ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТА АГРОАКТИВ НА СИСТЕМУ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ

Замана С.П. ¹, Кондратьева Т.Д. ²

¹Доктор биологических наук, профессор, Государственный университет по землеустройству;   ²ООО «Живые бактерии»

ВЛИЯНИЕ  БИОПРЕПАРАТА АГРОАКТИВ НА СИСТЕМУ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКИ  НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация

Приведены результаты исследований по применению биопрепарата Агроактив - уникальной совместной разработки ученых Бельгии и России. В условиях выпадения кислотных дождей при выращивании тыквы на сильно деградированном черноземе Агроактив оптимизировал состояние почвенно-биотического комплекса - повысились показатели ферментативной активности почвы, усилилась аккумуляция эссенциальных химических элементов и снизилась - токсичных элементов плодами тыквы, что позволяет считать применение биопрепарата  Агроактив перспективным.

Ключевые слова: биопрепарат, химические элементы, ферментативная активность, кислотные дожди.

Zamana S.P. ¹, Kondratjeva T.D. ²

¹Doctor of Biology, Professor, State University of Land Use Planning; ²Live Bacteria Ltd

THE IMPACT OF AGROACTIVE BIOTECHNOLOGICAL PRODUCT ON THE SOIL - PLANT SYSTEM IN THE ENVIRONMENT UNFAVORABLE CONDITIONS

Abstract

The study explores the results of Agroactive biotechnological product application, unique joint development of Belgian and Russian scientists. In the conditions of acid rain Agroactive product has substantially improved the soil-biotic complex when growing pumpkin on heavily degraded chernozem soil: the performance indicators of soil enzymatic activity have enhanced, accumulation of essential chemical elements has also increased while toxic  elements accumulation in pumpkin fruit has decreased. All these factors allow us to consider the perspective application  of Agroactive  bioproduct.

Keywords: bioproduct, chemical elements, enzymatic activity, acid rains.

Расширение ассортимента биопрепаратов и применение их для получения экологически чистой продукции с высокой пищевой ценностью, в частности, с высоким содержанием эссенциальных микроэлементов и витаминов, остается актуальной задачей биологической науки и производственного опыта.

Почвенные микроорганизмы являются обязательным компонентом любой  агроэкосистемы, они обладают мощным ферментативным аппаратом, выполняют многообразные функции в круговороте веществ, обеспечивая постоянное функционирование. Чтобы создать оптимальные почвенные условия для жизни растений, необходимо изучить, в первую очередь, реакцию растений на те или иные меры воздействия на почву, изучить функционирование системы почва - растения.

Несмотря на важное значение проблемы и большое количество литературы, посвященной описанию свойств, состава и функционирования микробных сообществ почв, микробиологические аспекты плодородия в России до настоящего времени изучены слабо. В то же время задача регулирования доступности питательных элементов из почвы в растения с помощью биопрепаратов и бактериальных удобрений в практике мирового земледелия успешно решается. Многие зарубежные ученые [1-2] отмечают, что применение непатогенных почвенных бактерий, живущих на корнях растений, является очень перспективным направлением. Бактерии, относящиеся к роду Bacillus, и особенно  штаммы Bac. subtilis,  эффективны для биологической борьбы со многими болезнями растений, вызываемыми почвенными патогенами [3-6].

К биопрепаратам, характеризующимся потенциально высокой ростостимулирующей активностью, относится  препарат Агроактив. Он является уникальной совместной разработкой ученых Бельгии и России, предназначен для активации почвенной микрофлоры и управления защитными реакциями растений. Препарат Агроактив разработан согласно ТУ 9819-002-42298338-09.

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния биопрепарата Агроактив на аккумулирование химических элементов растениями и на ферментативную активность почв в условиях выпадения кислотных дождей.

Материалы и методы

Характеристика биопрепарата Агроактив. В состав Агроактива входят бактерии, гуминовые вещества и их производные, аминокислоты, витамины, минеральные соли и другие  вещества. Препарат содержит 15 видов уникальных почвенных микроорганизмов,  живущих в плодородной почве - черноземе типичном, в том числе спорообразующие  бактерии Bac. Subtilis.  Агроактив представляет собой порошок, вносимый в почву в виде питательного раствора. Перед использованием биопрепарат предварительно растворяют в теплой (температура +20^{0 _} +30⁰С) не хлорированной воде, а затем дают постоять в теплом и темном помещении в течение суток. Первыми из составляющих компонентов биопрепарата начинают действовать энзимы, разрушающие клетчатку, вследствие чего органические компоненты становятся доступными аборигенной микрофлоре. Затем  вступают в симбиотические отношения с корешками растений азотфиксаторы.  В период роста растений бактерии препарата  образуют с аборигенной микрофлорой ассоциации и вступают в симбиоз с корешками растений. Регулярное использование Агроактива существенно снижает развитие корневых гнилей и фитопатогенов любых типов, усиливая тем самым иммунитет растений, соответственно, повышая стойкость растений к неблагоприятным факторам среды.

Место проведения опыта. Опыт по влиянию Агроактива на систему почва - растения проводился нами на типичном  малогумусном  и сильно деградированном черноземе Черкасской области (Украина) при выращивании тыквы в условиях выпадения кислотных дождей. Опытный участок был расположен в 5 км от завода «Азот» (г. Черкассы). Выбросы этого завода, содержащие оксиды азота (которые при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотную кислоту), способствуют выпадению кислотных дождей (рН менее 5,0). Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание химических элементов из ее верхних горизонтов, снижают активность редуцентов, азотфиксаторов и других  организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже,  в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Он повреждает молодые корни растений и создает очаги для проникновения в них инфекции.

Агрохимическая характеристика почвы опытного участка. По результатам проведенного перед закладкой опыта агрохимического анализа  типичный  малогумусный  и сильно деградированный  чернозем опытного участка имел слабокислую реакцию среды (рН 5,4), низкое содержание гумуса (3,2%) и обменного калия (47 мг/кг), среднее содержание подвижного фосфора (90 мг/кг).

Выращиваемые в опыте растения. Для опыта использовали бахчевую культуру – тыкву сорта «Народная». Это однолетнее растение семейства тыквенных, характеризующееся мощной корневой системой (длина стержневого корня до 2 м, боковых корней 1-го порядка – до 2-5 м), поэтому из-за хорошо развитой корневой системы была выбрана данная культура.

Методика проведения опыта. Опыт предусматривал два варианта: 1) контроль, 2) Агроактив. Делянки имели размер 100 м², повторность  четырехкратная. Биопрепарат вносили при посеве культур, а затем 3 раза в течение вегетации (из расчета 1 г препарата на 1 растение, предварительно растворяя в 100 мл воды и настаивая 20 часов). В конце вегетации отбирали образцы почвы для  определения ферментативной активности, а также плоды тыквы для определения химического элементного состава и витамина С.

Методы анализа. Ферментативную активность почвы определяли следующими методами: каталазу – газометрическим методом; инвертазу – по методу Бертрана, дегидрогеназу – методом восстановления индикаторов с низким редокспотенциалом [7]. Химический элементный состав плодов тыквы определяли с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе Optima 2000 DV (Perkin Elmer, США) и с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе Elan 9000 (Perkin Elmer, США). Статистическую обработку полученных данных осуществляли стандартными методами.

Результаты и обсуждение

Ферментативная активность почвы является индикаторным показателем экологического состояния системы почва-растение. Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, образуемые живыми организмами и характеризующиеся лабильностью и специфичностью действия. По результатам наших исследований в малогумусном сильно деградированном черноземе активность каталазы (О₂ см³/г/мин) в контрольном варианте составляла  1,1,  в варианте с Агроактив – 1,9; активность дегидрогеназы  (мг ТФФ на 10 г за 24 ч.) в контрольном варианте -  2,4, в  варианте с Агроактив – 3,0; активность инвертазы (мг глюкозы на 1 г за 24 ч.) в контрольном варианте - 3,5,  в варианте с Агроактив – 4,0.  Исследуемый чернозем  можно отнести по показателям  активности каталазы  к  очень бедным и бедным, по показателям активности дегидрогеназы – к бедным, по показателям активности инвертазы – к очень бедным.  Биопрепарат Агроактив оптимизировал агроэкологическое состояние почвенно-биотического комплекса, что привело к повышению показателей биологической активности почвы в опытном  варианте на 73% по каталазае, на 25% по дегидрогеназе и на 14% по инвертазе относительно  контроля.

Химический элементный состав плодов тыквы. В высушенных плодах тыквы определяли содержание 25 химических элементов. Полученные результаты оценивали с позиций отношения изучаемых элементов к живым организмам. Согласно классификации А. Ленинджера [8], к необходимым неорганическим макроэлементам относятся калий, кальций, фосфор, натрий, магний и др.  Установлено, что  в плодах тыквы, выращенной с применением Агроактив, содержание калия в 1,4 раза, кальция в 2,1 раза, натрия в 1,3 раза, магния в 1,5 раз было выше, чем плодах контрольного варианта; содержание  фосфора, наоборот, в 1,5 раза было выше в тыкве контрольного варианта (табл. 1).

Согласно А.П. Авцыну с соавторами [9], к важнейшим эссенциальным (жизненно-важным) микроэлементам относятся железо, цинк, марганец, медь, селен, хром, йод, кобальт, а к условно эссенциальным – бор, литий, никель, кремний и ванадий. Как видно из таблицы 2, под воздействием вносимого биопрепарата в плодах тыквы

Таблица 1 - Уровни содержания макроэлементов в плодах тыквы (мг/кг)

Элементы	Варианты опыта
	Контроль, Х±х	Агроактив, Х±х
K	29489±1452	41786±1748
Ca	4429±186	9505±334
P	1958±103	1318±232
Na	240±10	306±13
Mg	990±38	1445±60

Таблица 2 - Уровни содержания эссенциальных микроэлементов в плодах тыквы (мг/кг)

Элементы	Варианты опыта		Естественный уровень в овощах  [10]
	Контроль, Х±х	Агроактив, Х±х
Fe	17,84±1,45	21,24±1,61	7,0
Zn	7,66±0,32	8,55±0,32	4,0
Mn	4,94±0,20	5,05±0,20
Cu	2,87±0,07	3,20±0,15	1,1
Se	0,34±0,02	0,63±0,02	0,1
Cr	0,19±0,01	0,77±0,03	0,04
J	0,09±0,01	0,13±0,01	0,1
Co	0,16±0,01	0,16±0,01
B	18,56±0,63	27,41±1,06
Li	0,03±0	0,06±0
Ni	1,76±0,10	1,64±0,06	0,1
Si	339±21	313±18
V	0,03±0	0,05±0

увеличивалось также накопление многих жизненно-важных микроэлементов:  железа и лития – в 2 раза, меди и цинка – в 1,1 раза, селена – в 1,9 раза,  йода – в 1,4 раза,  хрома – в 4,1 раза, бора – в 1,5 раза,  ванадия – в 1,7 раза. По накоплению  кобальта, марганца, никеля и кремния опытный вариант практически не отличался от контрольного. По сравнению с естественными уровнями содержания эссенциальных микроэлементов в овощах [10], нами обнаружено более высокое содержание в плодах тыквы железа, цинка, меди, никеля и, особенно, селена и хрома. Так,  при естественном уровне содержания селена в овощах, равном 0,1 мг/кг, в тыкве варианта с Агроактив  его  содержание составляло 0,63 мг/кг, в контрольном – 0,34 мг/кг; при естественном уровне содержания хрома в овощах, равном  0,04 мг/кг, в варианте с  Агроактив его содержание - 0,77 мг/кг, в контрольном варианте – 0,19 мг/кг. По-видимому, тыква является тем растением, которое концентрирует хром и селен. Естественные уровни содержания в овощах марганца, кобальта, бора, лития, кремния и ванадия в работе Л.Ф. Щелкунова с соавторами [10] не указаны, однако из других литературных источников [11] известно, что в разных растениях уровни содержания марганца варьируют от 1,3 до 113 мг/кг, кобальта – от  0,03 до 0,57 мг/кг, бора – от 0,1 до 38 мг/кг, лития – от 0,1 до 200 мг/кг, кремния – от 50 до 28000 мг/кг; средняя концентрация ванадия в высших растениях составляет 1,0 мг/кг. В тыкве содержание вышеперечисленных элементов находилось  в указанных диапазонах концентраций.

Особое внимание при оценке элементного состава продуктов питания должно быть уделено уровням содержания в них токсичных элементов. Согласно докладам ЮНЕП/ФАО/ВОЗ, свинец, кадмий, ртуть и мышьяк представляют наиболее реальную опасность и значительную угрозу здоровью человека. Кроме перечисленных элементов, к токсичным относятся также олово, стронций, алюминий и некоторые другие.  В плодах тыквы уровни содержания свинца (в 1,8 раз), кадмия (в 2,3 раза), ртути (в 2,8 раза) в варианте с биопрепаратом были ниже, чем в контрольном варианте; причем в тыкве обоих вариантов содержание данных элементов значительно меньше предельно допустимых концентраций (табл. 3). Содержание мышьяка и алюминия в обоих вариантах были ниже ПДК.

Следовательно, биопрепарат Агроактив позволяет улучшить макро- и микроэлементный состав выращиваемой продукции, что связано с деятельностью бактерий, которые, помимо перевода трудно доступных форм некоторых эссенциальных элементов в доступные, могут, наоборот, способствовать снижению поступления в растения таких тяжелых металлов, как свинец, кадмий, ртуть.

Таблица 3 - Уровни содержания токсичных элементов в плодах тыквы (мг/кг)

Элементы	Варианты опыта		Естественный уровень в овощах [10]	ПДК в овощах [10]
	Контроль, Х±х	Агроактив, Х±х
Pb	0,09±0,002	0,05±0,001	0,2	4,0
Sn	0,02±0,001	0,04±0,002	0,1
As	0,02±0,001	0,02±0,001	0,1	5,0
Cd	0,07±0,003	0,03±0,001	0,02	0,3
Hg	0,02±0,002	0,007±0,0003	0,003	0,1
Sr	11,09±0,42	22,29±0,83
Al	4,68±0,21	5,30±0,20	5,0	200

В тыкве (в сыром виде) определяли содержание витамина С; его среднее содержание в образцах контрольного варианта составляло 5,0 мг/100 г, в образцах опытного – 5,3 мг/100 г. Урожай тыквы в варианте с Агроактив  (16,4 т/га) был на 76% выше по сравнению с контрольным (9,3 т/га) вариантом.

Таким образом, входящие в состав биопрепарата Агроактив микроорганизмы  создают оптимальные условия для жизни более сложных живых систем, избирательно переводя более токсичные элементы в неподвижные формы, а элементы, активно участвующие в наращивании биомассы, - в подвижные.