часть К011Т- КОНТ- масса КОЕТ-

роля роля ро!- с ропг 1)1 ,-' "4, И [' >0ПЯ

I. Контроль 20,54 100 40,29 100 11,56 100 72,3? 100 10,44 100 32,82 100

11 20 кг\га азота 26,44 129 54,99 136 14,88 129 96,31 133 12,76 122 109,07 132

III НЫлсЫит идштпо&тип 27,69 135 56,80 141 10,62 ?/. 95,11 131 14,67 141 109,78 Ш

1У 20 кг\га + КЬаоЫшп ¡1 3)52 [е^^иттогагит || ьз 53,24 132 18,05 156 102,81 142 16,42 137 119,23 144 :

У 40 кг\га + ИЫгоЫит ; 1г£шшг.05гпт1 ] 37,51 183 57,4? Ш 19, 167 114,?:, 158 14,30 :У) пг,л 155

У! 80 ет\га + ШигоЫит ^итшозапип 41,42 202 ;з,9£ 146 27,07 2М 127,47 176 22,38 214 145,56 131 *

НСРо,95 | 2,52 7,71 5.19 6,07 2,02 10,53

Таблица Ns5.

Влияние различных доз минерального азота на вынос азота растениями гороха, ипокулированными снмбнотическнми бактериями Rhizobium Ieguminosarum штамм-Рк4 и ассоциативными дназотрофамн Klebsiella planticola штамм ТСХЛ-91 и Pseudomonas^. штамм PsIA12

( Вегетационный опыт, опытная база Университета им. Гумбольдта, Берлин, Германия )

Варианты Вынос азота растениями, мг/сосуд

листья % от контроля бобы %от контроля стручки %от контроля надземная часть %от контроля корни %от контроля общая масса растений % от контроля

I. Контроль 20,54 100 40,29 100 11,56 100 72,39 100 10,44 100 82,82 100

II. 20 кг\га азота 26,44 129 54,99 136 14,88 129 96,31 133 12,76 122 109,07 ¡32

III Rhizobium Ieguminosarum 27,69 135 56,80 141 10,62 92 95,11 131 14,67 141 109,78 133

jy 20 кг\га + Rhizobium leguminosamm 31,52 153 53,24 132 18,05 156 102,81 142 16,42 157 119,23 144

40 кг\га + Rhizobium v- Ieguminosarum + Klebsiella planticola 39,90 194 84,05 209 14,11 122 138,06 191 21,01 201 159,07 192

80 кг\га + Rhizobium У- Ieguminosarum + Pseudomonas sp. 45,21 220 97,04 241 15,69 136 157,94 218 20,60 197 178,54 216

HCPo.95 2,52 7,71 5,19 6,07 2,02 10,63

Соответственно, эффект от применения бактерий Klebsiella, и Pseudomonas совместно с Rhizobium на фоне 20 кг/га азота был даже большим, чем от применения 80 кг/га минерального азота и инокуляции Rhizobium.

Следовательно, повышенные дозы минерального азота не только не сказываются существенным образом на урожае бобов гороха, но и на выносе азота растениями из почвы. . Компле&гяда же. пнохувщт гороха симбиотическими бактериями Rhizobium и ассоциативными ди;-строфами Klebsiella и Pseudomonas способствовала лучшему использованию почвенного азота, а также азота атмосферы растениями горох®, и, как следствие, увеличению выноса с урожаем этого важного для растений элемента. 6. Влияние различных доз минеральных азотных удобрений на сслсчч-общего азота и его подвижных форм ( NH^ 11 i Ю3" 1 в почя; поп ■застг-.чдмн гороха, инокулиропаниыми снмбиоткческпмк Rhizobium я ассопк&тт*з.шуи ЛИЭТотро<*>пмя Klebsiella и Pseudomonas.

Результаты проведенных исследований псхезыэзют, что unter место определенное увеличение содержания мота в почве яегетациойкого опыта при использовании минерального азота, однако "то особенно отмечается ■ при инокуляции растений гороха мнгрссрлшизмгма. Так, если внесение 80 кг/га азота (+Rhizobium) повысило содерданяе дзота э почв« да 116%, то инокуляция гороха Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomocss ( По фону 20 кг/га азота) увеличила содержат« этого элемента на И8% я 121% соответственно. Здесь следует подчеркнуть, что нгскотря на' значительный вынос азота с урожаем, который особенно возрастает нй фоне применения бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + fseudomonas, уменьшения содержания азота в почве не происходит, а наоборот, отмечается тенденция к его увеличению.

Можно предположить, что увеличение содержания общего гзотз в почве в вариантах Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas произошло за счет накопления биологического азота, фиксированного комплексом бактерий.

Кроме того выявлено, что применение комплекса бактерий на фоне минимальной стартовой дозы азота ( 20 кг/гс ) может быть более эффективным, чем дейстЕиё ЗС хг/га азотных минеральных удобрений + Rhizobium.

Среди подвижных форк азота в почве существенное значение имеет содержание нитратных рср«: ззота, которые влияют на качество сельскохозяйственной пр-слухцки и состояние окружающей природной среды. В этом отношении иут'.ьес-м»; является влияние минеральных азотных удобрений на содержэк>:*, подвижных форм азота в почве под горохом, ннокулированным RhizoV;j".1, а также Rhizobium + ассоциативные диазотрофы ( рисунок №5 ).

Проведенными наблюдениями показано, что общее содержание подвижного азота (НЕ/ и NOj") в почве существенно увеличилось при внс.ении минеральных азотных удобрений, однако инокуляция растений микроорганизмами «ще более усиливает накопление этих соединений. Применение комплекса микроорганизмов Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas (по фону 20 кг/га N) увеличило суммарное содержание подвижных соединений азота в почве по сравнению с контролем в 1,3 и 1,4 раза соответственно. Уменьшение суммарного содержания подвижных форм азота по сравнению с контролем наблюдалось в вариантах с внесением 20 кг/га азота и Rhizobium, что, возможно, связано с некоторым усилением денитрификационного процесса.

Что касается изменения содержания отдельных форм подвижных соединений азота, тс, как было установлено, содержание нитратного азота в почве возрастает с увеличением дозы азотных удобрений. Так, при 80 кг/га азота + Rhizobium содержание азота нитратов в почве увеличивается почти в 2 раза. Инокуляция растений гороха микроорганизмами по фону различных доз минерального азота дала неоднозначный эффект. Применение Rhizobium по фону без азотных удобрений, а также при применении только 20 кг/га азота наблюдается довольно низкий уровень содержания азота нитратов в почве по сравнению с контролем.

Воздействие комплекса Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium +

Рнсупок 5: Влияние различных доз минеральных удобрениГ .ол"рж-ии». Подвижных форм азота NH4+ + NOj" в почве под; .-»по/:». --оку^нровгп-'ь^ ?Ыи>Мятя leguminosanim штамм Pis4, Klebsielv > - •.:• »• штамм ТСХА-91 я Pseudomonas sp. штамм PsIA12

Варианты

а N11/ о NOj"

I. Контроль П. 20 кг/га N

Ш. Rliifobium leguminosarum IV. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum V. 40 кг/га N + Rhizobium leguminosarum VI. 80 кг/га N + Rhizobium leguminosarum

VII. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosarum + Klebsiella planticola

VIII. 20 кг/га N + Rhizobium leguminosamm + Pseudomonas sp.

Pseudomonas hs. накопление нитратог довольно различно. Бактерии Rhizobium + Klebsiella несколько увеличивают содержание подвижного азота в почве за счет аммиачной формы, снижая при этом содержание нитратов ( 1,17 мг/100г почвы - общее содержание подвижного азота, в том числе 0,62 мг/100г нитратного азота и 0,55 мг/Ю0г азота аммиачного). Бактерии Rhizobium + Pseudomonas несколько увеличивают содержание подвижного азота в почве за счет нитратных форм ( 1,29 кг/iOOr почвы - общее содержание подвижных форм азота, в том числе 0,81 мг/100г азота нитратного и 0,48 мг/ЮОг азота аммиачного ).

В целом, использование комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas увеличило содержание аммиачного азота в почве по сравнению с контроиек з 1,6 и 1,4 раза соответственно.

Таким образом, проведенные исследования показали, что бактеризация растений гороха комплексом симбиотических Rhizobium и ассоциативных Klebsiella и Pseudomonas кг фоне минимальной «стартовой» дозы азота (20 кг/га), с одной стороны, способствует определенному увеличению содержания азота в почве, а с другой - снижает накопление нитратов. Это еще раз указывает на целесообразность комплексной инокуляции бобовых растений симбиотическими и ассоциативными бактериями по фону «стартовой» ( 20 кг/га ) дозы азоте, б то время как более высокие дозы азота ( 40 и 80 кг/га ) нивелируют значимость инокуляции.

7. Роль азотных минеральных удобрений и биологического азота в накоплении азота в растениях гороха и в почве при внесения Rhizobium. Rhizobium + • Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas с использованием стабильного изотопа ISN.

Предыдущими исследованиями установлено, что минеральный азот в повышенных дозах в целом негативно сказывается на эффективности бактеризации гороха, в то время как «стартовая» доза обеспечивает оптимальные условия для инокуляции растений симбиотическими бактериями и ассоциативными диазо,рофами, что способствует увеличению продуктивности гороха и накоплению азота в растениях и в почве. Учитывая результаты

2к

опытов, которые показали, что применение комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas приводило к существенному увеличению урожайности и выноса азота у гороха, нами был поставлен вегетационный опыт с использованием стабильного изотопа l5N с целью определить природу азота, за счет которого произошло это увеличение.

Как известно, метод меченых атомов ( а именно стабильный изотоп 15N ) широко применяется для изучения симбиотической и ассоциативной азотфиксации (Калининская Т.А., 1971; Калининская Т.А., Миллер Ю.М., 1989; Посыпанов Г.С., 1993 ). Использование современной масс-спектрометрической техники позволяет проводить определение содержания "N в исследуемых объектах с большой точностью и улавливать различия в количестве l5N, содержащемся в образце, порядка 0,001-0,002 избытка атомного % изотопа 15Ы ( Вильсон, 1954 ).

Так как 13N содержался в минеральном азотном удобрении (("NH^SOi), можно предположить, что процент стабильного изотопа в урожае и есть доля химического азота. Аналогично процент "N, "одержашийся в почве, является долей азота минерального удобрения. То есть, количество вносимых удобрений должно являться прямо пропорциональным содержанию стабильного изотопа "N в растениях и в почве.

Результаты изучения содержания lsN в различных органах растений гороха представлены в таблице №6.

Как видно из таблицы, внесение Rhizobium + Klebsiella, а также Rhizobium + Pseudomonas ( на фоне 20 кг/га азота) не оказывает заметного воздействия на изменение поглощения растениями "N. Тот факт, что не происходит накопления "N в растениях, говорит о присутствии в структуре урожая гороха азота, фиксированного микроорганизмами, за счет которого, а также за счет ростстимулирующих веществ микроорганизмов и происходит увеличение урожайности гороха.

Возвращаясь к таблицам ii>3-5 и рис. №1-4, где показаны урожайность и вынос азота горохом, и сопоставляя эти данные с данными таблицы № 6, можно сделать вывод о том, что увеличение выноса азота в вариантах с внесением

ZS

бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas ( по фону 20 кг/га азоте) и, как следствие, увеличение урсжайности гороха происходило в основном за счет азота, поставляемого азотфиксирующими микроорганизмами, доля которого в урожае гороха в этих вариантах была значительно выше, чем в остальных вариантах. При внесении повышенных доз азотных удобрений доля биологического тзоте уменьшается, заменяемая азотом минеральным.

Значительное увеличение содержания стабильного изотопа 15N во всех частях растений гороха, a s особенности в плодах и стручках - товарной части урожае - в вариантах с 40 хг/га И + Rhizobium и 80 кг/га N + Rhizobium указыв?гт н& увеличение доли минерального азота при применении повышенных дез минеральных удобрений. Поэтому существует реальная угроза загрязнения нитратами товарной части продукции при значительных дозах митральных удобрений.

Что кесьется содержания стабильного изотопа "N в почве, то результаты проведенных исследований "редставлены в таблице №7.

Как видно т таблицы, при увеличении дозы азотных удобрений до 40 и 80 кг/гг (+инокуляция Rhizobium) процентное содержание l5N в почве увеличивается практически пропорционально. ¡3 то же время в почве, куда были внесены Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas ( по фону 20 кг/га азота ), наблюдалось определенное снижение стабильного изотопа l5N ( в % от общего азота ).

Выявлено определенное влияние комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobiun. + Pseudomonas на содержание нитратной формы азота в почве. Содержание ,3N в % от нитратной формы несколько снижается в почве от применения бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas ( по фону 20 кг/га N) по сравнению с культурой Rhizobium по фону 20 кг/га N с 6,7% до 4,7% и 4,9% соответственно. Комплекс Rhizobium + Pseudomonas на том же фоне способствует снижению содержания и аммиачного азота в почве с 2,5% до 1,4%.

Снижение содержания подвижных форм азота в почве - амиачной и нитратной - при применении комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и

Таблица А°6

Содержание стабильного изотопг; ''И в ;;а:1!К1Я ,

выращенного иг у»личных дозах азота и нпокуи-« :: »?.:-" л КЫгоошп >£чпипо5агит цгамм Р Я'-г: 1е£ит1по*агит штам»: ?и< + КЧЬвЬ1;?. ". ¿гг&иис 7СХА-95 и ШнгоЫит |е<;ипнпо5агип1 к-гмм 7'л'1 + 3ir.or.as 5у. хгамм

г»з;а!я,

( Вегетационный опыт, опытная базе Университета .ч«:. Гумйзпдта, Берлин, Германия )

¡1 Свяфкяч зтябяльио" иги*. "Н, ^ Зар<г-:т ¡;_% от осЧ'.'.го __

. 1, .......... ; '1 листах плод»:

! 3. .Чонгроль ¡1 0,439 0,472 о/;;

3:. 20 кг\гг. азота ¡! 6,480 8,391 8,717 5,477 ' '

Ш. ^¡гоЫиш [ 0,429 ^^иштозагиш !| 0,460 0,7:8 0,510

| пу 20 кг\г8 + ЯгнгоЫит I " " ' ^иттоБагат ",868 8,563 8,415 5,864

^ 4С ;<г\гг + НЫгоЫит • 1е^тто5агит 12,018 15,563 16,511 12,330

У» 80 кг\пз + [ЩгоЫит кзиттозагит 23,375 29,842 29,371 23,465

40 кг\га + КЫ7оЫит ^итто5агит + К!еЬ5!е!!а р1ап||со1а 6,279 8,348 8,031 ! 5.529 !

80 кг\га + ЮпгоЫит VIII. 1е^т1по5агиш + РзеиротопаБ ер. 6,405 7,847 3,096 6,610

НСРв.,5 || 0,410 0,088 0,078 0,079

Таблица №7

Содержание стабильного изотопа lsN в почве под горохом , выращенным на фоне различных доз минерального азота и инокулпрованного Rhizobium leguminosarum штамм Pis4, Rhizobium leguminosarum штамм Pis4 + Klebsiella planticola штамм TCXA-91 и Rhizobium leguminosarum штамм Pis4 + Pseudomonas sp. штамм PsIA12.

( Вегетационный опыт, опытная база Университета им. Гумбольдта, Берлин, Германия )

Вариант Содержание i5N в почве в %

от общего азота от ГчН/ от NOj'

I. Контроль 0,666 1,896 1,435

II. 20 кг\га азота 1,162 2,505 3,954

jjj Rhizobium leguminosarum 0,506 1,598 1,172

1У 20 кг\га + Rhizobium leguminosarum 1,203 2,467 6,701

У 40 кг\га + Rhizobium leguminosarum 1,779 3,638 10,683

80 KrVa + FMzobium leguminosarum 3,163 11,469 23,291

40 кг\га + Rhizobium V- leguminosarum + Klebsiella planticola 1,147 2,068 4,742 ,

80 кг\га + Rhizobium Vni- leguminosaaim + Pseudomonas sp. 1,111 1,424 4,898

HCPo.95 0,128 0,756 0,278

га

Rhizobium + Pseudomonas позволяет уменьшить опасность загрязнения водоемов, а также подземных и грунтовых вод нитратами, что еще раз свидетельствует о практической значимости инокуляции сельскохозяйственных растений чистыми, но в особенности смешанными культурыми микроорганизмов, обладающими способностью к азотфиксации, биосинтезу ростовых веществ и антибиотиков.

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе изучали воздействие почвенно-экологических условий н азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и снмбиот1гческими бактериями сельскохозяйственных культур. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Показано, что эффективность инокуляции столовой свеклы бактериями рода Pseudomonas определяется почвенными условиями. Так, наибольший эффект от инокуляции свеклы наблюдался на серой лесной почве с песком и пой-менно" почве (урожай корнеплодов повышался на 177% и 175% соответственно, усиливался вынос азота растениями свеклы). По-видимому, в случае с серой лесной почвой внесенный песок улучшал аэрацию, а высокое содержание коллоидных "астиц в пойменной почве способствовало активизации инокулянта и повышению эффективности его действия на растения.

2. Выявлено, что инокуляция Pseudomonas столовой свеклы на серой лесной (+ песок) и пойменной почвах оказывает определенное влияние на состояние их микробного ценозз. Это проявляется, в частности, в увеличении численности почвенных микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, обуслоапенном деятельностью псевдомонад, способствующих высвобождению подвижных форм азота и усилению выноса азота растениями.

3. Повышенные дозы азотных минеральных удобрений (порядка 40-80 кг/га) существенно (в 1.6-1.7 раза) снижают продуктивность инокуляции гороха симбнотическимн бактериями рода Rhizobium. Использование повышенных доз минерального азота под бобовые (в частности, под горох), инокулнро-ванные Rhizobium, не представляется целесообразным приемом.

4. Впервые установлена высоки эффективность инокуляции гороха комплексом симбнопгческих бактерий Rhizobium leguminosarum и ассоциативных

диззотрофов Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. Выявлено, что комплексная инокуляция указанными бактериями почвы в 2 раза превышает эффективность действия достаточно высокой дозы минерального азота (80 кг/га), что обусловлено синергическим эффектом внесенных микроорганизмов - снабжением растений азотом, ростовыми веществами и фитосанитар-ной защитой.

5. Показано, что повышенные дозы азотных минеральных удобрений не сказываются существенным образом не только на урожае гороха, но и на выносе азота растениями из почвы. При этом эффективность инокуляции Rhizobium несколько снижается. В то же время, комплексная инокуляция гороха сим-биогическкми бактериями Rhizobium leguminosarum и ассоциативными диа-зотрофами Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. способствовала лучшему использованию почвенного азота, а также азота атмосферы растениями гороха, что обусловило увеличение их урожайности и, как следствие, увеличение выносы азота с урожаем.

6. Бактеризация растений гороха комплексом симбиотических бактерий Rhizobium leguminosarum и ассоциативными диазотрофами Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. на фоне стартовой дозы азота (20 кг/га) способствует определенному увеличению содержания общего азота в почве, в том числе аммиачного. При этом, если комплекс бактерий Rhizobium leguminosarum + Klebsiella planticola способствовал снижению содержания нитратов, то комплекс бактерий Rhizobium leguminosarum + Pseudomonas sp., наоборот, повышал их количество.

7. Применение метода стабилыГых изотопов ( 15N )позволиЛо установить, что комплексная инокуляция Rhizobium leguminosarum + Websieila planticola и Rhizobium leguminosarum + Pseudomonas sp. не оказывает заметного влияния на изменение поглощения растениями ( : NH4)2S04, что может свидетельствовать об отсутствии накопления стабильного N в растениях и наличии в структуре урожая гороха азота, фиксировашюго бактериями.

8. Подводя irroni проведенным исследовшшям, необходимо подчеркнуть, что впервые разработанная нами комплексная гаюкуляция бобовых культур сим-

биотическими бактериями Rhizobium leguminosarum и ассоциативными диа-зотрофами Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. представляет собой новое, весьма перспективное направление в сельскохозяйственной биотехнологии, которое должно иметь большую практическую значимость в деле биокоррекции загрязненной почвмГной среды и обеспечения производства экологически чистой продукции.

9. Совместное применение симбиотнческих Rhizobium leguminosarum и ассоциативных азотфиксаторов Klebsiella planticola и Pseudomonas sp. позволяет значительно снизить дозы минеральных азотных удобрений или полностью отказаться от них.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Потапова С.А. Влияние различных источников азота - химического и биологического - на содержание и состав его подвижных форм в растениях гороха, • инокулированных снмбиотическими и ассоциативными бактериями. Рукопись депонирована во ВНИИТЭИАгропром № 32 ВС-97 18 марта 1997 г.

2. Потапова С.А. Эффективность инокуляции бактериями рода Pseudomonas столовой свеклы. Рукопись депонирована во ВНИИТЭИАгропром № 33 ВС-97 18 марта 1997 г.

3. Потапова С.А., Пешке X., Молленхауэр Ш., Емцев В.Т., Черников В.А. Эффективность инокуляции гороха снмбиотическими и ассоциативными диазо-трофамн в зависимости от различных доз минерального азота. Известия ТСХА., № 2, 1997 (в печати).