Продукционный процесс растений яровой пшеницы в системе биологического земледелия

Актуальность. Анализ фотосинтетических процессов в растении позволяет судить об активности его роста и развития. Помимо классических физиологических методик, на данный момент возрастает интерес к спектрометрии, которая по значениям вегетационных индексов предоставляет возможность определять наличие или отсутствие стрессового состояния растений в режиме реального времени.

Материалы и методы. Работу выполняли в условиях Западной Сибири на сортах яровой мягкой пшеницы ‘Омская 42’, ‘Омская 44’, ‘Тарская 12’ и яровой твердой пшеницы ‘Омский Коралл’. Предпосевную бактеризацию семян осуществляли инокулянтом диазотрофных бактерий родов Arthrobacter mysorens 7 и Flavobacterium sp.

Результаты. Для идентификации повышенной активности роста и развития растений возможно применение вегетационных индексов в фазу колошения: TCARI – 27,32; MCARI – 106,4; SPAD – 40,6; CPHLT – 25,02; CPHLB – 14,5; CPHLA – 8,46; CCI – 27,5; в фазу налива зерна: CPHLT – 10,4; CPHLB – 7,2; CPHLA – 4,7. Наибольшим уровень азотфиксирующей активности был в ризосфере мягкой пшеницы сорта ‘Омская 42’ и твердой пшеницы сорта ‘Омский Коралл’, составляя 150,7–322,0 и 140,0–393,0 нМ С₂Н₄/100 г почвы при интродукции бактерий рода Arthrobacter mysorens 7, 149,0–281,0 и 86,2–554,5 нМ С₂Н₄/100 г почвы при внесении Flavobacterium sp. соответственно. Отмечена сильная сопряженность индексов TCARI и SPAD с активностью азотфиксации (r = 0,69–0,96 и r = 0,45–0,98 соответственно) и с урожайностью (r = 0,76–0,99 и r = 0,75–0,94 соответственно).

Заключение. Стабильно высокие значения процесса ассоциативной азотфиксации зафиксированы в вариантах бактеризации семян пшеницы сортов ‘Омская 42’ и ‘Омский Коралл’ препаратами фунгицидно-стимулирующего действия «Мизорин» и «Флавобактерин». По значениям индексов TCARI и SPAD можно судить о потенциальной активности азотфиксации и урожайности сорта.

1. Алметов Н.С., Бердников В.В., Волков Е.Г., Семенов П.Н. Эффективность использования ассоциативных азотфиксирующих биопрепаратов на посевах зерновых культур. Бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова. 2001;(114):56.

2. CID Bio-Science. CI-710s SpectraVue Leaf Spectrometer. Leaf spectroscopy for rapid non-destructive plant stress measurement: [website]. Available from: https://cid-inc.com/plant-science-tools/leaf-spectroscopy/ci-710-miniatureleaf-spectrometer/ [accessed Jan. 01, 2024].

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд. Москва: Агропромиздат; 1985.

4. Essaadia A., Abdellah A., Ahmed A., Abdelouahed F., Kamal E. The normalized difference vegetation index (NDVI) of the Zat valley, Marrakech: comparison and dynamics. Heliyon. 2022;8(12):e12204. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e12204

5. Glick B.R., Todorovic B., Czarny J., Cheng Z., Duan J., McConkey B. Promotion of plant growth by bacterial ACC deaminase. Critical Reviews in Plant Sciences. 2007;26(5-6):227-242. DOI: 10.1080/07352680701572966

6. Guermazi E., Wali A., Ksibi M. Combining remote sensing, SPAD readings, and laboratory analysis for monitoring olive groves and olive oil quality. Precision Agriculture. 2024:25(1):65-82. DOI: 10.1007/s11119-023-10058-0

7. Канаш Е.В., Литвинович А.В., Ковлева А.О., Осипов Ю.А., Сальников Э. Продуктивность и оптические характеристики трех сортов пшеницы (Triticum aestivum L.) при известковании и внесении азотных удобрений. Сельскохозяйственная биология. 2018;53(1):61-71. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.61rus

8. Kinhal V. Essential applications of leaf spectrometers. CID Bio-Science; 2022. Available from: https://cid-inc.com/blog/6-essential-applications-of-leaf-spectrometers/ [accessed Jun. 01, 2024].

9. Кожевин П.А. Показатели почвенного «здоровья» в оценке почв (обзор). Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2023;78(2):16-25. DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-2-16-25

10. Maxwell K., Johnson G.N. Chlorophyll fluorescence – a practical guide. Journal of Experimental Botany. 2000;51(345):659-668. DOI: 10.1093/jxb/51.345.659

11. Минеев В.Г., Сафрина О.С., Шабаев В.П. Влияние бактерий рода Pseudomonas на некоторые физиолого-биохимические процессы в растениях столовой свеклы. Доклады Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина. 1992;(1):16-21.

12. Мудрик В.А., Лучицкая О.А. Влияние препаратов микроудобрений, активизирующих ассоциативную азотфиксацию, на засухои холодоустойчивость растений яровой пшеницы. Агрохимия. 2014;(4):70-73.

13. Шотт П.Р. Фиксация атмосферного азота в однолетних агроценозах. Барнаул: Азбука; 2007.

14. Шабаев В.П. Азотное питание и продуктивность растений гороха и овса при инокуляции бактерией Pseudomonas fluorescens 20. Агрохимия. 2006;(10):28-32.

15. Смашевский Н.Д. Экология фотосинтеза. Астраханский вестник экологического образования. 2014;2(28):165-180.

16. Souza E.M., Chubatsu L.S., Huergo L.F., Monteiro R., CamiliosNeto D., Wassem R. et al. Use of nitrogen-fixing bacteria to improve agricultural productivity. BMC Proceedings. 2014;8 Suppl 4:O23. DOI: 10.1186/1753-6561-8-S4-O23

17. Использование вегетационных индексов для анализа растительности. Proxima; 2022. URL: https://gisproxima.ru/ispolzovanie_vegetatsionnyh_indeksov [дата обращения: 24.01.2024].

18. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Сельскохозяйственная микробиология как основа экологически устойчивого агропроизводства: фундаментальные и прикладные аспекты. Сельскохозяйственная биология. 2011; 46(3):3-9.

19. Тихонович И.А., Завалин А.А. Перспективы использования азотфиксирующих и фитостимулирующих микроорганизмов для повышения эффективности агропромышленного комплекса и улучшения агроэкологической ситуации РФ. Плодородие. 2016;5(92):28-32.

20. Умаров М.М. Ацетиленовый метод изучения азотфиксации в почвенно-микробиологических исследованиях. Почвоведение. 1976;(1):119-123.

21. Умаров М.М. Азотфиксация в ассоциациях организмов. Проблемы агрохимии и экологии. 2009;(2):22-26.

22. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. Москва: ГЕОС; 2007.

23. Vincini M., Amaducci S., Frazzi E. Sensitivity of Sentinel-2 RedEdge bands to leaf chlorophyll concentration in winter wheat. In: L. Ouwehand (ed). Proceedings of the First Sentinel-2 Preparatory Symposium; 23–27 April, 2012; Frascati, Italy. Noordwijk: ESA Communications; 2012. p.12.

24. Воробейков Г.А., Павлова Т.К., Кондрат С.В., Лебедев В.Н., Юргина В.С., Муратова Р.Р. и др. Исследование эффективности штаммов ассоциативных ризобактерий в посевах различных видов растений. Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2011;(141):114-123.

25. Westhoff P. The economics of biological nitrogen fixation in the global economy. In: D.W. Emerich, H.B. Krishnan (eds). Nitrogen Fixation in Crop Production. Vol. 52. Madison, WI: American Society of Agronomy; 2009. p.309-328. DOI: 10.2134/agronmonogr52.c11

26. Якушев В.П. Дистанционные методы и средства в информационном обеспечении точного земледелия: состояние и перспективы. В кн.: Материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием «Применение средств дистанционного зондирования Земли в сельском хозяйстве»; Санкт-Петербург, 26–28 сентября 2018 г. Санкт-Петербург: Агрофизический научно-исследовательский институт; 2018. С.3-11. DOI: 10.25695/agrophysica.2018.2.18484

27. You M.M., Chang Q.R., Tian M.L., Ban S.T., Yu J.Y., Zhang Z.R. Estimation of rapeseed leaf SPAD value based on random forest regression. Agricultural Research in the Arid Areas. 2019;37(1):74-81. DOI: 10.7606/j.issn.1000-7601.2019.01.10

28. Юсова О.А., Николаев П.Н., Васюкевич В.С., Аниськов Н.И., Сафонова И.В. Уровень качества зерна Омских сортов овса ярового в контрастных экологических условиях. Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2020;2(55):84-96. DOI: 10.31677/2072-6724-2020-55-2-84-96

29. Zharikova E.P., Grigoriev J.Yu., Grigorieva A.L. Artificial intelligence methods for detecting water pollution. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;988:022082. DOI: 10.1088/1755-1315/988/2/022082

30. Злотников А.К. Ризосферная азотфиксирующая ассоциация Bacillus firmus – Klebsiella terrigena и ее влияние на яровой ячмень при инокуляции: дис. … канд. биол. наук. Москва: Московский государственный университет; 1998. URL: https://www.dissercat.com/content/rizosfernaya-azotfiksiruyushchaya-assotsiatsiya-bacillusfirmus-klebsiella-terrigena-i-ee-vl [дата обращения:03.06.2024].