АГРОХИМИЯ, 2012, № 2, с. 12-24
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Питание растений
УДК 631.82:631.847.2:633.63:635.15
ОПТИМИЗАЦИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ КОРНЕПЛОДНЫХ КУЛЬТУР И САХАРНОЙ СВЕКЛЫ ИНОКУЛЯЦИЕЙ СТИМУЛИРУЩИМИ РОСТ РАСТЕНИЙ РИЗОСФЕРНЫМИ БАКТЕРИЯМИ
© 2012 г. В. П. Шабаев
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино, Московская обл., Россия E-mail: VPSH@rambler.ru
Поступила в редакцию 15.06.2011 г.
В микрополевых опытах изучено влияние внесения стимулирующих рост растений ризосферных бактерий р. Pseudomonas на урожай и минеральное питание корнеплодных культур и сахарной свеклы при выращивании на разных почвах на фоне различных доз NPK-минеральных удобрений. Эффективность инокуляции бактериями в значительной степени зависела от доз удобрений, биологических особенностей культуры и типа почвы. Положительное действие бактерий было связано с улучшением минерального, в том числе азотного питания культур, и увеличением выноса урожаем питательных элементов из почвы и количества биологического азота в растениях без существенных изменений элементного состава растений и приводило к увеличению содержания водорастворимых сахаров в корнеплодах сахарной свеклы. В вегетационных опытах установлены колонизация корневой системы растений бактериями и усиление азотфиксации в ризосфере при инокуляции. Внесение бактерий оптимизировало минеральное питание растений, что давало возможность уменьшить в 1.5-2 раза дозы минеральных NPK-удобрений при выращивании корнеплодных культур без потерь урожая корнеплодов и применения дефицитных микроудобрений. Ключевые слова: минеральное питание, корнеплодные культуры, сахарная свекла, инокуляция, стимулирующие рост растений ризосферные бактерии
ВВЕДЕНИЕ
Внесение ризосферных бактерий р. Pseudomonas стимулирует рост растений вследствие подавления фитопатогенных микроорганизмов [1, 2], увеличения доступности в почве и поглощения растениями питательных элементов [3, 4] и активизации микробиологической азотфиксации в ризосфере [5, 6]. Установлено, что применение этих бактерий значительно повышает урожай столовой [7] и сахарной свеклы [8], редиса [9]. Однако эффективность внесения бактерий в ризосферу и их влияние на потребление корнеплодными культурами и сахарной свеклой питательных элементов из почвы при различных уровнях минерального питания, в том числе на разных почвах, изучены недостаточно.
Цель работы - изучение влияния стимулирующих рост растений ризосферных бактерий р. Pseudomonas на урожай и минеральное питание корнеплодных культур и сахарной свеклы
при выращивании растений на разных почвах на фоне внесения различных доз минеральных NPK-удобрений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Растения столовой свеклы сорта Бордо, кормовой свеклы сорта Эккендорфская желтая, сахарной свеклы сорта Ялтушковская, редиса сорта Розовый с белым кончиком культивировали на разных почвах в микрополевых и вегетационных опытах.
Микрополевые опыты. Растения выращивали в вегетационном павильоне Института в сосудах без дна при внесении в верхний слой 0-15 см почвы азотного удобрения в виде N^ на фоне фос-форно-калийных удобрений (KH2PO4 и K2SO4). Семена при посеве инокулировали водными суспензиями (использовали водопроводную воду) клеток чистых культур бактерий р. Pseudomonas,
которые, как было показано [10], стимулировали рост и повышали урожай зерновых культур и ярового рапса. Бактерии применяли из расчета 107 кл./растение и вносили при посеве на семена, помещенные на почву. В вариантах без инокуляции вносили эквивалентные количества убитых автоклавированием клеток бактерий. Растения выращивали под открытым небом при естественном увлажнении, при необходимости поддерживая дополнительными поливами влажность почвы в сосудах не ниже 60% ПВ.
Опыты со столовой свеклой. В сосудах размерами 0.33 х 0.33 х 0.33 м, площадью 0.1 м2, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 36 кг лугово-черноземной почвы центральной части поймы р. Ока (юг Московской обл.), выращивали по 4 растения при инокуляции семян азот-фиксирующей бактерией P. putida 23. В качестве азотного удобрения использовали N^ меченную изотопом 15N по обеим формам азота, с избытком атомных % 15N, равном 5.7, 11.8 и 10.0, соответственно, в опытах 1, 2 и 3. Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.9-7.0, Сгум (по Тюрину) -1.5-2.1%, N^ - 184-213 мг/100 г, Са и Mg (1 н. KCl) - 18.3-20.6 и 3.0-5.3 мг-экв/100 г, P2O5 и K2O (0.2 н. HCl) - 38.8-69.6 и 16.7-24.7 мг/100 г почвы, соответственно. Повторность опытов четырехкратная.
Опыт 1. Растения выращивали на фоне внесения NPK-удобрений из расчета по 1.5 г д.в./сосуд каждого удобрения или 15 г д.в./м2.
Опыт 2. Растения выращивали на фоне внесения NPK-удобрений из расчета по 1.2 г д. в./сосуд или 12 г д.в./м2.
Опыт 3. Растения выращивали на фоне внесения NPK-удобрений из расчета по 0.6 и 1.2 г д. в./ сосуд или 6 и 12 г д.в./м2.
Опыт с кормовой свеклой. В сосудах без дна диаметром 0.35 м, площадью 0.04 м2 и высотой 0.3 м, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 40 кг серой лесной почвы (юг Московской обл.), выращивали по 2 растения. Семена при посеве инокулировали не фиксирующей азот бактерией P. fluorescens 20. В почву вносили NPK-удобрения из расчета по 0.8 и 1.2 г д.в./ сосуд или 8 и 12 г д.в./м2. Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.2, Сгум (по Тюрину) 1.1%, N^ - 130 мг/100 г, Са и Mg (1 н. KCl) - 12.4 и 1.6 мг-экв/100 г, P2O5 и K2O (0.2 н. HCl) - 17.3 и 13.5 мг/100 г почвы соответственно. Азотное удобрение применяли в виде N^, меченной 15N по обеим формам азота с избытком ат. % 15N, равном 21.9. Повторность опыта пятикратная.
Опыт с редисом. В сосудах размерами
0.33 х 0.33 х 0.33 м, площадью 0.1 м2, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 36 кг серой лесной почвы, выращивали по 18 растений при инокуляции семян не фиксирующей азот бактерией P. fluorescens 20. В почву вносили NPK-удобрения из расчета по 0.8, 1.2 и 1.6 г д.в./сосуд или 8, 12 и 16 г д.в./м2. Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.6, Сгум (по Тюрину) - 1.1%, N^ - 110 мг/100 г, Са и Mg (1 н. KCl) - 10.6 и 2.0 мг-экв/100 г, P2O5 и K2O (0.2 н. HCl) - 30.9 и 29.9 мг/100 г почвы соответственно. Повторность опыта четырехкратная.
Опыт с сахарной свеклой. В сосудах размерами 0.33 х 0.33 х 0.33 м, площадью 0.1 м2, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 30 кг чернозема выщелоченного (Тульская обл.), выращивали по 4 растения при инокуляции семян азотфиксирующей бактерией P. putida 23. В почву вносили NPK-удобрения из расчета по 0.8 г д.в./ сосуд или 8 г д.в./м2. Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.3, Сгум (по Тюрину) - 3.6%, N^ - 340 мг/100 г, Са и Mg (1 н. KCl) - 18.0 и 3.5 мг-экв/100 г, P2O5 и K2O (0.5 н. ra3COOH) -32.3 и 34.6 мг/100 г почвы соответственно. Повторность опыта четырехкратная.
Корнеплоды и надземную часть растений (ботву) высушивали и анализировали на содержание азота феноловым методом и зольных элементов после сжигания растительного материала соответственно в разбавленной серной кислоте (1:2) и в смеси концентрированных кислот HNO3 и HClO4 (2:1). Методы определения химических элементов описаны ранее [10]. В корнеплодах сахарной свеклы определяли содержание водорастворимых сахаров [11]. В опытах со столовой и кормовой свеклой измеряли площадь листьев.
Вегетационные опыты со столовой и кормовой свеклой. В стеклянных банках емкостью 500 см3, содержащих 0.2 кг почвы, в течение 30 и 28 сут выращивали по 2 растения каждой культуры при инокуляции бактерией P. putida 23 и P. fluorescens 20 соответственно. Растения выращивали на тех же почвах, которые использованы в микрополевом опыте 2 со столовой свеклой и микрополевом опыте с кормовой свеклой, при внесении NPK-удобрений в тех же формах из расчета по
1, 8 и 8 мг д.в./100 г почвы соответственно. Бактерии применяли аналогичным образом, как и в микрополевых опытах. Обе бактерии были мечены транспозоном Тп 5 и обладали устойчивостью к антибиотикам рифампицину и канамицину или к рифампицину и стрептомицину (минимальные ингибирующие концентрации > 200 мкг/мл).
Повторность опытов пятнадцатикратная. В течение вегетации растений по прошествии 2 нед их роста и через последующую 3-ю и 4-ю нед в динамике измеряли активность азотфиксации ацетиленовым методом в ризосфере интактных растений (in situ) [12] и определяли численность интродуцированных бактерий в ризоплане, выражая ее в колониеобразующих единицах (КОЕ) на г сухих корней.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Инокуляция столовой свеклы чистой культурой азотфиксирующей бактерии P. putida 23 привела к увеличению урожая при всех уровнях минерального питания, созданного внесением NPK-удобрений, в серии микрополевых опытов на пойменной почве (табл. 1). При внесении бактерии в опыте 1 масса сырых корнеплодов этой культуры возросла на 51%, в опыте 2 - на 21% соответственно по сравнению с неинокули-рованными растениями. Прибавки сухой массы корнеплодов под влиянием инокуляции составили 53% и 17% соответственно в опытах 1 и 2. В опыте 1 инокулированные растения формировали большую массу корнеплодов, чем надземных органов, тогда как в условиях опыта 2 соотношение корнеплодов к надземной биомассе было примерно одинаковым, и при этом зафиксирована меньшая прибавка урожая корнеплодов и большая - надземной биомассы. Под влиянием бактерий в обоих опытах при уборке растений наряду с надземной массой столовой свеклы установлено значительное (в 1.5 раза) увеличение площади листьев. Изучение действия бактерий P. putida 23 на фоне внесения возрастающих доз NPK-удобрений в опыте 3 показало, что инокуляция этими бактериями увеличила урожай столовой свеклы при обоих уровнях минерального питания в сравнении с соответствующими не-инокулированными вариантами. При инокуляции на фоне внесения в почву удобрений из расчета 0.6 г д.в./сосуд или 6 г д.в./м2 (условно в пересчете - N60) масса сырых корнеплодов увеличилась на 31%, 1.2 г д.в./сосуд или 12 г д.в./м2 - на 56%, прибавки сухой массы корнеплодов были примерно одинаковыми и составили 36-39%. Максимальный урожай корнеплодов столовой свеклы был зафиксирован при внесении высок
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.