Влияние комплексной предпосевной обработки семян сои в Приморском крае на урожайность, микрофлору почв и процессы гумусонакопления

Полный текст

Введение

Соя, один из важных источников продовольственных и кормовых ресурсов, является фиксатором азота атмосферы. Возделывание сои в полевых севооборотах позволяет решать актуальные вопросы применения агротехники, связанные с повышением плодородия почв [1–3]. Вступая в симбиоз с бактериями рода Bradyrhizobium, растения получают необходимое количество азота в течение всего периода вегетации [4]. Чистый препарат клубеньковой бактерии Bradyrhizobium japonicum вызывает образование клубеньков на корневой системе сои, усиливающих фиксацию атмосферного азота, способствуя переводу его в усвояемую для культуры аммонийную форму. Способность к биологической фиксации азота у бобовых составляет от 50 до 200 кг/га в зависимости от культуры и условий среды [5, 6].

Для того чтобы при выращивании уменьшить потери сои от болезней и повысить урожай, семена сои обрабатывают инокулянтами (препаратами клубеньковых бактерий) и фунгицидами [7]. Исследованиями Н. А. Бушневой, проведенными в центральной природно-климатической зоне Краснодарского края, установлен положительный эффект совместного применения фунгицида и инокулянта Хайкоут супер при предпосевной обработке семян сои: увеличивалось как число клубеньков на корнях растений, так и их масса [8]. Современные фунгициды достаточно универсальны по своему действию на разные виды возбудителей. Фунгицидный препарат Стандак Топ является инновационным протравителем, применяемым для контроля основных болезней и вредителей сои. Ранее установлено положительное влияние обработки семян фунгицидом Стандак Топ на рост раннеспелого сорта сои Алмаз, где количество образованных растениями бобов в варианте с применением фунгицида положительно отличалось от контроля на 12% [9]. Таким образом, вопрос совместимости используемых фунгицидов с ризобиальными инокулянтами с целью разработки оптимальных технологий при выращивании сои является актуальным.

Наряду с инокулянтами и фунгицидами при обработке семян сои широкое применение находит препарат Гумат калия. Этот препарат является безопасным, повышающим энергию прорастания семян, стимулирующим ростовые процессы и способным за сравнительно короткий период времени восстанавливать плодородие почв, он широко применяется в сельскохозяйственном производстве [10, 11]. Положительное действие гуминовых кислот можно улучшить путем создания композиций с определенными микроэлементами, фунгицидами и микроорганизмами.

В Приморском крае в 2022 г. соей было засеяно 292 700 га, средняя урожайность составила 12–13 ц/га [12]. Для повышения урожайности сои необходимо комплексное применение препаратов, стимулирующих рост, энергию прорастания семян, а также обладающих инсектофунгицидным действием. Между тем вопрос совместного применения инсектофунгицидного препарата с инокулянтом и Гуматом калия при предпосевной обработке семян сои в условиях Приморского края не рассматривался. Не изучалось и последействие обработки семян сои на микрофлору почв и процессы гумусонакопления. Поэтому первой целью нашего исследования в данном направлении было установление влияния применения препаратов Хайкоут супер соя, Стандак Топ, Гумат калия и их комбинаций при предпосевной обработке семян сои на урожайность сои, микофлору и трансформацию органического вещества почв в условиях лесостепной зоны Приморского края.

Материалы и методы

Полевые опыты по изучению влияния предпосевной обработки сои препаратов протравителей и инокулянта на образование клубеньков проводили согласно методическим указаниям по регистрационным испытаниям фунгицидов в сельском хозяйстве [13]. Закладка опыта в трехкратной повторности с посевом сои сорта Бриз проводилась в питомнике размножения 1 года на пашне стационарного опыта ФНЦ Агробиотехнологий Дальнего Востока им. А. К. Чайки, пос. Тимирязевский, Уссурийского района Приморского края, согласно методике Б. А. Доспехова [14]. Норма высева – 500 тыс. всхожих семян на 1 га. Учетная площадка делянки 50 м². Отбор почвенных образцов проводили в сентябре 2022 г. методом конверта. Почва – агротемногумусовый подбел глееватый (в работе использованы названия почв согласно Классификации и диагностике почв России [15]) – характеризовалась следующим набором генетических горизонтов: РU (0–25 см) – Elnng (25–47) – BTg (47–102) – Сg (102 cм и ниже). Содержание гумуса в пахотном слое изменялось в диапазоне от 4,58 до 5,15%, реакция почвенного раствора (рН сол.) – от 5,94 до 6,01. Почвы среднесуглинистого гранулометрического состава.

При подсевной обработке семян сои использованы следующие препараты:

1. Стандак Топ – фунгицидный протравитель, действующие вещества (г/л): пираклостробин (25), фипронил (250), тиофанат метил (225). Спектр действия: фузариоз всходов и фузариозная корневая гниль, аскохитолз, плесневение семян. Оказывает положительное влияние на всхожесть семян, хорошо совместим с инокулянтами. Применялся в дозе 1,5 л/т.
2. Хайкоут супер соя – инокулянт, чистый препарат клубеньковой бактерии Bradyrhizobium japonicum. Высокий бактериальный титр (10 млрд клеток в 1 мл препарата) одного штамма гарантирует качественную инокуляцию. Препарат совместим с протравителями, при предпосевной обработке семян сои применялся в дозе 2,84 л/т.
3. Основа Гумата калия – соль гуминовой кислоты, в состав входят также белки, аминокислоты, стимуляторы роста растений, микро- и макроэлементы. Гумат калия снижает кислотность почв, активизирует деятельность микрофлоры почв, стимулирует рост и повышает иммунитет растений к стресс-факторам, ускоряет созревание урожая, повышает его качество. Гуматы являются экологически чистыми веществами, которые не накапливаются в растениях, и безвредны для человека. Препарат применялся в дозе 1 л/т, основного действующего вещества (гуминовые кислоты) – 80 г/л.

Закладка опыта в посевах сои в условиях полевого опыта проводилась по схеме: 1) Контроль, 2) Стандак Топ, 3) Стандак Топ + Хайкоут супер соя, 4) Гумат калия, 5) Гумат калия + Хайкоут супер соя, 6) Стандак Топ + Гумат калия, 7) Стандак Топ + Гумат калия + Хайкоут супер соя, 8) Хайкоут супер соя. Номера опытов соответствуют используемым в таблицах.

При исследовании физико-химических параметров почв применяли общепринятые в почвоведении методы. Кислотность почв (рНв, рНс) исследовали потенциометрически с помощью комбинированного стеклянного электрода на рН-метре HI 2215 HANNA. Содержание гумуса в горизонте PU определяли по методу И. В. Тюрина [16]. При оценке содержания и запасов гумуса использованы оценочные шкалы, разработанные Д. С. Орловым с соавторами [17]. Изменения кислотности почв характеризовали по общепринятым региональным шкалам [18]. Каталазную активность исследовали газометрическим методом по А. Ш. Галстяну [19].

Численность микроорганизмов различных эколого-трофических групп определяли классическим методом посева почвенной суспензии на агаризованные питательные среды: мясо-пептонный агар (МПА), крахмало-аммиачный агар (КАА), среды Эшби и Чапека [20].

Погодные условия формирования почв представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Метеорологические условия 2022 г.*

Показатель	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь
Температура воздуха, °C
Средний за месяц	7,5	13,0	16,9	21,4	21,5	16,1	8,1
Средний многолетний	4,9	11,2	15,7	20,0	20,0	15,0	7,0
Осадки, мм
Общий за месяц	18,2	56,5	117,7	214,0	214,0	108,8	63,1
Средний многолетний	35,0	63,0	84,0	93,0	93,0	106,0	54,0

* Данные агрометеорологической станции «Тимирязевский». URL: http://www.primgidromet.ru/about/karta_seti/timiryazevskiy (дата обращения: 18.10.2022).

 

Полученные результаты обработаны статистически с помощью компьютерной программы Microsoft Office Excel 2013. В таблицах приведены средние статистические данные и ошибка среднего.

Результаты и обсуждения

Исследуемые почвы приурочены к Приморской юго-западной гидротермической провинции, для которой характерны высокие среднегодовые показатели выпадения осадков (до 800 мм), радиационного баланса (52,2 ккал/см² в год) и затрат энергии на почвообразование (44,9 ккал/см² в год) [21–22]. Неравномерное выпадение осадков в течение года вызывает сильное переувлажнение почв летом и иссушение в осенне-зимний период. За период вегетации 2022 г. сумма активных температур свыше 10 °C составила 2778 °C, сумма осадков – 657,8 мм (ГТК = 2,37 – избыточно-влажный). Количество осадков в июне, июле и августе превысило в 1,2–2,3 раза средние многолетние нормы (табл. 1).

Гумусообразование на исследуемых вариантах опыта, судя по показателям рНс, протекало в условиях слабокислой реакции среды (табл. 2). Показатели рНв актуальной кислотности были выше: во всех исследуемых вариантах опыта реакция среды слабощелочная.

 

Таблица 2. Параметры почвы в горизонте PU агротемногумусовых подбелов в зависимости от способа предпосевной обработки семян сои

Вариант опыта	рНв	рНс	Содержание гумуса, %	Запасы гумуса*, т/га
1	7,44 ± 0,07	6,07 ± 0,02	5,15 ± 0,25	131,8 ± 3,75
2	7,60 ± 0,10	6,09 ± 0,05	4,77 ± 0,19	130,7 ± 2,54
3	7,64 ± 0,15	6,10 ± 0,00	4,96 ± 0,20	124,0 ± 2,20
4	7,59 ± 0,13	6,08 ± 0,20	4,38 ± 0,05	109,5 ± 4,5
5	7,50 ± 0,11	6,02 ± 0,18	4,86 ± 0,15	128,3 ± 3,20
6	7,47 ± 0,09	6,01 ± 0,01	3,23 ± 0,10	87,2 ± 2,10
7	7,49 ± 0,10	5,97 ± 0,20	4,58 ± 0,08	116,3 ± 3,21
8	7,45 ± 0,12	5,95 ± 0,18	4,58 ± 0,09	110,8 ± 4,50

* В слое 0–20 см.

 

Содержание гумуса, согласно оценочным градациям Д. С. Орлова с соавторами [17], на контроле в посевах сои без протравливания семян было ниже средних значений, а запасы гумуса соответствовали средним показателям. То, что в контроле содержание гумуса стало выше, чем в вариантах опыта, объясняется меньшим выносом гумусовых соединений из-за меньшей вегетативной массы растений и урожайности сои (табл. 3).

 

Таблица 3. Урожайность сои и процент выхода семян по вариантам

Вариант опыта	Урожайность, ц/га	Выход семян, %
1	23,0	87,0
2	25,3	89,0
3	25,0	87,0
4	25,5	91,0
5	26,0	88,0
6	24,2	86,0
7	24,8	88,0
8	24,2	86,0

 

Среди вариантов опыта более высокими показателями содержания гумуса в горизонте PU отличались 3 (Стандак Топ + Хайкоут супер соя) и 5 (Гумат калия + Хайкоут супер соя). Применение инокулянта, обогащенного клубеньковыми бактериями, в значительной степени активизировало процесс фиксации атмосферного азота и деятельность микрофлоры, привело к усилению процесса трансформации органического вещества и оказало позитивное влияние на процесс гумусонакопления. Запасы гумуса в слое 0–20 см на исследуемых вариантах достигали средних значений и находились в диапазоне от 109 до 131,8 т/га, исключение составил вариант 6 Стандак Топ + Гумат калия с изначально низким содержанием гумуса (табл. 1).

Различия между вариантами прослеживались и в показателях ферментативной (каталазной) активности почв. Для всех вариантов опыта она была выше, чем в контроле (табл. 4).

 

Таблица 4. Микробиологическая активность почв в зависимости от способа предпосевной обработки семян сои, тыс. КОЕ/г почвы

Вариант опыта	Микроорганизмы на МПА	Грибы на среде Чапека	Микроорганизмы на КАА		Олигонитрофилы на среде Эшби	Биогенность	КМ	Ка
			Бактерии	Актиномицеты
1	11 850 ± 1060	125 ± 77	11 550 ± 353	Н.о.	8000 ± 283	31 525 ± 1955	1,0	2,7 ± 0,10
2	12 850 ± 494	140 ± 0	12 750 ± 636	300 ± 70	13 050 ± 70	39 090 ± 1270	1,0	3,7 ± 0,13
3	8200 ± 494	120 ± 14	3750 ± 70	Н.о.	8350 ± 636	20 420 ± 1211	0,5	3,0 ± 0,00
4	10 000 ± 424	290 ± 42	12 200 ± 283	300 ± 70	12 600 ± 424	35 690 ± 1243	1,3	3,0 ± 0,00
5	41 300 ± 1838	380 ± 46	53 000 ± 1979	400 ± 141	27 600 ± 707	123 080 ± 4711	1,3	3,5 ± 0,15
6	7600 ± 282	145 ± 21	13 700 ± 424	100 ± 70	9300 ± 565	30 945 ± 1362	1,8	5,3 ± 0,18
7	7350 ± 353	60 ± 28	11 650 ± 1202	100 ± 0	8700 ± 707	27 960 ± 2290	1,6	3,8 ± 0,16
8	6600 ± 424	100 ± 7	2750 ± 70	100 ± 0	9500 ± 141	19 150 ± 642	0,4	3,3 ± 0,09

Примечание. КМ (КАА/МПА) – коэффициент минерализации и иммобилизации Е. Н. Мишустина. Ка – каталазная активность почв, мл О₂/г почвы/мин. Н.о. – не обнаружено.

 

Возрастание каталазной активности свидетельствует об усилении биологической активности почв и процессов трансформации органического вещества микрофлорой (варианты 2, 5, 6, 7) с применением предпосевного протравливания семян сои инокулянтом Хайкоут супер соя, Гуматом калия и инсектофунгицидным препаратом Стандакт топ. Установлена тесная обратная корреляционная связь между содержанием гумуса и параметрами каталазной активности (r = –0,86).

Как показали результаты исследования, наиболее существенные изменения в составе микрофлоры почв, по сравнению с контролем отмечены для варианта 5 (Гумат калия + Хайкоут супер соя), в котором увеличились в 3 раза численность грибов, в 3,5 раза – олигонитрофилов, в 3,9 раз биогенность почв в целом (табл. 4). Это значительно усилило процесс трансформации органического вещества и деструкцию азотистых соединений гумуса. Увеличению численности всех исследуемых эколого-трофических групп во многом способствовало применение при обработке семян сои инокулянта Хайкоут супер соя, обогащенного бактериями Bradyrhizobium japonicum, совместно с Гуматом калия.

Исследованиями установлено, что Гумат калия стимулирует физиологические процессы в растениях сои, способствуя увеличению содержания хлорофилла и каротиноидов в листьях, что приводит к увеличению клубеньковых бактерий. Хайкоут супер соя усиливает развитие азотфиксирующих клубеньков, в которых атмосферный азот восстанавливается до аммиака и усваивается растением. Это приводит к усилению/формированию боковых побегов и увеличению массы семян сои [23].

На исследуемых вариантах опыта наибольшее количество клубеньков отмечено в фазу цветения и начала бобообразования, лучшие результаты достигнуты в вариантах опыта 4, 5, 7 (табл. 5).

 

Таблица 5. Учет клубеньков на одном растении сои в среднем

Вариант опыта	Фаза цветения – начало бобообразования		Фаза полного созревания
	кол-во, шт.	вес, г	кол-во, шт.	вес, г
1	82	1,3	15	0,15
2	80	1,5	18	0,19
3	82	1,6	22	0,33
4	87	1,6	24	0,30
5	89	1,7	24	0,33
6	85	1,6	19	0,20
7	89	1,8	24	0,28
8	82	1,4	24	0,25

 

Переходу питательных элементов в доступную для растений форму во многом способствовало совместное применение с инокулянтом Гумата калия, являющегося своеобразным катализатором протекания почвенных процессов. Это в конечном итоге обусловило повышение урожайности сои до 26 т/га (табл. 3, вариант 5). Усиление процессов иммобилизации азота зафиксировано в вариантах 2 (протравливание семян Стандак Топ) и 4 (предпосевная обработка Гуматом калия), где урожайность сои возросла по сравнению с контролем (23,0 т/га) до 25,3 и 25,5 т/га. Было обращено внимание на показатель выхода семян от общего урожая, используемых для дальнейшего размножения. Самый высокий показатель выхода семенной продукции был получен при предпосевной обработке семян Гуматом калия – 91%, Стандак Топ – 89%, Стандак Топ + Гумат калия + Хайкоут супер соя – 88%. При обработке препаратом Хайкоут супер соя зафиксирован самый низкий (82%) показатель выхода семенной продукции.

Заключение

Таким образом, на первом этапе исследования последействия комплексной предпосевной обработки семян сои инокулянтом Хайкоут супер соя, инсектофунгицидом Стандак Топ и Гуматом калия по сравнению с контролем выявлены:

• изменения в микрофлоре и протекании процессов гумусонакопления в агротемногумусовых подбелах, использованных под посевы;
• снижение содержания гумуса, вызванное усилением процессов минерализации органического вещества и выносом питательных элементов с растительной массой;
• усиление биологической активности почв, о чем свидетельствует возрастание ферментативной активности;
• тесная обратная корреляционная связь между содержанием гумуса и параметрами каталазной активности (r = –0,86);
• изменения в составе микрофлоры почв в посевах сои, наиболее существенные зафиксированы для варианта 5 (Гумат калия + Хайкоут супер соя). Здесь отмечено значительное увеличение численности грибов, олигонитрофилов и биогенности почв в целом. Это способствовало значительному усилению процесса трансформации органического вещества и деструкции азотистых соединений гумуса;
• наиболее позитивное, среди всех вариантов опыта, последействие на урожайность применения препаратов Гумата калия и Стандак Топ, а также положительная тенденция в прибавке урожая сои в вариантах: Гумат калия + Хайкоут супер соя, Стандак Топ + Гумат калия + Хайкоут супер соя.

Об авторах

Людмила Николаевна Пуртова

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: purtova@biosoil.ru
ORCID iD: 0000-0001-7776-7419

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Россия, Владивосток

Ирина Владимировна Киселева

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: Kiseleva-iv@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-2547-5905

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Россия, Владивосток

Нина Сергеевна Кочева

Федеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока им А. К. Чайки

Email: lab.sem1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0028-8257

научный сотрудник

Россия, Уссурийск

Дарья Александровна Русакова

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: dashka93.1993@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-6257-2068

аспирант, ведущий инженер

Россия, Владивосток

Емельянов Алексей Николаевич

Федеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока им А. К. Чайки

Email: emelyanov.prim@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7112-7856

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, директор

Россия, Уссурийск

Список литературы

Дополнительные файлы