Введение к работе
Актуальность проблемы. Систематическое и одностороннее внесение минеральных удобрений ухудшает биологические свойства и плодородие почв, а увеличение доз удобрений не всегда приводит к адекватным прибавкам урожаев сельскохозяйственных культур и сопровождается рядом других негативных экологических последствий (Минеев, Ремпе, 1990). Необоснованные попытки уйти от химических соединений и заменить их так называемой экологически, чистой и безвредной биологической субстанцией не могут удовлетворить потребности современного общества в растениеводческой продукции. Поэтому в настоящее время особую актуальность приобретает развитие исследований комплексного применения.традиционных средств химизации, в том числе промышленных удобрений с микробиологическими препаратами при возделывании сельскохозяйственных растений. В этой связи важное значение имеет теоретическое обоснование роли минеральных азотных удобрений как "стартового азота", обеспечивающего активное функционирование экологически саморегулирующегося механизма азотного питания растений (Умаров, 1983).
Значение исследований, направленных на применение ростстимулирующих ризосферных микроорганизмов и увеличение использования фиксированного диазотрофными бактериями молекулярного или биологического азота при выращивании растений, возрастает в условиях кризисной ситуации в земледелии России, возникшей после 1991 г. в результате резкого сокращения применения удобрений. В последние годы достигнут значительный прогресс в повышении урожаев при внесении в ризосферу микроорганизмов-стимуляторов роста растений, в том числе ассоциативных азотфиксирующих бактерий (Кожемяков, Тихонович, 1998). Однако широкому применению ризосферных микроорганизмов препятствует недостаточная изученность и непостоянство их действия в реальных полевых условиях (Lambert, Joos, 1989).
В связи с этим, в настоящее время весьма актуально проведение фундаментальных исследований по влиянию ростстимулирующих ризосферных микроорганизмов на использование биологического азота при выращивании растений и изучению почвенно-агрохимических факторов на эффективность микроорганизмов.
Цель исследований: Изучение роли биологического азота в питании растений и балансе азота в почве при внесении ризосферных ростстимулирующих микроорганизмов и эффективности микроорганизмов в различных почвенно-агрохимических условиях.
Задачи исследований:
изучить влияние чистых и смешанных культур микроорганизмов на ассоциативную и симбиотическую азотфиксацию, азотное питание растений и баланс азота в почве;
исследовать влияние микроорганизмов нарост, фотосинтез и урожай растений;
РОС. >.<ЦИОНАЛЫ1АЯ SriwlKOTEKA з
С. Петербург ОЭ ЫоУаит&йд
изучить влияние микроорганизмов на качество урожая и вынос зольных элементов растениями;
исследовать накопление индолилуксусной кислоты бактериями рода Pseudomonas и выделение фенолов корневой системой инокулированных растений;
изучить влияние микроорганизмов на урожай растений при внесении различных доз минеральных удобрений и в различных почвенных условиях;
исследовать действие модифицированных генетическими методами клубеньковых бактерий при выращивании бобовых растений.
Основные положения, выносимые на защиту:
Стимулирующее действие ризосферных микроорганизмов на рост растений связано с активизацией ассоциативной и симбиотической азотфиксации и физиологических процессов в растениях, улучшением минерального, в том числе азотного питания растений и увеличением накопления биологического азота в растениях.
Установлены почвенно-агрохимические условия, в которых микроорганизмы увеличивают количество биологического азота в растениях и проявляют наибольшую эффективность.
Выявлены модифицированные генетическими методами клубеньковые бактерии, не снижающие или имеющие повышенную симбиотическую эффективность и увеличивающие урожай бобовых на фоне минерального азота.
Научная новизна результатов исследований.
Внесение в ризосферу чистых и смешанных селекционных культур бактерий рода Pseudomonas активизирует ассоциативную и симбиотическую азот-фиксацию, увеличивает поступление в растения и почву биологического азота и повышает урожай небобовых и бобовых растений.
Инокуляция данными бактериями стимулирует рост и физиологические процессы растений, увеличивает вынос растениями азота и зольных элементов из почвы и улучшает качество растительной продукции.
Внесение оптимальных с учетом биологических особенностей растений доз азотных удобрений увеличивает поступление биологического азота в небобовые растения.
Внесение бактерий рода Pseudomonas на фоне оптимальных доз минеральных (NPK) удобрений из расчета по 4 г действующего вещества/ м2 под зерновые и яровой рапс и по 6-8 г д.в./ м2 под корнеплоды повышает урожай адекватно увеличению доз удобрений в 1.5-3 раза без инокуляции.
Инокуляция растений (столовой свеклы) азотфиксируюшей бактерией P. putida 23 увеличивает урожай при выращивании на почвах с низкой азотфиксируюшей активностью и не оказывает эффекта на почвах с высокими значениями этого показателя.
Инокуляции бактериями рода Pseudomonas увеличивает вынос растениями питательных элементов из почвы в результате усиления эксудации корневой системой фенольных соединений.
Выявлены модифицированные генетическими методами клубеньковые бактерии, позволяющие увеличить урожай гороха, сои и люцерны в присутствии минерального азота.
Практическая значимость. Внесение ростстимулирующих бактерий рода Pseudomonas позволяет уменьшить дозы минеральных удобрений при выращивании зерновых до 1.5-3 раз, ярового рапса и корнеплодных культур - до 1.5-2 раз без потерь урожая зерна и корнеплодов.
Комбинированная инокуляция клубеньковыми бактериями с бактериями рода Pseudomonas повышает урожай зерна сои и зеленой массы клевера.
Предложено использовать потенциальную азотфиксирующую активность почвы для прогноза эффективности интродуцируемой в ризосферу небобового растения азотфиксирующей бактерии рода Pseudomonas на различных почвах.
Для повышения урожая гороха, сои и люцерны на фоне минерального азота рекомендуются модифицированные генетическими методами клубеньковые бактерии.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всесоюзном симпозиуме "Связь метаболизма углерода и азота при фотосинтезе", Пущино,
-
6 конференции почвоведов Чехословакии, Нитра, Чехословакия, 1985, 3 Всесоюзной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве", Москва,
-
Республиканской конференции "Симбиотрофные азотфиксаторы и их использование в сельском хозяйстве", Чернигов, 1987, Республиканской конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве", Кишинев, 1988, Всесоюзной конференции "Применение 15N в агрохимических исследованиях", Новосибирск, 1988, Всесоюзной конференции "Новые направления в биотехнологии", Пущино, 1988, Всесоюзной конференции "Преобразование световой энергии в фотосинтезирующих системах и их моделях", Пущино, 1989, Всесоюзной конференции "Микроорганизмы - стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных", Ташкент, 1989, 2 Международном симпозиуме стран-членов СЭВ по стабильным изотопам, Тбилиси, 1989, Всесоюзной конференции "Молекулярные и генетические механизмы взаимодействия микроорганизмов с растениями", Пущино, 1989, Всесоюзной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов", Днепропетровск, 1991, Республиканской конференции "Биологическая фиксация молекулярного азота и азотный метаболизм бобовых растений", Тернополь, 1991, 4 Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве", Пущино, 1992, 8 Восточноевропейском симпозиуме по биологической азотфиксации "Nitrogenfix-92", Саратов, 1992, 6 Европейском конгрессе по биотехнологии, Флоренция, Италия, 1993, 5 Всесоюзной научной конференции "Интродукция микроорганизмов в окружающую среду", Москва, 1994, 9 Баховском коллоквиуме по азот-фиксации, Москва, 1995, 10 Международном конгрессе по азотфиксации, С.Петербург, 1995, 8 Международном конгрессе по бактериологии и прикладной микробиологии, Иерусалим, Израиль, 1996, 2 Международном симпозиуме "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического исполь-
зования", Пущино, 1997, 5 Международной конференции "Биогеохимия следовых элементов", Вена, Австрия, 1999, 3 съезде Докучаевского общества почвоведов России, Суздаль, 2000.
Вклад автора в разработку проблемы. Автором определена программа исследований, выделены и идентифицированы из ризосферы бактерии рода Pseudomonas, из которых отобраны стимулирующие рост растений, проведена основная часть лабораторных, вегетационных и микрополевых опытов, выполнены аналитическая, теоретическая и обобщающая части работы. Работа представляет собой полностью самостоятельное исследование.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы "Интербиоазот-2000".
Автор приносит глубокую благодарность своему научному консультанту в области микробиологической азотфиксации д.б.н., профессору М.М.Умарову.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 42 печатные работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 277 страницах текста, содержит 89 таблиц и 37 рисунков. Работа состоит из введения, обзора литературы (4 главы), материалов и методов, результатов и обсуждения, выводов, списка литературы из 495 источников, в том числе 295 на иностранных языках и приложения.
