Сельскохозяйственная биология, 2011, № 3, с. 112-115.

УДК 631.8:579.64

СОЗДАНИЕ И АНАЛИЗ БАЗЫ ДАННЫХ ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ МИКРОБНЫХ БИОПРЕПАРАТОВ КОМПЛЕКСНОГО ДЕЙСТВИЯ

А.П. КОЖЕМЯКОВ, С.Н. БЕЛОБРОВА, А.Г. ОРЛОВА

С использованием данных Географической сети на основе более чем 3000 полевых опытов с землеудобрительными биопрепаратами создана база данных их эффективности по регионам России. Установлено, что биопрепараты существенно (на 10-40 %) повышают урожайность различных культур на фоне снижения негативного эффекта экстремальных экологических условий.

Ключевые слова: биопрепарат, клубеньковые бактерии, ассоциативные ризобактерии, база данных по эффективности биопрепаратов.

Перспективы регулирования микробиологических процессов в почве при инокуляции растений микроорганизмами связывают со способностью последних осуществлять ряд функций — улучшать минеральное питание, стимулировать рост растений и повышать их устойчивость к стрессам, фиксировать атмосферный азот, подавлять фитопатогенную микрофлору (1-4). Особое значение приобретает экологизация агропроизводства на фоне глобальных нарушений круговорота основных биогенных элементов в искусственных агроценозах (5-9), значение которой в том числе состоит в реализации потенциальной продуктивности у растений за счет проявления новых адаптивных свойств.
 Задачами нашего исследования были сравнительная оценка эффективности биопрепаратов на основе перспективных штаммов в зависимости от культуры (бобовые, зерновые, кормовые, овощные), от технологий применения (способы внесения, формы) и возделывания растений (дозы минеральных удобрений, смешанные посевы), а также изучение специфичности реакции генотипов растений на внесение биопрепаратов.
Методика. Исследования проводились на базе учреждений Географической сети опытов с землеудобрительными биопрепаратами (на широком спектре культур) в различных почвенно-климатических зонах (ежегодно на базе 35-40 стационаров). За 40 лет работы в рамках Географической сети выполнено более 3000 опытов практически со всеми важнейшими сельскохозяйственными культурами, возделываемыми в странах СНГ. В экспериментах использовали производственные и перспективные штаммы клубеньковых бактерий из Национальной коллекции Rhizobium (10), выделенные из почв и клубеньков растений различных регионов мира (11), а также ассоциативные азотфиксирующие бактерии, изолированные из различных почв и ризосферы растений (1, 12). Биопрепараты готовили в соответствии с технологиями, разработанными во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) (13).
Полученные результаты обрабатывали с использованием дисперсионного и многофакторного анализа (14).
Результаты. Обширная база данных ВНИИСХМ позволяет оценить возможность использования микроорганизмов для создания биопрепаратов, эффективных в различных регионах и на разных культурах (15-18).

Главная научная и практическая задача при создании базы данных — оценка эффективности биопрепаратов для разных культур в зависимости от региональных агроэкологических условий. Анализ выборки выявил особенности действия биопрепаратов на культуры (табл. 1). Так, азоризин обеспечивал максимальную прибавку на озимой ржи и рисе, мизорин — на ячмене, флавобактерин — на озимой пшенице, картофеле и большинстве овощных культур. Специфичность действия биопрепаратов также варьировала в зависимости от сорта растений. Поэтому биопрепараты можно подобрать для наиболее распространенных или перспективных сортов практически у всех изученных сельскохозяйственных культур. При этом прибавка урожая у зерновых составляла в среднем 15-20, у овощных культур — 20-30 % (см. табл. 1).
Основным практическим приемом увеличения урожая бобовых и размеров азотфиксации остается инокуляция штаммами клубеньковых бактерий, повышающая продуктивность бобовых на 20-50 % (табл. 2). Прибавка зависит от особенностей культуры, почвенно-микробиологических и погодных условий (4, 15, 16). Так, в разных климатических условиях ризоторфин имеет высокую эффективность на широком спектре бобовых культур, которая зависит также от вида культуры. Среди зернобобовых наиболее отзывчивыми на инокуляцию оказались чечевица и нут в Ростовской области (прибавка — 50 %) (см. табл. 2).

Показателем продуктивности азотфиксации служит не только прибавка урожая, но и накопление в нем белка (19-21). Например, в урожае инокулированных зернобобовых культур в Республике Татарстан содержание белка повышалось на 20-38 %, сбор составил 6,0-8,9 ц/га.

К числу наиболее перспективных для юга России зернобобовых культур относится соя. Для нее инокуляция клубеньковыми бактериями как агроприем крайне важна, потому что в почвах большинства регионов не содержится специфичных для сои симбиотических клубеньковых бактерий, а высокие дозы азотных удобрений не могут полностью компенсировать отсутствие азотфиксации. Инокуляция, как правило, дает прибавку 2-4 ц/га на сое и до 5 ц/га на следующей после нее зерновой культуре. В Северо-Западном федеральном округе наиболее продуктивными по урожаю зерна были сорта Закат, Салют 216 и Nordic. Сорт СибНИИК 315 оказался высокоотзывчивым на инокуляцию и давал устойчивое увеличение урожая на 25,6-137,0 % (табл. 3). Таким образом, использование биопрепаратов на основе клубеньковых бактерий может существенно помочь продвижению сои в северные регионы. В Центральном федеральном округе при изучении эффекта инокуляции ризоторфином сои на 10 сортах (приведены результаты по двум сортам, которые изучали более 3 лет) показано, что в годы с невысокой температурой и большим количеством осадков в начале вегетации прибавки от инокуляции достигали 11,2 ц/га, или 55 %. В Курской и Липецкой областях были получены хорошие результаты на сорте ВНИИС 2. В условиях недостатка тепла и влаги урожай инокулированных растений возрастал на 30-60 % (см. табл. 3). В других регионах России обработка ризоторфином также положительно влияла на продуктивность сои. В Южном регионе прибавка от инокуляции составила 22-36 %, в Приволжском — 49-141 %, в Сибирском — 19-78 %, в Дальневосточном — 7-73 % в зависимости от сорта (см. табл. 3).

Применение некоторых препаратов обеспечивает такую же урожайность зерновых культур, как внесение азотного удобрения в дозе 30-45 кг/га (6, 7, 22). Так, флавобактерин увеличил урожайность озимой пшеницы в Краснодарском крае на 14 % и овса на 16 %, ячменя в Брянской области  — на 20 %. Наиболее отзывчивой оказалась озимая рожь в Новгородской области, где прибавка урожая зерна составила 48 % (табл. 4).

В Северной Осетии при обработке биопрепаратами отмечали увеличение не только урожая картофеля, но и числа товарных клубней на растение (на 30-50 % по отношению к контролю). Препараты мобилин и мизорин подавляли заболевание растений антракнозом, а агрофил — альтернариозом (степень поражения снижалась в 1,5-3,0 раза) (табл. 5). При эффективном использовании биопрепаратов важным и часто определяющим фактором оказывается взаимодействие генотипов растений и микроорганизмов (11, 23, 24). Исследования показали перспективность координированной селекции растений и микроорганизмов на подбор комбинаций сорт—штамм со специфичностью взаимодействия (табл. 6). Полученные результаты свидетельствуют о высокой сортовой специфичности растений люцерны по отношению к штаммам клубеньковых бактерий: сорт Селена положительно реагировал только на инокуляцию штаммом А-3 (прибавка урожая 190 %), сорта Агния и Якутская на фоне применения штаммов А-4 и А-3 увеличивали продуктивность на 40 %.
Итак, на основе оценки, проводимой в учреждениях Географической сети опытов с биопрепаратами, создана база данных по их эффективности на широком круге сельскохозяйственных культур. Максимальные прибавки от инокуляции составили: для зернобобовых — 50-160 % (нут, чечевица и соя в новых районах ее возделывания), для многолетних бобовых трав — 30-200 % (люцерна с комплементарными штаммами), для зерновых — 20-48 %, для картофеля — 30-50 % и для остальных овощных — 25-38 % (по отношению к контролю). Наиболее эффективны биопрепараты для бобовых в новых регионах их возделывания. В России к таким культурам относятся в первую очередь соя и козлятник (в ряде случаев люпин, люцерна). Как правило, сочетание препаратов с невысокими дозами минеральных удобрений более эффективно. При этом для небобовых культур использование биопрепаратов заменяет 20-50 кг (по д.в.) минеральных удобрений. Факторный анализ полученных данных показал, что эффективность биопрепаратов определяется главным образом агроклиматическими факторами, генотипом используемого микроорганизма и генотипом растения, а также взаимодействием генотипов растения и микроорганизмов (сорт, вид).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. В а с ю к  Л.Ф. Азотфиксирующие микроорганизмы на корнях небобовых растений и их практическое использование. В сб.: Биологический азот в сельском хозяйстве СССР. М., 1989: 88-89.
2. К о ж е м я к о в  А.П.,  Х о т я н о в и ч  А.В. Перспективы применения биопрепаратов ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов в сельском хозяйстве. Бюл. ВИУА (М.), 1997, 110: 4-5.
3. B a s h a n  Y.,  L e v a n o n y  H. Current status of Azospirillum inoculation technology: Azospirillum as a challenge for agriculture. Canad. J. Microbiol., 1990, 36(9): 591-608.
4. К о ж е м я к о в  А.П.,  Т и х о н о в и ч  И.А. Использование инокулянтов бобовых и биопрепаратов комплексного действия в сельском хозяйстве Докл. РАСХН, 1998, 6: 7-10.
5. T i k h o n o v i c h  I.A.,  K o j e m y a k o v  A.P.,  T c h e b o t e r  V.K. Prospects for utilization of the root diazotrophs in agriculture. In: Biological nitrogen fixation for 21st century /C. Elmerich, A. Kondorosi, W. Newton (eds.). The Netherlands, Kluver Academic Publishers, 1997: 613-614.
6. З а в а л и н  А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. М., 2005.
7. З а в а л и н  А.А.,  А л м е т о в  Н.С. Применение биопрепаратов и биологический азот в земледелии Нечерноземья. М., 2009.
8. К о ж е м я к о в  А.П. Продуктивность азотфиксации в агроценозах. Микробиол. журн., 1997, 59(4): 22-28.
9. З а в а л и н  А.А.,  Б л а г о в е щ е н с к а я  Г.Г.,  К о ж е м я к о в  А.П. Вклад биологического азота бобовых культур в азотный баланс земледелия России. М., 2007.
10. Н о в и к о в а  А.Т.,  К н я з е в а  В.Л.,  О р и щ е н к о  Н.Г. Всесоюзная коллекция Rhizobium — главный генофонд симбиотических азотфиксаторов. Тр. ВНИИСХМ (Л.), 1989, 59: 13-22.
11. T i k h o n o v i c h  I.A.,  K o z h e m y a k o v  A.P.,  P r o v o r o v  N.A. Genetic potential of plants for improving the beneficial microbe interactions. NATO ASI series. In: Biological fixation of nitrogen for ecology and sustainable agriculture /A. Legocki, H.Bothe, A. Puhler (eds.). Berlin, 1997: 191-194.
12. П у х а е в  А.Р.,  П о п о в а  Т.А.,  К о ж е м я к о в  А.П. Поиск и изучение перспективных ассоциативных ризобактерий из разных природных зон РСО-А для инокуляции сельскохозяйственных культур. Владикавказ, 2005: 29-30.
13. Х о т я н о в и ч  А.В. Методы культивирования азотфиксирующих бактерий, способы получения и применения препаратов на их основе (метод. реком.). Л., 1991.
14. Б е л и м о в  А.А.,  В о р о б ь ё в  Н.И.,  К о ж е м я к о в  А.П. Применение дисперсионного анализа в изучении механизмов взаимодействия растений и корневых диазотрофов. Бюл. ВНИИСХМ (Л.), 1989, 52: 6-12.
15. Б е л и м о в  А.А.,  К о ж е м я к о в  А.П.,  П о с т а в с к а я  С.М. Приживаемость и эффективность корневых диазотрофов при инокуляции ячменя в зависимости от температуры и влажности почвы. Микробиология, 1994, 5: 900-908.
16. К о ж е м я к о в  А.П. Приемы повышения продуктивности азотфиксации и урожая бобовых культур. В сб.: Биологический азот в сельском хозяйстве СССР. М., 1989: 15-27.
17. К о ж е м я к о в  А.П.,  Д о р о с и н с к и й  Л.М. Эффективность использования препаратов азотфиксирующих микроорганизмов в сельском хозяйстве. Тр. ВНИИСХМ (Л.), 1989, 59: 5-13.
18. Т и х о н о в и ч  И.А.,  А р х и п ч е н к о  И.А.,  Б о р и с о в  А.Ю. и др. Генетические ресурсы микроорганизмов и систем сельскохозяйственного назначения. В сб.: Роль и место сельскохозяйственной науки в АПК России. М., 2005: 181-206.
19. А н т и п ч у к  А.Ф.,  К а н ц е л я р у к  Р.М.,  Р а н г е л о в а  В.Н. и др. Связь между симбиотической азотфиксацией и урожаем бобовых растений. Микробиология, 1989, 4: 649-652.
20. К о ж е м я к о в  А.П.,  А ф а н а с ь е в а  Л.М. Влияние производственных штаммов клубеньковых бактерий на белковую продуктивность бобовых культур. Бюл. ВНИИСХМ (Л.), 1986, 43: 15-18.
21. К у р ч а к  О.Н.,  П р о в о р о в  Н.А.,  С и м а р о в  Б.В. Отзывчивость различных видов вики на инокуляцию высокоактивными штаммами R. leguminosarum bv. viceae. Сб. науч. тр. по ген. и сел. (Л.), 1993, 151: 59-62.
22. З а в а л и н  А.А.,  Ч и с т о т и н  М.В.,  К о ж е м я к о в  А.П. и др. Эффективность инокуляции зерновых культур Agrobacteriumradiobacterв зависимости  от азотного удобрения, почвенных и метеорологических условий. Агрохимия, 2001, 2: 31-35.
23. K o z h e m y a k o v  A.P.,  P r o v o r o v  N.A.,  T i k h o n o v i c h  I.A. Breeding for high effiency in Pisumsativum/Rhizobiumleguminosarumsymbiosis. Pisum Genetics, 1999, 31: 54-55.
24. К о ж е м я к о в  А.П.,  П р о в о р о в  Н.А.,  З а в а л и н  А.А. и др. Оценка взаимодействия сортов ячменя и пшеницы с ризосферными бактериями на различном азотном фоне. Агрохимия, 2004, 3: 1-8.

CREATING AND ANALYZING A DATABASE ON THE EFFICIENCY OF MICROBIAL PREPARATIONS OF COMPLEX ACTION

A.P. Kozhemyakov, S.N. Belobrova, A.G. Orlova

A data-base on the effectiveness of biopreparation in various regions of Russia (more than 3000 field experiments considered) has been created. All biopreparations were shown to increase significantly the yield of various crops (by 10-40 %). The use of biopreparations reduces the negative impact of extreme environmental conditions.

Keywords: database efficacy of biopreparations, nodule bacteria, associative rhizobacteria.

Оформление электронного оттиска