Вплив інокуляції та удобрення на формування симбіотичної та насіннєвої продуктивності сої

Field research was conducted in 2013-2015 on the research field offset «RF «Salivonkivske» of Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beets NAAS of Ukraine on typical low-humus medium loam chernozems of the right-bank Forest-Steppe of Ukraine. The experiments examined the early-maturing soybean variety Vilshanka and the medium-ripening variety Suzirya. During the experiment, quantitative, measuring and weighing, calculation and method of monoliths were used, as well as methods and methodological recommendations generally accepted in Ukraine. As a result of the experimental studies, a positive effect of fertilizing and seeds inoculation with the drug Phosphonitranin on the duration of general and active symbiosis and its productivity was determined. It was determined that seeds bacterization with a preparation containing strains of nodule bacteria and phosphate-mobilizing microorganisms prolonged the duration of active symbiosis by 5 days, fractional application of nitrogen fertilizers N15-30P60K60 + N in the budding phase - by 3-6 days, depending on the variety. A single application of nitrogen fertilizers at a dose of N15 30 at the background of P60K60 had almost no effect on the duration of the symbiotic apparatus of soybeans.

It is proved that seeds treatment with the Phosphonitragin at the background of N3gP6gK6o + N in the budding phase promotes formation of maximum symbiotic productivity of soybean crops (the amount of accumulated biological nitrogen in the variety Vilshanka - 124.2 kg/ha, in the variety Suzirya - 130.3 kg/ha;), and the highest yield in the experiment - 2.91 t/ha in the early-ripening variety and 3.17 t/ha - in the medium-ripening variety.

Key words: soybean, inoculation, Phosphonitragin, fertilizers, symbiosis duration, biological nitrogen, yield.

Постановка проблеми

Соя (Glycine max (L) Merrill) - головна зернобобова культура світового землеробства XXI століття, оскільки її вирощування сприяє вирішенню проблеми дефіциту білка, поповненню ресурсів олії та запасів азоту в ґрунті. Однією з умов зростання обсягів виробництва цієї культури є розробка та впровадження таких технологій її вирощування, які найбільш повно відповідають генетичним особливостям сорту та враховують взаємодію рослинного організму з гідротермічними умовами та антропогенними факторами [5; 16].

Нині завдяки досягненням селекціонерів з'явилося багато високотехнологічних, високопродуктивних та стійких до хвороб сортів сої. Проте рівень реалізації потенціалу їх насіннєвої продуктивності значною мірою зумовлюється ґрунтово-кліматичними особливостями та адаптованою технологією вирощування [9; 18].

Аналіз останніх досліджень та публікацій

Значною мірою розкрити потенціал продуктивності сої дозволяє внесення мінеральних добрив. Особливо важливим є оптимальне забезпечення рослин елементами живлення в критичні періоди росту та розвитку рослин: цвітіння-формування бобів. Нестача хоча б одного з елементів призводить до абортивності квіток, зав'язей та формування малої кількості і недостатньо виповненого насіння [18]. Та найбільш дискусійним залишається питання доцільності застосування під сою азотних добрив [8; 20].

Завдяки азотфіксації, рослини сої частково або навіть повністю можуть задовольняти свою потребу в азоті. Однак симбіотична взаємодія між мікро- і макросимбіонтом щодо фіксації молекулярного азоту не завжди високоефективна, оскільки багатьом сортам сої властива низька сприйнятливість до інокуляції активними штамами бульбочкових бактерій, внаслідок чого їх кореневу систему заселяють спонтанні малоактивні місцеві раси [16; 17; 21].

На рівень активності та продуктивність симбіозу, окрім комплементарності симбіотичних партнерів, істотно впливають гідротермічний режим, азотне живлення та інші чинники [14-16], тому в процесі вирощування високоінтенсивних сортів сої не завжди вдається повною мірою забезпечити їх рослини азотом за рахунок лише біологічної азотфіксації. У результаті азотне живлення сої, яке ґрунтується суто на споживанні біологічно фіксованого азоту, піддається певному ризику, оскільки необхідну кількість азоту рослини можуть одержати лише за умови достатнього розвитку симбіотичного апарату та активної його діяльності. У разі браку біологічного азоту соя з культури, що акумулює фіксований азот, перетворюється на культуру, яка споживає азот ґрунту [12]. Тому застосування бактеріальних препаратів не виключає внесення помірних доз азотних мінеральних добрив, оскільки недостатня концентрація цього елементу живлення, особливо на початкових етапах росту рослини, часто є причиною низької інтенсивності процесу фотосинтезу [3; 4; 14]. Проте точні норми, дози і строки внесення азотних добрив під сою істотно залежать від сорту та умов вирощування, що зумовлено складністю та багатоетапністю формування і функціонування бобово-ризобіальних структур [4; 6; 10].

Багатьма вченими визначено, що високі концентрації мінерального азоту в ґрунті інгібують формування симбіозу, знижують його ефективність або й зовсім призводять до повного припинення симбіотичних взаємовідносин внаслідок зменшення розміру бактероїдів та швидкого старіння бактероїдних тканин [1; 4; 8; 10; 11]. При цьому невеликі «стартові» дози азотних добрив (20-30 кг/га), навпаки, можуть бути необхідними для рослин на перших етапах їх розвитку до формування симбіотичної системи [8; 20].

Таким чином, незважаючи на значну кількість робіт, присвячених вивченню співвідношення автотрофного та симбіотичного азотного живлення рослин сої питання доцільності внесення азотних добрив під неї ще мало вивчене. А оскільки мінеральні добрива загалом є найвитратнішою складовою частиною технології, в контексті загальної проблеми ресурсозбереження пошук шляхів їх зменшення є актуальним науковим питанням.

Постановка завдання. Метою досліджень було проаналізувати вплив удобрення та інокуляції насіння комплексним бактеріальним препаратом Фосфонітрагін на формування симбіотичної та насіннєвої продуктивності сої в умовах Лісостепу правобережного.

Польові дослідження проводили впродовж 2013-2015 рр. на дослідному полі ДП «ДГ «Саливонківське» НААН України. Ґрунт дослідної ділянки - чорнозем типовий малогумусний середньосуглинковий. Вміст гумусу в шарі 0-20 см - 4,56%, рН сольової витяжки - 6,7-7,2. Закладенням польового досліду передбачалось вивчити дію та взаємодію трьох факторів: А - сорт: Вільшанка (скоростиглий), Сузір'я (середньостиглий); Б - передпосівна обробка насіння: без інокуляції, Фосфонітрагін; В - удобрення: без добрив (контроль); P60K60; N15P60K60; N30P60K60; N45P60K60; P60K60 +N15; N15Р60К60 + N15; N30Р60К60 + N15. Агротехніка в досліді - загальноприйнята для правобережного Лісостепу України, за винятком факторів, що вивчались. Попередник - пшениця озима. Система удобрення передбачала внесення фосфорних і калійних добрив (суперфосфат гранульований та сіль калійна) з розрахунку Р₆₀К₆₀ під основний обробіток ґрунту, а також азотних (аміачна селітра) - згідно зі схемою досліду: під передпосівну культивацію та в підживлення рослин у фазі бутонізації. Сівбу проводили необробленим насінням і насінням, інокульованим комплексним бактеріальним препаратом на основі штамів бульбочкових бактерій (Br. japonicum) і фосформобілізуючих мікроорганізмів (B. mucilaginosus), розробником якого є ННЦ «Інститут землеробства НААН».

Дослідження проводили згідно з «Основами наукових досліджень в агрономії» [13]. Оцінку роботи симбіотичного апарату визначали відповідно до методики Г.С. Посипанова [19].

Погодні умови в роки проведення досліджень були різними. У 2013 році, залежно від тривалості вегетаційного періоду, ріст і розвиток рослин проходив за середньодобової температури 19,1-19,8 ^оС, суми опадів - 251,4-334,0 мм та суми активних температур (>10^оС) - на рівні 2036,3-2258,7^оС. У 2014 році значення зазначених показників становили, відповідно, 18,6-19,5^оС, 308,7-337,2 мм та 2020,4-2216,7^оС, у 2015 році - 21,1--21,6^оС, 135,3-166,5 мм та 2040,5-2324,4^оС. В останній рік проведення досліджень вегетація сої відбувалась на фоні екстремальних гідротермічних умов -- гідротермічний коефіцієнт за вегетаційний період становив 0,6--0,7 за оптимального значення для культури -- 1,0--1,7 [18].

Виклад основного матеріалу дослідження

При обрахунку симбіотичної продуктивності посівів сої надзвичайно важливим є визначення періоду активної роботи бульбочок, коли вони фіксують вільний азот атмосфери. Тривалість загального симбіозу визначали від появи перших бульбочок на коренях сої до повного їх розпаду, тривалість активного симбіозу -- від появи червоного пігменту в бульбочках до його руйнування [19].

Згідно з отриманими нами експериментальними даними встановлено позитивний вплив досліджуваних елементів технології вирощування на тривалість загального та активного симбіозу (рис. 1, 2).

Рис. 1. Тривалість загального й активного симбіозу рослин сої сорту Вільшанка залежно від удобрення та інокуляції, діб (середнє за 2013-2015 рр.)

Рис. 2. Тривалість загального й активного симбіозу рослин сої сорту Сузір'я залежно від удобрення та інокуляції, діб (середнє за 2013-2015 рр.)

Визначено, що в середньому за три роки тривалість активного симбіозу в сортів сої Вільшанка та Сузір'я, порівняно з загальною його тривалістю, була на 8-13 діб коротшою.

У середньостиглого сорту, для якого характерний триваліший вегетаційний період, у досліді були довшими і періоди загального (90-104 діб) та активного симбіозу (81-96 діб), які в скоростиглого сорту тривали, відповідно, 81-96 та 73-85 діб.

Проведення інокуляції насіння препаратом Фосфонітрагін подовжувало тривалість загального симбіозу в сорту Вільшанка на 5 діб щодо контрольного варіанту, в сорту Сузір'я - на 4 доби. Тривалість активного симбіозу зростала на 5 діб в обох сортів.

Відомо, що ефективність бобово-ризобіального симбіозу тісно пов'язана з особливостями азотного живлення рослин [6; 11; 21]. У нашому досліді однократне внесення азотних добрив у дозі N_{15 30} на фоні P60K60 не змінювало тривалість активного симбіозу в скоростиглого сорту та подовжувало його на 1 добу в середньостиглого сорту. Роздрібне внесення азотних добрив N_15-30P₆₀K₆₀+N₁₅ збільшувало тривалість активного симбіозу в сорту Вільшанка на 3-4 доби, в сорту Сузір'я - на 5-6 діб.

Найбільш тривалі періоди як загального, так і активного симбіозу були зазначені на варіантах досліду, де проводили передпосівну обробку насіння Фосфонітрагіном та вносили N15-30P60K60+ N15 у фазі бутонізації. У результаті сумісної дії зазначених технологічних факторів у скоростиглого сорту Вільшанка активний симбіоз тривав 84-85 діб, у середньостиглого сорту Сузір'я - 94-96 діб.

У наших дослідженнях ми вивчали також вплив мінеральних добрив та інокуляції насіння препаратом на основі штамів бульбочкових бактерій (Br. japonicum) і фосфатмобілізуючих мікроорганізмів (B. mucilaginosus) на кількість симбіотично фіксованого азоту, використовуючи для розрахунків значення активного симбіотичного потенціалу та питомого активного симбіозу.

За результатами проведених досліджень встановлено, що найбільшу кількість біологічного азоту в досліді фіксували посіви сої сорту Сузір'я - 70,9-130,3 кг/га

Рис. 3. Кількість фіксованого азоту рослинами сої залежно від елементів технології вирощування, кг/га (середнє за 2013-2015 рр.)

На посівах обох сортів у середньому за три роки найнижча кількість симбіотично фіксованого азоту була відмічена на контрольних варіантах - 65,1 кг/га в сорту Вільшанка та 70,9 кг/га в сорту Сузір'я. Бактеризація насіння істотно поліпшувала симбіотичну продуктивність агрофітоценозу сої, в результаті чого рівень накопичення біологічного азоту зростав у скоростиглого сорту - на 34,1 кг/га, у середньостиглого сорту - на 33,4 кг/га, або на 52,4 та 47,1% відповідно.

Проте величина біологічно фіксованого азоту зумовлюється не лише фотосинтетичною та симбіотичною активністю, але й гідротермічними умовами року, забезпеченістю посівів поживними речовинами та біологічними особливостями рослин щодо умов мінерального живлення [7].

У наших дослідженнях мінеральні добрива, порівняно з обробленням насіння інокулянтом, менш ефективно впливали на показники азотфіксації - залежно від варіанту удобрення кількість біологічно фіксованого азоту в сорту Вільшанка зростала лише на 2,9-15,0 кг/га, у сорту Сузір'я - на 3,3-10,1 кг/га. При цьому слід зазначити, що за рівнем накопичення біологічного азоту, з усіх варіантів, які передбачали внесення азотних добрив, найменш продуктивними були ті, де вносили N₄₅P₆₀K₆₀, що пояснюється пригнічуючою дією підвищених доз азотних добрив на активність процесу азотфіксації.

Найінтенсивніше накопичення біологічного азоту відбувалось за комплексної дії мінеральних добрив та оброблення насіння Фосфонітрагіном, внаслідок чого на посівах сорту Вільшанка кількість фіксованого азоту становила 106,3-124,2 кг/ га, сорту Сузір'я - 112,5-130,3 кг/га, що перевищувало значення контрольних варіантів на 58,7-83,8%.

Максимально продуктивними за рівнем накопичення біологічного азоту в досліді були симбіотичні системи скоростиглого (124,2 кг/га) та середньостиглого (130,3 кг/га) сортів на варіантах із внесенням мінеральних добрив у дозі N₃₀P₆₀K₆₀ + N₁₅ у фазі бутонізації та проведенням бактеризації насіння препаратом на основі штамів бульбочкових бактерій (Br. japonicum) і фосфатмобілізуючих мікроорганізмів (B. mucilaginosus).

Нарівні з дією чинників, що вивчали відповідно до схеми досліду, значний вплив на формування симбіотичної продуктивності здійснювали гідротермічні умови року. Згідно з проведеними розрахунками найбільша кількість симбіотично фіксованого азоту (77,2-145,6 кг/га) була отримана у 2013 році, який характеризувався достатньою кількістю та рівномірним випаданням опадів на фоні помірних середньодобових температур. Умови 2015 року впродовж вегетації сої були несприятливими для ефективної роботи симбіотичного апарату. У результаті малої кількості опадів і високих середньодобових температур рівень накопиченого біологічного азоту не перевищував 49,6-107,5 кг/га. На думку науковців [10], у разі недостатнього водозабезпечення відбувається порушення тонких механізмів кисневого контролю в бульбочках, що призводить до їх старіння. Зокрема, зменшується проникність бар'єра дифузії кисню в кортексі бульбочок, що призводить до зниження доступу кисню в бактероїди.

Оцінити ефективність тих чи інших агротехнічних заходів дозволяє аналіз отриманого рівня урожаю. У середньому за 2013-2015 рр. найвищу врожайність сорти сої формували за умови поєднання інокуляції насіння Фосфонітрагіном та внесення N₃₀P₆₀K₆₀ в основне удобрення з підживленням рослин N₁₅ у фазі бутонізації, що дало змогу отримати на посівах сорту Вільшанка 2,91 т/га насіння, сорту Сузір'я - 3,17 т/га (табл. 1).

Таблиця 1 Урожайність насіння сої залежно від інокуляції та норм мінеральних добрив, т/га (середнє за 2013-2015 рр.)

* Примітка: б/і - варіанти досліду без застосування інокуляції; і - варіанти досліду із застосуванням передпосівної інокуляції.

Порівняно з абсолютним контролем приріст урожаю на цих варіантах становив, відповідно, 1,02 та 0,98 т/га, або 54,0 та 44,7%.

На формування насіннєвої продуктивності позитивно впливала бактеризація насіння - на ділянках без внесення добрив прибавка урожаю від проведення інокуляції в сорту Вільшанка становила 0,27 т/га, або 14,3%, в сорту Сузір'я - 0,24 т/га, або 11,0%. При застосуванні лише мінеральних добрив рівень урожаю в скоростиглого сорту зростав на 0,16-0,65 т/га, або 8,5-34,4%, у середньостиглого сорту - на 0,27-0,72 т/га, або 12,3-32,9%, стосовно абсолютних контролів. За рівнем приросту врожаю насіння сорти сої мали подібну залежність від проведення інокуляції насіння Фосфонітрагіном та внесених норм мінеральних добрив.

Висновки і пропозиції

удобрення симбіоз соя селекційний

Таким чином, встановлено, що в умовах Лісостепу правобережного України на чорноземі типовому малогумусному тривалість функціонування симбіотичного апарату сої та його продуктивність до певної міри можна регулювати агротехнічними прийомами. Рівень урожайності насіння сої зумовлювався ефективністю роботи симбіотичного апарату. Максимально продуктивними як за рівнем накопичення біологічного азоту (124,2-130,3 кг/га), так і за урожайністю насіння сої (2,91-3,17 т/га) були ділянки, де вносили мінеральні добрива в нормі N₃₀P₆₀K₆₀ + N₁₅ у фазі бутонізації та проводили бактеризацію насіння препаратом на основі штамів бульбочкових бактерій (Br. japonicum) і фосфатмобілізуючих мікроорганізмів (B. mucilaginosus).

Список використаної літератури