Социально-экономические преобразования на селе привели к ряду нежелательных результатов, одним из которых является прогрессирующее снижение плодородия почв вследствие недостаточного применения органических и минеральных удобрений, в первую очередь азотных, а также нарушения севооборотов из-за преобладания посевов зерновых колосовых культур. Каким же образом в сложившихся условиях предотвратить дальнейшее снижение урожайности и качества зерна основной зерновой культуры Украины - озимой пшеницы?
Химико-техногенная интенсификация выращивания озимой пшеницы обеспечивает высокие урожаи зерна, но большинство украинских аграриев финансово не в состоянии применить необходимые дозы минеральных удобрений, химических средств защиты растений, ретордантов и стимуляторов роста растений. С другой стороны, интенсивное использование агрохимикатов усиливает процессы загрязнения агроэкосистем и деградацию гумуса - основы почвенного плодородия. На наш взгляд, решение проблемы лежит в эффективном и рациональном использовании биологического потенциала почвы, в оптимизации растительно-микробного взаимодействия в агрофитоценозах. Необходимо вспомнить опыт первой "зеленой революции", когда введение плодосмена с многолетними бобовыми травами вдвое повысило урожайность зерновых культур, и творчески использовать его в современных агротехнологиях. Научно обоснованная доля бобовых культур в общей структуре посевов должна составлять 20-40%, тогда как в настоящее время в Украине они занимают менее 10%.
Бобовые растения обладают уникальной способностью вступать в симбиоз со специфическими для каждого вида растений клубеньковыми бактериями, образовывать азотфиксирующие клубеньки и усваивать за вегетацию до 125-480 кг/га азота воздуха. Это обеспечивает высокие урожаи дешевого растительного белка без применения дорогостоящих и экологически небезопасных минеральных азотных удобрений. С пожнивно-корневыми остатками многолетних бобовых трав в почве остается в среднем около 50% фиксированного из воздуха азота, который на 2-3 года существенно повышает плодородие почвы и урожай последующих культур.
На юге Украины и в Крыму основными "стражами плодородия" на орошаемых землях являются люцерна, а на суходоле - эспарцет. В почвах обитают аборигенные клубеньковые бактерии люцерны (Sinorhizobium meliloti) и эспарцета (Rhizobium onobrichis), численность которых колеблется от сотен до миллионов бактерий в 1 г почвы. На корнях растения-хозяина они образуют многочисленные клубеньки с довольно высокой азотфиксирующей активностью, однако ее можно значительно увеличить путем применения для предпосевной инокуляции семян биопрепаратов высокоэффективных и конкурентоспособных селекционных штаммов клубеньковых бактерий. Такие биопрепараты, известные ранее как нитрагин, ризоторфин, с 2002 года, в Украине носят общее название ризобофит.
На основании анализа результатов 30-летних исследований в Географической сети опытов с азотфиксирующими бактериями А.П. Кожемяковым показано, что в естественных условиях бобовые растения используют только 10-30% своего азотфиксирующего потенциала. Инокуляция их эффективными селекционными штаммами клубеньковых бактерий повышает этот показатель до 15-50% (на 40-60%), а остальной резерв может быть использован при оптимизации условий функционирования симбиоза. Генетический азотфиксирующий потенциал бобово-ризобиального симбиоза может быть значительно увеличен путем координированной селекции фито- и ризобиосимбионтов.
В Южном филиале института сельскохозяйственной микробиологии УААН создана, поддерживается и постоянно пополняется новыми штаммами коллекция клубеньковых бактерий практически для всех видов бобовых культур, возделываемых на юге Украины, а также разрабатывается технология производства биопрепаратов на их основе. Для большинства современных сортов люцерны лучшими штаммами на сегодняшний день являются 425а, 404б и Т-4, для эспарцета - 820, 31, У-3 и 4/87. Препараты выпускаются в жидкой и сыпучей формах, стоимость одной гектарной порции составляет, соответственно, 8 и 12 грн.
Использование биопрепаратов клубеньковых бактерий для предпосевной инокуляции семян люцерны и эспарцета в полевых и производственных опытах показало, что в 70-80% случаев они существенно увеличивали урожай зеленой массы в первый и второй годы жизни растений. Лучшие штаммы повышали урожай зеленой массы люцерны на 5-8 т/га, а эспарцета - на 4-7 т/га при увеличении содержания в ней белка на 1-3 абсолютных процента. Последействие многолетних бобовых трав на урожай зерна озимой пшеницы было эквивалентно внесению 60-90 кг/га минерального азота по таким предшественникам, как кукуруза на зерно или смесь озимой ржи с рапсом на зеленый корм.
Жидкая форма препарата содержит остатки культуральной среды, метаболиты бактерий и 15-20 млрд. живых микроорганизмов в 1 мл. Гектарная норма составляет 100 мл. Срок хранения препарата при температуре 4-150 °С до одного месяца. Перед использованием жидкий препарат разводится водой в 10 раз и образует стойкую суспензию, которая удобна в применении, особенно для механизированной обработки семян. Бактерии хорошо удерживаются на поверхности семян без прилипателя, роль которого выполняют их собственные экзополисахариды. Нитрагинизированные семена необходимо высеять в течение суток, а при задержке с посевом обработать повторно.
Сыпучая торфяная форма традиционно называется ризоторфином и представляет увлажненную сыпучую массу темного или бурого цвета, в 1 г которой содержится 10-15 млрд. ризобий люцерны или эспарцета, которые размножены в стерильном торфе с добавками питательных ингредиентов и мела. Масса гектарной дозы ризоторфина 200 г. Гарантированный срок хранения при температуре 4-15 °С составляет 6-9 месяцев.
Сыпучая вермикулитная форма имеет вид увлажненной массы серого или серо-желтого цвета, в 1 г которой содержится 7,5-8 млрд. клубеньковых бактерий. Срок годности препарата - 2 месяца, масса гектарной дозы - 200 г.
Торфяная и вермикулитная формы ризобофита при смешивании с водой образуют нестойкую быстро расслаивающуюся суспензию, которую перед использованием необходимо перемешивать. Для лучшей удерживаемости частиц торфа и вермикулита на поверх-ности обработанных семян к водной суспензии препарата добавляют прилипатели (жидкий или твердый концентрат барды, патоку, клейстер, латекс, обрат, навозную жижу). Нельзя использовать силикатный клей - он токсичен для клубеньковых бактерий из-за щелочной реакции раствора.
Механизированную обработку семян биопрепаратами клубеньковых бактерий (инокуляцию, нитрагинизацию) осуществляют машинами для протравливания семян ПУ-3, ПС-10, "Мобитокс", "Колос". Перед работой емкости машин очищают от остатков ядохимикатов, промывают раствором соды, стирального порошка и чистой водой согласно санитарным требованиям. Жидкую форму ризобофита заливают в бак вместе с водой, а сыпучие формы необходимо предварительно суспензировать в небольшом количестве воды в отдельной емкости (ведро, бочка) и профильтровать от крупных частиц через фильтр с отверстиями 1-2 мм или через марлю перед заправкой в бак протравочной машины. Хорошие результаты получаются и при обработке семян во вращающихся барабанах или бетономешалках. Можно использовать погрузчики семян со шнековыми и ленточными транспортерами, но необходимо равномерно дозировать препарат с помощью садовой лейки или несложных приспособлений.
Небольшое количество семян целесообразно обрабатывать вручную. Порцию семян 100-200 кг высыпают на брезент размером 3´4 м, увлажняют суспензией биопрепарата в воде или растворе прилипателя в количестве 2-2,5% от массы семян и перемешивают поочередным подниманием противоположных концов брезента до равномерного распределения бактерий на поверхности семян. Через 20-30 минут семена впитывают влагу и восстанавливают сыпучесть. Обработанные семена затаривают в мешки и высевают во влажную почву в течение суток.
Инокуляцию семян люцерны и эспарцета биопрепаратами клубеньковых бактерий следует проводить в тени навеса или в складе, чтобы избежать действия прямых солнечных лучей, которые губительны для микроорганизмов. Нельзя обрабатывать семена в семенных ящиках сеялки, потому что жидкий инокулюм стекает на дно и нарушает работу высевающих аппаратов. Кроме того увлажненные таким образом семена теряют сыпучесть и образуют "своды".
Бобово-ризобиальный симбиоз очень чуствителен к пестицидам. Все протравители в той или иной степени ингибируют образование клубеньков и снижают их азотфиксирующую активность. К наименее токсичным относятся фундазол, витавакс и бавистин. Вместо химических фунгицидов для подавления корневых гнилей и других заболеваний люцерны и эспарцета целесообразно использовать препараты микроорганизмов - антагонистов фитопатогенов БСП, ВП-6М, хетомик, фитоспорин, бацифор, триходермин и др., которые не уступают им по эффективности и не оказывают отрицательного влияния на симбиоз бобовых трав с клубеньковыми бактериями. Микробы-антагонисты, размножаясь в ризосфере и на корнях растений, создают защитный барьер от фитопатогенов на протяжении всей вегетации. Масса гектарной дозы таких биопрепаратов составляет 100-300 г, а ее стоимость - 8-15 грн. Технологически удобно одновременно обрабатывать семена перед посевом препаратами клубеньковых бактерий и микроорганизмов - антагонистов фитопатогенов.
Оболочка семян люцерны, донника и козлятника содержит токсичные для клубеньковых бактерий вещества, в частности алкалоиды, и более половины нанесенных на семена бактерий гибнет в течение двух часов после инокуляции. Еще более токсичны для клубеньковых бактерий семена люцерны, обработанные специальными составами для магнитной сепарации от семян повилики. Протравливание фунгицидами и обработка микроэлементами семян бобовых трав также существенно снижают выживание клубеньковых бактерий на их поверхности вплоть до полной гибели последних.
Поэтому при посеве бобовых трав под покров ячменя или овса мы рекомендуем обрабатывать ризобофитом непротравленные или инокулированные препаратами микроорганизмов - антагонистов фитопатогенов семена покровной культуры. При этом клубеньковые бактерии попадают в более глубокие и лучше увлажненные горизонты почвы, размножаются в ризо-сфере злаковых культур и контактируют с прорастающими корешками бобового растения-хозяина. Эффективность такого способа нитрагинизации выше, чем обработка ризобофитом семян бобовой культуры.
Наиболее эффективным способом нитрагинизации бобовых трав является внесение суспензии бактериального инокулюма во время сева в рядки специальным приспособлением к сеялкам, что обеспечивает практически полное сохранение жизнеспособности клубеньковых бактерий. С аналогичной целью можно использовать также устройство для гидровысева мелкосемянных овощных культур. Благодаря такой технологии эффект инокуляции препаратами клубеньковых бактерий семян бобовых трав, обработанных высокотоксичными пестицидами (ТМТД, фентиурам, витатиурам), составляет 70-80% от потенциальной эффективности нитрагинизации.
Применение небольших (20-40 кг/га), так называемых стартовых доз азота под бобовые травы несовместимо с их нитрагинизацией как в чистых, так и в подпокровных посевах, поскольку задерживает образование клубеньков и уменьшает конкурентоспособность интродуцируемых штаммов клубеньковых бактерий. Кроме того, минеральный азот усиливает развитие покровной злаковой культуры, что приводит к большему угнетению бобовых растений.
Для высокой интенсивности симбиотической азотфиксации люцерны и эспарцета необходима хорошая обеспеченность почвы доступным растениям фосфором и калием, а также микроэлементами, в частности бором и молибденом. Фосфорные и калийные удобрения следует внести с осени, так как рядковое внесение суперфосфата и аммофоса при посеве может задерживать образование клубеньков и подавлять развитие эндомикоризных грибов - второго микросимбионта бобовых растений.
Недопустимо высевать инокулированные семена люцерны в смеси с гранулированными фосфорными удобрениями, а также наносить ризобофит на гранулы суперфосфата или аммофоса - это полностью убивает клубеньковые бактерии. Микроэлементы бор и молибден целесообразно применять не опыливанием семян, что усиливает гибель клубеньковых бактерий на их поверхности, а опрыскиванием растений в фазу бутонизации.
С целью улучшения фосфорного питания растений и повышения коэффициента использования труднодоступных фосфатов почвы и удобрений в Южном филиале Института сельскохозяйственной микробиологии УААН созданы препараты фосфатмобилизирующих микроорганизмов - микоптил и ФМБ 32-3. Их применение совместно с ризобофитом усиливает не только биологическую фосфатмобилизацию, но и симбиотическую азотфиксацию.
Процесс симбиотической азотфиксации осуществляется за счет энергии фотосинтеза и функционально с ним взаимосвязан. Для интенсификации фотосинтеза и повышения продуктивности растений в современном земледелии широко используют регуляторы роста растений, однако не все они совместимы с нитрагинизацией. К регуляторам роста растений, усиливающим клубенькообразование и симбиотическую азотфиксацию, относятся пшеничный экстракт, гумисол, лентехнин, эмистим С, агростимулин, синтетические фитогормоны триман, ДГ-67, ДГ-82 и бактериальные препараты комплексного действия агрофил, флавобактерин, ФМБ 32-3, которые можно применять путем предпосевной обработки семян совместно с препаратами клубеньковых бактерий.
Таким образом, использование в современных агротехнологиях выращивания люцерны и эспарцета биопрепарата ризобофит на основе высокоэффективных штаммов соответствующих клубеньковых бактерий увеличивает урожай зеленой массы этих культур на 4-8 т/га и содержание в ней белка за счет усиления симбиотической азотфиксации, а также повышает плодородие почвы для последующих культур.
Биопрепараты и дополнительную информацию о технологии их применения можно получить в Южном филиале Института сельскохозяйственной микробиологии УААН по адресу: 97513, АР Крым, Симферопольский район, пгт. Гвардейское, ул. К.Маркса, 107. Телефон (0652) 32-34-76, факс 32-30-50, e-mail: [email protected]
Толкачев Н.З., ведущий научный сотрудник, Дидович С.В., младший научный сотрудник
Южный филиал Института сельскохозяйственной микробиологии УААН
