ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2010, № 4, с. 471-476
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 576.851.15:631.416.1:631.84:635.11
ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕНИЯ АЗОТФИКСИРУЮЩЕЙ БАКТЕРИИ PSEUDOMONAS PUTIDA 23 НА БАЛАНС АЗОТА В ПОЧВЕ
© 2010 г. В. П. Шабаев
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 e-mail: vpsh@rambler.ru Поступила в редакцию 24.03.2009 г.
Инокуляция столовой свеклы азотфиксирующей бактерией P. putida 23 усиливает активность азот-фиксации в ризосфере растений при их выращивании на луговой почве центральной части поймы р. Ока. Внесение бактерии значительно увеличивает урожай и вынос растениями азота из почвы и меченого 15N азотного удобрения в микрополевом опыте. В балансовом вегетационном опыте при внесении бактерии обнаружено статистически достоверное дополнительное поступление в почву из атмосферы и положительный баланс азота в системе почва—растение без значимых изменений содержания валового азота в почве после выращивания растений. Предполагается, что обнаруженный излишек азота в данной системе связан с включением в инокулированные растения фиксированного в ризосфере атмосферного азота. Внесение бактерии позволяет уменьшить вдвое дозы NPK-удобрений при выращивании столовой свеклы без потерь урожая.
Последние десятилетия для стимуляции роста и повышения урожаев сельскохозяйственных культур применяются различные микроорганизмы, в том числе ризосферные флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas. Данные бактерии привлекают внимание в первую очередь как средство биологической защиты растений от фитопа-тогенных микроорганизмов или как агенты биоконтроля [6, 23]. По современным взглядам, некоторые представители рода Pseudomonas обладают способностью к фиксации молекулярного азота [8, 15]. При внесении активно азотфиксиру-ющих псевдомонад установлены значительная стимуляция роста и повышение урожаев ряда сельскохозяйственных культур [8, 10], в том числе столовой и сахарной свеклы [4, 10, 12]. Применение ацетиленового метода позволило определить особенности азотфиксации в ризосфере небобовых растений и установить важнейшие закономерности в экологии этого процесса [7]. Однако ацетиленовый метод не позволяет оценить истинные размеры азотфиксации в ризосфере растений в течение вегетационного периода и определить участие фиксированного бактериями азота атмосферы в азотном питании растений. Объективную оценку количества азота, поступившего в почву в результате микробиологической азот-фиксации, и участии его в азотном питании растений дает балансовый метод в сочетании с методом изотопной (15N) индикации.
Цель работы — оценка влияния внесения азот-фиксирующей бактерии P. putida 23 на азотное питание растений столовой свеклы и баланс азота в пойменной почве.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в условиях вегетационных и микрополевого опытов на луговой почве центральной части поймы р. Ока (юг Московской обл.) при выращивании растений столовой свеклы сорта Бордо в сетчатом вегетационном павильоне. Семена при посеве инокулировали бактерией P. putida 23. Почва имела следующие показатели: pH солевой 6.93, C орг — 2.13%, N вал — 206 мг, гидролическая кислотность — 0.57 мг-экв, Са и Mg (1 н. KCl) - 20.6 и 3.0 мг-экв, P205 и K2O (0.2 н. HCl) — 29.9 и 39.9 мг/100 г почвы соответственно.
В е г е т а ц и о н н ы е о п ы т ы. Опыт 1. В стеклянные банки емкостью 500 см3 помещали 200 г почвы и в течение 30 сут выращивали по 2 растения при внесении аммиачной селитры на фоне РК-удобрений из расчета по 1, 8 и 8 мг действующего вещества на 100 г почвы соответственно. По прошествии двух недель роста растений и через каждую последующую неделю измеряли азот-фиксирующую активность в ризосфере интакт-ных растений ацетиленовым методом [2]. По-вторность опыта 5-кратная.
Опыт 2. В сосудах, наполненных 30 кг почвы, выращивали по 4 растения при внесении меченной стабильным изотопом 15N по обеим формам азота аммиачной селитры на фоне РК-удобрений из расчета по 16 мг д.в. на 100 г почвы соответственно. Избыток атомных процентов 15N в азотном удобрении составлял 15%. Растения поливали дистиллированной водой, не содержащей азота. Повторность опыта 5-кратная. После уборки в растениях определяли содержание азота и избы-
Таблица 1. Азотфиксирующая активность в ризосфере столовой свеклы. Вегетационный опыт 1. Средние из трех повторностей опыта ± ошибка средней, мг С2Н4/ сосуд/ч х 10-4
Вариант Срок измерения, сут
14 21 30
Без инокуляции 0.2 ± 0.1 1.4 ± 0.2 4.3 ± 0.2
Р. рыййа 23 0.4 ± 0.1 1.7 ± 0.1 5.0 ± 0.4
ток атомных процентов 15М, а также содержание валового азота в почве и подводили баланс азота в системе почва—растение.
М и к р о п о л е в о й о п ы т. В сосудах без дна (0.33 х 0.33 х 0.33 м), площадью 0.1 м2, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 36 кг почвы, выращивали по 4 растения. При набивке сосудов в почву вносили меченую 15М по обеим формам азота аммиачную селитру на фоне фосфорно-калийных удобрений в дозах по 0.6 и 1.2 г д.в. на сосуд (6 и 1.2 г д.в./м2). Избыток атомных процентов 15М в азотном удобрении составлял 10%. В конце опыта в растениях определяли содержание азота и избыток атомных процентов 15М и рассчитывали вынос урожаем азота (15М) удобрения и азота почвы. Повторность опыта 4-кратная.
Во всех опытах семена инокулировали чистой культурой азотфиксирующей бактерии Р. рыИйа 23, которая, как было установлено ранее, колонизировала корневую систему растений, стимулировала рост и повышала урожаи зерновых, бобовых и корнеплодов [10]. Пророщенные семена при посеве помещали на почву и инокулировали водными суспензиями бактерии из расчета 108 клеток на растение. В исходной суспензии плотность бактерии составляла 2 х 109 клеток в 1 мл. В варианте без инокуляции (контроле) вносили одинаковое количество автоклавированной бактериальной суспензии. Фосфорные и калийные удобрения вносили в виде однозамещенного фосфорнокислого калия и сернокислого калия, в микрополевом опыте перемешивали вместе с азотным удобрением с
верхним 15-сантиметровым слоем почвы в сосуде. В вегетационных опытах растения выращивали при влажности 60—80% полной влагоемкости. В микрополевом опыте растения выращивали под открытым небом при естественном увлажнении, при необходимости поддерживая влажность почвы в сосудах не ниже 60% полной влагоемкости дополнительными поливами.
Сухие корнеплоды и надземную массу растений анализировали на содержание азота. В почве исходных образцов и взятых после выращивания растений определяли содержание валового азота в 10-кратной повторности одновременно в одной партии, чтобы исключить ошибку воспроизводимости результатов. Методы определения содержания азота, его изотопного состава в растениях, а также особенности анализа валового азота в почве подробно описаны ранее [13]. Содержание азота семян, остаточного азота (15М) удобрения в почве после выращивания растений в вегетационном опыте 2 в виду их малого количества (в пересчете на 100 г почвы в сосуде), а также потому что эти величины были примерно одинаковы во всех вариантах, не учитывали при расчетах баланса азота. Статистическую обработку урожайных данных и результатов химических анализов растений и почвы проводили с использованием пакета программ 81а1§гайс8.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В вегетационном опыте 1, проведенном на пойменной почве при выращивании растений столовой свеклы в стеклянных банках, внесение бактерии Р. рыИйа 23 стимулировало азотфикси-рующую активность в ризосфере на протяжении месяца роста растений (табл. 1). Активность азот-фиксации увеличивалась по мере роста растений и достигала максимальных значений в конце опыта.
В табл. 2 представлены данные по балансу азота в системе почва—растение после выращивания столовой свеклы на пойменной почве в вегетационном опыте 2. После уборки растений в вариан-
Таблица 2. Баланс азота в системе почва—растение после выращивания растений. Вегетационный опыт 2
Вариант Дозы 15МРК- удобрений, мг д.в./100 г почвы Содержание N мг/100 г почвы Баланс N мг/100 г почвы, В + Б - А
исходное, А в растениях*, Б в конце опыта, В
Без инокуляции 16 206.1 2.1 203.2 -0.8
Р. рыййа 23 2.8 206.2 +2.9
НСР05 0.3 2.6 2.7
* Без азота (15М) удобрения.
ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕНИЯ АЗОТФИКСИРУЮЩЕЙ БАКТЕРИИ
Таблица 3. Урожай столовой свеклы (микрополевой опыт), масса растений, г/сосуд
473
Вариант Дозы 15NPK-удобрений, г д.в./сосуд, (г/м2) Сырое вещество Сухое вещество
корнеплоды надземная часть сумма корнеплоды надземная часть сумма
Без инокуляции 0.6 (6) 580 360 940 90 40 130
P. putida 23 760 590 1350 130 60 190
Без инокуляции 1.2 (12) 650 400 1050 110 50 160
P. putida 23 1020 740 1760 160 60 220
НСР05 113 72 198 13 12 20
Таблица 4. Содержание в растениях и вынос азота урожаем столовой свеклы (микрополевой опыт)
Вариант Дозы ^NPK-удобрений, г д.в./сосуд, (г/м2) Корнеплоды Надземная часть Сумма
% N вынос N, мг/сосуд % N вынос N, мг/сосуд вынос N, мг/сосуд
Без инокуляции 0.6 (6) 1.8 1620 2.4 960 2580
P. putida 23 1.9 2470 2.6 1560 4030
Без инокуляции 1.2 (12) 1.5 1650 2.8 1400 3050
P. putida 23 1.9 3040 2.6 1560 4600
НСР05 247 156 461
те с внесением азотфиксирующей бактерии P. putida 23 не обнаружено статистически достоверных (при уровне значимости 5%) изменений содержания валового азота в почве по сравнению с исходным его содержанием, несмотря на дополнительное усвоение почвенного азота инокули-рованными растениями. Однако в варианте без инокуляции установлено достоверное уменьшение содержания валового азота в почве после выращивания растений. При инокуляции обнаружено значительный положительный баланс азота в системе почва—растение в конце опыта, тогда как в момент уборки неинокулированных растений зафиксирована некоторая тенденция к проявлению отрицательного баланса.
Изучение действия P. putida 23 на фоне возрастающих доз NPK-удобрений в микрополевом опыте на продуктивность растений показало, что инокуляция увеличивала урожай столовой свеклы при внесении всех доз минеральных удобрений по сравнению с соответствующими вариантами без инокуляции (табл. 3). Относительные величины приб
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.