Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка почвоулучшающих биотехнологий как фактор формирования инновационной биоэкономики

Сведения об участнике
ФИО
Карбышева Ксения Сергеевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Агро-, био- и производственные технологии
Раздел области наук
Земледелие и растениеводство
Тема
Разработка почвоулучшающих биотехнологий как фактор формирования инновационной биоэкономики
Резюме
Совершенствование агробиотехнологий и изучение причин их медленного распространения представляет практический интерес. Представлены результаты эксперимента по выявлению эффективных штаммов Mezorhizobium ciceri, способных инокулировать Cicer arietinum L. в условиях юга республики Бурятия. Выявлены признаки биоэкономики, установлены мероприятия, рекомендованные для ускорения перехода от традиционной экономики к экономике, основанной на биотехнологиях.
Ключевые слова
агробиотехнологии, Mezorhizobium ciceri, биоэкономика, устойчивое производство, биологические ресурсы
Цели и задачи
Целью данной работы является рассмотрение разработки, применения и продвижения почвоулучшающих агробиотехнологий на примере симбиотической системы «Cicer arietinum L. – Mesorhizobium ciceri», как факторов формирования биоэкономики.
Задачи исследования:
1. Изучить влияние бактеризации семян Cicer arietinum L. различными штаммами Mesorhizobium ciceri по показателям инокулирующей способности, симбиотической эффективности и структуры урожая условиях юга республики Бурятия.
2. Доказать соответствие разработки и применения агробиотехнологий принципам биоэкономики.
3. Представить разработку, применение и продвижение почвоулучшающих агробиотехнологий как фактор формирования инновационной биоэкономики.
Введение

Многочисленные проблемы свидетельствуют о необходимости формирования экономики, основанной на биоресурсах. Целью биоэкономики является обеспечение ресурсами экономики  при сохранении устойчивости биосистем. Ключевым элементом является использование возобновляемого сырья. Это возможно при внедрении достижений биологических наук в организацию устойчивого производства. Это актуализирует исследования закономерностей функционирования почвенных систем. Разработаны технологии, позволяющие частично заменить удобрения микробиологическими препаратами. Распространение этих методов встречает на своем пути серьезные затруднения. Поэтому изучение причин медленного распространения агробиотехнологий представляет интерес.

 

 

Методы и материалы

Для выполнения проекта были использованы следующие методы:

·         Анализ научных данных по проблеме, сбор материалов по почвенно-климатическим особенностям региона;

·         Проведение полевого эксперимента;

·         Статистическая обработка и анализ результатов.

Для эксперимента был выбран  сорт нута Антей. 

Штаммы Mesorhizobium ciceri были получены от Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук. Данные штаммы были проверены на способность нодулировать корни нута в различных условиях среды.

Эксперимент проходил с 02.06.14 по 30.08.2014. Полевой опыт был поставлен на делянках площадью 1,2 м2 каждая, дающие возможность нормально проводить все агротехнические работы. Делянки такого размера удобны и требуют меньше затрат средств и труда, чем более крупные. Общая площадь делянки составляет 1,2 м2 (1,2 м × 1 м), учетная площадь 3,6 м2 (1,2 м2 × 3шт.), общая площадь под опытом 18 м2 (1,2 м2 × 15 шт.). На границах устанавливались колышки, на которых указывались номера делянок, соответствующие вариантам опыта. Повторность вариантов опыта трехкратная, расположение делянок рендомизированное. Повторность эксперимента, а в нашем случае их было 3, позволяет снизить ошибку опыта.

Описание и обсуждение результатов

В результате проведения полевого эксперимента выявлены штаммы, способные инокулировать Нут культурный в условиях юга республики Бурятия. По данным эксперимента, контрольные растения образовали большое количество мелких плодов, в которых наблюдалось максимальное содержание H2O. Так, показатели сырого и сухого веса семян растений, обработанных штаммом «Mesorhizobium ciceri Н-27» уменьшились на 77%, а у семян контрольных растений – на 83%. В исследовании штаммы Mesorhizobium ciceri проявляют различную эффективность на показатели продукционного процесса Нута культурного по сырой биомассе растений. Достоверное воздействие на нут оказали штамм 065 и штамм 522 с прибавкой биомассы на 44% и 32% относительно контроля. Кроме того, можно говорить о выявлении особенностей воздействия различных штаммов бактерий на растения. Образцы, обработанные штаммом «Mesorhizobium ciceri 065» набрали максимальную наземную биомассу. Однако семена оказались мелкими и немногочисленными. Тогда как семена с растений, инокулированных штаммом «Mesorhizobium ciceri Н-27», оказались наиболее крупными, при минимальном объеме зеленой массы. Эти данные могут быть использованы при дальнейшей разработке почвоулучшающих препаратов для различных нужд сельского хозяйства.

Выявлены признаки, которыми характеризуется биоэкономика, и отмечено их сходство с признаками разработки и применения агробиотехнологий:

  • вовлечение таких секторов экономики и промышленности как сельское хозяйство, лесоводство, рыбоводство, биотехнологии и др.;
  • учет закономерностей функционирования биологических систем при производстве, переработке и потреблении биоресурсов;
  • обеспечение устойчивого производства и потребления продуктов питания, кормов, энергии и возобновляемого сырья;
  • социально-экономическое развитие сельских районов (Menrad et al., 2011: 6).

Установлено, что для продвижения почвоулучшающих агробиотехнологий проводятся мероприятия, которые совпадают с действиями, рекомендованными для ускорения  перехода от традиционной экономики к экономике, основанной на биотехнологиях: 

  • повышение информированности местного сообщества по сложным экологическим, социально-экономическим и техническим вопросам;
  • обеспечение общественного принятия инновацианных биотехнологий на местах;
  • своевременное проведение необходимых исследований для выработки оптимальных технических решений;
  • проведение всестороннего изучения конкретного региона для выявления максимального количества стейкхолдеров;
  • обеспечение квалифицированного посредничества для урегулирования конфликтов и достижения консенсуса в решении сложных социо-технических вопросов.  
Используемые источники
1. The Knowledge Based Bio-Economy (KBBE) in Europe: Achievements and Challenges. Full report [Электронный ресурс] / Albreched J. – 2010. – 67 p. – Электронная версия печатной публ. – URL: http://www.bio-economy.net/reports/files/KBBE_2020_BE_presidency.pdf (Дата обращения 19.06.2016)
2. Manning D. A. C. How will minerals feed the world in 2050? // Prociding of the Geologists’ association. – 2015. – N126. – P. 14-17.
3. The FAO Hunger Map 2015 [электронный ресурс] - URL: http://www.fao.org/hunger/en/
4. Lal R. Soil degradation as a reason for inadequate human nutrition // Food Security. – 2009. – № 1. – P. 45 –57.
5. Calvo P., Nelson L., Kloepper J.W. Agricultural uses of plant biostimulants // Plant and Soil. – 2007. – № 3. – P. 1-39.
6. Хмелев В.А. Степи центральной Азии: учебное пособие для вузов / В.А. Хмелев. – Новосибирск: CO РАН, 2002. – 203 с.



Information about the project
Surname Name
Karbysheva Kseniia
Project title
The development, application and promotion of soil-improving agrobiotechnology as the factors of bioeconomy formation
Summary of the project
Multiple social, economic and environmental problems may announce the end of the “expensive oil epoch” and call for the transition to a new economic model, which provides the advantages to nations who do not rely on fossil fuels exploitation. The formation of an economical system based on biological resource application may be the answer to the challenges of the modernity. The scientific society is seeking to attribute the principles of environmental ecology in biological studies.
It is regarded that the aim of the bioeconomy is to develop such a model of biological systems exploitation that assures the resource sufficiency on condition that the self-restoring capacity of those biosystems is provided. The term bioeconomy is referred as production paradigms that rely on biological processes and, as with natural ecosystems, use natural inputs, expend minimum amounts of energy and do not produce waste as all materials discarded by one process are inputs for another process and are re-used in the ecosystem (European Commission, 2010). Relying on renewable resources, this model of production activity almost excludes the case of resource scarcity. Derivation of sufficient amount of renewable resources is possible upon the incorporation of biological and biotechnological achievements into sustainable production and consumption. This brings the studies of soil system functioning up to date as a tool for the development of effective biotechnological methods in sustainable agriculture.
It is admitted that plants are capable to uptake the nutrients in specific chemical bandings. It is the soil biota that executes complicated chemical, physical and biological processes that guaranty nutrient cycling. As the fundamental role of microorganisms in ecosystem stability have been proved, plant growth promoting bacterial products are regarded as an appropriate alternative for chemical fertilizers. Up to date, sufficient scientific and practical data allowing to implement innovative activity in agriculture and substitute chemicals with the biologies is available. It is regarded, that the application of microbial biotechnologies can ensure the growth of agriculture productivity and protect from the soil and other resources degradation. However, the promotion of biotechnology in agriculture is straitened. A bulk amount of studies are considering the reasons why innovative, safe and effective technologies are not accepted by the farmers. That is why the examination of reasons of agrobiotechnology promotion failure are of particular importance.
The aim of this study is to consider the development, application and promotion of soil depleting agrobiotechnology through the example of symbiotic association of “Cicer arietinum L. – Mesorhizobium ciceri“ as the factors of bioeconomy formation.
The objectives of the study are:
1. To examine the effect of different Mesorhizobium ciceri strains inoculation of Cicer arietinum L. in the chestnut soils of Buratiia.
2. To prove the correspondence of agrobiotechnology development and application to the principles of bioeconomy.
3. To present the development, application and promotion of agrobiotechnologies as factors of formation of the innovative bioeconomy.

METODES
The following methods were implemented:
• Analitical review of the scientific data, the region of the study edaphoclimatic aspects clarification.
• The field experiment conduction.
• Statistical data processing and results analysis.





DISCUSSION
In consequence of the field experiment, the strains of Mesorhizobium ciceri capable to nodulate Cicer arietinum L. in in the chestnut soils of Buratiia are identified. According to the data, the control plants form small pea grains with the biggest content of water. For instance, a 77 % decrease in the dry weight of nodulated plants pea grains was observed, whereas in the dry weight of control plant pea grains decrease was 83%. During the experiment strains of Mesorhizobium ciceri demonstrate different effects on the green weight of the plant biomass. The inoculation with Mesorhizobium ciceri 065 and 522 have increased the plant biomass at 44% and 32% correspondently. It is possible to observe a variety of inoculation effects. Mesorhizobium ciceri 065 treated plants obtained the biggest biomass, but the pea grains amount and weight have been scarсe. While the pea grains of Mesorhizobium ciceri H-27 treated plants have been admitted maximal together with the minimal green biomass indexes. This data may be used for the further technology development.
The characteristics of bioeconomy have been elicited, and the analogy with the characteristics of agribiotechnology development and application have been noted out.It is established that the promotion of soil-improving agrobiotechnology includes actions also recommended for the fastening the transition from the fossil-based economy to the bio-based one.
Keywords
agrobiotechnology, bioresources, soil, bioeconomy, Mesorhizobium ciceri