Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Интенсификация мирового и отечественного земледелия, которая сопряжена с необходимостью его экологизации, требует незамедлительного решения проблемы повышения продуктивности злаковых культур [1]. В связи с этим самым распространенным агрономическим приемом, который получил широкое распространение в последние годы, является использование микробиологических препаратов [2-4]. Для этого семена в процессе посева инокулируют ассоциативными ризобактериями, которые характеризуются способностью выделять биологически активные вещества. Поэтому растения, выращенные из таких семян, отличаются повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды [5]: заражению фитопатогенами, засухе, кратковременным заморозкам, тяжелым металлам и т.д.

Кроме того [6, 7], такие растения обычно отличаются высокими показателями ростовых и продукционных процессов по причине улучшения метаболизма растительного организма. Этот факт находит свое отражение в повышении экономического эффекта от полученного таким агрономическим способом урожая [8].

Однако ряд исследователей отмечают [9, 10], что необходим тщательный подбор конкретного микроорганизма и даже штамма для того или иного видового сортообразца. Это связано со специфичностью реакций внесенной микрофлоры на корневые выделения определенного сорта культуры, что каждый раз требует новых исследований.

Яровые культуры тритикале и пшеница являются перспективными и достаточно широко распространенными практически во всех регионах России [11, 12]. Тритикале – амфидиплоидный гибрид, выведенный в результате гибридизации пшеницы и ржи немецким селекционером В. Римпау в конце XIX века. Культура отличается генетической стабильностью при сочетании важнейших продуктивных качеств обоих видов растений, а по некоторым даже превосходит их. Например, засухоустойчивость тритикале выше, чем у ржи, а содержание белка в зерне превышает показатели пшеницы на 1–4% [11]. В настоящее время используется в основном как фуражная и продовольственная культура.

Целью данной работы являлось изучение влияния биопрепаратов на основе ассоциативных ризобактерий на ростовые процессы и продуктивность яровых сортов тритикале и пшеницы.

Материалы и методы исследования

Объектами работы являлись такие яровые культуры, как тритикале (Triticosecale Wittm. & A. Camus) – сорт Гребешок и пшеница (Triticum aestívum L.) – сорт Ленинградская-97. Зернофуражный сорт тритикале Гребешок включен в 2011 г. в Госреестр по Северо-Западу и Центральному регионам как высокопродуктивный образец, устойчивый к полеганию [13]. Пшеница среднераннего сорта Ленинградская-97 включена в Госреестр по Северо-Западу в 2001 г. и рекомендована к использованию в Ленинградской области для зернофуражных целей. При этом данный сорт характеризуется как один из наиболее устойчивых по отношению к засухе и фитопатогенам [14,15].

Растения выращивали на протяжении трех лет в 2019, 2021–2022 г. в условиях полевого опыта на опытном поле Агробиостанции Герценовского университета (п. Вырица, Ленинградская область). Почва под опытами характеризовалась как дерново-среднеподзолистая со слабокислой реакцией среды и средней обеспеченностью основными минеральными элементами. Перед проведением опыта на данном участке проводился уравнительный посев злаковой смеси.

Бактериальные препараты для проведения опытов были любезно предоставлены отделом экологии симбиотических и ассоциативных ризобактерий ВНИИСХМ. В опытах применяли 6 ассоциативных ризобактериальных штаммов, входящих в основу следующих препаратов: Азоризин (Azospirillum lipoferum, штамм 137), Вариоворакс (Variovorax paradoxus, штамм 5С-2), Мизорин (Arthrobacter mysorens, штамм 7), Ризогрин (Agrobacterium radiobacter, штамм 204), Флавобактерин (Flavobacterium sp. штамм 30) и Псевдомонас (Pseudomonas fluorescens штамм ПГ-5).

Согласно стандартной методике [16], бактеризация семян проводилась в процессе посева путем непосредственного нанесения соответствующего биопрепарата на поверхность семян. Повторность каждого варианта опыта – четырехкратная. Наблюдения за культурами проводились согласно их фенологическому развитию. Всхожесть изучалась на 7-й день посева, а ростовые и продуктивные показатели – в фазу полной зерновой спелости. Статистическая обработка экспериментальных результатов осуществлялась методом дисперсионного анализа [17].

Дополнительно был проведен экономический анализ изменений значений дохода от реализации злаковых культур к контролю (без инокуляции). Авторы применили эту величину в качестве критерия экономической эффективности инокуляции злаковых культур:

Эi = (Дi / ДКi ) × 100,

где Эi – экономическая эффективность от инокуляции i-ой злаковой культуры препаратом, %;

Дi – доход от реализации i-й злаковой культуры при инокуляции препаратом, тыс. руб.;

ДКi – доход от реализации i-й злаковой культуры без инокуляции (контроль), тыс. руб.

Данный подход был авторами достаточно подробно описан и применен при изучении результатов проведения микробиологической инокуляции при возделывании других культур [18].

Результаты исследования и их обсуждение

Реакция растительного организма на внесение ассоциативных бактериальных штаммов обычно проявляется уже на ранних этапах органогенеза. Поэтому положительное влияние, если оно возникает, отражается на изменении полевой всхожести. Поэтому для нас представляло практический интерес оценить отзывчивость пшеницы и тритикале по этому показателю.

В результате было установлено (табл. 1), что предпосевная инокуляция стимулировала более активное прорастание. Всхожести семян тритикале и пшеницы увеличивались по отношению к контролю (без инокуляции) при использовании всех шести биопрепаратов. Наиболее заметно это наблюдалось в вариантах с Азоризином и Ризоагрином – на 16–17% (тритикале) и на 10–12% (пшеница). В целом, показатели полевой всхожести среди опытных вариантов наиболее активно увеличивались в опыте с тритикале.

Действие биопрепаратов на основе ассоциативных ризобактерий прослеживалось и в процессе дальнейшего развития данных культур. Увеличение такого важного для формирования продуктивности показателя, как линейный рост растений к фазе полного созревания пшеницы и тритикале, происходило также во всех опытных вариантах, где была проведена предпосевная бактеризация.

Однако, в отличие от данных по всхожести, здесь наибольшую эффективность проявили другие ризобактериальные штаммы, а увеличение высоты у пшеницы наиболее резко отличалось от контрольного эталона. Высота растений в фазу зерновой зрелости была выше при использовании Ризоагрина, Флавобактерина и Псевдомонаса на 6–7%, что составляло 7–8 см, относительно контроля. При этом растения мягкой пшеницы отличались наибольшей высотой в вариантах с Мизорином, Вариовораксом и Азоризином – на 18–23%, что превышало контрольный показатель в среднем на 18–23 см.

Накопление сухого вещества в надземных органах растений является важным признаком, который не только указывает на интенсификацию метаболических процессов, но и участвует в формировании структурных элементов продуктивности. Такими показателями являются сухая биомасса надземных органов растений, а также изменение массы колосьев по отношению к общей биомассе культуры.

Таблица 1

Влияние биопрепаратов на всхожесть и высоту растений (среднее за 3 года)

Таблица 2

Действие биопрепаратов на сухую массу растений и колосьев тритикале и пшеницы, на 100 растений (среднее за 3 года)

Таблица 3

Влияние микробиологических штаммов на урожайные показатели растений яровых культур тритекале и пшеницы, на 100 растений (среднее за 3 года)

В организованных опытах бактеризация семян Азоризином и Ризоагрином в процессе их посева способствовала увеличению сухой массы растений тритикале на 56–85% относительно контроля (табл. 2). Кроме того, препарат Азоризин также стимулировал в 1,5 раза (149,4 г / 100 раст.) увеличение общей массы колосьев по сравнению с контролем (99,3 г / 100 раст.).

В полевом опыте с пшеницей сразу три биопрепарата продемонстрировали свою эффективность в отношении изменения показателей сухой наземной массы растительных органов: Азоризин (219 г / 100 раст.), Ризоагрин (211 г / 100 раст.) и Мизорин (200 г / 100 раст.), что на 53–67% превышало контрольные данные (131 г / 100 раст.). При этом наибольшая прибавка массы колосьев по сравнению с контролем, где инокуляция не проводилась, была отмечена в вариантах с применением Азоризина (на 36%) и Ризоагрина (на 30%).

Отмеченные авторами изменения также отразились на формировании итоговой продуктивности обеих сельскохозяйственных культур (табл. 3). В опыте с тритикале наибольшая масса зерен была отмечена во всех опытных вариантах по отношению к контролю (214,1 г / 100 раст.), кроме того, где использовался и биопрепарат Псевдомонас (183,4 г / 100 раст.). Наиболее эффективными оказались ризобактериальные штаммы в основе препаратов Азоризин (295,5 г/100 раст.) и Ризоагрин (270,2 г/100 раст.), что превышало контрольные показатели на 26–38%. Именно в этих опытных вариантах у растений тритикале было отмечено максимальное число семян.

Таблица 4

Оценка дохода от реализации злаковых культур с 1 га

Эффективнее всех оказался биопрепарат Азоризин, способствовавший увеличению количества семян на 34% по сравнению с контролем.

Аналогичные результаты наблюдались в опыте с пшеницей, где наибольшее увеличение массы зерен отмечено при инокуляции семян Ризоагрином – на 37% (228 г / 100 раст.) в сравнении с контролем (166,6 г / 100 раст.). Сравнительно ниже были показатели при бактеризации семенного материала Азоризином, который способствовал повышению зерновой массы на 23% (205,2 г / 100 раст.).

Именно эти же биопрепараты способствовали увеличению количества зерен. В среднем максимальное увеличение числа семян наблюдалось на 32% (Ризоагрин) и на 29% (Азоризин) относительно контрольного варианта.

Рассмотренная ранее биологическая эффективность инокуляции злаковых культур находит свое отражение и при оценке экономического эффекта (табл. 4).

Доход от реализации зерновых культур при инокуляции в сравнении с контролем возрастает. По проведенным оценкам, среднее увеличение дохода по тритикале при реализации дохода относительно контрольной группы составит 12,0%.

Аналогичный эффект наблюдается и по пшенице – среднее увеличение дохода достигает в других опытах 19,2%.

Набольшая экономическая эффективность может быть достигнута по сравнению с контролем:

– по тритикале с применением Азоризина – 38,0%;

– по пшенице с применением Ризоагрина – 36,9%.

Заключение

Таким образом, бактеризация семян яровой тритикале и яровой пшеницы в процессе посева благоприятно отражается на всхожести (до 17%) и увеличении линейного роста (на 18–23%) растений по сравнению с неинокулированными вариантами.

Кроме того, ассоциативные ризобактериальные штаммы в составе биопрепаратов способствовали повышению сухой массы растений и колосьев. По этим показателям в опыте с тритикале наиболее эффективным оказывается биопрепарат Азоризин, стимулировавший увеличение биомассы надземных органов на 85%, а колосьев в 1,5 раза. Для растений пшеницы самыми эффективными оказались биопрепараты Азоризин и Ризоагрин. В этих опытных вариантах сухая масса целых растений возрастала на 67% и 61%, а масса колосьев на 36% и 30% соответственно.

Именно эти два биопрепарата самым положительным образом отличались в отношении формирования продуктивности (массы и количества зерен) обеих исследованных авторами культур. Масса зерен яровой тритикале увеличивалась на 38% (Азоризин), а яровой пшеницы – на 37% (Ризоагрин). Количество зерен возрастало на 34% у растений тритикале в вариантах с обработкой семян Азоризином и на 32% – Ризоагрином в опыте с пшеницей в сравнении с контролем.

В результате оценки экономического эффекта установлена возможность увеличения доходов от реализации исследуемых культур при условии проведения перед посевом инокулирования посадочного материала.

Таким образом, наиболее эффективными по исследованному авторами комплексу параметров для яровых культур тритикале и пшеницы являются ризосферные бактерии Azospirillum lipoferum, штамм 137, и Agrobacterium radiobacter, штамм 204, в основе биопрепаратов Азоризин и Ризоагрин.