Обов’язковий елемент технології вирощування сої — бактеризація

Современная агрономия: прозрачная, управляемая и прогнозируемая

Подробнее

Подробнее

Серед усіх зернобобових культур, відомих людству, найбільше цінується соя. За свідченням біологів, вона перебуває на вершині піраміди рослинного білка та олії у світі. Маючи «ідеальний» баланс вуглеводів (25-30 %) та білка (30-55 %) з відмінним амінокислотним складом, соя стає чудовим замінником продуктів тваринного походження у харчуванні людини. 

 

С.Я. КОБАК, О.В. СЕРЕВЕТНИК, 

кандидати с.-г. наук

В.М. ЧОРНА

Інститут кормів та сільського господарства Поділля НААН

Також у золі насіння сої міститься багато калію, фосфору та вітамінів (А, В1, С, В2, Е, К, D1; D3, Р). А головне, вона є природним концентратом енергії та високоякісного протеїну, без чого інтенсивне тваринництво просто неможливе. Та не тільки це робить сою такою цінною для агровиробників усього світу. Привабливості їй додають ще й біологічні особливості: завдяки унікальному поєднанню у рослинах сої двох найважливіших процесів — фотосинтезу і біологічної фіксації азоту — вона значною мірою забезпечує свою потребу в азоті, покращує родючість і азотний баланс ґрунту, забезпечує одержання чистої продукції, поліпшує екологію.

Сьогодні агровиробники усього світу погоджуються в одному — у сої велике майбутнє. А тому вже з першого десятиріччя XXI ст. експерти впевнено заявляють про настання «соєвого буму».

Формування високої урожайності сої, як і більшості сільськогосподарських культур, значною мірою обумовлюється наявністю у ґрунті доступних для рослин поживних речовин, особливо сполук азоту. Проте через високу вартість енергоресурсів і низьку платоспроможність товаровиробників застосування мінерального азоту в останні роки різко скоротилося. У зв’язку з цим виникла необхідність в альтернативному шляху вирішення цієї проблеми, яка б базувалася на застосуванні економічно виправданих і екологічно безпечних прийомів технології.

Вже відомо про важливу особливість бобових рослин, зокрема сої, — біологічно фіксувати азот з повітря за допомогою бульбочкових бактерій. За оптимальних умов азотфіксації рослини сої можуть засвоювати до 70-280 кг/га азоту, причому 20-35 % із цієї кількості залишається у ґрунті з пожнивними рештками. Тому для підвищення ефективності фіксації молекулярного азоту, підвищення продуктивності рослин і покращення якості урожаю важливе значення має обробка насіння цих культур бактеріальними препаратами, виготовленими на основі активних штамів бульбочкових бактерій. Нехтування прийомом бактеризації насіння призводить до того, що соя перетворюється у споживача азоту, а не азотфіксатора, особливо на тих ґрунтах, де її висівають вперше.

Попри важливість цього питання в Україні тільки 10-15 %, а в окремі роки до 20 % насіння бобових культур, в основному сої, інокулюють препаратами на основі бульбочкових бактерій. Разом з тим, у США поряд із застосуванням мінеральних добрив азотний дефіцит ґрунту значною мірою покривається за рахунок активізації біологічних процесів. Сільське господарство США, яке має близько 140 млн га ріллі, отримує азот із таких джерел (за рік у млн т): мінеральні добрива — близько 9, що становить 31,0%; біологічний азот — близько 13 (44,8 %); органічні добрива — 7 (24,2 %); всього — 29 млн т (рис. 1).

 

Рис. 1. Джерела азоту у США та їх частка

Крім цього, засвоєний за допомогою бульбочкових бактерій і накопичений соєю азот позитивно впливає на продуктивність наступних культур сівозміни, дає змогу скоротити виробничі витрати на азотні добрива. Симбіотично фіксований азот, який залишається з бульбочками і післяжнивними рештками в ґрунті, не шкідливий для довкілля. При розкладанні цих решток у ґрунті складаються кращі умови для процесу гуміфікації та збагачення органічної речовини ґрунту азотом, що суттєво відображається на рівні урожаю польових культур. Слід наголосити, що корисні мікроорганізми, заселивши кореневу систему (так би мовити, захопивши екологічну нішу), не допускають протягом тривалого часу патогенів до інфікування рослин. При цьому бактеризовані рослини є значно стійкішими проти хвороб унаслідок покращення їхнього загального імунного стану.

Ще раз наголошуємо, що раціональне використання симбіотичної азотфіксації дозволяє у рази зменшити застосування під зернобобові культури, в т.ч. і під сою, дорогих та енерговитратних азотних добрив. Для цього необхідно забезпечити ефективний симбіоз із відповідними видами бульбочкових бактерій та створити умови для його ефективного функціонування. Вони наступні:

1. Симбіоз дуже чутливий до реакції ґрунтового розчину. На кислих ґрунтах (рН < 5,0) бульбочки формуються погано. Дещо стійкіші до кислого середовища бактерії люпину. Тому вапнування є важливим заходом інтенсифікації азотфіксації. Разом з тим, лужне середовище засолених ґрунтів теж негативно впливає на симбіоз. Найбільш сприятливі (за винятком люпину) для бульбочкових бактерій ґрунти з рН = 6,0-7,4.

2. Умови фосфорного і калійного живлення теж сильно впливають на симбіоз. Нестача калію, і особливо фосфору, різко знижує азотфіксацію. Необхідно дотримуватись правильного співвідношення фосфору і калію, вносити ці елементи для забезпечення запланованого врожаю. За низького вмісту фосфору в ґрунті бактерії інфікують бобову культуру, але не утворюють бульбочок. Дефіцит фосфору в ґрунті за бактеризації насіння сої пригнічує їх розвиток у порівнянні з небактеризованими. Оскільки вміст фосфору в бактеризованих проростках практично на третину менше, ніж у небактеризованих, тому бульбочкові бактерії та бобові рослини можуть конкурувати за фосфор у середовищі. Внесення Р120 мало стимулюючий ефект на утворення бульбочок за вирощування сої на світло-каштанових ґрунтах, а застосування бактеріального препрату посилювало цей ефект. При цьому спостерігали зростання кореневої маси, збільшення вмісту хлорофілу в листках, підвищення врожаю зеленої маси і насіння сої. Рівень рухомого фосфору в ґрунті впливає на активність фосфатмобілізуючої мікрофлори.

3. Необхідно створити оптимальні умови для аерації ґрунту та забезпечення вологою. Важкі, запливаючі глинисті ґрунти малопридатні для вирощування сої. Бульбочки не утворюються у сухому ґрунті, коли вологість на початку вегетації менша 50-60 % від повної польової вологоємкості. Посуха, що спричинює втрату бульбочками 25 % вологи, призводить до незворотного зниження їхньої азотфіксуючої здатності. Нестача вологи у пізніші фази росту може призвести до відмирання бульбочок. Надлишкова вологість, за винятком тривалого затоплення, менш шкідлива, ніж нестача вологи. Оптимальний інтервал вологості для розвитку бульбочок і азотфіксації перебуває у межах 60-80 % від повної вологоємкості ґрунту, мінімальна вологість ґрунту, при якій відбувається їх розвиток, становить 15-20 % від повної вологоємності.

4. Важливу роль у взаємо­зв'язках бульбочкових бактерій і бобових рослин відіграє температура. Активна азотфіксація і формування високого врожаю у бобових рослин відбуваються за температури субстрату 20-24 ºС. Із підвищенням постійної температури навколо коренів сої спостерігалося збільшення кількості і маси сирих бульбочок, а також їх азотфіксуючої активності. У вегетаційних дослідах при підвищенні температури понад 30°С бобові рослини краще ростуть на мінеральному азоті, а за нижчих — при фіксації молекулярного азоту повітря. Утворення бульбочок у природних умовах можна спостерігати за температури трохи вище 0ºС. Азотфіксація при таких умовах практично не відбувається. Безліч видів бобових рослин при 30 ºС зовсім погано зв'язують молекулярний азот, хоча їх бактеріальні симбіонти за цих умов можуть активно розмножуватися. Бульбочки при цьому утворюються, проте азотфіксація відсутня.

5. Важливу роль у підвищенні ефективності азотфіксації відводиться мікроелементам, які є каталізаторами цього процесу. Найбільше необхідні молібден, бор, магній, залізо, кобальт. Так, молібденові добрива сприяють збільшенню кількості і розмірів бульбочок, можуть підвищувати інтенсивність азотфіксації у десятки разів у розрахунку на одну рослину.

6. Неоднозначним серед факторів, що впливають на симбіоз, є використання під сою мінеральних азотних добрив. Деякі автори вважають за необхідне застосування великих норм азоту для отримання високих урожаїв незалежно від його впливу на симбіотичний апарат; інші пропонують внесення невеликих доз мінерального азоту «стартових» (10-30 кг / га), необхідного на перших етапах розвитку бобових рослин, тобто до початку функціонування симбіотичного системи. Ряд авторів повністю виключає внесення мінерального азоту, вважаючи, що при інокуляції насіння високоефективними штамами бульбочкових бактерій і створення оптимальних умов для макро- і мікросимбіонтів бобова рослина буде повністю забезпечено симбіотичні засвоєним азотом. Група авторів вважає, що для наукового обґрунтування визначення видів і норм внесення мінеральних добрив під бобові культури необхідно знати можливість забезпечення оптимальних умов для симбіотичної фіксації азоту, вологозабезпечення ґрунту і вміст поживних речовин у ній, заплановану врожайність, максимальне використання і винесення азоту, фосфору і калію одиницею врожаю культур, коефіцієнти використання елементів живлення ґрунту й добрив.

Якщо рекомендації щодо доцільного внесення під бобові культури, в т.ч і сою, мінерального азоту та його норми повинні враховувати ґрунтово-кліматичні умови (регіонально), то питання про вплив мінерального азоту на розвиток симбіотичних відносин із бульбочкових бактерій вирішене більш-менш однозначно. Внесення мінерального азоту знижує рівень використання молекулярного азоту пропорційно застосованій дозі. Концепція необхідності внесення азотних добрив під бобові рослини не узгоджується з теоретичними основами біологічної азотфіксації і результатами великої кількості польових дослідів. Результати досліджень свідчать, що застосування мінерального азоту на темно-каштанових ґрунтах, що містять спонтанні бульбочкові бактерії, негативно впливало на утворення та функціонування бульбочок на коренях сої. Ці дані узгоджуються з результатами, отриманими вченими Всеросійського НДІ сільськогосподарської мікробіології. Ними проводились дослідження із конюшиною, горохом, соєю, люцерною на різних ґрунтах. Встановлено значний гальмуючий вплив мінерального азоту на активність нітрогенази та ефективність симбіозу в цілому.

Норма азоту, що обумовлює цю депресію, змінюється залежно від виду і сорту бобової культури. Вплив мінерального азоту на урожай на деяких варіантах був позитивним, а вплив на бульбочкові бактерії носив характер пригнічення, і формування врожаю відбувалося за рахунок мінерального азоту.

Інгібуючий вплив мінерального азоту на симбіотичну систему бобових рослин різний. Чимало дослідників при внесенні навіть невеликих доз азоту спостерігали більш пізнє утворення бульбочок на рослині і зниження їх кількості. У ряді експериментів виявлялося зменшення кількості, погіршення якості білка. Крім того, встановлено негативний вплив внесеного азоту на утворення леггемоглобіну в бульбочках, а також на активність глютамін- і глутаматсинтетази, які є основними ферментами в процесах перетворення аміаку.

Бульбочкові бактерії, залежно від специфічності, розподілені науковцями на сім груп, тобто взаємодіють із рослинами конкретних культур, проте за класифікацією вони об’єднані в один рід — Rhizobium. Для сої використовуються специфічні бульбочкові бактерії — виду Rhizobium japonicum.

Основною особливістю сої є підвищена сортова специфічність по відношенню до партнера симбіозу — штаму бульбочкових бактерій. Це зумовлює ряд труднощів виробничого характеру, що стосуються застосування бактеріальних препаратів. По-перше, ще не вдалося отримати штам Bradyrhizobium japonicum, який би забезпечував високу ефективність симбіотичної взаємодії з багатьма сортами сої. По-друге, навіть активні, висококонкурентні штами, здатні забезпечувати високу азотфіксуючу здатність симбіотичних систем різних сортів сої, з роками втрачають цю властивість, що зумовлено насамперед виникненням у ґрунті місцевих рас бульбочкових бактерій, вірулентність яких згодом може стати вищою, ніж вірулентність виробничого штаму. По-третє, ефективний штам, отриманий шляхом селекції, не завжди зберігає властивості в певних ґрунтово-кліматичних умовах, оскільки ще раз наголошуємо, штами бульбочкових бактерій дуже чутливі до рН ґрунтового розчину, аерації, вологозабезпечення тощо.

Зацікавленість у практичному використанні агрономічно цінних мікроорганізмів виникла давно, ще в XIX ст., з часу відкриття бульбочкових бактерій і встановлення їхньої ролі у живленні бобових рослин азотом. За проміжок часу більш ніж століття ідея еволюціонувала від застосування для передпосівної бактеризації ґрунту з полів, де вирощували бобові рослини, до селекції активних штамів мікроорганізмів і створення на їхній основі сучасних мікробних препаратів.

Біологічний азот знайшов широке застосування не тільки в системі сучасних інтенсивних технологій, але і в технологіях, які передбачають отримання екологічно чистої продукції рослинництва. Оскільки застосування мінеральних добрив у деяких випадках неприпустимо, біологічний азот, що фіксується бульбочковими бактеріями, є по суті єдиним і головним джерелом отримання рентабельних, екологічно чистих врожаїв.

Тому саме сьогодні в усьому світі відзначений підвищений інтерес до біологічних препаратів для сільського господарства на основі мікробів-азотфіксаторів. В індустріально розвинених країнах, попри їх великі можливості щодо застосування мінеральних добрив, біологізації сільськогосподарського виробництва має виняткове значення. Про це свідчать обсяги виробництва препаратів на основі азотфіксуючих бактерій (га/порцій): Угорщина — понад 200 тис.; Великобританія — > 500 тис.; Польща — > 500 тис.; Румунія — > 1 млн.; Індія — 3 млн.; Канада — 4 млн.; Австралія — 6 млн.

В цілому, сьогодні на ринку України представлений широкий спектр інокулянтів, особливо для сої як вітчизняного, так і іноземного виробництва. Вони випускаються у твердій та рідкій формах. Найчастіше для твердих бактеріальних добрив як субстрату використовують торф або вермикуліт, а для кращого утримання його на насінні додають прилипач. Рідка форма інокулянту, як правило, має два компоненти: власне, штам бульбочкових бактерій у рідкому живильному середовищі та суміш фізіологічно-активних речовин із мікро- та мікроелементами, або подовжувач-екстендер.

Ефективність препарату залежить від вірулентності, комплементарності та конкурентоспроможності штаму, на основі якого він виготовлений.

Основна характеристика бактеріальних препаратів — це титр бульбочкових бактерій (кількість життєздатних клітин ризобій в 1 г або 1 мл препарату). Титр бульбочкових бактерій і сторонніх мікроорганізмів визначають посівом на тверді поживні середовища. За європейськими і американським стандартами в 1 г препарату повинно бути від 107 до 109 життєздатних клітин ризобій протягом гарантованого терміну їх зберігання, а чисельність сторонньої мікрофлори — не перевищувати 1% кількості ризобій.

Препаративні форми азотфіксуючих біопрепаратів повинні підтримувати високі титри активних бактеріальних клітин досить тривалий час. Титр кращих сучасних американських препаратів сої становить 2-4 млрд клітин/г (мл) субстрату до 2 років, що дозволяє використовувати залишки препарату в наступному сезоні. Препарати, що виготовляються в Україні, містять також 2-3 млрд клітин/г субстрату. Кожна препаративна форма має свої переваги і недоліки, з урахуванням яких може ефективно використовуватися у конкретних умовах виробництва.

У більшості випадків високий урожай значною мірою обумовлений ефективністю симбіотичної азотфіксації. У системі чинників інтенсифікації сільськогосподарського виробництва цей, напевно, єдиний, що не викликає протиріч. Звідси випливає, що основним критерієм оцінки ефективності бобово-ризобіального симбіозу є урожайність насіння сої.

У 2016 році в Інституті кормів та сільського господарства Поділля НААН проводились дослідження щодо визначення ефективності бактеріальних препаратів BASF, таких як ХайКот Супер Соя (рідкий преінокулянт), який використовується з ХайКот Супер Екстендер та ХіСтік Соя (стерилізований торф) у посівах сої. Порівняння здійснювали з варіантами, де інокуляції не проводили (контроль), та з варіантами, де насіння обробляли бактеріальними препаратами-конкурентами як вітчизняного, так і іноземного виробництва. Слід зазначити, що на дослідних полях Інституту кормів та сільського господарства Поділля НААН сою висівають з 1974 року, тому грунт має потужний фон аборигенних або раніше інтродукційних бульбочкових бактерій.

Погодні умови 2016 року істотно відрізнялись від середніх багаторічних показників протягом усього вегетаційного періоду. Протягом п’яти місяців (травень-вересень) сформувалась досить тепла та суха погода зі значним дефіцитом опадів. За період травень-вересень опадів випало 184,4 мм, що менше середньобагаторічної норми на 181,6 мм, або 49,6 %. У травні сума опадів сягала 54,4 мм, що менше на 8,6 мм порівняно з багаторічними показниками. У червні опадів випало у межах 52,8 мм, або 61 % від норми, у липні та серпні відповідно 43,2 та 31,1 мм, або 47-45 % від норми. На завершення вегетаційного періоду (вересень) опади були майже відсутні і становили 2,9 мм, або 5 % від норми.

Температура повітря в цілому за вегетаційний період була вищою на 3,3 °С від норми. У травні, червні, липні, серпні та вересні середньомісячна температура перевищувала середньобагаторічні показники відповідно на 0,1; 2,3; 2,5; 2,2; 2,5 °С. Крім цього, в окремі декади місяців спостерігалось і більше відхилення середньодобової температури (+ 5,6 °С) від середньобагаторічного показника.

Також протягом усього вегетаційного періоду сої спостерігались значні коливання максимальних та мінімальних температур протягом доби. Так, максимальні денні температури були в 2-8 разів більші за мінімальні нічні. Поряд з цим кон­траст температури на поверхні ґрунту сягав від 56,0 °С до 2,0 °С.

Проведенні дослідження протягом 2016 року показали, що інокуляція насіння сої бактеріальними препаратами сприяла збільшенню кількості та маси активних бульбочок. Найбільш інтенсивно бульбочки наростали до фази кінець цвітіння, після чого інтенсивність наростання різко знижувалась до фази фізіологічної стиглості. Так, максимальну загальну кількість (3336 шт./м²) та кількість активних (3066 шт./м²) бульбочкових бактерій у фазі кінець цвітіння забезпечувала обробка насіння бактеріальним препаратом ХайКот Супер Соя, що більше відповідно на 73 та 955 шт. порівняно з контролем. Відсоток активних бульбочок від загальних відповідно становив 91,9 %. Обробка іншими бактеріальними препаратами призвела до дещо меншої кількості бульбочкових бактерій на коренях сої (табл. 1).

 

Таблиця 1. Динаміка кількості (шт./м²) та маси (г/м²) бульбочкових

бактерій у рослин сої сорту Монада (2016 р.)

 

 

Відмічено, що інокуляція позитивно впливала також на масу бульбочок. Обробка бактеріальними препаратами ХайКот Супер Соя та ХіСтік Соя забезпечила масу активних бульбочок на рівні 42,5-39,8 г/м². Застосування інших бактеріальних препаратів також сприяло формуванню більшої маси активних бульбочок порівняно з контролем.

Бактеризація насіння сої позитивно впливали на показники індивідуальної продуктивності рослин. Так, максимальну кількість бобів (28,0-22,5 шт.), кількість насінин (50,4-50,8 шт.) та масу насіння (7,57-7,42 г) забезпечила обробка бактеріальними препаратами ХайКот Супер Соя та ХіСтік Соя. Крім того, на цих варіантах відмічена і найбільша маса 1000 насінин 150,0 та 146,1 г. Інші бактеріальні препарати-конкуренти теж забезпечили більші показники порівняно з контролем (без передпосівної обробки насіння), проте поступилися бактеріальним препаратам BASF (табл. 2).

 

Таблиця 2. Індивідуальна продуктивність рослин сої сорту Монада (2016 р.)

 

У 2016 році бактеризація насіння сої забезпечила підвищення рівня урожайності її насіння на всіх варіантах досліду. Так, рівень урожайності становив 2,53-2,92 т/га, що більше на 0,25-0,64 т/га, або 10,9-27,9 % порівняно з ділянками кон­трольного варіанту, де бактеризація не проводилась. Найвищий рівень урожаю насіння сої було відмічено на варіантах, де передпосівну обробку насіння здійснювали бактеріальними препаратами ХайКот Супер Соя (2,92 т/га) та ХіСтік Соя (2,87 т/га). Приріст до контролю становив 0,64 т/га, або 27,9 % та 0,59 т/га, або 25,8 % (табл. 3).

 

Таблиця 3. Урожайність насіння сої сорту Монада, т/га (2016 р.)

 

Таким чином, беззаперечним є той факт, що одним із найважливіших елементів технологічного процесу вирощування сої, який впливає на підвищення урожайності насіння, є передпосівна обробка насіння бактеріальними препаратами на основі азотфіксуючих бактерій, що знайшла себе і в системі сучасних інтенсивних технологій, так і в технологіях, які передбачають отримання екологічно чистої продукції рослинництва. Бактеризація насіння сої стимулює метаболічні процеси, направлено змінює швидкість початкових ростових реакцій, забезпечує інтенсивний розвиток кореневої системи та сприяє формуванню високого рівня урожаю насіння сої, навіть на фоні ґрунтової популяції бульбочкових бактерій. У результаті проведених досліджень встановлено, що найсприятливіші умови для росту і розвитку рослин сої та формування її врожаю сформувалися за передпосівної обробки насіння препаратами ХайКот Супер Соя та ХіСтік Соя, що дозволило отримати приріст урожайності сої у межах 27,9 % та 25,8 %.

Почитать другие новости Поделиться с друзьями Обсудить в группе

Узнать почему АгроScanner
в корне поменял просмотр аграрных новостей

Агробизнес Сегодня / Технологии

Читать в первоисточнике