Введение к работе
Актуальность работы. Продовольственной программой на период до 1990 года поставлена задача увеличения производства кормов. Предполагается расширить посевы некоторых высокобелковых культур, в том числе люпина. Возделывание люпина на зеленую массу в хозяйствах северных районов Нечерноземной зоны может внести существенный вклад в решение проблемы кормового белка в стране. Благодаря, высокому выходу переваримого протеина себестоимость люпинового, корма на единицу животноводческой продукции по сравнению с: другими культурами минимальна (Мироненко и др., 1978).
Возросший уровень химизации сельского хозяйства предусматривает разработку рекомендаций по комплексному использованию макро- и 'микроудобрений с учетом биологических особенностей культур, планируемого урожая, и уровня агротехники. По вопросам минерального питания люпина, в том числе азотом, имеется достаточно обширная, но противоречивая литература (Барбацкий, 1959; Гукова, 1971,1974; Найдин, 1971; Донцов, Юхимчук, 1978 и др.)- Детальных же наблюдений за динамикой развития и процессом азотфикса-ции у люпина ъ связи с уровнем обеспеченности растений „минеральным азотом и микроэлементами проведено недостаточно.
Среди микроэлементов, в которых вследствие биологических особенностей люпин испытывает потребность, в первую очередь, «следует выделить молибден и кобальт. Недостаток молибдена в питании бобовых культур тормозит как азотфик-сацию, так и ассимиляцию нитратов в растении, поскольку, молибден входит в состав таких важных ферментов азотного обмена, как нитрогеназа и нитратредуктаза (Пейве, 1972, 1975; Ягодин и др., 1973; Львов, 1977; Nason et al,. 1970, 197L и др.). Достаточная обеспеченность растении кобальтом,— необходимое условие биосинтеза витамина,Ві2 в клубеньках бобовых растений и проявления ими азотфиксирующей активности (Северова н др., 1981; Троицкая и др., 1981). .. В литературе недостаточно сведений, о. качестве .люпина-.
Цсм::.'.'.:-:-> г.;*.'::э с.-Г'.-г'-.чп f
L\v ... .< ;., " к..) с..1-': і. І
вого корма и его пригодности к скармливанию сельскохозяйственным животным с точки зрения содержания в нем молибдена и кобальта.
Поэтому решение вопросов о целесообразности внесения минеральных удобрений, п том числе и микроудобрений; при выращивании однолетнего кормового люпина в условиях Нечерноземной зоны является актуальной задачей.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась и изучении влияния кобальта и молибдена нарост, развитие, минеральный состав и характер азотонакопления у люпина при (различных условиях питания растений азотом.
В соответствии с поставленной целью изучались следующие основные вопросы:
-
Влияние кобальта и молибдена, а также различных способов их применении на рост, развитие и динамику накопления биомассы растениями люпина.
-
Действие кобальта, молибдена и минерального азота на динамику накопления люпином некоторых элементов питания (азота, фосфора, калия, железа, '.марганца, цинка, меди; молибдена и кобальта).
-
Влияние изучаемых микроэлементов и минерального азота- на сезонную и суточную динамику азотфиксирующей активности люпина и соотношение нитратредуктазной и нит-роїеназной активностей клубеньков.
-
Выяснение при помощи 15N особенностей усвоения люпином минерального и молекулярного а>зога при различной обеспеченности растении кобальтом и молибденом.
-
Использование множественного регрессионного анализа для выявления связей между содержанием в люпине химических элементов и активностью нигратредуктазы в клубеньках.
Научная новизна. Впервые получен 'материал о действии кобальта, молибдена и различных форм азотных удобрений на усвоение люпином минерального и молекулярного азота, на сезонную и суточную динамику азотфиксирующей активности люпина, на нитратредуктазную активность различных органов люпина. Установлена четкая зависимость азотфиксирующей активности растений от применения минерального азота и кобальта. Получены новые данные по использованию множественного регрессионного анализа для установления связей между содержанием химических элементов в клубеньках и надземной массе люпина и активностью ннтратредукта-зы в клубеньках.
Практическая ценность исследований. Результаты исследований по влиянию минерального азота и различных способов применения микроудобрений на вынос основных элементов питания культурой люпина, содержание в ней молибдена и
кобальта, усвоение люпином' минерального и молекулярного азота имеют большое значение для обоснования системы удобрения желтого кормового люпина сцрта Быстрорасту-щий-4 с целью повышения его продуктивности и максимального использования способности растения к усвоению молекулярного азота и накоплению белковых веществ.
Теоретическая значимость работы. Полученные экспериментальные данные расширяют имеющиеся в литературе теоретические представления о влиянии минерального азота и микроудобрений на азогфиксирующую и нитратредуктазную активность желтого кормового люпина: показано влияние минерального азота, кобальта и молибдена на суточную динамику процесса азотфиксации, нитратредуктазную активность различных органов люпина, характер зависимости между сезонной динамикой нитрогеназной и ннтратредуктазнои активностей клубеньков, при помощи множественного регрессионного анализа установлены связи между активностью нитратредук-тазы в клубеньках люпина и содержанием химических элементов в клубеньках и надземной массе люпина.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры агрономической и биологической химии ТСХЛ в 1980—1982 гг., на конференции молодых ученых ТСХЛ (1980 г.) и на научно-практической конференции молодых ученых в ЦИНЛО (1982 г.). Основные положения диссертации опубликованы в 2 статьях.
Объем работы. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста (без списка литературы и приложений), состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и рекомендаций производству. Экспериментальный материал иллюстрирован 10 рисунками и 43 таблицами в тексте. Дополнительный информационный материал приведен в приложениях, изложенных на 65 страницах и включающих 54 таблицы. В списке литературы 331 наименование, в том числе 83 на иностранном языке.
Экспериментальная работа выполнена в 1979—1981 гг. на кафедре агрономической и биологической химии ТСХЛ. Было проведено 8 опытов с культурой желтого кормового люпина сорта Быстрорастущий-!: 4 вегетационных, 3 мелкоделя-ночных полевых и один лабораторный опыт.
Во всех опытах семена перед посевом инокулировали эффективным штаммом бактерий R. lupini.
Мелкоделяночные полевые опыты закладывали на селекционно-генетической станции им. П. Л. Лисицина (ТСХЛ). Почвы опытных участков — дерново-подзолистые среднесугли-
*з
нистые хорошо окультуренные, их агрохимическая характеристика приводится в табл. 1. Повторность опытов — 4-кратная! Общая площадь делянки—10 м2, учетная площадь — 7 м2. Поскольку опыты проводили на почвах с высоким плодородием, под люпин вносили только фосфорно-калийные удобрения. Азотные удобрения не применяли, так как в почвах имелось достаточное количество азота для обеспечения им растений до момента образования клубеньков. Молибден в виде молибдата аммония и кобальт в виде сульфата кобальта вносили в почву в норме 0,3 кг/га в расчете на элемент, а также применяли путем предпосевной обработки семян 0,05%-ными растворами указанных солей (6-часовое замачивание). Семена контрольного варианта замачивали в дистиллированной воде. Соотношение семена : раствор было равно 1 :2.
Таблица 1 Агрохимическая характеристика почв опытных участков
Для определения уровня аккумуляции кобальта и молибдена в семенах люпина после 6-часового замачивания этих семян в растворах солей изучаемых микроэлементов был заложен лабораторный опыт. При заімачивании семян в растворах микроэлементов определенное их количество адсорбируется поверхностью этих семян. Чтобы установить, какое количество кобальта и молибдена при замачивании семян в их растворах проникает непосредственно в семена, были включены вариан-' ты с замачиванием и последующим промыванием поверхности семян дистиллированной водой. Опыт проводили в 3-кратной повторності!.
Вегетационные опыты проводили в песчаной культуре на Агрохимической опытной станции им. Д. Ы. Прянишникова. Опыты закладывали в пластмассовых сосудах, вмещающих 6 кг песка. За основу питательной смеси была взята смесь Ринькиса для бобовых культур (Ринькис, 1972), которая была скорректирована по содержанию микроэлементов. Азотные удобрения в соответствующих вариантах опытов вносили при набивке сосудов в норме: в 1979 г. — 50 мг N на 1 кг песка, в 1980—1981 гг. — 20 мг N на 1 кг песка. Для вы-
'">" -" " v
членения в общем накоплении азота люпином доли молекулярного азота атмосферы и минерального азота удобрений использовали меченные 15N азотные удобрения с исходным обогащением в 1979 г.— 5 ат%, в 1980—1981 гг.— 25 ат%. Л'зотфиксирующую активность люпина определяли ацетиленовым методом. Для изучения сезонной и суточной динамики процесса азотфиксации растения выращивали в специальных сосудах, снабженных прозрачными полиэтиленовыми колпаками, под которыми опытные "растения выдерживали в атмосфере ацетилена в течение 1 часа. Во всех сосудах поддерживали постоянную влажность, равную 60% полной полевой влагоемкости. Полив проводили дистиллированной водой. Повторность опытов; 10—12-кратная. Урожай учитывали по 4 сосудам.
В пробах растений, отобранных в вегетационных и полевых опытах, определяли содержание азота, фосфора и калия в одной навеске после мокрого озоления по Гинзбург. Общий азот определяли микромегодом Кьель'даля, фосфор — колориметрически по Бартону, калий — на пламенном фотометре. Содержание микроэлементов в растениях определяли после сухого озолеиия: медь, марганец, железо и цинк — методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на Perkin Elmer-503, кобальт—колориметрически с ПЛИ (1-2/пиридилазо/-2 нафтолом), молибден — колориметрически с дитиолом.
Содержание изотопа I5N в пробах определяли после соответствующей подготовки образцов на масс-спектрометре МИ-1305.
Активность нитратредуктазы определяли по методу Муль-дера (Mulder et al, 1959) в .модификации Я. В. Пейве и Г. Я. Жизневской (1961).
Обработку урожайных данных, полученных но всех проведенных нами опытах, осуществляли методом дисперсионного анализа (Зинченко и др., 1982). Наименьшую существенную разницу рассчитывали при уровне вероятности Ро.эз- -Математическую обработку значений суточного хода азотфиксации проводили методом регрессионного анализа по Г. Ф. Лакину (1980). Наличие связей между содержанием химических элементов в растениях люпина и активностью нитратредуктазы в клубеньках оценивали методом множественного регрессионного анализа.