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"

И-з Шч

, На правах рукописи

ПОТАПОВА Светлана Афанасьевна

Г'

. ■ ■ !

ВЛИЯНИЕ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И АЗОТНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ 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, Москов екая 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, профессор Н. В. Мацкевич.

Ведущее учреждение—ВНИИ удобрении и игропочвозе-дения имени Д Н Прянишникова

Зашит^ состоится ^ 1997 г

в '' Ч "7", час на заседании диссертационного совета К 120 35 06 в Московской сельскохозяйственной академии имени К А. Тимирязева по адресу 127350 Москва, у л Тг-миррзевская, 49 Ученый созет ТСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан Л& "-¡^ 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 « вредителей, . стимулировать рост растений за счет выработь.. гормонов, увеличивать усвоение питательных веществ из почвы. Микробнологизацня сельского хозяйства, в отличие от химизации, свободна от негативных последствий и полностью отвечает требованиям экологизации сельскохозяйственного производства. Это объясняется ь первую очередь тем, что микрос 'г&аизмы, 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 снмбиотических' и ассоциативных аэотфиксаторов, 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 iHTpono .иные факторы их эффективного использования исследованы еще крайне недостаточно. • _

11ель и задачи исследований. В связи с указанным, целью нашей работы было исследование влияния почвенно-экологических условий и азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и симбиотическими азотфиксат^ рами сельскохозяйственных культур.

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

чЧ rWltlHAh

Мое."

НАУЧИЛЛ БМБЛНаТЕКА

■ 'ЛДвмии

факторов на вынос азота столовой свеклой при инокуяяции ее Pseudomonas } Изучить влияние почвенно-зкологических условии на состояние микробного ценоза почв при инокуляции столовой свеклы бактериями рода Pseudomonas

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

5 Изучить влияние различных доз азотных минеральных удобрений на вынос азо л растениями гороха, инокулированного симбиотическими Rhizobium и ассоциативными диазо рофами Klebsiella и Pseudomonas 6 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 удобрении и биологического азота в накоплении азота а растениях гороха и в почве при внесении Rhizobium, Rhizobium +■ Klebsiella и Rhizobium Pseudomonas с помощью стабильного изотопа "N

Научная новизна, Выявлено, что инокуляция столовой свеклы бактериями рода Pseudomonas улучшает рост н повышает ее урожайность, сказывается на характере микробного ценоза почв и процессах трансформации соединений азота, способствующих усилению их выноса растениями, причем уровень эффективности подобного воздействия опредечяется рядом почвенно-экологических факторов таких как механический состав, воздушный режим, влажность и органическое вещество почвы Показана, что повышенные дозы азотных минеральных удобрений ( порядка 40-80 кг/га ) существенно ( в 1,6-1,7 раза) снижают продуктивность инокуляции гор >ха симбиотическими бактериями рода Rhizobium Впервые установлена высокая эффективность инокуляции гороха комплексом симбиотических бактерии Rhizobium leguminosarum н ассоциативных диазотрофов Klebsiella planticola и Pseudomonas sp Подобная инокузяция комтехсом бактерий в два раза превышает эффективность действия достаточно высокой доз»-' ■ * азота ( 80 кг/га ), способствует тучшему испотьзованию почвенного азота, а также азота атмосферы растениями гороха, что обусловило уветнчение их урожайности н как следствие, увеличение выноса азота с урожаем Показано,

что комплекс бактерий Rhizobium leggmiionrum + 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 ("NRi^SO«, что свидетельствует об отсутствии накопления стабильного изотопа ,5N 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 {22 страниц машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списха литературы Работа иллюстрирована 22 рисунками, 16 таблицами Список литературы включает (&S работ, в том числе ^зарубежных авторов

Работа 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 Пущине Московской области)

Объекты н методы исследования

Объектом исследования служили почвенные диазотрофы родов Pseudomonas, Kltbsie.'a и симбиотические бактерии рода Rhizobrum

■ Исследования проводили в трех вегетационных опытах.

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

Во втором и третьем опытах использовали бактерии Rhizobium legumuiosarum ( штамм Pis 4 ), диазотрофы Pseudomonas sp, ( штамм PsIAu ) и Klebsiella planticola ( штамм ТСХА-Ч1 ) Штаммы бактерии Rhi/obium Icguminosarum Pis 4 и Pseudomonas sp PsIAu бы ih предоставлены Институтом зкофизиологии первичной продукции г Чюнтеберга, Германия ( Institut fur ökophysiologie der Pnmarproduklion, Munchebcrg ) Штамм бактерий Klebsiella planticola TCXA-91 быт нолучеи на кафедре чикробиоютии МСХА Взияние данных микроорганизмов ислытыв-зи на двух сезьскохозгйстаенных культурах столовой свекле сорта «Бордо» и горохе посевном coprji «Прогресс X? 7»

Первый вегетационный опыт был заложен па базе Института почвоведения и фотосинтеза РАН (г Пуилно Московской обл ) с растениями столовой сгекды, »огорую выращивали на различных почвах по слетуо^ей схеме - I Дерново подзолистая средяесутяинистая. И Серая тесная без necta (срсдиесутлинистм).

III. Серо* лесная «добавлением леска » соотношении объемов-1:1; {У.Пойменнзя срсднесуглинистая почва (с добавлением навоза 4 кг/сосуд); V. Пойменная среднесуглинисгая. В сосуды без дна помещала 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 аэотфиксирующих псевдомонад Pseudomonas sp., обладающих значительной нитрогеназной активностью. Бактерии Pseudomonas вносили в почву в виде суспензии при посеве семян из расчета 107 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 мтУЮО 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 а содержание Ca н 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-экологическне показатели, главным образом, уменьшается содержание гумуса (почти 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 ППВ. Для поливов использовали дистилированную воду.

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

почве определяли содержание бактерий, актиночицетов и грибов в начале, а также в конце вегетационного периода

Вегетационные опыты с растениями гороха посевного (опьгт 2 и 3) были поставлены на базе > ннверситета им Гумбольдта в Берлине (Германия) по следующей схеме

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

3 ОПЫТ: I Контроль, II 20 кг/га N, III Rhizobium, IV 20 кг.га N -t-Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4 ), V 20 кг/га N * Rhizobium leguminosarum (штамм Pis 4 ) -t- 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 легкосуглинистой почве В сосуды Митчерлиха помешали по 1,3 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 (,sNH«)iS04 с 90,2 а содержанием '"N Удобрения вносились в виде водного раствора и равномерно распределялись в почве

Микроорганизмы вносили в виде торфяных препаратов, содержащих 10* клеток в 1 г торфяного препарата, нз расчета I г торфяного препарата на 50 штук семян гороха

Посте .уборки урожая опредетяли вынос азота корнями, листьями и * бобами растении, а также урожай бобов, чистьеа и корневой массы герокэ В почве определяли содержание общего азота, азота нитратов и зммония Также определяли содержание "N а растениях и в почве Содержание общего азота а растительном материале в первом опыте спрелеппи феноловым методом

(Кудеяров, 1972). Листья растений и корнеплоды (100 мг) сжигали в разбавленной ссрной кислоте (1ч Н^БО*: 2 ч Н30) 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 Соие-КаЬапе (модификация 1°Ч5). 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 (КАЦЗО^! * 12Н20), в течение часа взбалтывали, а "затем отфильтровывали. Содержание ионов аммония ИН«* в фильтрате определяли титрованием 0,01 н серной кислотой после отгонки на аппарате Кьельдаля с добавлением ЫаОН и ташнро-инднкатора. Содержание нитрат-ионов N0)* 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 |3Ы определяли на анализаторе >Ю1-6РС в жидкой пробе хлорида аммония N^01. Количественный анализ ^процентного содержания изотопов азота "И проводился масс-спектрометрически после окисления аммиака до молекулярного, азота. Ассимиляция "Ы; определяется по 'увеличению процентного содержания ,5М по сравнению с ее природной величиной. Эта величина, вычисляемая как разница между процентом в образце и

величиной его природного содержания, обозначается как избыток-атом

% "и,

или обогащение ( Барнард, 1957 ). ;

Количественный учет бактерий, актнномнцетов н 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, нспользующие минеральные источники азота, определяли на крахмало-аммиачиом 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

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

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Влияние почленно-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 псевдомонадамн 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 н высокую водоотдачу, было весьма велико — 66,59%, что обусловило хорошую аэрацию почвы и, соответственно, благоприятные условия для развития аэробных Pseudomonas

Близки« 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 ( «-навоз ) определенного эффекта от инокуляции ве было получена Это согласуется с известными литературными материалами, которые свидетельствуют о большей Эффективности бактериальных удобрений на почвах невысокого плодородия

8 ч

Таблица MI.

Влнявве почвевно-экологически! условий на эффективность инокуляции бактериями род« Pseudomonas ( штамм Pseudomonas sp.) столовой свеклы.

(Вегетационный опыт, опытна* база Цвети ута почвоведения и фотосинтеза РАН, г. Пущино, Московская

. обл.)

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

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

Без инокуляции С инокуляцией. Эффективность вавку-ляцнв : э% Без инокуляции С ,инокуляцией Эффективность инокуляции в% Без инокуляции С инокуляцией Эффективность инокуляции в У. Без инокуляции С инокуляцией Эффективность инокуляции в %

I. Дерново-подзолистая почва 63Д 75,7 т. 184,4 167,6 91 247,6 243,3 98 1077 1105 103

II. Серая лесная почва ' 48,2 52,4 № 95,6 110,0 115 143,8 162,4 113 612 697 114

III. Серая лесная почва + песок 43,9 68,3 т 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 1613 2233 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

НСРол 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 циркуляции Pseudomonas В связи с тем, что используемый для инокуляции столовой свеклы штамм Pse domonas обладал способностью к азотфиксации, представлялось интересным изучить в( 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 свехлы 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 ьеноза

почв пои инокуляции столовой свеклы бактериями ройа Pseudomonas. Инокуляция почвы бактериями Pseudomonas перед посевом свеклы повлияла на состояние микробного ценоза всех 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 а серой лесной почве, серой лесной почве с добавлением песка, а также в пойменной почве с добавлением навоза После ^борки урожая нх численность также возросла в серой лесной почве, серой лесног| почве с добавление i песка и в пойменной почве с добавлением навоза Пр I этом следует особо годчерхнуть, что количество бактерий рода Pseudomonas к конц>

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

О

инокулнрованных вариантах в серой лесной почве было в 5 раз, серой лесной почве с песком -в 3 раза и в пойменной плчве с навозом - в 2,1 раза больше по сравнению с теми же вариантами, но без инокуляции. В ряде инокулнрованных почв наблюдалось некоторое увеличение и актиномицетов, и микромнцетов.

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

С;

подвижных форм азота, что сказывается на усилении выноса азота растениями столовой свеклы, главным образом, на серой лесной, серой лесной с добавлением песка 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 'процессах трансформации соединений азота, способствующих усилению их выноса растениями.

Таблица Ш

Влияние почьекио-жолог нческит условии на выпас атота столовой свеклой при ее инокуляции бактериями рода Pseudomonas ( штамм Pseudomonas sp. А|)

( üsrtiamtoi иый о п.т, огитная баи Института почвоведения и фотосинтеза РАН, г Пущина, Московская

обл )

Варгзаш Вынос амта растениями, м['.сосуд

Листь» Корнеплоды СЧчшарпын

Сет ИНО- кул»-цнн С впо-X) ля* яиЫ Эффективность амок) • линии в г. Бет инокуляции С иноку 1Я-цней Эффек-тив носи, иноку -ля um в". I.c 1 нпо м >1 1 ii 1 С ино к\ 1м t Uli Зффек-1чп-ИОНЬ iiiiom- ля дни в %

I Дгриово-шиьл! па» г м 1213 146 150 2740 ?190 llf WJ1 < 1 127

IL Серая и км гч.ч44 947 1442 152 1498 2203 147 24!4 149

HL л "очы » г ^ к 826 . 1')} 205 1782 2926 1 4 260Л U 19 177

IV. ГМм-им» 1 977 1622 166 15S1 2849 180 2554 44М 175

V. И мси>4.п.ч(11 нно) 12Я5 1747 136 зооч 2944 95 4384 46)1 107

1!СГ.„ 21 27 15 18 2Ь 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

■гг

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 олновременной инокуляцией растений

симбиотическими бактериями Rhizobium leguminosarum штамм Pis 4 и

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

штамм PsLAJ2 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 и 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

о .

leguminosarum штамм Pis 4 и ассоциативных бактерий - Klebsiella planticola штамм

Таблица Mi

Влияние рамичшл доз минера и-пого азота на эффсыивность илокучяции гороха свмбиотнческимн бактериями ( Rhuobium legumlnosarum штамм Р1я4 ).

( Вегетационным слит, опытная база Университета им Гумбольдта, Берлин, Германия )

Eif»i«ru Сухая масса, г/сосуд

листья * • ст контроля боб и V. от контроля стручки «/.от контроля надземная часть У. от контроля корпи %от контроля общая масса рааенни Чот контроля

1 h о ггро ь 1,07 1и0 1,13 100 0,59 100 2,79 100 061 100 3 40 100

IL 20 мха мота 1 4) 13S 1,49 132 0 73 124 3 66 131 0 88 144 4 54 134

Л j Rtuzot ил legwnmnsarLm 145 134 1,56 138 0 52 88 3,51 126 о ад 146 4 40 129

ц 20 ыха + Rbi^bium leguim > -irun М5 126 1,31 116 069 117 3,35 120 0 85 139 4 20 124

У 40«rra tRhuobian |е£итшю«Л1Л 1Ы 153 1.38 122 064 10S 3 66 131 0 83 136 4 49 132

iOnira t Ritf-bi-n 167 I'i 1 32 117 0,73 124 3 72 133 090 148 4,62 136

bCPtn 012 020 021 0 30 о.и 038

ТСХА-91 и Pseudomonas sp. штамм PsIA12, обладающих не только иитрогеназной 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 увеличиваете« общая

О

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

о

бактериальных культур позволяет выращивать продукцию с минимальным нитратным загрязнением, а также щадящим воздействием на окружающую среду.

Таким образом, как видно из представленного выше материала, повышенные дозы минерального азота существенно снижают эффективность инокуляции гороха Rhizobium. Поэтому использование повышенных доз химического азота под бобовые, инокулироваиные 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 фитосаиктаряой защитой.

Рис)hoi. 1. Эффемие»ос1ь комплексной инок) тяоии гороха ( иасса, лит», г/сосуд )

Вариант

I Кокгр jb

II 20 кг,и N

III Rh л bum

IV. 20 кг и N t Rtuobiun legun moiaiuni ( ujumm PiU)

V. 20 t.r/ti N * Ri г Ii un Ut-m nuvmim ( шичм Pii 4 ) t hieb îlhpbrtM la ( штамм 1СХЛ 41 )

M 20 cr ti N t Rlu- h uni letu n ovuuni ( шипи Pti 4 ) t Pieu ion L nii sp ( шимм Psl\| )

Рисунок 2. Эффективность fcovin кснон ииокуиции гороха

( масса бобов, г/сосуд )

^----,------

Варианты

I. Контроль

II 20*rftaN

III Khaobium

IV. 20 кг/га N + Rhizobium legummosaruni ( шгамм Pis 4)

V. 20 кг/га N + Rhizobium к^ипиподпип {мшмч Pi» 4 ) + Klebsiella platiticoh ( штамм ТСХА 91 )

VI 20 кг/и N + Rhuobiun legummoüruni (штамм Pis 4 ) + PiCudon unas sp ( штамм PslAI2 )

l'c.c)hm J Оффсктиеяисть юмгиенснои инок; мции tof au ( масса »ориеи, г/сосуд )

Парнашы

I Кокгр чь

II 20 (гг/14 N

III Ulli i um

IV 20 кг/га N т Rhu >t um 1 i n o^vum (uumm Pis 4 )

\ 20 nr'ra N т Rh^ot um letun jiu i ( и имч

Pti 4 ) + Klebsiella plan mla ( штамм KX\ >1 ) \l 20 И/га N t Rbzohuu lefur i j um (пичч 14» 4 ) * Pieudon с r.as sp ( иламм IMV. )

ГиС)нок 4 Эффективность кочалеьсиии ииокутяцин lopoia ( общая масса, г/сосуд)

Варианты

I Контрой II 20 Ki/ra N III Rl Ii um

IV. 2lJ Ki/Ia N + Rttil! Uli In in j^ium ( штамм Pi, 4 )

\ 20 кг/га N t Rl / t i i I t in i v iu i ( Ulli in

Pis 4 ) * Klebsiellj ph lici la ( Li! um ICV\ 91 ) M 20 ki ra N + Rl i b um Itju i ни i и I Iuuiiii Pis4 ) t Pseudomonas \p ( штамм P»l\12 )

5. Влрянре различных доз азотных минеральных удобрений на вынос азота растениями гороха, ииокулированными симбиотическими Rhizobium и ассоциативными диазотрофами Klebsiella и Pseudomonas.

Изучение влияния ¡различных доз минеральных азотных удобрений на вынос азота растениями гороха, ииокулированными Rhizobium, показало увеличение выноса азота растениями гороха, главным образом бобами, под влиянием симбиотических бактерхй Rhizobium. Так, если а контроле вынос азота бобами гороха равнялся 4С»3 и г/сосуд, то инокуляция растений Rhizobium увеличила вынос до 56,8 мг/сосуд. В то же время внесение 20 кг/га азота несколько понизило, % повышенные дозы ( 40 и 80 кг/га ) увеличили, но весьма незначительно, вынос моте бобами инокулированного Rhizobium гороха. То есть, если инокуляция Rhizobium способствовала выносу 56,8 мг азота на сосуд, то внесение по фону инокуляции 20 хг/га азота давало вынос в размере 53,2 мг/сосуд, а 40 и 80 кг/га азота - 57,5 и 58,9 мг/сосуд соответственно ( таблица №4 ). '

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

Полученные результаты поставили вопрос о значимости • комплексной инокуляции гороха как симбиотяческими, так и ассоциативными бактериями в выносс 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 обший 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 №4

Втняние ратлпчпих до) мииерали но «та на вынос аюта растениями гороха, ииокулировашшмп симйиатнчсскимн ьактерияыи КЬЦоЫит 1ееит'шо1агиш штамм

РМ.

( Втеташ с шин опит, опытах Сш Уннверситрта им Гумбольдта, Берлин, Германия )

пыпос «юта растениями, мг/сосуд |

Ра; тши листья % от бобы %от стручки У. от н ¡щечная •/.от корни •/.от общая % от '

конт- конт- коит- часть конт- копт- масса кокт-

роля роля |»«| • рот 0"Я

1 i <Ж!?аи, 20,54 100 >02 100 11 1 СЮ /2 100 10 4<? 100 и и 100

а 20 к .з акта 26 44 129 ям Пй 14 68 129 9631 133 12,76 122 109 07 132

пи Ши.?£1 шт 27;10 135 56 50 141 10 62 "•/ 95,11 131 14 67 141 109,78 Ь->

п. 20гт.а ♦ ШшчЬ х-о ¡г^лтигс^лп Л ,5 2 и; 53 4 11} 1805 156 10/,81 142 16 42 Ь/ 11923 144

40 н га * К.1 :.»Ь л; 37,31 5/1 М 19 Л 167 114,2.. 158 14,30 „/ иг, 15>

и •Ог ¡г* Р-Ьг 1 лп 41 42 202 „гэ& 146 2/07 Л 127,47 176 ¿¿,38 214 145,86 131

НС РОИ 7,71 5 19 607 2,02 10 £3

Таблица №5.

Влияние различных доз минерального азота на вынос азота растениями гороха, инокулированиыми ■ симбиотическими бактериями Rhizobium leguminosarum шгаммРЫ и ассоциативными диазотрофами Klebsiella planticola штамм ТСХА-91 и Pseudomonas^. штамм PsIAI2

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

Варианты Вынос азота растениями, иг/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 ;з2

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

1У 20 кг\га + Rhizobium leguminosarum 31,52 153 53,24 132 18,05 156 102,81 142 16,42 157 119,23 144

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

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

IICPo.,5 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 бия даже большим, чем от применения 80 кг/га минерального азота к инокуляции Rhizobium.

Следовательно, повышенные дазЫ минерального азота не только не сказываются существенным образом на урожхс бобов горохе, но и на выносе азота растениями из почвы Комплексная же. инокуляция гороха симбиотическими бактериями Rhizobium и ассоциативными диг готрофами Klebsiella и Pseudomonas способствовала лучшему использованию почвенного азота, а также азота атмосферы растениями героха, и, как следствие, увеличению выноса с урожаем этого важного для растений элемента

6. Влияние различных доз минеральных азотных удобрений на соде;?:г£<.ке общего азота и его подвижных <Ьосы Г NHj* н НСЦ") в почае под засте^-лми гороха, инокуяированными симбиотк^ескимк Rhizobium и зссоци&тчзныки ДНИУТРУфамп KIstwlto.H Р»сч<?отош.

Результаты проведенных исследований пех&твакз?, что имеет ыесто определенное увеличение содерлтання азста а гсчае вегетационного опыта при использования минерального азота, однако "о особенно отмечается при инокуляции растений гороха микрооргаикз« s и и Так, селя внесение 80 кг/га азота (+Rhlzobium) повысило содержание азота з почве as ! 16%, то иноку-яция гороха RhizoSium *- Ktebti«U& и R'.notium * Pseudomonas ( по фону :o кг/га аэотз) увеличила содержание этого элемента на I1S% к 121% cooiscTCTsemio Здесь следует подчеркнуть, что несмотря нд значительный вынос ajoia с урожае«, который особенно зазрастаег не фоне применения бактерий itbiobium *■ Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas, уменьшения содержания с юга в почве ite i ронеходиг, а наоборот, отмечается теплепция к его yse ппению

Можно прелположигь. что увеличение содержания общего азота в почве л юригнгах Rhizobiun ► Klei sie На и Khizobiun *■ Pseudomonas произошло за счет п-ксп-снпч био-сгическою азота, фш.скровзнною комляехсо*. бактерий

Кроме того выявлекс, что применение комплекса, бактерий на фоне минимальной стартовой дозы азота ( 20 кг/га ) может быть более эффективным, чем действие 83 хг/ra азотных минеральных удобрений + Rhizobium.

Среди подвижных форм азота в почве существенное значение имеет содержание нитратных ферм &зота, которые влияют на. качество сельскохозяйственной продукции и состояние окружающей природной среды. В этом отношении ивт«р«с£ыы> является влияние минеральных азотных удобрений на содержаш:$ подвижных форм азота в почве под горохом, инокулированным Rhizobium, а также Rhizobium + ассоциативные диазотрофы ( рисунок №5 ).

Проведенными наблюдениями показано, что общее содержание подвижного азота (НН/ и NOj") в почве существенно увеличилось при внк.ении минеральных азотных удобрений, однако инокуляция растений микроорганизмами . еще 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, то, 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 . +

Рпсупок 5* Влияние различных доз минеральных удобрен.»* »• од'рж'пк® подвитых форм азота МЩ* + NOj в почве пе, -ч>о» »-окупровги""^ ОДюЫпп legumlnosarum штамм РЫ, Iflebsiel-J « . i штамм ТСХА-91 ■ Pseudomonas sp штамм PsIA12

Варианты

• М14* ° NO,

I. Контроль

П. 20 кг/га N

III. Rhi^obium legummosamm

IV. 29 кг/га N Rbun1- чп tegumi^osaium

V. 40 кг/га N +• Rhuobimn legummosarum

VI SO кг/га N 4 Rl am leguTnmusanni VIT. 20 кг/га N ■*■ Rhitnh-an legom jiosajum + Klrbsiel'a fiiantreola VGL 29 кг/га N *■ Rvizobium icguimnosanim Pseudomonas sp

Pseudomonas m накопление нитратов 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/ЮОг азота аммиачного). Бактерии Rhizobium.+ Pseudomonas несколько увеличивают содержание подвижного азота в почве за счет нитратных форм ( 1,29 ьсг/!С0г почвы - общее содержание подвижных форм азота, в том числе 0,81 мг/100г азота нитратного и 0,48 мг/ЮОг азота аммиачного ).

В целом, использоег.Нл5 комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas увеличило содержание аммиачного азота в почве по сравнению с контролем а 1,6 и 1,4 раза соответственно.

Таким образом, проведенные исследования показали, что бактеризация растений гороха комплексом симбиотических Rhizobium и ассоциативных Klebsiella и Pseudomonas ksl 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 ив целесообразность комплексной инокуляции бобовых растений симбиотическими и ассоциативными бактериями по фону «стартовой» ( 20 кг/га ) дозы азота, в 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 внесении Rhizobium. Rhizobium • Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas с использованием стабильного изотопа l5N.

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

опытов, которые показали, что применение комплекса бактерий Rhizobium +■ Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas приводило к существенному узе шчению урожайности и выноса азота у гороха, нами быт поставле i 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 "N ) широко применяете* для изучения симбнотической и ассоциативнои азотфиксации (Калининская ТА. 1971, Калининская ТА, Миллер ЮМ, 1989, Посыпанов ГС, 1993 ) Использование современной масс-спехтрометрической техники позволяет проводить определение содержания "N в исследуемых объектах с большой точностью и улавливать различия в количестве "N, содержащемся в образце, порядка 0,001-0,002 избытка атомного % изотопа 13N ( Вильсон. 1954 )

Так как lsN содержался в минеральном азотном удобрении ((,5NH4)2SO« ), можно предположить, что процент стабильного изотопа в урожае и есть доля химического азота Аналогично процент ">', -одержащиися в почве, является долей азота минерального удобрения То есть, количество вносимых удобрений должно являться прямо пропорциональным содержанию стабильного изотопа "Ч а растениях и в почве

Результаты изучения содержания "N в различных органах растений гороха представлены в таблице Л»6

Как видно из таблицы, внесение Rhizobium + Klebsiella, д 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 ¡юстстныучируюшнх веществ микроорганизмов и происходит увеличение уражабностн гороха

Возвращаясь к таблицам АМ-5 и рис .Vsl-4 где показаны урожайность и вынос азота горохом, и сопоставляя эти данные с данными таблицы Ха 6, можно слетать вывод о том, что уветичение выноса азота а вариантах с внесением

бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas ( no фону 20 кг/га азота) и, как следствие, увеличение урожайности 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 г.зота уменьшается, заменяемая гзотом минеральным.

Значительное увеличение содержания стабильно го изотопа lsN во всех частях растений гороха, а з особенности в плодах и стручках - товарной части урожая - в вариантах с 40 кг/га Н + Rhizobium и 80 кг/га N + Rhizobium указывает на увеличение доли минерального азота при применении повышенных доз минеральных удобрений. Поэтому существует реальная угроза загрязнения нитратами товарной части продукции при, значительных дозах митральных удобрений.

Что касается содержания стабильного изотопа "N в почве, то результаты проведенных исследований представлены в таблице Hs7.

Как видно из таблицы, при увеличении дозы азотных удобрений до 40 и 80 кг/га (^инокуляция Rhizobium) процентное содержание ,SN в почве увеличиваете!; практически пропорционально. В то же врем» 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 определенно? влияние комплекса бактерий Rhizobium + Klebsiella и Rhizobium + Pseudomonas на содержание нитратной формы азота в почве. Содержание' ,äN 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,VA 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

Табхица

Содержание стабнчьного изотопг. V в ас-» м:.ч, выоашеииого к <зличных дозах азога и инок) т» * Шчгоочгп *?чтшо5агит и' »чи р ь, ... г ^итшозагит штам» 'и» +■ К •>Ь$Н г , % :*• ••т«. » *. С/СА-»! и КЬ«гоЬ1ит 1е8итшо5агити:—>мм ? ->- .'^ожллг. Х,'И«Й

Р...Л,,

( Вегетационный опыт, опытная база Университет« « \ Ь^^ьдта, Берлин, Резания )

Содержг "табчи.но, * г""^:'1^', ( - _Л >тоо -» _

1НС*"«, 1ЛОЛЫ. «к 1 лог,

контроль 1 0,43? 0 472 о.-..:

20 кг\~ мота 6,480 8.191 8.717 5,«77

П: О'^Ьшш 0425 • ^итшозагит 0,460 э.7:; С.510

! 20 кг\ге *Кя.гоЬшт , 1 * ^иттозатт 8 563 6.864

у 40 хг\гг «• ШнгоЬшт > 12 01& 1с^т11По5ашт • 16 56} 15,511 12.338

у, 80 кг та «■ ЮчгоЬшт | 33375 к ^и'щпояйгит ) * 29,842 29 371 23.465

40 кг ,гз ЮпыЬшт ^ И- иеит човагит 6,279 1\'еЬ$ «1 "'апь^о'а , 8.348 8.031 5 529

$0 иг\га ЯЬ)?оЬи,гГ1 \Ш. '.е^гнгк^агит *■ ; 6,405 Р;ег.^от< лаз > 7.847 3 096 6 610

1К.?о« 0 4Ю 0 085 0 07» 0 079

?У

Таблица №7

Содержание стабильного изотопа 15N в почве под горохом , выращенным на фоне различных доз минерального азот* и ннокулнрованного Rhizoblum leguminosarum штамм Pis4, Rhizobium leguminosarum штамм Pis4 + Klebsiella planticola штамм TCXA-91 и Rhizobium leguminosarum штамм Pis4 + Pseudomonas sp. штамм PsIA|}.

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

Вариант Содержание ,5N в почве в %

от общего азота от NU,* от NOj'

I. Контроль 0,666 1,896 1,435

IL 20 кг\га азота 1,162 2,505 3.954

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

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

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

yj_ 80 кг\га + Г Mzobium leguminosarum 3,163 11,469 23Д91

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

80 rr\ra + Rhizobium VUI. leguminosarum + Pseudomonas sp. 1,111 1,424 4,898

НСРо.м 0,128 0,756 0,278

2а

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

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе изучали воздействие почвенноокологических условий и азотных минеральных удобрений на эффективность инокуляции ассоциативными и симбиотическими бактериями сельскохозяйственных культур На основании проведенных исследований можно сделать спедуюшие 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 поименно" почве (урожай корнеплодов повышался на 177% и 175% соответственно, усиливался вынос азота растениями свеклы) По-видимому, в случае с серой тесной почвой внесенный песок улучшал аэрацию, а высокое содержание коллоидных "зстиц в поименной почве способствовало активизации иноку тян га и повышению эффективности его действия на растения

2. Выявлено, что инокутяция Pseudomonas столовой свеклы на серой тесной (*-песск) и поименной почвах оказывает определенное влияние на состояние их микробного ценоза Это проявляется, в частности, в увеличении численности почвенных микроорганизмов, используюоигх минеральные формы азота, обусловленном деятельностью псеадомонад. С! *л.обствующих ¿ысвОч,лкде-нию подвижных ф»,рм азота и усилению выноса азота растениями

3 Повышенные зош амтных минеральных удобрений (порядка 40-80 кг/га) существенно (в 16-17 рлга) снижают гродуюивность инокуляции гороха симйхотнческкмн бактериями ро„а Rh.iobium Использование ьовыщенных до» минерального азота под бобовые (в частности, под горох), инокулиро-юнные Rhizob um, не грелсталдаетса целесообразным приемом.

4 Di сраыв )CT&iioa.,,CH4 вьсош эффективность инокуляция гороха комплексом снмбнотнчгскнх ОиьгернЯ Rhizobium tegununosarum и ассоциативных

диазотрофов 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-биотическими 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 стабильных изотопов ( 15N )позволийо установить, что

комплексная инокуляция Rhizobium leguminosarum + Klebsiella planticola и.

Rhizobium leguminosarum + Pseudomonas sp. не оказывает заметного влияния

V

на изменение поглощения растениями ( : NH^SOt, что может свидетельствовать об отсутствии накопления стабильного . К в растениях и наличии в структуре урожая гороха азота, фиксированного бактериями.

8. Подводя итоги 1фоведенным исследованиям, необходимо подчеркнуть, что впервые разработанная нами комплексная инокуляция бобовых культур сим-

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

9 Совместное применение симбиотнческих Rhizobium leguminosarum и ассоциативных азотфиксаторов Klebsiella planticola и Pseudomonas sp позволяет значительно снизить лозы 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 симбиотическими и ассоциативными бактериями Рукопись депонирована во ВНПИТ^ИАгропром Л® 32 ВС-97 IS марта 1997 г.

2 Потапова С.А Эффективность инокуляции бактериями рода Pseudomonas столовой свеклы Pyxui ись депонирована во ВНИПТЭИАгропром № 33 ВС-97 1Й марта 1997 г

3 Потапова С Л . Пешке X. Мшиенхауэр Ш., Емцеа В Т., Черников В А Эффективность шюхуяции гороха симбиотическими и а^сидиагмзными ."яаю-грофдми я зависимости от раь.ичных доз минерального азота Известия ТСХА , Лг 2. 1997 (в I ечати)

М

Объем I1 п л

Чака! 307

Тираж 100

Типография Издательства МСХА 127510 Москва И 550 Тимирязевская ул. 44