Мікробні інокулянти як засіб покращення ґрунту та врожайності сільськогосподарських культур
Анотація
У статті наведено результати досліджень впливу мікробних інокулянтів Rhizobium japonicum та Azospirillum brasilense на ріст і розвиток сої (Glycine max) на початкових етапах її розвитку. Дослідження проводили на трьох дослідних ділянках: контрольній без обробки, ділянці з інокулянтом Rhizobium japonicum та ділянці з інокулянтом Azospirillum brasilense. Оцінювали основні показники: висоту рослин, кількість листків, розвиток кореневої системи та загальну біомасу на різних етапах росту рослин, а також лабораторний аналіз вмісту азоту в тканинах рослин. Результати дослідження показали, що інокулянти мали значний вплив на всі виміряні параметри порівняно з контрольною ділянкою. Зокрема, рослини на ділянці з Rhizobium japonicum показали на 50 % більший ріст і розвиток кореневої системи, що підтверджувалося утворенням кореневих бульбочок, відповідальних за фіксацію азоту. Azospirillum brasilense також покращував ріст рослин і розвиток кореневої системи, але його ефект був менш вираженим порівняно з Rhizobium japonicum. Аналіз вмісту азоту показав, що рослини на ділянці Rhizobium japonicum мали на 45 % вищий вміст азоту в тканинах порівняно з контрольною ділянкою, що свідчить про ефективну фіксацію азоту. У рослинах, оброблених Azospirillum brasilense, вміст азоту також був на 25 % вищим, але без утворення бульбочок ефект був менш вираженим. Метою дослідження було оцінити ефективність використання мікробних інокулянтів для покращення росту та розвитку рослин на початкових етапах вегетації, дослідити їхній вплив на продуктивність кореневої системи, поглинання азоту та загальну біомасу рослин, а також визначити оптимальні умови для максимального впливу інокулянтів у сільськогосподарських умовах. Отримані результати підкреслюють важливість використання мікробних інокулянтів для підвищення продуктивності та стійкості сої на початкових етапах її розвитку. Застосування Rhizobium japonicum забезпечило більший приріст біомаси, кореневої системи та засвоєння азоту, що робить цей інокулянт більш ефективним порівняно з Azospirillum brasilense
Ключові слова
соя; азотфіксація; атмосфера; клімат; хімічні добрива
[1] Agriculture, forestry and fishery. (2024). Retrieved from http://surl.li/nxwtdb.
[2] Alessandro, L.B., Marcos, V.R.M., Bernardo, A., Artur, B.L.R., Fabiane, P., Luciane, M.M., Fernanda, G., Tárik, H.Y., Fernanda, G., Vinícius, T.Á., De Figueiredo Fernanda, M.R.S., & Raul, A. (2023). Influence of seed co-inoculation with Bradyrhizobium species and Azospirillum brasilense on soybean development in Southern and Southeastern Brazil. African Journal of Agricultural Research, 19(1), article number 42888D870239. doi: 10.5897/ AJAR2022.16234.
[3] Bais, J., Kandel, H., DeSutter, T., Deckard, E., & Keene, C. (2023). Soybean response to N fertilization compared with co-inoculation of Bradyrhizobium japonicum and Azospirillum brasilense. Agronomy, 13(8), article number 2022. doi: 10.3390/agronomy13082022.
[4] Barbosa, J.Z., Hungria, M., Da Silva Sena, J.V., Poggere, G., Reis, A.R.D., & Corrêa, R.S. (2021). Meta-analysis reveals benefits of co-inoculation of soybean with Azospirillum brasilense and Bradyrhizobium spp. in Brazil. Applied Soil Ecology, 163, article number 103913. doi: 10.1016/j.apsoil.2021.103913.
[5] Bizos, G., Papatheodorou, E.M., Chatzistathis, T., Ntalli, N., Aschonitis, V.G., & Monokrousos, N. (2020). The role of microbial inoculants on plant protection, growth stimulation, and crop productivity of the olive tree (Olea europea L.). Plants, 9(6), article number 743. doi: 10.3390/plants9060743.
[6] Canfora, L., Costa, C., Pallottino, F., & Mocali, S. (2021). Trends in soil microbial inoculants research: A science mapping approach to unravel strengths and weaknesses of their application. Agriculture, 11(2), article number 158. doi: 10.3390/agriculture11020158.
[7] Cao, M., Ye, S., Jin, C., Cheng, J., Xiang, Y., Song, Y., Xin, G., & He, C. (2024). The communities of arbuscular mycorrhizal fungi established by different winter green manures in paddy fields promote post-cropping rice production. Journal of Integrative Agriculture. doi: 10.1016/j.jia.2024.07.035.
[8] Chen, Y., Li, S., Liu, N., He, H., Cao, X., Lv, C., Zhang, K., & Dai, J. (2021). Effects of different types of microbial inoculants on available nitrogen and phosphorus, soil microbial community, and wheat growth in high-P soil. Environmental Science and Pollution Research, 28, 23036-23047. doi: 10.1007/s11356-020-12203-y.
[9] Chibeba, A.M., Kyei-Boahen, S., De Fátima Guimarães, M., Nogueira, M.A., & Hungria, M. (2020). Towards sustainable yield improvement: Field inoculation of soybean with Bradyrhizobium and co-inoculation with Azospirillum in Mozambique. Archives of Microbiology, 202(9), 2579-2590. doi: 10.1007/s00203-020-01976-y.
[10] Chudak, S. (2023). Effectiveness of foliar fertilization on seed productivity of soybean in the conditions of PodillyaAgroproduct LLC, Zhmerynka district. Retrieved from http://socrates.vsau.org/b04213/html/cards/getfile. php/34731.pdf.
[11] Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/995_030#Text.
[12] Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1979, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_129#Text.
[13] Da Silva Libório, P.H., Bárbaro-Torneli, I.M., Nogueira, M.A., & Unêda-Trevisoli, S.H. (2020). Co-inoculation of Bradyrhizobium japonicum and Azospirillum brasilense on the physiological quality of soybean seeds. Semina: Agricultural Sciences, 41(6Supl2), 2937-2950. doi: 10.5433/1679-0359.2020v41n6supl2p2937.
[14] Didur, I., Tsyhanskyi, V., & Tsyhanskа, O. (2023). Influence of biologisation of the nutrition system on the transformation of biological nitrogen and formation of soybean productivity. Plant and Soil Science, 14(4), 8697. doi: 10.31548/plant4.2023.86.
[15] Didur, I.М. (2023). The influence of seed treatment and extra-root nutrition on the formation of the productivity of soybean plants in the conditions of the right-bank forest steppe of Ukraine. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Agronomy and Biology, 51(1), 37-43. doi: 10.32782/agrobio.2023.1.5.
[16] DSTU 4289:2004. (2005). Soil quality. Methods for determining organic matter. Retrieved from https://online. budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=56400.
[17] DSTU 7863:2015. (2016). Soil quality. Determination of easily hydrolysable nitrogen by the Cornfield method. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=62745.
[18] Elnahal, A.S.M., El-Saadony, M.T., Saad, A.M., Desoky, E.M., El-Tahan, A.M., Rady, M.M., AbuQamar, S.F., & El-Tarabily, K.A. (2022). The use of microbial inoculants for biological control, plant growth promotion, and sustainable agriculture: A review. European Journal of Plant Pathology, 162(4), 759-792. doi: 10.1007/s10658021-02393-7.
[19] Gamayunova, V., & Sydiakina, O. (2023). The problem of nitrogen in modern agriculture. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(3), 46-61. doi: 10.56407/bs.agrarian/3.2023.46.
[20] Ismayilzada, M., Gahramanova, S., Rahimova, K., & Karimova, V. (2023). Adaptation strategies of agriculture to climate change and natural disasters. Ekonomika APK, 30(6), 17-25. doi: 10.32317/2221-1055.202306017.
[21] Iutynska, G., Goloborodko, S., Tytova, L., & Dubynska, O. (2022). The efficiency of legume-endophyterhizobial symbiosis and productivity of soybean varieties of different maturing speeds under the irrigation conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Bulletin of Agricultural Science, 100(11), 56-66. doi: 10.31073/ agrovisnyk202211-08.
[22] Jin, X., Liu, K., Zhang, N., Wu, A., Dong, L., Wu, Q., Zhao, M., Li, Y., & Wang, Y. (2024). The combined application of arbuscular mycorrhizal fungi and biochar improves the Cd tolerance of Cinnamomum camphora seedlings. Rhizosphere, 31, article number 100939. doi: 10.1016/j.rhisph.2024.100939.
[23] Kiurchev, S., Verkholantseva, V., Kiurcheva, L., & Dumanskyi, O. (2020). Physical-mathematical modeling of vibrating conveyor drying process of soybeans. Engineering for Rural Development, 19, article number 9910996. doi: 10.22616/ERDev.2020.19.TF234.
[24] Koziol, L., Lubin, T., & Bever, D.J. (2024). An assessment of twenty-three mycorrhizal inoculants reveals limited viability of AM fungi, pathogen contamination, and negative microbial effect on crop growth for commercial products. Applied Soil Ecology, 202, article number 105559. doi: 10.1016/j.apsoil.2024.105559.
[25] Li, J., Wang, J., Liu, H., Macdonald, C.A., & Singh, B.K. (2022). Application of microbial inoculants significantly enhances crop productivity: A meta-analysis of studies from 2010 to 2020. Journal of Sustainable Agriculture and Environment, 1, 216-225. doi: 10.1002/sae2.12028.
[26] Mamchur, V., & Studinska, G. (2024). Effectiveness assessment of technical innovations in the implementation of the modern model of the agricultural sector of Ukraine. Ekonomika APK, 31(2), 32-40. doi: 10.32317/22211055.202402032.
[27] Marcos Brignoli, F., de Oliveira Zampar, E.J., Henrique Vieira de Almeida, J., Cassim, B.M.A.R., Inoue, T.T., & Batista, M.A. (2023). Effect of different methods of inoculation and co-inoculation of Bradyrhizobium spp. and Azospirillum brasilense on soybean agronomic performance in fields with a history of inoculation. Archives of Agronomy and Soil Science, 69(14), 2925-2937. doi: 10.1080/03650340.2023.2184807.
[28] Michelon, C.J., Schott, A.D., Rubin, V.A., Junges, E., Pinto, T.E., Salin, M.L., Steindorff, T.G., & Carvalho, F.P. (2020). Co-inoculation of Bradyrhizobium japonicum and Azospirillum brasilense in the Soybean Crop. Journal of Agricultural Science, 12(10), article number 154. doi: 10.5539/jas.v12n10p154.
[29] O’Callaghan, M., Ballard, R.A., & Wright, D. (2022). Soil microbial inoculants for sustainable agriculture: Limitations and opportunities. Soil Use and Management, 38(3), 1340-1369. doi: 10.1111/sum.12811.
[30] Olougou, M.N.E., Achiri, D.T., Ngone, M.A., Ndzeshala, S.D., Tchakounté, G.V.T., Tening, A.S., Ruppel, S., & Ngosong, C. (2024). Bio-inoculant consortia modulated plantain (Musa × paradisiaca L.) growth, rhizosphere pH, acid phosphatase and urease activity. Soil Advances, 2, article number 100008. doi: 10.1016/j.soilad.2024.100008.
[31] Picoli, M.M., Pasquetto, J.V.G., Muraoka, C.Y., Milani, K.M.L., Marin, F.B.B., Souchie, E.L., Braccini, A.L., Lazarini, E., Torneli, I.M.B., Cato, S.C., & Tezotto, T. (2022). Combination of Azospirillum and Bradyrhizobium on inoculant formulation improve nitrogen biological fixation in soybean. Journal of Agricultural Science, 14(4), article number 145. doi: 10.5539/jas.v14n4p145.
[32] Rehan, N., Farhat, H., Shafique, H.A., Aijaz, M., & Shaheen, S. (2024). Role of microbial inoculants for improving productivity and systemic resistance in Abelmoschus esculentus. Physiological and Molecular Plant Pathology, 130, article number 102211. doi: 10.1016/j.pmpp.2023.102211.
[33] Reinhart, K.O., Vermeire, L.T., Penn, C.J., & Lekberg, Y. (2024). Experimental evidence that poor soil phosphorus (P) solubility typical of drylands due to calcium co-precipitation favors autonomous plant P acquisition over collaboration with mycorrhizal fungi. Soil Biology and Biochemistry, 199, 109605. doi: 10.1016/j. soilbio.2024.109605.
[34] Ribeiro, D.F., De Oliveira, L.C.A., De Oliveira Domingues, S.C., Teixeira, E.E.R., De Carvalho, M.A.C., Yamashita, O.M., & De Oliveira, J.C. (2020). Co-inoculation with Azospirillum brasilense and Bradyrhizobium japonicum in soybean in the first and third year of cultivation. Tropical and Subtropical Agroecosystems, 23(1). doi: 10.56369/tsaes.2913.
[35] Romanko, A.Y. (2021). Formation of soybean productivity depending on the elements of cultivation technology in the conditions of the North-Eastern Forest-Steppe of Ukraine. Retrieved from https://science.snau.edu.ua/wpcontent/uploads/2021/05/Diss_Romanko.pdf.
[36] Rozhkov, A.O., Marenych, M.M., Kulyk, M.I., Kuts, O.V., & Svyrydova, L.A. (2024). Ecological crop production. Kharkiv: State Biotechnology University.
[37] Saad, M.M., Eida, A.A., & Hirt, H. (2020). Tailoring plant-associated microbial inoculants in agriculture: A roadmap for successful application. Journal of Experimental Botany, 71(13), 3878-3901. doi: 10.1093/jxb/eraa111.
[38] Sammauria, R., Kumawat, S., Kumawat, P., Singh, J., & Jatwa, T.K. (2020). Microbial inoculants: Potential tool for sustainability of agricultural production systems. Archives of Microbiology, 202, 677-693. doi: 10.1007/s00203019-01795-w.
[39] Santos, M.S., Rodrigues, T.F., Nogueira, M.A., & Hungria, M. (2021). The challenge of combining high yields with environmentally friendly bioproducts: A review on the compatibility of pesticides with microbial inoculants. Agronomy, 11(5), article number 870. doi: 10.3390/agronomy11050870.
[40] Saribekyan, A.G. (2022). Evaluation of the efficiency of soybean cultivation technology elements in Central Ukraine. Retrieved from https://dspace.kntu.kr.ua/jspui/handle/123456789/12000.
[41] Shahini, E., Shebanina, O., Kormyshkin, I., Drobitko, A., & Chernyavskaya, N. (2024). Environmental consequences for the world of Russia’s war against Ukraine. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 463-474. doi: 10.1080/00207233.2024.2302745.
[42] Shen, M., Li, J., Dong, Y., Zhang, Z., Zhao, Y., Li, Q., Dang, K., Peng, J., & Liu, H. (2021). The effects of microbial inoculants on bacterial communities of the rhizosphere soil of maize. Agriculture, 11(5), article number 389. doi: 10.3390/agriculture11050389.
[43] Vorobey, N.A., Kukol, K.P., Pukhtayevych, P.P., & Kots, S.Y. (2023). Complex inoculation of soybeans with nodule bacteria Bradyrhizobium Japonicum as a measure to optimize symbiotic nitrogen fixation. Agricultural Microbiology, 38, 29-39. doi: 10.35868/1997-3004.38.29-39.
[44] Zeffa, D.M., Fantin, L.H., Koltun, A., De Oliveira, A.L., Nunes, M.P., Canteri, M.G., & Gonçalves, L.S. (2020). Effects of plant growth-promoting rhizobacteria on co-inoculation with Bradyrhizobium in soybean crop: A metaanalysis of studies from 1987 to 2018. PeerJ, 8, article number e7905. doi: 10.7717/peerj.7905.