Ассоциативная азотофиксация и продуктивность фотосинтеза растений яровой мягкой пшеницы под влиянием экологических условий и внесения удобрений

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

95

ассоциативнАЯ азотфиксациЯ и продуктивность фотосинтеза РАСТЕНИЙ яровой МЯГКОЙ пшеницы ПОД ВЛИЯНИЕМ экологических условий и внесения удобрений

Исследовали эффективность азотфиксации и продуктивность фотосинтеза растений яровой мягкой пшеницы под влиянием различных факторов (тип почвы, дозы минеральных удобрений, реакция почвенной среды и др.). В условиях микрополевого и полевого опытов оценивали эффективность инокуляции Agrobacterium radiobacter 200 семян яровой мягкой пшеницы различных сортов. Определяли зависимость урожайности растений от кислотности почвы (чернозем выщелоченный и серая лесная) и внесения минеральных удобрений.

Summary

ASSOCIATIVE NITROGEN-FIXATION AND PHOTOSYNTHESIS PRODUCTIVITY IN PLANTS OF SPRING SOFT WHEAT UNDER THE INFLUENCE OF ECOLOGICAL CONDITIONS AND APPLICATION OF FERTILIZERS

E.V. Nadezhkina

The efficiency of nitrogen-fixation and photosynthesis productivity in spring soft wheat plants under the influence of different factors (soil type, doses of mineral fertilizers, reaction of soil medium and others) were investigated. In conditions of microfield and field experiments the author estimates an efficiency of inoculation of spring soft wheat seeds by Agrobacterium radiobacter 200, determines a relationship between crop capacity and soil reaction (chernozem leached and gray forest soil) and application of mineral fertilizers. It was established, that neutralization of acid soil reaction promote to significant increase of amount of fixed nitrogen. It was shown, that inoculation efficiency of spring soft wheat seeds by rizoagrin depends on many unregulated factors, but also may be controlled by means of usage of responsive varieties, liming of soils and application of rational system of fertilization.

инокуляция удобрение почва урожайность пшеница

Обеспечение растений азотным питанием -- одна из наиболее важных проблем современного земледелия, которую традиционно решали посредством внесения химически связанного азота. Вместе с тем азотные удобрения оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В связи с этим актуальным остается поиск способов, направленных на увеличение доли биологического азота для обеспечения сельскохозяйственных растений азотным питанием. Известно, что ассоциативная азотфиксация осуществляется микроорганизмами обширной группы диазотрофов, активность которых зависит от многих экологических факторов (1-4).

Целью нашей работы было изучение влияния различных факторов (реакция почвенной среды, известкование почвы, внесение удобрений) на эффективность ассоциативной азотфиксации в разных экологических условиях и урожайность растений яровой мягкой пшеницы, выращиваемых на черноземе и серой лесной почве.

Методика. Исследования проводили в течение 5 лет (1996-2000 годы) на полях учебно-опытного хозяйства Пензенской государственной сельскохозяйственной академии. Погодные условия по годам эксперимента различались как по количеству выпавших осадков, так и по среднемесячной температуре: 1996, 1998 и 1999 годы были неблагоприятными для посевов яровой пшеницы (ГТК составлял соответственно 0,54; 0,53 и 0,56; среднемноголетний ГТК = = 1,01), 1997 и 2000 годы характеризовались как относительно благоприятные (ГТК соответственно 0,77 и 0,81).

В микрополевом опыте (1997-1999 годы) в 6-кратной повторности оценивали влияние реакции почвенного раствора (рН_KCl 4,5; 5,5 и 6,5), минеральных удобрений и инокуляции семян препаратом ризоагрин, содержащим Agrobacterium radiobacter 200, на эффективность азотфиксации и урожайность растений яровой мягкой пшеницы сорта Л-503. Почва (чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый) характеризовалась следующими агрохимическими показателями: pH_сол. -- 4,61-4,90; гидролитическая кислотность (H_г) и сумма поглощенных оснований (S) -- соответственно 7,60-7,90 и 28,7-29,5 мг-экв/100 г почвы; содержание гумуса и азота (N_общ.) -- соответственно 6,43-6,68 и 0,327-0,336 %; содержание P₂O₅ и K₂O -- соответственно 78-99 и 95-130 мг/кг почвы (по Чирикову); степень насыщенности основаниями (V) -- 78,0-79,5 %; площадь делянок -- 0,25 м². Применяли различные варианты внесения минеральных удобрений (мг/100 г почвы): Р₅К₅; ¹⁵N₅P₅K₅; Р₅К₅ + + ризоагрин; ¹⁵N₅P₅K₅ + ризоагрин. В работе использовали меченый азотнокислый аммоний -- ¹⁵NH₄¹⁵NO₃, коэффициент обогащения которого составлял 48,94 атом%. Перед посевом семена обрабатывали свежеприготовленным ризоагрином (ООО «Биофабрика», г. Кузнецк) из расчета 600 г на 1 га посева семян (в 1 г препарата содержалось 610⁹ жизнеспособных клеток).

В полевом опыте (1997-2000 годы) исследовали влияние известкования, внесения минеральных удобрений и инокуляции семян на фотосинтетическую продуктивность различных сортов яровой мягкой пшеницы: Л-503 (стандарт), Прохоровка, Ишеевская и Пирамида. Повторность опыта 4-кратная, размещение вариантов рендомизированное, площадь делянок 15 м². Перед закладкой опыта пахотный слой почвы (серая лесная тяжелосуглинистая) характеризовался следующими агрохимическими показателями: pH_сол. 4,9-5,1; содержание гумуса и N_общ. -- соответственно 2,2-2,5 и 0,121-0,136 %; H_г и S -- 3,62-3,85 и 17,1-18,5 мг-экв/100 г почвы; V -- 82,5-82,7 %; содержание P₂O₅ и K₂O -- соответственно 20-28 и 80-92 мг/кг почвы. Для известкования использовали доломитовую муку в дозе 3,7 т/га; в контроле известкование не проводили. Вносили минеральные удобрения -- Р₄₀К₄₀ (фон) и N₃₀P₄₀K₄₀, а также инокулировали семена ризоагрином.

Эффективность азотфиксации оценивали по формуле N_биол. = N_общ. - - (N_уд. + N_почв. + N_экс.), где N_биол. -- количество фиксированного азота, N_общ. -- общий вынос азота растениями, N_уд. и N_почв. -- соответственно вынос азота удобрений и почвы, N_экс.-- количество «экстра»-азота в урожае (2, 5). Образцы почвы с глубины 0-20 см и биомассы растений (корни + зерно + солома) отбирали в период полной спелости зерна.

Все анализы и учеты проводили по общепринятым методикам; фенологические наблюдения, подсчет густоты стояния растений, накопление сухой и сырой массы, определение структуры урожая в сноповых образцах -- по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Морфологические показатели растений оценивали в динамике на следующих фазах вегетации: кущение, выход в трубку, колошение, молочно-восковая спелость зерна. Площадь поверхности листьев, фотосинтетический потенциал и чистую продуктивность фотосинтеза определяли по Ничипоровичу (6).

Статистическую обработку данных проводили методами дисперсионного и корреляционного анализа по Доспехову (7).

Результаты. В среднем за 3 года проведения эксперимента при бактеризации семян яровой мягкой пшеницы препаратом, содержащим Agrobacterium radiobacter 200 (микрополевой опыт), урожайность зерна на фоне Р₅К₅ и ¹⁵N₅P₅K₅ увеличивалась соответственно на 11 и 7 % по сравнению с неинокулированными растениями (табл. 1). Наиболее сильно эффект инокуляции проявлялся при рН 5,5-6,5: прирост урожая зерна составлял 8-27 % (в зависимости от погодных условий периода вегетации). В засушливые годы (ГТК 0,54-0,57) прибавка урожайности при инокуляции была небольшой; в благоприятных условиях она повышалась в 1,4-1,8 раза.

Положительное влияние бактериальных препаратов на продуктивность растений яровой мягкой пшеницы связано в значительной степени с фиксацией азота атмосферы, что обусловлено в первую очередь кислотностью почвенного раствора. При повышенной кислотности чернозема (рН 4,5) количество азота, использованного растениями за счет фиксации из атмосферы, не превышало 4,5 % от общего выноса; при рН 5,5 и 6,5 этот показатель возрастал соответственно до 7,8 и 17,2 % (см. табл. 1). При внесении ¹⁵N₅P₅K₅ количество фиксированного азота при рН 4,5-5,5 увеличивалось, а при рН 6,5 было таким же, как в варианте c внесением P₅K₅. При благоприятном соотношении температуры воздуха и суммы выпавших осадков количество фиксированного азота, участвующего в питании растений, достигало 26 % от N_общ., при засухе -- 12 %; в случае же засухи и повышенной кислотности почвы азотфиксация отсутствовала.

Инокуляция семян яровой мягкой пшеницы ризоагрином обеспечивала достоверные прибавки урожая зерна и соломы при рН почвы более 5,5 и благоприятных гидротермических условиях. Реальное количество азота атмосферы, участвующее в питании растений, по мере увеличения кислотности почвы (до рН 6,5) возрастало в 4,3 раза.

1. Оценка выноса азота растениями яровой мягкой пшеницы сорта Л-503 в зависимости от кислотности почвы, внесения удобрений и инокуляции семян ризоагрином

По данным полевого опыта, в течение 3 нед после появления всходов (переход растений к автотрофному питанию) площадь поверхности листьев увеличивалась очень медленно как на удобренной почве, так и в вариантах без удобрения. В годы, благоприятные по влагообеспеченности, листья были хорошо развиты уже к периоду кущения, а при весенней засухе площадь поверхности листьев уменьшалась в 1,5 раза. Интенсивный рост листьев начинался в фазу кущения и продолжался вплоть до фазы колошения, а затем они сравнительно быстро отмирали.

2. Площадь поверхности листьев растений яровой мягкой пшеницы сорта Л-503 под влиянием известкования по фазам вегетации (тыс. м²/га)

В среднем за 4 года к фазе колошения наибольшая площадь поверхности листьев (19,6 тыс. м²) отмечена при использовании ризоагрина на фоне известкования и полного минерального удобрения. Площадь поверхности листьев под влиянием известкования почвы, внесения N₃₀Р₄₀К₄₀ и инокуляции семян ризоагрином увеличивалась соответственно на 13,0; 21,4 и 3,5 % (табл. 2). В естественных условиях отмечен неравномерный суточный прирост сырой и сухой надземной массы растений в течение вегетационного периода. Так, к фазе кущения растения накапливали 1,08-1,9 % сухого вещества от максимального количества. Наибольшее увеличение надземной массы наблюдалось в период выход в трубку--колошение.

Чистая продуктивность фотосинтеза зависела как от обеспеченности растений элементами питания, так и от состояния самих растений, и в первую очередь от площади поверхности листьев. Так, в начальный период интенсивного образования листьев чистая продуктивность фотосинтеза возрастала независимо от применяемых систем удобрения, что мы связываем с повышением содержания фотосинтетических пигментов в ассимилирующих тканях и увеличением фотохимической активности хлоропластов. Начиная с фазы цветения, чистая продуктивность, а вместе с ней и суточный прирост сухого вещества снижались, что, вероятно, обусловлено старением и ослаблением функционирования ассимилирующих тканей, а также ухудшением в интерактивный период снабжения корней образующимися в листьях ассимилятами, которые расходуются на формирование семян.

Инокуляция семян пшеницы ризоагрином способствовала нарастанию сухой массы растений на всех фазах развития, особенно на удобренных фонах. Так, в фазы выхода в трубку и молочно-восковой спелости зерна количество сухого вещества увеличивалось соответственно на 3-13 и 27-43 % по сравнению с контролем (табл. 3). В среднем за 4 года наибольшая урожайность растений выявлена у сорта Пирамида, далее в убывающей последовательности располагались сорта Ишеевская, Л-503 и Прохоровка (рис.).

3. Чистая продуктивность фотосинтеза растений яровой мягкой пшеницы сорта Л-503 по фазам вегетации под влиянием инокуляции семян ризоагрином и известкования почвы (г/м² в сутки)

Эффективность действия ризоагрина определялась как сортовыми особенностями растений, так и известкованием почвы и внесением удобрений. Наибольшая эффективность инокуляции семян ризоагрином по всем вариантам опыта наблюдалась у растений сорта Пирамида, далее в порядке убывания -- Л-503, Ишеевская и Прохоровка.

На естественном фоне при инокуляции семян прибавка урожайности не превышала 0,05-0,24 т/га (3,6-17,4 %). При снижении кислотности почвы посредством известкования урожайность растений всех сортов возрастала при обработке семян ризоагрином: у сорта Прохоровка и Пирамида -- соответственно на 0,16 и 0,35 т/га.

Урожайность (т/га) различных сортов яровой мягкой пшеницы в зависимости от инокуляции семян ризоагрином, известкования и применения минеральных удобрений: а -- контроль (без известкования), б -- известкование; I, II, III и IV -- соответственно P₄₀K₄₀, Р₄₀К₄₀ + ризоагрин, N₃₀P₄₀K₄₀, N₃₀P₄₀K₄₀ + ризоагрин; 1, 2, 3 и 4 -- соответственно сорта Л-503, Прохоровка, Ишеевская, Пирамида (средние данные за 1997-2000 годы).

Повышение урожайности растений яровой пшеницы и ячменя под действием инокуляции ризоагрином при нейтрализации почвенной среды отмечено в исследованиях на дерново-подзолистых почвах и черноземе вы щелоченном (5, 8, 9). При этом создаются благоприятные условия не только

для развития растений, но и ризосферных микроорганизмов.

На фоне P₄₀K₄₀ даже без известкования почвы прибавка урожайности при инокуляции ризоагрином в среднем за 4 года составила 0,10-0,24 т/га (8,3-17,4 %). При внесении N₃₀P₄₀K₄₀ эффективность инокуляции существенно снизилась.

Эффективность действия ризоагрина зависела от гидротермических условий периода вегетации, значительно снижалась в засушливые годы. Однако при известковании почвы и обработке семян препаратом урожайность растений повышалась даже при засухе.

Таким образом, эффективность инокуляции семян яровой мягкой пшеницы ризоагрином зависит как от нерегулируемых факторов, так и поддается управлению за счет использования более отзывчивых сортов, известкования почвы и применения рациональных систем удобрения.

ЛИТЕРАТУРА

1.Кожемяков А.П., Хотянович А.В. Перспективы применения биопрепаратов ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов в сельском хозяйстве. Бюл. ВИУА, 1997, 110: 4-5.

2.Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М., 1989.

3.Патыка В.Ф. Роль азотфиксирующих микроорганизмов в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур. Автореф. докт. дис. Л., 1991.

4.Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. М., 1986.

5.Методика исследований эффективности препаратов ризосферных диазотрофов /Сост. А.А. Завалин, Т.М. Духанина, М.В. Чистотин и др. М., 1998.

6.Ничипорович А.А. Фотосинтез и теория получения высоких урожаев. М., 1961.

7.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.

8.Надежкина Е.В., Надежкин С.М., Стаценко А.П. и др. Влияние реакции среды чернозема выщелоченного на азотный режим, урожай и качество яровой пшеницы. Агрохимия, 2001, 9: 17-25.

9.Шабаев В.П., Смолин В.Ю., Стрекозова В.И. Влияние азотфиксирующих бактерий родов Azospirillum и Azotobacter на баланс азота в почве при выращивании растений. Агрохимия, 1990, 5: 86-90.

Размещено на Allbest.ru