ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 87-94
== БИОЛОГИЯ ПОЧВ =
УДК 57.084.2
ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИЙ Bacillus subtilis НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ И МИКРОБОЦЕНОЗ ПОЧВЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
© 2015 г. В. Н. Пищик1, Н. И. Воробьев2, К. Г. Моисеев1, О. В. Свиридова2, В. Г. Сурин1
Агрофизический институт РАСХН, 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14
e-mail: veronika-bio@rambler.ru 2Всероссийский институт сельскохозяйственной микробиологии, РАСХН, 196608, Санкт-Петербург, Подбельского шоссе (Пушкин-8), 3 Поступила в редакцию 04.03.2013 г.
Изучали влияние инокуляции бактериями Bacillus subtilis шт. № 2 (далее B. subtilis 2) и физических свойств почвы на физиологическое состояние растений пшеницы (Triticum aestivum L.) и почвенный микробоценоз при использовании различных доз азотных удобрений. В полевых условиях физиологическое состояние растений оценивали по величине оптического вегетационного индекса. Установлено, что: 1 — эффективность действия бактерий B. subtilis 2 на растения уменьшалась с увеличением дозы удобрений и увеличением плотности сложения почвы; 2 — инокуляция растений бактериями способствовала повышению устойчивости растительно-микробной системы к неблагоприятному воздействию высоких доз азотных удобрений за счет перегруппировки бактерий в прикорневых экологических нишах; 3 — наибольшая агрономическая эффективность использования азотных удобрений выявлена при инокуляции растений бактериями B. subtilis 2 и дозе азотных удобрений 120 кг/га.
Ключевые слова: растительно-микробная система, бактерии B. subtilis 2, прикорневые почвенно-эко-логические ниши, физиологическое состояние растений, яровая пшеница, оптический вегетационный индекс, физические свойства почв.
DOI: 10.7868/S0032180X1501013X
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим фактором повышения продуктивности сельскохозяйственных растений и улучшения почвенного плодородия является научно обоснованное применение удобрений [19]. Интенсификация сельскохозяйственного производства предполагает увеличение доз минеральных удобрений. Однако при избыточном внесении азотных удобрений нарушается баланс основных биогенных элементов, возникают стрессовые реакции у растений, происходит накопление нитратов в растениях и зерне, растения поражаются фитопатогенами, уменьшается урожай растений [7, 23, 25, 26, 32, 33, 37]. В этих условиях особое значение приобретают мероприятия, направленные на получение стабильных урожаев за счет повышения эффективности использования азотных удобрений, реализации потенциальной продуктивности растений и проявления их новых адаптивных свойств. Одним из факторов адаптации растений к внешним воздействиям являются ри-зосферные бактерии, находящиеся в симбиозе с растением.
В сельскохозяйственной практике широкое применение находят биопрепараты, которые способствуют адаптации растений к стрессу, ограничивают рост фитопатогенов, регулируют поступление загрязнителей из окружающей среды и значительно увеличивают урожаи сельскохозяйственных растений [5, 6, 21, 24, 37, 40]. Однако исследователи отмечают недостаточную изученность и непостоянство действия биопрепаратов в полевых условиях [5, 6].
Эффективность биопрепаратов в сельскохозяйственной практике определяется прежде всего климатическими условиями и обоснованной дозой минеральных удобрений [5, 6]. Немаловажная роль в эффективности интродуцируемых микроорганизмов отводится возникновению устойчивого растительно-микробного взаимодействия [14]. В свою очередь, функционирование растительно-микробных систем определяется физическими условиями почвы.
В данной работе изучалось влияние интроду-цированных бактерий В. зиЬИШ 2 на физиологическое состояние растительно-микробной систе-
Таблица 1. Гранулометрический состав изучаемой почвы (%)
ГО Глубина отбора, см Размер почвенных частиц, мм
>10 10.0-5.0 5.0-2.0 2.0-1.0 1.0-0.5 0.5-0.25 0.25-0.1 0.1-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 <0.005
А пах А2В 0-33 33-60 1.62 0.47 0.28 1.25 0.73 2.43 1.02 1.90 0.98 3.61 11.11 12.71 28.29 31.22 34.35 30.27 11.76 9.10 4.47 3.42 5.41 3.63
мы при различных дозах азотных удобрений и плотности сложения почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Полевой микроделяночный опыт с яровой мягкой пшеницей (ТгШеыш агзНуит Ь.) сорта "Красноуфимская" был проведен на опытном поле ГНУ Меньковский филиал Агрофизического института (Гатчинский р-н Ленинградской обл.). Опыт был заложен на выровненном по мезорельефу участке с небольшим уклоном в 1о к северо-востоку. Почвенный покров однородный и представлен дерново-слабоподзолистой поверхностно оглеенной почвой супесчаного гранулометрического состава. Водно-ледниковая легкая супесь на глубине 50—60 см подстилается мореной более тяжелого супесчаного гранулометрического состава (табл. 1). Известно, что подобное строение почвенного профиля приводит к избытку влаги на глубине контакта пород, что сказывается на морфологических признаках и водном режиме почв [10, 17, 29]. В весенний и осенний периоды и при ливневом выпадении осадков происходит периодическое переувлажнение пахотного горизонта почвы.
В опыте проведен мониторинг физических свойств почвы: плотности сложения, твердости и инфильтрации влаги за полевой сезон в пахотных и подпахотных горизонтах с учетом морфологии профиля и гранулометрического состава почвенных горизонтов. Плотность сложения почвы определялась методом режущих колец по методике [15]. Твердость почв исследовалась при помощи твердомера Ревякина [3]. Весовая влажность почв и лизиметрические исследования проводились согласно методике, изложенной в руководствах по физике почв [3, 15]. Гранулометрический состав определялся ареометриче-ским методом [11].
По агрохимической характеристике исследуемая почва является хорошо окультуренной: рН водный 5.1—6.0; мощность пахотного горизонта — 0.22—0.25 м; содержание общего углерода — 2.32%, подвижного фосфора — 25 мг/100 гпочвы, подвижного калия — 30 мг/100 гпочвы. Площадь опытных делянок составляла 10 м2, повторность в опыте — трехкратная. Азотные удобрения (аммиачная селитра) вносились традиционно перед по-
севом из расчета 0, 60, 90, 120, 150 и 180 кг/га по действующему веществу. В опыте проводилась инокуляция растений бактериями В. зиЬИШ 2 в фазы кущения и выхода в трубку с помощью ранцевого опрыскивателя. Бактерии В. зиЬИШ 2, использованные в опыте, обладают фитогормо-нальными свойствами за счет способности синтезировать индолилуксусную кислоту (ИУК), ускоряющую рост растений пшеницы [39]. Титр вегетирующих клеток бактерий В. зиЬИШ 2 в ино-куляте был не менее 105 КОЕ в 1 мл культуральной жидкости.
Агрономическая эффективность удобрений рассчитывалась по формуле [16]:
АЭ — (У№К — урк)/д^ >
(1)
где АЭ — агрономическая эффективность, УОТК, УРК — урожай пшеницы при применении и без применения азотных удобрений (кг/га), Дм — доза азотных удобрений.
Для агрохимического анализа образцы почвы отбирались из пахотного горизонта. Содержание углерода в органическом веществе почвы определяли методом Тюрина, содержание подвижных форм фосфора и калия — по Кирсанову [1], концентрацию n0- и мн+ в растениях и почве в водных вытяжках с помощью ион-селективных электродов.
Для определения физиологического состояния посева в полевых условиях [12] и своевременной корректировки уровня минерального питания растений был использован дистанционный спектрофотометр (АДТ) [36]. С его помощью определялся световой вегетационный индекс (VI) от группы растений
VI = NIR/VIS, (2)
где NIR и УК — показания АДТ в инфракрасной и видимой частей спектра соответственно [41]. Далее по значению VI определяли концентрации хлорофилла и азота в вегетирующих растениях, используя ранее построенные градуировочные зависимости этих характеристик от вегетационного индекса [18].
При построении градуировочных зависимостей в лабораторных условиях концентрацию хлорофилла в листьях определяли с помощью стационарного спектрофотометра 'Креко1-11" [4], а концентрацию азота — по методу Кьельдаля [1].
Таблица 2. Параметры растений пшеницы в фазу молочной спелости и урожай пшеницы в конце вегетации
Доза азотных удобрений, кг/га Фито-масса пшеницы, кг/м2 Высота растений, см Хлорофилл, мг/100 г N, % Продуктивная кустистость, количество продуктивных стеблей на одно растение Урожай растений, ц/га Прибавка урожая от инку-ляции бактериями, % Агрономическая эффективность азотных удобрений Плотность сложения почвы, г/см3
в листьях в зерне
0 1.25 65 365 0.55 1.51 1.2 7.6 — - 1.30
0* 1.75 74 492 0.70 1.85 1.2 15.9 + 109 - 1.25
60 1.55 81 404 0.60 1.82 1.2 8.0 — — 1.20
60* 1.76 103 486 0.69 2.04 1.2 10.3 +28 4.5 1.16
90 1.55 64 114 0.40 1.64 1.2 7.0 — - 1.32
90* 1.89 89 250 0.44 1.90 1.2 8.6 +22 1.1 1.25
120 1.77 72 446 0.75 1.86 1.4 9.1 — — 1.24
120* 1.89 73 585 0.85 2.07 1.6 14.1 +54 5.4 1.22
150 2.27 73 507 0.81 1.94 1.4 10.9 — — 1.20
150* 2.40 76 550 0.92 2.17 1.6 14.9 +37 4.9 1.17
180 1.99 61 590 1.00 2.14 1.4 9.6 — — 1.27
180* 2.10 67 560 0.86 2.30 1.7 9.3 -3 0.9 1.21
НСР0.05 0.12 3 20 0.08 0.14 0.2 1.5 0.05
* Осуществлялась инокуляция растений бактериями В. 8ыЬШш 2.
Численность колоний споровых бактерий в ризосфере, ризоплане и филлоплане учитывали методом предельных разведений с дальнейшим посевом на агаризованную среду. Для характеристики структуры микробного сообщества почвы определяли численность физиологических групп микроорганизмов, участвующих в процессах трансформации азота, путем посева на селективные среды [20]. Для изучения характера взаимодействия интродуцируемых бактерий В. зыЬИШ 2 с почвенными микроорганизмами различных физиологических групп, участвующих в цикле превращения азота, были проведены кластерный, корреляционный и регрессионный анализы [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В вариантах опыта (табл. 2) получены существенные различия в концентрациях хлорофилла в листьях пшеницы, в фитомассе и продуктивности растений между вариантами с инокуляцией В. зыЬИШ 2 и без инокуляции растений, что согласуется с данными других исследователей [30, 32]. Эти различия объясняются дополнительным источником "биологического азота" за счет стим
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.