Определение зависимости фотосинтетической деятельности злаковых и зернобобовых культур и их урожайности в смешанных посевах от внесенных биопрепаратов и вида минерального азотного удобрения. Оценка фактов увеличения активного симбиотического потенциала.
Аннотация к работе
ПРИЕМЫ ВНЕСЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ И МИНЕРАЛЬНОГО АЗОТА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ СМЕШАННЫХ ПОСЕВОВ В УСЛОВИЯХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ TECHNIQUES FOR MAKING BIOLOGICS AND MINERAL NITROGEN AND THEIR INFLUENCE ON THE CONDITIONS OF GREY FOREST SOILSРезультаты исследований показали, что фотосинтетическая деятельность злаковых и зернобобовых культур и их урожайность в смешанных посевах зависела от внесенных биопрепаратов и вида минерального азотного удобрения. Установлено, что азот в виде аммиачной селитры положительно влиял на формирование ассимилирующей поверхности листьев, фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность и урожайность зерносмеси в люпино-ячменных и соя-ячменных посевах, а в горохо-ячменных посевах внесение азота в виде калийной селитры было более благоприятно. Было установлено, что в люпино-ячменных посевах активный симбиотический потенциал увеличился на 25,5% и урожайность увеличилась на 21,3% , в соя-ячменных посевах на 28,5% и на 19,2% соответственно за счет совместного применения смеси симбиотических и ассоциативных ризобактерий и минерального азота в виде аммиачной селитры в дозе N60. В горохо-ячменном агроценозе повышало эффективность возделывания совместное применение смесевого биопрепарата симбиотических и ассоциативных ризобактерий на фоне внесения минерального азота в виде калийной селитры в дозе N60, где наблюдалось увеличение активный симбиотический потенциал на 34,7% и урожайности зерна на 24,7% по сравнению с вариантом при внесении смеси биопрепаратовОбъектами исследований были смешанные посевы, сформированные из наиболее распространенных в юго-западной части Нечерноземной зоны сортов: ячмень (Hordeum sativum L.) Зазерский 85, люпин узколистный (Lupinus angustifolius L.) Белозерный 110, горох (Pisum arvense) Малиновка и соя (Glycine hispida) Магева. В опытах использовали микробные биопрепараты: штамм № 30, штамм №363а, штамм № 2616 и штамм №6346 полученные из лаборатории А.П. Минеральный азот вносили весной разбросным методом вручную при посеве в почву в дозе N60 в виде аммиачной селитры (NH4NO3) и калийной селитры (KNO3). Однако в горохово-ячменном посеве было установлено, что максимальное значение площади листьев формировалось при внесении минеральных азотных удобрений в виде калийной селитры на фоне смеси биопрепарата по сравнению с вариантом без применения азотных удобрений только с предпосевной обработкой семян ризобактериями. Таким образом, как показали трехлетние исследования, наибольшую площадь листовой поверхности формировали смешанные люпино-ячменные и соя-ячменные посевы при предпосевной обработки семян ризобактериями включающими клубеньковые и ассоциативные бактерии (ризоторфин флавобактерин) с внесением аммиачной селитры в дозе N60 по сравнению с внесением азота в виде калийной селитры в дозе N60.В смешанных посевах благоприятно влияло совместное внесение биопрепаратов на основе ризобактерий и азота в виде аммиачной селитры в дозе N60 на формирование ассимилирующей поверхности листьев, фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза в люпино-ячменных и соя-ячменных посевах, а в горохо-ячменных посевах более предпочтительным было внесение азота в виде калийной селитры, что повлияло на рост урожайности зерна.
Введение
Структурная перестройка сельского хозяйства с учетом его перспективного отраслевого состава должна быть ориентирована в направлении полного использования регионального природно-экологического потенциала, а также усовершенствования организации производства в отрасли и его управлении [1]. Одним из путей повышения урожайности кормовых культур является использование минеральных удобрений, однако в условиях обострения экономических и экологических проблем необходимо находить новые концептуальные подходы к решению вопросов увеличения выхода растениеводческой продукции, в частности, к регулированию минерального питания растений. Для этого необходимо внедрять ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии, позволяющие получать качественную продукцию с наименьшими затратами [2,3].
Одной из таких современных технологий можно считать возделывание злаковых и зернобобовых культур в смешанных агрофитоценозах, которые позволяют увеличить выход продукции с единицы пашни, обеспечить более устойчивый урожай в разные годы и сохранить почвенное плодородие. Включение бобового компонента благоприятно влияет на злаковые культуры, улучшая их азотное питание[4].
Цель и методика исследований
Исследования проводили на опытном поле ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» в 2013-2015 гг., в условиях серых лесных почв юго-запада Брянской области. Цель исследований - разработать агроприемы совместного применения биопрепаратов и минерального азота, обеспечивающие увеличение урожайности зерна в смешанных посевах.
Объектами исследований были смешанные посевы, сформированные из наиболее распространенных в юго-западной части Нечерноземной зоны сортов: ячмень (Hordeum sativum L.) Зазерский 85, люпин узколистный (Lupinus angustifolius L.) Белозерный 110, горох (Pisum arvense) Малиновка и соя (Glycine hispida) Магева. Соотношение компонентов в смешанных посевах было: люпин - 1,0 млн. ячмень - 1,6 млн. всхожих семян на 1 га, соя - 0,8 млн. ячмень - 1,6 млн. всхожих семян на 1 га, горох - 0,8 млн. ячмень - 1,6 млн. всхожих семян на 1 га. В опытах использовали микробные биопрепараты: штамм № 30, штамм №363а, штамм № 2616 и штамм №6346 полученные из лаборатории А.П. Кожемякова ВНИИСХМ г. Пушкин Санкт-Петербург. Минеральный азот вносили весной разбросным методом вручную при посеве в почву в дозе N60 в виде аммиачной селитры (NH4NO3) и калийной селитры (KNO3).
Определение площади листьев проводили методом высечек (Ничипорович, 1977) [5]. Показатели чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) и фотосинтетический потенциал посева (ФПП) рассчитывали по А.С. Кононову (2009) [6].
Азотфиксирующую способность растений люпина оценивали методом Г.С. Посыпанова (1991) - по величине активного симбиотического потенциала[7].
Учет урожая проводился поделяночным методом с взвешиванием всей массы зерна. Математическую обработку данных по Б. А. Доспехову (1985) [8].
Результаты и их обсуждение
Существенная роль в формировании продуктивности сельскохозяйственных культур принадлежит фотосинтезу. Его интенсивность зависит в значительной степени от сформированной площади листьев и продолжительности ее функционирования за вегетационный период. Очень важно создать такие условия для агроценоза, при которых посевы формировали бы оптимальную площадь листьев как можно раньше, чтобы солнечная энергия, которая максимальна в начале летнего периода, потреблялась растениями[6].
Трехлетние исследования показали, что использование смеси биопрепаратов (ризоторфин флавобактерин) благоприятно влияло на площадь листьев злакового и бобового компонента в смешанных посевах. Установлено, что на вариантах без внесения минеральных удобрений, площадь листьев была больше в люпино-ячменном посеве на 13,1 %, в соево-ячменном на 9,4 % и горохово-ячменном на 6,8 % по сравнению с контролем без внесения биопрепаратов (таблица 1).
Таблица 1 - Влияние биопрепаратов и минерального азота в дозе N 60 на площадь листьев в смешанных посевах, в среднем за 2013-2015гг.
№ п/п Вариант Без удобрений Аммиачная селитра Калийная селитра
Площадь листьев, в тыс. м2/га Площадь листьев, в тыс. м2/га Площадь листьев, в тыс. м2/га
Установлено, что использование смеси биопрепаратов (ризоторфин флавобактерин) в смешанных посевах, благоприятно влияло на площадь листьев на фоне внесения небольших доз азотных удобрений. На вариантах с внесением аммиачной селитры (NH4NO3) в дозе N60 на фоне смеси биопрепаратов, площадь листьев была больше в люпино-ячменном посеве на 29,6%, горохово-ячменном посеве на 33,9 % и соя-ячменном посеве на 34,5 %, по сравнению с вариантом смеси ризобактерий без внесения аммиачной селитры (таблица 1). Однако в горохово-ячменном посеве было установлено, что максимальное значение площади листьев формировалось при внесении минеральных азотных удобрений в виде калийной селитры на фоне смеси биопрепарата по сравнению с вариантом без применения азотных удобрений только с предпосевной обработкой семян ризобактериями. Площадь листьев составляла 47,3 тыс. м2/га или на 37,1 % выше (таблица 1).
Таким образом, как показали трехлетние исследования, наибольшую площадь листовой поверхности формировали смешанные люпино-ячменные и соя-ячменные посевы при предпосевной обработки семян ризобактериями включающими клубеньковые и ассоциативные бактерии (ризоторфин флавобактерин) с внесением аммиачной селитры в дозе N60 по сравнению с внесением азота в виде калийной селитры в дозе N60. Наиболее благоприятным видом азотных удобрений для горохо-ячменных посевов для формирования площади листовой поверхности при предпосевной обработки семян смесью ризобактерий было внесение калийной селитры в дозе N60, где использовалась только нитратная форма азота.
Важным показателем фотосинтетической деятельности изучаемых посевов является и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), она выражается количеством сухого вещества (в граммах), которое формируется на одном квадратном метре листовой поверхности за 24 часа. Изучение ЧПФ при разных условиях возделывания позволяет в течение периода вегетации выявить лимитирующие факторы в реализации потенциальной продуктивности изучаемых культур[6].
Результаты трехлетних исследований показали различное влияние изучаемых агроприемов на величину фотосинтетического потенциала (ФП) и чистую продуктивность фотосинтетического потенциала (ЧПФ) в смешанных посевах. Внесение смеси клубеньковых и ассоциативных ризобактерий в смешанных посевах ризоторфина в дозе 300 г/га в смеси с флавобактерином в дозе 400 г/га в люпино-ячменном посеве ФП увеличился на 9,6 %, в соя-ячменном на 4,6 % и в горохо-ячменном на 3,4%, а ЧПФ на 7,8 %, на 5,8 % и на 4 % соответственно по сравнению с контролем без внесения смеси биопрепаратов (таблица 2).
Таблица 2 - Влияние биопрепаратов и минерального азота в дозе N 60 на фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза в смешанных посевах, в среднем за 2013-2015гг.
№ п/п Вариант Без удобрений Аммиачная селитра Калийная селитра
ФП, в млн. м2 га в сут. ЧПФ, в г/м2 в сут. ФП, в млн. м2 га в сут. ЧПФ, в г/м2 в сут. ФП, в млн. м2 га в сут. ЧПФ, в г/м2 в сут.
Изучении влияния различных форм минеральных азотных удобрений при совместном применении их с биопрепаратами показало, что на фоне аммиачной селитры в дозе N 60 в люпино-ячменном посеве ФП увеличился на 6,1 %, в горохо-ячменном на 3,2 % и в соя-ячменном на 7,5 % , а ЧПФ на 12,5 %, на 3,5 % и на 10,5 % соответственно по сравнению с вариантом на фоне внесения калийной селитры в дозе N60 (таблица 2). Наибольшее влияние этого агроприема на ФП и ЧПФ установлено при использовании в смешанных посевах минеральных азотных удобрений с биопрепаратами ризоторфином комплементарным к своему виду бобового растения и флавобактерином, стимулирующим рост злакового компонента на фоне аммиачной селитры по сравнению с калийной селитрой.
Анализируя фотосинтетическую деятельность изучаемых культур за три года, нами было установлено, что площадь ассимиляционной поверхности, показатели фотосинтетического потенциала и чистой продуктивности фотосинтеза в смешанных посевах зависели от внесенных биопрепаратов и вида минерального азотного удобрения и оказали влияние на формирование урожайности зерносмеси.
В последние десятилетия достаточно много научных работ посвящено установлению зависимости процессов азотфиксации и фотосинтеза. Многие авторы считают, что поступление фотоассимилянтов из листьев в клубеньки является главным фактором, лимитирующим восстановления молекулярного азота и процесс его ассимиляции в растении [9,10,11,12].
Изучение влияния смеси ризоторфина и флавобактерина на вариантах без внесения минеральных удобрений в смешанных посевах зернобобовых с ячменем показали, что масса активных клубеньков была выше у растений люпина на 6,9 кг/га или на 7,5 %, у гороха на 5 кг/га или на 19,3 %, у сои на 6,1 кг/га или на 7,6 % по отношению к контрольным вариантам без обработки семян (таблица 3).
Таблица 3 - Влияние биопрепаратов и минерального азота в дозе N 60 на массу активных клубеньков в смешанных посевах, в среднем за 2013-2015гг.
Было установлено, что внесение минеральных удобрений в виде аммиачной селитры в смешанных посевах зернобобовых на фоне смесевого биопрепарата повышали массу активных клубеньков по сравнению с вариантом - ризоторфин флавобактерин: люпино-ячменном посеве на 26,1 кг/га или на 26,4 %, горохо-ячменном посеве на 11,8 кг/га или на 38,3 %, соя - ячменном посеве на 23,4 кг/га или на 27 % и благоприятно влияло на формирование урожайности зерносмеси (таблицы 3,5).
Внесение удобрений в смешанных посевах люпина и сои в нитратной форме - калийная селитра (KNO3) на фоне смеси биопрепарата было менее эффективна, чем внесение аммиачной формы. Однако, в смешанных посевах гороха наиболее благоприятной формой для накопления массы активных клубеньков установлено при внесение калийной селитры при обработки семян ризоторфин флавобактерин (таблица 3).
Таким образом, как показали трехлетние исследования влияние различных видов минеральных азотных удобрений на массу активных клубеньков растений люпина и сои в смешанных посевах, что наиболее высокая масса активных клубеньков формировалась при внесении аммиачной селитры в дозе N60 по сравнению с нитратной формой в виде калийной селитры в дозе N60. У растений гороха в смешанных посевах масса активных клубеньков была выше при внесении калийной селитры по сравнению с внесением аммиачной селитры.
Количество симбиотически фиксированного азота зависит не только от массы клубеньков с леггемоглобином, но и от продолжительности их функционирования. Для объединения этих двух показателей азотфиксации Г.С. Посыпановым введен показатель «активный симбиотический потенциал» (АСП) [7].
Наши исследования показали, что использование смеси ризобактерий (ризоторфин флавобактерин) в смешанных посевах способствовало увеличению АСП у зернобобовых культур по сравнению с контролем на 3,5-18,6 % (таблица 4). Установлено, что внесение азота в виде аммиачной селитры (NH4NO3) и в виде калийной селитры (KNO3) обеспечило увеличение АСП в смешанных посевах у люпина на 26 % и 13,4 %, у гороха на 23,7 % и на 37,1 %, у сои на 28,1 % и 9,4%, по сравнению с контролем и благоприятно влияло на формирование урожайности зерносмеси (таблица 4,5).
Таблица 4 - Влияние биопрепаратов и минерального азота в дозе N 60 на активный симбиотический потенциал в смешанных посевах, в среднем за 2013-2015 гг.
№ п/п Вариант Активный симбиотический потенциал, в тыс.кг•сут./га
Было установлено, что внесение минеральных удобрений в виде аммиачной селитры в смешанных посевах при внесении смеси ризобактерий (ризоторфин флавобактерин) обеспечивало лучшую активность симбиотической азотфиксации, что подтверждается наибольшими значениями АСП. АСП в люпино-ячменном посеве составил 12,20 тыс. кг.• сут./га или на 25,5 % выше, в соя-ячменном - 10,85 тыс. кг.•сут./га или на 28,5 % выше по сравнению с вариантом с внесением смеси ризобактерий без применения азотных удобрений (таблица 4). Однако в горохово-ячменном посеве было установлено, что максимальное значение АСП формировалось при внесении минеральных азотных удобрений в виде аммиачной и калийной селитры на фоне смеси биопрепарата по сравнению с вариантом без применения азотных удобрений только с предпосевной обработкой семян ризобактериями АСП составлял 7,64 и 7,88 тыс. кг.• сут./га (таблица 4).
Таким образом, как показали трехлетние исследования, наибольшим активным симбиотическим потенциалом характеризовались смешанные люпино-ячменные и соя-ячменные посевы с внесением аммиачной селитры в дозе N60 при предпосевной обработки семян ризобактериями включающими клубеньковые и ассоциативные бактерии (ризоторфин флавобактерин) по сравнению с внесением азота в виде калийной селитры в дозе N60. Наиболее благоприятным видом азотных удобрений для горохо-ячменных посевов для формирования АСП при предпосевной обработки семян смесью ризобактерий было внесение калийной селитры в дозе N60, где использовалась только нитратная форма азота.
Наши исследования показали, что урожайность значительно изменялась в зависимости от изучаемых агроприемов (таблица 5)
Таблица 5 - Влияние биопрепаратов и минерального азота в дозе N 60 на урожайность зерна в смешанных посевах, в среднем за 2013-2015 гг.
№ п/п Вариант Без удобрений Аммиачная селитра Калийная селитра
Урожайность, в т/га Прибавка урожая, т/га Урожайность, в т/га Прибавка урожая, т/га Урожайность, в т/га Прибавка урожая, т/га
Результаты исследования показали, что в смешанных посевах при использовании смеси симбиотических и ассоциативных ризобактерий ризоторфина с флавобактерином, урожайность зерна в люпино-ячменной смеси увеличилась на 18,9 %, в горохо-ячменной смеси на 11,8 %, в соя-ячменной смеси на 9,7 % по сравнению с контролем (таблица 5).
Наши исследования показали, что при выращивании смешанных люпино-ячменных и соя-ячменных посевов обязательным приемом должно быть внесение смесевого биопрепарата включающего симбиотические ризобактерии биопрепарат ризторфин в дозе 300 г/га (для люпина штамм 363а и сои штамм 6346) и ассоциативные ризобактерии биопрепарат флавобактерин (для ячменя штамм 30) в дозе 400 г/га совместно внесенных при предпосевной обработке семян и минерального азота в дозе N60 в виде аммиачной селитры, обеспечивших увеличение зерна люпино-ячменной зерносмеси на 21,3 %, соя-ячменной зерносмеси на 19,2% по сравнению к варианту с внесением только биопрепарата. В горохо-ячменном посеве обязательным приемом, так же должно быть внесение смесевого биопрепарата включающего симбиотические ризобактерии биопрепарат ризоторфин штамм 2616для гороха в дозе 300 г/га и ассоциативные ризобактерии биопрепарат флавобактерин для ячменя в дозе 400 г/га совместно внесенных при предпосевной обработке семян и минерального азота в дозе N60 в виде калийной селитры, обеспечивших увеличение зерна зерносмеси на 24,7% по сравнению к варианту с внесением только биопрепарата (таблица 5).
Вывод
На основании проведенных исследований было установлено, что на фотосинтетическую деятельность злаковых и зернобобовых культур в смешанных посевах благоприятно влияло внесение биопрепаратов на основе ризобактерий и вид минерального азотного удобрения обеспечивших увеличение зерна зерносмеси. В смешанных посевах благоприятно влияло совместное внесение биопрепаратов на основе ризобактерий и азота в виде аммиачной селитры в дозе N60 на формирование ассимилирующей поверхности листьев, фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза в люпино-ячменных и соя-ячменных посевах, а в горохо-ячменных посевах более предпочтительным было внесение азота в виде калийной селитры, что повлияло на рост урожайности зерна. Было установлено, что в люпино-ячменных посевах активный симбиотический потенциал увеличился на 25,5% и урожайность увеличилась на 21,3% , в соя-ячменных посевах на 28,5% и на19,2% соответственно за счет совместного применения смеси симбиотических и ассоциативных ризобактерий и минерального азота в виде аммиачной селитры в дозе N60. В горохо-ячменном агроценозе повышало эффективность возделывания совместное применение смесевого биопрепарата симбиотических и ассоциативных ризобактерий на фоне внесения минерального азота в виде калийной селитры в дозе N60, где наблюдалось увеличение активный симбиотический потенциал на 34,7% и урожайности зерна на 24,7% по сравнению с вариантом при внесении смеси биопрепаратов.
Исследования показали, что возделывание гетерогенных бобово-злаковых посевов при использовании приемов предпосевной инокуляции семян симбиотическими и ассоциативными ризобактериями на фоне экономически обоснованных небольших доз различных видов азотных удобрений наиболее комплементарных для бобовой культуры оправдано.
Список литературы
1. Белоус Н.М. Эффективность технологий возделывания сельскохозяйственных культур в севооборотах юго-запада Нечерноземной зоны России: монография / Н.М. Белоус, М.Г. Драганская, И.Н. Белоус, С.А. Бельченко. - Брянск: Изд. Брянской ГСХА, 2012. - 241 с.
2. Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений/ В.Н. Кудеяров. - М.: Наука, 1989. - 216 с.
3. Умаров М.М. Роль микроорганизмов почв в балансе азота в биосфере // Почвы-национальное достояние России: матер. IV съезда Докучаевского общества почвоведов (г. Новосибирск, 9-13 августа 1004 г.). - Новосибирск: Наука-центр, 2004. - Кн. 1. - С. 373-375.
4.Кононов А.С. Эффективность минерального питания растений в гетерогенном люпино-злаковом агроценозе / А.С. Кононов // Тезисы докладов Международной научно-практической конференции - Брянск. - 2005. - С.136.
5. Ничипорович А. А. Теория фотосинтетической продуктивности растений/ А. А. Ничипорович // Итоги науки и техники. Физиология растений. - М., 1977. -Т.3. -С.11-54.
6.Кононов А.С. Агрофитоценоз и методы его исследования / А.С. Кононов. - Брянск, 2009. - 299с.
7. Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха / Г.С. Посыпанов.- М.: Агропромиздат, 1991. -300 с.
8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. - М.: Агропромиздат,1985. - 351с.
9. Федулова Н.Г.Связь обмена поли-в-оксибутирата у Rhizobium с азотфиксацией и фотосинтезом: автореф. дис.…канд. биол. наук./Н.Г. Федулова. - М.,1980. -25с.
10. Романов В.И. Энергетика симбиотической азотфиксации у бобовых и ее связь с фотосинтезом / В.И. Романов//Молекулярные механизмы усвоения азота растениями. - М.: Наука,1983. - С.81-88.
11. Ching,T.M. Energy state and dinitrogen fixation in soybean nodules of dark growth plant/ T.M. Ching, S. Hedtke, S.A. Russell, H.J. Evans// Plant Physiology. -1975. -v.260. -No5548. -p.268-271
12. Hardy, R.W. Rate-limiting steps in biological photoproductivity //Genetic engineering for nitrogen fixation/ R.W. Hard -1977. - v.36. - p.401-408.
5. Nichiporovich A. A. Teorija fotosinteticheskoj produktivnosti rastenij/ A. A. Nichiporovich // Itogi nauki i tehniki. Fiziologija rastenij. - M., 1977. -T.3. -S.11-54.
6. Kononov A.S. Agrofitocenoz i metody ego issledovanija / A.S. Kononov. - Brjansk, 2009. - 299s.
7. Posypanov G.S. Metody izuchenija biologicheskoj fiksacii azota vozduha / G.S. Posypanov.- M.: Agropromizdat, 1991. -300 s.
9. Fedulova N.G.Svjaz" obmena poli-v-oksibutirata u Rhizobium s azotfiksaciej i fotosintezom: avtoref. dis.…kand. biol. nauk./N.G. Fedulova. - M.,1980. -25s.
10. Romanov V.I. Jenergetika simbioticheskoj azotfiksacii u bobovyh i ee svjaz" s fotosintezom / V.I. Romanov//Molekuljarnye mehanizmy usvoenija azota rastenijami. - M.: Nauka,1983. - S.81-88.
11. Ching,T.M. Energy state and dinitrogen fixation in soybean nodules of dark growth plant/ T.M. Ching, S. Hedtke, S.A. Russell, H.J. Evans// Plant Physiology. -1975. -v.260. -No5548. -p.268-271
12. Hardy, R.W. Rate-limiting steps in biological photoproductivity //Genetic engineering for nitrogen fixation/ R.W. Hard -1977. - v.36. - p.401-408.