ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ
УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

ЧАБАНЮК Ярослав Васильович

УДК 631.461.5:631.463:579.26

Формування та активність мікробного угруповання

ризосфери злакових культур за дії комплексу мікробних препаратів та органо-мінеральних добрив

03.00.07 - мікробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в лабораторії екології та біотехнології ґрунтових мікроорганізмів Інституту агроекології та біотехнології Української академії аграрних наук

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук,

Шерстобоєва Олена Володимирівна,

Інститут агроекології УААН,

завідувач відділу моніторингу та біотехнології

мікроорганізмів і вірусів, м. Київ

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Іутинська Галина Олександрівна,

Інститут мікробіології і вірусології

ім. Д.К. Заболотного НАНУ,

завідувач відділу загальної та ґрунтової мікробіології,

заступник директора з наукової роботи

кандидат сільськогосподарських наук

Мельничук Тетяна Миколаївна

Південний філіал Інституту сільськогосподарської

мікробіології УААН, завідувач лабораторії

біологічного азоту і фосфору, директор

Провідна установа – Харківський національний аграрний університет

ім. В.В. Докучаєва, м. Харків

Захист відбудеться “ 1 ” березня 2006 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01. в Інституті агроекології УААН за адресою: вул. Метрологічна, 12, м. Київ, Україна, 03143

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту агроекології УААН

Автореферат розісланий “28” січня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат хімічних наук Л.І. Моклячук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Відомо, що 60-90% живої маси ґрунту складають мікроорганізми, фізіологічна і біогеохімічна активність яких в 100-1000 раз більше, ніж у макроорганізмів. Використання такого могутнього потенціалу для потреб людини дасть можливість збільшити продуктивність сільськогосподарських угідь за рахунок більш раціонального використання природного потенціалу мікробно-рослинних взаємодій (Черников В.А. та ін., 2000).

Активізація агрономічно корисних мікробних процесів у кореневій зоні рослин можлива двома способами: внесенням у ґрунт органічних та мінеральних добрив, які оптимізують діяльність аборигенної мікрофлори ґрунту, і збагаченням ґрунту високоефективними штамами азотфіксуючих, фосфатмобілізуючих мікроорганізмів та мікроорганізмів продуцентів рістрегулюючих і антибіотичних речовин (Патика В.П. та ін. 1993).

Накопичено багатий експериментальний матеріал щодо сприятливого впливу на продуктивність рослин і якість одержаної продукції окремих біопрепаратів, що виконують у ризоценозі конкретну функцію: азотфіксації, фосфатмобілізації, продукування речовин антибіотичної і фітогормональної дії (Смірнов В.В. та ін., 2002; Lugtenberg B.J.J., 2000).

Проте, оптимізація одного із факторів, які впливають на продуктивність рослин, не гарантує до одержання стабільних позитивних результатів, адже інші за таких умов стають лімітуючими (Одум Ю. 1986), тому створення та застосування поліфункціональних комплексів мікроорганізмів, які задовольняють основні потреби рослин, може значно підвищити ефективність біопрепаратів.

На прикладі інтродукції діазотрофів у ризосферу рису і пшениці озимої доведено, що впливати на активність і спрямованість рослинно-мікробних взаємодій можливо лише за умови вивчення конкурентоспроможності мікроорганізмів при їх інтродукції у кореневу зону рослин, їх впливу на функціонування мікробного угруповання, а також впливу умов середовища на його активність (Патика В.П. та ін., 2003).

Отже, для регулювання агрономічно корисних мікробіологічних процесів ґрунту і одержання прогнозованих результатів інтродукції мікроорганізмів з цінними властивостями на продуктивність рослин необхідні і актуальні дослідження локалізації і чисельності популяцій штамів мікроорганізмів, інтродукованих у кореневу зону, їх впливу на ризосферні мікроорганізми та біологічну активність ґрунту при вирощуванні злакових культур на фоні різних органо-мінеральних добрив.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась згідно тематичних планів Інституту агроекології та біотехнології УААН НТП „Агроекосистеми” за завданням „Теоретично обґрунтувати і застосувати на практиці методи сільськогосподарської біотехнології для цілеспрямованого формування сталих агроекосистем” (№ державної реєстрації 0101U003296).

Мета і завдання досліджень. Метою досліджень було формування структури мікробного угруповання і активізація позитивних мікробіологічних процесів у кореневій зоні злакових культур за умов застосування поліфункціонального комплексу біопрепаратів та вирощування рослин на фоні різних органомінеральних добрив для підвищення їх продуктивності.

Для досягнення поставленої мети виконувалися такі завдання:

·

комплексів іn vitro;

·

Enterobacter nimipressuralis 32-3 у кореневій зоні озимої пшениці;

·

поверхні інокульованого насіння злакових культур;

·

інтродукцію мікроорганізмів, що складають поліфункціональний комплекс;

·

еколого-трофічних груп у ризосфері ячменю ярого та пшениці озимої;

·

впливом інтродукованих мікроорганізмів;

·

мікробних взаємодій;

·

вирощуванні їх на різних фонах удобрення.

Об’єкт досліджень. Формування та активність мікробного угруповання ризосфери злакових культур при їх вирощуванні з застосуванням поліфункціональних комплексів мікробних препаратів на фоні органомінеральних добрив та реакція рослин на застосовані заходи.

Предмет дослідженнь: Чисельність основних еколого-трофічних груп мікроорганізмів і біологічна активність ґрунту кореневої зони злакових культур та продуктивність рослин при застосуванні поліфункціональних комплексів біопрепаратів на основі азотфіксуючого штаму Agroradiobacter 204 (діазофіт), фосфатмобілізуючого штаму Enterobacter nimipressuralis 32-3 (ФМБ 32-3) та антагоністів фітопатогенних грибів Paenibacillus polymyxa 6M (БСП) під ячмінь і Chaetomium cochliodes 3250 (хетомік) під пшеницю озиму.

Методи досліджень:

- лабораторні методи – визначення структури та активності мікробного угруповання кореневої зони злакових культур, вмісту протеїну та клейковини в зерні загальноприйнятими методами ґрунтової мікробіології і агрохімії;

- польові і вегетаційні – вивчення ефективності застосування біопрепаратів, їх впливу на мікробне угруповання і властивості ґрунту та кількісні показники продуктивності злакових культур;

- статистичний метод – встановлення вірогідності отриманих результатів та визначення залежностей між різними факторами і процесами.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше, на основі визначеної іn vitro взаємної індиферентності мікроорганізмів-біоагентів препаратів діазофіту (азотфіксація), ФМБ-32-3 (фосфатмобілізація), БСП і хетоміка (антифунгальна дія) складені поліфункціональні комплекси біопрепаратів, які спроможні позитивно впливати на склад і активність ризоценозу ячменю і пшениці.

Вперше досліджена динаміка титру мікроорганізмів-інокулянтів на повер-хні насіння ячменю і пшениці за умов окремої та сумісної інокуляції. Встановлено, що шорстка чарункова структура поверхні насіння ячменю та в’язкий полісахаридний слиз Paenibacillus polymyxa 6M сприяють більш тривалому збереженню життєздатності бактеріальних клітин, ніж на насінні пшениці.

Вперше встановлена локалізація і чисельність популяції Chaetomium coch-- 3250 – біоагенту антифунгального препарату хетомік і Enterobacter nimipressuralis 32-3 (фос-фатмобілізуючий препарат ФМБ-32-3), інтродукованих у кореневу зону пше-ниці озимої. Показано, що популяція C. cochliodes 3250 розвивається в ос-новному в ризосфері з поступовим зниженням її чисельності в едафосфері. У ло-кальностях з високою чисельністю мікроміцету втриччі знижується різ-но-манітність мікроміцетів, що свідчить про вибірковість його антифунгальної дії. E. nimipressuralis 32-3 утворює в ризосфері невеликі за чисель-ністю популяції (до 3 тис. КУО в 1 г ґрунту), проте спричиняє підвищення фос-фатазної активності в ризосфері на 24%.

Вперше встановлено вплив інокуляції насіння поліфункціональним комплексом активних штамів мікроорганізмів і подальшого вирощування рослин на фоні різних органо-мінеральних добрив на формування мікробного угруповання кореневої зони злакових культур та його активності. За таких умов у 2,3-2,8 рази знижується чисельність міцеліальних форм мікроорганізмів і у 1,5 рази збільшуються чисельності азотфіксуючих і амоніфікуючих бактерій, підвищуються целюлозоруйнівна і антифунгальна активності у ризосфері рослин ячменю відповідно на 45 і 84 % та рослин пшениці 55 і 80 %, а також знижується фітотоксичність ґрунту, що виникла в результаті заорювання соломи, на 20-25 % у посівах ячменю та 25-30% у посівах пшениці.

Розширені уявлення про активізацію діяльності аборигенного мікробного угруповання ґрунту внесенням органо-мінеральних добрив, зокрема, вперше встановлено, що вони підвищують і стабілізують позитивні ефекти інокуляції рослин поліфункціональними комплексами мікробних препаратів. Застосовані заходи забезпечують підвищення урожайності ячменю ярого на 21,6% і пшениці озимої на 27-36% та вмісту клейковини у зерні пшениці на 2-2,5% відносно контролю.

Практичне значення отриманих результатів. Експериментально показана можливість регулювання складу та активності мікробіоти у ґрунті кореневої зони рослин інокуляцією поліфункціональним комплексом мікроорганізмів при подальшому вирощувані їх на фоні органо-мінеральних добрив.

Сільськогосподарському виробництву рекомендовано обробляти перед посівом насіння ячменю і пшениці поліфункціональними комплексами біопрепаратів на основі адаптованих до кореневих виділень злакових культур азотфіксуючих, фосфатмобілізуючих мікроорганізмів та антагоністів фітопатогенів. Для посилення та стабілізації позитивного впливу мікробних біопрепаратів рекомендовано подальше вирощування інокульованих рослин з удобренням різними органічними і помірними дозами мінеральних добрив.

Особистий внесок здобувача. Дисертант брав участь у розробці програми досліджень, самостійно провів мікробіологічні і агрохімічні аналізи та лабораторні експерименти. Польові досліди провів сумісно з відділом сортової агротехніки на базі Миронівського інституту пшениці ім. В.М. Ремесла УААН. Узагальнив одержані результати у друкованих наукових працях, сформулював висновки, підготував пропозиції виробництву і приймав безпосередню участь у розробці методичних рекомендацій.

Апробація результатів. Матеріали дисертації були представлені та обговорені на 7 конференціях: Міжнародна наукова конференція ”Сталий розвиток агроекосистем” (17-20 вересня 2002р., м. Вінниця); Всеукраїнська конференція молодих вчених “Засади сталого розвитку аграрної галузі” (28-30 жовтня 2002р., м. Київ); Науково практична конференція молодих вчених (24-26 листопада 2003р. смт. Чабани); Х з’їзд Товариства мікробіологів України (15-17 вересня 2004р. м. Одеса); Міжнародна науково-практична конференція “Культурний ґрунтогенез і ноосферна перспектива в інформаційному суспільстві” (червень 2004р. м. Харків); International students’ conference and workshop on landscape architecture and regional planning titled “Nature 2000, Architecture of Landscape and Planning of Space as basic factor for protection of native animal species – moulding the stage of succession in forest areas” (May, 2005. Tuczno); П'ята міжвузівська науково-практична конференція “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень стан і перспективи” (17-19 травня 2005р. м. Вінниця).

Публікації. Результати досліджень і матеріали за темою дисертації викладені у 11 наукових працях, у тому числі: в 5 наукових статтях у фахових виданнях, 4 тезах, 2 рекомендаціях виробництву.

Обсяг і стуктура роботи. Дисертацію викладено на 134 сторінках машинописного тексту, ілюстровано 6 таблицями, 48 рисунками. Складається з 5 розділів, з яких 3 є експериментальною частиною роботи, вступу, загальних висновків, рекомендацій виробництву, додатків. Список використаних джерел включає 181 найменування, з них 24 іноземною мовою.

основний Зміст роботи

Огляд літератури

Огляд складається з чотирьох підрозділів, в яких представлені літературні дані щодо рослинно-мікробних взаємодій, спрямованих на покращання родючості грунту та збільшення продуктивності сільськогосподарських культур. Проведено аналіз результатів досліджень вітчизняних і закордонних вчених щодо факторів, які сприяють інтродукції мікроорганізмів у кореневу зону рослин.

На основі аналізу літератури обґрунтовано вибір теми дисертаційної роботи та методів вирішення поставлених завдань.

Матеріали і методи досліджень

Динаміку чисельності мікроорганізмів-біоагентів препаратів на насінні визначали так: 10 г інокульованого насіння через різні тривалості зберігання поміщали у 100 мл стерильної водопровідної води і струшували при 220 об./хв. впродовж 30 хвилин, готували послідовні розведення суспензії і висівали на гороховий агар. Вихідний титр препаратів становив (КУО/насінину): P. polymyxa 6М (БСП) – 15 • 103, A. ra- 204 (діазофіт) – 8,1 • 105, E. nimipressuralis 32-3 (ФМБ) – 3,5 • 106, C. cochlioides 3250 (хетомік) – 8,2 • 104.

Взаємодію виробничих штамів мікроорганізмів іn vitro визначали на поверхні горохового агару методом зустрічних культур (Егоров Н.С., 1957).

Чисельність мікроорганізмів основних еколого-трофічних груп визначали методом висіву граничних розведень суспензії ґрунту на поживні середовища: амоніфікаторів – на м’ясо-пептонному агарі, мікроміцетів – на середовищі Чапека, азотфіксаторів – на безазотному середовищі Вино-град-ського, бактерій, які вживають мінеральні форми азоту (на 4 добу інкубації посівів) і стрептоміцетів (на 7 добу) – на крохмально-аміачному агарі (Звягінцев Д.Г., 1991).

Целюлозолітичну активність ґрунту визначали лабораторним методом Крістенсена в модифікації Звягінцева за реєстрацією втрати маси фільтрувального паперу після інкубації його на вологій ґрунтовій пластинці (Звягінцев Д.Г., 1991).

Антифунгальну активність ґрунту визначали, розкладаючи наважки ґрунту 0,5 г на вологі диски фільтрувального паперу діаметром 2 см, які клали у центр чашки Петрі на посів газоном тест-культур фітопатогенних грибів, які вирощували на кислому середовищі Чапека. Вимірювали прозорі зони відсутності росту тест-культури навколо паперу через 5 діб. Використовували 3 види фітопатогенних мікроміцетів: Bipolaris sorokiniana, Trichotecium roseum, Fusarium avenaceum. Тест-культури фітопатогенних мікроміцетів та штам C. cochlioides 3250 і хетомік – торф’яний препарат на його основі люб’язно надані нам його автором С.П. Надкерничним, завідувачем лабораторії біометоду Інституту сільськогосподарської мікробіології УААН.

Фосфатазну активність визначали за методикою Хазієва Ф.Х. (1990).

Токсичність ґрунту визначали за зниженням проростання насіння пшениці озимої та ячменю ярого на пластинках ґрунту (Мочалов Ю.М. та ін., 1982).

Агрохімічні аналізи здійснювали стандартними методами (Минеев В.Г. 1989).

У модельних дослідах використовували чорнозем типовий з дослідного поля Миронівського інституту пшениці ім. В.М. Ремесла (МІП УААН). Кожну рослину вирощували окремо в посудині з 250 г ґрунту в чотирьохразовій повторності. Насіння контрольного варіанту обробляли стерильною водопровідною водою. Аналізи проводили через 30 діб після появи сходів.

Ґрунт кореневої зони відокремлювали від коренів методом О.О. Берестецького із співавт. (1978) та диференціювали пошарово за відстанню від кореневої поверхні методом В.П. Патики зі співавт. (1991).

Польові досліди проводили на базі МІП УААН: грунт – чорнозем типовий, вміст гумусу в орному шарі 3,6-4,2%, рухомого фосфору – 128-189, обмінного калію – 95-127 мг/кг грунту, рН сольове – 5,2-6,5, гідролітична кислотність – 1,7-2,2 мг-екв. Облікова площа ділянок – 25 м2. Повторність – триразова.

Насіння у польових дослідах обробляли згідно рекомендацій авторів штамів для виробництва. Висівали у вологий ґрунт через 1 – 2 години після інокуляції.

Застосовували типову для виробничих умов зони агротехніку вирощування ячменю ярого, пшениці ярої і озимої. Посів проводили районованими сортами: ячмінь ярий – Цезар; пшениця озима – Миронівська 61; пшениця яра – Колективна 3. Норма висіву: ячменю – 5,0; пшениці - 6,5 млн. на 1 га схожих насінин.

Мінеральні добрива: селітра аміачна, суперфосфат простий, калій хлористий; органічні: солом’яна різка, гній напівперепрілий, сидерат (горох); КБП – комплекс біопрепаратів; ФАР (фізіологічно-активна речовина) – Ендофіт Л-1 – рістрегулятор ауксино-цито-кіні-но-вого ряду.

Схема досліду з ячменем ярим:

1. Контроль; 2. КБП; 3. N40P40K40; 4. N40P40K40 + КБП; 5. N40P40K40 + КБП + ФАР; 6. Солома (різка), 3 т/га; 7. Солома +КБП; 8. Солома + N40P40K40; 9. Солома + N40P40K40 + КБП; 10. Солома + N40P40K40 + КБП + ФАР.

Схема досліду з пшеницею озимою та ярою:

1. Контроль без добрив; 2. N60Р40К40; 3. N60P40K40 + КБП; 4. N60P40K40 + КБП + ФАР; 5. Солома, 4 т/га; 6. Солома + N60Р40К40; 7. Солома + N60P40K40 + КБП; 8. Солома + N60P40K40 + КБП + ФАР;9. Гній, 30 т/га; 10. Гній + N60Р40К40; 11. Гній + N60P40K40 + КБП; 12. Гній + N60P40K40 + КБП + ФАР; 13.Сидерат (горох); 14. Сидерат+N60Р40К40; 15. Сидерат+N60P40K40 +КБП; 16.Сидерат+N60P40K40 КБП+ФАР.

Статистичний аналіз вірогідності одержаних результатів проводили за допомогою методик, описаних Б.А. Доспеховим (1987) і стандартних комп’ютерних програм „Статистика” (Царенко О.М. та ін, 2000).

Вплив поліфункціональних комплексів мікробних препаратів на

структуру мікробних ценозів ризосфери злакових рослин

У лабораторних дослідах доведена компліментарність штамів мікроорганізмів-біоагентів, що є складовими поліфункціональних комплексних препаратів КБП-1 для ячменю і КБП-2 для пшениці. Штами мікроорганізмів іn vitro проявили взаємну індиферентність, тобто жоден із компонентів не пригнічував та не стимулював розвиток іншого при рості на агаризованому поживному середовищі.

При вивчені динаміки чисельності популяцій бактерій-біоагентів препаратів на поверхні насіння ячменю і пшениці було встановлено, що титр всіх інокулянтів знижується в декілька разів у перші 3 години (рис. 1).Впродовж подальше зберігання насіння озимої пшениці, інокульованого окремо кожним препаратом, титр мікроорганізмів на його поверхні знижувався більш повільно, ніж на поверхні насіння, обробленого КБП-2. Особливо уразливими виявилися азотфіксуючі неспороутворюючі A. ra- 204, а найменш – мікроміцет C. cochlioides 3250.

На насінні ячменю інокулюм зберігається краще, ніж на насінні пшениці, а комплексна інокуляція насіння ячменю сприяла збереженню бактеріальних клітин кожного компонента (рис. 1). Цьому сприяють шорстка та пориста оболонка насіння ячменю і дуже в’язкі екзополісахариди P. polymyxa 6М.

У модельному досліді досліджували вплив поліфункціонального комплексу мікроорганізмів КБП-1 на чисельність основних еколого-трофічних груп мікроорганізмів у ґрунті кореневої зони ячменю ярого, диференційованого за відстанню від кореневої поверхні. Було встановлено, що обробка насіння КБП-1 ініціює певні зміни у мікробному угрупованні ризосфери. У шарі ґрунту 1,5 – 3 мм зростає чисельність азотфіксуючих мікроорганізмів (рис. 2), а у шарі грунту 0 – 1,5 мм – знижується у 2 рази чисельність мікроміцетів (рис. 3). В едафосфері значних змін не спостерігали.

Встановлено, що складові поліфункціональних комплексів P. polymyxa 6М та A. ra- 204 при інтродукції у кореневу зону пшениці озимої значно впливають на біологічні характеристики ґрунту (Патика В.П. та ін., 2003), проте топографія інших складових КБП-2, С. cochlioides 3250 і E. nimipressuralis 32-3 та їх вплив на ризоценоз ще не визначались. Нами встановлено, що гриб-антагоніст фітопатогенних мікроміцетів С. cochlioides 3250 висококонкурентний при інтродукції в кореневу зону озимої пшениці, адже його популяція займала місце існування в ризосфері і едафосфері, знижуючи чисельність інших мікроміцетів (рис. 4).

Інтродукований у ризосферу озимої пшениці резистентний до стрептоміцину мутант штаму фосфатмобілізуючих бактерій E. nimipressuralis 32-3str виділявся на середовищі із стрептоміцином в низькій кількості, не вище 3 тис. КУО/г ризосферного ґрунту (шар 0-1,5 мм). Локалізацію і розташування популяції E. nimipressuralis 32-3 встановили при вирощуванні рослин у стерилізованому ґрунті, тобто при значному зниженні конкуренції з боку інших мікроорганізмів (рис. 5).

За таких умов E. nimipressuralis 32-3, штам, що активно трансформує мінеральні і органічні фосфати ґрунту та продукує рістстимулюючі речовини, при інтродукції в кореневу зону пшениці озимої проявив високу залежність до кореневих виділень рослин, і його переважний розвиток спостерігали в ризосфері з поступовим зниженням чисельності при віддаленні у едафосферу з 63 до 15 тис. КУО/г ґрунту.

Таким чином, на основі визначеної іn vitro взаємної індиферентності мікроорганізмів-біоагентів препаратів складені поліфункціональні комплекси біопрепаратів, які спроможні позитивно впливати на структуру ризоценозу ячменю і пшениці. А саме: для ярого ячменю – КБП-1 азотфіксуючий штам Agrobacterium ra- 204 (діазофіт), фосфатмобілізуючий штам Enterobaсter nimipressuralis 32-3 (ФМБ-32-3) та антагоніст фітопатогенів штам Paenibacillus polymyxa 6M (БСП); для озимої пшениці – КБП-2: азотфіксуючий штам Agrobacterium ra- 204 (діазофіт), фосфатмобілізуючий штам Enterobaсter nimipressuralis 32-3 (ФМБ-32-3) та штам гриба-антагоніста Chaetomium cochliodes 3250 (хетомік).

Вплив біопрепаратів і добрив на мікробний ценоз і біологічну активність ґрунту ризосфери злакових рослин у польових дослідах

При обробці насіння ячменю ярого перед посівом поліфункціональним комплексом біопрепаратів та внесенням у ґрунт органо-мінеральних добрив спостерігали зниження чисельності міцеліальної мікрофлори – стрептоміцетів та мікроміцетів в 2,0 і 2,6 рази. Ймовірно, цей ефект викликано антагоністичною дією P. polymyxa 6М, який входить до складу комплексу біопрепаратів і володіє хітиназною активністю. Зниження кількості міцеліальних форм мікроорганізмів можна пояснити й витісненням їх більш конкурентноспроможними у ризосфері злакових культур азотфіксуючими і фосфатмобілізуючими штамами мікроорганізмів – біоагентів застосованих препаратів. При застосуванні комплексу біопрепаратів чисельність азотфіксаторів зростала в 1,5 рази, а при внесенні в ґрунт соломи спостерігали збільшення кількості азотфіксуючих мікроорганізмів вдвічі (рис.6).

Внесення в ґрунт мінеральних добрив також сприяло збільшенню чисельності цієї групи. Спостерігали тенденцію зростання вмісту органотрофних бактерій при застосуванні комплексу біопрепаратів в варіантах без внесення в ґрунт мінеральних добрив. На нашу думку одержаний ефект можна пояснити розвитком у ризосфері рослин популяцій інтродуцентів A. radiobacter 204, P. polymyxa 6М та Е. nimipressuralis 32-3, які здатні асимілювати органічні речовини і спроможні утворювати колонії на м’ясо-пептонному агарі. Їх чисельність зростала в цих варіантах в 2 рази.

Подібні тенденції спостерігали й при вирощуванні озимої пшениці.

Мікрофлорі належить важлива роль у формуванні фунгістатичного потенціалу ґрунту, і застосування консорціуму мікроорганізмів значно збільшувало антифунгальну активність ґрунту, особливо при вирощуванні рослин з внесенням солом’яної різки (рис. 7).

Целюлозоруйнівна активність в контрольному варіанті була на 20 – 30% нижче, ніж у варіантах з біопрепаратами і мінеральними добривами, що свідчить про несприятливе співвідношення вуглецю і азоту в ґрунті без добрив і оптимізацію його при їх внесенні.

Як уже зазначалось, деструкція соломи у ґрунті відбувалася за домінування грибної мікрофлори. Багатьом мікроміцетам властива здатність утворювати токсичні продукти, тому при заорюванні в ґрунт соломи спостерігали зростання його токсичності. Застосування комплексу біопрепаратів, як було показано вище, знижувало чисельність міцеліальних форм мікроорганізмів у ризосфері рослин, що дозволило достовірно знизити фітотоксичність ґрунту на 20-25 % (рис. 9.).

Отже, на основі результатів експериментів можна стверджувати, що застосування біопрепаратів та органо-мінеральних добрив позитивно впливає на мікробне угруповання кореневої зони ячменю ярого, активізуючи розвиток мікроорганізмів, що трансформують азотні сполуки і тих, що руйнують целюлозу. Завдяки конкурентній спроможності і антагоністичній дії інтродукованих штамів бактерій, підвищується антифунгальна активність ризосферного ґрунту, пригнічується ріст міцеліальних форм мікроорганізмів, що сприяє зниженню фітотоксичності ґрунту.

Ефективність застосування комплексу мікробних препаратів на

фоні різних органічних і мінеральних добрив в посівах злакових культур

Біоагенти мікробних препаратів впливають не лише на активність процесів у ґрунті, але й на ріст та розвиток рослин та сприяють додатковому формуванню елементів врожаю інокульованими рослинами.

Встановлено, що інокуляція насіння ячменю ярого комплексом мікробних препаратів істотно впливає на збільшення біомаси рослин, на елементи структури урожаю, якість одержаного зерна і урожайність.

Дані польових досліджень щодо вивчення впливу КБП на фоні NPK та соломи свідчать, що наростання біомаси ячменю ярого відбувалося інтенсивніше на фоні соломи у поєднанні з КБП, адже маса 100 рослин досягає 418,5 г порівняно з контролем – 227,5 г.

Аналіз структури урожаю ячменю ярого показав, що застосування комплексу біологічних препаратів і вирощування рослин з заорюванням соломи у різному поєднанні з мінеральними добривами та ФАР безпосередньо впливає на елементи структури, особливо на щільність стеблостою.

Найбільш стабільну дію біологічних препаратів спостерігали при внесенні соломи: приріст урожайності відносно варіанту з внесенням лише соломи становив 4,3 ц, а при поєднанні з мінеральними добривами він збільшувався до 10,4 ц (табл. 1).

В той же час застосування комплексу біопрепаратів лише на фоні мінеральних добрив не супроводжувалось стабільним приростом урожайності. В середньому за роки досліджень вона була на рівні варіанту з внесенням лише мінеральних добрив.

На варіанті, де комплекс біопрепаратів застосовувався на фоні соломи в поєднанні з мінеральними добривами, складаються найкращі умови для отримання високої урожайності ячменю ярого. В цьому варіанті отримано максимальний урожай зерна – 65 ц/га, приріст становить 13,7 ц/га або 21,6%.

Активізація азотфіксації, фосфатмобілізації та гальмування розвитку фітопатогенних мікроміцетів, що відбувається внаслідок інтродукції комплексу агрономічно корисних мікроорганізмів у кореневу зону рослин, позитивно впливають не лише на урожайність рослин і структуру врожаю, але й на його якість. Застосування біопрепаратів сприяло збільшенню вмісту в зерні протеїну на 1,8-2,5 %.

Проте їх застосування на фоні внесення в ґрунт соломи не приводить до збільшення вмісту протеїну в зерні.

Таблиця 1.

Ефективність застосування КБП-1 у поєднанні із мінеральними

добривами та соломою при вирощуванні ячменю ярого сорту Цезар

(польові досліди МІП УААН)

Варіанти досліду | Урожайність за роками, ц/гаВідхилення від контролю2002р. | 2003р. | 2004р. | 2005р. | середнє | ц/га | % | Без добрив | 55,754,2 | 43,7 | 50,2 | 51,0 | - | 100 | КБП-1 | 59,960,9 | 48,4 | 53 | 55,6 | 4,6 | 108,9 | N40P40K40 | 62,265,8 | 60,5 | 57,4 | 61,5 | 10,5 | 118,9 | N40P40K40 +КБП-1 | 62,663,9 | 64,3 | 58,6 | 62,4 | 11,4 | 118,5 | N40P40K40+КБП-1+ФАР | 63,163,1 | 62,3 | 60,7 | 62,3 | 11,3 | 118,1 | Солома, 3 т/га | 57,357,1 | 51,5 | 51,3 | 54,3 | 3,3 | 105,3 | Солома+КБП-1 | 6361,5 | 55,6 | 54,1 | 58,6 | 7,6 | 113,9 | Солома+N40P40K40 | 63,364,4 | 67,2 | 58,4 | 63,3 | 12,3 | 121,1 | Солома+N40P40K40+КБП-1 | 64,365,2 | 69,7 | 59,4 | 64,7 | 13,7 | 121,6 | Солома+N40P40K40+КБП-1+ФАР | 64,564,7 | 68,5 | 60,5 | 64,6 | 13,6 | 121,0 | Fф>Fт НІР05 | 1,1 | 0,4 | 3,2 | 1,3 | Вірогідно, що більша частина азоту, за таких умов вирощування, витрачається на розкладання целюлози і в подальшому не накопичується в зерні ячменю. Запропоновані агрозаходи дозволяють отримати зерно ячменю, яке може бути використано на пивоварні цілі.

Подібні дані були одержані у досліді з пшеницею озимою, які проводили у 2003-2005 роках. Як і у ячменю більш сприятливі умови для ґрунтових мікроорганізмів, режиму живлення рослин пшениці озимої, ростових та метаболічних процесів у період онтогенезу формувалися при сумісному застосуванні мінеральних та органічних добрив з обробкою насіння комплексом біопрепаратів. На рисунку 10 наведені урожайні дані досліду 2003-2004 року.

Більш ефективною дія біопрепаратів була при сумісному внесенні у ґрунт органічних та мінеральних добрив. За таких умов рослини сформували більш щільний стеблостій і в подальшому це вплинуло на елементи структури урожаю та на урожай в цілому.

При застосуванні ФАР спостерігали збільшення кількості продуктивних стебел, що відбулося за рахунок стимуляції ростових процесів. Таку ж тенденцію ми спостерігали при обробці насіння КБП, в даному випадку стимуляція відбувається за рахунок продукування фітогормонів біоагентами, що входять до складу комплексу біопрепаратів.

Найбільшу урожайність пшениці озимої отримано при вирощуванні інокульованих рослин на фоні внесення в ґрунт гною та мінеральних добрив. Цей показник становить 75,4 ц/га проти 55,2 ц на контролі, тобто прибавка від комплексу агрозаходів становить 20,2 ц або 36,5%.

Отримані подібні результати зростання врожаю при дії КБП-1 в дослідах з пшеницею ярою сорту Колективна 3, прибавка врожаю становить 13,8-19,2%.

Таким чином, застосування поліфункціональних комплексів біопрепаратів на фоні органо-мінеральних добрив забезпечує збільшення урожайності ячменю ярого на 21,6%, пшениці озимої на 27-36%. Крім того, вміст сирої клейковини у зерні пшениці озимої збільшується на 2-2,5%.

Висновки

Інтродукція в кореневу зону рослин конкурентоздатних штамів азотфіксуючих, фосфатмобілізуючих бактерій, мікроорганізмів-продуцентів речовин антибіотичної дії та застосування органо-мінеральних добрив регуляторно впливають на мікробне угруповання та активність біологічних процесів у ґрунті, що дозволяє формувати високопродуктивні рослинно-мікробні системи.

1. In vitro встановлена взаємна індиферентність виробничих штамів з різними агрономічно цінними властивостями Agrobacterium radiobacter 204, Enterobacter nimipressuralis 32-3, Paenibacillus polymyxa 6M, Сhaetomium cochliodes 3250. На їх основі підібрані поліфункціональні комплекси біопрепаратів: для обробки насіння ячменю – КБП-1, який містить препарати діазофіт (азотфіксація), ФМБ-32-3 (фосфатмобілізація, рістстимуляція) і БСП (біофунгіцид); для обробки пшениці КБП-2 – діазофіт (азотфіксація), ФМБ-32-3 (фосфатмобілізація, рістстимуляція) і хетомік (біофунгіцид).

2. Насіннєва оболонка ячменю ярого сприяє більш тривалому зберіганню мікроорганізмів на його поверхні, ніж пшениці. За обробки насіння ячменю ярого мікробним комплексом збільшується термін зберігання титру кожного компоненту на поверхні інокульованого насіння на 2-3 години, а на насінні озимої пшениці – знижується. Найбільш уразливим до дії зовнішніх факторів є Agrobacterium radiobacter 204, а найбільш стійким – Сhaetomium cochliodes 3250.

3. Встановлено, що інокуляція насіння ячменю ярого комплексом мікроорганізмів з агрономічними цінними властивостями ініціює зміни функціональної структури мікробного угруповання ризоценозу: чисельність азотфіксуючих бактерій збільшується 1,3 рази, чисельність мікроміцетів знижується у 2 рази. В едафосфері подібних ефектів не виявлено.

4. Встановлено, що Сhaetomium cochliodes 3250 при інтродукції у кореневу зону пшениці озимої сорту Миронівська 61 розвивається переважно в ризосфері, за рахунок чого на 8 тис. КУО/г ґрунту зростає загальна чисельність мікроміцетів, серед яких відносний вміст С cochliodes становить 55%.

5. При вирощуванні озимої пшениці у нестерильному ґрунті Enterobacter nimipressuralis 32-3 утворює у ризосфері популяцію, чисельність якої не перевищує 3 тис. КУО/г грунту, проте майже вдвічі зростає фосфатазна активність в ризосфері.

6. Вплив комплексу біопрепаратів на біологічну активність ґрунту су-про-вод-жується відповідним підвищенням целюлозоруйнівної та антифунгальної активності мікробного угруповання ризосфери, відповідно, на 30 і 63 % у ячменю та 43 і 50 % у пшениці.

7. Внесення органо-мінеральних добрив посилює вплив поліфункціонального комплексу біопрепаратів на біологічну активність ґрунту - целюлозоруйнуюча та антифунгальна активність мікробного угруповання ризосфери зростає, відповідно, до 79 і 84 % у ячменю та 55 і 80 % у пшениці.

8. Застосування комплексу біопрепаратів дозволяє знизити у ризосфері ячменю ярого фітотоксичність ґрунту, що виникає при деструкції соломи, на 20-25 %.

9. У мікробному угрупованні ризосфери інокульованих поліфункціональним комплексом біопрепаратів рослин ячменю відбувається зменшення чисельності міцеліальних форм мікроорганізмів в 2,3 - 2,8 рази і збільшення чисельності азотфіксаторів в 1,5 рази, за умов вирощування їх на фоні органо-мінеральних добрив.

10. Внаслідок оптимізації структури і функціонування мікробного угруповання ґрунту кореневої зони урожайність ячменю ярого зростала на 21,6%, пшениці ярої – на 13,8 – 19,2%, озимої пшениці – на 27 – 36%. Обробка насіння перед посівом комплексами препаратів поліпшує якість урожаю, а саме, збільшує вміст клейковини в зерні пшениці озимої на 2-2,5%. Застосування комплексу біопрепаратів на фоні внесення в ґрунт соломи не призводить до збільшення вмісту протеїну в зерні ячменю ярого.

Пропозиції виробництву

Виробництву рекомендується передпосівна інокуляція насіння ячменю ярого поліфункціональним комплексом біопрепаратів КБП-1 та подальше вирощування рослин з внесенням в ґрунт мінеральних добрив в дозі N40Р40К40 д.р. та соломи. Насіння озимої пшениці рекомендується обробляти КБП-2 та вирощувати з внесенням у ґрунт мінеральних добрив в дозі N60Р40К40 д.р. та заорюванням гною, соломи або сидератів залежно від спеціалізації господарства.

Запропоновані заходи сприяють ефективній дії мікробного комплексу на активність біологічних процесів у ґрунті кореневої зони рослин та стабільно забезпечують приріст урожайності ячменю ярого на 21,6%, а озимої пшениці – 27 – 36%.

При обробці насіння КБП необхідно скорочувати тривалість від обробки насіння біопрепаратами до посіву в ґрунт, адже титр інокулюму швидко знижується.

Складено рекомендації виробництву з ефективного застосування комплексу біопрепаратів на основі азотфіксуючих, фосфатмобілізуючих мікроорганізмів та антагоністів фітопатогенів при вирощуванні пшениці озимої та ячменю ярого на фоні органо-мінеральних добрив.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Анотація

Чабанюк Я. В. Формування та активність мікробного угруповання ризосфери злакових культур за дії комплексу мікробних препаратів та органо-мінеральних добрив. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.07 – мікробіологія. – Інститут агроекології УААН, Київ, 2006.

У дисертаційній роботі викладені результати досліджень взаємодії комплексу мікроорганізмів з мікробним угру-по-ван-ням кореневої зони злакових культур.

Встановлена топографія попу-ля-цій інтродукованих штамів у ризосфері та едафосфері. Показано, що колонізація ними кореневої зони ініціює певні перебудови функціональної структури мікробних угруповань ризосфери. Висока активність штамів, продукування речовин фітогормональної та антибіотичної дії, засвоєння важкорозчинних фосфатів обумовлюють підвищення антифунгальної активності, руйнування целюлози та зниження фітотоксичності ризосферного грунту, що, в свою чергу, підвищує продуктивність рослин.

Розроблено елементи технології застосування комплексу біопрепаратів для підвищення продуктивності ячменю ярого та пшениці озимої.

Ключові слова: мікробне угруповання, антагонізм, біологічна активність, рослинно-мікробні системи, продуктивність рослин.

Аннотация

Чабанюк Я. В. Формирование и активность микробного сообщества ризосферы злаковых культур при применении комплекса микробных препаратов и органо-минеральных удобрений. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук за специальностью 03.00.07 – микробиология. – Институт агроэкологии УААН, Киев, 2006.

В диссертационной работе изложены результаты исследований взаимодействия полифункционального комплекса микроорганизмов с микробным сообществом корневой зоны злаковых культур.

В модельных опытах установлена топография популяций интродуцированных штаммов микроорганизмов в ризосфере и эдафосфере. Показано, что колонизация ими корневой зоны инициирует определенные перестройки функциональной и таксономической структуры микробных сообществ ризосферы, в частности активизируется микрофлора, ответственная за трансформацию азото- и фосфорсодержащих соединений, снижается разнообразие микофлоры.

Подобранны полифункциональные комплексы микроорганизмов, которые взаимно индифферентны и конкурентоспособны в напряженных различными экологическими взаимодействиями микробных ценозах ризосферы ячменя и пшеницы. Изучена динамика их численности на поверхности семян в течение 3 месяцев при индивидуальной и комплексной инокуляции, которая показала, что на поверхности семян ячменя титр инокулянтов сохраняется дольше и на более высоком уровне.

В полевых опытах установлено, что предпосевная обработка семян ячменя и пшеницы подобранными комплексами микроорганизмов, которые продуцируют вещества фитогормонального и антибиотического действия, обеспечивают усвоение недоступных растениям форм азота и фосфора, при последующем выращивании растений с удобрением соломой, сидератами, навозом и минимальными дозами минеральных удобрений, повышает антифунгальную, целлюлозоразлагающую и фосфатазную активность, снижает фитотоксичность ризосферной почвы, что, в свою очередь, способствует повышению продуктивности растений и качества полученного урожая.

Разработаны элементы технологии применения комплекса биопрепаратов для повышения продуктивности ячменя и пшеницы озимой.

Ключевые слова: микробное сообщество, биологическая активность, антагонизм, растительно-микробные системы, продуктивность растений.

Abstract

Сhabanyuk Y. V. Forming and Activity of a Microbical Association of Rhizosphere of Grain Crops if Use of a Complex Microbical Preparations and Organic-Mineral Fertilizers. – Manuscript.

Dissertation submitted for obtaining of the degree of a candidate of agricultural sciences under speciality 03.00.07. – microbiology; Institute of Agri-Ecology of the UAAS, Kiev, 2006.

In the dissertation results of researches of interaction between the strains, which were selected as adapted to root exudates of the winter wheat, with plants and microbial association of their root zone are adduced.

Concrete topography of a population of introduced strains inside rhizosphere and edaphosphere was established. It was approved that their colonisation of root zone can initiate some changes of taxonomic and functional structure of microbic associations for the rhizosphere. High activity ot different strains, production of phytohormonal and antibiotic substances, and assimilation of low solved phosphates can increase general nitrogen fixing