Инокуляция семян бобовых культур

Инокуляция семян бобовых культур

Василий ДРИНЧА, д.т.н.

Ермат КУБЕЕВ, к.т.н., Ярославская ГСХА

Рост населения нашей планеты и все возрастающая потребность человечества в продуктах питания вызывают необходимость увеличения объемов производства сельскохозяйственной продукции. В последние десятилетия увеличение сельхозпроизводства шло в основном за счет его химико-техногенной интенсификации, что привело к увеличению энерго- и ресурсозатрат в сельском хозяйстве, нарушению процессов круговорота основных биогенных элементов в искусственных агроценозах, а также к химическому загрязнению выращиваемой продукции и окружающей среды. Интенсивное использование пестицидов и агрохимикатов усиливает процессы загрязнения агроэкосистем и деградацию гумуса – основы почвенного плодородия.

В настоящее время признана необходимость всемерной биологизации сельскохозяйственного производства и восстановления биологического потенциала почвы за счет возобновляемых ресурсов. Стабилизирующим звеном в биологическом земледелии являются бобовые культуры.

Бобовые растения обладают уникальной способностью вступать в симбиоз со специфическими для каждого вида растений клубеньковыми бактериями, образовывать азотфиксирующие клубеньки, усваивать за вегетацию до 500 кг/га азота воздуха (N2) и превращать его в аммиачный азот, доступный для растений.

Таблица 1. Прогнозируемое количество азота, фиксируемого бобовыми культурами, кг/га

Культура              Минимум              Максимум

Люцерна              200              500

Клевер              150              300

Люпин однолетний              150              200

Люпин многолетний              250              400

Коровий горох              49              148

Овощной горох              59              342

Донник белый              200              300

Леспедеза              24              190

Фасоль              56              168

Соя              59              298

Вика              90              157

Фиксация бобовыми растениями атмосферного азота 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.

Научно обоснованная доля бобовых культур в общей структуре посевов должна составлять 20–40%, тогда сейчас в ряде регионов они занимают менее 10%.

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.

Процесс инокуляции представляет собой применение искусственно полученных клубеньковых бактерий рода Rhizobium для улучшения азотфиксации. Инокулянты обычно наносят на семена перед посевом или вносят их в борозду для укладки семян при посеве.

Было проведено немало исследований по выявлению эффективности применения инокулянтов в почву, которая уже содержит здоровые бактерии рода Rhizobium. Некоторыми исследованиями было установлено значительное повышение урожайности, тогда как другими рост урожайности зафиксирован не был. Например, исследования австралийских ученых показали, что на почвах с низким или нулевым содержанием бактерий Rhizobium инокуляция может обеспечить существенное повышение уровня образования клубеньков и урожайности растений (рис. 1).

Рисунок 1. Влияние инокуляции на клубенькообразование и урожайность кормовых бобов

По данным 23 исследований, проведенных в Австралии в 1997–2003 гг.

Для бобовых культур повышение уровня образования клубеньков обычно составляет 50–150%, а повышение урожайности – 0,7–2 т/га.

Использование биопрепаратов клубеньковых бактерий для предпосевной инокуляции семян люцерны и эспарцета в полевых и производственных опытах Южного филиала Института сельскохозяйственной микробиологии Украинской академии аграрных наук 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.

В России в результате многолетней селекции создана Национальная коллекция клубеньковых бактерий, в которой сохраняются, изучаются и тестируются штаммы клубеньковых бактерий для всех видов бобовых, возделываемых в стране. Лучшие из этих штаммов служат для производства биопрепарата ризоторфин (табл. 2).

Таблица 2. Эффективность ризоторфина в регионах России

Место проведения опытов,

почва              Культура              Прибавка от инокуляции, %              Дополнительное накопление белка, кг/га              % к контролю

Мурманская область,

дерново-сильноподзолистая              клевер,

вика              24

30              225

190              35

40

Республика Коми,

дерново-подзолистая              клевер              25              360              34

Республика Карелия,

дерново-подзолистая              клевер              44              340              36

Волгоградская область,

дерново-подзолистая              козлятник              40              440              49

Ленинградская область,

дерново-подзолистая              козлятник              31              420              42

Московская область,

дерново-подзолистая              люцерна              33              470              51

Орловская область,

темно-серая лесная              горох,

люпин              16

11              150

135              21

17

Брянская область,

серая лесная              горох,

люпин              18

19              240

330              27

27

Саратовская область,

чернозем типичный              чечевица              21              110              25

Ставропольский край,

чернозем типичный              соя              29              290              34

Северная Осетия,

чернозем выщелоченный              люцерна,

козлятник              25

44              475

620              33

60

Особенности препарата:

– для каждого вида бобовых растений используются специфические, только для них наиболее эффективные штаммы клубеньковых бактерий;

– увеличение урожая на 10–40% (при возделывании на новых для данной бобовой культуры почвах он может возрасти в 1,5–2 раза), а содержания высококачественного белка в нем – на 0,5–3%;

– экономия 50–200 кг минеральных азотных удобрений на гектар;

– последействие обработанных ризоторфином многолетних бобовых прослеживается на протяжении трех-пяти лет с прибавками урожая зерновых на 10–15%.

Стоимость минимальных прибавок продукции вследствие применения ризоторфина составляет 500–600 руб. с гектара, а для сои и других бобовых (козлятник, люпин, люцерна, фасоль) в новых районах их возделывания – 20 000 руб./га; при этом затраты на закупку, транспортировку и применение препарата составляют 100–150 руб./га.

Таким образом, окупаемость ризоторфина составляет от 5 до 150 единиц на единицу затрат. Следует также учесть благоприятное влияние ризоторфина на плодородие и экологическую обстановку (так как вовлекаемый в агроэкосистему биологически фиксированный азот служит альтернативой минеральным азотным удобрениям).

Существенные различия в уровне прибавок урожая при применении ризоторфина определяются целым рядом факторов:

– наличием в почвах большого количества аборигенных клубеньковых бактерий, специфичных для возделываемого вида бобовых;

– генотипом сорта бобового растения;

– агроклиматическими условиями.

При интродукции новых бобовых культур (козлятник, люцерна, люпин) эффективность бактеризации может составлять 50–100%, а сбор протеина увеличивается в 2–3 раза.

На практике в основном применяются четыре основные формы инокулянтов – порошковые, гранулированные, жидкие и замороженные (сухие). Наиболее широко используют порошковые инокулянты на торфяной основе, которые наносят непосредственно на семена. Жидкие инокулянты поступают в виде желе или замороженного концентрата, который обычно смешивают с водой и подают в семенную борозду.

Сыпучая торфяная форма традиционно называется ризоторфином и представляет собой увлажненную сыпучую массу темно-бурого цвета – в 1 г ее содержится 10–15 млрд ризобий, которые размножены в стерильном торфе с добавками питательных ингредиентов и мела. Масса гектарной дозы ризоторфина – 200 г. Гарантированный срок хранения препарата при температуре 4–15 °С составляет 6–9 месяцев.

Для того чтобы частицы торфа и вермикулита лучше удерживались на поверхности обработанных семян, к водной суспензии препарата добавляют прилипатели (жидкий или твердый концентрат барды, патоку, клейстер, латекс, обрат, навозную жижу). При этом нельзя использовать силикатный клей – он токсичен для клубеньковых бактерий из-за щелочной реакции раствора.

Инокуляцию семян биопрепаратами клубеньковых бактерий осуществляют машинами для протравливания семян ПСШ-5, ПС-10, «Мобитокс». Перед работой емкости машин очищают от остатков ядохимикатов, промывают раствором соды, стирального порошка и чистой водой согласно санитарным требованиям. Жидкую форму препарата заливают в бак вместе с водой, а сыпучие формы перед заправкой в бак протравочной машины необходимо предварительно суспензировать в небольшом количестве воды в отдельной емкости (ведро, бочка) и очистить от крупных частиц через фильтр с отверстиями 1–2 мм или через марлю. Хорошие результаты получаются и при обработке семян во вращающихся барабанах или бетономешалках.

Применение специальных аппликаторов позволяет использовать обычные погрузчики семян со шнековыми и ленточными транспортерами.

Иногда в практике для дозирования препарата в зерновые погрузчики применяют обычные садовые лейки или другие несложные приспособления, точность которых не соответствует современным требованиям.

Небольшое количество семян целесообразно обрабатывать вручную. Порцию семян в 100–200 кг высыпают на брезент размером 3х4 м, увлажняют суспензией биопрепарата в воде или растворе прилипателя в количестве 2–2,5% от массы семян и перемешивают, поочередно поднимая противоположные концы 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 бобовых культур биопрепаратами клубеньковых бактерий следует проводить в тени навеса или на 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 чувствителен 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.

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 их полной гибели.

Вполне эффективным способом инокуляции является внесение как жидкого, так и гранулированного инокулянта в борозду для укладки семян.

При этом способе повышенные дозы бактерий могут быть внесены непосредственно в корневую зону растений, где бактерии защищены от разрушающих факторов – высоких температур поверхностного слоя почвы, нехватки влаги на поверхности почвы и повышенной концентрации химических препаратов.

При посеве бобовых трав под покров ячменя или овса рекомендуется 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 ризосфере злаковых культур и контактируют с прорастающими корешками бобового растения-хозяина.

Технологически удобно перед посевом одновременно обрабатывать семена препаратами клубеньковых бактерий и микроорганизмов – антагонистов фитопатогенов.

Бактерии рода Rhizobia идентифицируют по их способности образовывать клубеньки на волосковых корнях разных бобовых культур, при этом каждый вид бактерий приспособлен к одному или группе видов растений. Так, соевые ризобии (Rhizobium japonicum) инфицируют только сою, а другие виды клубеньковых бактерий не вступают в симбиоз с этой культурой. Rhizobium leguminosarum может вступать в симбиоз с викой посевной и мохнатой, горохом и пелюшкой, кормовыми бобами, чиной, чечевицей. Удачное развитие клубеньков и эффективность азотфиксации зависят от правильного выбора клубеньковых бактерий и осуществления процесса инокуляции. Основное условие активного симбиоза – наличие специфичного вирулентного активного штамма ризобий.

Для гарантии клубенькообразования и хорошей азотфиксации рекомендуется поддерживать уровень плодородия почвы. Некоторые бобовые культуры удовлетворяют большую часть потребности в азоте посредством азотфиксации. Попытки вносить азотные удобрения под бобовые культуры обычно контрпродуктивны, так как растения прекращают азотфиксацию при высоком содержании почвенного азота. Фосфор и калий увеличивают количество клубеньковых бактерий и количество фиксируемого азота на один клубень.