Растительномикробные сообщества (РМС) в аспекте ресурсосбережения и экоустойчивости гороха

Растительно-микробные сообщества (РМС) в аспекте ресурсосбережения и экоустойчивости гороха*

Н.В. Парахин, д.с.-х.н., академик РАСХН,

Ю.В. Кузмичёва, к.с.-х.н, Орловский ГАУ

На единицу ВВП в Российской Федерации тратится больше ресурсов и энергии, чем в развитых странах. Решение данной проблемы особенно актуально для АПК, который является одной из главных сфер производства и одной из самых энергоёмких отраслей народного хозяйства. Не случайно при обеспечении продовольственной безопасности России приоритетная роль отводится ресурсосбережению [1, 2].

С учётом экспоненциального роста затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу сельскохозяйственной продукции стало очевидным, что её конкурентоспособность на мировом рынке зависит от перехода к ресурсоэнергоэкономным и экологически безопасным технологиям, основанным на увеличении биологической компоненты наращивания производства [3].

В связи с этим бесспорную значимость приобретают зернобобовые культуры, которые благодаря присущей им средообразующей функции играют особую роль в мировом земледелии и растениеводстве [4]. При этом горох посевной, имеющий большое продовольственное и кормовое значение, был и остаётся одной из основных высокобелковых культур в России, занимая более 66% посевных площадей в клине зернобобовых [5, 6].

К сожалению, биологический потенциал гороха реализуется далеко не в полной мере и наряду с сортовыми особенностями существенно зависит от абиотических факторов, особенно в условиях меняющегося климата. С этих позиций необходимо внедрение перспективных сортов и адаптивных технологий гороха, с тем чтобы нивелировать природные риски при минимальных экономических затратах.

В решении данной задачи особое значение имеют мутуалистические взаимодействия растений гороха с полезной почвенной микрофлорой, которая является важнейшим фактором адаптации культуры к неблагоприятным условиям среды, получения экологически безопасной высокобелковой и рентабельной продукции растениеводства [7, 8].

Особую актуальность приобретает разработка элементов сортовой ресурсосберегающей агро-

технологии для гороха, предусматривающих использование в сельскохозяйственной практике растительно-микробных симбиозов (азотфикси-рующего, ростстимулирующего и арбускулярной микоризы), способствующих сокращению применения минеральных удобрений и повышению экологической устойчивости культуры.

Методика. Исследования проводили в 2007— 2010 гг. Объектом исследований служил первый районированный в России сорт гороха посевного с гетерофильным типом листьев Спартак, отнесённый к морфотипу «хамелеон». Опытный материал был выращен в полевом селекционном севообороте на делянках площадью 10 м2, повторность четырёхкратная. Размещение делянок — рендомизированное.

Почва опытного участка тёмно-серая лесная среднесуглинистая, подстилаемая лёссовидным суглинком, средней окультуренности (среднее содержание гумуса 5,1%; подвижного фосфора — 23,3, обменного калия — 9,7 мг/100 г почвы; рНсол — 5,3; гидролитическая кислотность — 4,4 мг экв/100 г почвы). Предшественник — ячмень. Микрорельеф участка выровненный.

В опытах изучали влияние применения микробиологических препаратов и минеральных удобрений на формирование эффективных РМС в агроценозах изучаемого морфотипа.

Микробные препараты разработаны во ВНИИ СХМ (г. Санкт-Петербург) и представляют собой: чистую культуру ассоциативных бактерий (PGPR) — БисолбиСан (БиС); препарат на основе гриба арбускулярной эндомикоризы (Glomus intraradices, шт. 7) — АМГ и селективный штамм клубеньковых бактерий (Rhizobium leguminosarum, шт. 263б).

Штаммом Rhizobium leguminosarum инокули-ровали семена из расчёта 200 г на гектарную норму семян. БиС опрыскивали всходы растений (10-процентный раствор). Препарат АМГ вносили в почву перед посевом из расчёта 5 ц/га. Варианты с применением минеральных удобрений включали внесение в почву: N30 в виде аммиачной селитры; К40 в виде сульфата калия — из расчёта на планируемую урожайность 4 т/га.

Вегетационный период 2008 г. в целом характеризовался пониженным количеством осадков и достаточно высокими температурами воздуха, за исключением второй декады июля, когда количество выпавших осадков превы-

* Работа выполнена совместно с ВНИИ ЗБК при поддержке РФФИ

1. Эффективность формирования РМС в агроценозах гороха посевного Спартак

Показатель Контроль БиС АМГ Штамм 263б N30 К40

Азотфиксация, кг/га 30,19 44,67 32,13 49,11 34,59 30,18

Урожайность, т/га 3,20 4,40 4,14 4,56 3,82 3,22

Доля азота воздуха в урожае, % 17,4 18,4 14,4 19,7 16,1 17,6

Сбор белка, т/га 0,76 1,06 0,98 1,09 0,94 0,75

Снижение материальных затрат, связанных с внесением минеральных азотных удобрений, руб/га — 1645,2 1288,7 1864,5 — —

2. Относительные прибавки урожайности гороха Спартак в разные годы исследований, %

Вариант 2009 г. 2010 г.

1. Контроль - -

2. БиС 41,1 109,6

3. АМГ 39,0 54,3

4. Штамм 263б 41,3 68,1

5. N30 40,4 11,7

6. К40 14,4 0,0

шало среднемноголетнее значение в 3 раза. Условия, сложившиеся в 2009 г., в целом были благоприятны для роста, развития растений и формирования продуктивности. Для 2010 г. была характерна засуха, охватившая практически весь период формирования генеративных органов, что отрицательно сказалось на урожайности. Таким образом, за три года удалось в широком диапазоне метеоусловий оценить эффективность создания РМС в агроценозах гороха Спартак.

Исследования проводили как по общепринятым методикам, так и с использованием современных инструментальных методов анализа.

Результаты. Результаты исследований показали, что сорт гороха Спартак в климатических условиях ЦЧР РФ при естественном плодородии может формировать до 3,19 т/га зерна, а при использовании различных агротехнических приёмов его семенная продуктивность существенно повышается (табл. 1).

Практически все используемые в опытах элементы агротехники были высокоэффективны в хозяйственном плане. Исключение составил вариант с внесением калийных удобрений, когда урожайность оставалась на уровне контроля.

Максимальной прибавки урожайности (на уровне 42,5 и 37,5% соответственно) удалось добиться в результате применения микро-организмов-интродуцентов (штамм 263б и БиС), тогда как внесение техногенного азота было менее эффективным, что говорит о наибольшей отзывчивости Спартака на биологические факторы интенсификации.

Очевидно, улучшение метаболически значимых функций растений данного морфотипа при интеграции с полезными ризосферными микроорганизмами увеличило реализацию по-

тенциала его семенной продуктивности. К тому же азотфиксирующая способность агроценозов сорта в данных условиях возросла в 1,5 раза по сравнению с контролем, что обеспечило сбор более одной тонны высококачественного белка с единицы площади при долевом участии биологического азота в формировании урожая на уровне 18—19%.

Более того, экономия материальных средств, связанных с использованием технического азота, при активизации азотфиксирующей деятельности растений в данных вариантах составила 1645,2-1864,5 руб/га.

Важно отметить, что при формировании эффективного симбиоза с полезной почвенной микрофлорой растения гороха отличались большей экологической приспособленностью. Так, например, в засушливом 2010 г. по сравнению с благоприятным по гидротермическому режиму 2009 г. урожайность гороха снизилась в 2 раза. При этом колонизация корней растений ассоциативными (БиС) и фосфатмобилизующими (АМГ) микроорганизмами способствовала повышению продуктивности агроценозов на 109,6 и 54,3%, соответственно (табл. 2).

Вероятными причинами индукции у гороха стрессовой устойчивости могло быть обеспечение дополнительными ресурсами питания и энергии, продуцирование антагонистов стрессового фитогормона АБК, а также улучшение водоснабжения при симбиотических взаимодействиях с микроорганизмами [9, 10].

Клубеньковые бактерии также играли немаловажную роль в адаптации гороха к условиям выращивания. Биологическая азотфиксация и улучшение минерального питания инокулиро-ванных растений могли снижать возникающий дефицит и ограниченный транспорт питательных элементов. Следовательно, полезные ризо-сферные микроорганизмы, вступая в симбиоз с растением, ослабляют воздействие стрессоров и могут быть особенно важны для растений именно в неблагоприятных условиях.

Таким образом, эффективное использование полифункциональных свойств ризосферной микрофлоры при возделывании гороха с учётом сортовой специфичности является важнейшим фактором адаптации культуры к засушливым

условиям, способствуя наибольшей реализации биологического потенциала вида и сорта и получению экологически безопасного растительного белка при сокращении применения минеральных удобрений.

Литература

1. Ларин Е. Энергетические обследования // Инновации+ Паблисити (1Р). 2010. № 2. С. 16-21.

2. Медведев Д.А. Национальные проекты: максимальная адаптация к модернизации // Советник президента. 2010. № 83. С. 2.

3. Жученко А.А. Биологизация и экологизация интенсифи-кационных процессов в сельском хозяйстве // Вестник ОрелГАУ. 2009. № 3(18). С. 8-12.

4. Зотиков В.И., Наумкина Т.С. Пути повышения ресурсосбережения и экологической безопасности в интенсивном растениеводстве // Вестник ОрелГАУ. № 3. 2007. С. 11—14.

5. Вишнякова М.А. Эколого-географическое разнообразие генофонда зернобобовых ВИР и его значение для селекции //

Экологическая генетика культурных растений: матер, шк. молод, учен. [ВНИИ риса]. Краснодар, 2005. С. 117—133.

6. Наумкина Т.С., Молошонок А.А.Селекция гороха на повышение эффективности симбиоза // Повышение устойчивости производства сельскохозяйственных культур в современных условиях : сб. науч. материалов. Орел: ПФ «Картуш», 2008. С, 260-267.

7. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2009. 210 с.

8. Парахин Н.В. Основные приоритеты устойчивого развития растениеводства // Вестник ОрелГАУ. 2006. № 2—3. С, 7-11.

9. Белимов А.А. Взаимодействие ассоциативных бактерий и растений в зависимости от биотических и абиотических факторов: автореф. дисс....докт. биол. наук. Санкт-Петербург, 2008. 46 с.

10. Юрков А.П., Якоби Л.М., Степанова Г.В. и др. Эффективность инокуляции грибом Glomus intraradices и внутрипо-пуляционная изменчивость растений люцерны хмелевидной по показателям продуктивности и микоризообразования // Сельскохозяйственная биология. 2007. № 5. С. 67—74.