Особливості формування продуктивність та функціонування бобово-ризобіального симбіозу сої і нуту в умовах Лівобережного Лісостепу України

Abstract

Обґрунтування вибору теми дослідження. У системі сучасного агровиробництва бобові культури відіграють стратегічну роль у вирішенні глобальної продовольчої безпеки та подоланні дефіциту рослинного білка. Соя та нут є не лише джерелами цінної сировини для харчової та переробної галузей, а й ключовими біологічними агентами підвищення родючості ґрунтів завдяки здатності до симбіотичної азотфіксації. Проте в умовах Лівобережного Лісостепу України потенціал цих культур реалізується не повною мірою. Це зумовлено як змінами клімату в бік потепління, так і недостатнім вивченням синергічної взаємодії сучасних сортових ресурсів із засобами передпосівної обробки насіння. Зокрема, питання сумісності новітніх фунгіцидних протруювачів із високоактивними штамами ризобій залишається дискусійним. Необхідність наукового обґрунтування комплексних схем захисту та інокуляції насіння, які б дозволили мінімізувати пестицидний тиск на бобово-ризобіальний симбіоз і забезпечити стабільну продуктивність, визначає актуальність обраного напряму досліджень. Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в умовах Лівобережного Лісостепу України проведено комплексне дослідження синергічної взаємодії сучасних фунгіцидних протруювачів (Февер, Стандак Топ та ін.) з високоактивними штамами ризобій (ХіСтік, Ризолайн та ін.) на нових сортах сої та нуту вітчизняної і зарубіжної селекції. Удосконалено наукові підходи до формування високопродуктивних агроценозів зернобобових культур через оптимізацію передпосівної бактеризації на фоні сучасних систем захисту, що забезпечує стабільне функціонування бобово-ризобіального симбіозу за умови пестицидного навантаження. Набули подальшого розвитку дослідження щодо динаміки активного симбіотичного потенціалу та його кореляційного зв’язку з площею асиміляційної поверхні сортів нуту і сої. Математично обґрунтовано та кількісно визначено частки впливу окремих факторів (сорту, інокулянта та протруювача) на формування врожайності та якісних показників насіння. Вперше побудовано тривимірні моделі поверхонь відгуку, які візуалізують нелінійний характер взаємозв’язку між фізичними (маса 1000 насінин) та біохімічними (вміст білка та жиру) якостями врожаю, що дозволяє прогнозувати технологічні кондиції зерна залежно від елементів технології. Практичне значення одержаних результатів. Основні елементи дослідження пройшли перевірку та впроваджені в умовах сільськогосподарських підприємств Сумської і Полтавської області, зокрема на базі ТОВ «ЛСК -11» та ПСП «Колос» де досліджувані технологічні прийоми були реалізовані на загальній площі 51 га. У дисертації представлено результати наукового обґрунтування та вдосконалення агротехнічних заходів вирощування сої та нуту. Досліджено закономірності впливу генотипу сорту, передпосівного протруювання насіння та інокуляції на процеси росту й розвитку культур. Визначено особливості формування фотосинтетичної поверхні та симбіотичної активності рослин, а також встановлено їхню роль у забезпеченні високої врожайності та покращенні якісних характеристик зерна. На основі наукових праць проведено комплексний аналіз світового та вітчизняного досвіду, вирощування сої та нуту, визначено їхню роль у забезпеченні продовольчої безпеки. Висвітлено значення сортових ресурсів як фундаментального фактора реалізації генетичного потенціалу врожайності обох культур. Особливу увагу приділено механізмам формування бобово-ризобіального симбіозу та специфіці функціонування азотфіксувального апарату в сучасних агроценозах. Оцінено наукові підходи щодо сумісного застосування інокулянтів та засобів хімічного захисту насіння, а також проаналізовано їх вплив на розвиток фотосинтетичного апарату, активність симбіотичного потенціалу, рівень урожайності, масу 1000 насінин та якісні показники зерна. Було визначено придатність природно-кліматичних умов Лівобережного Лісостепу України для ефективного культивування сої та нуту. Аналіз метеорологічних даних показав тенденцію до поступового зростання рівня зволоження за період досліджень. Зокрема, 2020 рік характеризувався дефіцитом опадів (ГТК = 0,75), тоді як у 2021 році зволоження було оптимальним (ГТК = 1,29). Вегетаційний період 2022 року відзначався надмірною кількістю вологи, про що свідчить зростання гідротермічного коефіцієнта до 1,67. Реалізація потенціалу врожайності та формування високих якісних показників зернобобових культур безпосередньо залежать від створення посівів із нормальними параметрами асиміляційного апарату та стабільною динамікою його зростання. У наших дослідженнях за методикою Нечипоровича було визначено, що найінтенсивніше формування листкової поверхні сої і нуту відбувалося за умови поєднання особливостей сорту з протруюванням та інокуляцією. Зокрема, максимальних значень цей показник досяг у варіанті вирощування сої сорту Кордоба за комплексної дії протруйника Максім Адванс та інокулянта ХіСтік, забезпечивши площу асиміляційної поверхні на рівні 38,34 тис. м²/га. В посівах нуту найвищі параметри площі листкової поверхні 38,00 тис. м²/га зафіксовано у сорту Одисей при сумісному застосуванні протруйника Февер та інокулянта Ризолайн. За результатами спектрофотометричного аналізу на приладі ULAB 102 встановлено, що формування пігментного складу (хлорофілів а+b) рослин сої та нуту істотно залежало від взаємодії сортових особливостей з елементами технології вирощування. У посівах сої кращий результат серед сортів забезпечив Діадема Поділля (3,47 мг/г). Інокуляція препаратом ХіСтік була найбільш ефективною (3,47 мг/г), тоді як протруювання дещо знижувало вміст пігментів порівняно з контролем (3,44 мг/г). Максимальний показник 4,05 мг/г отримано у варіанті: сорт Кордоба + ХіСтік+без протруйника. У дослідах з нутом лідирував сорт Іордан (2,65 мг/г). Застосування інокулянта Ризолайн виявилося ключовим фактором, підвищивши рівень хлорофілу на 10,5 % (до 2,64 мг/г). На відміну від сої, протруйник Февер позитивно вплинув на пігментний склад (2,63 мг/г). Найвище значення (2,89 мг/г) забезпечила комбінація: сорт Іордан + Ризолайн + Февер. Симбіотичний апарат найкраще формувався у сорту Кордоба під час наливу зерна. Головну роль тут відіграє інокулянт ХіСтік, який збільшує кількість бульбочок на корінні у кілька разів. Найкраще поєднання для сої це сорт Кордоба + ХіСтік + Февер. Така комбінація захищає рослину від хімічного стресу та дає можливість сформувати бульбочки 43,3 шт./рослину масою 1,82 г, де 76 % були функціонально активними. Для нуту інокуляція є обов’язковою, оскільки в нашому ґрунті немає потрібних йому бактерій. Найбільш чутливим до інокуляції виявився сорт Одисей. Застосування комбінації Ризолайн + Февер на цьому сорті забезпечило максимальні показники: 60,75 шт. бульбочок на рослину з масою 1,187 г, причому 85 % симбіонтів зберігали високу активність. Трирічні дослідження (2020–2022 рр.) показали, що найкраще азотфіксувальний апарат розвивається у сорту Кордоба (18,7 тис. кг×діб/га). Інокуляція препаратом ХіСтік забезпечила найвищі прирости показників. Щодо захисту насіння, то найкраще себе проявив протруйник Февер, тоді як препарат Стандак Топ, навпаки, гальмував розвиток бульбочок. У підсумку, найбільш вигідною стала комбінація сорт Кордоба + ХіСтік + Февер, яка дозволила досягти максимуму активного симбіотичного потенціалу 34,6 тис. кг×діб/га навіть за мінливої погоди. Дослідження АСП нуту показали, що серед сортів лідирує Одисей (6,53 тис. кг×діб/га), який значно випередив Скарб та Іордан. Вирішальним фактором став інокулянт Ризолайн, що забезпечив найвищий рівень та тривалість активності симбіозу (8,67 тис. кг×діб/га). Найкращу сумісність із біопрепаратами продемонстрував протруйник Февер, тоді як Стандак Топ максимально пригнічував роботу бульбочок. Піковий показник АСП (13,05 тис. кг×діб/га) отримано у 2021 році за поєднання сорт Одисей + Ризолайн + Февер, що підтверджує ефективність цієї схеми за сприятливих погодних умов. Кореляційно-регресійний аналіз підтвердив наявність прямого позитивного зв’язку між площею листкової поверхні (ПЛП) та активним симбіотичним потенціалом (АСП) нуту. Встановлений коефіцієнт кореляції при високому рівні значущості свідчить про помірну, але статистично достовірну залежність між цими показниками. Це доводить, що розвиток асиміляційного апарату під впливом сортових особливостей, інокуляції та протруювання безпосередньо стимулює функціонування симбіотичної системи рослин. Врожайність та маса насіння з однієї рослини є інтегральними показниками, що відображають ефективність реалізації сортового потенціалу культур під впливом технологічних чинників. Саме ці параметри дозволяють об’єктивно оцінити здатність агрофітоценозу до формування продуктивності в конкретних екологічних умовах. Вирощування сої підтвердили перевагу сорту Кордоба, який найповніше реалізував свій потенціал як за масою насіння з рослини (3,69 г), так і за рівнем загальної врожайності. Ключовим технологічним чинником став інокулянт ХіСтік, що забезпечив стабільну перевагу над Оптімайзом у всіх варіантах захисту. Найвищу синергію з біопрепаратами продемонстрував протруйник Февер, тоді як використання препарату Стандак Топ мінімізувало ефект від інокуляції. Таким чином, для досягнення пікових показників індивідуальної та загальної продуктивності оптимальним є поєднання сорту Кордоба з тандемом препаратів Февер та ХіСтік, які дозволили досягти врожайності на рівні 3,49 т/га. Комплексна оцінка показників нуту засвідчила, що найвищу індивідуальну продуктивність формує сорт Одисей, маса насіння якого за оптимальної схеми обробки склала 3,18 г/рослину. Ключову роль у досягненні цього результату відіграла інокуляція препаратом Ризолайн у поєднанні з протруйником Февер. Аналогічна тенденція зафіксована і при аналізі врожайності. Використання зазначеної технологічної комбінації на сорті Одисей забезпечило максимальну врожайність культури на рівні 2,72 т/га, тоді як застосування інших схем (зокрема з протруйником Стандак Топ) призводило до суттєвого зниження продуктивності. Важливим індикатором якості та виповненості зерна сої є його крупність, що виражається масою 1000 насінин. Дослідженнями встановлено, що найбільш крупнонасінним є сорт Тенор (219,57 г), який суттєво випередив Діадему Поділля та Кордобу. Ключовим технологічним чинником покращення виповненості зерна стала інокуляція препаратом ХіСтік (216,06 г). Серед засобів захисту максимальну масу 1000 насінин забезпечив протруйник Февер (212,04 г). Рекордний показник у досліді (259,21 г) зафіксовано у 2020 році за комбінації сорт Тенор інокуляція ХіСтік протруювання Февер. Дослідження маси 1000 насінин нуту засвідчили, що найбільшу крупність зерна формує сорт Скарб (середнє 355,18 г), який суттєво переважає сорти Іордан та Одисей. Ключовим фактором виповненості насіння стала інокуляція препаратом Ризолайн (350,78 г), а серед фунгіцидів найкращий результат забезпечив Февер (349,09 г). Кульмінаційний показник маси тисячі зерен (400,96 г) зафіксовано за поєднання сорт Скарб + Ризолайн + Февер. Зернобобові культури, зокрема соя та нут, мають високу поживну цінність завдяки значному вмісту рослинного білка та жирів. Для детальної оцінки біохімічного складу зерна було використано сучасний інфрачервоний аналізатор SupNir 2700, за допомогою якого встановлено точні показники накопичення протеїну та олії в розрізі досліджуваних варіантів. Максимальний вміст сирого протеїну забезпечив сорт Діадема Поділля (середнє 40,97 %), досягнувши максимуму в 42,31 % за поєднання інокулянта Оптімайз та протруйника Стандак Топ. Лідером за вмістом жиру став сорт Кордоба (19,61 %), який у комбінації з інокулянтом ХіСтік та препаратом Стандак Топ сформував показник 20,06 %. Найвищу білковість продемонстрував сорт Іордан (середнє 27,34 %), де за комплексного поєднання інокулянта Ризолайн та протруйника Февер зафіксовано пікову концентрацію протеїну в 30,53 %. Натомість накопичення жиру значною мірою визначалося генетикою сорту Скарб (середнє 19,07 %), проте інтенсифікація азотфіксації під впливом біопрепаратів призводила до закономірного зниження олійності. Найвищий вміст ліпідів (20,95 %) було отримано на абсолютному контролі сорту Скарб, що підтверджує вагомий вплив інокуляції та протруювання саме на білковий обмін речовин у насінні нуту. Економічний та енергетичний аналіз підтвердив високу доцільність вирощування обох культур у Лівобережному Лісостепу України. Найвищу рентабельність (186 %) та умовно чистий прибуток (32 990 грн/га) у посівах сої забезпечив сорт Кордоба за обробки насіння тандемом ХіСтік + Февер, що також гарантувало максимальний коефіцієнт енергетичної ефективності (3,44). Для нуту найвищі показники ефективності зафіксовано у сорту Одисей за використання комбінації Ризолайн + Февер, де рівень рентабельності сягнув 270 %, чистий прибуток 46 829 грн/га, а коефіцієнт енергетичної окупності склав 2,71. Отримані результати доводять перевагу обраних сортів та схем інокуляції з фунгіцидним.