Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Условия функционирования и продуктивность азотфиксирующих систем однолетних агроценозов
1.1 Краткая характеристика почвенно-климатических условий
лесостепной зоны Западной Сибири Ю
1.2 Фиксация азота в однолетних агроценозах (обзор) 13
ГЛАВА 2. Объекты, условия и методы проведения исследований 59
2.1 Объекты изучения и условия проведения исследований 59
2.2 Методы исследований 64
ГЛАВА 3. Фиксация азота свободноживущими микроорганизмами 71
ГЛАВА 4. Ассоциативная азотфиксация в ризосфере зерновых культур 75
4.1 Роль злаковых растений в фиксации атмосферного азота 75
4.2 Применение биологических препаратов для активизации ассоциативной азотфиксации 79
4.3 Влияние минеральных удобрений на ассоциативную азотфиксацию и эффективность биопрепаратов 125
ГЛАВА 5. Симбиотическая азотфиксация зернобобовыми культурами 132
5.1 Фиксация атмосферного азота зернобобовыми культурами на черноземах лесостепной зоны 133
5.2 Отзывчивость зернобобовых культур на инокуляцию семян активными штаммами клубеньковых бактерий 139
5.3 Влияние минеральных удобрений на активность симбиоза 148
5.4 Последействие азота зернобобовых культур в севообороте 162
ГЛАВА 6. Эффективность инокуляции зернобобовых и злаковых культур в одновидовых и смешанных посевах 168
6.1 Особенности азотного питания смешанных посевов бобовых и злаковых культур 168
6.2 Влияние биопрепаратов на уровень азотфиксации и продуктивность смешанных посевов 171
ГЛАВА 7. Динамика фиксации атмосферного азота в однолетних агроценозах 182
7.1 Суточная динамика азотфиксирующей активности агроценозов 183
7.2 Интенсивность азотфиксации в сезонном ритме развития растений 191
ГЛАВА 8. Агрохимическая и экономическая оценка роли биологического азота в питании однолетних полевых культур 198
8.1 Значение биологического азота в оптимизации питания растений и балансе азота в земледелии (на примере Алтайского края) 198
8.2 Экономическая оценка приемов повышения активности дизотрофов в однолетних агроценозах 202
Выводы 207
Предложения производству 210
Литература
- Фиксация азота в однолетних агроценозах (обзор)
- Применение биологических препаратов для активизации ассоциативной азотфиксации
- Отзывчивость зернобобовых культур на инокуляцию семян активными штаммами клубеньковых бактерий
- Влияние биопрепаратов на уровень азотфиксации и продуктивность смешанных посевов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение плодородия почвы - одна из важнейших задач агрохимической науки, в решении которой ведущая роль принадлежит биологическим факторам, и в том числе, фиксации атмосферного азота симбиотическими и свободноживущими диазотрофами [Мишустин, Шильникова, 1973; Умаров, 2004].
Азот относится к элементам широкого биологического захвата. Индексы биогенного обогащения азотом почв по отношению к земной коре, и растений, по отношению к почвам составляют соответственно 1000 и 10000, что на порядок выше, чем у углерода [Speidel and Agnev, 1982].
Проблема азота была в прошлом и останется в будущем одной из главных проблем земледелия. На основе глубокого анализа истории развития земледелия Д.Н. Прянишниковым [1952] показано, что обеспеченность растений азотом была главным условием, определяющим среднюю высоту урожаев полевых культур в разные эпохи, и не случайно наиболее значимые его работы посвящены вопросам оптимизации азотного питания растений.
Основные запасы азота (75-80 %) сосредоточены в атмосфере (4-6-1015 т) в молекулярном виде и недоступны растениям [McElroy, 1965]. Несмотря на то, что над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится 7-8 тонн азота [Ягодин, 2001], потребности растений, произрастающих на этой площади, в элементе (10-20 г в год) не удовлетворяются, и они часто испытывают азотное голодание.
Жизнь на Земле в значительной мере зависит от жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов, поскольку за счет симбиотической и несимбиотической фиксации в круговорот вовлекается наибольшая часть природного азота [Hardy and Havelka, 1975; Bergersen, 1980; Трепачев, 19816; Newton, 1994; Romanenko, 1995; Умаров, Умаров, 2004a, 20046]. B.H. Кудеяров [1989] на основании обобщения публикаций приводит данные
поступления азота в результате биологической азотфиксации. В наземные экосистемы ежегодно вовлекается около 150 млн. т фиксированного азота, в том числе около 44 млн. т - в мировые сельскохозяйственные угодья.
Анализ научных публикаций свидетельствует о том, что в последние 2-3 десятилетия интерес к биологической азотфиксации значительно возрос [Азаров, 1995; Базилинская, 1988; Буянкин, 2005; Завалин, 2005; Кожемяков, Хотянович, 1997; Hansen, 1994; Newton, 1994]. Это связано не только с определяющей ролью этого процесса в азотном балансе биосферы, но и с возможностью сокращения объемов применения промышленного азота в технологиях выращивания полевых культур при биологизации земледелия, а также со стремлением снизить энергетические затраты на производство продукции растениеводства.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в исследованиях по рассматриваемой проблеме, практическое использование приемов активизации жизнедеятельности диазотрофов остается пока на низком уровне. Это связано как с недооценкой производственниками практической значимости процесса, так и с недостаточной изученностью многих физиолого-биохимических и генетических особенностей процесса азотфиксации [Тихонович, 1989; Старченков, 1996], а также агрономических аспектов фиксации атмосферного азота.
Известно, что конечный результат работы азотфиксаторов в полевых условиях зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются генотип растения, видовой состав и активность азотфиксирующих микроорганизмов, свойства почвы, водный и температурный режимы, а также уровень агротехники [Мишустин, Шильникова, 1968; Клевенская, 1976]. Изменение характеристик любого из этих факторов приводит к торможению или стимулированию биологической фиксации азота в агроценозе. Для условий Сибири это особенно актуально, так как своеобразие климатических условий, короткий вегетационный период и
небольшой срок активной биологической жизни почвы приводит к более глубоким нежелательным изменениям свойств почвы при интенсивном сельскохозяйственном ее использовании [Гамзиков, 2004], и, следовательно, меняет условия жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов.
Все это говорит о необходимости комплексного подхода в изучении агрономических аспектов азотфиксации с адаптацией мероприятий по активизации процесса фиксации атмосферного азота к зональным технологиям возделывания полевых культур.
Цель работы - теоретическое обоснование и разработка практических приемов улучшения условий азотного питания зерновых и зернобобовых культур за счет активизации процесса биологической азотфиксации в условиях лесостепи Западной Сибири. Задачи исследований:
Определить потенциальную азотфиксирующую способность свободноживущих азотфиксаторов в основных типах почв юга Западной Сибири: черноземе и каштановой почве, в зависимости от вида агроценоза;
Изучить особенности фиксации атмосферного азота в посевах зерновых и зернобобовых культур в условиях лесостепной зоны;
Установить эффективность применения биопрепаратов на основе активных штаммов клубеньковых и ассоциативных азотфиксирующих бактерий;
Определить эффективность комплексного применения минеральных и бактериальных удобрений под зерновые и зернобобовые культуры;
Выявить особенности действия биопрепаратов при выращивании однолетних бобово-злаковых смесей;
Дать агроэкологическое и экономическое обоснование применению биопрепаратов на основе диазотрофов при выращивании однолетних полевых культур.
Научная новизна. Впервые для условий лесостепной зоны Западной Сибири дано теоретическое обоснование приемам повышения роли биологического азота в питании однолетних полевых культур. Установлены значения количественных параметров азотфиксирующего потенциала основных типов почв в зависимости от вида агроценоза. Выявлены общие закономерности и особенности проявления азотфиксирующей активности в однолетних агроценозах. Изучена реакция зернобобовых и зерновых культур на инокуляцию семян препаратами азотфиксирующих бактерий. Разработаны модели суточной динамики азотфиксации.
На защиту выносятся:
Зависимость потенциальной азотфиксирующей способности основных типов почв юга Западной Сибири (чернозем, каштановая почва) от вида агроценоза.
Уровни ассоциативной и симбиотической азотфиксации в посевах основных однолетних полевых культур на черноземах лесостепной зоны.
Приемы активизации процесса азотфиксации в однолетних агроценозах с помощью препаратов азотфиксирующих бактерий.
Модели суточной динамики активности симбиотической и ассоциативной азотфиксирующих систем.
Практическая значимость работы. По результатам исследований разработаны и предложены для внедрения в производство усовершенствованные технологии возделывания зерновых и зернобобовых культур, включающие использование соответствующих каждой культуре и наиболее эффективных в условиях лесостепной зоны Западной Сибири биопрепаратов на основе азотфиксирующих бактерий. Применение биопрепаратов обеспечивает повышение урожайности культур на 20-30 %, получение качественной продукции и улучшение экологической ситуации в агроценозах.
Материалы исследований использованы при разработке практических рекомендаций по возделыванию зерновых и зернобобовых культур: «Технология возделывания сои в лесостепи Западной Сибири» (1998), «Пивоваренный ячмень в Западной Сибири» (2000), «Возделывание сои в Алтайском крае» (2000), «Пивоваренный ячмень в Алтайском крае» (2003), «Соя в Алтайском крае» (2006), «Практическое руководство по повышению урожайности и качества зерна пивоваренного ячменя в Алтайском крае» (2006).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены в 1993-2005 г.г. на заседаниях методического совета центра по земледелию и Ученого Совета АНИИСХ (АНИИЗиС), на 10-м Международном конгрессе по азотфиксации (Санкт-Петербург, 1995), на научно-практических конференциях, съездах, научных чтениях: международных (Уланбаатар, 1998; Новосибирск, 1999, 2001, 2004; Барнаул, 2000, 2003, 2005, 2006; Алматы, 2000; Абакан, 2002; Киров, 2004), всероссийских (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004), региональных (Красноярск, 1996; Новосибирск, 1997; Барнаул, 1998, 2000, 2002), краевых (Барнаул, 1999, 2000).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации и основные ее положения опубликованы в 51 печатной работе, в том числе в журналах «Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук», «Агрохимия», «Сибирский вестник сельскохозяйственной науки». Общее число научных публикаций - 120.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 287 страницах машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству, 9 приложений. Экспериментальный материал представлен в 86 таблицах и 37 рисунках. Список использованной литературы включает 567 наименований, в том числе 192 на иностранных языках.
Автор выражает благодарность своему учителю и наставнику академику РАСХН, доктору биологических наук, профессору Геннадию Павловичу Гамзикову за постоянную поддержку и консультации при проведении исследований и работе над диссертацией, заведующему лабораторией биологического азота ВНИИСХМ, кандидату биологических наук Андрею Петровичу Кожемякову за представленные препараты азотфиксирующих бактерий и консультации, коллективу лаборатории агрохимии и экологии АНИИСХ за помощь при проведении экспериментов, а также Виталию Никитичу Мухину за полезные советы по вопросам статистического анализа экспериментальных данных.
Фиксация азота в однолетних агроценозах (обзор)
Способностью усваивать атмосферный азот обладают так называемые диазотрофы - свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие бактерии. В настоящее время описано 2 рода архебактерий, 38 родов бактерий и 29 родов цианобактерий, обладающих азотфиксирующей активностью [Кретович, 1994].
Наиболее исследованы бактерии рода Rhizobium, живущие в симбиозе с бобовыми растениями, азотфиксирующие бактерии родов Azotobacter, Clostridium, Beijerinckia, некоторые актиномицеты (Frankia) и цианобактерий [Dixon, Wheeler, 1986]. Все эти разнообразные микроорганизмы имеют одну и ту же ферментную систему - нитрогеназу, которая катализирует процесс азотфиксации [Старченков, 1997].
Пальму первенства в биологической азотфиксации большинство ученых отдают симбиозу клубеньковых бактерий с представителями семейства бобовых [Мишустин, Шильникова, 1973; Трепачев, 1979; Старченков, Коць, 1992; Старченков, 1996 и др.]. Но, несмотря на значительное количество работ, из 12 тыс. видов бобовых растений более или менее подробно изучено лишь 10-12.
Анализ научной литературы свидетельствует о том, что, наряду с наиболее изученной и широко используемой на практике азотфиксирующей системой Rhizobium-6o6oBbiQ, в настоящее время интенсивно изучаются симбиоз актиномицетов с покрытосеменными растениями [Калакуцкий, Парийская, 1984], а также - свойства и условия функционирования различных видов корневых диазотрофов, с целью улучшения азотного питания небобовых культур [Умаров, 2004а, 20046]. Несимбиотическая азотфиксация осуществляется многочисленной популяцией гетеротрофных микроорганизмов, обитающих в почве и на поверхности растений. В научной литературе достаточно полно представлены результаты исследований по вопросам связывания атмосферного азота свободноживущими азотфиксаторами, главным образом азотобактером, и их роли в пополнении азотного фонда почвы [Мишустин, Шильникова, 1968; Трепачев, 19816; Шильникова, Серова, 1983; Hardy, 1982].
Разработка высокочувствительных методов измерения азотфиксирующей активности [Hardy et al., 1973] и специальных сред для выращивания микроорганизмов позволили выявить новые группы азотфиксирующих микроорганизмов, обитающих в фитоплане растений. Основным источником питания для них служат прижизненные выделения растений. Этот тип фиксации атмосферного азота, получивший название «ассоциативной», обнаружен у более 12 тысяч различных видов высших растений [Умаров, 1982;Кретович, 1994].
Установлено, что 50-80 % бактерий, выделенных из ризосферы небобовых растений, обладают нитрогеназной активностью [Dart, Wani, 1982]. Показано, что локализация ризосферных микроорганизмов, усваивающих атмосферный азот, происходит в зоне узла кущения и ниже [Берестецкий, Васюк, 1983].
По данным Б.Ф. Садыкова и М.М. Умарова [1980] азотфиксирующей способностью обладают около 55 % бактерий, выделенных из филлосферы различных растений. Какой-либо строгой специфичности во взаимоотношениях ассоциативных бактерий и растений не обнаружено [Умаров, 1984]. Так, азоспириллы развиваются на корневой системе многих сельскохозяйственных растений, хотя этот род наиболее изучен в ассоциации со злаками [Редькина и др., 1989; Васюк, 1989а, 19896]. К настоящему времени выделено и описано свыше 50 видов азотфиксирующих бактерий, принадлежащих к 12 различным семействам. Активные штаммы ассоциативных азотфиксаторов относятся к родам Achromobacter, Agrobacterium, Arthrobacter, Azospirillum, Azotobacter, Aquaspirillum, Chromobacterium, Clostridium, Enterobacter, Flavobacterium, Klebsiella, Rhodospirillum, Xantobacter [Giller et al, 1984; Haahtela, Kari, 1984]. Сейчас усиленно исследуются свойства этих бактерий, условия их функционирования и взаимоотношения с высшими растениями [Берестецкий, 1985; Мальцева, 1989; Martinezoledo, 1990]. К наиболее изученным из них следует отнести род Azospirillum [Watanabe, 1980; Ray, Guar, 1982; Vose, 1983; Dobereiner, 1984; Dreessen, Vlassak, 1984; Hubell, Gaskins, 1984; Martens, Hess, 1984; Miller et al., 1984; Miller, Feldman, 1984; Smith, 1984; Menze, 1985; Vancura et al, 1986; Dobereiner, Pedrosa, 1987; Okon etal, 1995].
Применение биологических препаратов для активизации ассоциативной азотфиксации
Обобщение научных публикаций позволяет заключить, что применение биопрепаратов на основе активных штаммов азотфиксирующих бактерий является эффективным приемом увеличения размеров поступления в агроценоз биологического азота, повышения продуктивности злаковых культур и повышения качества продукции. При этом конечный результат работы азотфиксаторов в полевых условиях зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются генотип растения, видовой состав и активность азотфиксирующих микроорганизмов, свойства почвы, водный и температурный режимы, а также уровень агротехники. Изменение характеристик любого из этих факторов приводит к торможению или стимулированию биологической фиксации азота в агроценозе. Поэтому нередко инокуляция не эффективна или даже дает отрицательный результат.
Изучение препаратов ассоциативных диазотрофов в условиях лесостепи Алтайского Приобья показало достаточно высокую их эффективность как по влиянию на активность азотфиксации в ризосфере растений, так и по повышению урожайности зерновых культур.
Яровая пшеница твердая (Triticum durum L.). Применение препаратов азотфиксирующих бактерий при выращивании твердой пшеницы во все годы исследований обеспечивало значительное повышение азотфиксирующей активности корневых диазотрофов. Но по своей эффективности изученные биопрепараты существенно различались. В частности, в опытах 1994-1997 гг. активность нитрогеназы (фермента азотфиксации) в ризосфере растений повышалась при инокуляции в 1,2-2,4 раза. При этом максимальный эффект в большинстве случаев отмечался при использовании препарата ризоэнтерин (табл. 4.2). Однако, при благоприятных условиях увлажнения (1995 г.) этот препарат существенно уступал флавобактерину.
Следовательно, различия в действии биопрепаратов на уровень ассоциативной азотфиксации связаны с разным отношением разных видов диазотрофов к влажности почвы и бактерии рода Flavobacterium более требовательны к условиям увлажнения, чем бактерии рода Enterobacter, что особенно проявилось в засушливом 1997 году. Таблица 4.2 - Влияние биопрепаратов на активность азотфиксации в ризосфере твердой пшеницы (Алтайская Нива, фаза цветения)
Среди изученных инокулянтов выделились биопрепараты Д-12 и Д-65 на основе азотфиксирующих бактерий рода Pseudomonas. В частности обработка семян препаратом Д-65 способствовала повышению нитрогеназной активности в 2,2 раза при сравнении с контролем ив 1,4-1,6 раза по сравнению с показателями на вариантах, где применялись азоризин или ризоагрин.
Кроме усиления азотфиксирующей активности в ризосфере твердой пшеницы применение биопрепаратов повышает интенсивность нарастания биомассы растений, но в значительно меньшей степени. Так, в благоприятном по условиям увлажнения 2000 году инокуляция семян обеспечила повышение биомассы растений на 18-25 %, независимо от вида препарата. Но в условиях дефицита влаги (1998 и 1999 гг.) уже отмечается дифференциация в эффективности различных бактериальных удобрений. В частности эффективность препарата ризоагрин была существенно ниже остальных. В среднем за 3 года максимальный эффект (+30 %) обеспечил препарат Д-65 (табл. 4.4).
Анализ зависимости между формированием биомассы растений и азотфиксирующей активностью диазотрофов показал достаточно сильную корреляцию между этими показателями (г = 0,78±0,09; n = 15). Усиление ростовых процессов связано с улучшением условий азотного питания, о чем свидетельствует повышенное (на 0,06-0,16 %) содержание элемента в биомассе твердой пшеницы в фазу цветения. По влиянию на концентрацию азота в биомассе препараты одинаково эффективны (усредненные данные), хотя в отдельные годы зафиксированы статистически значимые различия между ними (табл. 4.5).
Таблица 4.5 - Влияние биопрепаратов на содержание азота в надземной биомассе твердой пшеницы (фаза цветения, 1998-2000 гг.), % в. с. в.
Учет урожая твердой пшеницы показал, что инокуляция семян этой культуры не всегда обеспечивает положительный эффект. Например, в опытах 1994-1997 гг. существенное повышение урожайности во все годы испытаний обеспечило только применение ризоэнтерина. Прибавка урожая варьировала от 15 до 36 % в зависимости от условий года. Действие других препаратов в большинстве случаев не выходило за рамки ошибок экспериментов (табл. 4.6).
В опытах 1998-2000 гг. также отмечалась различная эффективность препаратов азотфиксирующих бактерий. Стабильный по годам исследований эффект отмечен при использовании препаратов Д-12 и Д-65: прирост урожая составил 9-14 и 10-23 % соответственно (табл. 4.7). Таблица 4.6 - Урожайность твердой пшеницы при инокуляции семян препаратами корневых диазотрофов в опытах 1994-1997 гг., г/м
Отзывчивость зернобобовых культур на инокуляцию семян активными штаммами клубеньковых бактерий
Известно, что в силу своих физиологических особенностей бобовые растения могут в принципе формировать урожай только за счет минерального азота почвы или удобрений, но тогда теряется азотфиксирующая роль бобовой культуры, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Это наблюдается, например, при отсутствии в почве специфичных для данной культуры клубеньковых бактерий, или при наличии угнетающих симбиоз экологических факторов. В этом случае бобовая культура переходит в категорию активного потребителя азота и, в связи с повышенными потребностями в азотном питании, истощает почву больше, чем злаковые культуры.
Одним из эффективных приемов повышения азотфиксирующей способности традиционных зернобобовых культур или обязательным условием формирования симбиотического аппарата у культур, впервые выращиваемых в данном регионе, является обработка семян активными штаммами клубеньковых бактерий.
Эффективность инокуляции зернобобовых культур в значительной степени зависит от применяемого штамма клубеньковых растений. Свидетельством тому являются результаты испытаний 5 различных штаммов на посевах сои.
Установлено, что применение всех изученных штаммов обеспечивает формирование симбиотического аппарата на корнях сои. Независимо от штамма бактерий клубеньки начинают формироваться на 12-15 день после всходов культуры, затем идет постепенное наращивание их числа и массы, достигая максимума в период цветения. В это время на одном растении насчитывается до 40-50 клубеньков с общей сырой массой 500-800 мг. Далее, с началом побурения бобиков, происходит постепенная инактивация и отмирание клубеньков.
Улучшение азотного питания растений за счет симбиоза приводит к активизации фотосинтеза, о чем свидетельствует более темная, по сравнению с бесклубеньковыми растениями, окраска листьев. Установлено, что содержания хлорофилла в листьях под воздействием инокуляции возрастает на 40-45 %.
Но, как по уровню азотфиксации, так и по влиянию на продуктивность растений препараты неравноценны. Так, во все годы исследований максимальная азотфиксирующая активность клубеньков наблюдалась при инокуляции штаммом 6456 (табл. 5.4).
Несколько ниже (в среднем на 13 %) были показатели у штамма 6346, и значительно уступали им 3 остальных штамма - в среднем 62-70 % к уровню усвоения азота штаммом 6456.
По влиянию на урожайность сои изученные штаммы бактерий по усредненным данным можно разделить на 2 группы, существенно отличающиеся по эффективности: 1 - штаммы 607д, 611д и 626а с эффектом 20-25 % и 2 - штаммы 6346 и 6456 с эффектом 47-57 %.
Различия между штаммами внутри обозначенных групп в большинстве случаев несущественны, но, в отдельные годы, их эффективность может достоверно различаться, например штаммы 6346 и 6456 в 1996 г.
Неодинаковая реакция на разные штаммы клубеньковых бактерий отмечена и у других культур (табл. 5.6).
В зависимости от культуры различия между препаратами составляют 18-57 % (по массе клубеньков) и 13-44 % - по азотфиксирующей их активности. При этом наблюдается общая для всех культур закономерность: под действием препаратов происходит увеличение числа и массы клубеньков, но несколько снижается удельная их активность. Но, так как темпы формирования симбиотического аппарата значительно выше темпов падения удельной активности клубеньков, уровень фиксации атмосферного азота в пересчете на растение при инокуляции повышается.
Следовательно, для формирования наиболее продуктивного симбиотического аппарата необходимо вести подбор инокулянта для конкретных условий выращивания растений в соответствии с реакцией растений на тот или иной препарат. И в нашем примере для практического применения в условиях лесостепи Алтайского Приобья по результатам испытаний можно рекомендовать штаммы 6346 и 6456 для сои, штамм 245 -для гороха, штамм 145а - для вики посевной, штамм 385а - для люпина, штамм 700 - для фасоли. Предлагаемые штаммы, по аналогии с районированием новых сортов растений, могут служить стандартом, при оценке новых препаратов клубеньковых бактерий, ввозимых в регион.
Корреляционный и регрессионный анализ данных по нитрогеназной активности в клубеньках сои и продуктивности растений показал высокую сопряженность этих показателей.
Влияние биопрепаратов на уровень азотфиксации и продуктивность смешанных посевов
В результате проведенных нами исследований с горохоовсяной смесью установлено положительное влияние препаратов азотфиксирующих бактерий на уровень азотфиксации в ризосфере овса, а также на формирование симбиотического аппарата и его активность у гороха.
При посеве в смеси с горохом, как и в одновидовом посеве, овес неодинаково реагирует на различные штаммы азотфиксирующих бактерий. Так, трехлетнее испытание различных препаратов корневых диазотрофов при обработке ими овса в смешанных с горохом посевах показало, что в относительно благоприятные для роста и развития растений годы азотфиксирующая активность в ризосфере культуры возрастает при инокуляции всеми изученными препаратами (табл. 6.2).
Но, максимальный и стабильный по годам эффект наблюдался только при использовании ризоэнтерина (на 53-97 % выше контроля). Например, в 1996 году ризоэнтерин был единственным препаратом, обеспечившим существенное увеличение нитрогеназной активности в ризосфере овса (в 1,5 раза). По-видимому, микроорганизмы, внесённые с этим препаратом, оказались наиболее адаптированными к неблагоприятным погодным условиям.
Сравнение эффективности ризоэнтерина в одновидовых и смешанных с горохом посевах овса свидетельствует о том, что присутствие гороха усиливает действие препарата, обеспечивая повышение азотофиксирующей активности в ризосфере овса на 55%, тогда как чистом посеве культуры этот параметр превосходил контроль только на 45%. В то же время инокуляция гороха ризоторфином не оказывает существенного влияния на активность нитрогеназы в ризосфере овса.
Анализ показателей, характеризующих симбиоз гороха с клубеньковыми бактериями, показывает, что при инокуляции семян культуры число клубеньков возрастает в среднем на 62 %, а их сырая масса -на 85 % при несущественных изменениях их размеров (табл. 6.3).
Обработка семян гороха ризоторфином в смешанном посеве увеличивала все обсуждаемые показатели симбиотической азотофиксации гороха: число клубеньков - в 1,4-1,5 раза, массу клубеньков на растении - в 1,8-2 раза, массу одного клубенька - в 1,3-1,5 раза. Азотфиксирующая активность растений гороха возрастает при внесении ризоторфина как в одновидовом, так и в смешанном посеве на 62-67 %.
В присутствии растений овса число клубеньков на корнях гороха при инокуляции не меняется, но увеличивается их масса на 26-39 % за счет роста средней массы 1 клубенька на 23-35 % (в посеве с не инокулированным овсом) и на 41-59 % (в посеве с инокулированным овсом). Но уровень азотофиксации у гороха проявляет только тенденцию к повышению относительно чистого посева.
Анализ азотофиксирующей активности симбиоза гороха с клубеньковыми бактериями показал, что в расчёте на единицу клубеньков (yi), (рис. 6.3А) и одно растение (у2), (рис. 6.3Б) нитрогеназная активность в значительной степени зависит от массы клубеньков на растении (х) и соответственно описывается следующими уравнениями: yi = -0,72х+425,4 и у2=0,23х+11,64. Высокие значения коэффициентов детерминации (соответственно 0,88 и 0,96) свидетельствуют об адекватности рассчитанных уравнений экспериментальным данным.
Согласно полученным уравнениям регрессии, увеличение массы клубеньков на 1 мг сопровождается уменьшением их удельной активности на 0,72 мкг N2/r клуб. час. Причиной этому может быть снижение обеспечения клубеньковых бактерий продуктами фотосинтеза при нарастании массы симбиотического аппарата. Но, тем не менее, азотфиксирующая активность растения в целом возрастает при этом на 0,23 мкг N2/pacT. час. Это связано с тем, что снижение удельной азотфиксирующей активности клубеньков идет более медленными темпами, чем скорость нарастания клубеньковой массы, поэтому уровень фиксации азота растениями гороха с ростом массы клубеньков все же возрастает. В пределах наблюдаемых значений, при увеличении массы клубеньков в 2,5 раза их удельная азотфиксирующая активность снижается на 28 %, а уровень азотофиксации одного растения увеличивается на 86 %.
