Фізіологічне обґрунтування застосування біологічних препаратів у технології вирощування вівса голозерного в Правобережному Лісостепу України

Abstract

У вступній частині дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми дослідження, сформульовано мету і завдання, висвітлено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі проаналізовано наукові праці вітчизняних і іноземних учених щодо вивчення впливу на фізіолого-біохімічні процеси у рослинах та мікробіологічні – у ґрунті біологічних препаратів та обґрунтовано їх залежність від низки чинників: норм та способів внесення препаратів, погодних умов, періоду їх дії і ін. Аналіз сучасної наукової літератури засвідчує важливість зниження або взагалі відмову від застосування хімічних засобів захисту рослин та добрив в агроценозах. Проте, спрямованість дії мікробних препаратів і регуляторів росту рослин на фізіологічні, біохімічні, анатомо-морфологічні процеси в рослинах, мікробіологічні – в ґрунті, та можливість їх поєднананого використання у посівах вівса голозерного практично не вивчені. Досліди виконували у Правобережному Лісостепу України впродовж 2019–2021 рр. у польових умовах сівозміни дослідного поля кафедри біології Уманського національного університету садівництва. Погодні умови в роки проведення досліджень були сприятливими для вирощування вівса голозерного, проте з незначними відхиленнями, в основному за забезпеченістю рослин вологою, яка виступала лімітуючим чинником формування продуктивності посівів. Дію мікробного препарату Меланоріз, внесеного окремо та у суміші із регулятором росту рослин Агролайт, досліджували на рослинах вівса голозерного (A. sativa subsp. nudisativa (Husnot) Rod. et Sold.), сорт Мирсем. Схема польового досліду передбачала 16 дослідних варіантів, на яких проводилися польові і лабораторні дослідження. Фізіолого-біохімічні процеси в рослинах вівса голозерного за дії досліджуваних препаратів виконували також у суворо контрольованих умовах за методикою вегетаційного досліду. У результаті проведених вегетаційних і польових досліджень встановлено, що МБП Меланоріз і РРР Агролайт впливають на спрямованість проходження обмінних процесів у рослинах вівса голозерного, активними та безпосередніми учасниками яких в рослинному організмі є ферменти. Так, у вегетаційному досліді за використання Меланорізу (1,0–1,5 л/т) для передпосівної обробки насіння у суміші з регулятором росту рослин Агролайт у нормі 0,26 л/т активність каталази на п’яту добу досліджень зростала відносно варіанту окремої дії РРР на 1–19%.. Найвищу активність каталази у листках вівса голозерного було відмічено за використання для передпосівної обробки насіння суміші Меланорізу з Агролайтом за наступного обприскування посівів Агролайтом, що забезпечило зростання активності даного фермента на 31–48% відповідно до варіантів із самостійним внесенням Меланорізу. Щодо інших антиоксидантних ферментів – пероксидази та поліфенолоксидази, то простежувалась аналогічна залежність їх активності від норм та способів застосування досліджуваних препаратів, зокрема зростання активності пероксидази на 32–46% та поліфенолоксидази – 28–41% відносно контролю було відмічено у варіантах комплексного застосування для передпосівної обробки насіння МБП Меланоріз у нормах від 1,0 до 1,5 л/т і РРР Агролайт у нормі 0,26 л/т з наступним обприскуванням вегетуючих рослин по фону їх дії Агролайтом у нормі 1,0 л/га. Подібні результати активності основних антиоксидантних ферментів класу оксидоредуктаз було одержано в польових дослідах у фазу виходу в трубку рослин вівса голозерного. Проте, як і в вегетаційних дослідах, найвищою їх активність була за комплексного застосування МБП Меланоріз і РРР Агролайт для оброки насіння та обробки посівів Агролайтом. У середньому активність каталази в цих варіантах досліду зростала на 43–64%, пероксидази  19–28%, поліфенолоксидази – 39–61% відповідно. Очевидно, зростання активності каталази, пероксидази й поліфенолоксидази за комплексного застосування біологічних препаратів є наслідком покращення умов росту й розвитку вівса голозерного, за яких підвищується активність обмінних процесів у рослинах, невід'ємною складовою яких є ферменти. У той же час, зростання активності ферментів може свідчити про прямий вплив біологічних препаратів на стан антиоксидантної системи вівса, яка активізується у відповідь на дію екзогенних рістстимулювальних складових МБП і РРР. Встановлено залежність вмісту хлорофілу в листках вівса голозерного від норм використання МБП Меланоріз, внесеного роздільно і в комплексі з РРР Агролайт. У середньому за роки експериментальних досліджень у фазу виходу рослин в трубку найвищі показники вмісту суми хлорофілів a і b формувалися у варіантах комбінованої обробки насіння сумішшю препаратів Меланоріз і Агролайт з наступною обробкою посівів Агролайтом, де перевищення до контрольного варіанту складало 12–17%. Аналіз одержаних даних із вмісту суми хлорофілів а і b в листках вівса голозерного у фазу цвітіння продемонстрував схожу залежність впливу досліджуваних норм Меланорізу та способів внесення Агролайту. З метою більш ретельного з’ясування дії досліджуваних препаратів на формування пігментного комплексу вівса голозерного нами в 2020 р. було проведено експериментальні дослідження у суворо контрольованих умовах. Найвищі показники з вмісту хлорофілів простежувались у листках вівса за використання Меланорізу 1,0; 1,25 і 1,5 л/т сумісно з Агролайтом 0,26 л/т та з наступним обприскуванням посівів Агролайтом 1,0 л/га, де перевищення контролю складало: 0,145; 0,172 і 0,286% на суху речовину – для хлорофілу а; 0,036; 0,045 і 0,057% на суху речовину – для хлорофілу b та – 0,181; 0,217 і 0,343% на суху речовину – для суми хлорофілів а+b. Дані з вмісту хлорофілів у листках вівса голозерного свідчать про позитивний вплив досліджуваних препаратів на процеси накопичення даних сполук у рослинах, що, очевидно, може бути підтверджено, з одного боку, покращенням азотного живлення рослин за рахунок діяльності мікробіоти МБП, з іншого боку – безпосереднім стимулювальним впливом РРР на синтез даних сполук. Результати проведених досліджень показали, що різні норми мікробного препарату Меланоріз та способи застосування регулятора росту рослин Агролайт накладали свій вплив на інтенсивність дихання рослин вівса голозерного, що є свідченням регулювання процесів біологічного окиснення. Так, аналізуючи інтенсивність дихання рослин вівса у фазу виходу в трубку у середньому за 2019–2021 рр. досліджень, передпосівна інокуляція насіння МБП Меланоріз у нормах 1,0; 1,25; 1,5 л/т зумовлювала зростання інтенсивності дихання рослин вівса на 4; 6 та 7% відповідно до норм препарату проти контролю. Застосування Агролайту на фоні обробки насіння Меланорізом у нормах 1,0–1,5 л/т підвищувало інтенсивність дихання рослин до 0,77–0,82 мг СО2/г сирої речовини за 1 годину, що перевищувало контроль на 7–14%. Необхідно відмітити, що найвищий показник інтенсивності дихання спостерігався за комбінованого застосування передпосівного обробітку насіння сумішшю препаратів з наступною обробкою посівів регулятором росту рослин. Зокрема, найбільше підвищення показників інтенсивності дихання рослин вівса голозерного було відмічено за використання Меланорізу у нормі 1,5 л/т у суміші з Агролайтом у нормі 0,26 л/т для обробки насіння та обприскування посівів Агролайтом у нормі 1,0 л/га, що забезпечило перевищення контрольного показника на 29%. Вивчаючи інтенсивність дихання у фазу цвітіння вівса, та порівнюючи її із попередньою фазою розвитку рослин, можна констатувати підвищення даного показника. Очевидно, це є наслідком зростання активності проходження основних фізіолого-біохімічних процесів у рослинах. У середньому за 2019–2021 рр. використання Меланорізу (1,0–1,5 л/т) для обробки насіння сприяло зростанню досліджуваного показника на 3–7%, а за обробки насіння сумішшю Меланорізу (1,0–1,5 л/т) з Агролайтом (0,26 л/т) – на 8–16% проти контролю. Істотне зростання показника інтенсивності дихання відмічено у варіантах досліду з комплексним застосуванням препаратів Меланоріз і Агролайт для обробки насіння та внесення по даному фону Агролайту. Так, за даного поєднання препаратів за норми Меланорізу 1,5 л/т показник інтенсивності дихання перевищував контрольний варіант на 26%. Таким чином, можна стверджувати, що застосування в посівах вівса голозерного МБП Меланоріз і РРР Агролайт забезпечує значну активізацію процесів дихання в рослинах, інтенсивність яких зумовлює енергетичний потенціал ростових та продукційних процесів. Узагальнюючий розрахунок за індикаторною ознакою «інтенсивність дихання» – «активність антиоксидантних ферментів» засвідчив тісний кореляційний зв’язок (r = 0,81), оскільки ферменти є безпосередніми та активними учасниками процесу дихання. У результаті виконаних анатомічних досліджень встановлено, що формування показників анатомічної структури епідермісу листкового апарату вівса голозерного залежало від норм використання МБП Меланоріз за різних способів застосування РРР Агролайт, погодних умов, що складались під час вегетації культури. Так, аналізуючи кількість клітин епідермісу на 1 мм2 поверхні листка у 2019 р. за дії Меланорізу, можна відмітити, що за норм препарату 1,0–1,5 л/т їх кількість зменшувалась і складала 298–286 шт./мм2 при 306 шт./мм2. При застосуванні цих же норм МБП Меланоріз сумісно з РРР Агролайт (0,26 л/т) кількість клітин на 1 мм2 поверхні листка продовжувала зменшуватись і складала відповідно 284–276 шт./мм2. Зменшення кількості клітин епідермісу листка вівса голозерного у варіантах досліду із сумісним застосуванням для обробки насіння Меланорізу і Агролайту супроводжувалось збільшенням їх розмірів та площі. Подальший аналіз одержаних експериментальних даних показав, що за дії Меланорізу (1,0–1,5 л/т) з РРР Агролайт (1,0 л/га) кількість клітин епідермісу на 1 мм2 листка вівса голозерного в порівнянні з контролем теж зменшувалась (289–279 при 306 шт./мм2 у контролі), але при цьому також збільшувались розміри клітини і їх площа (на 15–35% у порівнянні з контролем). Дещо більша площа клітин була відмічена у варіантах досліду за використання для обробки насіння суміші Меланорізу (1,0; 1,25; 1,5 л/т) й Агролайту (0,26 л/т) з наступним обприскуванням посівів вівса голозерного Агролайтом (1,0 л/га), де у порівнянні з варіантами Меланоріз + Агролайт (обробка насіння перед сівбою) площа клітин збільшувалася на 408; 460; 632 мкм2 відповідно. Ці ж варіанти досліду у порівнянні з контролем забезпечили збільшення площі клітин на 65–112%. Аналогічні дані були одержані нами і в 2020 та 2021 рр. Отже, МБП Меланоріз і РРР Агролайт здатні суттєво впливати на проходження обмінних процесів у рослинах, що відповідним чином відображається на основних стадіях розвитку клітин (ембріональна, розтягування і диферинціації) та анатомічній структурі окремих тканин і органів; за сумісного їх застосування простежується стимулюючий вплив, який виражається у формуванні анатомічної структури листкового апарату мезоморфного типу (коефіцієнт морфоструктури складає 0,67–0,97). Формування в даних варіантах досліду мезоморфної анатомічної структури листкового апарату позитивно позначилось на площі листків. Так, у у середньому за роки досліджень, за сумісного використання Меланорізу з Агролайтом для обробки насіння зростання площі листків рослин у фазу виходу в трубку складало 10–14% до контролю. Значно активніше наростання листкової поверхні рослин вівса голозерного спостерігалося за комплексного використання препаратів для обробки насіння (Меланоріз 1,0; 1,25 і 1,5 л/т + Агролайт 0,26 л/т) з наступною обробкою посівів РРР Агролайт (1,0 л/га), де площа листків однієї рослини перевищувала контрольний показник на 15–22% відповідно. У фазу цвітіння вівса голозерного залежність формування площі листкової поверхні рослин від норм та способів застосування препаратів зберігалася. Одержаний матеріал з формування площі листків рослин вівса голозерного демонструє одержання в посівах найвищих показників за комплексного застосування препаратів – Меланоріз (1,0–1,5 л/т – обробка насіння) + Агролайт (0,26 л/т – обробка насіння) + Агролайт (1,0 л/га – обробка вегетуючих рослин), який тісно корелює з показником анатомічної морфоструктури (r = 0,84) і є свідченням оптимального впливу даних композицій на проходження обмінних процесів у рослинах. Використання у технології вирощування вівса голозерного біологічних препаратів позитивно вплинуло на ростові процеси рослин. Так, за передпосівної обробки насіння сумішшю препаратів (Меланоріз 1,0, 1,25 і 1,5 л/т + Агролайт 0,26 л/т) надземна біомаса однієї рослини у фазу виходу в трубку перевищувала контроль на 9–12%, а у фазу цвітіння на – 11–13% за обробки по цьому ж фону рослин Агролайтом 1,0 л/га – 5–11% та 7–12% відповідно. Найактивнішим приріст надземнної біомаси однієї рослини вівса голозерного, у відповідні фази розвитку культури, був за використання композицій Меланоріз 1,0–1,5 л/т + Агролайт 0,26 л/т + Агролайт 1,0 л/га (13–21%). Одночасно з дослідженням ростових процесів надземної біомаси вівса голозерного важливим було з’ясувати вплив препаратів на формування кореневої системи рослин. Оскільки застосування МБП і РРР може в значній мірі відображатися на її розвитку, що є одним із важливих фізіологічних показників і впливає на продуктивність сільськогосподарських культур. У середньому за три роки досліджень встановлено, що найвища маса коріння рослин вівса голозерного у фазу цвітіння була у варіантах МБП Меланоріз (1,0; 1,25 і 1,5 л/т) + РРР Агролайт (0,26 л/т) + РРР Агролайт (1,0 л/га), де перевищення відповідно контролю складало 3,3; 3,8 і 5,0 г/0,1 м2, що в середньому перевищувало контроль на 17–26%. Одержані дані свідчать про позитивний вплив комплексу МБП + РРР на проходження в рослинах вівса голозерного ростових процесів, які є наслідком, з одного боку, стимулювальної дії екзогенних фітогормонів, з іншого боку – покращення мінерального забезпечення рослинного організму за рахунок інтродукованих у ризосферу мікроорганізмів. Встановлено, що використання МБП Меланоріз і РРР Агролайт, забезпечувало формування різних показників чистої продуктивності фотосинтезу посівів вівса голозерного. Так, у середньому за роки досліджень, за обробки насіння сумішшю препаратів Меланоріз (1,0; 1,25; 1,5 л/т) з Агролайтом (0,26 л/т) ЧПФ перевищувала контроль на 6–9%. Разом з тим, у варіантах комплексного застосування для обробки насіння Меланорізу у нормі 1,5 л/т і Агролайту у нормі 0,26 л/т та обприскування посівів Агролайтом у нормі 1,0 л/га формуються найвищі показники чистої продуктивності фотосинтезу, що в середньому на 15% перевищують контроль. Виявлено тісні кореляційні зв’язки між чистою продуктивністю фотосинтезу та вмістом у листках рослин вівса голозерного хлорофілу й інтенсивністю дихання (r = 0,69; 0,76 відповідно). Використання в посівах вівса голозерного мікробного препарату Меланоріз окремо і в поєднанні з регулятором росту рослин Агролайт сприяло активізації життєдіяльності окремих груп мікроорганізмів ризосфери вівса голозерного. Найбільшу чисельність окремих груп мікроорганізмів відмічено за комплексного використання Меланорізу (1,0–1,5 л/т) і Агролайту (0,26 л/т + 1,0 л/га), де перевищення у середньому за роками досліджень і фазами розвитку культури складало 24–55% (загальна чисельність бактерій), 18–42% (мікроміцети), 23–34% (нітрифікувальні бактерій), 16–26% (целюлозолітичні бактерії), 23–41% (Azotobacter), 22–35% (Сlostridium рasteurianum). Встановлено, що найвищу врожайність зерна посіви вівса голозерного формують за обробки насіння перед сівбою Меланорізом у нормі 1,5 л/т сумісно з Агролайтом у нормі 0,26 л/т з наступним обприскуванням посівів Агролайтом у нормі 1,0 л/га, що забезпечує прибавку зерна на рівні 0,81 т/га за збільшених на 13% – показника маси 1000 зерен, 7% – натури зерна, 1,6% – вмісту в зерні білка і 6,8% – вмісту крохмалю. Використання цієї композиції препаратів забезпечує формування додаткового прибутку на рівні 4647 грн./га за рівня рентабельності 170%, окупності додаткових витрат – 4,1 рази і коефіцієнта енергетичної ефективності – 3,4. З метою підвищення урожайності і якості зерна вівса голозерного у технологіях його вирощування рекомендується застосовувати суміш мікробного препарату Меланоріз у нормі 1,5 л/т (загальне число життєздатних мікроорганізмів 2,5 х 107 КУО/см3) з регулятором росту рослин Агролайт у нормі 0,26 л/т – для передпосівної обробки насіння і Агролайт у нормі 1,0 л/га – для обприскування посівів по даному фону у фазу кущіння культури.