«ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ БАКТЕРИАЛЬНО-ВОДОРОСЛЕВЫМ КОМПЛЕКСОМ»


НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Рецензент:

С.Р.Гарипова – к.б.наук, доцент

Авторы:

Л.Г.Анисимова

А.Х.Занилов

ООО «Научно внедренческое объединение

«Институт органического сельского хозяйства»

В рекомендациях рассмотрены научные основы использования комплекса микробиологических удобрений на основе бактерий рода Bacillus и культуральной среды одноклеточных зеленых водорослей рода Chlorella.

Микробиологические подходы к вопросам решения задач увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур, повышения их устойчивости к неблагоприятным климатическим факторам и антропогенным воздействиям, а также повышения эффективности используемых удобрений (органических, минеральных) оказываются эффективными при условии их научно-практической обоснованности.

Инновационность предложенного приема заключается в заблаговременной обработке почвы до начала сева за 2-4 недели. Целью обработки является не только снижение фитопатологического фона. Заблаговременное внесение обеспечивает запуск трансформационных биогеохимических процессов вне присутствия культурного растения, что позволяет избежать конкуренции между растениями и микроорганизмами за питательные вещества, которая наиболее жесткая в начальные фазы развития растений.

Посев семян в обогащенную под действием микроорганизмов почву физиологически активными веществами – витаминами, гибберелином, индолилуксусной кислотой, цикотинином и др. [1,2,3,4,5, 6] обеспечивает высокую энергию прорастания семян, всхожесть вегетативной и корневой массы.

Приведенные в работе материалы окажутся полезными как для производителей сельскохозяйственной продукции по интенсивным технологиям, так и по органическим стандартам.

Введение.

Установлено, что эффективность функционирования искусственных растительно-бактериальных ассоциаций в значительной степени зависит от специфичной реакции различных видов и сортов растений на инокуляцию, от свойств интродуцируемых штаммов, а также от почвенно-климатическихусловий выращивания растений [7]. Одной из возможных причин низкой отзывчивости растений на инокуляцию называют существующий антагонизм между растениями и микроорганизмами. Первым на это обратил внимание К.А. Тимирязев в 1885г. в своей работе «Растение – сфинкс [8]. С.А. Самцевич [9] отмечает, что как только растение по тем или иным причинам ослабевает и становится неспособным без ущерба для себя удовлетворять растущие потребности микроба, действие последнего усиливается, сапрофит по существу превращается в паразита и в конечном итоге может привести растение к гибели. Поэтому чем мощнее растение, тем более активно оно противостоит вульгарным сапрофитам и паразитам. Э. Гойман [10], В.П. Израильский и др. [11] также указывают, что между патогенными микробами и сапрофитами трудно найти границу. Все зависит от внешних условий.

Переход сапрофитов на паразитарный образ жизни, по данным В.М. Горленко [12], Д.Д. Вердеревского [13] и других, обусловливается изменением состава питательной среды. При неблагоприятных условиях роста растений паразитами могут стать даже такие микроорганизмы-симбионты, как микоризные грибы и клубеньковые бактерии. Это нередко приводит к понижению урожайности их хозяев-растений, что наблюдалось в 1998 году [14].

О роли эффективности функционирования искусственных растительно-бактериальных ассоциаций в зависимости от почвенно-климатических условий говорят наблюдения Е.Н.Мишустина. Действие микробов-стимуляторов на растения отчетливее всего проявляется при посеве их на хорошо окультуренных почвах, содержащих достаточное количество всех элементов питания, необходимых растениям [15]. Соответственно и недостаток питательных веществ может привести к конкуренции микроорганизмов по отношению к растениям за недостающие им органические и минеральные питательные вещества [16, 17, 18].

Как мы видим, прогнозирование эффективности использования микроорганизмов в симбиозе с растениями может оказаться не надежным методом при применении приема бактеризации растений. Следует учитывать множество факторов. В первую очередь достаточное питание для избегания возникновения конкуренции между растением и микроорганизмами. Д.С. Хейман [19], анализируя обширный материал по этому вопросу, пришел к выводу: «несмотря на то, что мобилизация микроорганизмами фосфора в почве широко распространена, однако за исключением случаев, когда микроорганизмы имеют идеальные условия, как, например, в листовой подстилке весной, освобождение ими растворимого фосфора сверх собственной потребности в нем, вероятно, лишь незначительно улучшает фосфорное питание растений». В ризосфере происходит энергичная конкуренция за субстрат (экссудат корней) и за любой освобождаемый фосфор, и корни могут испытывать недостаток доступного фосфора.

Мишустиным Е.Н. было проведено около 50 опытов с использованием микробиологического препарата Азотобактерин, разработанного на основе Azotobacterchroccocum. При бактеризации полевых культур прибавка урожая отмечалась обычно в пределах 6-10%. На унавоженных почвах положительное действие Азотбактерина возрастало. Прибавка урожая на обогащенных органическим веществом почвах от бактеризации достигала 33,4% [20].

С целью обеспечения на первом этапе питанием микроорганизмов, интродукцированных в почву в качестве питательной среды была использована культуральная среда одноклеточных водорослей рода Chlorella

Исследование проводится с целью разработки дополнительного приема для интенсивного сельскохозяйственного производства, основанного на использовании агробиотехнологических приемов. Сочетание различных веществ, действие которых оказывают синергетический эффект и повышение посредством этого биологических показателей почвы - один из наиболее перспективных приемов. Принцип суммарного накопления эффекта от внедрения научно-обоснованных агротехнических приемов является основной задачей ООО «НВО «Институт органического сельского хозяйства».

Объекты исследования.

  1. Почва среднесуглинистая, отобранная в д.Петрово Боровского района, Калужской области.

  2. БТУ. Сопроводительная информация официального сайта производителя гласит: Биопрепарат содержит бактерии-антагонисты патогенных для растений грибов и бактерий, защищающие растения от болезней (живые клетки и споры естественной эндофитной бактерии Bacillussubtilis в количестве от 2×109 до 6×109 КОЕ/см3), их активные метаболиты: макро- и микроэлементы, биологически активные продукты», «улучшает рост корневой системы и вегетативной массы растений (на 30-80%)». В качестве рекомендаций по использованию прописано: предпосевная обработка семян, обработка рассады перед посадкой, опрыскивание растений в период вегетации. Рекомендаций по предпосевной обработке почвы не дается.

  3. Культуральная среда зеленых водорослей рода Chlorella. «Содержит широкую гамму физиологически активных веществ, среди которых индольные (ауксины) и фенольные соединения, стероиды, витамины, гиббереллиноподобные вещества, а также соединения с цитокининовой активностью. Суспензия хлореллы стимулирует рост полезных почвенных микроорганизмов (2-2,5 раза число азотфиксаторов), способствует накоплению гумусовых веществ, повышает подвижность микроэлементов и содержание свободных аминокислот, улучшает ферментативную активность почвы и коэффициент использования азотных удобрений. Главный показатель повышения биологической активности почв - высокая активность ферментов. Содержание гумусовых веществ в почве повышается на 47-60%».[21].

Следует отметить, что анализ концентрации микроорганизмов в пакете БТУ показал содержание 3х106 микроорганизмов группы Bacillus в отличие от заявленных 2-6х109.

Концентрация клеток Хлореллы составляла 5х104.

Методика опыта.Для сравнительной оценки влияния на морфологические признаки растений бактерий и сочетания бактерии + водоросли проводилась визуальная оценка и взвешивание воздушно-сухой массы растений в вариантах на 49 день после высева.

Для учета численности микроорганизмов в почве ОМЧ (общее микробное число) отбирали навески почвы массой 1 грамм с прикорневой зоны на глубине 3 см каждого варианта опыта и растворяли в 50 мл стерильной водопроводной воды, накачивали в колбе на 50 мл в течение двух часов.

Далее 1 мл почвенной суспензии переносили в пробирки 9 мл стерильной водопроводной воды, что является разведение в минус первой степени 10-1. И полученной суспензии вновь отбирали 1 мл и переносили в новую пробирку со стерильной дистиллированной водой, что соответствует разведение 10 -2 и так далее.

На плотную среду LB (ЛурияБертани) и ККА (крахмало-аммиачный агар) производили посев 100 мкл суспензии и растирали шпателем Дригальского в условиях стерильности до полного впитывания суспензии в агаризованную среду.

Методом предельных разведений было определено количество колоний на чашках, далее подсчитано общее микробное число в 1 грамме почве по формуле:

где: c – сумма подсчитанных колоний на всех чашках;

n1 – количество чашек первого разведения;

n2 – количество чашек второго разведения;

d – коэффициент первого разведения;

0,1 – коэффициент, учитывающий кратность первого и второго разведения.

При учете результатов определяют среднее количество колоний, выросших при посеве каждого разведения. Для получения достоверных результатов отбирают чашки, где число колоний бактерий находится в пределах от 30 до 300, а колоний грибов – от 10 до 100.

Если чашки из двух последовательных разведений попадают в эту область, количество колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл рассчитывают как их среднее значение.

Учет общего количества почвенных микроорганизмов осуществляют на среде крахмало-аммиачный агар (ККА), аэробных аммонификаторов – на мясо-пептонномагаре (МПА), нитрификаторов – на голодном агаре с комплексной аммонийномагниевой солью фосфорной кислоты, целлюлозорасщепляющих микроорганизмов – на среде Гетчинсона с фильтровальной бумагой, грибов – на среде Чапека-Докса, актиномицетов – на среде СР-1 (по Красильникову).

Ход эксперимента.

Спустя 10 дней после обработки почвы всех вариантов 8 августа был проведен высев семян озимой пшеницы в равном количестве по 50 штук на вегетационный сосуд.

С целью создания условий максимально приближенных к полевым в вопросе обеспечения растений влагой, сосуды с почвой и семенами были выставлены на улицу.

Первая визуальная оценка состояния растений в вариантах зафиксирована на 14-й день.

Первые три горшка (слева на право) – вариант 1 (контроль); 4, 5 и 6 горшки (посередине) – вариант 2 (бактерии БТУ); 7, 8 и 9-й горшки (справа) – вариант 3 представлены сочетанием комплекса БТУ и водорослей рода Хлорелла.

Фото 1. Состояние растений на 14 день после посева (21.08.16г.).

Следующая фиксация проведена на 21 день от посева.

Фото 2. Состояние растений на 21 день после посева (28.08.16г.).

В указанные периоды отсутствовала возможность среза растений на оценку объема вегетативной массы. Так как конечным результатом для нас являлось определение не только внешнего состояния растений, но и количества микроорганизмов. В связи с этим последний этап визуальной фиксации совпал с проведением замеров количества микроорганизмов в ризосфере и срезом вегетативной массы на определение ее объема. Последние замеры проведены на 49 день после посева.

Фото 3, 4. Состояние растений на 49 день после посева (25.09.16г.).

Визуальная оценка выявила изменения в цвете растений на первом этапе (14 дней). Растения пшеницы в контрольном варианте (первые 3 сосуда слева) демонстрировали меньшую активность фотосинтеза, которая проявилась в более бледно-зеленом оттенке растений. Сравнение вариантов 2 и 3 в этот период не выявляет существенных различий, а уже ко второму периоду оценки на 21 день (фото 2) заметно стимулирующее действие сочетания комплекса БТУ и культуральной среды водорослей Хлореллы. Растения более высокие и судя по жесткости стеблей проявляют больший потенциал устойчивости к полеганию. Целесообразно проведение агрохимического анализа растений на содержание зольных элементов, в частности кальция и кремния.

К 49-му дню проведения экспериментов мы наблюдаем существенное превосходство в развитии растений в варианте 3 (фото 3, 4). В этот же день произведен срез растений на определение воздушно-сухой массы растений для дальнейшей обработки данных.

Оценка роли предлагаемых агротехнических приемов по повышению продуктивности сельскохозяйственных растений наряду с морфологическими и признаками должна оцениваться на основе более сложных методов, таких как определение микробиологической активности почвы и других показателей. Показатели микробиологической активности почвы позволяют понять причины произошедших изменений, прогнозировать и управлять важными микробиологическими процессами, определяющими эффективность применяемых агротехнических приемов.

Предложенный прием по определению влияния допосевной обработки почвы микробиологическим препаратом (2-4 недели) положительно отозвался на вегетативной массе растений ячменя. Большую эффективность препарат проявил в сочетании с питательной средой (хлорелла).

Фото.5.Замер сухой массы растений в вариантах

Табл1. Вегетативная масса растений под действием исследуемого комплекса

Вариант

Масса, г

Прибавка, %

Контроль

5,07

-

Bacillus (БТУ)

7,62

33,5

Bacillus (БТУ)+Хлорелла

8,56

40,8

Как видно из таблицы, прибавка сухой массы от применения препарата БТУ по отношению к контролю составила 33,5%, в то время как сочетание препарата с водорослями в качестве питательной среды увеличили прибавку на 40,8%.

Анализ приживаемости интродуцированных микроорганизмов также продемонстрировал большую приживаемость бактерий в обогащенной питательной средой почве.

На момент внесения комплекса БТУ концентрация микроорганизмов составляла 3х106, что отличается на несколько порядков от заявленных 2×109 - 6×109 КОЕ/см3.

29 сентября 2016 г (49 день после посева) проведен замер количества внесенных микроорганизмов.

Результаты.

Для идентификации динамики популяции в почве штамма Bacillussubtilis из коммерческого препарата БТУ были определены маркеры устойчивости штамма к антибиотикам. Для этого в расплавленную среду LB добавляли растворы антибиотиков ампициллин, канамицин, третрациклин, хлорамфеникол в концентрациях 30, 50, 60 и 90 мкг на мл среды. Далее на чашки проводился рассев суспензии чистой культуры Bacillussubtilis и наблюдался рост.

Для культуры препарата БТУ Bacillussubtilis была установлена устойчивость к Amp50Kan30 Эти маркеры использовались для идентификации культуры среди всех остальных почвенных микроорганизмов.

На чашках идентифицировались колонии по форме, характерные роду Bacillus, плотные непрозрачные со складчатым краем.

Микроскопия суспензии колонии, растворенной в воде показала наличие мелких одиночных палочек.

Таким образом, было установлено, что на 49 день эксперимента приживаемость культуры БТУ составила в

Варианте 2. – Комплекс БТУ - 4х102 КОЕ.

Варианте 3. – БТУ (1мл.) + Хлорелла (2 мл.) – 2х103 КОЕ.

В опыте было выявлено стимулирующее действие культуральной жидкости водорослей хлореллы на развитие внесенных микроорганизмов в препаративной форме (БТУ) на 0,8х102.

Оценивая общее микробное число было выявлено, что искусственное обогащение почвы ведет за собой рост общего микробного числа, что в итоге положительно сказывается на ее биологической активности. Так, было выявлено, что общее микробное число почвенных микроорганизмов и аэробных аммонификаторов:

В Варианте 1. – Контроль – обработка водопроводной водой – 2х104 наблюдается рост мицелия грибов.

В Варианте 2. – Комплекс БТУ - 4х106

В Варианте 3. – БТУ (1мл.) + Хлорелла (2 мл.) - было 3х107. КОЕ.

Исследование проводится с целью разработки дополнительного приема для интенсивного сельскохозяйственного производства, основанного на использовании агробиотехнологических приемов. Результаты второй части эксперимента имеют более глубокое значение для агробиотехнологов и более профессиональных агрономов, так или иначе знакомых с приемами по использованию почвенных микроорганизмов.

Рекомендации. На основе выполненной работы Институт может обоснованно вести популяризацию предложенного агротехнического приема.

Прием по обогащению агрономически ценной группой микроорганизмов поверхности почвы за 2-4 недели до посева сельскохозяйственных культур в сочетании с питательной средой для них, которая также является прямым источником физиологически активных веществ для растений продемонстрировал его высокий потенциал для роста экономических показателей производства.

Увеличение биологической активности почвы различными приемами является важнейшим условием для повышения коэффициента усвоения веществ из удобрений, а также общего совершенствования системы удобрения сельскохозяйственных культур на основе регулирования микробиологических почвенных процессов.

Повышение доли веществ в почве органического и биологического происхождения позволяет избежать чрезмерного засоления околокорневой зоны, что негативно сказывается на начальном этапе роста растений, а также препятствует инфильтрации важных элементов за пределы основного корнеобитаемого слоя посредством формирования органо-минеральных соединений.

Посредством внедрения данного приема возможно регулирование микробиологических процессов в почве и оптимизация ее агрохимических показателей и питание растений.

Литература:

1.Ратнер Е.И. Питание растений и жизнедеятельность их корневых систем. – М., 1958. – 104 с.

2.Libbert E., Manteuffl R. Interactions between plants and epiphytic bacteria regarding their auxin metabolism. VII. The influence of the epiphytic bacteria on the amount of diffusableauxin from corn coleoptiles // PhysiologiaPlantarum. – 1970. – № 23. – Р. 93-98.202,203.

3. Белимов А.А. Эффективность инокуляции ячменя смешанными культурами диазотрофов: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. – Л.: ВНИИСХМ, 1990. – 20с.

4. Brown M.E., Burlingham S.K. Production of plant growth substances by Azotobacterchroococcum // J. General Microbiology. – 1968. – Vol. 53. – Р. 135-144.

5. Blondeau R. Production d’unte substance de type cytokinine par des Arthrobacterd’originerhizosphere // Compterendu (hebdomadaire) des

seances de l’Academie des Science. – 1970. – Vol. 270D. – P. 3158-3161.).

6. Mishustin E.N. Action d’Azotobactersur les vegetauxsuperieurs // Annales de I’Institut Pasteur. – 1966. – Vol. 3. – P. 121-135.

7. Мильто Н.И. Клубеньковые бактерии и продуктивность бобовых растений. – Минск: Наука и техника, 1982. – 296 с.

8. Тимирязев К.А. Растение – сфинкс (1885) // К.А. Тимирязев. Избр. соч.– М.: Сельхозгиз, 1948. – Т.1. – С. 22-34.

9. Самцевич С.А. Взаимоотношения микроорганизмов почвы и высших растений // Микроорганизмы почвы и растение. – Минск, 1972. – С. 3-67.

10. Гойман Э. Инфекционные болезни растений / Пер. с нем. И.Г. Семенковой; Под ред. проф. М.С. Дунина. – М.: Изд-во иностр. лит., 1954. – 608 с.

11. Бактериальные болезни растений // Под ред. проф. В.П. Израильского – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Сельхозгиз, 1960. – Гл. 1. Учение об инфекции. – С. 16-46.

12. Горленко М.В. Болезни растений и внешняя среда: Очерки о биологии и экологии паразитов растений. – М.: Изд-во Моск. о-ва испытателей природы, 1950. – 120 с.

13. Вердеревский Д.Д. Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям. – Кишинев: «Картямолдовеняскэ», 1968. – 216с.

14. Персикова Т.Ф., Какшинцев А.В. Сортовая отзывчивость люпина узколистного на условия питания // Пробл. питания растений и использ. удобрений в соврем.условиях: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Минск: Хата, 2000. – С. 389-393.

15.Мишустин Е.Н. Микробные землеудобрительные препараты и их эффективность // Микробиология на службе сел.хоз-ва. – М., 1970. – С. 117-134.

16. Каменский Ф.М. Материалы для морфологии и биологии Monotropahypopitis L. и некоторых других сапрофитов // Зап. Новорос. о-ва естествоиспытателей. – 1883. – Вып.2. – 38с.

17. Костычев П.А. Состав органических веществ почвы (перегноя) в связи с вопросом о полезности микориз (1890) // П.А. Костычев. Избр. тр. – М.: Изд. АН СССР, 1951. – С.104.

18. Вильямс В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения (1927-1938) // В.Р. Вильямс. Собр. соч. в 12-ти т. – М., 1951. – Т. 6. – С. 222.

19. Хейман Д.С. Участие микроорганизмов и корней растений в круговороте фосфора // Почв. микробиология / Пер. с англ. В.В. Новикова; Под ред. Д.И. Никитина. – М.: Колос, 1979. – С. 90-119.

20. МишустинЕ.Н., ЕмцевВ.Т. ИспользованиепрепаратаAZOTOBACTERCHROOCOCCUM (Азотбактерина, с.296-299.

21. http://xn--90afemycbfje3a5m.xn--p1ai/products/hlorella


© ООО «НВО "Институт органического сельского хозяйства» . Все права защищены. 
Рекультивация земли
Органические удобрения
Переработка отходов животноводства и птицеводства

+7 (495) 220 24 95​

  • IOA.Institute Facebook
  • IOA.Institute Instagram
  • IOA.Institute RSS
  • IOA.Institute Pinterest
  • IOA.Institute YouTube