Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РИЗОСФЕРНЫХ ДИАЗОТРОФОВ ПОД ЗЕРНОВЫЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РИЗОСФЕРНЫХ ДИАЗОТРОФОВ ПОД ЗЕРНОВЫЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ"

ЗЯОЗ

На правах рукописи

СОЛОГУБ Дмитрий Борисович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РИЗОСФЕРНЫХ ДИАЗОТРОФОВ ПОД ЗЕРНОВЫЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2005

Работ» выполнена в ГНУ Всероссийский НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Завалин Алексей Анатольевич

Официальные оппоненты; доктор сельскохозяйственных наук

Ваулин Александр Васильевич, кандидат биологических наук Селицкая Ольга Валентиновна

Ведущая организация'. ФГОУ ВПО Ивановская государственная сельскохозяйственная академия

Защита состоится 2005 г. в 14 часов на заседании

диссертационного совета Д 006.029.01 при ГНУ Всероссийский НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова. Адрес: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 31а, ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова.

Автореферат разослан ¿9.РЄ 2005 г.,

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

Цыганок СЛ.

Общая характеристика работы

Актуальность. Урожайность зерновых культур, наряду с другими факторами, зависит от обеспеченности растений азотом. Для этой цели используется только два его источника - химические азотные удобрения и биологическая фиксация азота (Шумный, 1991). Среди них особая роль принадлежит биологическому азоту, фиксированному в посевах злаковых культур ризо-сферными микроорганизмами, что позволяет вовлекать в агроценозы дополнительное количество азота и экономно расходовать минеральные азотные удобрения.

Реакция растений на инокуляцию ризосфернымн микроорганизмами наряду с вовлечением в агробиоценоз азота атмосферы (Патыка, 1997; Шаба-ев,2004), заключается в усилении корневых выделений растений, увеличении биомассы и поверхности корневой системы (Кожемяков, 1997), стимуляции поступления в растения элементов питания (Кравченко, 2000; Кукреш, Хо-дянкова, 2001; Азубеков, 2001; 8а1(1е1,1987). Микроорганизмы способны продуцировать физиологически активные вещества (Васюк,1985; Белимов,1990; Игнатов и др., 1996; Кравченко, 2000), ингибпровагь развитие фитопатогенной флоры (Чеботарь, 1989; Патыка и др., 1997), стимулировать прорастание и увеличивать всхожесть семян (Наумов и др., 1997; Ефимов и др., 2000; Бай-рамов, 2001).

Продуктивность агроценоза может быть существенно повышена путем увеличения потенциала азотфиксируюшей активности в корневой зоне за счет создания оптимальных условий для взаимодействия растений и микроорганизмов (Волкогон, 1997), в том числе изменения содержания в почве органического вещества и других агрохимических показателей почвы.

Цели и задачи исследований.

Цель работы - оценить действие ассоциативных биопрепаратов на использование растениями различных источников азота почвы, удобрений и атмосферы в зависимости от плодородия почвы и влияние на урожайность зерна зерновых культур. Для этого предусматривалось решение следующих задач:

1. Определить действие биопрепаратов на массу зерна и соломы яровых культур в различных экологических условиях.

2. Выявить роль биопрепаратов в накоплении азота растениями ячменя и яровой пшеницы.

3. Изучить влияние биопрепаратов на использование растениями азота удобрений (с применением стабильного изотопа |5Ы).

4. Оценить роль различных источников азота в формировании урожая ячменя и яровой пшеницы.

5. Исследовать состояние баланса азота удобрения ('^И) в системе почва-растение при использовании биопрепаратов,

МСХА

Научная новизна.

Впервые установлена особенность действия ризоагрина и флавобакте-рнна на массу зерна ячменя в зависимости от окультуренности светло-серой лесной почвы. На низкоокультуренной почве биопрепараты, практически не влияли на массу зерна. На среднеокультуренной почве флавобактерин положительно влиял на урожай ячменя не зависимо от погодных условий вегетационного периода, а действие ризоагрина на урожай проявлялось при достаточном количестве атмосферных осадков. Биопрепараты обеспечивают большую прибавку урожая зерна на сред неоплодородной почве, что связано, в первую очередь с содержанием органического вещества являющегося субстратом для азотфиксирующнх бактерий. Внесение в низкоплодородную почву органических удобрений положительно сказывается на эффективности ризоагрина.

С использованием стабильного изотопа установлен коэффициент использования растениями азота удобрений при инокуляции семян биопрепаратами, который, как правило, возрастал. Не выявлено усиления минерализации свежеснесенного органического вещества при инокуляции семян ризоаг-рином.

Определены источники азота в формировании урожая: основным является азот почвы, доля азотных удобрений невелика и зависит от погодных условий вегетационного периода и плодородия почвы. При использовании биопрепаратов увеличивается доля условно-биологического азота в формировании урожая яровых зерновых культур.

Оценена роль биопрепаратов в балансе азота удобрений, заключающая* ся в различном их действии в зависимости от погодных условий вегетационного периода и уровня плодородия почвы.

Практическая значимость работы.

Заключается в том, что выявлены особенности действия биопрепаратов на урожайность зерновых культур при различном содержании в почве гумуса и установлена положительная роль дополнительно внесенного органического вещества на действие инокулянтов. Знание этих закономерностей позволяет дифференцированно применять биопрепараты для инокуляции семян ячменя и яровой пшеницы в агротехнологиях их возделывания.. в

Проведена оценка методов определения количества дополнительного азота, участвующего в формировании урожая, позволяющая оценить эффективность использования биопрепаратов в земледелии.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации апробированы на конференции молодых ученых в Санкт-Петербурге (1999) и ВИУА (2001) и на Международном конгрессе по молекулярному взаимодействию

микроорганизмов и растений (С.-Петербург, 2003). По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах, включая введение, обзор литературы, 5 глав, выводы, список использованной литературы включает 200 отечественных и зарубежных авторов. Работа содержит 42 таблицы, 8 рисунков, 8 приложений.

Условия и методика проведения исследований

Эффективность биопрепаратов (ризоагрин и флавобактерин) под яровой ячмень изучали в мпкрополевом опыте на светло-серой лесной почее на территории Дединовской опытной станции, расположенной в Луховицком рне Московской обл. В исследованиях использовали высокопродуктивный сорт ячменя Риск, выведенным НИИСХ ЦРНЗ, потенциальная урожайность которого достигает 8-9 т/га. Короткостебельный сорт характеризуется быстрым начальным ростом, устойчив к полеганию.

Почва различалась по стелет! окультуренности (низкая, средняя, высокая) и перед закладкой опыта ока имела агрохимическую характеристику: 1 (низкая): рНкс| 6,5-6,8, гумус (по Тюрину) 1,72-1,8%, Ыпг (по Корнфильду) 30-52 мг/кг, Р205 (по Кирсанову) - 145-150 мг/кг, К20 (по Кирсанову) - 80-83 мг/кг; 2 (средняя): рНкст 6,1-6,8, гумус 2,68-2,80%, Ылг 54-58 мг/кг, РгО*-310-324 мг/кг, КгО - 120-131 мг/кг; 3 (высокая): рНка - 6,3-6,8, гумус 3,69-3,81%, 14лг - 66-70 мг/кг, Рг03 - 370-390 мг/кг, К20 - 310-320 мг/кг.

Заполнение почвой сосудов без дна, площадью 0,04 мг, проводили осенью. Для изучения баланса азота, накопления его растениями из минерального удобрения, использовали стабильный изотоп азота "И в форме аммиачной селитры, меченой в обеих группах с обогащением 61,24 ат.%. Удобрение вносили весной из расчета 3 и 6 г/м5 (30 и 60 кг/га), повторность опыта четырехкратная.

Погодные условия во время проведения микропалевого опыта были различными. Вегетационный период 1998 г. по количеству осадков и среднесуточной температуре воздуха был благоприятным для роста и развития ячменя. Погодные условия 1999 г. складывались неблагоприятно: наблюдался недостаток атмосферных осадков при повышенной температуре воздуха. Вегетационный период 2000 г. был неустойчивый по увлажнению.

Для изучения роли ризоагрин а в использовании растениями азота органических удобрений проводили мелкоделяночный опыт с яровой пшеницей сорта Крепыш на дер ново-подзолистой грунтово-глееватой супесчаной почве на территории производственного объединения "Эмманус" в Тверской обл. Общая площадь делянки 1,4 м1, учетная 1 м\ повторность 4-х кратная. Агрохимические показатели почвы: рНка 6,0-6,1, гумус (по Тюрину) 1,2-1,3%,

Ылг 30-52 мг/кг, P2Oj (по Кирсанову) - 215-210 мг/кг, КгО (по Кирсанову) -95-110 мг/кг.

В опыте использовали стабильный изотоп азота ISN в форме NH4NO3, меченной в обеих группах с обогащением 4,98 ат. %. В качестве органического удобрения использовали солому озимой ржи, меченую с обогащением 6,608 ат.% и полу перепревший навоз. Азотное (3 г/м1) и органические удобрения (300 г/м:) вносили на делянки перед посевом. Дозы фосфорных удобрений — 3 г/м2, калийных — б г/м2 (соответственно 30 и 60 кг/га)

Погодные условия 1996 г. соответствовали среднемноголетним значениям. В 1997 г. в начале вегетации температура воздуха была ниже средне-многолетних значений, во вторую половину вегетации наблюдалось почти полное отсутствие осадков. В 1993 г. при появлении всходов температура воздуха была выше среднемноголетиих значений, и испытывался некоторый дефицит влаги. В дальнейшем температура воздуха была близка к норме. В июле и августе выпали обильные дожди.

В обоих опытах использовали препараты, изготовленные ВНИИСХМ. Ризоагрнн- создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobakterium radiobakter (штамм 204). В 1 г торфяного препарата содержится 8-12 млрд клеток бактерий. Флавобактерин - создан на основе штамма, относящегося к роду Flavobacterium sp. (штамм Л 30). В 1 г торфяного бактериального препарата содержится 5-10 млрд. клеток бактерий данного штамма. Оба препарата являются порошковидным торфяным субстратом, обогащенные питательными веществами, с влажностью 45-50%.

Инокуляцию проводили в день посева из расчета 600 г препарата на б млн. всхожих семян. В качестве прнлипателя использовался молочный обрат, из расчета 1,5-2,0% по отношению к массе семян. Посев семян производили во влажную почву. После появления полных всходов учитывали количество взошедших семян.

Уборку урожая проводили в фазу полной спелости зерна. Растения срезали на высоте 0,5 см над поверхностью почвы, через 12-15 суток обмолачивали. Определяли воздушно-сухую массу зерна и соломы. В опыте с ячменем определяли массу корней. Содержание общего азота в почве и растениях определяли по Къельдалю-Йодельбауеру, изотопный состав азота в растениях и в почве - на масспекгрометре МИ-1301.

Расчет количества фиксированного азота проводили классическим разностным, разностным с использованием l5N и методом изотопного разбавления.

Статистическую обработку результатов опытов осуществляли с использованием пакетов статистической обработки данных STAT, EXSEL,

Результаты исследований

1. Действие биопрепаратов на массу зерна и соломы яровых культур в различных экологических условиях В микрополевом опыте на светло-серой лесной почве масса зерна ячменя определялась погодными условиями вегетационного периода (табл. 1). Уровень плодородия почвы в большей степени влиял на урожай в благоприятные годы, а роль условий минерального питания растений проявлялась при неблагоприятных погодных условиях вегетационного периода.

Таблица 1. Влияние удобрений и биопрепаратов на массу зерна н соломы _ячменя в зависимости от плодородия почвы, г/сосуд _

Зерно Солома

Вариант (В) 1998 г. 1999 г. 2000 г. Средняя Средняя за 3 года

Н изо плодородии (А)

РК - фоні (Ф1) 15,8 23,6 9.1 16,1 19,8

ФІ+ризоагрии (РА) 20,3 25,1 9,7 18,4 23,1

Ф1 +флавобактерин (ФБ) 18,7 22,5 9,0 16,7 22,6

ИЗОРК -фон2 (Ф2) 21,1 27,3 9,7 19,4 26,1

Ф2+РА 19,3 21,3 10.3 17,0 23,9

Ф2+ФЕ 19,1 23,5 10,0 17,5 24,6

Ф1+№0 19,4 23,8 11.1 18,1 26,2

Срелнеплодоролиа» (А)

РК -фоні (Ф1) 20,9 17.4 9,7 16,0 16,5

Ф1+рюоагрин (РА) 40,6 19,2 12.5 24,1 26,4

Ф1+флавобактерин (ФЕ) гаОРК - фон2 (Ф2) 34,9 30,0 17,7 22,1 12,5 12,3 21,7 21,5 23,5 23,3

Ф2+РА 36,6 20,3 12,9 23,3 27,7

Ф2+ФЕ 34,5 23,4 12,6 23,5 24,6

Ф1+Ы60 30,7 23,1 12.5 22,1 25,4

Высокоплодородная (А)

РК —фоні (Ф1) 28,9 14,8 9,3 17,7 21,7

Ф1+ризоагрнн (РА) Ф1+флавобакгеріш (ФБ) 38,0 33,6 14,9 14,2 11,0 13,0 21,3 20,2 25,2 26,6

ЫЗОРК - фон2 (Ф2) 38,2 17,9 12,5 22,9 26,5

Ф2+РА 37,4 17,7 13,6 22,9 23,7

Ф2+ФБ 30,5 18,1 13.2 20,6 25,5

Ф1+Ь160 34,6 19,2 15,4 23,1 27,0

Р, % 6,73 14.17 3,34

НСР05 г/сосуд НСР(А) г/сосуд 5,46 2,07 8,15 3,08 1,09 0,41

НСР(В) г/сосуд 3.15 V 0,63

В благоприятный год азотное удобрение обеспечило достоверную прибавку массы зерна ячменя на всех почвах. Максимальная прибавка (94% к фону РК) получена на среднегаюдородной почве, на низкоплодородной почве прибавка сокращалась до 34%, на высокоплодородной до 31%. Наибольшая окупаемость азота удобрений прибавкой урожая зерна получена на средне-плодородной почве. При неблагоприятных погодных условиях вегетационного периода прибавки урожая зерна ячменя от N удобрения на всех почвах были недостоверны.

Ризоагрин и флавобактерин на низкоплодородной почве обеспечили только тенденцию увеличения урожая как без внесения №удобрения, так и на фоне N30. На этой почве не увеличивалась урожайность зерна ячменя при возрастании дозы до N60.

Флавобактерин на средне плодородной почве без М-удобрення увеличивал массу зерна не зависимо от погодных условий года. Эффективность ризоагрин а на згой почве проявлялась при достаточном количестве осадков, при резком их недостатке в период активной вегетации растений препарат был не эффективен. Оба препарата действовали на массу зерна ячменя практически эквивалентно N30. На фоне с внесением N30 увеличение урожая зерна от флавобактерина было в условиях недостаточного увлажнения.На высокоплодородной почве без снесения М-удобрення ризоагрин увеличивал урожай ячменя при достаточном количестве осадков (1998 и 2000 гг.), флавобактерин - только в 2000 г. На фоне с внесением азотного удобрения оба препарата были не эффективны.

На низкоплодородной почве прибавки от ризоагрина меньше, чем на сред неплодородной. На высокоплодородной почве эффективность ризоагри-на выше по сравнению с низкоплодородной, но уступает средиеплодородной почве. Флавобактерин имел максимальную эффективность на среднеплодо-родной почве, на высоко или низкоплодородных почвах эффективность инокуляции семян этим препаратом снижалась.

Максимальная прибавка урожая зерна от биопрепаратов на фоне без азотного удобрения в оптимальные годы получена на почве со средним плодородием, затем следует низкоплодородная почва и высокоплодородная почвы.

Аналогично зерну изменялась масса соломы ячменя при изменении условий минерального питания (табл. 1).

Во втором опыте устанавливали роль свежевнесенного органического вещества в эффективности ризоагрина. Показано, что применение азотного удобрения на фонах РК, РК+солома и РК+навоз, как в отдельные годы так и в среднем, обеспечило повышение массы зерна яровой пшеницы по сравнению с каждым из фонов (табл. 2). Выявлено существенное варьирование действия ризоагрина на урожайность. В 1996 г, прибавка урожая от предпосевной об-

работки семян ризоагрином по отношению К РК-фону была значительно ниже прибавки урожая от применения N30, в последующие годы {1997 и 1998 гг.) урожайность на этих двух вариантах была почти одинаковой.

Применение ризоагрина на фоне внесения соломы по эффективности было эквивалентно внесению азотного удобрения на том же фоне. В 1997 г. при достаточном количестве атмосферных осадков обработка семян ризоагрином на 15% повысила зерновую продуктивность растений по сравнению с вариантом РК+содома+ГОО. Положительное действие соломы на урожайность, вероятно объясняется тем, что она усиливает микробиологическую активность почвы в качестве органического субстрата (Минеев и др., 1993), и по-видимому, активность ассоциативных диазотрофов. Более значительное действие препарата проявилось на фоне РК+солома+КЗО. Поскольку в этом случае создаются благоприятные условия для минерализации органического вещества соломы при внесении азотного удобрения, но и также улучшается азотное питание растений как за счет К-удобрения, так и азота, фиксированного АсгоЬак1егшт гаЛоЬааег,

Таблица 2. Влияние ризоагрина на урожайность зерна яровой пшенииы,

г/м1

Вариант 1996 г. 1997 г. 1998 г. Средняя Прибавка к фону РК

- 202 241 221 221 -

РК РА 221 272 243 245 24

N30 243 264 250 252 31

РА+>530 271 319 284 291 70

- 265 256 252 258 -

РК + N30 283 282 281 282 24

солома РА 290 321 297 303 45

РА+Ы30 318 357 327 334 76

РК + навоз - 291 290 292 291 -

РА 321 367 315 334 43

РА+ШО 347 413 345 368 77

НСР<* 20,3 25,5 26,8 23,8

Р,% 3,13 2,75 1,50 2,79

Поскольку почва характеризовалось низким содержанием гумуса, внесение навоза позволило улучшить водный баланс почвы, повысить микробиологическую активность, обеспечить растения легкодоступными элементами питания. В этих условиях инокуляция семян ризоагрином обеспечивала, практически во все годы, достоверную прибавку урожая зерна, при этом максимальный его сбор от инокуляции получен при совместном использовании навоза и азотного удобрения в дозе 30 кг/га.

Влияние азотного удобрения, микробного препарата и форм органических удобрений на сбор соломы яровой пшеницы было таким же к на зерне.

2. Накопление азота в растениях ячменя и яровой пшеницы

Концентрация азота в зерне ячменя на низко- и среднеплодородной почвах, при использовании биопрепаратов и азотного удобрения, изменялась от 1,8 до 2,1 %. На высокоплодородной почве, в результате лучшей обеспеченности растений азотом, зерно содержало азота больше.

Применение ризоагрина на РК-фоне обеспечило незначительное увеличение содержания азота в зерне яровой пшеницы. Внесение N удобрения на том же фоне в 1996 и 1997 гг. также привело'к некоторому увеличению содержания азота в зерне (1,66 и 1,80% соответственно), в 1998 г. оно практически не изменялось. В 1996 г. использование обработанных ризоагрином семян на варианте РК+солома несколько снижало содержание азота в зерне по отношению к фону с 1,72 до 1,51%, внесение же азотного удобрення на этом фоне, наоборот, увеличило накопление этого элемента до 2,0 %. В два последующих года содержание азота в зерне не изменялось.

Содержание азота в соломе пшеницы мало изменялось от условий азотного питания. Использование ризоагрина и азотного удобрения, как совместно, так и раздельно, как правило, снижало содержание азота в соломе, поскольку в этом случае отмечался рост массы зерна яровой пшеницы.

Накопление азота в растениях ячменя при использовании биопрепаратов снижалось в засушливые годы только на низкоплодородной почве (табл. 3). На первой и второй почвах флавобактерин обеспечил меньшее накопление азота в растениях, по сравнению с ризоагрином. В засушливые годы на низко плодородной почве, в большинстве случаев, инокуляция уменьшала накопление азота в растениях по сравнению с фоном. В среднем за три года, применение биопрепаратов увеличило накопление азота в растениях ячменя по сравнению с фоном без азотного удобрения. Максимальный вынос азота растениями на всех фонах плодородия почвы получен при внесении двойной дозы азотного удобрения. При этом почвы размешались в следующем убывающем ряду: высоко средне- и ннзколодородная (табл. 3), то на фоне с внесением соломы они были равными.

Максимальный вынос азота урожаем яровой пшеницы получен при использовании ризоагрина и долосевным внесением N30, при этом его значение возрастало при применении органических удобрений (табл. 4).

Таблица 3. Накопление азота в растениях ячменя (зерно+солома+корнн) в при обработке семян биопрепаратами, мг/сосуд

Вариант 1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее

PK - фон1 (Ф1) 3 500 667 374 514

Ф1 +ризоагрн н ( Р А) S й 794 685 349 610

Ф1+флавобактерин(ФБ) & 769 652 344 588

N30PK — фон2 (Ф2) 1 795 758 417 657

Ф2+РА S 737 644 359 580

Ф2+ФБ £ 749 635 420 601

Ф1+Ы60 X 807 724 425 652

РК-фон1{Ф1) 1 505 624 327 485

Ф1+ризоагрин (РА) Ч 1094 687 386 722

Ф1+флавобаюерин(ФБ> § 832 777 383 664

N30PK - фон2 (Ф2> 1 i 1016 804 418 746

Ф2+РА Ч х 973 792 439 735

Ф2+ФБ 3 895 894 394 728

Ф1+Ы60 о 963 878 391 744

PK — фон 1 (Ф1) < 762 590 393 582

Ф1+ризоагри н ( Р А) 1 1006 607 462 692

Ф1 +флааобактерин(ФБ) g 1053 574 492 706

N30PK - фон2 (Ф2) р I 1078 757 500 778

Ф2+РА о К 1014 694 536 748

Ф2+ФБ о а 1000 786 569 785

Ф1+Ы60 а 912 884 I 678 825

Таблица 4. Вынос азота с урожаем зерна и соломы яровой пшеницы, г/м1

Вариант

PK РК+солома РК+навоз

Год о о fi о

< о ? < о 5 < £

а. Z i 0. S + < cl. + <

о. Û- о.

1996 г. 4,05 4,56 5,31 5,91 6,12 7,27 6,44 7,55 6,55 7,07 7,50

1997 г. 4,48 4,66 5,71 5,85 5,09 5,87 6,10 7,25 5,87 7,12 6,96

1998 г. 4,39 4,99 4,81 5,59 5t22 5,55 6,07 6,47 5,95 6,44 7,04

Среднее 4,31 4,74 5,28 5,78 5,48 6,23 6,20 7f09 6,12 6,88 7,(7

3. Коэффициент использования растениями азота из удобрений Коэффициент использования растениями ячменя азота из удобрений зависел от погодных условий вегетационного периода и уровней плодородия почвы (табл. 5). В год с достаточным увлажнением, не зависимо от плодородия почвы, ризоагрин и флавобактерин увеличили использование растениями азота удобрения. На первой и второй почвах более эффективным был флавобактерин, на третьей — ризоагрин. В среднем за три года на втором и третьем уровне плодородия биопрепараты, повышали использование азота растениями в среднем на 15-20%, при этом более значимо было действие ризоаг-рина. На низкоплодородной почве применение биопрепаратов снижало коэффициент использования азота из удобрений на 7 %.

Таблица 5. Коэффициент использования растениями ячменя1^

удобрения,%

Вариант 1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее

РК +N30 і & к 25 31 75 44

РК +N30 +РА Р Н £ = 15 і 2 28 30 53 37

РК +N30 +ФВ 36 21 54 37

РК +N30 ¥ 8., 34 29 16 26

РК +N30 +РА 5 ё § 41 29 74 48

РК +N30 +ФБ 52 34 41 42

РК +N30 § 3 І 3 11 19 35 36 30

РК +N30 +РА 30 44 61 45

РК +N30 +ФБ і § а 20 36 70 42

Использование диазотрофных биопрепаратов возможно может увеличивать минерализацию органического вещества почвы (Титлянова и др., 1982), продукты которой, в частности азот, используются растениями. Известно, что растениями потребляются свежеминерализованные соединения азота, так называемые его лабильные формы (Кудеяров, 1989). Исходя из этого, предпринята попытка оценить роль диазотрофов в использовании азота нз свежемнне-рализованного органического вещества, в качестве которого использовали солому озимой ржи, меченую стабильным изотопом (табл. б).

Таблица б. Коэффициент использования яровой пшеницей азота

Вариант 1996 г. 1997 г. Среднее

30 29,0 21,8 25,4

ЗО+ризоагрин 26,8 25,0 25,9

Солома 2,1 1,5 1,8

Солома (|5Ы)+Ю0 2,2 1,6 1.9

Солома ('*Ы)+ризоагрин 2,2 1,4 1,8

Солома (1^)+ризоагрин+^0 2Л 2,3 2,2

Выявлено, что применение ризоагрина существенно не изменяло использование азота из аммиачной селитры. Растения яровой пшеницы использовали из меченной соломы около 2% азота. Ризоагрин и дополнительное внесение аммиачной селитры не увеличили коэффициент использования растениями азота из соломы, что свидетельствует об отсутствии эффекта усиления минерализации органического азота почвы.

4. Источники азота в формировании урожая.

Известно, что при определении размеров ассоциативной азотофиксации ни один из существующих методов измерения в полевых опытах, не свободен от погрешности (Умаров, 1986, ВосИеу, 1987). Поэтому проводили оценку несколькими методами (Завалин, Духанина, Чистотин и др, 1998; 2000).

В опыте с яровым ячменем в благоприятный год при обработке семян флавобактерином на РК-фоне в зависимости от плодородия почвы количество условно фиксированного азота в урожае ячменя составило 232-284 мг/сосуд. Ризоагрин на среднеплодородной почве без внесения азотного удобрения обеспечил максимальное использование растениями условно фиксированного азота - 558 мг/сосуд. При внесении азотного удобрения биопрепараты не обеспечили фиксации азота воздуха (табл. 7). При неблагоприятных погодных условиях 1999 и 2000 гг. фиксированного азота в урожае было значительно меньше (от 0 до 126 мг/сосуд). Внесение азотного удобрения способствовало в этих погодных условиях незначительной фиксации азота (86 мг/сосуд). Установлено также, что на среднеплодородной и высокоплодородной почвах в условиях 2000 г. увеличилось количество билогического азота в урожае, что свидетельствует о влиянии содержания в почве углерода на дополнительную азотфиксацию.

Таблица 7, Количество дополнительного азота, участвующего в формировании урожая ячменя при использовании биопрепаратов., мг/сосуд _

Вариант Разностный метод Разностный, с использованием ,5И

1998 г. 1999 г. 2000 г. 1998 г. ' 1999 г. 2000 г.

РК+РА ё н 257 43 0

РК+ФБ 8 I 232 5 0

РК+ЫЗО+РА Г» 2 В 0 0 0 0 0 0

РК+Ш0+ФБ г ** 0 0 7 0 0 26

РК+РА 1 3 558 65 37

РК+ФБ 284 126 56

РК+Ю0+РА £ а. 0 26 27 0 25 0

РК+Ю0+ФБ и 4 0 86 0 0 81 0

РК+РА £ я 246 5 59

РК+ФБ 283 0 94

РК+Ю0+РА Я 1§ А 0 0 36 0 0 9

РК+ЫЗО+ФБ 0 54 68 0 49 32

При расчете количества дополнительного азота, участвующего в формировании урожая разностным методом с использованием стабильного изотопа получены схожие результаты. Повышение урожайности ячменя и содержания азота в растениях на вариантах, где не выявлено поступление биологического азота в растения, можно объяснить тем, что биопрепараты, возможно, способствовали подавлению патогенной микрофлоры н увеличению использования растениями азота почвы (Кравченко, 2000).

Сравнение двух методов расчета количества биологического азота участвующего в формировании урожая, показало, что разностный метод И разностный с использованием стабильного изотопа ,5Ы дают близкие значения и оба могут применяться при оценке действия биопрепаратов.

Основным источником в формировании урожая ячменя являлся азот почвы (табл. 8). Его доля зависит от погодных условий вегетационного периода и плодородия почвы. Доля биологического азота в формировании урожая зависела от погодных условий вегетационного периода, применения азотных удобрений и плодородия почвы. Минимальной (от 2 до 8 %) доля азота удобрений получена в 1998 и 1999 гг., и лишь в 2000 г. она возросла до 25 %. Биопрепараты снижали долю азота почвы в формировании урожая толысо при благоприятных погодных условиях вегетационного периода.

Внесение азотного удобрения, не зависимо от плодородия почвы, не отразилось положительно на азотфиксации. Максимальная доля фиксированного азота в урожае (55%) получена при использовании биопрепаратов на фоне РК в условиях благоприятного вегетационного периода.

Доля азота удобрения в формировании урожая ячменя в 1998 и 1999 гг. составляла 2-9% от общего содержания его в растениях. В условиях засушливого 2000 г. она возросла до 5-25 %. На почве с низким содержанием органического вещества применение ризосферных диазотрофов и минерального удобрения не изменяло доли азотного удобрения в формировании урожая, которая была ниже, чем при внесении N30. При среднем и высоком плодородии почвы максимальная доля азота удобрений в урожае получена при инокуляции семян и внесении азотного удобрения.

Доля "экстра" - азота в формировании урожая ячменя зависела от погодных условий вегетационного периода и уровня плодородия почвы. При оптимальных погодных условиях на всех почвах доля "экстра" - азота в урожае была выше, чем в менее благоприятных. Это связано с усилением мобилизации азота почвы микроорганизмами (Руделев, 1994), так как погодные условия 1998 г. были благоприятными для их развития. На низкоплодородной почве в засушливые годы эффекта "экстра" - азота от внесения минеральных удобрений не получено. Возможно, это связано с тем, что почва с низким содержанием органического вещества сильнее иссушалась и создавались неблагоприятные условия для развития растений и микроорганизмов (Пчелкин, 2003).

Таблица 8. Доля различных источников аюта в формировании урожая ячменя, %

Азот почвы Биологический азот Азот удобрений Экстра-азот

Вариант 1998 г 1999г 2000 г Сршнля 1998 г 1999г 2000 г Средняя 1998 г 1999 г 2000 г Срезнм 1998 г 1999 г 2000 г СрМ-няя

Ннзкоплодо эодная

РК-фопЦФ1) 100 100 100 100 • • - - - - - - - - •

Ф1+рнзоагріш (РЛ) 62 93 100 85 38 7 0 15 - - - - - - - •

Ф1 +флавобактернн «Ж) 64 99 100 88 36 1 0 12 - - - - - - - -

ШОРК - фон2 (Ф2) 62 ІЗ 75 74 • - - - 5 5 25 11 33 11 0 15

Ф2+РА 68 94 81 81 0 0 0 0 5 6 19 10 26 0 0 9

Ф2+ФБ 69 96 90 85 0 0 0 0 7 4 10 7 24 0 0 8

Среднеплодородная

РК - фоні <Ф1) 100 100 100 100 - - - - • - • - - •

Ф1+риюагрнк (РА) 45 89 89 74 55 11 и 26 - • - • - - -

Ф1+флавоСактсрші (ФБ) 61 81 £4 75 39 19 16 25 - - - - - - - -

М0РК-фон2(Ф2) 49 77 78 68 - - • - 4 5 5 5 47 18 17 27

Ф2+РА 50 75 73 66 0 4 0 1 6 5 22 11 44 17 5 22

Ф2+ФБ 58 69 82 70 0 10 0 3 8 5 14 9 34 16 4 18

Высокоплодородная

РК-фоні (Ф1) 100 100 100 100

Ф1+рвзоагрнн (РА) 74 99 86 86 26 1 14 14 - - - • - - - -

Ф 1+флавобактерия (ФБ) 71 100 79 83 29 0 21 17 - - - - - - - -

Ю0РК-фоя1(Ф2) 69 78 78 75 - - - - 2 7 9 6 28 16 13 19

Ф2+РА 75 83 72 76 0 0 1 0 4 9 15 9 22 9 12 14

Ф2+ФБ 75 72 68 71 0 0 5 2 3 6 16 8 23 22 11 19

В этих условиях при внесении азотных удобрений так же не происходило усиления мобилизации азота почвы в результате подавления деятельности почвенных микроорганизмов и растения больше использовали азот удобрения. На среднеплодородной почве применение биопрепаратов снижало долю "экстра" - азота в растениях. На высокоплодородной почве биопрепараты уменьшали долю "экстра" - азота, за исключением в 1999 г. флавобактерина на фойе №0РК.

В оптимальный по увлажнению год доля азота почвы в урожае снижалось, по сравнению с засушливыми, повышалась доля биологического и "экстра" - азота. На фоне с внесением М-удобрения биологический азот почти не участвовал в формировании урожая ячменя. При недостатке атмосферных осадков {1999 и 2000 гг.) на почве с низким содержанием органического вещества урожайность ячменя формируется за счет азота почвы и удобрения.

В опыте с яровой пшеннцей установлено, что количество фиксированного азота рнзосферными диазотрофами, определенное разностным и балансовым с методами существенно не различалось, как при внесении меченого азотного удобрения, так и меченой по 1ТЧ соломы (табл. 9). Количество фиксированного азота, рассчитанное по методу изотопного разбавления, существенно изменялось по годам проведения опыта и отличалось от аналогичных значений, определенных первыми методами (табл. 9), Можно предположить, что выявленные размеры азогофиксации рнзосферными диазотрофами разностным и балансовым с методами с достаточной степенью характеризуют размеры поступления азота воздуха в агроценоз.

В 1996 г. максимальное количество фиксированного азота поступило в растения без применения органических удобрений и при внесении навоза, в 1997 г.-на фоне с внесением соломы и полу перепревшего навоза.

Таблица 9. Количество фиксирован наго азота в посеве яровой пшени-_иы при инокуляции семян ризоагрином, г/м_

Вариант 1996 г. 1997 г. Среднее

1* 2 3 1 2 3 1 2 3

РК РА РА+ЮО 0,51 0,60 0,71 1,40 0,18 0,10 0,22 І.І4 0,35 0,3? 0,46 1,27

РК + солома РА РА+ЮО 0,31 0,29 0,32 0,30 1,04 1,68 1,00 139 1,03 1,33 4,22 0,19 0,66 0,84 0,68 0,84 2,63 0,93

РК + навоз РА 0,52 1,25 0,89

Примечание: 1-разностный метод, 2 - разностный с использованием "Ы, 3-метод изотопного разбавления

Рассчитана роль различных источников азотного питания (удобрение, почва, "экстра" азот, фиксированный азот) в формировании величины урожая яровой пшеницы (табл. 10). Основное количество азота поступило в растение из почвы (75-92 %).

Таблица 10. Доля различных источников азота в формировании урожая __яровой пшеницы, %__

Вариант Азот почвы Биологический азот Азот удобрений "Экстра"* азот

1 * 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

- 100 100 100 - • - - - - - - -

РК РА 89 96 92 и 4 8 - - - - - -

N30 76 79 77 - . - 16 11 14 7 10 9

РА+Ы30 68 76 73 11 1 6 14 13 13 7 10 8

- 99 100 99 ] 0 1 - - -

РК+соло N30 83 86 85 - - - 1 1 I 16 13 14

ма РА 94 82 88 5 17 11 1 1 I • - •

РА+Ы30 80 70 75 4 19 11 1 1 1 15 10 13

* Примечание: 1 - 1996 г., 2- 1997 г., 3- среднее

Обработка семян ризоагрнном и внесение азотного удобрения снижало роль почвенного азота в формировании урожая яровой пшеницы до 73-85%.

Доля фиксированного азота ризосфернымн диазотрофами и азотного удобрения, а также "экстра" азота изменялось от погодных условий вегетационного периода. Во влажном и теплом 1996 г. доля биологического азота на вариантах без внесения органических удобрений была больше, чем при применении соломы. В 1997 г., когда во второй половине вегетации растения испытывали дефицит атмосферных осадков, на фоне с соломой возрастала доля биологического азота.

В среднем за два года исследований доля биологического азота в формировании урожая яровой пшеницы составила на фоне РК 6-8% и 11% при использовании соломы, что косвенно подтверждает роль с веже в несенного органического вешества в функционировании азотофикснрующей системы расте» ние-м икроорган изм.

Как в отдельные годы, так и в среднем по опыту, доля азота минерального удобрения в формировании урожая пшеницы составила, не зависимо от использования инокулянтов, 13-14%. Азотное удобрение и ризоагрин не повышали долю минерализованного соломы в формировании урожая пшеницы, что свидетельствует об отсутствии усиления минерализации органического вещества от биопрепаратов.

Доля "экстра" азота в формировании урожая мало изменялась в зависимости от погодных условий и составляла в среднем за два года 8-9% на фоне без органических удобрений. На фоне с внесением соломы доля этого источника азота в питании растений возрастала до 13-14%.

5. Баланс азота |5К в системе почва-растение при использовании биопрепаратов

При использовании биопрепаратов важное значение имеет оценка состояния баланса азота удобрений позволяющая выявить потоки азота в агроценозе (Осипов, Соколов, 2001). Основным критерием эффективного использования азота удобрения является его использование растениями. В оптимальном по погодным условиям 1998 г. на низко и средне плодородной почвах ризосферные диазотрофы способствовали увеличению усвоения надземной фитомассой ячменя азота удобрения. На высокоплодородной почве только ри-зоагрин увеличил эггот показатель (табл. 11).

В менее благоприятные годы на почве с низким содержанием органического вещества биопрепараты снижали усвоение растениями азота из удобрений. На средне и высоко плодородных почвах инокулянты положительно влияли на использование растениями

На почве с низким содержанием органического вещества биопрепараты снижали исполъзвание фитомассой азота из удобрения, на среднем и высоком уровнях плодородия почвы они повышали усвоение азота фитомассой растений.

Накопление в корнях ячменя в общем его балансе незначительно и изменялось в зависимости от вариантов от I до 9%.

Неучтенные потери азота удобрений на низкоплодородной почве были выше. В благоприятный 1998 г., не зависимо от плодородия почвы, обработка семян биопрепаратами снижала неучтенные потери азота, поскольку он использовался на формирование урожая. Особенно это выражений на средне-плодородной почве. В неблагоприятный по погодным условиям 1999 г. инокуляция семян увеличила неучтенные потери. В 2000 г. биопрепараты на первом уровне плодородия увеличили неучтенные потери, а на двух других уровнях -снижали их.

Роль биопрепаратов в закреплении азота удобрений в почве определяегг-ся погодными условиями вегетационного периода и ее плодородия. В 1993 г. на всех трех уровнях плодородия почвы биопрепараты способствовали увеличению закрепления азота удобрений. В засушливый 1999 г. инокулянты снижали закрепление азота в почве и увеличивали потери. В среднем за три года на низком и среднем уровнях плодородия биопрепараты снижали закрепление азота в почве из удобрения. На третьей почве флавобактерин и ризоагрин повышали количество закрепленного азота удобрения в почве.

Таблица 11. Баланс аютя удобрения при использовании биопрепаратов на ячжне, %

Вариант ЗЄ1 Использовано 1НОМ и соломой Содержанке в корнях Неучтенные потерн Закрепилось в почве

1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее 1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее 1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее 1998 г. 1999 г. 2000 г. Среднее

низкоплодородная

к+изо 22 .28 9 20 3 3 9 4 44 23 5 33 31 46 20 24

К+ЫЗО+РА 24 27 2 18 4 3 2 2 27 45 8 42 45 25 39 21

К+ШО+ФБ 28 18 4 17 7 3 4 4 26 51 27 43 38 28 19 21

среднеплодородная

К+ШО 31 25 2 19 3 4 2 3 20 43 40 34 45 29 44 39

К+ЫЗО+РА 38 25 5 23 3 3 5 4 7 52 1 20 52 19 25 32

К+ЫЗО+ФБ 46 29 4 26 6 5 4 5 5 44 14 21 43 22 46 37

высокоплодородная

£+N30 17 31 I 16 1 5 1 1 45 4) 31 39 37 24 33 31

К+ЫЗО+РА 28 41 4 24 I 3 4 2 19 37 1 19 51 19 38 36

К+ЮО+ФБ 18 34 5 19 2 2 5 2 29 45 1 25 51 19 29 33

ВЫВОДЫ

1. Предпосевная обработка семян биопрепаратами способствует достоверному увеличению зерновой продуктивности ячменя и яровой пшеницы только в годы с достаточным количеством осадков. Эффективность инокуляции семян ризоагрином и флавобактерином зависит от окулмуренности почвы, она выше на сред неплодородной светло-серой лесной почве. Дополнительное внесение в почву органического вещества (солома, навоз) положительно сказывается на эффективности ризоагрина, что свидетельствует о роли органического вещества в эффективности ризосферных диазотрофов.

2. В результате увеличения основной и побочной продукции при использовании биопрепаратов в урожае возрастает накопление азота, максимальное увеличение его выноса получено при использовании биопрепаратов на фоне с внесением Ы-удобрения.

3. Инокуляция семян биопрепаратами повышает использование растениями азота удобрений, в тоже время не отмечено усиления минерализации в почве свежеснесенного органического вещества от ризоагрина.

4. Количество условно биологического азота, участвующего в формировании урожая ячменя и яровой пшеницы, установленное разностным методом и разностным методом с использованием стабильного изотопа дают схожие значения и могут применяться для расчета поступления условно фиксированного азота в растения. Количество условно фиксированного азота, рассчитанного методом изотопного разбавления, существенно изменялось по годам исследований и значительно отличалось от значений, определенных первыми двумя методами.

5. Дополнительное вовлечение биологического азота в формировании урожая при использовании биопрепаратов зависит от экологических условий. На светло-серой лесной почве в благоприятный по погодным условиям год фиксация атмосферного азота происходит на фоне РК удобрений. На фоне с внесением N-удобрения, фиксированный азот не участвует в формировании урожая. На дерново-подзолистой почве большее количество фиксированного азота получено при внесении органического вещества.

6. Формирование урожая зерновых культур происходит преимущественно за счет азота почвы. Его доля снижается при внесении азотного удобрения и при инокуляции семян биопрепаратами. Доля азота удобрения в формировании урожая не велика (5-20%) и зависит от погодных условий года, уровня плодородия почвы и применения биопрепаратов.

7. Биопрепараты на низкоплодородной почве практически не влияют на использование азота удобрений надземной массой ячменя, но увеличивают на среднеплодородной. От их использования слабо изменяется закрепление азота удобрения в почве, оно выше в почвах со средним н высоким плодородием. Максимальные неучтенные потерн азота удобрения происходят на низкоплодородной почве, где инокулянты обеспечивают дальнейшее их увеличение, а на почвах со средним и повышенным содержанием гумуса - снижают потери

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Духанина Т.М., Сологуб Д.Б. Доля различных источников азота в питании зерновых культур при использовании ризосферного диазотрофа с использованием изотопа l5N. // Растение и почва. Мат. докл. Всероссийской молод. науч. конф. Санкт-Петербург, 6-10 декабря, 1999. С. 68-69.

2. Сологуб Д.Б., Зинковская Т.С. Продуктивность яровой пшеницы в зависимости or применения ризосферного диазотрофа, азотных и органических удобрений. // Растение и почва. Магг. докл. Всероссийской молод, науч. конф. Санкт-Петербург, 6-10 декабря, 1999, С. 205-206.

3. Завалин A.A., Духанина Т.М., Чистотин М.В., Ладонин В.Ф., Виноградова Л.В„ Афанасьев P.A., Сологуб Д.Б., Кожемяков А.П., Васюк Л.Ф., Хотяно-вич A.B., Цыгуткин A.C., Пасынков A.B. Оценка эффективности микробных препаратов в земледелии,- М.: Россельхозакадемня, 2000. 82 с.

4. Сологуб Д.Б., Духанина Т.М. Влияние биопрепаратов на коэффициент использования азота удобрений яровым ячменем сорта Риск// Материалы Всероссийского координационного совещания учреждений Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами., // Бюлл. ВИУА Nal 15, М., 2001. С.163-164.

5. Сиддики Мд.А.Х., Сологуб Д.Б. Продуктивность ячменя в зависимости от инокуляции семян биопрепаратами и плодородия почвы// Материалы Всероссийского координационного совещания учреждений Географической сети опытов с удобрениями н другими агрохимическими средствами., // Бюлл. ВИУА №115, М., 2001. С.159.

6. Завалин А.А, Кожемяков А.П., Сологуб Д.Б., Зинковская Т.С. Действие биопрепарата ризоагрин на продуктивность и азотное питание яровой пшеницы//Доклады Россельхозакадемии, 2001. Ма 2. С. 23-25.

7. Завалин A.A., Духанина Т.М., Чистотин М.В., Пасынков A.B., Зинковская Т.С., Никулина Л.В., Габибов М.А., Бердников В.В., Панкратенков В.А., Сологуб Д.В., Сиддика А.Х., Тарасов А.Л. Роль ассоциативного азота в получении урожая зерновых в Российской Федерации. Современные проблемы использования почв и повышения эффективности удобрений. Часть 2. Актуальные проблемы агрохимии в современных условиях. Беларусь, Горки, 2001. С.53-57.

8. Завалин A.A., Духанина Т.М., Сологуб Д.Б., Кожемяков А.П., Тарасов А.Л. Оценка размеров ассоциативной азотфиксации и трансформация I5N при использовании ризосферных диазотрофов// Вопросы стабилизации почвенного плодородия и урожайности в Верховолжье. М.: ВИУА, 2003. С. 172-198.

9. Zavalin A.A., Dukhanina Т.М., Sologub D.B., Kozhemyakov A.P. Evaluation of level of nitrogen fixation and I5N transformation when used preparation based on associative rhizobacteria. // Volume of abstracts. 11-th International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions. St-Petersburg., July 18-26, 2003., p.6.

Работа по изданию выполнена в ре дакционш »-издательском секторе внииа

Лицензия на издательскую деятельность ЛР 040919 от 07,10,98 Лжккзкя на полиграфическую деятельность ПЛД Wa 53-468 от 13 08.99 Подписано в печать: 26 07..2005 Формат 60x84.'16 Заказ № 24

Усл. печ. л. 2,5 Тираж 100

117550, Москва, ул, Прянишникова, 31 А Тел. (095) 976-25-01