The influence of various plant protection systems on micromycetes in potato cultivation in the conditions of the lower Volga region

Full Text

Нижнее Поволжье расположено в аридной климатической зоне. Высокие температуры и малое количество атмосферных осадков формируют жесткие условия для ведения сельского хозяйства. Для того чтобы нивелировать их неблагоприятное влияние на рост и развитие культурных растений, применяют различные системы орошения. При этом дополнительное увлажнение способствует развитию и распространению фитопатогенов [1].

Картофель – одна из важнейших сельскохозяйственных культур, которая вносит существенный вклад в обеспечение продовольственной безопасности страны. Обладая высокой пластичностью, культура способна формировать высокую урожайность, в том числе в условиях крайне засушливого климата Нижнего Поволжья. Однако картофель сильно восприимчив к большому числу патогенов. Это обусловлено высоким содержанием в клубнях воды и крахмала, что формирует благоприятную среду для развития микроорганизмов [2]. Микромицеты – основной биотический стрессор, действие которого приводит к потере урожайности при выращивании культуры и хранении продукции [3].

Поскольку картофель размножается вегетативным путем, первичным источником инфекции считают семенные клубни. Кроме того, благодаря сапрофитному типу питания и разнообразию клеточных структур, обеспечивающих размножение, микромицеты способны долгое время сохраняться в почве [4].

Согласно анализу урожая, выращенного в Саратовской области в 2018–2021 гг., основными патогенами в клубнях были Rhizoctonia sp., Alternaria sp. и Phytophthora sp. [5]. В 2019 г. в Республике Татарстан доля пораженного Fusarium sp. урожая составила 18,8…35 % [4]. В микрофлоре 152 образцов зараженного картофеля, собранных в разных регионах Алжира, было выявлено 13 видов Fusarium sp. и Neocosmospora sp. [6]. Таким образом, распространение патогенных микромицетов не зависит от почвенно-климатических условий.

Для защиты картофеля от патогенов применяют биологические и химические препараты [7, 8]. При этом в зависимости от условий окружающей среды некоторые химические соединения могут находиться в почве более 10 лет и мигрировать в воду, воздух и растения, тем самым влияя на здоровье населения. Использование химических средств для защиты растений от патогенов оказывает сильное негативное влияние на агробиоценоз. Это происходит из-за разрушения структуры биоценоза и появление у патогенных микроорганизмов устойчивости к применяемым средствам, из-за чего возникает необходимость в большем расходе препарата или применении новых химических соединений. Нарушение структуры биоценоза также приводит к снижению биоресурной функции почв, которая обеспечивает секвестрацию углерода, минерализацию органических соединений и играет важную роль в поддержании питания растений [9].

В качестве альтернативы химическим веществам возможно использование биологических препаратов, которые содержат активные комплексы метаболитов и живые культуры микроорганизмов [10, 11, 12]. Их действие селективно, направлено против определенных патогенов и не влияет на сапрофитные микроорганизмы. Однако использование таких препаратов требует определенных условий среды и соблюдения ряда правил для достижения оптимального эффекта [13, 14]. Интегрированная система защиты растений предусматривает применение химических средств защиты растений в сочетании с биологическими.

Например, использование биологических препаратов при выращивании картофеля в Краснодарском крае способствовало частичному балансированию состава почвенных микроорганизмов, улучшало биометрические показатели растений, повышало урожайность и качество клубней. Применение биопрепарата СХП1 на территории Астраханской области увеличивало полевую всхожесть картофеля на 14,8 %, урожайность – на 19,8 %. Кроме того, препарат был эффективен против Alternaria sp. [15].

Таким образом, результаты исследований, проведенных в различных регионах, свидетельствуют об эффективности применения биологических средств защиты растений картофеля. Однако для условий Нижнего Поволжья не установлены закономерности их воздействия на микробиологическое состояние почвы при орошении.

Цель исследования – установить влияние химической и биологической систем защиты растений на содержание микромицетов в почве при выращивании картофеля на орошении в Нижнем Поволжье.

Методика. Исследования проводили в 2021–2023 гг. в Советском районе города Волгограда в посадках картофеля сорта Гулливер. Схема опыта предусматривала изучение трех вариантов системы защиты растений (СЗР) – биологической, химической (контроль) и интегрированной.

При биологической СЗР осуществляли следующие мероприятия:

клубни перед посадкой обрабатывали препаратами Геостим Фит А (3л/т), Геостим Фит Ж (2 л/т), Гумел Люкс (2 л/т) и Гелиос Супер (2 л/т) в баковой смеси; при появлении единичных всходов проводили обработку баковой смесью препаратов Геостим Фит Ж (1,5 л/га) в сочетании с БСка-3 (4 л/га) и Импровер (50 мл/га), после чего выполняли междурядную обработку для заделки биологических препаратов в прикорневую область;

вегетирующие растения в фазы активного роста, смыкания в рядке, бутонизации и цветения опрыскивали биопрепаратами в составе баковой смеси: Геостим Фит Ж (1,5 л/га), БСка-3 (4 л/га), Импровер (50 мл/га), Бфтим (4 л/га), Гумел Люкс (1,0 л/га), Гелиос Азот (3,0 л/га), Гелиос Трио (0,5 л/га) и Гелиос Супер (2 л/га). При превышении численности колорадского жука экономического порога вредоносности добавляли Инсетим (4,0 л/га) [16].

Химическая СЗР (контроль) предусматривала следующие мероприятия:

обработка клубней инсектицидом Максим в дозе 0,2 л/т;

при смыкании рядов растений опрыскивание фунгицидом Ревус, КС (0,6 л/га) в сочетании с инсектицидом Регент, ВДГ (0,025 л/га);

в фазах бутонизации и цветения обработка фунгицидом Луна Транкливити (0,6 л/га) и инсектицидом Регент, ВДГ (0,025 л/га) [16].

Интегрированная система заключалась в применении биологической схемы и дополнительной обработке клубней перед посадкой фунгицидом Максим (0,2 л/т).

Почва участка – светло-каштановая тяжелосуглинистая. Мощность гумусового горизонта – 0,00…0,26 м. Содержание гумуса в пахотном горизонте низкое – 1,19 %. Почва участка характеризуется низкой обеспеченностью гидролизуемым азотом – 31,0 мг/кг почвы (по Шмелевой и Тютереву), средней – подвижным фосфором – 44,0 мг/1,0 кг почвы (P₂O₅, по Мачигину) и повышенной – калием – 316,0 мг/кг почвы (K₂O, ГОСТ 2642785 в модификации ЦИНАО). Реакция почвенного раствора (рH) 7,4. Сумма обменных оснований (S) – 42,1 мг-экв./100 г почвы (по Каппену).

В период вегетации картофеля в 2021 г. сумма атмосферных осадков составляла 42 % (Σ=202,8 мм), в 2022 и 2023 гг. – 61 % (Σ=162,8 мм) и 73 % (Σ=136,8 мм) от среднемноголетней нормы соответственно. При этом гидротермический коэффициент (ГТК) в 2021 г. был равен 0,6; в 2022 и 2023 гг. – 0,4.

Посадку в 2021 г. проводили 6 мая, в 2022 г. – 19 мая и в 2023 г. – 5 мая, уборку – соответственно 17, 27 и 21 сентября. Способ полива – дождевание. Водный режим почвы поддерживали на уровне не ниже 80 % НВ в слое 0,4 м.

Предшественник – соя. Опыт закладывали методом расщепленных делянок при одноярусном систематическом размещении вариантов. Повторность опыта трехкратная, учетная площадь делянки по системе защиты растений 294 м².

Качество семенного материала на всхожесть определяли по ГОСТ 12038-84. Фитопатологическую оценку клубней проводили по ГОСТ 59551-2021. Статистическую обработку данных выполняли с использованием U-критерия Манна – Уитни.

Результаты и обсуждение. Перед посадкой картофеля количество Penicillinum sp., которые выступают антагонистами грибов рода Fusarium ssp. [17], в почве в 2022 и 2023 гг. было больше, чем в 2021 г., на 21 и 31 %. Грибы рода Thrichoderma sp. отмечали в почвенных образцах 2023 г., а в 2021 и 2022 гг. их не обнаружили. Thrichoderma sp. используют для оздоровления почв, поскольку представители этого рода выделяют вещества, которые способствуют разложению растительных остатков, и супрессивные соединения, ингибирующие развитие фитопатогенов [18]. Количество Aspergillus sp. почве в 2022 и 2023 гг., было меньше, чем в 2021 г., на 93,7 % и 74,1 % соответственно. Aspergillus sp. относят к высшим плесневым грибам, которые встречаются преимущественно в почвах южной зоны [19]. Количество Rhizopus sp. в 2023 г., по сравнению с 2021 г., было меньше на 69,1 %, а в 2022 г. они отсутствовали. Представители этого рода – нитчатые сапрофитные грибы – растут во влажном и теплом климате [20]. Увлажнение почвы при выращивании сельскохозяйственных культур на территории Нижнего Поволжья способствует созданию благоприятной среды для их развития. Численность представителей рода Fusarium sp. в 2022 г. была больше, чем в 2021 г., на 71 %, а в 2023 г. – меньше на 23,4 % (табл. 1).

 

Таблица 1. Количество микромицетов в почве перед посадкой картофеля и после уборки на фоне применения различных средств защиты, тыс. КОЕ/г абсолютно сухой почвы

Год	Penicillinum	Thrichoderma	Aspergillus	Rhizopus	Fusarium
Перед посадкой
2021	33,6	0	19,7	8,1	5,8
2022	40,9	0	1,2	0	9,9
2023	44,2	2,5	5,1	2,5	7,6
Среднее	39,6±3,1b*	0,8±0,8 b	8,7±5,6a	3,5±2,4a	7,8±1,2 b
Биологическая СЗР
2021	59,6	4,7	7,0	0,0	26,9
2022	65,9	5,1	0,0	3,8	16,5
2023	77,7	2,6	3,9	0,0	18,1
Среднее	67,7±5,3a	4,1±0,8a	3,6±2b	1,3±1,2b	20,5±3,2a
Химическая СЗР
2021	72,3	1,1	0,0	3,4	45,2
2022	34,1	1,2	2,4	2,4	30,5
2023	64,8	1,3	0,0	8,9	12,7
Среднее	57,1±11,7a	1,2±0,1b	0,8±0,8b	4,9±2a	29,5±9,4a
Интегрированная СЗР
2022	47,6	2,4	0,0	1,2	30,5
2023	54,4	1,3	2,6	2,6	47,9
Среднее	34,0±3,4b	1,2±0,5 b	0,9±1,3b	1,3±0,7b	26,1±8,7a

*Здесь и в табл. 2 разными буквами обозначены величины, которые статистически значимо различаются по U-критерию Манна – Уитни при p ≤ 0,05.

 

В целом наибольшее количество сапрофитных микроорганизмов перед посадкой наблюдали в 2021 и 2023 гг. – соответственно 91,8 % и 87,8 % от общей численности микрофлоры. Однако в 2022 г. доля патогенных микромицетов достигала 28,07 %. Степень зараженности посадочного материала Fusarium sp., Alternaria sp. и бактериями во все годы исследования была высокой.

После сбора урожая картофеля количество почвенных микромицетов менялось в зависимости от используемого способа защиты растений. Доля сапрофитных микромицетов при использовании биологических препаратов снижалась на 11,8 %, а в вариантах с химической и интегрированной системами – на 27,2 и 28,9 % (табл. 2).

 

Таблица 2. Доля сапрофитных и паразитарных микромицетов в почве после применения различных средств защиты

Система защиты	Год	Сапрофитные микромицеты, %	Паразитарные микромицеты, %
Перед посадкой	2021	91,8	8,2
	2022	71,9	28,1
	2023	87,8	12,2
	среднее	83,8±6,1а	16,6±6,1а
Биологическая	2021	63,7	36,6
	2022	78,9	21,1
	2023	79,3	20,7
	среднее	73,9±5,1а	26,1±5,2а
Химическая	2021	50,3	49,7
	2022	47,1	52,9
	2023	85,7	14,3
	среднее	61±12,4ab	38,9±12,4 ab
Интегрированная	2022	64,3	35,7
	2023	55	45
	среднее	59,6±4,7b	40,3±4,7b

 

Количество Penicillinum sp. в почве при использовании биологической системы защиты растений было больше, чем в варианте с химической, на 15,6 %, с интегрированной – на 49 %. Средняя численность Thrichoderma sp. при применении биологических средств была на 70 % больше, чем при использовании химических веществ и интегрированной системы. Наибольшее количество Aspergillus sp. отмечено в варианте с биологической СЗР, после применения химической и интегрированной СЗР оно было ниже соответственно на 77,8 % и 75 %. Численность Rhizopus sp. на фоне биологической и интегрированной систем была одинаковой, а при использовании химических препаратов она была выше на 276 %. Наибольшее количество грибов рода Fusarium sp. отмечено при использовании химических соединений, при интегрированной системе и применении биологических препаратов оно было меньше соответственно на 11,5 % и 30,5 % (см. табл. 1).

Урожай характеризовался высокой зараженностью Fusarium sp. и бактериями при использовании всех трех изучаемых систем защиты. Степень зараженности клубней Alternaria sp. в варианте с биологической СЗР была меньше, чем при химической и интегрированной системах, Phoma sp. при использовании биологических и химических средств – ниже, чем в варианте с интегрированной защитой (табл. 3).

 

Таблица 3. Степень зараженности урожая при использовании различных систем защиты

Система защиты растений	Год	Микроорганизм
		Fusarium	Alternaria	Phoma	Бактерии
Биологическая	2021	+++	+	-*	+++
	2022	+++	++	+	+++
	2023	++	+	+	+
Химическая	2021	+++	++	-	+++
	2022	++	+++	+	+++
	2023	+++	+++	+	+++
Интегрированная	2022	+++	+++	++	+++
	2023	+++	+++	++	+++

*- – отсутствие заражения, + – низкая зараженность, ++ – средняя зараженность +++ – высокая зараженность.

 

Выводы. Использование различных систем защиты растений при выращивании картофеля в условиях Нижнего Поволжья влияет на состав почвенных микромицетов. Биологическая СЗР обеспечивает большее сохранение сапрофитных микромицетов в сравнении с химической. Так, численность представителей рода Penicillinum sp. в варианте с применением только биологических препаратов была выше, чем при использовании химических, на 15,6 %, Thrichoderma sp. – на 70 %, Aspergillus sp. – на 77,8 %, а микромицетов рода Fusarium sp. – меньше на 43,9 %.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России FNFR-2023–0001 «Комплексная оценка биологического потенциала перспективных отечественных сортов картофеля и разработка агротехнологии устойчивого производства семенных клубней для условий орошаемого земледелия».

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

В данной работе отсутствуют исследования человека или животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

About the authors

A. A. Novikov

All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture, Kostyakov Federal Scientific Center of Hydraulic Engineering and Amelioration

Author for correspondence.
Email: alexeynovikov@inbox.ru

доктор сельскохозяйственных наук

Russian Federation, Volgograd

K. A. Rodin

All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture, Kostyakov Federal Scientific Center of Hydraulic Engineering and Amelioration

Email: alexeynovikov@inbox.ru

кандидат сельскохозяйственных наук

Russian Federation, Volgograd

S. V. Melnik

All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture, Kostyakov Federal Scientific Center of Hydraulic Engineering and Amelioration

Email: alexeynovikov@inbox.ru
Russian Federation, Volgograd

A. S. Kazhgaliev

All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture, Kostyakov Federal Scientific Center of Hydraulic Engineering and Amelioration

Email: alexeynovikov@inbox.ru
Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files