UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
BBK 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
The biologization of plant growing in modern conditions is becoming an urgent trend in agriculture, which helps to reduce the pesticide load. An important aspect of the transition to organic farming is the use of fungicides based on living microorganisms and their metabolic products to curb the development of diseases. Studies were carried out to assess the effectiveness of modern biofungicides against leaf septoria (Septoria tritici) and yellow spot (Pyrenophora tritici-repentis) of winter wheat - Vitaplan, SP, Gamair, SP, Pseudobacterin-2, Zh, Rizoplan, Zh, Trichocin, SP, Fitosporin -M, SP. Fungicide Amistar Extra, SK was used as a chemical standard. The work was carried out in the conditions of the central zone of the Krasnodar Territory in 2019–2020 on the variety Grom, susceptible to leaf spots. The meteorological conditions of the first year of research were favorable for the development of pathogens of leaf spots. In the second year, conditions were extreme, both for the growth of wheat plants and for the development of phytopathogens. For two years of research, the most effective biofungicides against leaf septoria were Fitosporin-M, SP, Pseudobacterin-2, Zh and Vitaplan, SP, the biological effectiveness was 50.0%, 50.0% and 47.1%, respectively; against yellow spot - Vitaplan, SP and Trichocin, SP, biological efficiency was 48.4% and 45.9%. The use of biological fungicides made it possible to save from 2.5% (Gamair, SP) to 12.6% (Trichocin, SP) of the winter wheat grain yield in comparison with the control (without treatment). The high economic efficiency of the use of biofungicides was established, the maximum net profit was noted in the variant treated with Fitosporin - M, SP (9540 rubles / ha)
winter wheat (Triticum aestivum L.), leaves septorize, yellow spotty, biological fungicides, efficiency
Производство экологически безопасной продукции в растениеводстве в последние годы выступает приоритетной задачей. Для ее решения важно соблюдать ряд требований к выращиванию сельскохозяйственных культур, среди которых можно назвать применение средств биологического происхождения для борьбы с вредными организмами [1].
Ассортимент биофунгицидов, допущенных к использованию на посевах сельскохозяйственных культур, невелик. Согласно списку пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, против листовых заболеваний озимой пшеницы рекомендованы 12 препаратов на основе живых микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности [2].
Объем применения средств биозащиты растений в последние годы стал расти. В 2020 г. в России было обработано биофунгицидами 978 тыс. га. В лидеры по применению биопрепаратов вышел Южный федеральный округ, в котором их использовали на площади 333 тыс. га. На территории Краснодарского края фунгицидами было обработано 2169 тыс. га, в том числе биопрепаратами – 269 тыс. га [3].
Микробиологическая защита растений основана на использовании микроорганизмов, способных конкурировать с фитопатогенами. Наиболее эффективные их представители – штаммы бактерий Bacillus subtilis, Pseudomonas aureofaciens и Pseudomonas fluorescens, штаммы грибов Trichoderma harzianum [2].
Для использования на озимой пшенице зарегистрированы шесть фунгицидов на основе бактерии B. subtilis – Баксис, Ж; Бактофит, СК; Бактофорт, Ж; БисолбиСан, Ж; Витаплан, СП и Фитоспорин-М, Ж; один на основе B. amyloliquefaciens – БФТИМ КС-2, Ж [2]. Представители рода Bacillus spp. способны продуцировать большое количество вторичных метаболитов (белков, непептидных соединений, полипептидов и липопептидов) с антимикробными свойствами [4]. Механизмы действия на фитопатогены разных штаммов бактерий различны из-за продуцирования особых композиций активных веществ. Липопептиды служат основной группой соединений, обладающих антимикробной активностью, включающей фенгицины, итурины и поверхностно-активные вещества [5]. Их биоцидные свойства связывают со способностью формировать в цитоплазматической мембраны поры и разрушать ее [6]. Фенгицин ингибирует ферменты фосфолипазу и ароматазу и особенно активен в отношении нитчатых грибов. Сурфактин – поверхностно-активное вещество, которое используют в качестве антибиотика против бактерий, вирусов и грибов [7]. Кроме того, он относится к стимуляторам формирования биопленки, повышая локальную концентрацию антибиотиков [4]. Итурин – полипептидный антибиотик. Способен подавлять инфекцию благодаря взаимодействию со стеринами, фосфолипидами и олеиновой кислотой мембран
грибных клеток [6].
Фунгициды на основе бактерий Pseudomonas spp. – Псевдобактерин-2, Ж (P. aureofaciens) и Ризоплан, Ж. (P. fluorescens). Известно, что эти микроорганизмы синтезируют различные низкомолекулярные нативные метаболиты, подавляющие развитие фитопатогенов, включая сидерофоры, пирролнитрин, рамнолипиды, феназины, аминоптерины, птерины, индолы и др. [8]. Феназины играют важную роль в повышении иммунитета растений. Сидерофоры стимулируют рост растений. Хитиназы и β-1,3-глюканазы разрушают хитин и глюкан в клеточной стенке грибов [9].
Препараты на основе гриба Trichoderma – Трихоцин, СП (T. harzianum) и Трихоплант, СК (T. longibrachiatum). Гриб участвует в процессе разложения растительных остатков. Благодаря проникновению в верхние слои эпидермиса растений и выделяя ауксины, гибберелины, цитокинины, этилен и другие гормоны, стимулирует рост растений, увеличивая длину корней и повышая поглощение питательных веществ [10]. Trichoderma spp. продуцирует антибактериальные, противовирусные и противогрибковые соединения – трихотоксин, трихоконин, триходермин, трихорцианин, виридин и др. [11]. Синтезирует ферменты, разрушающие клеточную стенку патогенного гриба (целлюлаза, хитиназа и др.) [12].
Применение биофунгицидов на пшенице снижает развитие семенной инфекции, корневых гнилей, пятнистостей листьев, ржавчинных и головневых заболеваний, мучнистой росы.
Так, использование БисолбиСана в Иркутской области в норме 1 л/т в качестве протравителя семян позволило сформировать прибавку к урожаю 0,43 т/га [13]. В Ставропольском крае обработка растений озимой пшеницы фунгицидом Алирин Б, Ж способствовала сдерживанию развития гибеллинозной корневой гнили на 56,5 %, прибавка урожая к контролю составила 0,76 т/га [14]. В республике Татарстан протравливание перед посевом семян яровой пшеницы фунгицидом Алирин Б, Ж в норме 2 л/т обеспечило прибавку урожая 0,35 т/га [15]. В условиях Предкамья применение на серых лесных почвах Ризоплана, Ж для протравливания семян и обработки по вегетации способствовало прибавке урожая зерна на уровне 0,25 т/га, в условиях Закамья на выщелоченных черноземах – 0,33…0,37 т/га [16]. Биологическая эффективность Ризоплана, Ж на озимой пшенице в Воронежской области против септориоза составила 68,0 %, сохраненный урожай – 0,32 т/га [17]. В условиях лесостепи Алтайского края применение Псевдобактерина-2, СП и Ризоплана, Ж также оказывало положительное влияние на снижение развития септориоза и способствовало увеличению урожая до 2,15 т/га и 1,66 т/га соответственно [18]. Обработка вегетирующих растений яровой пшеницы в Омской области фунгицидом Фитоспорин-М, П в норме 2 кг/га сдерживала развитие мучнистой росы на
81,7 %, а бурой ржавчины – на 65,1…79,4 % при развитии болезни в контрольном варианте 10,2…14,6 % [19]. В Курганской области препарат Фитоспорин-М, Ж в норме 1 л/га показал биологическую эффективность на яровой пшенице в отношении возбудителей мучнистой росы и гельминтоспориоза листьев пшеницы 45,0 и 47,0 % соответственно, а прибавка урожайности составила 0,37 т/га [20]. В условиях Поволжья биологическая эффективность Бактофита, СК на озимой пшенице против бурой ржавчины в фазе флагового листа составила 60,0 %, септориоза листьев – 20,0 % [21].
Цель нашего исследования – оценка эффективности биологических фунгицидов Витаплан, СП, Гамаир, СП, Псевдобактерин-2, Ж, Ризоплан, Ж, Трихоцин,СП, Фитоспорин-М, СП против септориоза и желтой пятнистости листьев озимой пшеницы в условиях центральной зоны Краснодарского края.
Условия, материалы и методы. Работу
проводили на опытном поле Федерального научного центра биологической защиты растений (ФНЦБЗР, г. Краснодар) на естественном инфекционном фоне развития болезней на озимой мягкой пшенице сорта Гром, селекции Национального центра зерна им. П.П. Лукьяненко. Сорт восприимчив к бурой и желтой ржавчине, пятнистостям листьев и фузариозу колоса [22]. В опыте использовали шесть биологических фунгицидов: Витаплан, СП, Гамаир, СП, Псевдобактерин-2, Ж, Ризоплан, Ж, Трихоцин, СП, Фитоспорин-М, СП. Препараты разрешены для применения на территории РФ, широко используются и эффективны против ряда патогенов. В качестве химического стандарта применяли фунгицид Амистар Экстра, СК с нормой 0,8 л/га. Контроль – без обработки (табл. 1). Варианты были размещены рендомизированным способом в 3-кратной повторности, площадь каждой делянки составляла 6 м2 [23].
Обработку фунгицидами проводили ручным опрыскивателем в фазах флагового листа (Z 37…39), конца колошения (Z 57…59) и молочной спелости (Z 75…77), расход рабочего раствора 300 л/га. Учеты осуществляли через 10 дней после обработки и далее с интервалом 10…14 дней. Для определения степени поражения пятнистостями использовали шкалу Саари и Прескотта [24]. Расчет биологической эффективности проводили по формуле Аббота [23].
В 2019 вегетационном году метеорологические условия складывались благоприятно для развития фитопатогенов на озимой пшенице. С начала февраля до конца мая влажность воздуха была высокой (в пределах 65…90 %), а температуры долго держались в пределах оптимума для развития патогенов. В первой декаде июня сложились оптимальные условия для развития желтой пятнистости листьев пшеницы (рис. 1).
В 2020 г. отмечены экстремальные погодные условия, как для развития фитопатогенов, так и для роста растений. Зима была бесснежная и теплая с частыми оттепелями. В феврале средняя температура воздуха днем достигала + 9 ℃, но в конце 1 декады этого месяца в течение трех дней отмечали заморозки до -11 ℃. В весенний период отмечали значительный недобор влаги: с первой декады марта по третью декаду апреля выпало 7,2 мм осадков (см. рис. 1 ).
Результаты и обсуждение. Интенсивное развитие заболеваний в течение вегетации – один из основных факторов потери урожаев. Для своевременного сдерживания фитопатогенов важно проводить регулярный мониторинг
посевов.
За период исследования на озимой пшенице отмечены септориоз листьев и желтая пятнистость. В среднем по годам в фазе цветения развитие S. tritici в контроле достигало 3,5 %, после чего оно снижалось и в фазе восковой спелости заболевания не обнаружено. Возбудитель P. tritici-repentis в годы исследования развивался с разной интенсивностью. В 2019 г. первые проявления желтой пятнистости листьев отмечены в фазе колошения. Значительное развитие заболевания отмечено с фазы конца цветения до восковой спелости – до 16,0 %. В 2020 г. развитие возбудителя было менее интенсивным и в фазе восковой спелости достигало 3,5 %.
В годы исследований биологическая эффективность биофунгицидов против септориоза листьев варьировала от 41,4 % до 50,0 % (рис. 2). Лучшие результаты обеспечило применение Фитоспорина-М, СП (50,0 %) и Псевдобактерина-2, Ж (50,0 %). Эффективность химического стандарта Амистар Экстра, СК составила 91,4 %.
Против желтой пятнистости листьев пшеницы биологическая эффективность биофунгицидов была ниже и варьировала от 36,8 % (Гамаир, СП) до 48,4 % (Витаплан, СП), При этом у химического препарата Амистар Экстра, СК она достигала 81,0 %.
Анализ полученных данных свидетельствует о положительном влиянии изученных биологических фунгицидов на урожайность озимой пшеницы (табл. 2). В частности, масса 1000 зерен в вариантах с использованием биологических средств защиты варьировала от 32,6 г (Витаплан, СП) до 33,7 г (Псевдобактерин-2, Ж), против 31,8 г в контроле. В варианте с химическим стандартом Амистар Экстра, СК величина этого показателя составляла 35,0 г.
Применение биопрепаратов способствовало сохранению части урожая озимой пшеницы. Сбор зерна культуры при их использовании варьировал от 5,73 т/га (Гамаир, СП) до 6,29 т/га (Фитоспорин - М, СП). В контроле урожайность составляла 5,59 т/га, в варианте с применением химического стандарта Амистар Экстра, СК – 6,54 т/га.
Таким образом, обработка посевов озимой пшеницы биофунгицидом Трихоцин, СП позволила сохранить 12,6 % урожая зерна озимой пшеницы, Фитоспорин-М, СП – 11,9 %, Псевдобактерин-2, Ж – 7,8 %. В варианте с химическим фунгицидом Амистар Экстра, СК прибавка составила 17,0 % (рис. 3).
Установлена высокая экономическая эффективность применения биофунгицидов Псевдобактерин – 2, Ж, Трихоцин, СП и Фитоспорин – М, СП. При средней цене зерна озимой пшеницы 15 руб./кг чистая прибыль в вариантах, обработанных этими препаратами, составила 6195, 8730 и 9540 руб./га соответственно. При использовании химического стандарта Амистар Экстра, СК величина этого показателя была равна 7380 руб./га.
Выводы. Результаты исследований свидетельствуют о значительной эффективности применения биофунгицидов против листовых заболеваний озимой пшеницы. Против септориоза листьев лучший в опыте результат обеспечили Фитоспорин-М, СП (50,0 %) и Псевдобактерин-2, Ж (50,0 %); против желтой пятнистости – Витаплан, СП (48,4 %). Применение биологических фунгицидов позволило сохранить от 0,14 т/га (Гамаир, СП) до 0,70 т/га (Трихоцин, СП) урожая зерна озимой пшеницы, в сравнении с контролем (без обработки).
Использование биологических фунгицидов на озимой пшенице в фазы флагового листа, конца колошения и молочной спелости обеспечивает защиту против комплекса патогенов и способствует снижению пестицидной нагрузки на агроэкосистему.
Cведения об источнике финансирования. Исследования выполнены в рамках Государственного задания № 075-00376-19-00 Министерства науки и высшего образования РФ по теме № 0495 – 2019 – 0002.
1. Federal Law of August 3, 2018 N 280-FZ "On organic products and on amendments to certain legislative acts of the Russian Federation"
2. Directory of pesticides and agrochemicals approved for use in the Russian Federation (2021). Access mode http://www.agroxxi.ru/goshandbook
3. Review of the phytosanitary state of agricultural crops in the Russian Federation in 2020 and the forecast of the development of harmful objects in 2021 / ed. D.N. Govorova. Moscow: Plant Protection and Quarantine, 2021.132 p.
4. Sidorova T.M., Asaturova A.M., Khomyak A.I. Biologically active metabolites of Bacillus subtilis and their role in the control of phytopathogenic microorganisms // Agricultural biology. 2018.Vol. 53. No. 1. P. 29–37. doi: 10.15389 / agrobiology.2018.1.29rus.
5. Arroyave-Toro J. J., Mosquera S., Villegas-Escobar V. Biocontrol activity of Bacillus subtilis EA-CB0015 cells and lipopeptides against postharvest fungal pathogens // Biological Control. 2017. Vol. 114. P. 195-200. doi: 10.1016 / j.biocontrol. 2017.08.014
6. Prospects for the use of bacteria - producers of lipopeptides for plant protection (review) / I.V. Maximov, B.P. Singh, E.A. Cherepanova et al. // Applied Biochemistry and Microbiology. 2020.Vol. 56. No. 1. P. 19–34.
7. Prazdnova E.V., Andriyanov A.I., Vasilchenko N.G., Neribosomal synthesized metabolites and genetic mechanisms of their synthesis in the implementation of the fungicidal effect of bacteria of the river. Bacillus and Paenibacillus (review) // Living and Bioinert Systems. 2018. No. 25. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue225/aricle26
8. Multi-stress tolerant plant growth promoting Pseudomonas spp. MCC 3145 producing cytostatic and fungicidal pigment / S. Patil, M. Nikam, T. Anokhina, et al. // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2017. Vol. 10. P. 53–3. ISSN 1878-8181. doi.org/10.1016/j.bcab.2017.02.006.
9. David B.V., Chandrasehar G., Selvam P.N. Pseudomonas fluorescens: A plant-growth-promoting rhizobacterium (pgpr) with potential role in biocontrol of pests of crops // Crop improvement through microbial biotechnology. 2018. P. 221–243. doi: 10.1016 / b978-0-444-63987-5.00010-4
10. Zin Nur A., Badaluddin Noor A. Biological functions of Trichoderma spp. for agriculture applications // Annals of Agricultural Sciences. 2020. Vol. 65 (2). P. 168-178. ISSN 0570-1783. doi.org/ 10.1016 / j.aoas. 2020.09.003.
11. Al-Ani L.K.T. Bioactive secondary metabolites of trichoderma spp. for efficient management of phytopathogens // Secondary metabolites of plant growth promoting rhizomicroorganisms: Discovery and Applications. Springer Nature Singapore Pte, Ltd. 2019. Ch. 7. P. 125-143. doi: 10.1007 / 978-981-13-5862-3_7.
12. Plant defense against fungal pathogens by antagonistic fungi with Trichoderma in focus / M. Adnan, W. Islam, A. Shabbir, et al. // Microbial pathogenesis. 2019. Vol. 129. P. 7-18. ISSN 0882-4010. doi.org/ 10.1016 / j.micpath. 2019.01.042.
13. Efficiency of tank mixtures for pre-sowing treatment of spring wheat seeds. Razin, O. G. Dyatlova, T.A. Ryabchinskaya et al. // Plant protection and quarantine. 2018. No. 8. P. 26–27.
14. Protection of winter wheat from gibellinous rot / A.P. Shutko, L.V. Tuturzhans, L.A. Mikhno and others.// Agriculture. 2019. No. 7. P. 45–47. doi: 10.24411 / 0044-3913-2019-10712.
15. Amirov M.F. Formation of the yield of spring soft wheat using biological preparations and mineral fertilizers // Bulletin of Kazan State Agrarian University. 2017.Vol. 12.No. 2.P. 5–8.
16. Amirov M.F., Garaev R.I. The influence of various biological agents on the yield and grain quality of spring wheat // The role of agronomic science in the optimization of technologies for the cultivation of agricultural crops: materials int. scientific-practical conf., 19–22 nov. 2019 / comp :. I.Sh. Fatykhov. - Izhevsk: FGBOU VO Izhevsk State Agricultural Academy, 2020. - Agronomy. - 44-49.
17. Khrykina D.A., Illarionov A.I. The effectiveness of microbiological fungicides against septoria in winter wheat // Youth vector for the development of agricultural science: materials of the 69th studio. scientific. Conf., Voronezh, March 12-22, 2018. - Voronezh: Voronezh State Agrarian University named after V.I. Emperor Peter I, 2018, pp. 133 - 136. ISBN 978-5-7267-1000-6.
18. Manylova O.V., Zharkova S.V. Influence of biological fungicides on the yield and development of septoria blight on wheat crops // International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2020. No. 1-1 (40). 142-144. doi: 10.24411 / 2500-1000-2020-10035.
19. Grishechkina L.D., Dolzhenko V.I. Regulation of micromycete complexes on wheat by biological agents // Information bulletin of the VPRS MOBB. 2017. No. 52 pp. 90–93.
20. Kekalo A.Yu. Reducing the pesticide load on the wheat field in the Trans-Urals // State and prospects for the development of seed production in the Russian Federation in modern conditions: materials of the Int. scientific-practical conf. within the framework of the forum “Science. Seeds. Technologies". - LLC "Typography" Dammi ". 2020.S. 32-38.
21. Spiridonov Yu.Ya. Development of an integrated technology for protecting field crops from diseases, pests and weeds based on biological and chemical methods // Agrarian Scientific Journal. 2017. no. 9, pp. 37-42.
22. Wheat and triticale varieties of the Krasnodar Research Institute of Agriculture named after P.P. Lukyanenko: Catalog / L. A. Bespalova, A. A. Romanenko, F. A. Kolesnikov [and others]; KNIISH them. P.P. Lukyanenko. - Krasnodar: EDVI, 2017.167 p. - ISBN 9785906563255.
23. Guidelines for registration tests of fungicides in agriculture / ed. IN AND. Dolzhenko. SPb: VIZR, 2009.378 p.
24. Saari EE, Prescott JM A scale for appraising the foliar intensity of wheat diseases // Plant Dis. Rep. 1975. Vol. 59. P. 377-380.
