Мікробіологічні основи підвищення родючості підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтів

Основні напрями економічної оцінки використання земель сільськогосподарського призначення. Однією з основних умов сучасного розвитку АПК є тісна взаємодія заходів, які спрямовані на охорону довкілля, виробництво екологічної продукції, розробку та впровадження енергозберігаючих технологій обробітку сільськогосподарських культур, з врахуванням напрямів економічної оцінки на рівні господарства (кінцевими виробничими результатами, впливом інфляційних процесів, прогнозуванням внутрішнього й зовнішнього середовища підприємства, моделюванням, оцінкою ефективності інвестицій, розрахунком індексу соціальної економічної ефективності та ін.). Використання взаємодоповнювальних методів оцінки економічного ефекту від впровадження інновації, зокрема традиційних (порівняння поточних і одноразових витрат з врахуванням рентабельності і т.д.), а також критеріїв ефективності інвестицій у сучасних умовах (можливості підприємства зберігати платоспроможність, підвищувати ефективність використаних засобів і забезпечувати достатній прибуток для підприємства, інвестора, розробника) забезпечить високу конкурентноспроможність кінцевої продукції, зростання ефективності як сільськогосподарського виробництва, так і діяльності наукових установ і, в цілому, розвиток інноваційної діяльності.

Висновки

У дисертації представлено наукове обґрунтування і шляхи вирішення важливих фундаментальних і прикладних наукових проблем, які охоплюють комплексну оцінку і розробку високоефективних технологій вирощування й підвищення продуктивності різних сільськогосподарських культур на підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтах за рахунок вдосконалених агротехнічних прийомів обробітку, систем добрив, а також управління біоценозом в агроекосистемах.

1. Беззмінні посіви зернових (ячмінь, пшениця яра, жито озиме), конюшини і льону-довгунця призводять до зниження продуктивності рослин. Витривалість рослин до беззмінної культури зростає в напрямі льон > конюшина > ячмінь > пшениця > жито озиме. Посіви конюшини і льону-довгунця після 4-5 років обробітку в беззмінній культурі практично повністю випадають. Ланка сівозміни, що включає послідовну ротацію жита озимого, просапної культури (картоплі), пшениці (або ячменю) з підсівом конюшини й конюшини, льону-довгунця забезпечує отримання сталих врожаїв всіх культур впродовж понад 100 років.

2. Рослини льону-довгунця й конюшини вкрай негативно переносять беззмінні посіви навіть за умови повного мінерального добрива і гнучкої агротехніки, сприятливі метеорологічні умови не вирішують проблему «ґрунтовтомлення». Застосування органо-мінеральних добрив (гній + NPK) сприяє зниженню ефекту «ґрунтовтомлення». Це свідчить про те, що низькі врожаї та загибель рослин в умовах беззмінної культури не пов'язані з порушенням режиму мінерального живлення.

3. Агрофізичні параметри дерново-підзолистого ґрунту в посівах льону-довгунця в умовах сівозміни і тривалої беззмінної культури не мають принципової різниці та перебувають в межах, сприятливих для зростання льону-довгунця. Отже, фізичні властивості ґрунту не є причиною ефекту «ґрунтовтомлення» й загибелі рослин в умовах беззмінної культури. Чистий пар веде до деградації орного пласту ґрунту на структурному й іонно-молекулярному рівні. Він втрачає структуру, ущільнюється, відрізняється підвищеною твердістю, зниженою питомою поверхнею, водопроникністю, швидко втрачає вологу.

4. Регуляція співвідношення в сівозміні культур суцільної сівби (зернових колосових), просапних культур, багатолітніх трав, сидератів, органічних і мінеральних добрив, а також хімічних меліорантів дає змогу суттєво впливати на інфільтраційні процеси і втрати біогенних елементів, у т.ч. азоту, кальцію й магнію. Сидерація є біологічним фільтром, який сприяє запобіганню непродуктивним втратам вологи, органічних речовин і біогенних елементів при вирощуванні просапних культур, зокрема картоплі. Урожайність картоплі підвищується на 32-40%, вміст нітратного азоту в бульбах при використанні бобового сидерата зменшується на 30-54%, а злакового - в 1,8-2,5 разів.

5. При насиченні сівозміни льоном-довгунцем на 50% спостерігаються суттєві зміни у складі ґрунтової мікробіоти. При цьому в ґрунті відбувається зменшення біомаси мікроорганізмів. Знижується кількість бацил, олігонітрофільних і целюлозоруйнівних мікроорганізмів, а також біологічна активність ґрунту. Певні зміни спостерігаються і в динаміці чисельності мікроорганізмів, що обумовлене особливостями протікання в стандартній і короткоротаційній (насиченій льоном-довгунцем) сівозмінах процесів надходження й розкладу органічної речовини. Мобілізаційні процеси в ґрунті при ротації рослин протікають інтенсивніше, ніж при насиченні сівозміни льоном-довгунцем.

6. Під посівами беззмінної культури льону-довгунця різко зростає токсичність ґрунту. Вперше показано, що беззмінна культура льону-довгунця призводить до формування й накопичення в ґрунті грибів - продуцентів фітотоксинів, життєдіяльність яких обумовлює збільшення фітотоксичності ґрунтів, зниження продуктивності й загибель рослин. Домінантне положення серед продуцентів фітотоксинів займають представники Trichoderma, Gliocladium і Penicillum.

7. Уперше, використовуючи метод мультисубстратного тестування, були встановлені зміни в структурі вуглецевого живлення мікробного комплексу дерново-підзолистого ґрунту. На відміну від сівозміни, серед джерел вуглецю, що використовуються мікроорганізмами в беззмінній культурі льону-довгунця, домінують маноза й арабіноза, збільшується доля мікроорганізмів, які використовують органічні кислоти; це означає зміну у складі кореневих ексудатів і метаболізму ґрунтових мікроорганізмів, що є однією з причин токсикозу ґрунтів.

8. Встановлено, що на другий рік вегетації льону-довгунця без застосування, а також із застосуванням мінеральних добрив збільшується до 60% токсичність ґрунту. Застосування сидерації в чистому вигляді та в поєднанні зі зменшеною на половину дозою мінеральних добрив знижувало токсичну дію беззмінної культури, що було викликано активізацією бактеріальної мікрофлори за рахунок внесеної лабільної органічної речовини.

9. Показано, що дія мікроорганізмів-антагоністів на гриби виявляється лише після проростання неактивної форми грибів і за умов дефіциту поживних речовин у довкіллі. Інгібірування проростання спор фітопатогенних грибів у природних умовах зумовлене не лише мікроорганізмами-антагоністами, але і видами, які не проявляють антагоністичних властивостей. Присутність неспорових бактерій (не антагоністів) суттєво знижувала фітопатогенний потенціал ґрунту і, як наслідок, різко зменшувала ураженість рослин кореневими гнилями, що сприяло підвищенню продуктивності культур. Природний комплекс ґрунтових мікроорганізмів також відігравав суттєву роль у втриманні розвитку й чисельності фітопатогенних грибів.

10. Використання органічної речовини ріпаку й озимого жита як зеленого добрива в післядії суттєво впливало на життєдіяльність ґрунтової мікрофлори. Загальна біогенність ґрунту у варіанті із застосуванням ріпаку зростала на 16-69%, жита озимого на 9-46%. Збільшення кількості бактерій, що використовують органічні форми азоту на 21-42%, мінеральні форми азоту на 20-60%, целюлозоруйнівних на 17-30%, вказує на протікання процесу мінералізації органічної речовини. Застосування в якості зеленого добрива ріпаку й жита озимого сприяло збільшенню чисельності педотрофної групи мікроорганізмів, підвищенню активності поліфенолоксидази й пероксидази, що впливало на збільшення гумінових кислот і зменшення фульвокислот. Гуміфікація органічної речовини у варіантах, де застосовувалися зелені добрива, становила 22-25%, а в контролі 17-20%. Застосування сидеральних добрив сприяє регуляції процесів мінералізації й утворення гумусових ґрунтових речовин, що створює сприятливі умови для вирощування сільськогосподарських культур.

11. Уперше, використовуючи метод ПЛР у реальному часі, була дана оцінка відносного вмісту біомаси прокаріот у дерново-підзолистому ґрунті під різними рослинами в беззмінних посівах і ланці сівозміни. Встановлено, що сукупна маса прокаріот у беззмінних посівах сільськогосподарських культур знижується в напрямі: жито озиме > льон-довгунець > конюшина. В умовах сівозміни біомаса прокаріот під покривом конюшини й льону-довгунця зростала майже на порядок, а під озимим житом не змінювалася.

12. Уперше методом tRFLP (поліморфізму довжин рестрикційних фрагментів) проведено порівняльний аналіз генетичної різноманітності прокаріот ґрунту. Виявлена філогенетична структура прокаріотного комплексу ґрунту, що сформувався в умовах беззмінної культури й сівозміни. Беззмінне вирощування рослин призводить до збіднення генетичних ресурсів мікрофлори ґрунтів і корінній зміні її якісного складу, що пов'язане із зниженням витривалості рослин до природних й антропогенних стресів. Ротація сільськогосподарських культур у ланці сівозміни обумовлює видове оновлення мікробоценозу. Тривале застосування мінеральних добрив у беззмінній культурі негативно впливає на генетичне різноманіття мікроорганізмів ґрунту. Ряд видів випадає з мікробоценозу.

13. На основі методу tRFLP з використанням екологічних індексів «значення» (різноманітності, домінування і схожості) проведено порівняння структур мікробних угруповань для демонстрації та оцінки бактеріального різноманіття ґрунтів.

14. Уперше за допомогою методу клонування тотальної ДНК ґрунтових мікроорганізмів проведено порівняльний аналіз структури домінантних генотипів прокаріот у дерново-підзолистому ґрунті, що сформувалася в умовах тривалого пару, беззмінної культури льону-довгунця й сівозміни. Показано, що в кожному варіанті досліду виявляється 2-4 філотипи з частотою трапляння від 5 до 23%, при цьому склад домінантних генотипів у варіантах досліду не повторюється.

15. Поєднання методів молекулярно-генетичного аналізу дало змогу на новому рівні оцінити бактеріальне різноманітніття у ґрунтах, виявити нові генотипи ґрунтової мікробіоти, які не культивуються або слабо культивуються на елективних поживних середовищах загальноприйнятими мікробіологічними методами, що відкриває широкі перспективи застосування його для вивчення екології мікробних угруповань і мікробіологічного моніторингу ґрунтів. Детальне вивчення структури й різноманіття ґрунтових мікроорганізмів із застосуванням сучасних молекулярно-генетичних методів дає змогу науково-обґрунтовано використовувати комплекс агроприйомів, спрямованих на управління ґрунтовими процесами й на підвищення культури землеробства.

Рекомендації для виробництва

1. На дерново-підзолистих ґрунтах у сівозмінах, у тому числі короткоротаційних, за рахунок активізації ґрунтової мікробіоти й досягнення рівноважного стану ґрунтових процесів рекомендується застосовувати системи добрив, які базуються на науково-обґрунтованому використанні проміжних (сидеральних) культур, органічних добрив у вигляді гною, соломи та ін., у поєднанні з економічно вигідними й екологічно безпечними дозами мінеральних добрив, які не повинні перевищувати 60 кг/га.

2. Для зниження токсичної дії беззмінної культури й зменшення ураженості рослин кореневими гнилями доцільно використання ріпаку (не менше 80 т/га) як сидерального добрива.

3. При обробітку сільськогосподарських культур рекомендується пріоритетне використання адаптивно-ландшафтних заходів аграрного виробництва (системи добрив, сівозміни і т.д.) з метою підтримки ефективної родючості дерново-підзолистих ґрунтів і біорізноманіття, гомеостазного стану ґрунтових мікроорганізмів.

4. Рекомендується для оцінки загального екологічного стану агрофітоценозу використовувати критерій агроекологічного (біоенергетичного) стану, показник співвідношення чисельності амоніфікуючих бактерій і грибів.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Патыка Н.В. Подходы к анализу комплексности бактериальных сообществ в разных типах почв /Н.В. Патыка //Агроекологічний журнал. - 2005. - №1. -. С. 44-46.

2. Рациональное использование биологического и минерального азота в земледелии Полесья /[Н.В. Патыка, А.М. Бердников, Л.В. Потапенко, С.А. Сытник] //Агроекологічний журнал. - 2005. - №2. - С. 14-20. (проведення досліджень, узагальнення отриманих даних, написання статті).

3. Науково-методичні аспекти досліджень фунгістатичного регулювання стану ґрунтів в агроекосистемах /[М.В. Патика, П.В. Писаренко, А.В. Калініченко, О.М. Бердніков] //Вісник Полтавської державної аграрної академії. - 2005. - №3. - С. 76-81. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз експериментальних і літературних даних, написання статті).

4. Особливості регулювання фунгістатичного потенціалу ґрунтів в агроекосистемах за допомогою агротехнічних заходів /[М.В.Патика, Т.І. Патика, Ю.А. Нікитюк, Л.В. Потапенко] //Корми і кормовиробництво. - 2005. - № 55. - С. 88-99. (наукове обґрунтування досліджень, збір і аналіз експериментальних даних, написання статті).

5. Бердников А.М. Лизиметрические исследования круговорота питательных элементов в агроэкосистемах /[А.М. Бердников, Н.В. Патыка, Т.И. Патыка] //Плодородие. - 2007. - № 4 (37). - С.7-8. (постановка завдань, збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

6. Патика М.В. Підходи щодо визначення таксономічних взаємозв'язків при систематиці мікроорганізмів та мікробних популяцій /[М.В. Патика, О.П. Третяк] //Вестник Черниговского государственного университета. Серия: Биологические науки. - 2006. - Вып. 40, №1. - С. 98-103. (постановка завдань, збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

7. Патика В.П. Бiопрепарати в бiоорганiчному землеробствi /[В.П. Патика, М.В. Патика] //Сiльськогосподарська мiкробiологiя. - 2006. - Вип. 4. - С. 7-19. (збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

8. Роль Linum usitatissimum l. в формировании микробных сообществ подзолистых почв /[Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, А.М. Бердников, В.Ф. Патыка] //Мiкробiологiчний журнал. - 2008. - №1. - С. 58-69. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз літературних джерел, узагальнення отриманих результатів, написання статті).

9. Оценка биологической активности подзолистых почв /[Н.В. Патыка, Н.П. Аврова, Ю.В. Круглов, М.Н. Рысев, В.Ф. Патыка]: зб. наук. праць Уманського державного аграрного університету //Основи формування продуктивності сільськогосподарських культур за інтенсивних технологій вирощування. - УДАУ, 2008. - С. 204-210. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз літературних джерел, узагальнення даних, написання статті).

10. Патыка Н.В. Почвенно-биологический фактор при выращивании льна-долгунца в севообороте и на разных фонах удобрений /[Н.В. Патыка: зб. наук. праць Уманського державного аграрного університету] //Основи формування продуктивності сільськогосподарських культур за інтенсивних технологій вирощування. - УДАУ, 2008. - С. 287-293.

11. Патыка Н.В. Изучение микробного комплекса подзолистой почвы в условиях длительного сельскохозяйственного использования /Н.В. Патыка //Агроекологічний журнал. - 2008. - №2. - С. 67-71.

12. Агроэкологическая оценка дерново-подзолистых почв при возделывании льна-долгунца /[Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, А.В. Захаренко, М.А. Мазиров, А.Ф. Сафонов, Н.Ф. Хохлов, В.Ф. Патыка] //Вісник аграрної науки. - 2008. - №7. - С. 46-50. (постановка завдань, збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

13. Патыка Н.В. tRFLP профиль комплекса прокаріотических микроорганизмов подзолистых почв /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов //Доклады РАСХН. - 2008. - №6. - С. 21-23. (постановка завдань, проведення досліджень, узагальнення отриманих результатів, написання статті).

14. Исследования дерново-подзолистых почв при возделывании льна-долгунца в сверхдлительном полевом опыте /[Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, М.А. Мазиров, Н.Ф. Хохлов, В.Ф. Патыка] //Корми і кормовиробництво. - 2008. - Вип. 62. - С. 258-267. (постановка завдань, збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

15. Коць С.Я. Микробиологическая трансформация азота в почвах /С.Я. Коць, Н.В. Патыка, В.Ф. Патыка //Корми і кормовиробництво. - 2008. - Вип. 62. - С. 228-234. (постановка завдань, збір експериментальних і літературних даних, їх аналіз, написання статті).

16. Патыка Н.В. Влияние различных удобрений и засоренности на биологические показатели льна-долгунца /Н.В. Патыка //Вісник Полтавської державної аграрної академії. - 2008. - №2. - С. 217-222.

17. Патыка Н.В. Влияние различных систем земледелия на баланс основных питательных веществ подзолистых почв /Н.В. Патыка, В.Ф. Патыка //Вісник Полтавської державної аграрної академії. - 2008. - №4. - С. 24-27. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз експериментальних і літературних даних, написання статті).

18. Patyka N. V. TRFLP Profile of the Assemblage of Prokaryotic Microorganisms in Podzolic Soils / N. V. Patyka, Yu. V. Kruglov //Russian Agricultural Sciences. - 2008. - Vol. 34. - No. 6. - Р. 386-388. (проведення досліджень, узагальнення отриманих результатів, аналіз літературних джерел, написання статті).

19. Профиль полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (tRFLP) комплекса прокаріотных микроорганизмов подзолистых почв /[Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, И.А. Тихонович, В.Ф. Патыка] //Доповіді Національної академії наук України. - 2009. - №1. - С.187-192. (постановка завдань, проведення досліджень, узагальнення отриманих результатів, написання статті).

20. Патыка Н.В. Биоразнообразие прокариот подзолистой почвы при сверхдлительном возделывании льна /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, В.Ф. Патыка //Агроекологічний журнал. - 2009. - №1. - С. 60-65. (проведення досліджень, узагальнення отриманих результатів, аналіз літературних джерел, написання статті).

21. Патыка Н.В. Особенности филогенетических профилей прокариотических микроорганизмов подзолистых почв /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, В.Ф. Патыка //Физиология и биохимия культурних растений. - 2009. - №3. - С. 1-7. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз експериментальних і літературних даних, написання статті).

22. Патыка Т.И. Филогенетические взаимосвязи серологических вариантов Bacillus thuringiensis /Т.И. Патыка, Н.В. Патыка, В.Ф. Патыка //Biopolymers and Cell. - 2009. - Vol. 25, №3. - С. 240-244. (проведення досліджень, аналіз літературних і експериментальних даних, підготовка статті).

23. Изучение биоразнообразия комплекса прокариотных микроорганизмов подзолистых почв /[В.А. Думова, Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, В.Ф. Патыка] //Мікробіологія і біотехнологія. - 2009. - №2. (постановка завдань, проведення досліджень, аналіз експериментальних і літературних даних, написання статті).

24. Патыка Н.В. Изучение агрохимического состояния подзолистой почвы в условиях длительного сельскохозяйственного использования /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, В.Ф. Патыка //Вісник Ужгородського національного університету. - Серія біологія. - 2009. - Вип. 25. - С. 5-7. (проведення досліджень, аналіз літературних і експериментальних даних, підготовка статті).

25. Патыка Н.В. Миграция питательных элементов и гумуса подзолистой почвы в условиях длительных лизиметрических опытов /Н.В. Патыка, А.М. Бердников, В.Ф. Патыка //Агрохімія і ґрунтознавство. - 2009. - Вип. 72. - С. 60-66. (проведення досліджень, аналіз літературних і експериментальних даних, підготовка статті).

26. Патика М.В. Біоорганічне землеробство: системи обробітку та удобрення ґрунту /М.В. Патика, М.Г. Осінній, О.М. Бердніков: матеріали Х з'їзду мікробіологів України, 15-17 вересня, 2004 р. - Одеса: Астропринт, 2004. - С. 251.

27. Патика М.В. Фосфор - важливий біогенний елемент біоорганічного землеробства /М.В. Патика //Наука - виробництву. - 2004. - №7-8 (600-601), 6 жовтня 2004 р. - С. 3-4.

28. Патика М.В. Застосування елементів біологічного землеробства для створення стійких агробіогеоценозів /М.В. Патика: матеріали Всеукраїнської наук.-практ. конф., присвяченої пам'яті М.М.Гришка - видатного селекціонера, генетика, ботаніка та громадського діяча [?Наукова спадщина академіка М.М. Гришка?], (Глухів, 12-13 квітня, 2005 р.). - С. 113-115.

29. Особливості регулювання фунгістатичного потенціалу ґрунтів в агроекосистемах за допомогою агротехнічних заходів /[М.В. Патика, О.М. Бердніков, П.В. Писаренко, Т.І. Патика]: матеріали наук.-практ. конф. [?Агроекологічні проблеми сьогодення та шляхи їх вирішення?], (Полтава, 31травня - 01 червня, 2005 р.). - С.7-8.

30. Науково-методичні аспекти досліджень фунгістатичного регулювання стану ґрунтів в агроекосистемах /[М.В. Патика, П.В. Писаренко, А.В. Калініченко, О.М. Бердніков]: матеріали наук.-практ. конф. [?Агроекологічні проблеми сьогодення та шляхи їх вирішення?], (Полтава, 31-01 червня, 2005 p.). - С.27-28.

31. Патыка Т.И. Энтомопатогенные бактерии bacillus thuringiensis в биоконтроле фитофагов /Т.И. Патыка, Н.В. Патыка, Н.В. Кандыбин: материалы Международной науч.-практ. конф. [?Технологии создания биологических средств защиты растений на основе энтомофагов, энтомопатогенов, микробов-антагонистов и применения их в открытом и закрытом грунтах. Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем?], (Краснодар, 20-22 сентября 2006 г. ). - Вып. 4. - С. 243-244.

32. Аллелопатия и микроорганизмы /[Л.В. Подоба, А.Н. Николаенко, И.В. Николаенко, Л.Н. Поташева, Н.В. Патыка, В.Ф. Патыка]: матеріали Міжнародної наук. конф., присвяченої 80-річчю з дня народження академіка А.М. Гродзинського [?Алелопатiя та сучасна бiологiя?], (Київ, 17-19 жовтня 2006 p.). - К.: Фітосоціоцентр, 2006. - С. 91-96.

33. Патыка В.Ф. Проблемы биогенной безопасности агросферы Украины /В.Ф. Патыка, Н.В. Патыка, Н.С. Бордюг: матеріали Міжнародної наук.-практ. конф. [?Екологія: наука, освіта, природоохоронна діяльність?] /Уманський державний педагогічний університет ім. Павла Тичини. - К.: Науковий світ, 2007. - С. 58-60.

34. Patyka N. Method of Terminal Restriction Fragment Length Polymorphisms of PCR-Amplified 16S rRNA Genes (tRFLP) used to study the soil microbial communities /N. Patyka //Postgraduate Course [“Applied and fundamental aspects of responses process in the root-microbe systems and Meeting of the plant-microbe interactions”], (St.-Petersburg, Russia, june 25 - july 2, 2007). - Р. 55.

35. Патыка Н.В. Изучение баланса основных питательных веществ подзолистых почв в условиях различных систем земледелия /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. ВНИИЗиЗПЭ [?Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии?], (Курск, 11-13 сентября, 2007 г.). - С. 423-427.

36. Патыка Н.В. Изучение миграции питательных элементов и гумуса подзолистой почвы в условиях длительных лизиметрических опытов /Н.В. Патыка: труды 2-ой Национальной конф. с международным участием [?Проблемы истории, методологии и философии почвоведения?], (Пущино, Московская область, 5-9 ноября, 2007 г.). - С. 301-306.

37. Patyka N.V. Researches of structure of natural microbic communities of podsolic soil in the conditions of various of agriculture /N.V. Patyka, Y.V. Kruglov, L.N. Paromenskaya: материалы Международной науч. конф. [?С.П. Костычев и современная сельскохозяйственная микробиология?], (Ялта, 8-12 октября, 2007 г.). - C. 83.

38. Патыка Н.В. Проблемы создания устойчивых агроэкосистем в зонах рискованного земледелия /Н.В. Патыка, В.Ф. Патыка: материалы Международной науч.-практ. конф. [?Проблемы землепользования в зоне рискованного земледелия?], (Саратов, сентябрь, 2007 г.). - С. 75-77.

39. Формирование микробных сообществ подзолистых почв льном при выращивании его бессменно и в севообороте /[Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов, А.М. Бердников, В.Ф. Патыка]: материалы Международной науч.-практ. конф. [?Агротехнологии XXI века?], (Москва, 2007 г.) /МСХА им. К.А. Тимирязева. - С. 98-101.

40. Изучение биоразнообразия микробного комплекса и физико-химических свойств почвы в условиях длительного сельскохозяйственного использования /[Ю.В. Круглов, Н.В. Патыка, В.Н. Думова, Е.Е. Андронов, А.Г. Пинаев, Н.И. Воробьев, М.А. Мазиров, А.Ф. Сафонов, А.В. Захаренко, Н.Ф. Хохлов]: материалы конф. [?Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России?], (Санкт-Петербург, 21-24 апреля 2008 г.). - С. 75-76.

41. Патыка Н.В. Агроэкологическая оценка дерново-подзолистых почв при возделывании льна-долгунца /Н.В. Патыка: матеріали Мiжнародної наук.-практ. конф., присвяченої 75-рiччю з дня народження д.е.н., проф. Рабштини В.М. [?Формування конкурентноздатностi пiдприємств АПК?], (Полтава, 21-22 травня 2008 p.). - Полтава: ПДАА. - С. 15-20.

42. Патыка Н.В. Использование молекулярных методов для оценки почвенного микробного биоразнообразия /Н.В. Патыка, Ю.В. Круглов: материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева, Ростов-на-Дону, 18-23 августа 2008. - Ростов-на-Дону: Ростиздат. - С. 122.

43. Патыка Т.И. Биопрепараты фитозащитного назначения на основе энтомопатогенов Вacillus thuringiensis /Патыка Т.И., Патыка Н.В.: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. [?Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития?], (Киров, 25-27 ноября 2008 г.). - Вып. VI (1). - С. 228-231.

44. Patyka N. Method Terminal Restriction Fragment Length Polymorphisms of PCR-Amplified 16S rRNA Genes (tRFLP) /N. Patyka: матеріали ХІІ з'їзду Товариства мікробіологів України, Ужгород, 24-30 травня 2009. - С. 329.

45. Влияние длительной бессменной культуры льна и севооборота на биоразнообразие микробного комплекса и агрофизические свойства почвы /[Круглов Ю.В., Патыка Н.В., Думова В.А., Андронов Е.Е., Пинаев А.Г., Воробьев Н.И., Захаренко А.В., Сафонов А.Ф., Мазиров М. А., Хохлов Н.Ф.]: материалы Всерос. конф. с международн. участием, посвящ. памяти академика РАСХН Е.И. Ермакова [?Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления?], (Санкт-Петербург, 1-3 июля 2009 г.), /Агрофизический НИИ РАСХН. - С. 255-256.

46. Патика М.В. Лабораторно-практичні заняття з ґрунтознавства: навч.-метод. матеріал для студ. вищ. навч. закл. /М.В. Патика, Г.В. Хоменко. - Чернігів: ЧДПУ ім. Т.Г. Шевченка. - 2005. - 90 с.

47. Рекомендації по ефективному застосуванню біопрепаратів азотофіксуючих, фосфатомобілізуючих мікроорганізмів і антагоністів фітопатогенних грибів при вирощуванні пшениці озимої на чорноземних ґрунтах і фітомеліорованих гірських породах /[В.П. Патика, О.В. Шерстобоєва, О.С. Дем'янюк, Я.В. Чабанюк, С.В. Пономаренко, Т.М. Мельничук, М.К. Шерстобоєв, А.В. Черенков, С.С. Ярошенко, М.М. Харитонов, В.О. Забалуєв, М.Г. Бабенко, М.В. Патика]. - Інститут агроекології та біотехнології УААН, Дніпропетровський державний аграрний університет. - К., 2005. - 15 с.

48. Регулювання фунгістатичного потенціалу ґрунтів в агроекосистемах за допомогою агротехнічних заходів та сидерації: методичні рекомендації /[О.М. Бердніков, М.В. Патика, І.В. Гриник, Т.І. Патика, В. Чайковська, Я.В. Чабанюк, С.В. Пономаренко, Л.В. Потапенко]. - К., 2005. - 30 с.

Анотація

Патика М.В. Мікробіологічні основи підвищення родючості підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук зі спеціальності 03.00.07 - мікробіологія. - Уманський державний аграрний університет, Умань, 2009.

У дисертаційній роботі викладено результати досліджень і дано комплексну агрофізичну і мікробіологічну характеристику підзолистих ґрунтів під посівами сільськогосподарських культур в умовах тривалого землекористування. Показано, що в умовах беззмінної культури і в сівозміні формується різна за фенотиповими і генотиповими ознаками мікрофлора, відбувається зміна домінантних форм мікроорганізмів.

Вперше на основі молекулярно-генетичного аналізу (tRFLP, ПЛР у реальному часі) показано, що в умовах різних агроценозів (беззмінний льон, сівозміна, чистий пар) формується різний за генетичною структурою комплекс мікроорганізмів, що має суттєве значення для вирішення прикладних завдань, таких як раціональна побудова сівозмін, профілактика ґрунтовтомлення, підвищення ефективності добрив і продуктивності сільськогосподарських культур. Встановлено, що в умовах чистого пару і беззмінної культури льону спостерігається зниження порівняно зі сівозміною генетичної різноманітності прокаріот, відбувається збіднення генетичних ресурсів мікрофлори в ґрунті. У роботі використано традиційні методи агрофізичного і мікробіологічного аналізу ґрунту, а також новітні методи молекулярно-генетичного аналізу асоціації ґрунтових бактерій (ПЛР у реальному часі, tRLFP, клонування ДНК).

На підставі отриманих результатів досліджень функціонування і біорізноманіття мікробного комплексу представлено узагальнену схему, що відображає зміни мікробного комплексу, які відбуваються в ґрунті в умовах сільськогосподарського виробництва. Визначальним чинником формування мікрофлори є сівозміна, в якій стабільно підтримується високий рівень біомаси, різноманітності мікроорганізмів і в умовах беззмінної культури льону-довгунця, де внаслідок підтримки специфічного складу кореневих ексудатів і рослинних решток відбувається зниження біомаси і генетичного потенціалу мікроорганізмів.

Для сільськогосподарського виробництва рекомендовано цільові екологічно безпечні технології обробітку льону, пшениці, конюшини, які спрямовані на оптимізацію агроландшафтів, створення адаптивно-ландшафтних систем землеробства, розробку наукоємних агротехнологій.

Ключові слова мікробіологія ґрунту, біорізноманіття мікроорганізмів, ґрунтовтома, молекулярно-генетичні методи дослідження, землеробство, родючість ґрунту.

Аннотация

Патыка Н.В. Микробиологические основы повышения плодородия подзолистых и дерново-подзолистых почв. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.07 - микробиология. - Уманский государственный аграрный университет, Умань, 2009.

В диссертационной работе изложены результаты исследований и дана комплексная агрофизическая и микробиологическая характеристика подзолистой почвы под посевами сельскохозяйственных культур в условиях длительного землепользования. Установлено, что в условиях бессменной культуры и в севообороте формируется различная по фенотипическим и генотипическим признакам микрофлора. Происходит смена доминирующих форм микроорганизмов.

Показано, что агрофизические параметры дерново-подзолистой почвы в посевах льна-долгунца в условиях севооборота и длительной бессменной культуры не имеют принципиальной разницы и находятся в пределах, благоприятных для роста льна-долгунца. Следовательно, физические свойства почвы не являются причиной эффекта «почвоутомления» и гибели растений в условиях бессменной культуры. Чистый пар приводит к деградации пахотного слоя почвы на структурном и ионно-молекулярном уровне. Она обесструктуривается, уплотняется, отличается повышенной твердостью, пониженной удельной поверхностью, водопроницаемостью, быстро теряет влагу.

Регуляция соотношения в севообороте культур сплошного сева (зерновых колосовых), пропашных культур, многолетних трав, сидератов, органических и минеральных удобрений, а также химических мелиорантов дает возможность существенно влиять на инфильтрационные процессы и потери биогенных элементов, в т.ч. азота, кальция и магния. Сидерация является биологическим фильтром, способствующим предотвращению непродуктивных потерь влаги, органических веществ и биогенных элементов при выращивании пропашных культур, в частности картофеля. Урожайность картофеля повышается на 32-40%, содержание нитратного азота в клубнях при использовании бобового сидерата уменьшается на 30-54%, а злакового - в 1,8-2,5 раза.

При насыщении севооборота льном-долгунцом на 50% наблюдаются существенные изменения в составе почвенной микробиоты. При этом в почве происходит уменьшение биомассы микроорганизмов. Снижается количество бацилл, олигонитрофильных и целлюлозоразлагающих микроорганизмов, а также биологическая активность почвы. Определенные изменения наблюдаются и в динамике численности микроорганизмов, что обусловлено особенностями протекания в стандартном и короткоротационном (насыщенным льном-долгунцом) севооборотах, процессов поступления и разложения органического вещества. Мобилизационные процессы в почве при чередовании растений протекают более интенсивно, чем при насыщении севооборота льном-долгунцом

Использование органического вещества рапса и ржи озимой в качестве зеленого удобрения в последействии оказывало существенное влияние на жизнедеятельность почвенной микрофлоры. Общая биогенность почвы в варианте с применением рапса возрастала на 16-69%, озимой ржи на 9-46%. Увеличение количества бактерий, использующих органические формы азота, на 21-42%, минеральные формы азота на 20-60%, целлюлозоразлагающих на 17-30% указывает на протекание процесса минерализации органического вещества. Применение в качестве зеленых удобрений рапса и ржи озимой, способствовало увеличению численности педотрофной группы микроорганизмов, повышению активности полифенолоксидазы и пероксидазы, что влияло на увеличение гуминовых кислот и уменьшение фульвокислот. Гумификация органического вещества в вариантах, где применялись зеленые удобрения, составляла 22-25%, а в контроле 17-20%. Применение сидеральных удобрений способствует регуляции процессов минерализации и образования гумусовых почвенных веществ, что создает благоприятные условия для возделывания сельскохозяйственных культур.

Впервые на основе молекулярно-генетического анализа (tRFLP, ПЦР в реальном времени) показано, что в условиях различных агроценозов (бессменный лен, севооборот, чистый пар) формируется различный по генетической структуре комплекс микроорганизмов, что имеет существенное значение для решения прикладных задач, таких как рациональное построение севооборотов, профилактика почвоутомления, повышение эффективности удобрений и продуктивности сельскохозяйственных культур. Установлено, что в условиях чистого пара и бессменной культуры льна наблюдается снижение по сравнению с севооборотом генетического разнообразия прокариот, происходит обеднение генетических ресурсов микрофлоры в почве. В работе использованы традиционные методы агрофизического и микробиологического анализа почвы, а также новейшие методы молекулярно-генетического анализа ассоциации почвенных бактерий (ПЦР в реальном времени, tRLFP, клонирование ДНК).

На основании полученных результатов исследований функционирования и биоразнообразия микробного комплекса представлена обобщающая схема, отображающая изменения микробного комплекса, происходящие в почве в условиях сельскохозяйственного производства. Определяющим фактором формирования микрофлоры является севооборот, в котором стабильно поддерживается высокий уровень биомассы, разнообразия микроорганизмов и в условиях бессменной культуры льна-долгунца, где вследствие поддержания специфического состава корневых экссудатов и растительных остатков происходит снижение биомассы и генетического потенциала микроорганизмов.

Сельскохозяйственному производству рекомендованы целевые экологически безопасные технологии возделывания льна, пшеницы, клевера, направленные на оптимизацию агроландшафтов, создание адаптивно-ландшафтных систем земледелия, разработку наукоемких агротехнологий.

Ключевые слова: микробиология почвы, биоразнообразие микроорганизмов, почвоутомление, молекулярно-генетические методы исследования, земледелие, плодородие почвы.

Summary

N.V. Patyka. Microbiological bases of increase of fertility of podsolic and sod-podsolic soils - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of agricultural sciences on a speciality 03.00.07 - microbiology. - Umansky state agrarian university, Uman, 2009.

In dissertational work results of researches are stated and the complex agrophysical and microbiological characteristic of podsolic soil under crops of agricultural crops in the conditions of long land tenure is given. It is shown, that in the conditions of permanent culture and in a crop rotation the microflora is formed various on phenotype and genotype to signs. There is a change of dominating forms of microorganisms.

For the first time on the basis of the molekular-genetic analysis (tRFLP, PCR in real time) it is shown, that in the conditions of various agrocenosis (permanent flax, a crop rotation, pure steam) is formed various on genetic structure a complex of microorganisms that has essential value for the decision of applied problems, such as rational construction of crop rotations, preventive maintenance soil tiredness, increase of efficiency of fertilizers and efficiency of agricultural crops. It is established, that in the conditions of pure steam and permanent culture of flax decrease in comparison with a crop rotation of a genetic variety прокаріот is observed, there is a pauperisation of genetic resources of microflora in soil. In work traditional methods of the agrophysical and microbiological analysis of soil, and also the newest methods of the molekular-genetic analysis of association of soil bacteria (PCR in real time, tRLFP, DNA cloning) are used.

On the basis of the received results of researches of functioning and a biodiversity of a microbic complex the generalising scheme displaying changes of a microbic complex, occurring in soil in the conditions of an agricultural production is presented. The defining factor of formation of microflora is the crop rotation in which high level of a biomass is stably supported, variety of microorganisms and in the conditions of a flax monoculture where owing to maintenance of specific structure root exudate and the vegetative rests there is a decrease in a biomass and genetic potential of microorganisms.

Target ecologically safe technologies of cultivation of flax, wheat, the clover, directed on optimisation of agrolandscapes, creation of adaptive-landscape systems of agriculture, working out of the high technology agrotechnologies are recommended an agricultural production.

Keywords: soil microbiology, a biodiversity of microorganisms, soil exhaustion, molecular-genetic methods of research, agriculture, fertility of soil.

Размещено на Allbest.ru