Ефективність біоінокуляції насіння сої перед посівом при різному часі обробки

Соя відіграє суттєву роль у сівозміні, виступаючи як азотфіксувальна культура. Вона сприяє залученню атмосферного азоту до біологічного кругообігу, частина якого йде на формування врожаю, а решта залишається в ґрунті, збагачуючи його. Це робить сою цінним попередником для наступних культур. Підвищення активності симбіотичного апарату сої можливе завдяки передпосівному обробленню насіння ризобіями. Проте, різні штами цих бактерій демонструють індивідуальну активність та стійкість до зовнішніх умов. Крім того, економічна доцільність певних агротехнічних операцій часто диктує необхідність завчасної передпосівної обробки насіння біоінокулянтами. Тому, враховуючи різноманітність ґрунтово-кліматичних умов, вибір оптимального інокулянта та правильного часу для передпосівної обробки насіння залишається важливим завданням для аграріїв. 

Передпосівна обробка насіння інокулянтами — це один з ключових заходів для використання біологічного азоту. Азотфіксація відбувається в специфічних утвореннях, бульбочках, які формуються внаслідок симбіозу рослини з азотфіксувальними мікроорганізмами. Ці бульбочки виглядають як невеликі потовщення на коренях, що містять колонії ризобій. Обробка насіння біоінокулянтами спрямована на посилення цього симбіозу, оскільки виведені штами бульбочкових бактерій мають кращі продуктивні характеристики. За сприятливих умов, завдяки симбіозу з бульбочковими бактеріями роду Bradyrhizobium, соя здатна засвоювати до 150-200 кг/га біологічного азоту, покриваючи 60-70% своїх потреб, а також значною мірою накопичувати доступні форми фосфору та калію.

Експериментальні дані свідчать, що успішна інокуляція бобових культур досягається при титрі бульбочкових бактерій не менше 104 клітин на 1 г ґрунту. Високоякісні інокулянти забезпечують потрапляння щонайменше 2 × 103 бактеріальних клітин на одну насінину. 

Завдяки співпраці з ризобіями, рослини бобових культур не тільки менш залежні від наявності азотних сполук у ґрунті, але й демонструють вищу стійкість до стресових факторів. Покращується фітосанітарний стан посівів, зростає інтенсивність фотосинтезу, а урожайність насіння сої збільшується в середньому на 20–35 %, при цьому вміст білка в зерні підвищується на 5–6 %.

Бульбочки на соєвих коренях переважно утворюються в орному шарі (до 15 см), як на головному корені, так і на бічних відгалуженнях.

Неможливість обробки великих обсягів насіння сої біоінокулянтами безпосередньо перед сівбою спонукає аграріїв до їхньої завчасної підготовки. Позитивний вплив попередньої обробки насіння сої біоінокулянтами на його продуктивність був відзначений багатьма дослідниками. Водночас, науковці зазначають, що для захисту бактеріальних клітин використовуються цукри, полімери та інші інертні речовини, що сприяє формуванню ефективних симбіотичних систем. Як захисні молекули для бактерій розглядаються також речовини, що синтезуються самими мікроорганізмами, наприклад, полігідроксибутират або біоплівка. Однак, вплив інокулянтів на рослину при завчасній обробці насіння ще недостатньо вивчений. 

Саме тому, з метою дослідження впливу завчасної обробки насіння біоінокулянтами вітчизняної та закордонної селекції на формування симбіотичного апарату, індивідуальну та насіннєву продуктивність сої, впродовж 2022-2024 років в Інституті кормів та сільського господарства Поділля НААН, у лабораторії технології вирощування сої та зернобобових культур, були проведені відповідні дослідження.

У дослідженні використовувався сорт сої Титан, виведений Інститутом кормів та сільського господарства Поділля НААН. Це ранньостиглий сорт з вегетаційним періодом 110-115 днів. Норма висіву становила 600 тис. штук схожого насіння на гектар. Агротехніка вирощування відповідала загальноприйнятій для зони, за винятком досліджуваних заходів. Попередником сої були зернові колосові культури. Площа облікової ділянки – 27 м², повторність – чотириразова, розміщення ділянок – систематичне.

Ґрунт дослідної ділянки – сірий лісовий, середньосуглинковий, на лесі. Агрохімічні характеристики ґрунту: рН (сольове) – 5,1; вміст гумусу – 2,1 %; вміст легкогідролізованого азоту – 30,1 мг/кг; фосфору (Р2О5) – 133,98 мг/кг, калію (К2О) – 132,87 мг/кг. Насиченість основами – 18,71 мг-екв/100 г.

Оцінка кількості та маси бульбочкових бактерій проводилася відповідно до «Методики проведення дослідів по кормовиробництву» (1994 р.). Облік урожаю здійснювався шляхом суцільного обмолочування зерна з кожної ділянки з подальшим перерахунком на 14 % базисну вологість. Отримані результати досліджень були оброблені методами дисперсійного, кореляційного та регресійного аналізу за допомогою спеціалізованих прикладних програм Excel-16.0.

Досліджувалася завчасна обробка насіння сої біоінокулянтами вітчизняної та іноземної селекції за такою схемою:

Ризолайнтм-р — вітчизняний біоінокулянт, розроблений на основі азотфіксувальних бактерій та продуктів їхньої життєдіяльності. Призначений для обробки насіння з метою стимуляції утворення бульбочок та фіксації атмосферного азоту. Інокулянт позитивно впливає на врожайність, а також на вміст протеїну, жиру та вітамінів групи В у насінні. Склад: концентрат бактерій, симбіотичних до сої Bradyrhizobium japonicum. Загальна кількість життєздатних клітин — (2,0– 6,0) × 109 КУО/см3.

Андеріз-р — біоінокулянт вітчизняної розробки, що складається з двох компонентів. Компонент 1 містить живі клітини азотфіксувальних бактерій та продукти їхньої метаболічної активності; Компонент 2 — живі клітини гриба Penicillium bilaіi, який сприяє мобілізації фосфору, та продукти його життєдіяльності. Препарат призначений для обробки насіння з метою стимуляції утворення бульбочок, фіксації атмосферного азоту та мобілізації фосфору з ґрунтових сполук. Інокулянт покращує показники врожайності та якісні характеристики насіння. Склад: концентрат бактерій, симбіотичних до сої Bradyrhizobium japonicum, та грибів Penicillium bilaіi, що мобілізують фосфор. Загальна кількість життєздатних клітин — (1,0–3,0)×109 КУО/см3.

Різосейв®-р — продетектор, що забезпечує закріплення та пролонгацію дії інокулянтів та мікоризних препаратів на насінні протягом 30 діб до висіву. Ризоактив — вітчизняний біоінокулянт, призначений для передпосівної обробки насіння сої, що покращує азотне живлення рослин через ефективне здійснення процесу біологічної фіксації азоту. Інокулянт підвищує урожайність та вміст білка в насінні. Склад: три штами бульбочкових бактерій Bradyrhizobium japonicum. Загальна кількість життєздатних клітин — 5х109 КУО/мл.

Хістік — біоінокулянт закордонної селекції на стерильній торфовій основі, призначений для обробки насіння сої з метою підвищення симбіотичного потенціалу рослин шляхом накопичення азоту в доступній формі та отримання стабільних урожаїв за несприятливих умов вирощування. Склад: бактерії роду Bradyrhizobium japonicum (штам 532 C). Загальна кількість життєздатних клітин — 4х109 КУО/г.

Погодні умови в роки проведення досліджень дещо відрізнялися від середньобагаторічних показників. Протягом вегетаційного періоду сої температура повітря за місяцями перевищувала середньобагаторічні значення, в середньому за роки досліджень, на 0,5 °С у 2022 р., на 2,0 °С — у 2023 р. та на 2,9 °С — у 2024 р. Надмірна кількість опадів (+153 мм до норми) спостерігалася у 2022 р., тоді як дефіцит вологи (-87,2 і -85,7 мм) був зафіксований у 2023 та 2024 рр. За гідротермічним коефіцієнтом у 2022 р. забезпечення вологою було надмірним (ГТК — 1,89), а 2023 та 2024 рр. відзначилися слабкою посухою (ГТК 0,78 та 0,79). Водночас, нерівномірний розподіл опадів за місяцями спричинив значний дефіцит вологи у травні та серпні 2023 та 2024 рр., що суттєво вплинуло на симбіотичну та насіннєву продуктивність культури. 

Формування бобово-ризобіальної системи призводить до утворення кореневих бульбочок — симбіотичного апарату, поява якого є необхідною умовою для реалізації азотфіксувального потенціалу цієї системи.

Результати дослідження. Заміна значної частини мінеральних азотних добрив, які використовуються при вирощуванні бобових культур, на біологічний азот можлива лише за високої інтенсивності процесу фіксації атмосферного N2. Тому для формування високоефективних симбіотичних систем необхідний цілеспрямований підбір партнерів симбіозу на основі їх комплементарності (чіткої відповідності). 

Згідно з результатами досліджень Інституту кормів та сільського господарства Поділля НААН, проведених у 2001–2010 рр., найбільш адаптивними та комплементарними штамами бульбочкових бактерій в умовах Правобережного Лісостепу на сірих лісових ґрунтах є: 71-Т, 634 б, Х-2, № 36 та № 22. Вони забезпечили найвищу урожайність насіння сорту Феміда (2,36–2,43 т/га) та сорту Агат (2,81–2,84 т/га), що перевищує показники ділянок без інокуляції на 10,3–13,6 %.

Результатом взаємодії бобово-ризобіальної системи є формування симбіотичного апарату у вигляді кореневих бульбочок, поява яких є необхідною умовою для реалізації потенціалу фіксації азоту. Бульбочки на коренях сої переважно утворюються в орному шарі (до 15 см), на головному корені та бічних коренях. Найбільш інтенсивна фіксація азоту та його надходження до рослини спостерігається за температури повітря 24…28 °C і відносної вологості 40–60 %.
Результати досліджень показали, що ефективність інокуляції насіння сої залежить від вибору біоінокулянта та терміну його застосування. Відзначено, що інокуляція насіння бульбочковими бактеріями збільшує масу кореневої системи рослин сої на 20–51 % та кількість бульбочок на рослину — на 20–106 %. Найбільша маса кореневої системи (28,20–33,42 г/рослину) була зафіксована при всіх термінах обробки насіння біоінокулянтом Андеріз (табл. 1).

Таблиця 1. Вплив передпосівної обробки насіння біоінокулянтами на формування симбіотичного апарату рослин сої у фазі цвітіння 
(у середньому за 2022–2024 рр.)

Це підтверджує попередні висновки багатьох дослідників про те, що обробка насіння сої бактеріальними препаратами — інокулянтами — покращує нодуляційну здатність бульбочкових бактерій, збільшуючи кількість та масу активних бульбочок, відповідно, на 32–55 % та 28–145 % при щільній фоновій популяції ризобій. 

Важливо зазначити, що найвища ефективність біоінокулянтів спостерігається при обробці насіння в день сівби. Кількість бульбочок відносно контрольного варіанту збільшувалася при обробці насіння біоінокулянтом Різолайн на 106 %, Андеріз — на 108 %, Хістік — на 64 % та Ризоактив — на 87 %. Їхня маса зростала відповідно на 32 %, 22 %, 17 % та 18 %.

Завчасна обробка насіння сої, проведена за 19–21 добу до сівби, знижувала активність формування симбіотичного апарату рослин порівняно з обробкою в день сівби, на 6–20 % — загальну кількість бульбочкових бактерій та на 5–20 % — їхню масу. Проте, застосування біоінокулянтів за цього терміну все ж було ефективним, оскільки кількість бульбочок відносно контролю збільшувалася при обробці насіння Різолайном на 79 %, Андерізом — на 87 %, Хістіком — на 34 %, а їхня маса відповідно підвищилася на 19 %, 12 %, 12 %. Водночас, при інокуляції Ризоактивом, кількість бульбочок була вищою на 20 %, ніж на контролі, а їхня маса була нижчою на 15 %.

Розширення терміну передпосівної обробки насіння біоінокулянтами до 40–45 діб перед сівбою додатково знижувало активність формування симбіотичного апарату порівняно з обробкою в день сівби та за експозиції 19–21 доба. Попри це, при використанні всіх інокулянтів кількість бульбочок відносно контролю зросла, тоді як їхня маса у варіантах з Хістік та Ризоактив зменшилася на 15 % та 22 % відповідно.

Слід зазначити, що найбільша кількість бульбочок відносно контролю при всіх термінах обробки фіксувалася на варіанті із застосуванням інокулянта Андеріз, а маса бульбочок — на варіанті, де обробка проводилася інокулянтом Різолайн. Це можна пояснити конкурентною здатністю та вірулентністю штамів бульбочкових бактерій, що входять до складу цих препаратів.

Одним з об’єктивних факторів, що впливають на реалізацію продуктивного потенціалу сої, є рівень індивідуальної продуктивності рослин. Відзначено, що інокуляція насіння сої біоінокулянтами за різних термінів сівби позитивно впливала на індивідуальну продуктивність рослин. Водночас, найбільш ефективно відбувалося формування структури врожаю за інокуляції насіння сої в день сівби. Кількість бобів, залежно від біоінокулянту, зростала відносно контролю на 16,0–22,0 шт., кількість насіння — на 25,7–68,6 шт., маса насіння — на 4,1–12,3 г, маса 1000 насінин — на 7,3–18,5 г (табл. 2).

Таблиця 2. Індивідуальна продуктивність рослин сої залежно від виду біоінокулянта та строків передпосівної обробки насіння (у середньому за 2022–2024 рр.)

Обробка насіння бульбочковими бактеріями за 19–21 добу до сівби також суттєво впливала на формування індивідуальної продуктивності: прибавка до контролю становила: кількості бобів — 10,4–26,6 шт., кількості насінин — 21,2–50,3 шт., маси насіння — 2,19–7,35 г, маси 1000 насінин — 5,8–15,2 г. Відповідно, за 40–45 діб прибавка склала 5,2–12,3 шт., 3,2–21,3 шт., 1,13–2,88 г та 3,3–9,5 г. Найвищі показники індивідуальної продуктивності рослин сої (кількість бобів та насінин, маса насіння з рослини, а також маса 1000 насінин) спостерігалися при інокуляції насіння біоінокулянтом Андеріз за всіх термінів обробки насіння.

У досліді простежується позитивний вплив біопрепарату на кореневу систему рослин, кількість та масу бульбочок, що, своєю чергою, впливає на індивідуальну продуктивність та урожайність сої. Слід зазначити, що урожайність насіння сої прямо залежить від штаму бульбочкових бактерій, що входять до складу біопрепарату, їхньої конкурентоздатності та вірулентності, завдяки яким відбувається формування більшої кількості та маси бульбочок на кореневій системі сої. 

Передпосівна обробка насіння сої біоінокулянтами, як у день сівби, так і за 40-45 діб до неї, стимулювала утворення бульбочкових бактерій на коренях рослин, сприяла розвитку кореневої системи та позитивно впливала на індивідуальну продуктивність і врожайність насіння сої.

Підвищення симбіотичної продуктивності покращує забезпечення рослин сої азотом, що, в свою чергу, сприяє росту рослин та формуванню більшої маси кореневої системи, підвищуючи її здатність до поглинання води та поживних речовин. Внаслідок цих позитивних змін, які покращують живлення рослин, зростає їхня індивідуальна продуктивність та урожайність насіння сої. 

Інтегральним показником ефективності будь-якого технологічного прийому вирощування сільськогосподарських культур є його урожайність.

Інокуляція насіння бульбочковими бактеріями позитивно впливала не тільки на кореневу систему рослини та утворення бульбочок, але й суттєво впливала на структурні показники врожаю та загальну урожайність, що спостерігалося за різних термінів обробки насіння (табл. 3). Так, при завчасній обробці насіння за 40–45 діб до сівби препаратами Різолайн, Андеріз, Хістік, Ризоактив, прибавка врожайності насіння до контрольного варіанту (без інокуляції) становила 0,21; 0,23; 0,15 та 0,19 т/га відповідно. Інокуляція насіння за 19–21 добу до сівби сприяла зростанню врожайності відповідно на 0,26; 0,36; 0,23; 0,23 т/га.

Таблиця 3. Урожайність сої залежно від виду біоінокулянта та строків обробки насіння по роках, т/га

Найбільший ефект відзначено при інокуляції насіння біоінокулянтами в день сівби, коли прибавка врожайності насіння до контролю склала, відповідно, 0,36; 0,43; 0,30; 0,31 т/га.

Найкращі результати за врожайністю при всіх термінах обробки насіння (+ 0,23, + 0,36, + 0,43 т/га) були отримані у варіанті з використанням біоінокулянта Андеріз, 2 л/т + Різосейв 1 л/т.

Висновки 

Передпосівна обробка насіння сої біоінокулянтами, як у день сівби, так і за 40–45 діб до неї, стимулювала утворення бульбочкових бактерій на коренях рослин, сприяла розвитку кореневої системи, позитивно впливаючи на індивідуальну продуктивність та врожайність насіння сої. Прибавка врожайності насіння до контролю становила 0,15–0,43 т/га, або 7,0–20,0 %.

Збільшення терміну завчасної обробки насіння сої призводило до послаблення позитивного впливу біоінокулянтів на формування симбіотичного апарату рослин, їхню індивідуальну продуктивність та врожайність насіння. При обробці в день сівби прибавка врожайності насіння до контролю становила 14,0–20,0 %, за 19–21 добу — 10,0–16,0 %, а за 40–45 діб — 7,0–11,0 %.

Найбільш ефективною виявилася передпосівна обробка насіння препаратом Андеріз, 2,0 л/т + Різосейв, 1,0 л/т. Прибавка врожайності насіння до контролю становила при обробці в день сівби 0,43 т/га (20,0 %), за 19–21 добу — 0,36 т/га (16,0 %), за 40–45 діб — 0,23 т/га (10,0 %).

С. Кобак, кандидат с.-г. наук, с.н.с., завідувачка лабораторії технології вирощування сої та зернобобових культур,
В. Чорна, кандидат с.-г. наук, старший науковий співробітник лабораторії технології вирощування сої та зернобобових культур, Інститут кормів та сільського господарства Поділля НААН

А. Дацько, кандидат с.-г. наук, науковий співробітник відділу наукових кадрів аспірантури та правового забезпечення, Інститут овочівництва і баштанництва НААН України