Экологические аспекты применения биопрепаратов в республике татарстан

На правах рукописи

Ибатуллина Римма Петровна

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

БИОПРЕПАРАТОВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН

03.02.08 - экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Казань – 2011

Работа выполнена на кафедрах биохимии и микробиологии биолого-почвенного факультета ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» и ООО «НПИ «Биопрепараты».

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Алимова Фарида Кашифовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Селивановская Светлана Юрьевна

(Казанский (Приволжский) федеральный университет,

г. Казань)

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Сафин Радик Ильясович

(ФГОУВПО «Казанский государственный аграрный университет», г. Казань)

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИСХМ Россельхозакадемии)

Защита состоится 17 марта 2011 г. в 1430 часов на заседании диссертационного Совета Д М 212.081.19. при Казанском (Приволжском) федеральном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. Н. И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета.

Просьба отзывы отправлять по факсу: (843) 238-71-21 или на e-mail: biopreparaty@mail.ru.

Автореферат разослан «16» февраля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

кандидат биологических наук, доцент Р. М. Зелеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сельскохозяйственная экосистема является совокупным продуктом природы и человеческого труда. Характер агроэкосистем и их продуктивность определяются природными условиями, уровнем развития науки и техники, и особенно, степенью интенсивности сельскохозяйственного производства.

В условиях многоукладности экономики и перехода к рыночным отношениям по-новому должны ставиться и решаться проблемы сельскохозяйственного производства. Эти кардинальные изменения в нем должны обеспечивать получение с каждого гектара земли возможно большего количества продукции, лучшего качества и с наименьшими затратами труда при условии повышения плодородия почв и охраны окружающей среды.

Эволюционно сложившиеся системы растительно-микробных симбиозов были разбалансированы в ходе формирования культурной флоры, поскольку при доместикации и селекции растений человек взял на себя выполнение ряда их адаптивных функций, применяя различные агрохимикаты и агротехнические приёмы. Эти подходы позволили существенно повысить продуктивность основных сельскохозяйственных культур. Однако цена сложившихся систем интенсивного земледелия оказалась непомерно высокой, так как оно привело к беспрецедентному ухудшению глобальной экологической обстановки. Наиболее изученными его факторами являются накопление в почвах и воде продуктов трансформации удобрений и пестицидов, которые оказывают мутагенное и токсическое воздействие на живые организмы.

Реальной альтернативой использованию агрохимикатов являются мик­робные препараты, органические соединения или растительные экстракты которые обеспечивают аналогичные функции, практически не влияя на экологическую обстановку в агроценозе [Borkowski et al.,2004; Orlikowski, Skrzypczak, 2003; Patkowska, Pita, 2004; Picard et al., 2000; Pita et al., 2003; Rose et al., 2003; Tvaruzkova, 2004; Wojdya, 2004; Кожемяков, Тихонович, 1998]. Очевидно, что сохранение высокой продуктивности невозможно при полном отказе от агрохимикатов, однако уровень их внесения может быть уменьшен многократно, без чего раз­витие адаптивных форм растениеводства не представляется возможным, в ходе окультуривания растений они в значительной степени утратили способность адаптироваться к неблагоприятным условиям среды благодаря симбиозам с микроорганизмами.

Потребность сельского хозяйства в азотных удобрениях возрастает, но удовлетворяется она не полностью и стоимость их высокая. Фиксация молекулярного азота из атмосферы – одно из самых мощных средств накопления азотного фонда почвы и питания сельскохозяйственных растений, превосходящее по своему объему и значению индустрию азотных удобрений.

Эффективность применения биопрепаратов и размеры фиксации атмосферного азота от вида растения и агроклиматической зоны.

Цель настоящей работы – определение биологической эффективности применения биопрепаратов на районированных сортах зерновых и зернобобовых культур в условиях агроценозов эколого-географических и агроклиматических зон Республики Татарстан.

Основные задачи исследования:

1. Оценить влияние бактериальных биопрепаратов группы «Фармат» («Ризоагрина», «Мизорина», «Флавобактерина») на урожайность зерновых и технических культур, пораженность фитопатогенами и почвоутомление в условиях агроэкосистем Республики Татарстан (РТ);
2. Изучить влияние различных форм биопрепарата «Ризоторфин» в условиях агроэкологических зон РТ;
3. Охарактеризовать влияние биопрепарата «Фитотрикс» на урожайность, пораженность пшеницы сорта «Люба» фитопатогенами и структуру микромицетного сообщества семян;
4. Определить характер и особенности изменений биологической активности почв под воздействием биопрепаратов;
5. Выявить наиболее эффективные в условиях агроклиматических зон РТ препаративные формы биопрепаратов, в том числе на фоне экстремально высоких температур 2010 г.

Научная новизна работы. Впервые выполнены комплексные исследования по изучению возможностей использования перспективного носителя (золонит) для симбиотических и ассоциативных ризобактерий с целью внедрения новой технологичной и эффективной формы микробных биопрепаратов в условиях эколого–географических зон Республики Татарстан. Выявлена фунгицидная активность бактериальных биопрепаратов на основе ассоциативных ризобактерий (АРБ) и симбиотрофных микроорганизмов по отношению к местным популяциям фитопатогенных микроорганизмов, инфицировавших семена зерновых и зернобобовых культур.

Эффективность биопрепаратов подтверждена в условиях агроклиматических зон РТ, выявлены фитопатогены-мишени на семенах и по вегетации после обработки биопрепаратами.

Для симбиотрофных микроорганизмов показана фунгицидная активность по отношению к фитопатогенам почв, что указывает на восстановление супрессивности почв после выращивания бактеризованных зернобобовых культур на примере гороха сорта «Казанец». Подобраны оптимальные сочетания минерального питания и биопрепаратов в условиях различных типов почв.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы для модернизации технологии производства биопрепаратов на основе ассоциативных ризобактерий и симбиотрофных микроорганизмов, а также микроскопических грибов на биозаводах при переходе с одного типа сорбентов на другой.

Выявлена высокая биологическая эффективность биопрепаратов на примере предпосевного протравливания местных районированных сортов семян зерновых и зернобобовых в условиях агроклиматических зон РТ, что позволяет использовать их как альтернативу пестицидам и минеральным удобрениям при получении экологически чистой пищевой продукции.

Отмечено увеличение засухоустойчивости зерновых культур на фоне предпосевного протравливания биопрепаратами в условиях экстремально высоких температур 2010 года в РТ.

Показана возможность использования новой формы биопрепарата «Фитотрикс» в качестве биофунгицида для предпосевной обработки семян зерновых. Показана возможность сочетания биопрепаратов на основе микроскопических грибов и бактерий.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Наибольшая биологическая эффективность биопрепаратов группы «Фармат» и «Ризоторфин» показана при использовании новой препаративной формы, полученной на основе адсорбента золонит в условиях агроэкосистем Республики Татарстан.
2. Интродукция биологических препаратов оказывает положительное влияние на состояние агроэкосистем РТ.
3. Эффективность применения биопрепаратов зависит от типа агроэкологических районов и климатических зон в РТ.
4. Положительный эффект применения биопрепаратов зависит от уровня минерального питания, вида и сорта растений.
5. Инокуляция семян новыми бактериальными препаратами улучшает минеральное питание растений и повышает качество растительной продукции.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на зональных и региональных семинарах-совещаниях Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан (2000-2011 гг.); на выставках «Золотая осень» (г. Москва, 2000-2010 гг.), «Эколидер-2010» (г. Казань, 2010 г.) и др.; итоговых научно-образовательных конференциях Казанского (Приволжского) федерального университета (г. Казань, 2008 – 2011 гг.), научно-практических конференциях «Современные направления и развитие адаптивного семеноводства, его технической базы как фактора стабилизации и повышения урожайности сельскохозяйственных культур» (г. Казань, 2007), «Современные проблемы биохимии и бионанотехнологии» (г. Казань, 2010 г.), «Становление и достижения биохимической школы Казанского университета», (г. Казань, 2010 г.), «Безопасность при использовании наноматериалов и нанотехнологий» (г. Казань, 2009 г.), «6th Food Science International Symposium» (Beijing, China, 2010).

Вся продукция ООО НПИ «Биопрепараты» имеет все соответствующие сертификаты и СанЭпидем заключения, награждена золотой медалью «За производство высокоэффективных биологических и микробиологических средств защиты растений» на 10-й Юбилейной Российской Агропромышленной Выставке «Золотая осень», а также имеет сертификат «Экологически безопасная продукция - 2009».

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Общий объем диссертации 190 страниц. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов исследований и обсуждения результатов, рекомендаций производству, заключения, выводов, списка литературы, приложения. Работа содержит 41 таблицу и 45 рисунков. Список литературы включает 150 источников, в том числе 70 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследований

Использованные штаммы

Для работы из коллекции лаборатории сельскохозяйственной биохимии и биотехнологии был получен штамм Trichoderma asperellum T. 18.

Для исследований из коллекции ГНУ ВНИИСХМ были взяты следующие штаммы микроорганизмов:

Agrobacterium radiobacter, Arthrobacter mysorens, Flavobacterium L-30, Bradyrhizobium japonicum, Rhizobium galegae, Rhizobium leguminosarum.

Использованные препараты

В работе были использованы биопрепараты производства ООО «НПИ «Биопрепараты».

«Ризоагрин» - препарат на основе Agrobacterium radiobacter, наиболее эффективный на зерновых культурах.

«Мизорин» - препарат на основе Arthrobacter mysorens, средство повышения урожайности и качества зерновых культур, клубней картофеля, сорго, многолетних злаковых и бобовых трав (клевера, люцерны, эспарцета и др.), зернобобовых культур (сои, люпина, фасоли и др.) в сочетании с «Ризоторфином» (1:1).

«Флавобактерин» - препарат комплексного действия, созданный на основе ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов Flavobacterium L-30, предназначен для предпосевной обработки клубней картофеля, семян озимой пшеницы, озимой ржи, ячменя, многих видов кормовых трав.

«Фитотрикс» - препарат на основе гриба Trichoderma, предназначен для защиты от заболеваний, вызываемых фитопатогенными грибами в почве и на растениях, применяется для предпосевной обработки клубней и семян зерновых, овощных, технических, плодово-ягодных и цветочных культур, используется для пролива почвы до и после высадки рассады, а также для внекорневой подкормки растений, предотвращает порчу овощей при хранении (морковь, картофель, капуста).

«Ризоторфин» - препарат на основе Bradyrhizobium japonicum, Rhizobium galegae, Rhizobium leguminosarum, предназначен для обработки семян бобовых культур.

Растительный материал

Полевые испытания биопрепаратов проводили на следующих растениях: - на яровой пшеницы сортов «Люба», «Амир», «Приокская»; «Маргарита», «Омская-33», Тулайковская–10», «Любава» (суперэлита), «Экада-66»; - озимой пшенице сорта «Левобережная»; - ячмене сорта «Нур», «Нутанс»; - горохе сортов «Казанец»; «Венец», «Спрут», «Труженик»; - люпине узколистном сорта «Кристалл»; - бобах кормовых сорта «Пензенские 16»; - сое сорта «№ 34»; - картофеле сорта «Тимо», «Невский», элита; - кукурузе сорта «Катерина СВ»; - овсе сорта «Аллюр». Для изучения были выбраны сорта, созданные, в основном, за последний период.

Носители микроорганизмов (субстраты)

До 2008 года при производстве биопрепаратов в качестве носителя использовали верховой торф из Владимирской или Кировской областей (pH 4).

С 2009 года начали использовать золонит - минерал из группы гидрослюд слоистого строения, продукт вторичного изменения (гидролиза и последующего выветривания) слюд биотита и флогопита. Зерна пластинчатой структуры, блестящие, могут иметь бурый, желтый, золотистый, зеленый цвет различных оттенков (до практически черного).

Питательные и стабилизирующие добавки, микроэлементы

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) используется как стабилизатор консистенции, загуститель, средство для капсулирования. Основным свойством карбоксиметилцеллюлозы является, способность к формированию очень вязкого коллоидного раствора, который не утрачивает вязкости в течение длительного времени.

ЖУСС (медь-бор), ЖУСС-2 (медь-молибден), ЖУСС-3 (медь-цинк) ЖУСС-4А (железо), ЖУСС-5 (кобальт) - хелатные микроэлементные удобрительные составы (концентрат) для обработки посевного материала, полива, опрыскивания.

ГУМИ-90 (90% по препарату) - универсальный препарат для стимуляции роста, развития, повышения устойчивости к болезням, вредителям, химическим, пестицидным отравлениям, заморозкам, засухе и другим стрессам зерновых, зернобобовых, подсолнечника, сахарной свеклы, картофеля, хлопка, табака, овощных, плодово-ягодных и декоративных культур; действующее вещество - биоактивированные по молекулярному весу соли БМВ-гуминовых кислот природного происхождения и важнейшие микроэлементы адаптогенной природы.

Супергумат применяется в качестве удобрения на основе гуминовых кислот для предпосевной обработки семян и подкормки зерновых, технических, овощных, плодово-ягодных и цветочно-декоративных культур. Массовая доля гуминовых кислот не менее 1,0%, pH не более 9,5.

Схема работы

В ходе работы было исследовано семь районов Республики Татарстан, относящихся к 3 экологическим зонам и 4 агроклиматическим районам: Лаишевский, Алексеевский, Муслюмовский, Балтасинский, Высокогорский, Елабужский и Буинский, а также Самарская область. Испытания проводились на серой лесной, дерново-подзолистой почвах и черноземе.

По величине среднесуточных температур воздуха на территории республики выделены четыре агроклиматических района:

- прохладный – охватывает Предкамскую часть республики, где сумма температур составляет 2070 - 2130°С – Лаишевский, Балтасинский, Высокогорский и Елабужский районы;

- умеренно-прохладный – занимает восточную возвышенную часть республики с суммой температур 2150 - 2200°С – Муслюмовский р-н;

- умеренно-теплый – к этому району относится юго-западная часть республики с суммой активных температур 2200 - 2250°С – Буинский р-н;

- теплый – занимает территорию Западного Закамья; сумма активных температур несколько выше 2250°С – Алексеевский р-н, Самарская область.

Принимая во внимание экологическую обстановку и состояние агроценозов, в РТ выделяют следующие экологические зоны:

1. Зоны экологического благополучия – Балтасинский р-н;

2. Зона экологической нормы – Лаишевский, Высокогорский, Муслюмовский, Алексеевский р-ны;

3. Зоны экологического риска – Буинский и Елабужский р-ны.