Введение к работе
Актуальность темы. Максимальное вовлечение азота воздуха в биологический круговорот является в настоящее время одной из важнейших задач в биологической и сельскохозяйственной науке во всех регионах страны. Однако, в большинстве регионов, в том числе и в предгорной зоне Кабардино-Балкарской Республики, не определены оптимальные параметры основных факторов среды для реализации потенциальной азотфиксирующей активности симбиотических систем, урожайности и белковой продуктивности гороха. Не изучена динамика формирования симбиотического аппарата этих культур в зависимости от условий выращивания, связь активности симбиоза с их урожайностью и белковой продуктивностью. Этим обусловлена актуальность темы исследований.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии им. В.М. Кокова.
Цель исследований. Целью исследований было определить оптимальные параметры водообеспеченности, содержания в почве фосфора, бора и молибдена для реализации наибольшей симбио-тической азотфиксации, фотосинтетической активности, урожайности и белковой продуктивности гороха в экологических условиях предгорной зоны Кабардино-Балкарской Республики.
В задачи исследований входило: определить диапазон оптимальной влагообеспеченности гороха для максимального развития симбиотического аппарата; определить нижнюю границу оптимальной обеспеченности растений фосфором для реализации потенциальной симбиотической активности и продуктивности растений; выявить наличие видовой специфичности требований растений к обеспеченности бором и молибденом; изучить динамику формирования и активности симбиотического аппарата гороха в зависимости от условий выращивания; определить количество фиксированного азота воздуха горохом в зависимости от параметров основных факторов среды; изучить динамику формирования площади листьев, накопления сухого вещества надземными и подземными органами растений; определить ФП и ЧПФ в зависимости от активности симбиоза; изучить динамику содержания азота, фосфора и калия в отдельных органах растений и потребления
этих элементов в онтогенезе; определить белковистость семян и белковую продуктивность посевов гороха в зависимости от активности симбиоза. Провести анализ экономической эффективности рекомендуемых приемов увеличения биологической фиксации азота воздуха, урожайности и белковой продуктивности гороха.
Научная новизна. Впервые в предгорной зоне определены параметры оптимальной влагообеспеченности и содержания в почве фосфора, а также видовая специфичность требований гороха к обеспеченности бором и молибденом; определены фактические объемы биологической фиксации азота воздуха, урожайность и белковая продуктивность гороха в экологических условиях региона. Изучена динамика формирования и активности симбиотиче-ского аппарата, динамика фотосинтетической деятельности посевов, биохимический состав и динамика потребления элементов питания гороха в зависимости от параметров основных факторов среды, связь симбиотической и фотосинтетической деятельности посевов.
Практическая ценность работы. Определены пути увеличения объема биологической фиксации азота воздуха горохом с 21 до 66 кг/га, что обеспечивает повышение урожайности семян с 27 до 33 ц/га без затрат азотных удобрений.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Кабардино-Балкарской ГСХА (2004-2006 гг.), на научно-практической конференции «Проблемы современного управления АПК» (Владикавказ, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Перспектива - 2006» (Нальчик, 2006 г.).
Производственная проверка результатов исследований проведена в 2005-2006 гг на площади 100 га на полях общества с ограниченной ответственностью «Баксанская МТС», Баксанского района Кабардино-Балкарской Республики.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 121 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, условий, объектов и методов исследования, экспериментальной части, выводов и предложений производству, библиографического списка используемой литературы, включающего 177 наименовании, в том числе 33 зарубежных авторов, и 14 прило-
жении. В основной части диссертация содержит 38 таблиц и 3 рисунка.
Полевые и вегетационные опыты проведены с горохом сорта Аксайский усатый 5 на учебно-опытном поле Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии им. В.М. Кокова в 2004-2006 гг.
Почва опытных участков - среднесуглинистный выщелоченный чернозем. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы по годам исследований приведена в таблице 1.
Таблица 1 - Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы опытных участков (2004 - 2006 гг.)
Как видно из таблицы, реакция почвенного раствора нейтральная, обеспеченность подвижным фосфором низкая, обменным калием - повышенная, подвижным бором - низкая, молибденом низкая - ближе к средней.
Опытный участок, где проводились исследования, расположен в предгорной зоне КБР. Климат в этой зоне умеренно - влаж-
ный с суммой температур по многолетним данным за период активной вегетации 3000 - 3200С. Зима умеренно - теплая со среднемесячной температурой самого холодного месяца января -5С. Снежный покров небольшой и неустойчивый по годам, составляет 15 см, появляется обычно в начале III декады ноября.
Некоторые зимы бывают бесснежные. Дни со снежным покровом насчитывается 75 - 80 дней, с оттепелями за зиму обычно- 50. Продолжительность безморозного периода достигает 185-200 дней.
Весна наступает в первой - второй декаде марта. Сумма положительных температур в конце марта устойчиво +5, переходит через 0 С. Уже в середине апреля устанавливается жаркая погода, в отдельные дни температура может достигать +13С. Лето жаркое, среднемесячная температура воздуха +18-22 С. Максимальная +37-39С.
Среднегодовое количество осадков в этой зоне по многолетним наблюдениям колеблется до 500 мм. Осадки распределены по временам года крайне неравномерно.
В летние три месяца выпадает в среднем 190-210 мм, весна 125 - 200 мм, зимой -28 - 50 мм и осенью - 70 - 110 мм. Нередко здесь возникают засухи, в среднем в году число таких дней насчитывается от 8 до 20, в отдельные годы до 30 дней. Наибольшее число их выпадает на июль - август и частично на сентябрь. В целом предгорная зона характеризуется как сравнительно теплая, с хорошим увлажнением, умеренно - жарким летом и теплой, мягкой зимой, что благоприятствует получению высоких и устойчивых урожаев основных сельскохозяйственных культур.
Природно-климатические условия предгорной зоны приводились в соответствии с материалами гидрометеостанции г. Нальчика, расположенной на высоте 530 м над уровнем моря.
сельскохозяйственный год был умеренно - теплым и влажным. Отличительная особенность-, необычно короткая зима и повышенный температурный режим в осенне-зимне-весенний период.
сельскохозяйственный год характеризовался преобладанием положительных аномальных температур во все сезоны года (особенно зимой и во второй половине лета) и неравномерным вы-
падением и распределением осадков в летний период. Для формирования урожая озимых зерновых культур, картофеля условия года были благоприятными. Для роста остальных сельскохозяйственных культур - удовлетворительными.
2006 сельскохозяйственный год ознаменован преобладанием положительных аномальных температур на протяжении всего периода вегетации сельскохозяйственных культур.
Схемы и методика проведения опытов
В полевом опыте изучали влияние инокуляции, обеспеченности фосфором, бором и молибденом, а также влияние азотных удобрений на формирование и активность симбиотического аппарата, рост, развитие растений, урожай и его качество.
Схема полевого опыта № 1.
Контроль - естественное плодородие почвы, служит для выявления эффективности изучаемых приемов, влияния их на бо-боворизобиальный симбиоз, урожайность и белковую продуктивность гороха;
Инокуляция семян ризобиями и внесение фосфорных удобрений - 90 кг/га - фон;
Фон Мо — изучали эффективность использования молибденовых удобрений при низкой и средней обеспеченности ими почвы;
Фон В - изучали эффективность предпосевного внесения борных удобрений из расчета 1 кг бора на гектар при низкой обеспеченности им почвы;
Фон ВМо - изучали сравнительную эффективность совместного применения микроэлементов;
Фон BMoN60 - изучали влияние умеренных норм азотных удобрений на величину и активность симбиотического аппарата, урожайность семян гороха и качество урожая.
Площадь делянки - 50 м2, размещение вариантов - рендоми-зированное, повторность - четырехкратная.
Схема вегетационного опыта № 1.
На выщелоченных черноземах предгорной зоны КБР для гороха не определены нижние пределы оптимальной обеспеченности
подвижным фосфором для высокоактивной симбиотической азот-фиксации.
В вегетационных опытах на этой почве мы изучали 4 уровня обеспеченности растений фосфором: 15; 20; 25; 35 мг/кг почвы.
Агрохимическая характеристика почвы: рН сол - 6,8, содержание подвижного Р205 - 15 мг/кг почвы (по Мачигину), обменного калия 230 мг/кг, подвижного бора 0,41 мг и Мо - 0,32 мг/кг почвы. Влажность почвы, соответствующая 100% ППВ - 28% на АСВ почвы.
В сосуд с поддоном емкостью 6 кг сухой почвы высаживали по 8 проростков гороха с одинаковой длиной корешка. Повтор-ность опыта шестикратная. Полив сосудов проводили до 100% ППВ - первой капли из сосуда в поддон. Предполивной порог влажности почвы около 63% ППВ - не ниже влажности разрыва капилляров. Биометрический анализ растительных образцов проводили в фазу полного налива семян по 3 сосуда каждого варианта и в фазу созревания - по 3 сосуда, когда листья гороха еще не все сброшены, семена полностью созрели, но еще имеют повышенную влажность. В это время еще не все клубеньки лизированы.
Схема вегетационного опыта № 2.
В вегетационном опыте мы изучали влияние влагообеспечен-ности почвы: 35; 65; 80% ППВ на симбиотическую и фотосинтетическую деятельность гороха. Вегетационные сосуды с поддонами емкостью 6 кг сухой почвы выщелоченного чернозема с той же агрохимической характеристикой, что и в предыдущем опыте. За счет внесения фосфорных удобрений содержание подвижного фосфора доводили до 25 мг/кг и молибдена 0,52 мг. Семена перед посевом обрабатывали ризобиями штамм 625а. Полив во всех сосудах проводили до 100% ППВ, пока из сосуда в поддон протекала вода. Предполивной порог влажности определяли взвешиванием сосудов.
Норму фосфорных удобрений рассчитывали по максимальному потреблению его растениями гороха при урожайности 3,5 т/га с учетом естественного плодородия почвы и коэффициентов использования фосфора из почвы и удобрений. Семена перед посевом обрабатывали молибденовокислым аммонием из расчета 50 г на гектарную норму семян.
В шестом варианте под предпосевную культивацию вносили азотные удобрения - аммиачную селитру 60 кг/га.
В течение вегетации отмечали фазы роста и развития растений: всходов, первого настоящего листа, цветения, образования бобов, полного налива семян, начало созревания, полная спелость.
Биометрический анализ растительных образцов проводили с фазы всходов через каждые 10 дней, а также в указанные фазы роста и развития. С каждой повторносте варианта отбирали по 10 растений, по 40 растений с варианта. Анализ растительных образцов проводили по методике Г.С. Посыпанова (1991). По данным биометрического анализа определили динамику накопления сухого вещества, динамику площади листьев, фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза.
Установили даты образования клубеньков, появления Лб, перехода леггемоглобина в холиглобин, начала отмирания клубеньков, полного их отмирания, для чего брали специальные пробы через каждые 5 дней. Определили величину общего и активного симбиотического потенциала, удельную активность симбиоза и количество фиксированного азота воздуха.
Агротехника в опыте общепринятая: горох высевали рядовым способом с нормой высева 1,2 млн. всхожих семян на 1 га, уборка ручная.
В процессе исследований использовали следующие методы:
фенологические наблюдения проводили по методике Госсортоиспытания;
фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза рассчитывали по формуле Кидда, Веста и Бригса (Ничипорович и др., 1961);
симбиотический потенциал и удельную активность симбиоза рассчитывали по формуле Г.С. Посыпанова (1983);
влажность почвы определяли весовым методом;
учет урожая методом поделяночной уборки с приведением к стандартной влажности; результаты учета подвергали математической обработке дисперсионным методом (Доспехов Б.А. 1985);
- количество сырого белка рассчитывали по формуле
6,25 xN;
- определение содержания в растительных образцах азота, фосфора и калия - методами, предложенными ЦИНАО, 1982 г.
