Научное обоснование реализации биологического потенциала люцерны в центральной части Северного Кавказа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Научное обоснование реализации биологического потенциала люцерны в центральной части Северного Кавказа

Специальность 06.01.09 - растениеводство

доктора сельскохозяйственных наук

Козырев Асланбек Хасанович

Владикавказ 2009

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Горский государственный аграрный университет» в 1996…2005 гг.

Научный консультант:Заслуженный работник высшей школы РФ,

Заслуженный деятель науки РСО-Алания, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Фарниев Александр Тимофеевич

Официальные оппоненты:Заслуженный деятель науки РФ и КБР, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Жеруков Борис Хажмуратович

Заслуженный деятель науки РФ, Член-корреспондент РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Коломейченко Виктор Васильевич

Заслуженный работник сельского хозяйства РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кшникаткина Анна Николаевна

Ведущая организация:Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донской государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится « 15 » октября 2009 года в 11 ⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.023.01 при Горском государственном аграрном университете по адресу: 362040, РСО-А, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37, тел./факс 8 (8672) 53-01-42.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Горского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «___» ______________ 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.с.-х.н., доцентТ.К. Лазаров

агроклиматический люцерна урожай удобрение

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В современных условиях недостатка техногенных средств для стабилизации и повышения плодородия почвы в полевых и кормовых севооборотах роль бобовых трав, резко возрастает. В тоже время они являются важным источником пополнения белка в кормопроизводстве.

Люцерна является основной многолетней бобовой культурой на Северном Кавказе, выращиваемой на сенаж, сено и зеленый корм. По биологической полноценности белка, количеству зольных элементов и витаминов люцерна - ценное сырье для кормления сельскохозяйственных животных. Огромно также агротехническое значение люцерны как мелиоранта засоленных земель и накопителя биологического азота в почве. Потенциальная продуктивность этой культуры более 20 т сена с 1 га за вегетацию и до 0,7 т/га семян, количество биологически фиксированного азота достигает 600 кг/га в год. Однако в различных почвенно-климатических зонах Центрального Предкавказья урожай сена остается на уровне 3...5 т/га, а семян - 0,5…1,5 ц/га, симбиотическая фиксация азота люцерной ослаблена из-за несоответствия параметров основных факторов среды требованиям биологии культуры.

В связи с этим, для сокращения огромного разрыва между потенциальной и фактической урожайностью люцерны, необходимо более глубоко изучить биологию и физиологию культуры, изучить условия активного бобово-ризобиального симбиоза, определить факторы, лимитирующие активность симбиоза в различных почвенно-климатических условиях Центральной части Северного Кавказа и возможности оптимизировать параметры этих факторов для интенсивной азотфиксации и питания растений.

Представляет практический интерес изучение эффективности использования нетрадиционных удобрений - местных природных агроруд ирлитов, а также возможность утилизации некоторых отходов промышленности при возделывании люцерны на разных типах почв в условиях вертикальной зональности Северного Кавказа.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научном обосновании технологических приемов и практической реализации биологического потенциала люцерны в условиях Центральной части Северного Кавказа.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

· дать теоретическое обоснование влиянию различных технологических приемов на динамику формирования симбиотического аппарата люцерны;

· изучить азотфиксирующую активность люцерны при разных технологических приемах возделывания, в разных агроклиматических районах и выявить резервы её повышения;

· изучить особенности влияния различных технологических приемов в условиях разных агроклиматических районов на фотосинтетическую деятельность люцерны;

· выявить эффективность влияния традиционных и нетрадиционных удобрений на величину и качество урожая сена и семян люцерны;

· изучить динамику накопления массы листьев, стеблей, корней люцерны, содержание в них азота и фосфора, вынос питательных веществ урожаем люцерны из почвы и долю участия источников азота в питании растений;

· дать энергетическую и экономическую оценку использования технологических приемов возделывания люцерны на сено и семена в условиях разных агроклиматических районов.

· разработать и внедрить в производство рекомендации по совершенствованию технологии возделывания люцерны в условиях вертикальной зональности Северного Кавказа с целью повышения симбиотической азотфиксации, получения высоких урожаев сена и семян высокого качества.

Научная новизна. В комплексных исследованиях с учетом агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей бобовых трав теоретически обосновано и экспериментально подтверждено использование экологически безопасных технологических приемов для формирования высокопродуктивного агроценоза люцерны в Центральном Предкавказье.

Изучена целесообразность применения местных природных агроруд (ирлитов) и отходов промышленности (кукурузный экстракт, смазочно-охлаждающая жидкость - СОЖ) при возделывании люцерны.

Проведена оценка действия регулятора роста, бактериального препарата, природных агроруд и отходов промышленности на симбиотическую азотфиксацию люцерны, в результате которой был разработан способ внесения удобрений при возделывании бобовых трав, подтвержденный патентом РФ (№ 2137340, 1999).

Получены данные о высокой эффективности СОЖ в качестве прилипателя при инокуляции семян ризоторфином, которые подтверждены патентами РФ (№ 2167509, 2001 и № 2188531, 2002).

Среди районированных сортов люцерны выявлен наиболее конкурентоспособный сорт в экологических условиях Центрального Предкавказья.

Проведена сравнительная оценка активности заводских штаммов ризобий со спонтанными штаммами и выявлен среди них наиболее конкурентоспособный для условий Центральной части Северного Кавказа.

Установлено влияние уровня обеспеченности элементами минерального питания и метеорологических условий года на формирование и активность симбиотического аппарата люцерны, фотосинтетическую деятельность, уровень урожая и его качество.

Определена энергетическая и экономическая эффективности оптимизации факторов среды для максимальной симбиотической азотфиксации, урожайности и белковой продуктивности люцерны в различных агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа.

Основные положения, выносимые на защиту:

· оптимальные параметры факторов среды в различных агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа для максимальной симбиотической азотфиксации люцерны;

· динамика формирования симбиотического аппарата люцерны на разных типах почв в условиях вертикальной зональности и при использовании различных технологических приемов возделывания;

· формирование продукционного процесса и урожайности агроценоза люцерны при различных уровнях симбиотической азотфиксации на разных типах почв;

· накопление в почве органического вещества и азота, оставляемые люцерной после трех лет использования в зависимости от активности азотфиксации на разных типах почв;

· доля источников азота в питании растений люцерны при использовании макро-, микроудобрений, ризоторфина, природной агроруды и орошения на разных типах почв;

· питательная ценность сена люцерны при использовании различных технологических приемов повышения симбиотической азотфиксации на разных типах почв;

· энергетическая и экономическая оценки использования макро-, микроудобрений, ризоторфина, природной агроруды и орошения в технологии возделывания люцерны на корм и семена в различных агроклиматических районах Центральной части Северного Кавказа.

Практическая значимость работы заключается в решении важной проблемы растениеводства - получении высокого урожая люцерны за счет ресурсосберегающих, экологически безвредных технологий.

Выявленная в процессе исследований способность изучаемых технологических приемов повышать симбиотическую азотфиксацию представляет практический интерес для повышения продуктивности посевов люцерны и последующих культур за счет естественных биологических процессов. При предпосевной инокуляции семян люцерны ризоторфином и Ирлитом на фоне оптимальной обеспеченности подвижным фосфором фиксация молекулярного азота атмосферы повысилась до 600 кг/га - на каштановых почвах при орошении, 150 кг/га на карбонатных черноземах и 220 кг/на - на выщелоченных черноземах.

Оптимизация факторов среды для максимальной симбиотической азотфиксации и продуктивности люцерны (Р+ризоторфин+ирлит-1) позволяет сформировать урожай сена 18,9 т/га на каштановых почвах при орошении, 7,7 т/га - на карбонатных черноземах и 10,3 т/га - на выщелоченных черноземах.

Установлена высокая эффективность фосфорных удобрений, инокуляции семян ризоторфином в смеси с ирлитом на различных типах почв. Прибавка урожая семян составила 110…125 %, сена - 14…20,8 % в разных агроклиматических районах. Эффективность предлагаемых агроприемов по сбору белка достигает 40 % на каштановых почвах, 24 % - на карбонатных и 20 % - на выщелоченных черноземах по сравнению с контрольными вариантами.

Разработанные ресурсосберегающие технологические приемы возделывания люцерны обеспечивают экологизацию растениеводства, экономию материально-технических средств и получение высококачественного корма для с.х. животных.

Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству по технологии возделывания люцерны на корм (2005 г.) и используются в учебном процессе Горского государственного аграрного университета.

Разработанные технологические приемы апробированы и внедрены в хозяйствах различных форм собственности Степной и Предгорной зон РСО-Алания (Моздокский и Кировский госсортоучастки, колхозы «Кавказ», «им. Ленина» и «По заветам Ильича», СПК «Кита»).

Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ Горского государственного аграрного университета (№ гос. регистрации 01.2.007 08210 и 01.2.007 08213).

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских симпозиумах и научно-практических конференциях: Москва, Пущино, Воронеж, Уфа, Алушта, Орел, Волгоград, Краснодар, Ставрополь, Владикавказ и др. (1997…2008), на региональных и внутривузовских научных конференциях: Горский ГАУ, Северо-Осетинский ГУ, СКГТУ (ГМИ), Кубанский ГАУ (1997…2008), обсуждены на совместном заседании кафедр агрономического факультета Горского ГАУ.

Публикации в печати. По материалам диссертационной работы опубликовано 74 печатных работ. В изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 14 работ, в том числе 4 патента РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 407 страницах компьютерного текста, содержит 69 таблиц, 48 рисунков и 103 приложения. Список литературы включает 501 источник, в том числе 63 - зарубежных авторов.

Содержание работы

Место, условия и методика проведения исследований. Исследования проведены в течение ряда лет (1996…2005 г.г.) в Центральной части Северного Кавказа в различных контрастных экологических условиях. Полевые опыты были заложены на территориях Моздокского госсортоучастка (с. Троицкое, 135 метров над уровнем моря, каштановая почва - II агроклиматический район - засушливый), Кировского госсортоучастка (с. Брут, 400 метров над уровнем моря, карбонатный чернозем - III агроклиматический район - недостаточного увлажнения) и колхоза «По заветам Ильича» Пригородного района РСО-Алания (ст. Архонская, 600 метров над уровнем моря, выщелоченный чернозем - IV агроклиматический район - достаточного увлажнения). Лабораторные исследования проведены на кафедре Агроэкологии и защиты растений ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

Гидротермические условия каждого конкретного года сказываются на росте, развитии и формировании продуктивности полевых культур.

Агроклиматические показатели в годы проведения исследований свидетельствуют о значительных колебаниях температурного режима и условий увлажнения. Так, среднесуточная температура за вегетационный период колебалась от 10,0°С до 25,9°С во II агроклиматическом районе, от 9,7°С до 22,6°С - в III и от 9,5°С до 21,8°С - в IV агрорайоне. Количество осадков в годы проведения исследований отклонялось от многолетней нормы на 9…17 %, 5…26 % и 3…42 % соответственно во II, III и IV агроклиматических районах.

Исследования проводились на трёх типах почв, которые по гранулометрическому составу представляют собой тяжелый суглинок и имеют следующую агрохимическую характеристику:

- Моздокский госсортоучасток - каштановая почва - содержание гумуса на уровне 2,3...2,7 %, рН_сол 7,5...7,8, легкогидролизуемого азота 60...68 мг - среднее, содержание подвижного фосфора - 28...43 мг/кг - среднее и повышенное, обменного калия - 321...390 мг/кг почвы - высокое, молибдена - 0,48...0,55 мг/кг - высокое и подвижного бора - 0,17...0,20 мг/кг - низкое, влажность почвы соответствующая 100 % ППВ - 27 %.

- Кировский госсортоучасток - предкавказский карбонатный чернозем - содержание гумуса в среднем 4,6 %, рН_сол. - 6,8, легкогидролизуемого азота - 66 мг/кг, подвижного фосфора 24 мг/кг - среднее, обменного калия 392 мг/кг - высокое, молибдена 0,45 мг/кг почвы - высокое, подвижного бора 0,34 мг/кг - низкое.

- ст. Архонская - выщелоченный чернозем - содержание гумуса - 5,4...6,2 %, рН_сол. - 5,9...6,3, легкогидролизуемого азота - около 80 мг/кг - повышенное, подвижного фосфора - 90 мг/кг - среднее, обменного калия - 150 мг - высокое, молибдена 0,25 мг/кг почвы - низкое, подвижного бора - 0,55 мг - среднее.

Объектами исследований: люцерна синяя сортов Надежда, Кевсала, Вавиловская юбилейная, Зарница, районированные в Северо-Кавказском регионе; заводские активные штаммы ризобий; природные агроруды (цеолитоподобные глины) Алагирского месторождения Северной Осетии-Алании - ирлит-1 и ирлит-7.

В качестве макроудобрений использовали суперфосфат простой гранулированный и хлористый калий, микроудобрения - молибденовокислый аммоний и борная кислота, нетрадиционные удобрения - природные агроруды Ирлиты, отходы промышленности - кукурузный экстракт и смазочно-охлаждающая жидкость, регулятор роста - гумат натрия.

Исследования проведены в два этапа:

1) предварительный этап - определение параметров основных факторов среды для максимальной симбиотической активности и продуктивности растений люцерны в лабораторных и полевых условиях;

2) основной этап - изучение эффективности оптимизации факторов среды для максимальной симбиотической азотфиксации, белковой и семенной продуктивности люцерны в полевых условиях.

На первом (предварительном) этапе было проведено 7 опытов (1 - лабораторный, 3 -вегетационных и 3 - полевых).

Опыт № 1 (лабораторный) - Изучение влияния концентрации раствора молибдена на всхожесть семян люцерны.

Схема опыта: 1 - Контроль (без обработки); 2 - 8 г. молибдена на гектарную норму семян; 3 - 12 г. молибдена; 4 - 20 г. молибдена; 5 - 40 г. молибдена - рекомендуемая норма молибденовых удобрений для обработки гектарной нормы семян зернобобовых; 6 - 100 г. молибдена - завышенная норма молибденовых удобрений, возможная при неравномерной предпосевной обработке семян.

Опыт № 2 (вегетационный) - Определение диапазона оптимальной влажности почвы для максимальной симбиотической азотфиксации и продуктивности люцерны.

Схема опыта: 1 - предполивной порог влажности 30 % ППВ - периодический острый дефицит влаги, который бывает в засушливые годы или при длительном отсутствии осадков; 2 - 50 % ППВ - периодический недостаток влаги, который случается практически каждое лето; 3 - 60 % ППВ - оптимальная влагообеспеченность, предполивной порог - влажность разрыва капилляров (ВРК); 4 - 80 % ППВ - предполивной порог находится в середине диапазона оптимальной влажности почвы; 5 - 95 % ППВ - влажность почвы оптимальная, но частые поливы могут вызвать периодическое ухудшение аэрации почвы.

Опыт № 3 (вегетационный) - Определение нижней границы оптимальной обеспеченности почвы подвижным фосфором для максимальной симбиотической азотфиксации и продуктивности люцерны.

Схема опыта: 1 - содержание подвижного Р₂О₅ <10 мг/кг почвы (по Мачигину), очень низкая обеспеченность; 2 - содержание Р₂О₅ - 15 мг/кг почвы, низкая обеспеченность; 3 - содержание Р₂О₅ - 30 мг/кг почвы, средняя обеспеченность; 4 - содержание Р₂О₅ - 45 мг/кг почвы, повышенная обеспеченность; 5 - содержание Р₂О₅ - 60 мг/кг почвы, высокая обеспеченность.

Исходной почвой явился карбонатный чернозем с очень низкой обеспеченностью подвижным фосфором. На последующих вариантах повышали содержание фосфора при помощи минеральных удобрений - простого суперфосфата. Для повышения содержания подвижного фосфора на 10 мг/кг среднесуглинистой почвы мы вносили 30 мг Р₂О₅ на 1 кг почвы (простой суперфосфат).

Опыт № 4 (вегетационный) - Изучение нижнего порога оптимальной обеспеченности почвы бором.

Схема опыта: 1 - контроль - естественное содержание в почве бора (0,34 мг/кг - низкое); 2 - повышенное содержание бора в почве (1 мг/кг).

Опыт № 5 (полевой) - выявление наиболее конкурентоспособного штамма ризобий для условий Центральной части Северного Кавказа среди заводских штаммов.

Схема опыта: 1 - контроль - выявление эффективности спонтанных штаммов ризобий; 2 - штамм 425а - сравнительная оценка эффективности этого штамма 425а со спонтанными штаммами; 3 - штамм 412б; 4 - штамм 404б; 5 - штамм 423б; 6 - штамм 2М4М+404б.

Опыт № 6 (полевой) - Исследование целесообразности использования нетрадиционных удобрений для повышения интенсивности симбиотической азотфиксации в IV агроклиматическом районе на выщелоченных черноземах.

Схема опыта: 1 - контроль; 2 - ризоторфин; 3 - ирлит-1; 4 - ирлит-7; 5 - ризоторфин+Р₉₀К₆₀+Мо+В; 6 - ризоторфин+Р₉₀К₆₀+Мо+В+ирлит-1; 7 - ризоторфин+Р₉₀К₆₀+Мо+В+ирлит-7; 8 - гумат натрия; 9 - СОЖ; 10 - кукурузный экстракт; 11 - гумат натрия + ризоторфин; 12 - СОЖ + ризоторфин; 13 - кукурузный экстракт + ризоторфин.

Молибден и бор применяли путем предпосевной обработки семян молибденовокислым аммонием и опрыскивания почвы раствором борной кислоты перед посевом. Простой суперфосфат и хлористый калий использовали в качестве основного удобрения.

Агроруды - ирлит-1 и ирлит-7 в порошковидной форме вносили при посеве. К основным достоинствам следует отнести содержание большого количества микроэлементов, в том числе Сu, Zn, Mo, V, Mn, Fe²⁺, Fe³⁺, Ti и др.

Кукурузный экстракт вносили при посеве в дозе 200 кг/га. В его химическом составе: протеин - 20%, жир - 2,76, БЭВ - 23,93, зола - 8,98, клетчатка - 0,69%. Содержание сухого вещества - 44%. Экстракт нейтрализовали известью с тем, чтобы довести реакцию раствора до уровня рН выщелоченных черноземов, т.е. до рН 6,0.

СОЖ применяли в качестве прилипателя при инокуляции семян. В его химическом составе преобладают ароматические углеводороды - олеиновая кислота (1,5…2%) и веретеновые масла (9%), а остальную часть составляет вода. По действию на растения некоторые исследователи СОЖ сравнивают с препаратом, регулирующим рост, - гуматом натрия. При использовании гумата натрия или СОЖ в вариантах с ризоторфином необходимый при инокуляции объем воды (2%) заменяли тем же объемом 3% водного раствора гумата натрия или СОЖ.

Опыт № 7 (полевой) - Выявление наиболее адаптивного, высокоурожайного сорта люцерны в экологических условиях Центральной части Северного Кавказа.

Схема опыта: 1 - Надежда; 2 - Кевсала; 3 - Вавиловская юбилейная; 4 - Зарница.

На втором (основном) этапе в условиях полевых опытов провели проверку полученных нами на первом этапе результатов по определению параметров основных факторов среды для максимальной симбиотической активности, белковой и семенной продуктивности люцерны.

Опыт № 8 (Моздокский ГСУ - II агроклиматический район) - для выявления эффективности макро-, микро- и бактериальных удобрений.

Схема опыта: 1 - Контроль - естественное плодородие почвы; 2 - Р+В - достаточная обеспеченность фосфором и бором на фоне естественной высокой обеспеченности калием и молибденом; 3 - Р+В+инокуляция - изучение конкурентоспособности заводского штамма ризобий со спонтанными штаммами на фоне достаточной обеспеченности макро- и микроэлементами; 4 - Р+инокуляция+ирлит-1 - исследование возможности замены микроудобрений применением нетрадиционного удобрения - ирлита-1.

В течение вегетации влажность почвы опытных участков оптимизировали орошением, она поддерживалась в диапазоне 60…100 % ППВ.

Опыт № 9 (Кировский ГСУ - III агроклиматический район) - для выявления эффективности макро-, микро- и бактериальных удобрений.

Схема опыта: 1 - Контроль - естественное плодородие почвы; 2 - Р+В - достаточная обеспеченность фосфором и бором на фоне естественной высокой обеспеченности калием и молибденом; 3 - Р+В+инокуляция - изучение конкурентоспособности заводского штамма ризобий со спонтанными штаммами на фоне достаточной обеспеченности макро- и микроэлементами; 4 - Р+инокуляция+ирлит-1 - исследование возможности замены микроудобрений применением нетрадиционного удобрения - ирлита-1.

Опыт № 10 (ст. Архонская - IV агроклиматический район) - для выявления эффективности макро-, микро- и бактериальных удобрений.

Схема опыта: 1 - Контроль - естественное плодородие почвы; 2 - Р+Мо - достаточная обеспеченность фосфором и молибденом на фоне естественной высокой обеспеченности калием и бором; 3 - Р+Мо+инокуляция - изучение конкурентоспособности заводского штамма ризобий со спонтанными штаммами на фоне достаточной обеспеченности макро- и микроэлементами; 4 - Р+инокуляция+ирлит-1 - исследование возможности замены микроудобрений применением нетрадиционного удобрения - агроруды ирлита-1.

Оптимальные параметры факторов почвенной среды для максимальной симбиотической активности люцерны

Влияние концентрации раствора молибдена на всхожесть семян люцерны. Молибден является обязательным компонентом азотфиксирующих систем. Он входит в состав легоглобина - основного переносчика кислорода в энергетические центры клетки - митохондрии, в то же время он создаёт анаэробные условия в центрах симбиотической азотфиксации.

В IV агроклиматическом районе в выщелоченных черноземах Центральной части Северного Кавказа содержание молибдена, как правило, низкое и активность симбиотических систем ограничена его недостатком; бобовые культуры испытывают азотное голодание и дают низкий урожай.

В то же время избыточная концентрация молибденовокислого аммония снижает энергию прорастания и всхожесть семян бобовых культур.

Проведенные нами опыты показали, что нормы молибдена 2 и 3 мг на 1 г семян (4 и 6 г молибденовокислого аммония на 1 кг семян) практически не снижают всхожесть семян люцерны. Норма молибдена 5 мг/г снизила всхожесть на 4%, норма 10 мг/г - на 9 %, а норма 20 мг - на 20 %. Последние нормы соответствуют 20 и 40 г молибденовокислого аммония на 1 кг семян или 180 и 360 г/га.

Эффективность применения бора. Для активной симбиотической азотфиксации необходима достаточная обеспеченность почвы микроэлементами: в первую очередь бором - способствующим лучшему развитию сосудисто-проводящих пучков в корнях и клубеньках; во вторую молибденом, как активным компонентом азотфиксирующего ферментного комплекса - нитрогеназы. В каштановых почвах (II агроклиматический район) и карбонатном черноземе (III агроклиматический район) содержание подвижного бора ниже среднего - 0,17…0,36 мг/кг.

Результаты вегетационного опыта свидетельствуют, что оптимизация борного питания увеличивает в 2,7 раза общее количество клубеньков, а количество активных клубеньков возрастает в 5,2 раз. При этом клубеньки были более крупными, что связано с улучшением образования сосудистых пучков и, как следствие, лучшее развитие клубеньков. Возросла и доля активных клубеньков, практически все они стали активными (98 %). Содержание легоглобина в клубеньках также возросло - с 1,61 до 2,48 мг/г сырых активных клубеньков. Это свидетельствует о высокой активности нитрогеназы и симбиотической азотфиксации.

Оптимизация борного питания улучшала азотное питание растений люцерны и повышала показатели фотосинтетической деятельности: площадь листьев и накопление сухого вещества всеми органами растений.

АСВ листьев увеличилось на 72 %, корней - на 58 %, а стеблей - почти в два раза. Общая абсолютно сухая масса растений увеличилась на 76 %.

Следовательно, на каштановых почвах и карбонатных черноземах Центральной части Северного Кавказа допосевное внесение борных удобрений повышает симбиотическую азотфиксацию и фотосинтетическую деятельность люцерны.

Определение нижнего порога оптимальной обеспеченности растений подвижным фосфором. При симбиотрофном питании азотом бобовые культуры предъявляют повышенные требования к уровню обеспеченности подвижным фосфором (Г.С. Посыпанов, 1983). При низком содержании фосфора в среде наблюдается проникновение клубеньковых бактерий в корень, но клубеньки при этом могут не образовываться совсем (Е.Н. Мишустин, В.К. Шильникова, 1966).

Нашими исследованиями на карбонатном черноземе, установлено, что режим фосфорного питания оказывает большое влияние на формирование и активность симбиотического аппарата (табл. 1). Наибольшее количество (около 1000 шт) и масса (около 3000 мг) клубеньков на сосуд сформировались при повышенной и высокой обеспеченности подвижным фосфором. В этих вариантах была наибольшая масса 100 клубеньков, и практически все клубеньки были активными.

Таблица 1 - Показатели симбиотической и фотосинтетической деятельности люцерны в зависимости от содержания подвижного фосфора в почве (карбонатный чернозем).

Показатели	Содержание Р2О5, мг/кг	НСР05
	9	14	31	42	58
Клубеньков, шт/сосуд	68	166	618	992	1010	21,8
Масса клубен., мг/сосуд	62	249	1020	2983	3022	70,1
Масса 100 акт. клуб., мг	140	164	203	292	292
Содержание Лб, мг/г	--	--	1,9	2,8	2,8
Площ. листьев, дм2/сосуд	9	14	23	31	31	0,57
Высота растений, см	21	35	51	65	66
АСВ, г/сосуд	7,7	12,3	20,0	26,7	27,1	0,49
N, % в листьях	2,22	2,90	3,26	4,12	4,10
в стеблях	1,44	1,61	1,88	2,00	2,02
в корнях	1,21	1,44	1,90	2,18	2,21
N, мг/сосуд	135	257	534	805	812
Превышение N фикс., мг	--	122	399	670	677
Сырой белок, % АСВ	11,9	14,9	18,2	20,2	20,3

Содержание легоглобина в клубеньках увеличивалось по мере улучшения обеспеченности растений фосфором. При средней - содержание легоглобина было 1,9 мг/г сырых клубеньков, при повышенной и высокой - 2,8 мг/г.

Наибольший симбиотический аппарат, в варианте с высоким содержанием подвижного фосфора, обеспечил максимальную фиксацию азота воздуха (677 мг/сосуд), наибольшее содержание этого элемента во всех органах растений (2,02…4,10 % АСВ), максимальную площадь листьев (31 дмІ/сосуд), накопление сухого вещества (27,1 г/сосуд) и содержание сырого белка в надземной массе (20,3 % АСВ).

Увеличение содержания подвижного фосфора с повышенного до высокого не существенно повышало показатели симбиотической и фотосинтетической деятельности растений. Скорее можно констатировать устойчивую тенденцию к повышению.

Аналогичные исследования провели и на выщелоченном черноземе, и лучшие показатели имел также вариант с повышенным содержанием подвижного фосфора в почве (130 мг/кг).

Следовательно, в Центральной части Северного Кавказа нижним порогом оптимальной обеспеченности фосфором для максимальной симбиотической активности и продуктивности люцерны является повышенное содержание подвижного фосфора в почве (40…45 мг/кг на каштановой почве и карбонатном черноземе и 130 мг/кг на выщелоченном черноземе).

Нижний порог оптимальной влажности почвы для люцерны. Урожайность сельскохозяйственных культур в решающей степени зависит от режима влагообеспеченности растений в течение вегетации. Некоторые исследователи считают оптимальной влажность почвы 60...70 % ППВ (Е.Н. Мишустин, В.К. Шильникова, 1973). По данным других исследователей (Г.С. Посыпанов, 1983; Б.Х. Жеруков, 1995) для реализации потенциальной продуктивности растений влажность почвы в течение вегетации должна быть в диапазоне от 100 % до 60 % предельной полевой влагоёмкости.

Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что при предполивном пороге влажности 60 %, а также - 80 и 95 %, количество и масса клубеньков на корнях люцерны были практически одинаковыми (табл. 2).

Таблица 2 - Симбиотическая и фотосинтетическая деятельность растений люцерны в зависимости от предполивного порога влажности.

Показатели	Влажность почвы, % ППВ	НСР05
	30	50	60	80	95
Клубеньков, шт/сосуд	0	1163	1244	1168	1019	25,4
Масса клубен., мг/сосуд	0	2326	3453	3386	2956	69,2
Масса 100 акт. клуб., мг	-	229	288	290	290
Площ. листьев, дм2/сосуд	9	23	30	31	29	0,53
Высота растений, см	33	60	67	67	66
АСВ, г/сосуд	12,2	22,3	29,1	29,6	28,4	0,48
N, % в листьях	1,96	3,75	4,24	4,26	4,20
в стеблях	1,18	1,57	2,12	2,17	2,10
в корнях	1,11	1,54	2,73	2,74	2,68
N, мг/сосуд	167	505	911	913	883
Превышение N фикс., мг	-	338	744	746	716
Сырой белок, % АСВ	9,8	16,7	19,5	19,9	20,2

Количество клубеньков при 50 % ППВ достаточно велико, однако они мелкие и их масса значительно уступает последующим вариантам.

В последних вариантах все клубеньки были активными, а в третьем - 2...4 % клубеньков были без легоглобина. По-видимому, это вызвано периодическим снижением влажности почвы несколько ниже влажности разрыва капилляров.

Количество фиксированного азота воздуха было одинаковым при предполивном пороге влажности 60 и 80 % ППВ, а при 95 % ППВ - несколько меньше, из-за ослабленной аэрации.

Периодическое снижение влажности почвы до 50 % ППВ снижало массу активных клубеньков к началу цветения в 1,7 раза, их долю от общей массы - на 12 %, количество фиксированного азота воздуха - в 2,2 раза; при этом площадь листьев и накопление сухого вещества снижались в 1,3 раза; содержание сырого белка в листьях - на 3,1 %, в стеблях - на 3,5 %.

Результаты наших исследований подтвердили ранее полученные данные на других бобовых культурах о том, что нижним порогом диапазона оптимальной влажности почвы, для реализации потенциальной симбиотической азотфиксации и продуктивности люцерны, является 60 % ППВ близкая к влажности разрыва капилляров. Диапазон влажности почвы от 60 до 95% ППВ является диапазоном оптимальной влажности почвы для люцерны посевной сорта Надежда.

Активность вирулентных заводских штаммов ризобий. В результате проведенных нами исследований установлено, что разные штаммы ризоторфина при инокуляции семян оказывают различное влияние на размеры симбиотического аппарата, в различные фазы развития люцерны.

Так, в фазу начала ветвления масса клубеньков на одном растении превысила контроль в вариантах со штаммами 425а на 1 мг, 423б - на 0,4 мг, 2М4М+404б - на 0,3 мг соответственно.

В период максимального развития клубеньков, в фазу бутонизации, на контроле растения имели 20,1 мг клубеньков, на вариантах 425а - 25,4; 412б - 23,0; 404б - 22,8; 423б - 24,7; 2М4М+404б - 22,8 мг, т.е. эти варианты превысили контроль по этому показателю на 2,7…5,3 мг на одном растении.

Активный симбиотический потенциал (АСП), объединяющий массу клубеньков и продолжительность их функционирования за вегетационный период, на вариантах с инокуляцией различными штаммами ризоторфина, превосходил контрольный вариант от 108,1 до 120,4 %. И по этому показателю лучшим оказался вариант со штаммом 425а (рис. 1).

Рисунок 1 - Активный симбиотический потенциал посевов люцерны в зависимости от активности штамма ризобий, кг·сут/га. 1996 г.

Так, в контрольном варианте, местными расами клубеньковых бактерий был сформирован АСП объемом 16,44 тыс. кг·сут/га. Активный штамм 404б увеличил этот показатель до 17,77 тыс. кг·сут/га или на 8,1 %.

Близкие результаты были получены и по штамму 2М4М+404б - 17,96 тыс. кг·сут/га или на 9,2 % больше, а наибольший АСП сформировали растения с обработкой штаммом 425а - 19,8 тыс. кг·сут/га, что выше контроля на 20,4 %.

Итоговым показателем, характеризующим активность симбиотической деятельности, является количество фиксированного азота воздуха.

В первый год жизни, в течение вегетации растения люцерны фиксировали 98…119 кг/га азота атмосферы. При этом местные дикие штаммы ризобий оказались менее эффективными.

Установлено, что наиболее приспособленным и высокоэффективным штаммом ризоторфина на посевах люцерны в условиях Центральной части Северного Кавказа является штамм 425а. Он способен активно формировать клубеньки на корнях и фиксировать азот атмосферы. Объемы азотфиксации могут достигать 119 кг/га за один укос.

Улучшение азотного питания оказало влияние и на рост и развитие растений. Высота растений на лучших вариантах достигала 85 см при средней высоте по опыту 70 см.

На вариантах с использованием заводских штаммов возрастало число стеблей на растении на 0,1…2,0 шт в среднем. Число междоузлий увеличивалось лишь на вариантах со штаммами 425а, 408б и 2М4М + 404б на 1…2 шт, что указывает на позднеспелость форм люцерны и особенности азотного питания.

Значительное влияние различные штаммы ризоторфина оказывают и на облиственность растений. При этом следует отметить, что лучший вариант опыта со штаммом 425а - 52,4 % превышает контроль на 5,4 %, остальные варианты превысили контроль на 0,5…3,7 %.

Результаты наших исследований свидетельствуют о высокой эффективности различных штаммов ризоторфина в повышении продуктивности посевов люцерны.

Все варианты опыта заметно превысили контроль и позволили получить значительные прибавки зеленой массы: от 5,7 до 25,1 ц/га, что составляет соответственно 7,5…32,8 %. Наибольший урожай получен при инокуляции семян люцерны штаммом 425а - 101,4 ц/га (один укос), а на контроле только 76,3 ц/га.

Следует отметить, что применение различных штаммов ризоторфина позволили повысить сбор сухого вещества на 13,5…53,8 %, а сбор протеина - на 0,5…2,27 ц/га. При этом закономерности между вариантами опыта в основном сохранились.

Итогом изучения активности вирулентных заводских штаммов ризобий явилась рекомендация для дальнейшего использования штамма 425а в производственных условиях на фоне оптимизации других факторов окружающей среды. Посевы, семена которых были обработаны штаммом 425а, формировали максимальный симбиотический аппарат, фиксировали до 120 кг/га азота за один укос, лучше росли и развивались, обладали наибольшей урожайностью и белковой продуктивностью.

Использование нетрадиционных удобрений и отходов промышленности в повышении интенсивности симбиотической азотфиксации люцерны. К факторам, лимитирующим интенсивность азотфиксации и продуктивность люцерны, следует отнести реакцию почвенного раствора, содержание доступных форм фосфора, калия, молибдена, бора и других элементов питания.

Недостаток перечисленных выше элементов питания растений в почве, как правило, ликвидируется путем внесения минеральных и органических удобрений. В последнее время в этих целях применяются и нетрадиционные удобрения.

Однако широкое применение нетрадиционных, особенно местных удобрений и отходов промышленности требует детального изучения их эффективности их воздействия на процесс азотфиксации у растений в конкретных климатических и почвенных условиях.

Проведенные нами исследований по использованию различных удобрений, в том числе и нетрадиционных, а также агротехнических приемов в летних беспокровных посевах люцерны на выщелоченных черноземах РСО-Алания показали их существенную эффективность (табл. 3).

Таблица 3 - Показатели симбиотической азотфиксации люцерны в зависимости от применения нетрадиционных удобрений.

№ п/п	Варианты опыта	Масса клуб., кг/га	АСП, кг·сут/га	Фикс. N2, кг/га
		Ветвл.	Бутониз.
1	Контроль	48,8	280,0	20270,2	162,2
2	Ризоторфин	53,6	444,8	29482,6	235,9
3	Ирлит-1	56,9	440,8	29390,8	235,1
4	Ирлит-7	56,0	428,0	28651,0	229,2
5	Ризоторфин +Р90К60+Мо+В	60,0	506,2	33089,8	264,7
6	Ризоторф.+РКМоВ+ирлит-1	103,2	624,8	41827,0	334,6
7	Ризоторф.+РКМоВ+ирлит-7	85,6	628,8	41092,6	328,7

Так, применение ризоторфина увеличивало размеры симбиотического аппарата люцерны, как на ранних фазах ее развития, так и в период максимального формирования клубеньков. Масса клубеньков к фазе ветвления в расчете на 1 га была выше, чем в контроле, на 4,8 кг, а к фазе бутонизации - на 164 кг вследствие увеличения их численности.

Припосевное внесение нетрадиционных удобрений - агроруд по эффективности не уступало инокуляции семян ризоторфином. Уже в фазу ветвления в варианте с ирлитом-1 и ирлитом-7 в посевах люцерны масса клубеньков составляла 56,9 и 56,0 кг/га.

Это объясняется тем, что в семенное ложе, вблизи ризосферы проростков, доставляется поливалентное микроудобрение, не повышающее, как традиционные минеральные удобрения, концентрацию почвенного раствора. Доступные в использовании микроэлементы повышают интенсивность азотфиксации.

При внесении оптимальных доз макроудобрений, а также молибдена на фоне инокуляции в фазу бутонизации масса клубеньков была выше, чем в вариантах с одними ирлитами (варианты 3 и 4), но значительно большее ее увеличение наблюдалось при добавлении к указанным удобрениям ирлита-1 и ирлита-7 (соответственно на 118,6 и 122,6 кг/га). Положительный эффект последних следует объяснить их большой влагоемкостью и созданием лучших условий влажности вблизи корней.

В контрольном варианте АСП люцерны находился на уровне 20270,2 кг/га, что составляет 162,2 кг фиксированного азота на 1 га. В варианте с инокуляцией посевы люцерны связывают до 235,9 кг азота воздуха на 1 га, что на 73,7 кг больше, чем в контроле.

Более значительное повышение АСП (на 106,3 и 102,7 %) и фиксации азота атмосферы (на 172,4 и 166,5 кг/га) отмечали при использовании агроруд ирлита-1 и ирлита-7 на фоне макро- и микроудобрений с инокуляцией семян ризоторфином.

В исследованиях было выявлено и положительное влияние на интенсивность азотфиксации ряда агротехнических приемов, которое более рельефно проявилось в фазу бутонизации (табл. 4).

Таблица 4 - Показатели симбиотической азотфиксации люцерны при использовании в качестве удобрений отходов производства.

№ п/п	Варианты опыта	Масса клуб., кг/га	АСП, кг·сут/га	Фикс. N2, кг/га
		Ветвл.	Бутониз.
1	Контроль	48,8	280,0	20270,2	162,2
2	Гумат натрия	50,4	309,6	21952,0	175,6
3	СОЖ	49,6	331,2	23075,2	184,6
4	Экстракт	50,4	344,8	23852,8	190,8
5	Гумат натрия + ризоторфин	55,2	360,0	24932,8	199,5
6	СОЖ + ризоторфин	57,6	468,8	30937,6	247,5
7	Экстракт + ризоторфин	56,8	448,8	29814,4	238,5

Так, прибавки массы клубеньков в вариантах с СОЖ и экстрактом составили 51,2 и 64,8 кг/га. Применение СОЖ на фоне инокуляции дало наилучший результат: в фазу бутонизации масса клубеньков на этом варианте превысила контроль на 188 кг/га. Несколько меньше был этот показатель при внесении экстракта на фоне инокуляции (превышение составило 168 кг/га). В то же время, использование отходов производства в качестве удобрений следует считать одним из способов экологической утилизации отходов промышленности.

Положительный эффект от внесения экстракта можно объяснить тем, что он является хорошим источником энергии для микрофлоры почвы, в том числе и азотфиксирующих бактерий.

В варианте с гуматом натрия АСП посевов люцерны было на 8,3 % выше контроля, а в варианте с тем же регулятором роста, но на фоне инокуляции семян ризоторфином - на 23,0 %. Количество фиксированного азота в этих вариантах составило 175,6 и 199,5 кг/га соответственно.

Повышение интенсивности симбиотической азотфиксации способствует получению высокого урожая зеленой массы люцерны (табл. 5).

Таблица 5 - Продуктивность люцерны при использовании различных удобрений и отходов производства, т/га.

№ п/п	Варианты опыта	Урожай зел.массы	Масса корней	Сбор сух. в-ва	Сбор протеина
1	Контроль	31,32	8,24	6,24	1,232
2	Ризоторфин	42,00	10,72	9,16	1,664
3	Ирлит-1	39,32	9,49	8,40	1,688
4	Ирлит-7	38,40	9,37	7,48	1,456
5	Ризоторфин +Р90К60+Мо+В	49,72	12,91	10,88	2,144
6	Ризоторф.+РКМоВ+ирлит-1	51,20	12,99	10,88	1,912
7	Ризоторф.+РКМоВ+ирлит-7	49,04	11,86	10,36	2,124
8	Гумат натрия	37,04	9,63	8,20	1,448
9	СОЖ	39,72	9,84	8,92	1,776
10	Экстракт	37,48	9,65	6,24	1,232
11	Гумат натрия + ризоторфин	37,32	9,65	7,44	1,500
12	СОЖ + ризоторфин	43,32	10,54	9,32	1,844
13	Экстракт + ризоторфин	39,20	9,84	8,24	1,724
	НСР05	42,9

Так, обработка семян люцерны ризоторфином перед посевом обеспечила увеличение урожая на 106,8 ц/га по сравнению с контрольным вариантом. Менее эффективными оказались агроруды ирлит 1 и ирлит 7: прибавки составили соответственно 80 и 70,8 ц/га. Более высокая эффективность отмечена в вариантах 5, 6 и 7, где на фоне инокуляции применялись макро- и микроудобрения, а также агроруды: прибавки по сравнению с контролем составили 185,0, 198,8 и 177,2 ц/га соответственно. Аналогичную тенденцию отмечали по сбору сухого вещества и протеина.

Используемые в исследованиях различные отходы производства по-разному влияли на урожай зеленой массы люцерны. Их эффективность оказалась значительно ниже эффективности традиционных удобрений, а прибавки урожая к контролю составили 18,3…38,3%. Наименее эффективными были стимулятор роста - гумат натрия без инокуляции и на фоне инокуляции (18,3 и 19,2), а также экстракт (19,6%). В этих вариантах незначительной была прибавка и массы корней люцерны к контролю (16,9; 17,1 и 17,1 %).

В результате проведенных исследований установлено, что наиболее развитым был симбиотический аппарат люцерны при совместном внесении агроруд, макро- и микроудобрении на фоне инокуляции. В этих же вариантах был получен наибольший урожай люцерны.

Сортовые различия люцерны. Одним из главных факторов интенсификации земледелия является сортовая агротехника.

В научной литературе имеется много работ, в которых описываются различные коррелятивные связи между урожаем зеленой массы или сена у бобовых трав и рядом других морфолого-физиологических показателей.

Лучшими и наиболее точными непрямыми показателями, тесно коррелирующими с высокой продуктивностью, у взрослых растений люцерны являются размеры (масса и объем) корневой системы, а также общая листовая поверхность одного растения. У более продуктивных генотипов эти показатели значительно выше, чем у менее урожайных (С.А. Бекузарова, 2005).

В ходе изучения размеров корневой системы различных сортов люцерны, нами выявлено, что наименьшая их масса формируется у растений сорта Кевсала - в среднем 0,45 г на одно растение (рисунок 2).

Максимальная же масса корней отмечена у растений сорта Надежда - 0,58 г на одно растение или в 1,3 раза больше чем у сорта Кевсала. У сортов Зарница и Вавиловская юбилейная результаты были близки, соответственно 0,51 и 0,52 г или превышение над худшим сортом составило около 1,15 раз.

Показатель площади листьев прямо зависит от массы корней. Лучший по массе корней сорт отличился и здесь, сформировав 221,4 смІ листовой поверхности. Немного худшие результаты показали сорта Зарница - 214,3 смІ и Вавиловская юбилейная - 207,1 смІ. Наименьшая площадь листьев отмечена у растений сорта Кевсала - 185,7 смІ на одно растение.

Итоговым показателем продуктивности растений является урожай. Максимальная продуктивность надземной части растений отмечена у сортов Надежда и Зарница. При средней массе сухого вещества 1,56 г на одно растение урожай сена достигал 3,65 т/га.

Следовательно, по комплексу показателей можно выделить сорт Надежда селекции Украинского НИИ орошаемого земледелия. Максимальные масса корней одного растения, площадь ассимиляционной поверхности и урожайность сена позволили рекомендовать его для проведения дальнейших исследований в экологических условиях Центральной части Северного Кавказа.



Симбиотическая деятельность посевов люцерны в зависимости от условий питания и зоны выращивания

Формирование симбиотического аппарата люцерны. На формирование и активность симбиотического аппарата оказывают влияние ряд факторов среды, в том числе наличие специфичного вирулентного активного штамма ризобий и экологические условия места произрастания.

Во всех зонах проведения исследований варианты с инокуляцией семян ризоторфином - вирулентным активным штаммом 425а отличались более ранним образованием клубеньков - в среднем на 2…3 дня (рисунок 3). Появление же легоглобина во всех вариантах отмечалось на второй день.

Более раннее образование и позднее отмирание клубеньков на всех типах почв было отмечено на вариантах с предпосевной инокуляцией семян ризоторфином. Этот факт говорит о высокой конкурентоспособности и адаптации к экологическим условиям Центральной части Северного Кавказа заводского штамма ризобий 425а.

При сравнении природно-климатических зон между собой существенно выделяется II район. Благоприятные тепловой и водный режимы позволили симбиотическому аппарату люцерны функционировать с начала апреля и до середины ноября или 220…230 дней в различные годы. В III и IV агроклиматических районах, отличающихся меньшей суммой активных температур, симбиотический аппарат люцерны функционировал примерно на 20…40 дней меньше.

Рисунок 3 - Образование клубеньков, появление легоглобина и переход его в холеглобин во второй год жизни люцерны.

О размерах и активности симбиотического аппарата можно судить, прежде всего, по сырой массе активных клубеньков и показателю АСП.

На каштановых почвах II агроклиматического района в благоприятных экологических условиях посевы люцерны сформировали максимальный симбиотический аппарат. В фазу бутонизации - начала цветения на посевах контрольного варианта масса клубеньков достигала 41 кг/га в первый год жизни, 276 кг/га - во второй год и 295 кг/га - в посевах третьего года жизни. Внесение минеральных удобрений увеличило массу клубеньков на 8…25 кг/га во все годы проведения опытов, предпосевная инокуляция добавила к их массе ещё 39…57 кг/га, а дополнительное применение ирлита-1 увеличило этот показатель до максимальных значений: масса клубеньков достигала 134 кг/га в первый год жизни, 397 кг/га - во второй год и 361 кг/га - на третий год жизни растений.

На карбонатных черноземах в III агроклиматическом районе посевы люцерны формируют массу активных клубеньков, превышающую таковую в IV агроклиматическом районе в среднем на 12…19 %. Исключения составляют только периоды с неблагоприятным увлажнением, которые были отмечены на третий год жизни растений.

...