Биологическая активность почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.13, кандидат биологических наук Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

• Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич
• кандидат биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I Теоретическое обоснование и общая оценка биологической активности почвы и условий возделывания яровой пшеницы в севообороте.

1.1 Почва как среда обитания микроорганизмов.

1.2 Взаимоотношение почвенных микроорганизмов с растениями.

1.3 Действие макро- и микроудобрений на почвенные микроорганизмы и плодородие почвы.

1.4 Влияние метаболитов эндофитных грибов на биологическую активность почвы, рост и развитие растений.

1.5 Влияние чередования культур в севообороте на биологическую активность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.

Глава II Условия, объект и методика исследований.

2.1 Оценка агроклиматических ресурсов.

2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований.

2.3 Объект и методика проведения исследований.

Глава III Чередование культур как фактор активизации микробиологических процессов в почве.

3.1 Влажность, питательный режим и биологическая активность в зернопаропропашном севообороте.

3.2 Урожайность и оценка культур севооборота по количеству оставляемых корневых и пожнивных остатков.

Глава IV Активизация биологических процессов почвы под яровой пшеницей в звене севооборота.

4.1 Питательный режим и микробиота почвы под яровой пшеницей.

4.2 Метаболиты эндофитов и сернокислая медь в регуляции почвенной активности.

4.3 Динамика развития, урожай и качество зерна яровой пшеницы.

4.4 Урожайность и оценка яровой пшеницы по количеству оставляемых корневых и пожнивных остатков при использовании на посеве метаболита и сернокислой меди.

4.5 Вынос элементов питания с урожаем яровой пшеницы.

Глава V Экономическая и энергетическая эффективность возделывания яровой пшеницы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биологическая активность почвы и урожайность яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан»

У

Одна из важнейших задач сельскохозяйственной науки - всестороннее изучение условий, влияющих на продуктивность растений и плодородие почв. Среди этих условий большая роль принадлежит микроорганизмам. К настоящему времени в нашей стране и за рубежом накоплен большой материал о влиянии удобрений на микрофлору и свойства почвы. Многие исследователи отмечают положительное влияние на почвенную микрофлору минеральных и органических удобрений. В удобренных почвах возрастает общая численность микроорганизмов, а также наблюдается и смена доминантных видов, входящая в те или иные физиологические группы. На почвенную микрофлору особенно сильно действуют азотные удобрения, несколько меньше соли фосфорной кислоты и еще слабее калийные удобрения.

В последнее время вызывает большой интерес наука о симбиозах и симбионтах. Следует взглянуть на природу и значение симбизов и симбионтов в развитии наших фундаментальных представлений об эволюционных процессах, роли их в формировании и функционировании экосистем, практического использования явления симбиоза [206].

Роль симбиозов в жизни растений глобальна. Наиболее распространенной формой является арбускулярная и арбускулярно-везикулярная микориза. Именно этому типу симбиоза отводят центральную роль в завоевании растениями суши - около 450 млн. лет назад [193, 194].

Формирование микробных ценозов, состав и численность почвенной, прикорневой и ризосферной микрофлоры в значительной степени определяются типом почв, физико-химическими, агрохимическими, агрофизическими и другими их свойствами. Севообороты используемые в РБ для различных зон: зернопропашные, зернопаропропашные, зернопаровые и др., отличаются большим удельным весом почворазрушающих культур, что привело к дефициту органического вещества в почвах на всей территории республики. Проблему восстановления плодородия почвы помогут решить симбионты, активные расы азотфиксаторов, метаболиты симбионтных грибов растений.

В трудах Гельцер Ф. Ю. применение ростового препарата Симбионт-1 на картофеле при хороших условиях роста опрыскивание клубней 0,001% раствором ростового препарата, а всходов — раствором 0,02% пятиводной сернокислой медью давало значительную прибавку урожая, при этом всегда уменьшалась изреженность посевов, снижение больных растений, увеличивалась масса корневой системы и микотрофность, а также количество побегов [25]. Перспектива использования недорогих, эффективных и экологически безопасных биологических препаратов, повышающих биологическую активность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, вполне очевидна.

Обоснование темы. Применение метаболитов эндомикоризного гриба облепихи в сочетании с сернокислой медью стимулирует не только почвенную микрофлору, но и рост, развитие растений, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ. Характерный показатель активизации деятельности микрофлоры под влиянием метаболитов эндомикоризного гриба облепихи и сернокислой меди -увеличение интенсивности колонизации корневой системы яровой пшеницы и рост общего количества почвенных микроорганизмов

Актуальность. Сельскохозяйственные культуры обладают высоким потенциалом урожайности, для реализации которого необходимо создавать оптимальные условия роста и развития растений. В связи с этим уровень почвенного плодородия имеет важное значение. Ведущая роль при этом принадлежит способу обработки почвы, севооборотам, удобрениям, от которых зависит количественная и качественная сторона жизнедеятельности микроорганизмов в почве, создающих благоприятные условия для корневого питания растений. Оптимизация взаимодействия системы растения - почва играет важную роль в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Важность биологических факторов в оптимизации почвенного плодородия и экологизации земледелия в целом показана в работах Е. Н. Мишустина (1972), И. К. Хабирова (1993), Ф. X. Хазиева и др. (1997), И. К. Хабирова, Л. М. Габбасовой, Ф. X. Хазиева и др. (2001), Н. Ф. Ганжары (2001), Н. М. Нурмухаметова (2001; 2007), Р. М. Хайруллина и др. (2007), В. Д. Недорезкова (2002), Ш. Я. Гилязетдинова (2008) и др.

Известно, что микоризы являются мощными поставщиками питательных веществ, увеличивают поглощение фосфора, т.е. активное участие гриба в фосфорном питании растений (Й. Сэги, 1983; И. А.Селиванов, 1981).

Установлено, что для активизации заражения эндофитами корней растения нужно гормональное воздействие, способствующее как пробуждению эндофита из состояния анабиоза, так и образованию разветвленной корневой системы растений, благоприятной для развития симбионтных грибов. В природных условиях (агрофитоценозах) эту роль продуцентов гормонов выполняют всегда сопутствующие семени эпифитные и ризосферные микроорганизмы. Для усиления заражения корневой системы культурного растения эндомикоризными грибами проводится обработка семян, а также вегетирующих растений 0,001% раствором метаболита (Ф.Ю.Гельцер, 1990).

Изучение влияния метаболитов эндофита облепихи с сернокислой медью на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы имеет большую актуальность.

Цель работы. Исследование действия обработки семян и вегетирующих растений растворами метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы и урожайность яровой пшеницы в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан. Исходя из цели были поставлены следующие задачи:

• выявить сезонную количественную динамику почвенных микроорганизмов в зернопаропропашном севообороте;

• установить влияние метаболитов эндофита и сернокислой меди на биологическую активность почвы;

• определить микотрофность корневой системы растений яровой пшеницы при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди;

• оценить взаимосвязь биологической активности почвы с урожайностью яровой пшеницы;

• провести биоэнергетическую оценку приемов активизации биологической активности почвы и повышения урожайности яровой пшеницы.

Научная новизна. Впервые в условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном получены и обобщены экспериментальные данные комплексных исследований биологической активности почвы при использовании метаболитов эндофитного гриба МопШа асптотит и сернокислой меди на яровой пшенице в звене севооборота. Определено, что микотрофность корневой системы положительно коррелирует с урожайностью яровой пшеницы. Для повышения микотрофности которой необходимо провести предпосевную обработку семян растворами метаболита эндофита и сернокислой меди. Развитие общего сообщества микроорганизмов под культурами зернопаропропашного севооборота в течение вегетационного периода различно. Количество микроорганизмов в почве находится в тесной связи с урожайностью яровой пшеницы. Установлено, что содержание элементов минерального питания в почве зернопаропропашного севооборота зависит от покровной культуры и времени года.

Основные положения выносимые на защиту:

• определяющим фактором в динамике развития почвенных микроорганизмов является возделываемая сельскохозяйственная культура;

• предпосевная обработка метаболитами эндофита и сернокислой медью положительно действует на показатели биологической активности почвы;

• при использовании метаболитов эндофита и сернокислой меди степень микотрофности корневой системы яровой пшеницы увеличивается;

• урожайность яровой пшеницы имеет прямую связь с биологической активностью почвы.

Практическая значимость. Метаболиты эндофита облепихи и сернокислая медь положительно действуют на биологическую активность чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы приводит к повышению уровня рентабельности производства зерна на 66,43%.

Практические рекомендации прошли производственную проверку в хозяйствах КФХ «Агли» Чишминского района на плошади 80га, ООО «Отчизна» Алыиеевского района - Юга, ОАО «Зирганская МТС» Куюргазинского района-100га.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции в рамках XVII международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2007» (Уфа, БГАУ, 2007), Международной научно-практической конференции (Уфа, БГАУ, 2008), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2008» (Уфа, БГАУ, 2008), «Национальное достояние России» XXIV всероссийской конференции обучающихся (Москва, 2009), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» (Уфа, БГАУ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 в издании, включенном в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы, 18 рисунков и 26 приложений. Библиографический список включает 262 наименования, в том числе 27 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич

выводы

1. Развитие сообщества микроорганизмов, ферментативная активность, интенсивность выделения почвой двуокиси углерода находятся в прямой зависимости от возделываемой культуры. Варьирование биомассы микробного сообщества почвы в течение вегетационного периода составило по севообороту в целом от 306,6 до 1725,7 кг/га.

2. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы метаболитами эндофитов с сернокислой медью способствует активизации ферментативной активности и микробиологических процессов в почве.

3. Использование метаболита и сернокислой меди приводит к увеличению интенсивности микотрофности корневой системы яровой пшеницы.

4. Сообщество микроорганизмов в почве находится в прямой связи с урожайностью яровой пшеницы (г = 0,629). Выявлена положительная корреляционная связь между урожайностью и интенсивностью колонизации микоризы в корневой системе яровой пшеницы.

5. В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан на черноземе выщелоченном наиболее энергетически эффективным приемом является предпосевная обработка семян яровой пшеницы комбинацией 0,001% раствора метаболита с 0,02% раствором сернокислой меди. Прибавка урожая зерна в зависимости от агрометеорологических условий колеблется от 0,8 до 1,1т/га. Прибавка энергии (с учетом побочной продукции) составляет 36292,8 МДж/га. При этом рост уровня рентабельности равен 66,43%.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

В условиях южной лесостепи Республики Башкортостан в четырехпольных зернопаропропашных севооборотах для повышения биологической активности почвы, активизации микробиологических процессов, а также повышения урожайности яровой пшеницы, предшественником которой является пропашная культура с высоким агрофоном, рекомендуем применять 0,001% раствор метаболита в сочетании с 0,02% раствором сернокислой меди для предпосевной обработки семян.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Узбеков, Ильяс Сайфуллаевич, 2010 год

1. Авдонин, Н. С. Повышение плодородия кислых почв : учебник / Н. С. Авдонин. М.: Колос, 1969. -304 с.

2. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы трансформации : учебник / Л. Н. Александрова. — Л.: Наука, 1980. 287с.

3. Амиров, М. Б. Теоретические и технологические основы воспроизводства плодородия в современных системах земледелия Предуралья Башкортостана / М. Б. Амиров: Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. — М.: 1992. -51с.

4. Аристовская, Т. В. Современные критерии количественной оценки роли почвенных микроорганизмов в функционировании экосистем / Т. В. Аристовская // Сб. тезисов докл. V съезда Всес. микроб, общества, секц. эколог, микр-мов. Ереван, 1975. С. 3-4.

5. Ацци, Дж. Сельскохозяйственная экология : учебник / Ацци, Дж. Ил. М.: 1959.-479 с.

6. Берестецкий, О. А. Фиксация азота микроорганизмами в ризосфере и ризоплане не бобовых культур / О. А. Берестецкий // Бюл. ВНИИС Сельхозмикробиол. 1985. - Т. 42. - С. 3-5.

7. Берестецкий, О. А. Почвенно-микробиологические процессы в севообороте / О. А. Берестецкий // Вопросы теории и практики повышения плодородия почв. М.: 1981. - С. 27-29.

8. Берестецкий, О. А. Численность и биомасса микроорганизмов в дерново-подзолистой почве под яровой пшеницей и горохом / О. А. Берестецкий, А. В. Ермолаева // Почвоведение. 1981. №8. - С. 120-128.

9. Берестецкий, О. А. Влияние сельскохозяйственных культур на численность микроорганизмов и биологическую активность дерново-подзолистой почвы / О. А. Берестецкий, Т. П. Зубец // Почвоведение. -1981. -№1. С. 94-99.

10. Бершова, О. И. Микроэлементы и почвенные микроорганизмы : учеб. пособие / О. И. Бершова. Изд-во «Наукова думка», Киев 1967. - 203 с.

11. Богданов, Ф. М. Влияние удобрений на потребление и баланс элементов питания в системе почва удобрение - растение / Ф. М. Богданов // 80 лет БНИИЗ и С. - Уфа, 1994. - С. 171 - 179.

12. Бобров, А. А. Влияние окультуривания на биологическую активность дерново-подзолистых почв / А. А. Бобров, Ю. Г. Гельцер // В кн.: Структура и функции микробных сообществ почв с различной антропогенной нагрузкой. Киев: Наукова думка, 1973. С. 146-150.

13. Бурангулова, М. Н. Влияние севооборота и бессменных культур на микрофлору и некоторые биохимические процессы выщелоченных черноземов / М. Н. Бурангулова, Э. М. Рахимова, Ф. X. Хазиев и др. // Почвы Башкирии. Т.2 / БФАН СССР. Уфа, 1975. - С. 96-97.

14. Вавуло, Ф. П. Взаимосвязь нитрификации с плодородием дерново-подзолистой почвы / Ф. П. Вавуло, Л. А. Карягина // В кн.: Физиология и биохимия микроорганизмов. Минск, 1970. С. 205-212.

15. Вавуло, Ф. П. Изменение ферментативной активности дерново-подзолистой и торфяно-болотной почв под влиянием удобрений. / Ф. П. Вавуло, Л. А. Карягина, Л. М. Барташевич // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 340-355.

16. Васюк, Л. Ф. Ферментативная активность и микрофлора различных генетических горизонтов дерново-подзолистых, дерново-карбонатных ичерноземных почв / Л. Ф. Васюк // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 197-204.

17. Василенко, Е. С. Активность некоторых ферментов при разложении органических веществ в почве. / Е. С. Василенко, А. В. Рыбалкина // Сб. докл. симпоз. по ферментам почвы. Минск, 1968. С. 39-54.

18. Волынкина, О. В. Влияние предшественников и азотного удобрения на урожай и качество зерна яровой пшеницы / О. В. Волынкина, В. П. Новоселов, Р. И. Токарева // Земледелие. 2006. - №6. - С. 29-30.

19. Галстян, А. Ш. Некоторые вопросы почвенной фенментологии. / А. Ш. Галстян // Докл. симпоз. по ферм. Почвы. Минск, 1968. - С. 24-38.

20. Галстян, А. Ш. К оценке биологической активности почв / А. Ш. Галстян // Сб. тезисов докл. V съезда ВОП. Минск, 1977. - Вып. 2. - С. 201-202.

21. Галстян, А. Ш. Об активности ферментов и интенсивности дыхания почвы / А. Ш. Галстян // Докл. АН СССР, 1959. Т. 127. - № 5. - С. 10921102.

22. Гельцер, Ю. Г. Биологическая диагностика почв : учебник / Ю. Г. Гельцер. М.: Изд-во Московского университета, 1986. - С. 23-27.

23. Гельцер, Ф. Ю. Симбиоз с микроорганизмами основа жизни растений : учеб. пособие / Ю. Г. Гельцер. - М.: Изд-во МСХА, 1990. - 134 с.

24. Гирфанов, В. К. Н. Микроэлементы в почвах Башкирии и эффективность микроудобрений / В. К. Гирфанов, Н. Н.Ряховская. М.: Наука, 1975. — 171с.

25. Гришакина, И. Е. Микробная трансформация соединений азота в почвах Южной тайги / И. Е. Гришакина, С. Я. Трофимов, А. Л. Степанов, Е. И. Дорофеева//Почвоведение.-2006. -№11.-С. 1369-1373.

26. Гродзинский, А. М. и Гродзинский Д. М. : Краткий справочник по физиологии растений / Гродзинский, А. М., Гродзинский Д. М. -Издательство «Наукова думка» Киев 1973. - 590с.

27. Гулянов, Ю. А. Продуктивность фотосинтеза озимой пшеницы / Ю. А. Гулянов // Земледелие. 2006. - №6. - С. 30-31.

28. Девятова, Т. А. Биологическая активность чернозёмов центра русской равнины / Т. А. Девятова, А. П. Щербаков // Почвоведение. 2006. - №4. - С. 502-508.

29. Джеффри, Ч. Биологическая номенклатура / Ч. Джеффри М. изд-во "Мир". - 1980.-321 с.

30. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта : учебник / Доспехов, Б. А. -М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

31. Добровольская, Т. Г. Бактериальное разнообразие целинных и пахотных почв Владимирской области / Т. Г. Добровольская, И. Ю. Чернов, С.М. Лукин // Почвоведение. 2001. - №9. - С. 1092-1096.

32. Доминик, Т. Микориза растений / Т. Доминик. М.: (Сб. переводов из иностр. лит.) 1963. - С. 245-257.

33. Дробышева, Н. И. Влияние удобрений на образование клубеньков и урожай сои / Н. И. Дробышева // Агрохимия. 2000. - №2. - С. 59-61.

34. Дудка, И. А. Классификационные схемы несовершенных грибов порядка МопШа1ез и положение в них водных гифомицетов / И. А. Дудка // В кн.: Новостисистематики высших и низш их растений. Киев. Изд. Наукова думка. 1977. С. 134-203.

35. Дудкина, Т. А., Дудкин И. В. Роль севооборота и удобрений в формировании биологических свойств почвы / Т. А. Дудкина, И. В. Дудкин//Земледелие. 2006, №2 С. 12-13.

36. Ежов, Г. И. Руководство к практическим занятиям по сельскохозяйственной микробиологии : учеб. пособие / Ежов, Г. И. — Высш. школа, 2-е изд., перераб. и доп. М.:. - 1981.-271 с.

37. Евдокимов, И. В. Иммобилизация азота почвенными микроорганизмами в зависимости от доз его внесения / И. В. Евдокимов, С. Саха, С. А. Благодатский, В. Н. Кудеяров // Почвоведение. 2005. - №5. - С. 581-589.

38. Евдокимова, Н. В. Влияние удобрений на биологическую активность дерново-подзолистой почвы / Н. В. Евдокимова // Автореф. канд. дисс. М„ 1975. 19 с.

39. Евтефеев, Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии : учеб. пособие / Ю. В. Евтефеев, Г. М. Казанцев М.: ФОРУМ, 2008. - 368 с.

40. Емцев, В. Т. Микробиология : учебник / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. -5-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2005. - 445 с.

41. Емцев, В. Т. Микробиология / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. М.: Колос, 1993.-С. 283-314.

42. Епифанов, В. С. Биологический азот нам ресурсы сбережет / В. С. Епифанов // Земледелие. 2000. - №1. - С. 36.

43. Ершов, В. В. Активность ферментов почв естественных лугов Карелии / В. В. Ершов. сборн. докл. симпоз. по ферментам почвы. - Минск: Наука и техника, 1968. С. 151-164.

44. Еськов, А. И. Новые виды органических, органоминеральных удобрений и биокомпостов / А. И. Еськов, С. М. Лукин, С. И. Тарасов // Плодородие. -2006. №5.-С. 21-23.

45. Жизнь растений: В 6 т. Т.З. Водоросли. М.: 1977. - 285 с.

46. Жученко, А. А. Адаптивное агроландшафтное земледелие // Основы систем земледелия Ставрополя / Под. общ. ред В. М. Пенчукова, Г. Р. Дорожко. Ставрополь: Изд-во СтГАУ «АГРУС», 2005. С. 73-113.

47. Завалин, А. А. Биологические основы оптимизации азотного питания растений / А. А. Завалин, С. И. Новоселов М.: Агроконсалт, 1999, 96 с.

48. Завалин, А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А. А. Завалин. М.: Изд-во ВНИИА, 2005. - 302 с.

49. Завалин, А. А. Использование удобрений и арбускулярной микоризы при возделывании вики посевной / А. А. Завалин, В. А. Соколенко, В. А. Соколов, Г. Г. Благовещенская, А. П. Кожемяков // Плодородие. 2007. -№ 4. - С. 24-26.

50. Завадский, К. М. Вид и видообразование / К. М. Завадский. Л. - 1968. — 305 с.

51. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. М.: изд-во МГУ, 1986.-256 с.

52. Звягинцев, Д. Г. Развитие представлений о структуре микробных сообществ почв / Д. Г. Звягинцев, Т. Г. Добровольская, И. П. Бабьева // Почвоведение. 1999. - №1. - С. 134-144.

53. Звягинцев, Д. Г. Роль микроорганизмов в биогенетических функциях почв / Д. Г. Звягинцев, Т. Г. Добровольская, Г. М. Зенова, Л. В. Лысак, О. Е. Мафеника // Почвоведение. 1992. - №6. - С. 63-77.

54. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. — М.: Изд. МГУ, 1987.-346 с.

55. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. изд-во МГУ, 1977. - 256 с.

56. Звягинцев, Д. Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями / Д. Г. Звягинцев. М.: Изд-во Московского университета, 1973. - 174с.

57. Звягинцев, Д. Г. Проблемы и методы биологической диагностики в исследовании почв / Д. Г. Звягинцев. М.: Наука, 1976. С. 175-189

58. Землянов, И. Н. Применение соломы и минеральных удобрений в зернопропашном севообороте / И. Н. Землянов // Земледелие. 2007. -№6.-С. 18-19.62