УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
Биологизация растениеводства в современных условиях становится актуальным направлением в сельском хозяйстве, что способствует снижению пестицидной нагрузки. Важным аспектом перехода к органическому земледелию выступает использование фунгицидов на основе живых микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Исследования проводили с целью оценки эффективности современных биофунгицидов Витаплан, СП, Гамаир, СП, Псевдобактерин-2, Ж, Ризоплан, Ж, Трихоцин, СП, Фитоспорин-М, СП против септориоза листьев (Septoria tritici) и желтой пятнистости (Pyrenophora tritici-repentis) озимой пшеницы. В качестве химического стандарта использовали фунгицид Амистар Экстра, СК. Работу выполняли в условиях центральной зоны Краснодарского края в 2019–2020 гг. на восприимчивом к пятнистостям листьев сорте Гром. В 2019 г. погода была благоприятной для развития возбудителей пятнистостей листьев, в 2020 г. метеоусловия оказались экстремальными, как для роста растений пшеницы, так и для развития фитопатогенов. В среднем за два года исследований наиболее эффективными в опыте биофунгицидами против септориоза листьев были Фитоспорин-М, СП, Псевдобактерин-2, Ж и Витаплан, СП, биологическая эффективность которых составила 50,0 %, 50,0 % и 47,1 % соответственно, против желтой пятнистости – Витаплан, СП и Трихоцин, СП с биологической эффективностью 48,4 % и 45,9 %. Применение биологических фунгицидов позволило сохранить от 2,5 % (Гамаир, СП) до 12,6 % (Трихоцин, СП) урожая зерна озимой пшеницы, в сравнении с контролем (без обработки). Установлена высокая экономическая эффективность применения биофунгицидов, максимальная в опыте чистая прибыль отмечена в варианте с обработкой препаратом Фитоспорин-М, СП (9540 руб./га)
озимая пшеница (Triticum aestivum L.), септориоз листьев, желтая пятнистость, биологические фунгициды, эффективность
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. Федеральный закон от 3 августа 2018 г. N 280-ФЗ «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации (2021 г.). URL: http://www.agroxxi.ru/goshandbook (дата обращения: 30.03.2021).
3. Обзор фитосанитарного состояния посевов сельскохозяйственных культур в Российской Федерации в 2020 году и прогноз развития вредоносных объектов в 2021 году / под ред. Д.Н. Говорова. М.: Защита и карантин растений, 2021. 132 с.
4. Сидорова Т.М., Асатурова А.М., Хомяк А.И. Биологически активные метаболиты Bacillus subtilis и их роль в контроле фитопатогенных микроорганизмов // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. № 1. С. 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. Р. 195–200. doi: 10.1016/j.biocontrol. 2017. 08.014
6. Перспективы применения бактерий – продуцентов липопептидов для защиты растений (обзор) / И.В. Максимов, Б.П. Сингх, Е.А. Черепанова и др. // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. № 1. С. 19–34.
7. Празднова Е.В., Андриянов А.И., Васильченко Н.Г., Нерибосомально синтезируемые метаболиты и генетические механизмы их синтеза в реализации фунгицидного эффекта бактерий р. Bacillus и Paenibacillus (обзор) // Живые и биокосные системы. 2018. № 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. 53–63. 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. Р. 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. Р. 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. Эффективность баковых смесей для предпосевной обработки семян яровой пшеницы / А.А. Разина, О.Г. Дятлова, Т.А. Рябчинская и др. // Защита и карантин растений. 2018. № 8. С. 26–27.
14. Защита озимой пшеницы от гибеллинозной гнили / А.П. Шутко, Л.В. Тутуржанс, Л.А. Михно и др. // Земледелие. 2019. № 7. С. 45–47. doi: 10.24411/0044-3913-2019-10712.
15. Амиров М.Ф. Формирование урожая яровой мягкой пшеницы при использовании биологических препаратов и минеральных удобрений // Вестник Казанского ГАУ. 2017. Т. 12. № 2. С. 5–8.
16. Амиров М.Ф., Гараев Р.И. Влияние различных биологических агентов на урожайность и качество зерна яровой пшеницы // Роль агрономической науки в оптимизации технологий возделывания сельскохозяйственных культур: материалы межд. науч.-практ. конф., 19–22 нояб. 2019 года / сост. И.Ш. Фатыхов. Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2020. Агрономия. С 44–49.
17. Хрыкина Д.А., Илларионов А.И. Эффективность микробиологических фунгицидов против септориоза озимой пшеницы // Молодежный вектор развития аграрной науки: материалы 69-й студ. науч. конф., Воронеж, 12–22 марта 2018 года. Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2018. С 133–136 с. ISBN 978-5-7267-1000-6.
18. Манылова О.В., Жаркова С.В. Влияние биологических фунгицидов на урожайность и развитие септориоза на посевах пшеницы // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2020. № 1-1 (40). С 142–144. doi: 10.24411/2500-1000-2020-10035.
19. Гришечкина Л.Д., Долженко В.И. Регулирование комплексов микромицетов на пшенице биологическими средствами // Информационный бюллетень ВПРС МОББ. 2017. № 52 С. 90–93.
20. Кекало А.Ю. Снижение пестицидной нагрузки на пшеничное поле в условиях Зауралья // Состояние и перспективы развития семеноводства в Российской Федерации в современных условиях: материалы межд. науч.-практ. конф. в рамках форума «Наука. Семена. Технологии». Курган: ООО «Типография «Дамми». 2020. С. 32–38.
21. Спиридонов Ю.Я. Разработка интегрированной технологии защиты посевов полевых культур от болезней, вредителей и сорняков на основе биологических и химических методов //Аграрный научный журнал. 2017. №. 9. С. 37–42.
22. Сорта пшеницы и тритикале Краснодарского НИИСХ имени П.П. Лукьяненко: Каталог / Л. А. Беспалова, А. А. Романенко, Ф. А. Колесников и др. Краснодар: ЭДВИ, 2017. 167 с.
23. Методические указания по регистрационным испытаниям фунгицидов в сельском хозяйстве / под ред. В.И. Долженко. СПб: ВИЗР, 2009. 378 с.
24. Saari E.E., Prescott J.M. A scale for appraising the foliar intensity of wheat diseases // Plant Dis. Rep. 1975. Vol. 59. P. 377–380.
