Влияние аборигенных штаммов Bacillus subtilis на микробоценоз чернозема выщелоченного и продуктивность сахарной свеклы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние аборигенных штаммов Bacillus subtilis на микробоценоз чернозема выщелоченного и продуктивность сахарной свеклы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

свекла сахарный bacillus subtilis

Актуальность темы. Важной проблемой свекловодства является повышение продуктивности культуры при сохранении плодородия почвы. Это обусловлено постоянно меняющимися условиями ее возделывания и участившимися за последнее время эпифитотиями заболеваний корневой системы сахарной свеклы. До настоящего времени экономически значимым приемом борьбы с болезнями грибной этиологии является использование фунгицидов. Однако, воздействуя на микробное сообщество почвы, они вносят существенные изменения в его структуру (Красильников, 1958; Пожар, 1979; Емцев, 2005). В результате снижается эффективное и потенциальное плодородие почвы, что сказывается на продуктивности культур севооборота.

В технологии возделывания сахарной свеклы для получения экологически безопасной продукции и нормального функционирования микробного сообщества почвы, определяющего ее эффективное и потенциальное плодородие, восстановления естественных механизмов регуляции фитосанитарного состояния посевов необходимо использовать биологические способы борьбы с болезнями.

На современном этапе развития сельского хозяйства перспективным направлением в борьбе с заболеваниями сельскохозяйственных растений является использование микробиологических препаратов на основе штаммов микроорганизмов-антагонистов почвенных патогенов (Возняковская, 1969; Архипченко, 1996; Комаровская, 1997; Лобанок, 2001; Ярошенко, 2001; Березина, 2005; Кандыбин, 2005; Ткачева, 2005).

Известно, что в каждой климатической зоне функционируют в микробном сообществе различных почв аборигенные штаммы микроорганизмов-антагонистов, адаптированные к природным условиям места обитания. У многих видов рода Bacillus установлено продуцирование в почву физиологически активных веществ (ФАВ).

В связи с этим разработка методов борьбы с заболеваниями корневой системы сахарной свеклы и повышения ее продуктивности с использованием эффективных аборигенных штаммов микроорганизмов - естественных антагонистов фитопатогенов на основе Bacillus subtilis актуальна.

Цель исследований - повысить продуктивность сахарной свеклы за счет восстановления численности эффективных аборигенных штаммов Bacillus subtilis (B. subtilis) - антагонистов микромицетов возбудителей корнееда, стабилизировать жизнедеятельность и соотношение агрономически ценной микрофлоры, определяющей формирование плодородия почвы.

Задачи исследований:

- выделить в чистую культуру аборигенные для ЦЧЗ штаммы B. subtilis;

- установить их антагонистическую активность по отношению к основным возбудителям корнееда сахарной свеклы в лабораторных условиях;

- определить влияние штаммов B. subtilis на семенную инфекцию, а также на развитие проростков сахарной свеклы;

- выявить влияние штаммов B. subtilis на динамику численности эколого-трофических и таксономических групп микроорганизмов в почве;

- определить эффективность использования штаммов B. subtilis в борьбе с корнеедом проростков при внесении в почву под сахарную свеклу;

- выявить влияние штаммов B. subtilis на продуктивность сахарной свеклы;

- определить энергетическую и экономическую эффективность использования штаммов B. subtilis.

Новизна работы. Впервые из чернозема выщелоченного выделены новые аборигенные штаммы B. subtilis, обладающие антагонистической активностью по отношению к возбудителям болезней проростков сахарной свеклы (Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Phoma betae, Pythium ultimum, Pythium de Barianym и Alternaria sp.). Установлено, что при внесении в почву они способствуют увеличению численности вида в 2-10 раз на протяжении всего вегетационного периода. В полевых опытах подтверждено, что аборигенные штаммы B. subtilis снижают численность почвенных микромицетов в среднем на 35%, стабилизируют и увеличивают численность эколого-трофических групп микроорганизмов, определяющих эффективное и потенциальное плодородие почвы: численность диазотрофов - с 1,0 до 2,9 млн. КОЕ, фосфобактерий - с 0,9 до 2,7 млн. КОЕ, зимогенной микрофлоры, участвующей в синтезе гумуса, - с 1,8 до 8,3 млн. КОЕ в 1 г абсолютно сухой почвы (а. с. п.), что имеет теоретическое значение в понимании естественных механизмов регуляции микробного сообщества почвы (МСО). Впервые установлено положительное стимулирующее действие B. subtilis на рост и развитие сахарной свеклы: масса проростков - на 0,5-0,9 г, длина корешка - на 2-16 мм. Выявлено, что штаммы 7, 9 и 20 способствуют повышению урожайности корнеплодов в среднем на 11-21 %. Установлена энергетическая целесообразность применения Bacillus subtilis.

Практическая значимость. Выделенные аборигенные штаммы Bacillus subtilis 7, 9 и 20 позволяют повысить урожайность сахарной свеклы за счет оптимизации фитосанитарного состояния агроценозов, снижения пораженности растений болезнями корневой системы и сокращения фунгицидной нагрузки на почву.

Положения, выносимые на защиту

1. Выделенные из чернозема выщелоченного аборигенные штаммы Bacillus subtilis №№ 7, 9 и 20 проявляют антагонистическую активность по отношению к почвенным микромицетам, возбудителям корнееда сахарной свеклы Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Phoma betae, Pythium ultimum, Pythium de Barianym и Alternaria, снижают распространенность заболевания и оказывают ростостимулирующее действие на сахарную свеклу.

2. Штаммы B. subtilis при внесении в почву увеличивают численность вида: штамм 7 - в 1,3-4 раза, штамм 9 - в 2,7-7 раз, штамм 20 - в 2,2-10 раз; сохраняют активность на протяжении всего вегетационного периода и снижают общую численность почвенных микромицетов. Вместе с тем аборигенные штаммы B. subtilis стабилизируют и увеличивают численность эколого-трофических групп микроорганизмов, определяющих эффективное и потенциальное плодородие почвы.

3. Аборигенные штаммы B. subtilis способствуют формированию более здоровых корнеплодов и повышают их урожайность (штамм 7 - на 5,6 т/га, 9 - на 5,0 т/га, 20 - на 2,6 т/га), что подтверждается данными расчета экономической и энергетической эффективности.

Личное участие автора диссертации в получении научных результатов. Автор принимала непосредственное участие в разработке программы и методики исследований, закладке лабораторных и полевых опытов, обработке полученных экспериментальных данных, анализе и обобщении результатов исследований.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов во ВГАУ имени К.Д. Глинки (2005 г., вручен диплом за лучший доклад), на заседаниях Ученого совета ВНИИСС (2003-2005 гг.). По теме диссертации опубликовано 6 статей, в том числе 1 в реферируемом издании «Защита и карантин растений».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы, включающего 250 наименований, из них 19 на иностранном языке, и приложения. Работа изложена на 141 странице компьютерного текста, содержит 24 таблицы и 12 рисунков. Приложение содержит 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Условия и методы проведения полевых и лабораторных исследований

Экспериментальная часть работы выполнена в 2003-2005 гг. в лабораторных условиях и на опытных полях технологического центра Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свеклы и сахара имени А.Л. Мазлумова в соответствии с тематическим планом (раздел 11.05.05 - Создать и изучить коллекцию штаммов аборигенных эффективных микроорганизмов чернозема выщелоченного: Bacillus subtilis, азотфиксаторов, целлюлозоразлагающих микроорганизмов).

За время исследований гидротермический коэффициент (ГТК) составил в 2004 г. - 1,24; в 2005 г. - 1,17, при среднем многолетнем показателе - 1,14.

Среднее количество осадков за период вегетации в 2004 г. составляло 242,1 мм, а в 2005 г. - 334,9 мм при среднемноголетней норме - 302,1 мм.

Температурный режим складывался достаточно благоприятно: сумма эффективных температур составила в 2004 г. 3025 єС, в 2005 г. - 3272 єС.

На первом этапе исследований выделили в чистую культуру B. subtilis (Теппер, Шильникова, 2004).

У выделенных из почвы аборигенных штаммов 7, 9 и 20 B. subtilis определили антагонистическую активность к основным возбудителям заболеваний сахарной свеклы - Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Phoma betae, Pythium ultimum, Pythium de Barianym и Alternaria sp. (Бабьева, Агре, 1971).

Далее в лабораторных условиях с использованием метода проращивания семян в рулонах (Казаков, 1987, в модификации ВИЗР) выявили наиболее активную концентрацию суспензии B. subtilis. Установили влияние B. subtilis штаммов 7, 9 и 20 на всхожесть семян сахарной свеклы, массу и пораженность проростков корнеедом.

Результаты лабораторных опытов позволили определить оптимальные дозы клеток B. subtilis для внесения в почву.

Весной в условиях in situ заложили микрополевой опыт. Мелкоделяночный опыт размещали в свекловичном севообороте технологического центра. Повторность опыта - 4-кратная, площадь посевной делянки - 48,6 м² и 54 м², учетной - 2,7 м² и 5,4 м² соответственно.

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднесуглинистый, среднегумусный со средним содержанием элементов питания. Агротехника возделывания сахарной свеклы - общепринятая для областей Центрально-Черноземной зоны.

Объект исследований - почва, сахарная свекла, штаммы B. subtilis 7, 9 и 20. Расход рабочей жидкости 200 л/га. Суспензию на основе штаммов 7, 9 и 20 вносили ранцевым опрыскивателем под предпосевную культивацию почвы в концентрациях: 2 000, 20 000 и 200 000 клеток на 1 г абсолютно сухой почвы пахотного горизонта.

Эффективность применения аборигенных штаммов B. subtilis 7, 9 и 20 изучали на двух фонах минерального питания: N₁₆₀P₁₆₀K₁₆₀ (2004 г.) и без удобрений (2005 г.) соответственно размещению опытов в севообороте технологического центра ВНИИСС.

Почвенные образцы отбирали микробиологическим буром на глубину 0-10 см на делянках с максимальной дозой внесения бактериального раствора.

Количественный учет почвенных микроорганизмов, относящихся к разным эколого-трофическим и таксономическим группам, проводили методом высева почвенной суспензии на элективные питательные среды (Звягинцев, 1991).

В почвенных образцах после их высушивания до воздушно-сухого состояния определяли активность пероксидазы (ПО), полифенолоксидазы (ПФО) и инвертазы по методу В.Ф. Купревича (Хазиев, 2005).

Технологические качества и сахаристость корнеплодов сахарной свеклы определяли на автоматической линии «Venema».

Расчет энергетической эффективности изучаемых технологий осуществляли по методическим указаниям Воронежского ГАУ и ВНИИЗиЭП (Зезюков, 1993). Экономическая эффективность рассчитана с использованием нормативов и расценок, действующих в 2008 году.

Статистическую обработку данных учета урожайности, основных и сопутствующих исследований проводили методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1979).

Антагонистическая активность штаммов Bacillus subtilis по отношению к возбудителям заболеваний сахарной свеклы

У спорообразующих бактерий, представителей рода Bacillus, таких как B. mesentericus, B. subtilis, B. cereus и другие, выявлена наибольшая активность и широкий спектр действия. Он проявляется в фунги- и бактериостатическом эффекте по отношению к большому числу микроорганизмов-фитопатогенов. С практической точки зрения наиболее перспективными являются штаммы B. subtilis (Егоров, 1970).

В почвах каждой климатической зоны имеются аборигенные штаммы B. subtilis, адаптированные к местным условиям. Поэтому наиболее перспективно выделять из конкретных почв различных зон аборигенные штаммы B. subtilis для использования в сельскохозяйственном производстве.

По форме и окраске колоний установили принадлежность их к виду Bacillus subtilis. Окраска по Грамму и размер клеток, установленный при помощи электронного сканирующего микроскопа, подтвердили принадлежность бацилл к виду Bacillus subtilis (Берджи, 1997) (рис. 1, 2). Определили размер клеток B. subtilis - 2Ч0,7 мкм.



У выделенных из почвы аборигенных штаммов B. subtilis выявили антагонистическую активность. В лабораторных условиях в опытах in vitro методом блочков и штрихов отселектировали эффективные штаммы по антагонистическому действию к основным возбудителям заболеваний сахарной свеклы - Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Phoma betae, Pythium ultimum, Pythium de Barianym и Alternaria sp. (Бабьева, Агре, 1971).

В результате тестов установлено, что отобранные штаммы B. subtilis сдерживали рост колоний микромицетов патогенов (рис. 3, 4). Диаметр зоны отсутствия роста почвенных грибов - фитопатогенов Fusarium oxysporum и Fusarium solani составил 8-9 мм, Alternaria sp. - 4-10 мм, Phoma betae - 5-7 мм. Аналогичные результаты получены при тестировании фитопатогенов Pythium de Barianym и Pythium ultimum. Под действием штаммов рост колоний микромицетов сдержался на 4-12 мм. Наибольшая активность проявилась у штаммов 9 и 20.

Рис. 3. Антагонистическое действие Bаcillus subtilis штаммов



Рис. 4. Антагонистическое действие Bacillus subtilis штаммов 7 и 9 на микромицет Alternaria

Таким образом, в результате исследований выявлены три штамма Bacillus subtilis 7, 9 и 20, оказывающие антагонистическое действие на почвенные грибы - фитопатогены возбудители корнееда проростков сахарной свеклы. Результаты исследований показали, что B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 при диапазоне нагрузки на 1 г семян с 2Ч10² до 2Ч10⁵ клеток повышали устойчивость проростков к корнееду, увеличивали всхожесть семян и длину корешка. Выявлены различия в активных концентрациях у штаммов 7, 9 и 20 по отношению к сортовым особенностям сахарной свеклы.

Влияние внесения в почву аборигенных штаммов Bacillus subtilis на проростки сахарной свеклы

Весной 2005 г. в условиях in situ заложили микрополевой опыт. Результаты исследований показали, что B. subtilis штамм 7 при нагрузке 210³ клеток на 1 г абсолютно сухой почвы (а. с. п.) повысил полевую всхожесть семян на 2 шт. на 1 п. м, B. subtilis 9 - на 3 шт. на 1 п. м, B. subtilis 20 не оказал достоверного влияния. Учет распространенности корнееда и степени пораженности проростков заболеванием показал, что B. subtilis штамм 7 снизил распространенность заболевания на 14 % (абсолютных), B. subtilis штамм 9 - на 19-20 %, а B. subtilis штамм 20 - на 27-28 % независимо от дозы внесения в почву. Эти же штаммы сократили число растений со степенью поражения 25% соответственно на 3-5; 4-10 и 12-14 штук, со степенью поражения 50 % - соответственно на 7; 5-8 и 10-12 штук из 100 учитываемых. Таким образом, внесенные в почву штаммы B. subtilis 7, 9 и 20 способ-ствовали снижению распространенности и степени пораженности проростков корнеедом.

Влияние аборигенных Bacillus subtilis на микробное сообщество чернозема выщелоченного

Проведенные исследования показывают, что внесенные в почву аборигенные штаммы B. subtilis хорошо развивались и сохранялись в почве на протяжении всего периода вегетации как в 2004 г., так и в 2005 г., несмотря на существенную разницу в приходе осадков (92,8 мм).

В 2004 г. в первой половине вегетационного периода численность B. subtilis в почве увеличилась с 0,4 до 1,7 млн. КОЕ в 1 г. а. с. п. на делянках с В. subtilis 7, то есть в 4,2 раза. К концу вегетации численность этого штамма в почве составила 0,8 млн. КОЕ в 1 г а. с. п., то есть была на 33% больше, чем на контроле. В начале вегетации В. subtilis штамм 9 способствовал увеличению численности клеток этого вида в 3,8 раза. К концу вегетации она сохранилась с небольшим увеличением - 1,6 млн. КОЕ. В. subtilis штамм 20 удерживал свою численность на протяжении всего вегетационного периода на уровне 0,9 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. В июле 2005 г. B. subtilis 7 способствовала увеличению количества клеток В. subtilis в почве с 0,1 до 0,4 млн. КОЕ. К сентябрю численность этого штамма составила 4,4 млн. КОЕ в 1 г, что в 14,6 раза больше контроля (рис. 6).

Рис. 6. Влияние B. subtilis на их численность в почве в 1 г а. с. п. (2005 г.) Примечание: ряд 1 - контроль; ряд 2 - B. subtilis 7; ряд 3 - B. subtilis 9; ряд 4 - B. subtilis 20

B. subtilis штамм 9 в начале вегетации способствовал увеличению численности вида в 7 раз. К концу вегетации численность B. subtilis превышала контроль в 3,7 раза.

При внесении в почву B. subtilis 20 установлено, что общая численность бактериальных клеток вида B. subtilis в июле увеличилась в 10 раз. К концу вегетации их численность была на уровне 2,1 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. Таким образом, дополнительное внесение аборигенных штаммов B. subtilis в почву способствовало повышению общей численности этого вида, что свидетельствовало о хорошей приживаемости отобранных штаммов в свой-ственной им среде обитания. Важную роль в процессе трансформации органического вещества в почве играют микроорганизмы, разлагающие сложные полимерные соединения. К ним относят микромицеты, актиномицеты и целлюлозоразрушающие микро-организмы. В 2004 г. наблюдалось достоверное снижение численности микро-скопических грибов под влиянием B. subtilis (рис. 7). В первой половине вегетационного периода под влиянием штамма 7 общая численность почвенных грибов уменьшилась в 1,6 раза, а в конце вегетации - в 1,8 раза. B. subtilis 9 способствовала снижению количества микромицетов на 17 тыс. КОЕ. До сентября активность штамма практически не изменилась, что позволило уменьшить общее число почвенных грибов на 6,5 тыс. КОЕ.

Рис. 7. Влияние Bacillus subtilis на численность микромицетов в почве в 1 г а. с. п. (2004 г.) Примечание: ряд 1 - контроль; ряд 2 - B. subtilis 7; ряд 3 - B. subtilis 9; ряд 4 - B. subtilis 20

Наиболее значительное снижение численности почвенных микромицетов получено под влиянием B. subtilis 20: в 2,5 раза в июле и в 1,8 раза в сентябре. В 2005 г. в начальный период вегетации B. subtilis штамм 7 способствовал снижению численности почвенных грибов на 34% (с 48,8 до 32,2 тыс. КОЕ) (рис. 8). Штамм 9 не оказал достоверного влияния на развитие микромицетов. Штамм 20 на начальных этапах онтогенеза сахарной свеклы увеличил их численность в почве, но в последующем оказывал выраженное ингибирующее действие.

Рис. 8. Влияние Bacillus subtilis на численность микромицетов в почве в 1 г а. с. п. (2005 г.) Примечание: ряд 1 - контроль; ряд 2 - B. subtilis 7; ряд 3 - B. subtilis 9; ряд 4 - B. subtilis 20

В конце вегетационного периода при внесении B. subtilis 7, 9 и 20 отмечено сокращение численности микромицетов. Она составила соответственно 25,3; 23,9 и 23,7 тыс. КОЕ в 1 г а. с. п. (контроль - 27,4 тыс. КОЕ). Изученные штаммы B. subtilis способствовали снижению активности инвертазы - фермента, который в почву продуцируют микромицеты, что свидетельствует о снижении жизнедеятельности этой группы микроорганизмов.

Благодаря антагонистической активности B. subtilis 7, 9 и 20 по отношению к микромицетам можно ожидать снижение распространения заболеваний корневой системы сахарной свеклы грибной этиологии.

Потенциальное и эффективное плодородие почвы формируется при непосредственном участии микроорганизмов. Изученные штаммы B. subtilis не внесли отрицательных изменений в динамику развития основных физиологических и эколого-трофических групп микроорганизмов, а в ряде случаев способствовали увеличению их численности.

Важное значение в формировании потенциального плодородия имеют микроорганизмы, разлагающие сложные полимерные соединения, - актиномицеты и целлюлозолитики. Актиномицеты участвуют в разложении различных природных полимеров, которые накапливаются в почве после уборки зерновых, пожнивные остатки которых имеют длительный период распада (Терехов, 2002).

Однако среди этой группы встречаются возбудители некоторых заболеваний корнеплодов сахарной свеклы.

В результате исследований установлено, что в июле 2004 г. численность актиномицетов на контроле составила 5,9 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. B. subtilis подавляла развитие актиномицетов на протяжении всего вегетационного периода (табл. 1). Благодаря этому снизилось распространение пораженности паршой корнеплодов сахарной свеклы.

В июле 2005 г. штаммы 7 и 20 способствовали увеличению численности актиномицетов в среднем на 0,1-0,8 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. Наибольший эффект зафиксирован в почвенных образцах, взятых с опытных делянок с B. subtilis 9, - в 5,3 раза.

В конце вегетационного периода штаммы B. subtilis 7, 9 и 20 способствовали увеличению численности актиномицетов в почве соответственно в 5,3; 3,4 и 6,5 раза.

Таблица 1 - Влияние Bacillus subtilis на численность актиномицетов и целлюлозолитиков, млн. КОЕ в 1 г а. с. п. (2004 г.)

Вариант	Актиномицеты	Целлюлозолитики
	июль	сентябрь	июль	сентябрь
Контроль	5,9	2,9	2,1	2,1
B. subtilis 7 (2105 клеток)	2,5	2,5	1,6	2,4
B. subtilis 9 (2105 клеток)	4,1	1,9	1,9	2,2
B. subtilis 20 (2105 клеток)	3,9	2,5	1,8	2,1
НСР05	0,9	0,2

Большую роль в почвообразовательном процессе играют развитие и численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов, так как продукты полураспада клетчатки используются при синтезе гумуса (Бабьева, 1983).

В 2004 г. в контрольных делянках на протяжении всего вегетационного периода отмечено стабильное сохранение численности на уровне 2,1 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. пахотного горизонта.

Установлено положительное влияние B. subtilis на развитие целлюлозолитических микроорганизмов на всем протяжении вегетационного периода как в 2004 г., так и в 2005 г.

Внесение в почву B. subtilis 7, 9 и 20 способствовало снижению численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов соответственно до 1,6; 1,9 и 1,8 млн. КОЕ. В сентябре B. subtilis 7 и 9 способствовали росту численности этой группы микроорганизмов соответственно до 2,4 и 2,2 млн. КОЕ, что больше контроля на 14,3 и 4,8%.

В 2005 г. в середине вегетации все штаммы B. subtilis способствовали росту численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов: B. subtilis 7 и 9 соответственно в 3,6 и 5,6 раза, B. subtilis 20 - в 3,3 раза (табл. 2).

Таблица 2 - Влияние Bacillus subtilis на численность актиномицетов и целлюлозолитиков, млн. КОЕ в 1 г а. с. п. (2005 г.)

Вариант	Актиномицеты	Целлюлозолитики
	июль	сентябрь	июль	сентябрь
Контроль	0,8	2,7	0,7	0,7
B. subtilis 7 (2105 клеток)	0,9	11,4	2,5	2,9
B. subtilis 9 (2105 клеток)	4,2	9,2	3,9	1,8
B. subtilis 20 (2105 клеток)	1,6	12	2,3	1,5
НСР 05	0,7	0,6

До конца вегетационного периода на контроле численность целлюлозо-литиков сохранилась на одном уровне - 0,7 млн. КОЕ в 1 г а. с. п.

Под влиянием внесения в почву штамма 7 численность этой группы микроорганизмов составила 2,9 млн. КОЕ, что превысило контроль в 4,2 раза. В. subtilis 9 способствовала увеличению численности целлюлозолитиков до 1,8 млн. КОЕ в 1 г а. с. п., а B. subtilis 20 - в 2,3 раза (1,5 млн. КОЕ в 1 г а. с. п.).

Таким образом, внесение аборигенных штаммов B. subtilis способствовало развитию целлюлозолитических микроорганизмов. Это связано с поступлением в почву большого количества минерального азота, так как споровые, к которым относится B. subtilis, завершают процесс аммонификации.

Содержание гумуса в почве - основной показатель ее плодородия. Поэтому соотношение процессов синтеза и распада определяет его количественный и качественный состав, а значит, и потенциальное плодородие почвы, энергетические затраты на ее обработку и экономическую эффективность сельскохозяйственного производства.

Внесение аборигенных штаммов B. subtilis способствовало увеличению численности зимогенной микрофлоры и повышению интенсивности распада органических веществ.

Исследования показали, что в июле 2004 г. численность зимогенной микрофлоры в почве составила 37,4 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. B. subtilis штаммы 7 и 9 способствовали снижению ее численности соответственно на 19 и 25%.

В июле достоверное повышение численности микроорганизмов, уча-ствующих в синтезе гумуса, отмечено при внесении в почву B. subtilis 20, до 43,9 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. В сентябре эта группа микроорганизмов на контроле насчитывала 25,3 млн. КОЕ. Максимальное повышение численности зимогенной микрофлоры (до 31,2 млн. КОЕ) было зафиксировано при внесении в почву штамма 7. B. subtilis 9 и 20 способствовали снижению общего коли-чества этой группы микроорганизмов до 16,2 и 20,4 млн. КОЕ.

Численность автохтонной группы микроорганизмов в начале вегетации в почве составила 10,9 млн. КОЕ, в конце - 3,8 млн. КОЕ. B. subtilis штаммы 9 и 20 способствовали увеличению ее численности до 20,9 и 15,3 млн. КОЕ в 1 г а. с. п.

В сентябре под действием штаммов 7 и 20 численность автохтонной микрофлоры составила соответственно 6,1 млн. КОЕ и 7,5 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. пахотного горизонта.

Таким образом, B. subtilis штамм 20 к концу вегетации несколько тормозил процесс синтеза гумуса. Остальные штаммы не оказали на его интенсивность достоверного влияния.

Процесс синтеза-распада гумуса катализируют ферменты полифенолоксидаза и пероксидаза. Соотношение их активности характеризует направленность процесса гумусообразования. Результаты исследований показали, что в июле B. subtilis 9 несколько активизировала процесс гумусообразования. Штамм 7 в начале вегетации снижал активность этого процесса, а к концу - усиливал его. В результате сохранялось определенное равновесие процесса, свойственное почве. Штамм 20 не оказал существенного влияния на динамику гумусообразования.

В 2005 г. численность зимогенной группы микроорганизмов в начале вегетации в почве составила 13,8 млн. КОЕ, в конце - 7,1 млн. КОЕ. При внесении в почву аборигенных штаммов в начале вегетационного периода наблюдалась тенденция роста численности зимогенной микрофлоры. В результате в июле B. subtilis 7, 9 способствовали увеличению ее численности соответ-ственно до 27,6 и 23,6 млн. КОЕ в 1 г а. с. п.

К концу периода вегетации под воздействием B. subtilis 7 наблюдалось увеличение численности этой группы микроорганизмов в 4,3 раза. На протяжении вегетационного периода штамм 20 стабилизировал численность зимогенной микрофлоры на уровне 15,4-15,6 млн. КОЕ.

В условиях недостатка элементов минерального питания B. subtilis 7 и 20 способствовали усилению синтеза гумуса.

Олигоазофилы, к которым относятся и диазотрофы, играют большую роль в круговороте соединений азота в почве.

В июле 2004 г. на контроле численность олигоазофилов составила 25,0 млн. КОЕ в 1 г а. с. п., а в сентябре - 7,7 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. (табл. 3). При внесении в почву B. subtilis 7, 9 и 20 их численность составила соответственно 18,6; 21,1 и 18,3 млн. КОЕ в 1 г а. с. п.

Таблица 3 - Влияние Bacillus subtilis на численность олигоазофилов и фосфобактерий, млн. КОЕ в 1 г а. с. п. (2004 г.)

Вариант	Олигоазофилы	Фосфобактерии
	июль	сентябрь	июль	сентябрь
Контроль	25,0	7,7	0,01	0,12
B. subtilis 7 (2105 клеток)	18,6	4,5	0,21	0,01
B. subtilis 9 (2105 клеток)	21,1	9,1	0,14	0,03
B. subtilis 20 (2105 клеток)	18,3	6,7	0,14	0,01
НСР05	5,9	0,2

К концу вегетации количество олигоазофилов уменьшилось под воздействием B. subtilis 7 и 20 на 41,5 и 12,9%. Штамм 9 способствовал увеличению численности этой группы микроорганизмов на 17,5%.

В 2005 г. на контроле в июле численность олигоазофилов составила 20,5 млн. КОЕ, в августе - 19,6 млн. КОЕ. В июле B. subtilis штамм 9 способ-ствовал увеличению численности олигоазофилов в 1,5 раза (табл. 4).

В сентябре наблюдалось сокращение распространения этой группы микроорганизмов. Численность олигоазофилов под воздействием штаммов B. subtilis 7, 9 и 20 составила соответственно 2,3; 1,9 и 15,6 млн. КОЕ.

Таким образом, B. subtilis штамм 9 способствует увеличению численности олигоазофилов.

Исследования показали, что в июле 2005 г. B. subtilis 7, 9 и 20 способ-ствовали увеличению численности азотфиксаторов на 1,3; 1,8 и 1,9 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. К концу периода вегетации отмечено повышение их численности на 0,2-2,7 млн. КОЕ.

Таким образом, в большинстве случаев внесенные в почву штаммы B. subtilis 7, 9 и 20 способствовали развитию диазотрофов, а общая численность азотфиксаторов была высокой только в середине вегетации. Большое коли- чество клеток диазотрофов указывает на то, что почва под сахарной свеклой является хорошо окультуренной, так как они могут служить индикатором агрономически ценных качеств почвы (Туев, 1989).

Фосфор является одним из важных биогенных элементов, ускоряющий развитие сельскохозяйственных культур и обеспечивающий более раннее их созревание. Фосфобактерии трансформируют органофосфаты до форм, доступных для растений.

В июле 2004 г. численность фосфобактерий в почве составила 0,01 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. B. subtilis штамм 7 способствовал росту численности фосфобактерий до 0,21 млн. КОЕ в 1 г а. с. п. пахотного горизонта. Штаммы 9 и 20 не оказали достоверное влияние на численность фосфобактерий.

В 2005 г. B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 способствовали увеличению численности фосфобактерий в середине и в конце вегетации. В результате их численность увеличилась соответственно в 1,4; 2,4 и 2,9 раза (контроль - 0,7 млн. КОЕ) (табл. 4).

Таблица 4 - Влияние Bacillus subtilis на численность диазотрофов, олигоазофилов и фосфобактерий, млн. КОЕ в 1 г а. с. п. (2005 г.)

Вариант	Диазотрофы	Олигоазофилы	Фосфобактерии
	июль	сент.	июль	сент.	июль	сент.
Контроль	1,0	0,7	20,5	19,6	0,9	0,7
B. subtilis 7 (2Ч105 клеток)	2,3	1,2	17,5	2,3	1,1	1,0
B. subtilis 9 (2Ч105 клеток)	2,8	0,9	31,8	1,9	1,8	1,7
B. subtilis 20 (2Ч105 клеток)	2,9	3,4	22,3	15,6	2,7	2,0
НСР05	1,4	4,1	0,2

Таким образом, дополнительное внесение аборигенных штаммов B. subtilis в почву способствовало повышению общей численности этого вида. Учас-твуя в регуляторных функциях МСО, штаммы B. subtilis способствовали снижению численности почвенных микромицетов, увеличению численности микроорганизмов, участвующих в процессах синтеза-распада гумуса, фосфобактерий. Аборигенные штаммы B. subtilis не оказали ингибирующего влияния на другие таксономические группы микроорганизмов МСО почвы.

Влияние аборигенных штаммов Bacillus subtilis на продуктивность сахарной свеклы

Использование аборигенных штаммов B. subtilis - естественных антагонистов почвенных микромицетов-фитопатогенов способствует оптимизации фитосанитарного состояния агробиоценоза, а следовательно, и снижению численности микроорганизмов-фитопатогенов возбудителей болезней сахарной свеклы. С конечной продуктивностью культуры связано накопление массы сахарной свеклы в начальный период (Зубенко, 1979).

Результаты наших наблюдений показали, что штаммы Bacillus subtilis 7, 9 и 20 способствовали повышению динамики появления всходов сахарной свеклы: в 2004 г. - на 36,8 и 29,4 %, в 2005 г. - на 20 %. Отмечено увеличение средней массы 100 растений: в 2004 г. штамм 7 - на 4,1%, 9 - на 24% и 20 - на 9,8%, а в 2005 г. соответственно - на 12, 13 и 29%.

Наблюдения за ростом и развитием сахарной свеклы показали, что внесение в почву аборигенных штаммов B. subtilis способствовало снижению распространенности корнееда. В 2004 г. (контроль 22 %) штамм 7, 9 и 20 - на 6,4, 9,7 и 1,2 %, а в 2005 г. (контроль 10 %) соответственно на 9, 8 и 7 % (абсолютных).

В 2004 г. на контроле урожайность составила 30,6 т/га (табл. 5). B. subtilis 7 при нагрузке 2Ч10⁴ клеток в 1 г а. с. п. способствовала увеличению урожай-ности корнеплодов до 36,2 т/га, что на 5,6 т больше контроля.

Таблица 5 - Влияние Bacillus subtilis на продуктивность сахарной свеклы (2004 г.)

Вариант	Урожайность	Сахаристость	Сбор сахара
	т/га	± d	%	± d	т/га	± d
Контроль	30,6		16,8		5,2
B. subtilis 7 (2Ч103 клеток)	32,9	2,3	16,5	-0,3	5,4	0,2
B. subtilis 7 (2Ч104 клеток)	36,2	5,6	16,5	-0,3	5,9	0,7
B. subtilis 9 (2Ч104 клеток)	28,9	-1,7	15,8	-1,0	4,6	-0,6
B. subtilis 9 (2Ч105 клеток)	32,4	1,8	16,4	-0,4	5,3	0,1
B. subtilis 20 (2Ч104 клеток)	31,1	0,5	16,1	-0,7	5,0	-0,2
B. subtilis 20 (2Ч105 клеток)	33,2	2,6	16,6	-0,2	5,5	0,3
НСР05	1,2	0,7

Отмечено, что внесение в почву B. subtilis штамм 9 при нагрузке 2Ч10⁵ клеток в 1 г а. с. п. способствовало достоверному увеличению урожайности на 1,8 т/га. Штамм 20 при нагрузке 2Ч10⁵ клеток в 1 г а. с. п. способствовал увеличению урожайности корнеплодов на 2,6 т/га. B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 не оказали существенного влияния на сахаристость. Использование B. subtilis штамм 7 способствовало увеличению выхода сахара на 0,7 тонны.

В 2005 г. на контроле урожайность составила 22,9 т/га. При внесении в почву аборигенных B. subtilis наблюдалась тенденция увеличения биологической урожайности корнеплодов сахарной свеклы. B. subtilis штамм 7 при нагрузке 2Ч10⁵ клеток в 1 г а. с. п. пахотного горизонта способствовал увеличению урожайности корнеплодов на 4,7 т/га, а сбор сахара с гектара - на 1 т/га (табл. 6). Вместе с этим повысилась и сахаристость корнеплодов на 0,4 %.

Таблица 6 - Влияние Bacillus subtilis на продуктивность сахарной свеклы (2005 г.)

Вариант	Урожайность	Сахаристость	Выход сахара
	т/га	± d	%	± d	т/га	± d
Контроль	22,9		19,1		4,4
B. subtilis 7 (2Ч104 клеток)	26,6	3,7	19,4	0,3	5,2	0,8
B. subtilis 7 (2Ч105 клеток)	27,6	4,7	19,5	0,4	5,4	1,0
B. subtilis 9 (2Ч103 клеток)	27,5	4,6	19,4	0,2	5,3	0,9
B. subtilis 9 (2Ч104 клеток)	27,9	5,0	19,2	0,1	5,4	1,0
B. subtilis 9 (2Ч105 клеток)	23,5	0,6	18,9	0,2	4,4	0,0
B. subtilis 20 (2Ч103 клеток)	25,1	2,2	19,3	0,2	4,8	0,4
B. subtilis 20 (2Ч104 клеток)	22,6	0,3	19,2	0,1	4,3	-0,1
B. subtilis 20 (2Ч105 клеток)	23,5	0,6	19,2	0,1	4,5	0,1
НСР05	2,7	нет

Штамм 9 при нагрузке 2Ч10³ и 2Ч10⁴ клеток на 1 г а. с. п. увеличил урожайность на 4,6 и 5,0 т/га, сбор сахара - на 0,9 и 1,0 тонну. Штамм 20 достоверного влияния на урожайность не оказал.

Таким образом, внесение в почву аборигенных штаммов Bacillus subtilis 7, 9 и 20 способствовало повышению урожайности соответственно на 18, 22 и 8%. Сбор сахара при этом увеличился на 0,7-1,0 т/га. Такое повышение урожайности сахарной свеклы связано с увеличением в почве численности Bacillus subtilis, которые, оптимизировав соотношение микроорганизмов в МСО почвы, на начальных этапах развития проростков сахарной свеклы способствовали снижению распространенности корнееда и увеличению длины корешка и массы 100 растений.

Экономическая и энергетическая эффективность применения аборигенных штаммов B. subtilis в посевах сахарной свеклы

Технологический процесс сельскохозяйственного производства продукции оценивается системой показателей, сравнение которых часто бывает невозможным из-за разных единиц измерения. Более надежная и объективная оценка агротехнических мероприятий проводится по единым энергетическим критериям (Зезюков, Дедов, Придворев, 1993).

Анализ полученных данных показал, что применение B. subtilis штаммов 7, 9 и 20 в производстве сахарной свеклы является эффективным.

На контроле коэффициент энергетической эффективности составил 1,7. Внесение в почву аборигенных штаммов B. subtilis 7 и 9 увеличило энергетические затраты, но повышение энергоемкости полученной продукции до 96,6 и 97,6 ГДж/га повлияло на конечный коэффициент энергетической эффективности до значения 2,0. При использовании штамма 20 энергетический коэффициент отмечен на уровне 1,8.

Анализ материальной стороны изучаемой технологии возделывания сахарной свеклы (по ценам 2008 г.) показал, что самый высокий уровень рентабельности отмечен при использовании B. subtilis штамм 7: дополнительный чистый доход составил 5491,9 руб./га, а при использовании в процессе производства сахарной свеклы B. subtilis 9 и 20 - соответственно 1741,9 и 1679,4 руб./га. Таким образом, внесение в почву аборигенных штаммов B. subtilis является экономически выгодным и энергетически оправданным.

ВЫВОДЫ

1. Установлена антагонистическая активность аборигенных B. subtilis штаммов 7, 9 и 20 по отношению к почвенным микромицетам - фитопатогенам: Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Phoma betae, Pythium ultimum, Pythium de Barianym и Alternaria sp.

2. B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 подавляют семенную инфекцию. Штамм 7 способствовал снижению распространенности корнееда на 51,5 % (Р одн. 47) и 44% (РМС 70); штамм 9 - на 43 % и 78 %; штамм 20 - на 50 % и 42 %. Выявлен рост стимулирующий эффект B. subtilis: штамм 7 увеличил длину корешка на 16 %, штамм 9 - на 8 % (Р одн. 47), штамм 20 увеличил всхожесть семян РМС 70 на 22 % и длину корешка на 5 %.

3. Аборигенные штаммы B. subtilis при высеве в почву семян сахарной свеклы, необработанных фунгицидами, снижают распространенность корнееда: штамм 7 - на 21%, штамм 9 - на 28 %, штамм 20 - на 37 %.

4. Внесение в почву аборигенных штаммов Bacillus subtilis 7, 9 и 20 способствует увеличению численности вида в 2004 году соответственно в 1,3; 3,7 и 2,2 раза, в 2005 году соответственно в 4, 7 и 10 раз, сохранению и развитию его в почве на протяжении всего вегетационного периода.

5. Аборигенные штаммы Bacillus subtilis 7, 9 и 20 способствуют снижению общего количества микромицетов в почве соответственно на 37, 35 и 59 %, что способствовало снижению распространенности корнееда на 6-9, 8-10 и 7 % абсолютных (контроль - 10-22%). Это подтверждается снижением активности инвертазы в начале вегетации, свидетельствующей о сокращении численности почвенных микромицетов и их активности.

6. Внесенные в почву аборигенные B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 не подавляют развитие эколого-трофических групп микроорганизмов и бактерий. Отмечено увеличение численности микроорганизмов, формирующих эффективное плодородие: под действием штамма 9 численность олигоазофилов, к которым относятся и диазотрофы, увеличилась на 55% и 80 %, штамма 20 - на 9 и 90 %. B. subtilis штаммы 7, 9 и 20 способствовали увеличению численности фосфобактерий соответственно в 21; 2-14 и 3-14 раз.

7. Ферменты полифенолоксидаза и пероксидаза катализируют процессы синтеза-распада гумуса. Установлено, что B. subtilis штамм 9 несколько активизировал процесс гумусообразования в июле. Штамм 7 в начале вегетации снижал активность этого процесса, а к концу - усиливал его. В результате сохранилось определенное равновесие процесса свойственное почве.

8. B. subtilis 7, 9 и 20 способствуют ускорению динамики появления всходов сахарной свеклы соответственно на 25-58%, 13-42% и 25 %. Аборигенные штаммы B. subtilis активизируют ростовые процессы сахарной свеклы на начальных этапах онтогенеза: масса 100 растений под действием штамма 7 увеличилась на 4-11%, штамма 9 - на 19-21%.

9. Эффективное действие штаммов 7 и 9 на начальных этапах развития сахарной свеклы способствовало увеличению урожайности корнеплодов: на 4,7 т/га и 5,6 т/га, при этом сбор сахара увеличился на 0,7-1,0 т/га.

10. Внесение в почву аборигенных штаммов B. subtilis 7, 9 и 20 является экономически эффективным и энергетически оправданным. Дополнительно чистый доход составит соответственно: 5491,9 руб./га, 1741,9 руб./га и 1679,4 руб./га. Энергетическая эффективность при производстве сахарной свеклы повысилась на 17,6 %.

Практические рекомендации

Для сохранения и повышения эффективного и потенциального плодородия почвы, снижения распространенности заболевания корневой системы и увеличения продуктивности сахарной свеклы рекомендуется вносить бактериальный раствор на основе аборигенных штаммов B. subtilis 7, 9 и 20 под предпосевную культивацию почвы. Норма расхода рабочей жидкости 200 л/га, норма расхода B. subtilis 20 г/га.

СПИСОК СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

свекла сахарный bacillus subtilis

1. Безлер Н.В. Использование аборигенного штамма Bacillus subtilis на черноземе выщелоченном при возделывании ячменя / Н.В. Безлер, Е.В. Грошева // Мат. Международ. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения основателя Воронежской школы почвоведов П.Г. Адерихина, «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция», 25-28 мая 2004 г. - Воронеж, 2004. - С. 333 -334.

2. Грошева Е.В. Влияние внесения в почву аборигенных штаммов Bacillus subtilis на микробоценоз чернозема выщелоченного / Е.В. Грошева // Мат. межрегиональной науч.-практ. конф. молодых ученых «Вклад молодых ученых в решение проблем аграрной науки», 12-13 мая 2005 г. Ч. 2. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ им. К.Д. Глинки, 2005. - С. 129 - 131.

3. Безлер Н.В. Взаимодействие аборигенных штаммов Bacillus subtilis с микробоценозом основных культур свекловичного севооборота / Н.В. Безлер, Е.В. Грошева, М.А. Сумская // Мат. III Всерос. науч.-практ. конф. «Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов», 14-18 июня 2005 г. - Краснодар, 2005. - С. 165-166.

4. Безлер Н.В. Взаимодействие внесенных в почву штаммов Bacillus subtilis с микробным сообществом чернозема выщелоченного / Н.В. Безлер, Е.В. Грошева, М.А. Сумская // Мат. Всерос. науч. конф., посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии Воронежского гос. ун-та. «Черноземы России: Экологическое состояние и современные почвенные процессы», 25-28 сентября 2006 г. - Воронеж, 2006. - С. 260-263.

5. Безлер Н.В. Проявление антагонистической активности у аборигенных штаммов Bacillus subtilis чернозема выщелоченного и использование их в борьбе с корнеедом сахарной свеклы / Н.В. Безлер, Е.В. Грошева, М.А. Сумская // Мат. Международ. науч.-практ. конф. «Технология создания биологических средств защиты растений на основе энтомофагов, энтомопатогенов, микробов-антагонистов и применения их в открытом и закрытом грунтах»: Сборник биологическая защита растений - основы стабилизации агроэкосистем. - Вып. 4. - Краснодар. - 2006. - С. 227-230.

6. Безлер Н.В. Роль бактерий в борьбе с корнеедом сахарной свеклы / Н.В. Безлер, Е.В. Грошева // Защита и карантин растений. - № 5. - 2007. - С. 19-20.

Размещено на Allbest.ru

...