Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Требования кукурузы к условиям внешней среды 6
1.2. Влияние удобрений на урожайность и качество зерна кукурузы 9
1.3. Влияние ассоциативных диазотрофов на кукурузу 16
Заключение 27
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 29
Глава 3. Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на накопление биомассы и элементов минерального питания в период вегетации кукурузы 38
Заключение 54
Глава 4. Продуктивность и качество зерна кукурузы в зависимости от условий минерального питания растений 57
Заключение 75
Глава 5. Использование кукурузой элементов минерального питания в зависимости от применения удобрений и биопрепаратов 79
Заключение 91
Глава 6. Экономическая эффективность применения под ку курузу азотного удобрения и биопрепаратов 93
Заключение 95
Выводы 96
Практическое предложение 97
Литература 98
- Влияние удобрений на урожайность и качество зерна кукурузы
- Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на накопление биомассы и элементов минерального питания в период вегетации кукурузы
- Продуктивность и качество зерна кукурузы в зависимости от условий минерального питания растений
- Использование кукурузой элементов минерального питания в зависимости от применения удобрений и биопрепаратов
Введение к работе
В Кабардино-Балкарской Республике кукуруза является ведущей сельскохозяйственной культурой, зерно которой используется в пищевой и перерабатывающей промышленности, применяется для корма животным. В регионе производится значительное количество семенной кукурузы. Получение устойчивых и экономически выгодных урожаев зерна является важнейшим условием укрепления экономического положения хозяйств, имеющих различную форму собственности.
Величина урожайности кукурузы определяется агротехнологией ее выращивания, среди элементов которой условиям минерального питания принадлежит одно из ведущих мест (Крамарев и др., 1999, Кумахов, Хаму-ков, 2000). Для формирования высоких урожаев зерна кукурузы требуется достаточное количество питательных веществ. В КБР, как и во всей стране, применение минеральных и органических удобрений под кукурузу резко сокращено. Для удовлетворения потребности растений в азоте, перспективным приемом служит использование под кукурузу препаратов ризосферных диазотрофов (Ладонин, 1996, Кожемяков, Тихонович, 1998, Завалин и др, 2002). Наряду с фиксацией азота, микроорганизмы, входящие в состав биопрепаратов различных групп, продуцируют физиологически активные вещества, подавляют патогенную микрофлору, усиливают поглащение растениями из почвы элементов минерального питания (Кожемяков, Хотянович, 1997, Патыка и др., 1997, Кравченко, 2000).
Цели и задачи исследования. Основная цель работы - изучить влияние новых и стандартного биопрепаратов на урожайность и качество зерна кукурузы и использование растениями элементов минерального питания. Для этого предусматривалось решение следующих задач:
1. Изучить влияние биопрепаратов на накопление биомассы растений и
накопление NPK в период вегетации кукурузы.
Определить влияние биопрепаратов на урожайность зерна кукурузы в зависимости от фона минеральных удобрений.
Исследовать действие биопрепаратов и удобрений на показатели качества зерна кукурузы.
Установить действие минеральных удобрений и биопрепаратов на накопление в урожае кукурузы элементов минерального питания.
Дать экономическую оценку применения под кукурузу минеральных удобрений и биопрепаратов.
Научная новизна. Предпосевная инокуляция семян обеспечивала достоверный рост урожая зерна кукурузы на фоне без N-удобрения, на фоне с внесением N60 биопрепараты увеличивали урожайность зерна только в первый год опыта. Эффективность новых и стандартного биопрепаратов по влиянию на урожайность зерна кукурузы уступала внесению азотного удобрения в дозе 60 кг/га и соответствовала применению 45 кг/га действующего вещества аммиачной селитры. Действие биопрепаратов на урожайность зерна кукурузы зависит от условий увлажнения в период вегетации. Оно выше при оптимальных погодных условиях вегетационного периода и снижалось при дефиците атмосферных осадков.
Показано, что увеличение урожайности зерна кукурузы от биопрепаратов происходит в результате улучшения условий минерального питания растений и стимулирующего действия микроорганизмов на растения. Об этом свидетельствует формирование на фоне без внесения азотного удобрения большей листовой поверхности, интенсивное накопление биомассы растений и повышение содержания в них элементов питания в период вегетации. Установлена специфичность действия на растения исследуемых биопрепаратов в зависимости от фазы вегетации кукурузы.
Биопрепараты равноценно минеральным удобрениям влияют на показатели качества зерна кукурузы и не изменяют биологические нормативы затрат элементов питания на получение 1 т зерна с соответствующим количеством побочной продукции.
Практическая значимость работы. Состоит в обосновании роли биопрепаратов для повышения урожайности зерна кукурузы на черноземе обыкновенном. Использование биопрепаратов при дефиците минеральных удобрений позволяет получать устойчивые урожаи зерна кукурузы. Уточненные параметры затрат элементов питания на получение 1 т зерна и коэффициенты их использования из удобрений являются нормативной базой при расчете доз удобрений на планируемый урожай в технологиях возделывания кукурузы.
Влияние удобрений на урожайность и качество зерна кукурузы
Вопросы рационального применения удобрений в настоящее время являются основой повышения урожайности кукурузы. По данным Е.В.Агафонова и А.А. Батакова (2000), существующие рекомендации по внесению удобрений не учитывают биологических особенностей сортов и гибридов кукурузы, различающихся длительностью вегетационного периода, характером потребления питательных элементов.
В работах (Плюшкина, 1974, Дьячкова, 1975) отчмечается, что гибриды и сорта кукурузы разной скороспелости неодинаково реагируют на уровень корневого питания: позднеспелые формы, как правило, более отзывчивы на удобрения, чем раннеспелые. Среднеранние гибриды интенсивно поглощают элементы минерального питания до выметывания и меньше после молочно-восковой спелости, чем познеспелые гибриды. Связано это с более активным накоплением биомассы раннеспелым гибридом в начальный период и сокращением длительности последующих этапов онтогенеза. По сравнению со среднепоздними, скороспелые гибриды более интенсивно потребляют калий в начальный период роста и развития и меньше в конце вегетации (Куница, Пашова, 1992).
В опыте на обыкновенном черноземе Украины (Кузин, Чернявская, 1977) выявлены значительные различия между гибридами кукурузы по их реакции на внесение удобрений и существенная разница в питании гибридов в зависимости от погодных условий. Наибольшую прибавку из пяти изучаемых гибридов обеспечили более ранние на фоне N60P30 и N60P30K30.
На обыкновенном и карбонатном черноземе Центральной зоны Молдавии (Бухара, Жеку, 1975) наибольшие прибавки урожая зерна позднеспелого гибрида югославской селекции ЗПСК-1 получены при внесении N45P60K60 и N60P90. То есть в этой зоне оптимальное соотношение азота и фосфора равно 1:1,3 или 1:1,5 и в целом значительно ниже необходимая доза азота. У среднепозднего гибрида венгерской селекции МВСК 530 наибольшая прибавка урожая зерна получена под действием N60P90- 13,7 ц/га и Р60-12,4 ц/га.
В северной степи Украины на обыкновенном черноземе (Кизяков, Кротинов, 1986, Гетманец, Золотов, Чернявская, Пономаренко, 1985) получено увеличение урожайности зерна у всех изучаемых гибридов от внесения N45P45K45. Слабее реагировал на внесение этой дозы удобрений среднеспелый гибрид интенсивного типа Днепровский 505. Наиболее эффективно использовали питательные вещества почвы и удобрений растения средне-раннего гибрида Пионер 3978. Среднеспелый гибрид кукурузы Краснодарский 436 был более отзывчив на внесение азотных удобрений (N60-135) в сочетании с умеренными дозами РК.
Исследования, проведенные на темно-каштановой почве Ростовской области (Агафонов, Батаков, 2000) с различными по скороспелости американскими гибридами кукурузы показали, что при выращивании на силос среднеспелого гибрида максимальную урожайность обеспечивает применение N60P60K60, на зерно- N60P60. Для среднепозднего гибрида выращиваемого на силос, оптимальное соотношение- 1,5:1,5:1 (90Р90К60), на зерно- 1:1:1. При возделывании позднеспелого гибрида на силос и на зерно наибольшая продуктивность получена при внесении N30P60+P10Zn5. При этом в условиях острого дефицита влаги урожайность зерна при внесении удобрений была ниже, чем на контроле без удобрений, во влажные годы азотное удобрение обеспечивало существенное увеличение сбора зерна всех гибридов кукурузы.
Различная реакция гибридов кукурузы на погодные условия, а также на условия минерального питания и внесение удобрений связана с наступлением фаз начала формирования початков (Крамарев и др., 1999). У раннеспелых гибридов формирование початков совпадает с развитием 5-6 листьев, среднеранних, среднеспелых и среднепоздних - 7-8 листьев. Поскольку отличающиеся по скороспелости гибриды кукурузы имеют различную листовую поверхность, при улучшении обеспеченности растений элементами минерального питания за счет внесения минеральных удобрений возрастает поглощение прямой ФАР с 80-85 % (контроль) до 98% (Албегов, 1998). Удобрения влияют также на спектральные коэффициенты отражения, пропуская и поглощения света. В результате этого при внесении под кукурузу увеличивается сбор хозяйственно ценной продукции.
Влияние минеральных удобрений и биопрепаратов на накопление биомассы и элементов минерального питания в период вегетации кукурузы
Исследования, проведенные в последние годы показывают, что использование микроорганизмов для инокуляции семян злаковых культур обеспечивают увеличение всхожести семян, стимулируют образование фотоассимиляционного аппарата растений, увеличивают устойчивость растений к заболеваниям и неблагоприятным факторам внешней среды (Воробейков, 199 ; Завалин и др., 1998 ,1997 ; Кантогора, 2002).
В опыте с кукурузой использование для инокуляции биопрепаратов на основе Pseudamonas и мобилина положительно воздействовало на всхожесть семян кукурузы (табл. 3.1). Особенно это четко прослеживалось в менее благоприятный 2000г., когда независимо от фона минеральных удобрений, все биопрепараты повышали полевую всхожесть семян кукурузы. В 2001г. положительное действие получено только от препаратов на основе штаммов 2137 и 2184 на фоне без внесения азотного удобрения.
В среднем за годы исследований достоверное увеличение полевой всхожести семян кукурузы происходило при посеве на фоне без внесения азотного удобрения семенами, инокулированными биопрепаратами на основе Pseudamonas штаммы 2137 и 2184. На фоне с внесением азотного удобрения положительного эффекта от всех препаратов не наблюдалось.
Таким образом, инокуляция семян кукурузы биопрепаратами, изготовленными на основе Pseudamonas штаммы 2137 и 2184, способствует увеличению их полевой всхожести при посеве на фоне без внесения азотного удобрения. На фоне с его внесением все изучаемые препараты повышают всхожесть семян и при пониженной среднесуточной температуре воздуха и при избытке атмосферных осадков, что согласуется с данными, полученными на ячмене (Байрамов, 2001).
Измерение линейной длины позволяет выявить воздействие экзогенных факторов на рост растений в онтогенезе (Шевелуха, 1992). По этому показателю можно оценить ростостемулирующую роль инокулянтов. Установление, что применение биопрепаратов оказало положительное действие на линейную длину растений (табл. 3.2).
Так в фазу 10-12 листьев кукурузы наиболее значимое увеличение длины растений происходило в 2000г. на фоне без азотного удобрения при оптимальных погодных условиях в этот период вегетации.
Линейная высота растений, семена которых были инокулированы биопрепаратами, на фоне с внесением азотного удобрения в дозе N60 превосходило вариант N120. В 2001г. при температуре воздуха привышающей норму и некотором дефиците осадков в период от всходов до фазы 10-12 листьев инокуляция не влияла на рост растений при выращивании кукурузы на фоне без внесения азотного удобрения, в то время как при его внесении от штамма 2137 и мобилина этот показатель был достоверно больше.
В среднем за 2 года проведения опыта в результате более значимого влияния в 2000г. линейная длина растений кукурузы была больше по сравнению с фоном Р-удобрения от использования всех изучаемых препаратов. На фоне NP-удобрений положительной роли диазотрофов не прослеживалось (табл. 3.2).
Итак, изучаемые в опыте биопрепараты положительно воздействовали на линейную длину растений кукурузы в фазе 10-12 листьев на фоне с вне сением Р-удобрения. При внесении NP-удобрений положительный эффект от инокуляции семян отсутствовал.
В период от фазы 10-12 листьев до фазы цветения линейная длина растений кукурузы возросла примерно в два раза. (табл. 3.3). Применение азотного удобрения в дозе 60 кг/га в оба года проведения опыта обеспечило более интенсивный рост растений кукурузы по сравнению с фоном Р-удобрения. Инокуляция семян кукурузы всеми препаратами в оба года проведения опыта достоверно увеличила линейную длину растений кукурузы по сравнению с фоном внесения Р-удобрения. На фоне NP-удобрений ни в один из годов ростостимулирующего действия микроорганизмов на растения кукурузы не получено.
Это позволяет заключить, что использование для инокуляции семян микроорганизмов, входящих в состав биопрепаратов, стимулирует рост растений, что выражается в увеличении их линейной длины в фазу цветения. При этом увеличение линейной длины растений от биопрепаратов происходит на фоне без применения азотного удобрения. При инокуляции семян кукурузы мобилином длина растений кукурузы эквивалентна варианту с внесением N60. На азотном фоне положительное действие биопрепаратов отсутствует. Площадь листьев кукурузы зависела от фазы вегетации растений и условий минерального питания (табл. 3.4, 3.5).
Продуктивность и качество зерна кукурузы в зависимости от условий минерального питания растений
Интегральным показателем, отражающем условия минерального питания растений служит их зерновая продуктивность (Шевелуха, 1992). Улучшение условий жизнедеятельности растений приводит к увеличению сбора зерна (Жученко, 1994). Среди факторов, оказывающих влияние на урожайность зерна кукурузы, важнейшее значение принадлежит условиям минерального питания и погодным условиям вегетационного периода. Об этом свидетельствуют данные статистической обработки результатов опыта, выполненные по программе STAT (табл. 4.1).
При урожайности зерна кукурузы в среднем за 3 года 6,65 т/га основное влияние на сбор зерна оказало внесение азотного удобрения (32%). Роль инокуляции в формировании урожая зерна составила 17%, чуть меньше погодные условия вегетационного периода (11%). Вклад факторов взаимодействия погодных условий и фона азотного питания в формирование урожая кукурузы составил около 2%, более значимо взаимодействие инокуляции и погодных условий — 4%. Однако максимальный вклад в формирование урожая вносит взаимодействие фона азотного питания и инокуляции семян биопрепаратами (7,5%). Вклад в формировании урожайности взаимодействия всех изучаемых факторов (погодные условия, азотное удобрение и инокуляция) достигает 8%. Таким образом, основной вклад в формирование урожайности зерна кукурузы на предкавказском черноземе вносят азотное удобрение (32%), на инокуляцию приходится 17% и 11% на погодные условия вегетационного периода. Вклад инокуляции определяется в большей мере погодными условиями вегетационного приода.
В отдельные годы проведения полевого опыта сбор зерна кукурузы изменялся от 6,4 до 7,1 т/га (табл. 4.2). Как и в среднем за время проведения опыта (табл. 4.1), в отдельные годы урожайность зерна кукурузы зависила от условий азотного питания (табл. 4.2).
Вклад этого фактора в формировании урожая зерна составил от 32 до 53%. Вклад инокуляции оценивается в пределах от 10 до 27% и сильно колеблется по годам проведения опыта, что связано с погодными условиями вегетационного периода, о чем было указано выше. Вклад инокуляции в формирование урожая кукурузы в зависимости от условий года оценивается от 10 до 28%, а на взаимодействие условий азотного питания и биопрепаратов приходится от 1 до 27%. Более значима роль инокуляции в первый год (28%), затем она снижается до 10%. Вероятно, это связано с накоплением в почве интродуцированных микроорганизмов. Максимальное взаимодействие азотного удобрения и биопрепаратов (27%) отмечено в 2000г. при повышенной температуре воздуха и недостатке атмосферных осадков, свидетельствующее о положительной их роли в улучшении жизнедеятельности растений при неблагоприятных факторах внешней среды.
Рассмотрим изменение урожайности зерна кукурузы под действием минеральных удобрений и биопрепаратов в отдельные годы (табл. 4.3). В первый год опыта урожайность зерна в зависимости от условий минерального питания растений изменялась от 5,0 до 7,4 т/га и от 5,1 до 7,5 т/га в среднем за 3 года. Колебания урожайности по годам связаны с различными погодными условиями в период вегетации. При этом в большей степени отразилось воздействие неблагоприятных условий вегетационного периода 2000 г. на неудобренных и неинокулиро- ванных растениях кукурузы. При использовании N-удобрения и инокуляции семян биопрепаратами снижалось отрицательное влияние избыточной (по отношению к среднемноголетней норме) температуры воздуха и недостатка атмосферных осадков в период активной вегетации кукурузы.
В первый год опыта все испытываемые биопрепараты обеспечили достоверное увеличение зерновой продуктивности кукурузы как на фоне Р60, так и на фоне N60P60. На фоне Р60 прибавка от всех изучаемых биопрепаратов составила 1,0-1,1 т/га, что эквивалентно внесению под кукурузу N60, прибавка от этой дозы к фону Р60 равняется 1,3 т/га. Все биопрепараты на фоне без внесения азотного удобрения увеличивали сбор зерна на 20-22%. На фоне с внесением N60P60 сохранился размер прибавок от использования биопрепаратов, изготовленных на основе Pseudomonas шт. 2137 и 2184, а от мобилина он был на 0,7 т/га ниже. Посев инокулированных семян на фоне N60P60 по уровню продуктивности эквивалентен внесению под кукурузу азотного удобрения в дозе N120 (табл. 4.3).
Итак, в первый год опыта инокуляция семян кукурузы всеми изучаемыми биопрепаратами обеспечила достоверное увеличение зерновой продуктивности по сравнению с фоном Р60 и N60P60. На фоне без внесения азотного удобрения прибавка от биопрепаратов составила 1,0-1,1 т/га, или 20-22%. На фоне N60P60 размер прибавки сохраняется от использования
Использование кукурузой элементов минерального питания в зависимости от применения удобрений и биопрепаратов
Использование элементов питания кукурузой зависит от размеров основной (зерно) и побочной (соломы) продукции и содержания в них азота, фосфора и калия.
Вынос азота с урожаем зерна в годы исследований изменялся с 60 до 124 кг/га (табл. 5.1), с массой соломы - с 44 до 104 кг/га. Основное воздействие на размеры накопления азота в зерне и соломе кукурузы оказали изменяющиеся условия минерального питания. Прежде всего внесение азотного удобрения в дозе N60 увеличило вынос N с урожаем зерна с 79 до 107 кг/га, или в 1,37 раза, с увеличением дозы азота до N120 вынос N увеличился с 78 до 97 кг/га, или 1,24 раза. За счет внесения азотного удобрения с массой соломы отчуждение азота составило 93 кг/га при дозе N60 и 83 кг/га - при дозе N120. В обоих случаях увеличение дозы азотного удобрения не обеспечивало адекватного роста накопления азота в массе кукурузы.
Инокуляция семян кукурузы исследуемыми штаммами микроорганизмов обеспечила возрастание накопления азота в зерне и соломе кукурузы на фоне Р60, на фоне N60P60 отмеченное для первого фона было выражено в меньшей степени.
В среднем за 3 года проведения опыта суммарное накопление азота в зерне и соломе изменялось с 132 кг/га до 210 кг/га. При использовании возрастающих доз N-удобрения от 0 до 120 кг/га вынос азота с урожаем составил 132,, 200 и 180 кг/га. Другими словами не выявлено прямолинейной зависимости выноса азота от доз N-удобрения, как обычно бывает при изучении возрастания уровня N-питания. На фоне с внесением Р60 инокуляция семян кукурузы изучаемыми препаратами во все годы обеспечила устойчивое возрастание выноса азота 39-50 кг/га. Более эффективным было действие мобилина, штаммы Pseudomo-nas по своему действию на этот показатель равноценны (табл. 5.2). При использовании биопрепаратов на фоне с внесением N60P60 действие их было не во все годы, хотя и получен дополнительный вынос азота от их использовании оті 1 до 20 кг/га (табл. 5.2).
Полученный размер дополнительного выноса азота с урожаем кукурузы может быть отнесен как на счет биологической азотфиксации, так и за счет дополнительного потребления растениями почвенного азота или внесенного азотного удобрения. Об этом, в частности, может свидетельствовать значение коэффициента использования азота удобрения (табл. 5.3). Данные показывают, что коэффициент использования азотного удобрения при выращивании кукурузы довольно высокий. То есть в формировании урожая может быть использован дополнительный азот, минерализованный в почве в результате воздействия вносимого N-удобрения, а также за счет микробостатического эффекта от биопрепаратов.
Таким образом, использование биопрепаратов обеспечивает лучшее использование растениями азотного удобрения, что согласуется с данными, полученными при использовании стабильного изотопа 15N (Контагора, 2002). Накопление фосфора в урожае кукурузы зависело от размеров основной и побочной продукции и использования удобрений и биопрепаратов. Прежде всего увеличение урожайности в результате внесения азотного удобрения обеспечило значительное возрастание выноса фосфора зерном и соломой (табл. 5.4). За счет этого фактора вынос фосфора с основной и побочной продукцией увеличился на варианте N60P60 с 26 до 38 кг/га Р, или на 46%. Дальнейшее возрастание дозы N до 120 кг/га хотя и увеличило вынос фосфора по сравнению с вариантом Р60, но по отношению к N60P60 изменения не происходило. За счет инокуляции семян всеми исследуемыми биопрепаратами вынос фосфора (Р) с урожаем зерна и соломы возрос на фоне Р60 с 26 до 32-34 кг/га, или на 23-31%. На фоне с внесением N60P60 увеличение выноса фосфора от биопрепаратов не происходило в результате отсутствия положительного действия их на урожайность зерна кукурузы. Наиболее высокое увеличение выноса фосфора с урожаем от инокуляции получено в год с максимальным действием биопрепаратов на продуктивность кукурузы (табл. 5.4).
