Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Роль биологических препаратов и минерального азота в смешанных посевах зернобобовых культур – как фактор биологизации и стабилизации земледелия (обзор литературных источников) 17
1.1. Бобовые культуры – биологические особенности, хозяйственное значение и их роль в стабилизации земледелия 17
1.2 Влияние биопрепаратов, минерального азота на урожайность и качество зерна и зеленой массы ячменя, люпина, гороха, сои в смешанных агроценозах 20
1.3 Почва, её интегрирующие и управляющие функции. Биологический азот и мобилизация растительно-микробных взаимодействий 28
ГЛАВА 2. Условия, материал и методика проведения исследований 35
2.1 Климатические и метеорологические условия проведения полевых исследований 35
2.2 Характеристика почвенных условий 40
2.3 Объекты исследований 41
2.4 Методика проведения исследований 45
ГЛАВА 3. Влияние минерального азота и биопрепаратов на физиологические показатели, азотфиксацию и эффективность использования элементов минерального питания одновидовыми и смешанными посевами ячменя, люпина, гороха и сои 52
3.1. Физиологическое действие биопрепаратов и минерального азота на полевую всхожесть и выживаемость растений в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои 52
3.2. Физиологическое действие биопрепаратов и минерального азота на рост растений, фотосинтез, водный обмен в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои
ГЛАВА 4. Влияние биопрепаратов и минерального азота на азотфиксацию и эффективность использования элементов минерального питания в одновидовых и смешанных посевах 78
4.1 Общая численность и биомасса почвенных бактерий, в том числе азотфиксаторов
на одновидовых и смешанных посевах изучаемых культур 78
4.2. Действие биопрепаратов и минерального азота на азотфиксирующую деятельность в одновидовых и смешанных посевах люпина, гороха и сои 92
4.3. Использование растениями азота, фосфора и калия в одновидовых и смешанных
посевах ячменя, люпина, гороха и сои 98
ГЛАВА 5. Влияние применения биопрепаратов и минерального азота на структуру растений и урожайность зерна и зеленой массы в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои 114
5.1. Действие биопрепаратов и минерального азота на структуру урожая зерна, выход белка в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои..114
5.2 Действие биопрепаратов и минерального азота на формирование урожая зелённой массы, выход белка в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои 129
ГЛАВА 6. Экономическая эффективность применения приемов биологизации возделывания одновидовых и смешанных посевов 140
Заключение 150
Список литературы 157
- Влияние биопрепаратов, минерального азота на урожайность и качество зерна и зеленой массы ячменя, люпина, гороха, сои в смешанных агроценозах
- Характеристика почвенных условий
- Физиологическое действие биопрепаратов и минерального азота на рост растений, фотосинтез, водный обмен в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои
- Действие биопрепаратов и минерального азота на азотфиксирующую деятельность в одновидовых и смешанных посевах люпина, гороха и сои
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Существенно снизить потребность в удобрениях, повысить продуктивность сельскохозяйственных культур можно за счет совершенствования приемов биологизации и экологизации земледелия, а именно увеличения в структуре посевных площадей доли бобовых культур и гетерогенных посевов с бобовыми культурами (Кононов, 2003, 2005; Новиков, 2005; Мельникова, 2009; Белоус и др., 2012; Шаповалов и др., 2015), а также замены части минерального азота за счет использования биопрепаратов на основе азотфиксирующих и ассоциативных ризобактерий.
Использование биопрепаратов может обеспечить дополнительное снабжение растений бесплатным азотом (Кожемяков, 2008; Завалин и др., 2011). В странах с развитым земледелием до одной трети общей площади зерновых и зернобобовых культур бактеризуют биопрепаратами и за счет этого на 25 – 40% сокращают потребление минеральных удобрений (Чеботарь и др., 2007; Завалин и др., 2010; Петров, Чеботарь, 2011).
Однако в имеющиеся в научной сельскохозяйственной литературе сведения о приемах совместного использования в гетерогенных бобово-мятликовых агроценозах азотфиксирующих ризобактерий и средних доз минерального азота фрагментарны, а существующие мнения по этому вопросу противоречивы. В связи с этим научные исследования и разработка агроприемов совместного использования азотфиксирующих ризобактерий и минерального азота, для увеличения урожайности зерна и зеленой массы в земледелии являются актуальными.
Степень разработанности темы. Биологизация сельскохозяйственного производства и восстановление плодородия почвы с помощью зернобобовых культур (люпина, гороха и сои), рассмотрено и предложено в работах А.С. Кононова (1989, 1996, 2003, 2005, 2009), В.Н. Ефимова, А.И. Иванова (2001), А.М. Лыкова и др. (2001), М.Н. Новикова, В.Н. Баринова (2007), О.В. Мельниковой, В.Л. Москалевой (2009), Н.М. Белоуса (2011), В.Е. Торикова и др., В.В. Дьяченко и др. (2014).
По мнению ряда ученых в системе «почва - растение - микроорганизмы» именно элемент «микроорганизмы» является наименее изученным (Умаров, 1986; Чеботарь, Малиновский, 1989; Тихонович, 2000; Завалин, 2005; Лактионов и др., 2008; Тихонович, Проворов, 2009; Парахин и др., 2012).
В настоящее время, особого внимания заслуживает, оценка эффективности биопрепаратов в агротехнологиях на разных сельскохозяйственных культурах и в различных регионах страны. По мнению А.П. Кожемякова и др. (2004), А.А. Завалина и др. (2007, 2008), А.А. Завалина, Н.С. Алметова (2009), С.А. Гужвина и др. (2012), Н.В. Новицкой и др. (2014) важное значение при разработке новых технологических приемов выращивания сельскохозяйственных культур приобретает оценка взаимодействия микробных биопрепаратов и минерального азота в агроценозах.
Цель исследований – разработать приемы совместного применения биопрепаратов и минерального азота, обеспечивающие увеличение урожайности зерна и зеленой массы, выхода сырого протеина в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои на серых лесных почвах Нечерноземья России.
В задачи исследований входило:
-
Изучить особенности формирования физиологических показателей при выращивании одновидовых и смешанных посевов ячменя, люпина, гороха и сои при предпосевной инокуляции семян ризобактериями и внесении средних доз минерального азота.
-
Изучить общее количество и общую биомассу почвенных бактерий, а так же бактерий азотфиксаторов в одновидовых и смешанных посевах при внесении ризобактерий и средних доз минерального азота.
-
Провести оценку влияния биопрепаратов и минерального азота на азот-фиксирующую способность люпина, гороха и сои, вынос элементов минерального питания в одновидовых и смешанных посевах с ячменем.
-
Установить влияние биопрепаратов и минерального азота на формирование урожайности зерна и зеленой массы, выход сырого протеина в одновидо-вых и смешанных посевах.
5. Дать экономическую оценку и определить эффективность разработан
ных агроприемов применения ризобактерий и минеральных удобрений в однови-
довых и смешанных посевах.
Научная новизна. Впервые в условиях серых лесных почв Нечерноземья России теоретически обосновано влияние общего количества и биомассы почвенных бактерий на уровень урожайности одновидовых и смешанных бобово-мятликовых посевов. Получены новые данные о физиологическом и агротехническом действии биопрепаратов, их эквивалентным дозам, дозе действующего вещества минерального азота. Установлены ранее не известные растительно-микробные взаимодействия при совместном применении в смешанных бобово-мятликовых посевах азотфиксирующих клубеньковых и ассоциативных ризобак-терий со средними дозами различных видов азотных минеральных удобрений и разработаны новые агроприемы повышения урожайности зерна и зеленой массы, выхода сырого протеина за счет биологизации технологических приемов – замены части минерального азота симбиотическим.
Теоретическая и практическая значимость работы. Изучены принципы формирования продуктивности зернобобовых и злаковых культур в одновидовых и смешанных посевах в зависимости от вида клубеньковых и ассоциативных ри-зобактерий, видов и доз минерального азотного удобрения, общего количества и общей биомассы почвенных бактерий, а так же бактерий азотфиксаторов.
На основании проведенных исследований на серых лесных почвах Нечерноземья России разработаны и предложены сельскохозяйственному производству агрономически и экономически обоснованные рекомендации по возделыванию одновидовых и смешанных посевов: люпино-мятликовых, горохо-мятликовых и соя-мятликовых на зерно и зеленую массу, позволяющие получать высокие и стабильные урожаи, увеличить выход зерна зерносмеси на 30-44 % и сырого протеина на 42-67 %. Снижены затраты на 30-40 кг/га действующего вещества азотных минеральных удобрений, увеличена в 1,5-2 раза окупаемость удобрений прибавкой урожая зерносмеси в смешанных посевах. Установлена тесная прямая корреляция (r = +0,67- +0,73) между урожайностью зерна и общей биомассой почвенных бактерий в смешанных посевах, в том числе бактерий азотфиксаторов.
5 Методология и методы исследования. Методологической основой исследования одновидовых и смешанных агроценозов послужила концепция биологи-зации и экологизации сельского хозяйства, которая определяет систему устойчивого развития земледелия, растениеводства и продуктов питания для постоянно возрастающего населения планеты. Программа исследований разработана на основе теоретического и экспериментального материала, представленного в публикациях по вопросам биологизации и экологизации за счет биотехнологических подходов применения непатогенных почвенных ризобактерий в сельском хозяйстве. Основой диссертационной работы послужили экспериментальные данные, полученные в полевых и лабораторных опытах. Полевые и лабораторные исследования проводились по общепринятым методикам в земледелии и растениеводстве, в соответствии с требованиями методики полевого опыта.
Степень достоверности и апробация результатов проведенных исследований. Исследования выполнены в течение трех лет. Программа исследований утверждалась на заседаниях ученого совета агроэкологического института Брянского ГАУ. Правильность закладки опытов в полевых условиях проверялась и утверждалась специальной комиссией по приемки опытов. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях различного уровня и публикациях в печати, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК. Все технологические операции в проведенных полевых опытах, кроме изучаемых агро-приемов, выполнены в соответствии с рекомендациями, принятыми для почвен-но-климатических условий места проведения опытов.
Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях различного уровня: IV Международная научно-практическая конференция естественно-географического факультета ФГБОУ ВПО «Брянского государственного университета им. академика И.Г. Петровского» (Брянск, 2011г.), Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экологии, агрохимии и почвоведения в 21 веке» (Брянск, 2012), IV Региональная научно-практическая конференция молодых исследователей и специалистов «Проведение исследований по приоритетным направлениям современной науки для создания инновационных технологий» – «УМНИК 2012» (Брянск, 2012), Международная научная экологическая конференция: «Совмещенные посевы полевых культур в севообороте агроландшафта» (Краснодар, 2016), где получили положительную оценку. Ежегодно результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры общего земледелия, технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства, ученого совета агроэкологического института ФГБОУ ВО Брянский ГАУ (2013-2015гг),
Победитель Всероссийского конкурса молодых исследователей и специалистов по приоритетным направлениям современной науки в номинации «Создание инновационных технологий» – «УМНИК 2012».
Производственная проверка результатов исследований проведена в КФХ «Челеняк» Севского района Брянской области на площади 60 га.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Методологическая основа исследования и разработки технологических агроприемов повышающих урожайность зерна зерносмеси и зеленой массы в смешанных бобово-мятликовых агроценозах люпина, гороха и сои является кон-
6 цепция биологизации и экологизации сельского хозяйства.
2. Высокая степень сопряженности количества общей микробной биомассы в почве, в том числе бактерий азотфиксаторов, и урожайностью зерносмеси в смешанных посевах, адекватность интенсивности микробно-растительных взаимодействий в системе почва - растение - микроорганизмы, определяют физиологическое состояние растений и плодородие почвы.
3. В одновидовых и гетерогенных посевах при применении симбиотических клубеньковых и ассоциативных ризобактерий наиболее высокая полевая всхожесть, интенсивность роста растений, площадь листьев, активный фотосинтетический потенциал, чистая продуктивность фотосинтеза, содержание хлорофилла в листьях формировались в посевах люпина, гороха, сои и смешанных люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевах при внесении минерального азота.
-
Сравнительная оценка влияния биопрепаратов и минерального азота в дозе N60 на азотфиксирующую способность и урожайность зерна и зеленой массы люпина, гороха и сои, вынос элементов минерального питания в одновидовых и смешанных посевах с ячменем позволяет определить как оптимальную дозу ассоциативных ризобактерий 300 г/га штамм 30-флавобактерин для ячменя и 300 г/га азотфиксирующих ризобактерий штамм 363а для люпина, штамм 2616 для гороха и штамм 6346 для сои, а так же смесь азотфиксирующих симбиотических ризо-бактерий ризоторфина штамм 363а – 300г/га с 400г/га ассоциативных микроорганизмов штамм 30-флавобактерин для люпино-ячменного, штамм 2616 и штамм 30 для горохо-ячменного, штамм 6346 и штамм 30 для соя-ячменного посевов соответственно.
-
Возделывание одновидовых и гетерогенных бобово-мятликовых посевов при использовании приемов предпосевной инокуляции семян клубеньковыми и ассоциативными ризобактериями при внесении экономически обоснованных средних доз различных видов азотных удобрений наиболее комплементарных для бобовой культуры с целью получения высококачественного, экологически безопасного зерна и зеленой массы с высоким содержанием сырого протеина агротехнически оправдано и экономически выгодно.
Личный вклад автора в разработку и осуществление научно-исследовательской работы по теме диссертации составляет 90 %. Принимала участие в разработке программы, выборе объектов и методов исследований. Теоретическая часть работы выполнена автором самостоятельно. Соискатель лично закладывала полевые опыты, проводила фенологические наблюдения, отбор почвенных и растительных образцов, лабораторные исследования, учет урожая зерна и зеленой массы, оценку общего количества и биомассы почвенных бактерий. Выполнены расчеты по статистическому анализу экспериментальных данных и по определению экономической эффективности различных агроприемов применения ризобактерий и минеральных удобрений в одновидовых и смешанных посевах, написание диссертационной работы по теме исследований.
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в восемнадцати научных работах, из них восемь в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах компьютерного текста, включает в себя: введение,
7 основную часть (состоящую из 6 глав), заключение (выводы и предложения производству, перспективы дальнейшей разработки темы исследований), список литературы и приложения. Работа включает 57 таблиц и 64 приложений. Список литературных источников состоит из 160 источников, из них 17 иностранных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, степень ее разработанности, поставлены цель и задачи исследования, отражена научная новизна работы, теоретическая и практическая значимость, методология и методы диссертационного исследования, степень достоверности результатов, апробация и производственное внедрение результатов работы, сформулированы основные положения выносимые на защиту, представлен личный вклад автора в разработку и осуществление научно-исследовательской работы, публикации по теме исследований, структура и объем диссертационной работы.
Влияние биопрепаратов, минерального азота на урожайность и качество зерна и зеленой массы ячменя, люпина, гороха, сои в смешанных агроценозах
Дополнительным источником улучшения азотного питания растений может стать азот биологический, фиксированный на корнях сельскохозяйственных культур ассоциативными микроорганизмами (Завалин, Алметов, 2009).
Д.Н. Прянишников (1951) в монографии «Азот в жизни растений и в земледелии СССР», сравнивая значение технического и биологического источников азота в питании растений, считал, что они взаимно дополняют друг друга. Так, например доля азота который фиксируется ассоциативными и свободноживущи-ми микроорганизмами составляет 30 % от общего количества фиксированного биологического азота (Paul, 1988; Трепачёв, 1999).
Все азотфиксирующие микроорганизмы, способные к усвоению азота воздуха, можно разделить на 3 группы (Базилинская, 1985; Okon, 1985):
1. Симбиотические азотфиксаторы – микроорганизмы, которые усваивают азот атмосферы, только находясь в симбиозе с высшим растением. Значение симбиотических азотфиксаторов, живущие в клубеньках корней бобовых растений (клубеньковые бактерии), относящиеся к роду Rhizobium, это связывание азота атмосферы только при симбиотической ассоциации микроорганизмов этого вида и высшего растения в основном из семейства Бобовые (Патыка и др., 1997).
Посев бобовых растений ведет к повышению почвенного плодородия. Гектар бобовых растений в симбиозе с бактериями может перевести в связанное состояние от 100 до 400 кг азота за год. Значение этого трудно переоценить, если учесть, что азотные удобрения наиболее дорогостоящи, а в почве соединения азота содержатся в небольших количествах (Завалин, Алметов, 2009).
2. Ассоциативные азотфиксаторы – микроорганизмы, обитающие на по верхности корневой системы злаков, т. е. живущие в ассоциации с высшими рас тениями (Лукин и др., 1987; Saidel, 1987; Волкогон, 1997; Наумов и др., 1997). Установлено, что азотфиксаторы способны активно размножаться в ризосфере ячменя, пшеницы, риса, кукурузы, проса, сорго, рапса и многолетних злаковых трав (Шогенов, 2012) . Как показано в исследованиях И. С. Родынюк и др. (1991), И. А. Тихоновича и др. (2005), формирование азотфиксирующих расти 32
тельно-микробных ассоциаций определяется взаимодействиями между растениями, микробными популяциями и факторами среды. При этом в системе часть энергии фотосинтеза направлятся на процесс превращения атмосферного азота воздуха в доступные для растений азотистые соединения.
Ассоциативные микроорганизмы увеличивают корневые выделения растений и биомассу корней, способны продуцировать физиологически активные вещества (ауксин, гибберллин, цитокенин), увеличивать растворимость почвенных фосфатов, ингибировать развитие патогенной микрофлоры через выделение антибиотиков, стимулировать прорастание семян, увеличивать их всхожесть (Гарагуля и др., 1988; Бурлуцкая и др., 1991; Кравченко, 2000; Шабаев, 2004). Фиксация азота атмосферы – один из наиболее энергоемких процессов в биоценозе (Брей,1986). Способом повышения вклада биологического азота в урожай является поиск и применение в качестве основы биоудобрений штаммов микроорганизмов, обладающих повышенной способностью к ассоциации с культурными растениями и интенсивной азотфиксации (Jain, Patriguin,1984).
Открытие явления ассоциативной азотфиксации обосновало возможность искусственного обогащения ризосферы небобовых растений отобранными штаммами растений, способных к активному связыванию молекулярного азота. Наиболее доступным способом повышения уровня азотфиксации является внесение активных штаммов бактерий в ризосферу растений, что может достигаться путём прямой инокуляции семян или корней (Тихонович и др., 2005; Завалин, Алметов, 2009).
Активность ассоциативной азотфиксации зависит от комплекса факторов, в котором растению принадлежит ведущая роль. Но и такие абиотические факторы среды, как почва, атмосфера влияют не только на растение, но и на микроорганизмы в ризосфере. Показано в исследованиях А. И. Чундерова и др. (1974), М. С. Ягодина и др. (1979), что погодные условия существенно воздействуют на интенсивность азотфиксации, при достижении влажности почвы 60-70% от полной полевой влагоёмкости азотфиксация возрастает до максимума. Как считают А. П. Кожемяков, А. В. Хотянович (1997), М. Tyler et al. (1979) температурный фактор в течение летнего периода вегетации не играет такой существенной роли, как вла-гообеспеченность почвы, так как температура верхнего слоя колеблется не так значительно, чтобы повлиять на интенсивность ассоциативной азотфиксации в ризосфере. Лимитирующим фактором становится температура почвы ниже +7С. В филосфере (на листьях и стебле) азотфиксация в большей степени зависит от изменений температуры воздуха: при значениях ниже + 20С она существенно ослабевает.
3. Не симбиотические азотфиксаторы – микроорганизмы, свободно живущие в почве и усваивающие азот воздуха.
В 1893 г. русским микробиологом С.Н. Виноградским была выделена анаэробная азотфиксирующая бактерия Clostridium pasteurianum, в 1901 г. голландский ученый М. Бейеринк выделил две аэробные азотфиксирующие бактерии – Azotobacter chroococum, Azotobacter agile. Свободноживущие азотфиксаторы могут быть факультативными аэробными или факультативными анаэробными. Для того чтобы эти микроорганизмы осуществляли процесс фиксации азота, необходимо присутствие молибдена, железа и кальция. Особенно важно присутствие молибдена. Свободно живущие азотфиксаторы (Azotobacter) усваивают в среднем около 1 г азота на 1 м2 в год (Завалин, Алметов, 2009).
В настоящее время ряд учённых К. И. Саввичев (1964), А. Д. Задорин и др. (2003), А. С. Кононов (2003) считают, что бобовые – весьма перспективные культуры в биологическом адаптивном растениеводстве, поскольку им присуще важное свойство биологической фиксации азота. Корневая система люпина с помощью специальных выделений способна растворять труднорастворимые фосфорные соединения, недоступные для других культур и накапливать в почве усвояемые формы фосфора (Прянишников,1951). Стержневой корень люпина глубоко проникает в почву, люпин усваивает здесь питательные вещества, представляя собой естественный насос, осуществляющий перекачивание питательных веществ из глубоких слоев почвы в верхние пахотные горизонты, где они концентрируются после разложения зелённой массы или пожнивных остатков (Кононов,2003; Palmason et al., 1992; Trenbath, 1993).
Характеристика почвенных условий
Сорт ячменя Зазерский 85 – относится к семейству Мятликовых, виду Hordeum sativum. Высокоурожайный сорт интенсивного типа. Среднепоздний, вегетационный период колеблется от 70 до 90 дней. Устойчивость к полеганию высокая, засухоустойчивость слабая. Высота растений от 75-100см, масса 1000 зерен 38-50 г. Восприимчив к пыльной головне, стеблевой ржавчине. В Нечернозёмной зоне РФ ячмень является важной продовольственной и зернофуражной культурой. Из яровых зерновых культур он дает наиболее устойчивые и высокие урожаи, имеет наибольший удельный вес в структуре посевных площадей (Гуляев,1990).
Сорт узколистного люпина Белозерный 110 – универсального использования создан ВНИИ люпина. Венчик цветка белый, бобы нерастрескивающиеся, длиной 6-7см, число семян в бобе – 4-7 штук, семена серые, крапчатые с серпиком. Масса 1000 семян 160-180 г. Сорт отличается скороспелостью (длина вегетационного периода 105-110 дней), дружным созреванием бобов центральной кисти и боковых побегов. Имеет детерминированный рост на уровне побегов 2-го порядка. Обладает высокой устойчивостью к фузариозному увяданию (85-90%), относительно слабо поражается вирусным израстанием (10-15%). Средняя урожайность семян составляет 3,1 т, зелёной массы – 57,9 т, сухого вещества 6,8- 7,1 т/га. Содержание сырого протеина в сухом веществе зелённой массы 19,8-21,4%, в семенах – 36,5%, алколоидов – 0,04% (Напреенко,2007).
Сорт сои Магева – выведен в Рязанском НИПТИ АПК. Высота растений 51-76 см, опушение стебля рыжее, цветки розово-фиолетовые, семена овальные матовые, рубчик овальный желтый. Сорт раннеспелый (83-99 дней), устойчив к засухе и заморозкам, устойчив к растрескиванию бобов. Имеет высокое прикрепление бобов – 15-16 см. При созревании листья дружно опадают, сорт пригоден к механизированной сборке без десикации. Высокоурожайный – 2,0-2,94 т/га, белка в семенах – 39,8-42,4%, жира 17,2-19,2%.
Сорт гороха Малиновка – выведен индивидуальным отбором из гибридной популяции Приекульский 407 Черниговский 190. Сорт среднеспелый, вегетационный период 90-95 суток. Стебель высотой 140-180 см, число междоузлий до первого соцветия 15-18, общее 24-27. Цветки прямые с тупой верхушкой, 3-4 семянные. Семена угловатые, бурые с фиолетовой крапчатостью. Масса 1000 семян 150-210 г. Содержание белка в семенах 23-27%, в зеленой массе – 15-20%. Выше средней степени поражается аскохитозом, корневыми гнилями, сильно повреждается плодожоркой, зерновкой, клубеньковым долгоносиком. Максимальная урожайность зеленой массы 61,8 т/га(12,3 т/га сухого вещества), семян – 7,23 т/га (Мельцаев И.Г., Шрамко Н.В., 2006).
Для инокуляции изучаемых культур в целях определения их полевой эффективности мы использовали следующие биопрепараты, изготовленные на основе ризосферных микроорганизмов:
1.Флавобактерин – создан на основе штамма, относящегося к роду Flavobacterium sp. В 1 г торфяного бактериального препарата содержится 5-10 млрд. клеток бактерий данного штамма. Представляет собой порошковидный торфяной субстрат, обогащенный питательными веществами, с влажностью 45-50%. Отличительной особенностью препарата является его широкий спектр действия: положительные результаты получены в посевах пшеницы, ячменя, ржи, овса, риса, сорго, кормовых трав, картофеля.
Положительное действие препарата определяет способность бактерий фиксировать молекулярный азот, стимулировать рост, продуцировать фитогормоны, улучшать минеральное питание, водный обмен и активизировать другие физиологические процессы растений. Препарат обладает сильным защитным действием против болезней растений. Использование препарата позволяет получить дополнительно 3-5 ц/га зерна, 30-80 ц/га овощей, 60-70 ц/га сахарной свеклы. Отмечено также существенное повышение содержания витаминов, каротина и других полезных веществ
Расход препарата: многолетние злаковые травы – 200 - 300 г на гектарную норму семян, зерновые, подсолнечник, кукуруза, сахарная и кормовая свекла – 600 г, для картофеля – 2500 г. (Завалин А.А., Алметов Н.С.,2009).
2. Ризоторфин – инокулянт для предпосевной обработки семян бобовых: нута, сои, гороха, козлятника, клевера, люпина, донника, вики, люцерны, фасоли и др. Основу составляют клубеньковые бактерии, которые способны вступать в симбиоз с бобовым растением. В результате на корнях образуются клубеньки, обладающие способностью к фиксации молекулярного азота из воздуха и перевод его в доступную для растений форму. Благодаря этому уникальному процессу растение получает из воздуха необходимое количество азота для своего роста и развития «пролонгировано» на протяжении всего периода вегетации. Данный процесс позволяет уменьшить количество вносимого в почву минерального азота без снижения урожайности, т.к. растение становиться «самодостаточным» по данному элементу питания. В зависимости от количества доступного азота в почве внесение минерального азота может быть уменьшено от 30 до 70% (иногда до 100%). Согласно техническим условиям в 1 г препарата содержится не менее 2,5 млрд. активных клубеньковых бактерий ВНИИСХМ (1990) (Напреенко,2007). Норма расхода биопрепарата: 200 грамм торфяного биопрепарата для обработки 1 гектарной нормы семян (соя 80-110 кг; нут 120-180кг; горох 250-350кг; люпин 200-250 кг; чечевица 100-150 кг; люцерна 8-10 кг; козлятник 18-25 кг) (Завалин А.А., Алметов Н.С., 2009).
Аммиачная селитра (NH4NO3) – относится к числу наиболее широко распространенных азотных удобрений, содержание азота в ней составляет около 34%. В аммиачной селитре сочетается быстродействующий подвижный нитратный азот с менее подвижным аммонийным азотом, вследствие чего этот вид удобрения можно применять под все сельскохозяйственные культуры как основное (допосевное), припосевное и для подкормки на всех типах почв и во всех климатических зонах РФ.
Калийная селитра (КNO3) – кристаллический порошок темно-серого цвета с содержанием окиси калия 44% и 13% азота. Они мало слеживаются, применяют его под культуры, не переносящие хлор, в основном весной из-за наличия азота в нитратной форме (Гуляев Г.В.,1990).
Закладка полевых опытов проводилась на учебно-опытном поле совместной с Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственной микробиологии учебно-научной лаборатории «Азотфиксации и иммунитета растений» Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского в 2013-2015 гг.
Предшественник в полевом опыте – яровая пшеница. Размер опытной делянки: общая площадь – 25,8 м2, учетная площадь – 25,0 м2; повторность вариантов опыта – четырехкратная, расположение делянок – по методу систематических повторений. Закладку полевых опытов проводили по методике Б.А. Доспехова (1985) и А.С. Кононова (2009).
Посев изучаемых культур осуществлялся в 2013 г. – 24 апреля, в 2014 г. – 30 апреля, в 2015 г. – 27 апреля на глубину 3-4 см. Способ посева – рядовой с междурядьями 15 см, сеялкой СН-16. Норма высева семян в одновидовых посевах: ячмень – 5,5 млн. всхожих семян на гектар, люпин – 1,2 млн., горох – 1 млн., соя – 1 млн.; соотношения компонентов в гетерогенной системе составляло: 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.
Физиологическое действие биопрепаратов и минерального азота на рост растений, фотосинтез, водный обмен в одновидовых и смешанных посевах ячменя, люпина, гороха и сои
При внесении минеральных удобрений в виде аммиачной селитры в смешанных посевах ячменя на фоне смесевого биопрепарата наблюдаются самые высокие показатели роста растений ячменя: в горохово-ячменном посеве на 12,1 см, в соя-ячменном на 12,8 см и наибольшее увеличение в люпино-ячменном на 13,3 см выше соответственно, по сравнению с вариантом – смеси ризобактерий. Внесение минеральных удобрений в виде калийной селитры в смешанных посевах ячменя с бобовыми культурами на фоне смеси биопрепаратов, так же приводило к увеличению роста растений ячменя по сравнению со смешанными посевами без нитратной формы азота, но меньше чем при внесении аммиачно-нитратной формы азота (таблица 10).
У зернобобовых наблюдаются аналогичные показатели по росту растений при внесении удобрений в аммиачно-нитратной форме в виде аммиачной селитры на фоне смесевого биопрепарата. Установлено, что рост растений в среднем за три года увеличился у люпина на 10,3 см или на 16,4 %, у гороха на 8,7 см или 10,7 %, у сои на 11,2 см или на 20,6 % по сравнению с вариантом только при применении смеси биопрепаратов. Исследования показали, что внесение удобрений у люпина и сои в нитратной форме в виде калийной селитры на фоне ризобакте-рий оказало меньшее воздействие на линейный рост, чем внесение аммиачной селитры. Наиболее благоприятной формой оказывающей на рост при возделывании смешанных посевов гороха с ячменем на фоне смеси биопрепарата было внесение калийной селитры. Рост растений гороха увеличился на 4,1 см по сравнению с внесением аммиачной селитры на фоне смеси биопрепарата и на 12,8 см по сравнению с вариантом только при применении смеси биопрепаратов (таблица 10).
Трехлетние исследования влияния различных форм минеральных азотных удобрений на фоне смеси биопрепаратов на рост растений ячменя и зернобобовых в смешанных посевах показали, что наиболее стимулирующее воздействие наблюдалось при внесении аммиачной селитры в дозе N60 по сравнению с нитратной формой в виде калийной селитры в дозе N60. Однако у гороха на фоне предпосевной обработки семян ризобактериями линейный рост растений был выше при внесении калийной селитры.
Существенная роль в формировании продуктивности сельскохозяйственных культур принадлежит фотосинтезу. Его интенсивность зависит в значительной степени от сформированной площади листьев и продолжительности ее функционирования. 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.
Опытные данные показали, что исследуемые агроприемы: предпосевная обработка штаммами биопрепаратов и внесение минеральных удобрений (в аммиачно-нитратной и нитратной формах) в одновидовых посевах ячменя, люпина, гороха и сои оказывали значимое влияние на нарастание листовой поверхности.
В результате проведенных исследований установлено, что в одновидовых посевах ячменя на вариантах с применением ассоциативных азотфиксаторов – флавобактерин штамм 30 площадь листовой поверхности посевов увеличивалась на 15,4%, с внесением калийной селитры на 25,5% и аммиачной селитры на 48,3 % по сравнению с контролем (таблица 11).
Внесение азота в нитратной форме (КNO3) на фоне предпосевной обработки семян ячменя ассоциативными азотфиксирующими бактериями группы «Формат» штамм 30-флавобактерин способствовали увеличению площади листьев ячменя на 19,1 % по сравнению с вариантом штамм 30-флавобактерин без внесения азота и на 9,6 % по сравнению с контролем (вариант 1– при внесении калийной селитры) (таблица 11).
Наиболее благоприятное влияние на увеличение площади листьев в однови-довых посевах ячменя, установлено на вариантах с внесением аммиачной селитры (NH4NO3) на фоне предпосевной обработки семян ассоциативными азотфиксато-рами – биопрепарат флавобактерин. Площадь ассимиляционной поверхности составила 23,4 тыс. м2/га, что на 36 % выше по сравнению с вариантом при применении биопрепарата и на 5,8 % выше контроля (вариант 1– при внесении аммиачной селитры) (таблица 11).
Аналогичные тенденции, как у ячменя по увеличению ассимиляционной поверхности, установлены при предпосевной обработке семян клубеньковыми бактериями – штамм 363а (ризоторфин) у люпина, штамм 2616 (ризоторфин) у гороха и штамм 6346 (ризоторфин) у сои. Площадь листьев была выше по сравнению с контролем без внесения минеральных азотных удобрений на 14,8 %, на 4,2 % и на 12,6 % соответственно.
Установлено, что внесенный под выше указанные зернобобовые культуры, минеральный азот, в виде аммиачной селитры (NH4NO3) обеспечил увеличение площади листьев на 34,3 %, на 8,7 % и на 32,5 % соответственно по сравнению с контролем (варианты 3,5,7). Внесенный азот в виде калийной селитры (КNO3) увеличил площадь листьев этих культур на 17,9 %, на 10,1 % и на 23,4 % соответственно (таблица 11).
Действие биопрепаратов и минерального азота на азотфиксирующую деятельность в одновидовых и смешанных посевах люпина, гороха и сои
За годы исследований наибольшее накопление в зерне элементов минерального питания в одновидовых посевах ячменя, люпина и сои формировалось на вариантах с внесением азота в дозе N60 в виде аммиачной селитры (NH4NO3) на фоне предпосевной обработки семян ассоциативными и клубеньковыми ризобактерия-ми. Установлено, что содержание азота, фосфора, калия было в зерне изучаемых культур на 17,6 %, на 11,7 % и на 9,8 % выше по сравнению с контролем вариантом без внесения минеральных удобрений. Однако содержание азота, фосфора, калия в зерне гороха было выше при внесении азота в виде калийной селитры в дозе N60 на фоне предпосевной обработки семян клубеньковыми ризобактериями по сравнению с аммиачной селитрой в той же дозе на 3,4 % (таблица 30). Можно предположить, что более высокое накопление в зерне ячменя, люпина и сои элементов минерального питания связано с увеличением биомассы бактерий в пахотном слое почвы на вариантах опыта с внесением аммиачной селитры в дозе N60, а при внесении калийной селитры в дозе N60 только в зерне гороха на фоне внесения ассоциативных и клубеньковых азотфиксирующих ризобактерий (таблица 19).
Аналогичные тенденции установлены по содержание азота, фосфора, калия в вегетативной массе изучаемых культур (таблица 31).
Анализ трехлетних данных накопления азота, фосфора, калия в зерне и вегетативной массе люпино-ячменного, горохо-ячменного и соя-ячменного посевах показал, что определяющими факторами количественного содержания элементов питания были микробно-растительные взаимодействия, смеси ассоциативных и клубеньковых ризобактерий и действие различных видов минеральных удобрений в агроценозе. Было установлено, что в смешанных люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевах на варианте с применением смеси биопрепаратов (ризоторфин + флавобактерин) в соответствие со схемой опыта суммарное содержание азота, фосфора и калия в зерне изучаемых культур было выше по сравнению с контролем на 5,5 %, на 2,1 % и на 3,5 % соответственно. Можно предположить, что более высокое накопление в зерносмеси элементов минерального питания связано с увеличением биомассы бактерий в пахотном слое почвы на вариантах опыта, в том числе и азотфиксирующих ризобактерий (таблицы 20,32).
При внесении аммиачной селитры (NH4NO3) в дозе N60 содержание азота, фосфора и калия в зерносмеси люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевах было выше по сравнению с контролем на 12,9 %, на 7,4 % и на 10,8 %, а при внесении калийной селитры (КNO3) в дозе N60 на 7,7 %, на 6,5 % и на 5,6 % соответственно (таблица 32).
За годы исследований наибольшее накопление в зерносмеси элементов минерального питания в смешанных люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевах формировались на вариантах с внесением азота в дозе N60 в виде аммиачной селитры (NH4NO3) на фоне предпосевной обработки семян ассоциативными и клубеньковыми ризобактериями. Установлено, что содержание азота, фосфора, калия было в зерносмеси изучаемых культур на 19 %, на 14,9 % и на 15,1 % выше по сравнению с контролем вариантом без внесения минеральных удобрений (таблица 32).
Можно предположить, что более высокое накопление в зерносмеси люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевов элементов минерального питания связано с увеличением биомассы бактерий в пахотном слое почвы в том числе и азотфиксирующих на вариантах опыта с внесением аммиачной селитры в дозе N60 на фоне внесения смеси биопрепаратов (ризоторфин штаммы ризобакте-рий комплементарные бобовым культурам + флавобактерин) во время роста бобовых растений (таблица 20)
Аналогичные тенденции установлены по содержание азота, фосфора, калия в вегетативной массе смешанных люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевов (таблица 33).
Как показал анализ накопления микроорганизмов в почве под посевами, высокое накопление элементов минерального питания в вегетативной массе люпино-ячменных, горохо-ячменных и соя-ячменных посевов связано с увеличением биомассы бактерий в пахотном слое. А так же, в том числе и азотфиксирующих ризо-бактерий на вариантах опыта с внесением аммиачной селитры в дозе N60 на фоне внесения смеси биопрепаратов (ризоторфин штаммы ризобактерий комплементарные бобовым культурам + флавобактерин) во время роста бобовых растений (таблица 20).
К моменту созревания элементы питания концентрируются в зерне и соломе растений. Содержание их в урожае показывает влияние условий питания на обеспеченность биохимических процессов. Нами было установлено, что при применении минерального азота, биопрепаратов увеличивается его содержание в зерне и вегетативной массе, т.е. и минеральный, и биологический азот “работает” практически равноценно на урожай и качество продукции.
Исследования показали, что в одновидовых посевах ячменя, люпина, гороха и сои на варианте с применением ризоторфина и флавобактерина в соответствие со схемой опыта вынос азота, фосфора и калия в зерне изучаемых культур был выше по сравнению с контролем на 15,8 %, на 22,3 %,на 27,1 %,на 23,2 % соответственно. Можно предположить, что более высокий вынос в зерне элементов минерального питания связан с увеличением биомассы бактерий в пахотном слое почвы на вариантах опыта, в том числе и азотфиксирующих ризобактерий. При внесении аммиачной селитры (NH4NO3) в дозе N60 вынос азота, фосфора и калия в зерне ячменя, люпина, гороха и сои был выше по сравнению с контролем на 49,3 %, на 81,8 %, на 47,7 % и на 81,2%, а при внесении калийной селитры (КNO3) в дозе N60 на 24,8 %, на 51,7 %, на 80,8 % и на 60,6 % соответственно (таблицы 19, 34).
Было установлено, что максимальный вынос в зерне элементов минерального питания в одновидовых посевах ячменя, люпина и сои сформировался на вариантах с внесением азота в дозе N60 в виде аммиачной селитры (NH4NO3) на фоне предпосевной обработки семян ассоциативными и клубеньковыми ризобактерия-ми. Установлено, что вынос азота, фосфора, калия был в зерне изучаемых культур на 43,1 %, на 77,8 % и на 78,2 % выше по сравнению с вариантом – с предпосевной обработкой семян только флавобактерином и ризоторфином (таблица 34).