Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ДЕЙСТВИЕ КОБАЛЬТА И МОЛИБДЕНА НА АЗОТНЫЙ ОБМЕН И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЖЕЛТОГО КОРМОВОГО ЛЮПИНА (LUPINUS LUTEUS L.)

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ДЕЙСТВИЕ КОБАЛЬТА И МОЛИБДЕНА НА АЗОТНЫЙ ОБМЕН И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЖЕЛТОГО КОРМОВОГО ЛЮПИНА (LUPINUS LUTEUS L.)"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

ДЕЙСТВИЕ КОБАЛЬТА И МОЛИБДЕНА НА АЗОТНЫЙ ОБМЕН И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЖЕЛТОГО КОРМОВОГО ЛЮПИНА (ЬиРШиБ ьиТЕ118 Ь.)

(Специальность 06.01.04— агрохимия)

На правах рукописи

ПРОХОРОВА Татьяна Михайловна

УДК 633.367:631.811.1.095.337

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1985,

уУІ ь■і,''--а---

£С<

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской ордена Ленина и ордена Трудового . Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Б. А. Ягодин.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор. Л. А. Лебедева, кандидат биологических наук В. С. Агеева.

Ведущее учреждение — Всесоюзный научно-исследовательский институт удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова. . -

Защита диссертации состоится « » 1985 г.

в « 16 » часов на заседании Специализированного совета Д-120.35.02 три Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « £ » 1985 г.

Ученый секретарь Специализированного совета —' ' ' кандидат биологических наук,

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Продовольственной программой на период до 1990 года поставлена задача увеличения производства кормов. Предполагается расширить посевы некоторых высокобелковых культур, в том числе люпина. Возделывание люпина на зеленую массу в хозяйствах северных районов Нечерноземной зоны может внести существенный вклад в решение проблемы кормового белка в стране. Благодаря, высокому выходу переваримого протеина себестоимость люпинового. корма на единицу животноводческой продукции по сравнению с: другими культурами минимальна (Мироненко и др., 1978).

Возросший уровень химизации сельского хозяйства предусматривает разработку рекомендаций по комплексному использованию макро- и 'микроудобрений с учетом биологических особенностей культур, планируемого урожая, и уровня агротехники. По вопросам минерального питания люпина, в том числе азотом, имеется достаточно обширная, но противоречивая литература (Барбацкий, 1959; Гукова, 1971,1974; Найдин, 1971; Донцов, Юхимчук, 1978 и Др.). Детальных же наблюдений за динамикой развития и процессом азотфикса-ции у люпина в связи с уровнем обеспеченности растений „минеральным азотом и микроэлементами проведено недостаточно.

Среди микроэлементов, в которых вследствие биологических особенностей люпин испытывает потребность, в первую очередь, «следует выделить молибден и кобальт. Недостаток молибдена в питании бобовых культур тормозит как азотфик-сацию, так и ассимиляцию нитратов в растении, поскольку, молибден входит в состав таких важных ферментов азотного обмена, как нитрогеназа и нитратредуктаза (Пейве, 1972, 1975; Ягодин и др., 1973; Львов, 1977; Извои е1 а1,. 1970, 1971; и др.). Достаточная обеспеченность растений, кобальтом.—-необходимое условие биосинтеза витамина . В12 в клубеньках бобовых растений и проявления ими азотфиксирующей активности (Северова к др., 1981; Троицкая и др., 1981). .. В литературе недостаточно сведений, о. качестве люпино-

(.М' ... .< ., " ¡;.,ч с..1-': 1. I

¿..-..ъг . . -' . Г * »•*- • • *

вого корма и его пригодности к скармливанию сельскохозяйственным животным с точки зрения содержания в нем молибдена и кобальта.

Поэтому решение вопросов о целесообразности внесения минеральных удобрений, п том числе и микроудобрений; при выращивании однолетнего кормового люпина в условиях Нечерноземной зоны является актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась и изучении влияния кобальта и молибдена на рост, развитие, минеральный состав и характер азотонакошения у люпина при ¡различных условиях питания растений азотом.

В соответствии с поставленной целью изучались следующие основные вопросы:

1. Влияние кобальта и молибдена, а также различных способов их применения на рост, развитие и динамику накопления биомассы растениями люпина.

2. Действие кобальта, молибдена и минерального азота на динамику накопления люпином некоторых элементов питания (азота, фосфора, калия, железа, '.марганца, цинка, меди; .молибдена и кобальта).

3. Влияние изучаемых микроэлементов и минерального азота- на сезонную и суточную динамику азотфиксирующей активности люпина и соотношение нитрапредуктазной и нит-рогеназной активностей клубеньков.

4. Выяснение при помощи особенностей усвоения люпином минерального и молекулярного азота при различной обеспеченности растении кобальтом и молибденом.

5. Использование множественного регрессионного анализа для выявления связей между содержанием в люпине химических элементов и активностью нитратредуктазы в клубеньках.

Научная новизна. Влервые получен 'материал о действии кобальта, молибдена и различных форм азотных удобрений на усвоение люпином минерального и молекулярного азота, на сезонную и суточную динамику азотфиксирующей активности люпина, на нитратредуктазную активность различных органов люпина. Установлена четкая зависимость азотфиксирующей активности растений от применения минерального азота и кобальта. Получены новые данные по использованию множественного регрессионного анализа для установления связей между содержанием химических элементов в клубеньках и надземной массе люпина и активностью нитратредукта-зы в клубеньках.

Практическая ценность исследований. Результаты исследований по влиянию минерального азота и различных способов применения микроудобрений на вынос основных элементов питания культурой люпнна, содержание в ней молибдена и

о

кобальта, усвоение люпином минерального й молекулярного азота имеют большое значение для обоснования системы удобрения желтого кормового люпина сорта Быстрорасту-щий-4 с целью повышения его продуктивности и максимального использования способности растения к усвоению молекулярного азота и накоплению белковых веществ.

Теоретическая значимость работы. Полученные экспериментальные данные расширяют имеющиеся в литературе теоретические представления о влиянии минерального азота и микроудобрений на азотфиксирующую и нитратредуктазную активность желтого кормового люпина: показано влияние минерального азота, кобальта и молибдена на суточную динамику процесса азотфиксации, нитратредуктазную активность различных органов люпина, характер зависимости между сезонной динамикой нитрогеназной и нитратредуктазной активностей клубеньков, при помощи множественного регрессионного анализа установлены связи между активностью нитратредук-тазы в клубеньках люпина и содержанием химических элементов в клубеньках и надземной массе люпина.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры агрономической и биологической химии ТСХЛ в 1980—1982 гг., на конференции молодых учены* ТСХЛ (1980 г.) и на научно-практической конференции молодых ученых в ЦИНЛО (1982 г.). Основные положения диссертации опубликованы в 2 статьях.

Объем работы. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста (без списка литературы и приложений), состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и рекомендаций производству. Экспериментальный материал иллюстрирован 10 рисунками и 43 таблицами в тексте. Дополнительный информационный материал приведен в приложениях, изложенных на 65 страницах и включающих 54 таблицы. В списке литературы 331 наименование, в том числе 83 на иностранном языке.

УСЛОВИЯ и МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа выполнена в 1979—1981 гг. на кафедре агрономической и биологической химии ТСХЛ. Было проведено 8 опытов с культурой желтого кормового люпина сорта Быстрорастущий-4: 4 вегетационных, 3 мелкоделя-ночных полевых и один лабораторный опыт.

Во всех опытах семена перед посевом инокулировали эффективным штаммом бактерий Й. 1иртп

Мелко дел я н оч н н е полевые опыты закладывали на селекционно-генетической станции им. П. А. Лисицина (ТСХА). Почвы опытных участков — дерново-подзолистые среднесугли-

•з

нистые .хорошо окультуренные, их агрохимическая характеристика приводится в табл. 1. Повторность опытов — 4-кратная! Общая площадь делянки—10 м2, учетная площадь — 7 м2. Поскольку опыты проводили на почвах с высоким плодородием, под люпин вносили только фосфО|рно-калийные удобрения. Азотные удобрения не применяли, так как в почвах имелось достаточное количество азота для обеспечения им растений до момента образования клубеньков. Молибден в виде молибдата аммония и кобальт в виде сульфата кобальта вносили в почву в норме 0,3 кг/га в расчете на элемент, а также применяли пугем предпосевной обработки семян 0,05%-ными растворами указанных солей (6-часовое замачивание). Семена контрольного варианта замачивали в дистиллированной воде. Соотношение семена : раствор было равно 1

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почв опытных участков

Год проведения. Горизонт 0—20 см и Ü: 'S. Hr S V ГуМус Подвижниц P2Oj Обменный КгО Подвижный (по Пейве)

по Кире 3-НОву Со Мо

мг-экв на 100 г почвы мг на 100 г почвы мг на кг почвы

" 1979 1980 il981( 5,8 6,3 5,6 1,98 0,50 2,16 12,5 16,8 12 2 86,3 96,8 83,2 1.9 2 ° 2,0 23.4 34.5 16,9 11,5 13,2 6,4 0,73 0,92 0,68 0,19 0.20 0,17

Для определения уровня аккумуляции кобальта и молибдена в семенах люпина после 6-часового замачивания этих семян в растворах солей изучаемых микроэлементов был заложен лабораторный опыт. При замачивании семян в растворах микроэлементов определенное их количество адсорбируется поверхностью этих семян. Чтобы установить, какое количество кобальта и молибдена при замачивании семян в их раст,вцрах проникает непосредственно в семена, были включены вариан-' ты с замачиванием и последующим промыванием поверхности семян дистиллированно» водой. Опыт проводили в З-кратноГг повторности.

Вегетационные опыты проводили в песчаной культуре на Агрохимической опытной станции им. Д. Н. Прянишникова. Опыты закладывали в пластмассовых сосудах, вмещающих 6 кг песка. За основу питательной смеси была взята смесь Ринькиса для бобовых культур (Ринькис, 1972), которая была скорректирована по содержанию микроэлементов. Азотные удобрения в соответствующих вариантах опытов вносили при набивке сосудов в норме: в 1979 г. — 50 мг N на 1 кг песка, в 1980—1981 гг. — 20 мг N на 1 кг песка. Для вы-

членения в общем накоплении азота люпином доли молекулярного азота атмосферы и минерального азота удобрений использовали меченные 15N азотные удобрения с исходным обогащением в 1979 г.— 5 ат%, в 1980—1981 гг.— 25 ат%. Л'зотфиксирующую активность люпина определяли ацетиленовым методом. Для изучения сезонной и суточной динамики процесса азотфиксации растения выращивали в специальных сосудах, снабженных прозрачными полиэтиленовыми колпаками, под которыми опытные растения выдерживали в атмосфере ацетилена в течение 1 часа. Во всех сосудах поддерживали постоянную влажность, равную 60% полной полевой влагоемкости. Полив проводили дистиллированной водой. Повторность опытов; 10—12-кратная. Урожай учитывали по 4 сосудам.

В пробах растений, отобранных в вегетационных и полевых опытах, определяли содержание азота, фосфора и калия в одной навеске после мокрого озоления по Гинзбург. Общий азот определяли микрометодом Кьельдаля, фосфор — колориметрически по Бартону, калий — на пламенном фотометре. Содержание микроэлементов в растениях определяли после сухого озоления: медь, марганец, железо и цинк — методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на Perkin Elmer-503, кобальт—колориметрически с ПЛИ (1-2/пиридилазо/-2 нафтолом), молибден — колориметрически с дитиолом.

Содержание изотопа I5N в пробах определяли после соответствующей подготовки образцов на масс-спектрометре МИ-1305.

Активность нитратредуктазы определяли по методу Муль-дера (Mulder et al, 1959) в .модификации Я. В. Пейве и Г. Я. Жизневской (1961).

Обработку урожайных данных, полученных по всех проведенных нами опытах, осуществляли методом дисперсионного анализа (Зинченко и др., 1982). Наименьшую существенную разницу рассчитывали при уровне вероятности Ро.эз- Математическую обработку значений суточного хода азотфиксации проводили методом регрессионного анализа по Г. Ф. Лакину (1980). Наличие связей между содержанием химических элементов в растениях люпина и активностью нитратредуктазы в клубеньках оценивали методом множественного регрессионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Влияние кобальта и молибдена на урожай и накопление элементов минерального питания культурой люпина

Изучение влияния кобальта и молибдена на урожай зеленой массы люпина, подученной при выращивании растений на

среднесуглинистой дерново-подзолистой почве, выявило положительное действие микроэлементов только в 1981 г., отличавшимся жарким и засушливым летом, когда урожай зеленой массы люпина увеличился от применения изучаемых микроэлементов на 17—18% (табл.2).

Таблица 2

Влияние кобальта и молибдена на урожай зеленой массы люпина, кг/10мг (мелкоделяночные полевые опыты)

Вариант 1979 г. 1980 г. 1981. п

Фон — 60Р120К....... 43,4 20,2 45,1

Фон + Л\о в почву...... 52,5 — —

Фон + Мо с семенами .... 50,4 19,7 53,2

Фон + Со в почву...... 45,5 — —

Фон + Со с семенами..... 47,0 18,4 52,8

НСР«5........... 4.3 3,5 3,5

Стравливание кормов с избыточным содержанием в них молибдена небезопасно для организма сельскохозяйственных животных. Нами установлено, что при внесении молибдена в почву большее его количество накапливается в зеленой массе и семенах люпина, чем при применении молибдена путем предпосевной обработки семян. В условиях недостаточного и умеренного обеспечения растений влагой в течение вегетационного периода кобальт в 1,8—2 раза снижает содержание молибдена в зеленой массе люпина, повышая тем самым ее кормовые достоинства (табл. 3).

Таблица 3 Влияние кобальтовых и молибденовых удобрений и способов их применения на содержание кобальта и молибдена в надземной массе люпина в фазу цветения, мг на кг возд. сухой массы

{мелкоделяночные полевые опыты)

Вариант 197Е г. 1980 г. 198*1 г.

Со Л1о Со Л1о Со Мо

Фон —60Р120К....... 1,0 1.6 1.4 1,6 0,7

Фон 4- .Мо в почву...... 2,4 1,8 — — — —

Фон+Мо с семенами..... 2,1 1,0 1,0 1.9 1.4 1.Э

Фон+Со п почву....... 2,6 і1,0 — — —

Фон + Со с семенами..... 2,8 0,5 1,0 1,6 ,1,5 0,4

Кобальт и молибден распределяются в растении по-разному: в фазу полной спелости семян больше всего кобальта содержат корни с неотделенными от них клубеньками, почти 6

вдвое меньше концентрация кобальта-в вегетативной массе и совсем немного данного микроэлемента содержат семена; молибден же примерно в одинаковом количестве накапливается в семенах и в корнях с неотделеннымн клубеньками и в 24 раза меньше его содержание в вегетативной массе.

В надземной массе люпина содержание молибдена н кобальта во все изучавшиеся фазы развития растений примерно

Таблица 4

Влияние кобальта и молибдена на их содержание в люпине в различные фазы его развития, мг на иг возд. сухой массы

(мелкоделяночный полевой ОПЫТ 3, 1981 г.)

Вариант

ветвление

• V

к 2

о к

м

п к

СЗ

О

•л

о

г; а

бутонизация

цветение

£ Я

Кобальт

Фон —60Р120К 1,2 0,9 0,4 1,8 1.6 0,6 1.0 0,4

Фон+Мо с семенами 1,5 0,7 1,3 1.3 1,6 0,8 1,4 0,5

Фон+Со с семенами 4? 1,9 2,9 1,8 2,4 1.8 1,5 0,6

Молибден

Фон —60Р120К 1,3 2,5 29,0 3,0 2,5 16,0 0,7 0,7

Фон+Мо с семенами 7,0 9,0 67,0 2,3 3,5 26,0 1.3 1.2

Фон+Со с семенами '1,0 2,0 32,0 .1,3 2,0 21,0 0,4 1.0

одинаково, а в клубеньках концентрация молибдена гораздо выше, чем кобальта, причем в онтогенезе содержание молибдена в клубеньках снижается, а кобальта — возрастает (табл. 4). В фазу цветения содержание кобальта в клубеньках в 10 раз меньше, чем молибдена. По-видимому, это связано с различной ролью изучаемых микроэлементов в процессе связывания молекулярного азота.

В лабораторных условиях установлена значительная аккумуляция молибдена и кобальта в семенах люпина в результате 6-часового замачивания их в растворах солей указанных микроэлементов, причем при увеличении концентрации микроэлемента в растворе возрастает и обогащение илг семян. Так, замачивание семян в 0,05%-ном растворе молибдата аммония привело к 18-юратному увеличению содержания в них молибдена; содержание кобальта в семенах после замачивания в 0,01%-ном ¡растворе сульфата кобальта возросло-в 94 раза,

а после замачивания в 0,05%-ном растворе сульфата кобальта — в 243 раза.

В вегетационных опытах действие предпосевной обработки семян кобальтом и молибденом изучали при различных условиях питания растений азотом (симбиогрофное и «смешанное» азотное питание). Результаты опытов свидетельствуют о том, что предпосевная обработка семян растворами ко-.бальта и молибдена оказывает влияние на накопление люпином сухой массы и общего азота только при симбиотрофном питании азотом.

2. Влияние микроэлементов и минерального азота на нитратредуктазную и азотфиксирующую активность

люпина

Изучение взаимоотношения нитратредуктазы и нитрогена-зы, а также катализируемых ими процессов усвоения азота важно не только в теоретическом, но и в практическом плане, поскольку эти данные являются необходимой основой для правильной разработки рациональной системы азотного питания бобовых растений.

Наибольшей активностью нитратредуктазы в растениях люпина отличаются клубеньки (табл. 5). Максимальная активность фермента в клубеньках отмечена в фазу цветения.

Таблица 5

Влияние кобальта и молибдена на активность нитратредуктазы • в корнях и клубеньках желтого люпина

(мелкоделяночные полевые опыты)

^^ Вариант Фаза развития Фон- СОР120К Фон + .Мо с семенами Фон + Со с семенами

образование Ма!Ч!02 в мкг на I сырой массы за 3-0 минут г

корни клубеньки корни клубеньки корни клубеньки

1980 г.

Бутонизация . . . . 1,27 15,9 2 42 17,0 1,45 15,7

Цветение..... 0,68 33,4 1,51 40,4 0,88 35,4

Зеленые бобы . . . 0,57 25,8 0,86 26,1 0,78 27,1

1981 г.

Ветвление ..... 1,05 11,6 1,32 10,0 0,95 12,4

Бутонизация . . , . 0,44 41,3 0,64 34,4 0,69 38,4

0,08 196,0 0,08 187,0 0,08 196,0

Активность нитратредуктазы в корнях в значительной степени определяется условиями минерального питания растений и складывающимися метеоусловиями: в более влажном и холодном 1980 г. максимальная ннтратредуктааная активность корней отмечена в фазу бутонизации, а в 1981 г.— несколько раньше: в фазу ветвления. Предпосевная обработка семян растворами кобальта и молибдена в полевых условиях оказала незначительное влияние на активность нитратредуктазы в клубеньках, но способствовала увеличению активности фермента в корнях.

Ацетиленовым методом и в опытах с 15М показано, что при симбиогрофном питании азотом люпин активно усваивает свободный азот атмосферы уже в фазу ветвления. Внесение 20 мг азота на 1 кг песка несколько задерживает образование клубеньков, из-за чего в этот период наблюдается некоторое угнетение процесса стмбиотнческой азотфиксации: если при снмбиотрофном питании азотом к фазе ветвления растения усваивают из воздуха 57% азота от общего его накопления в растении, то при внесении азотных удобрений количество фиксированного из атмосферы азота составляет лишь 6—20%.

Изучение суточной динамики азотфиксирующей активности люпина в фаау цветения показало, что интенсивность процесса азотфиксации неодинакова в разное время суток. Максимальная активность фиксации молекулярного азота "наблюдается в дневное время суток, наименьшее количество свободного азота атмосферы растения фиксируют ночью. Общее количество атмосферного азота, фиксированного люпином за сутки при обоих типах питания азотом примерно одинаково, однако, небольшая норма минерального азота вызывает смещение максимума азотфиксирующей активности на более раннее время суток по сравнению с снмбиотрофным контролем. Общий уровень азотфиксирующей активности люпина под действием молибдена и кобальта при снмбиотрофном питании азотом снижается,, а при сочетании симбиотрофного типа азотного питания с автогрофным — возрастает. Поэтому при симбиогрофном питании азотом применение кобальта и молибдена вызвало снижение количества азота, фиксированного люпином за сутки с 11>8 (контроль) до 1(^4 (кобальт) и 7,2 (молибден)ммоль С2Н4 на сосуд, а при сочетании симбиотрофного питания азотом с автотрофным количество фиксированного молекулярного азота за сутки, наоборот, увеличилось: с 11,4 до соответственно 15,7 и 1.^2ммоль С2Н4/сосуд.

Чтобы установить Еремя достижения максимума интенсивности процесса азотфиксации в течение суток, дискретные •значения суточного хода азотфиксирующей активности апрок-симировали к параболической зависимости, выражаемой урав-

пением параболы второго порядка. При этом статистически доказано, что: 1) применение в питании люпина минерального азота в норме 20 мг/кг песка вызывает достоверную депрессию активности процесса азотфиксации в 17 часов н некоторое увеличение его интенсивности в 21 час; 2) при симбиотрофном питании азотом предпосевная обработка семян кобальтом вызывает достоверное увеличение азотфиксирующей активности люпина в *1 час ночи; 3) применение минерального азота изменяет характер действия кобальта, сводя кривую суточного хода азотфиксирующей активности к одновершинной кривой с максимумом в утреннее время суток. Рассчитанное по первой производной функции, которая в точке максимума обращается в нуль, время наступления максимума азотфиксирующей активности для различных вариантов опыта свидетельствует о том, что под действием минерального азота максимум активности процесса фиксации молекулярного азота сместился на более раннее время суток: при симбиотрофном питании для различных вариантов опыта он приходится на время с 950 до 1230 час, а при сочетании симбио-трофного типа питания азотом с автогрофным—с 830 до 1030 час. Этот факт необходимо учитывать при проведении исследований по определению динамики процесса азотфиксации.

Данные по определению сезонной динамики процесса азотфиксации и нитратредуктазной активности клубеньков люпина, полученные в мелкоделяночных полевых и вегетационных опытах, показывают, что между ними существует обратная зависимость: наибольшая активность нитратредукта-зы в клубеньках отмечена в фазу цветения* когда азотфикси-рующая активность растений уже заметно снизилась, а максимальная активность процесса азотфиксации наблюдалась у люпина в начале фазы ветвления, когда активность нитратре-дуктазы в клубеньках еще довольно низка. Внесение небольшой нормы минерального азота вызывает пфеход от обратной корреляции между изучаемыми процессами усвоения азота к прямой.

3. Влияние условий питания азотом и микроэлементами на усвоение люпином минерального и молекулярного азота

В опытах с 15Ы установлено, что уже к фазе розетки-ветвления растения люпина полностью использовали азот семян и довольно интенсивно начали усваивать азот из других источников питания: в фазу розетки-ветвления доля азота удобрений в общем накоплении азота в растении составляет 30— 49%, доля молекулярного азота — 6—20%. Усвоение растениями азота .минеральныхудобрений почти полностью прекра-•щается к -фазе массового цветения:люпина. В дальнейшем СЮ

накопление азота в растениях идет, в основном, за счет молекулярного азота атмосферы.

Азот аммиачной и кальциевой селитры растения используют примерно в одинаковой степени. Так, в опыте 8 1981 г. в фазу ветвления из аммиачной селитры люпин усваивает 23 мг азота на сосуд, а из кальциевой — 20 мг/со-суд, в фазу цветения соответственно 45 и 50 мг/сосуд, а в фазу полной спелости семян — 56 н 50'мг/сосуд. Однако, аммиачная селитра в большей степени угнетает процесс азогфикса-цин у люпина, чем кальциевая, о чем свидетельствует меньшая доля молекулярного азота в общем накоплении азота растениями при внесении аммиачной селитры. За счет лучшего усвоения азота из атмосферы в случае применения кальциевой селитры увеличивается и общее накопление азота растениями. Кобальт и молибден в вегетационных опытах практически не оказали влияния на усвоение растениями минерального и молекулярного азота.

Значительное влияние на использование люпином минерального и молекулярного азота оказывают метеоусловия: в год с повышенными среднесуточными температурами воздуха во время вегетации (1981 г.) азотные удобрения в большей степени угнетают процесс усвоения молекулярного азота, чем в год с пониженными температурами воздуха и избыточным количеством осадков в летний период (1980 г.). Доля молекулярного азота в общем накоплении азота в растении в фазу ветвления в 1981 г. очень мала (2—6%), тогда как в 1980 г. в более раннюю фазу — фазу розетки — она составляет уже 19%.

4. Использование множественного регрессионного анализа для установления связей между содержанием химических

элементов в растениях и активностью нитратредуктазы в клубеньках люпина

Выявление природных связей между химическими компонентами в биологических системах является одной из важнейших задач агрохимии и других биологических наук. Множественный регрессионный анализ позволяет установить связь какой-либо величины с рядом других и выразить эту свяаь в виде уравнения множественной линейной регрессии:

У='А0+Л,Х, +Л2Х2+ ... + АпХ„,

где У — концентрация элемента, активность нитратредуктазы (в любых единицах измерений);

Х1Х2,..., Хп — действующие факторы в единицах измерений;

А1А2,..., А„ — коэффициенты множественной регрессии; ' А0 — постоянный член уравнения («нулевое» значение за-

ад

висимон переменной при значениях независимых переменных, равных нулю).

•" В опытах статистически изучались связи между концентрациями следующих химических элементов: азота, кобальта, молибдена, железа, меди,' цинка, марганца, фосфора, а в вегетационных опытах — дополнительно калия. Связи между содержанием химических элементов в клубеньках и надземной массе люпина, а также активностью нитратредуктазы в клубеньках при различных условиях питания, определяемых вариантами опытов, изучали по фазам онтогенеза.

Установлено, что наличия хорошей парной корреляции между концентрациями химических элементов в клубеньках люпина недостаточно для понимания реальных отношений между ними, поскольку парная корреляция не может точно отразить взаимосвязи в многокомпонентной биологической системе, какой в нашем 'конкретном случае являются клубеньки. Так, с помощью регрессионного анализа в мелкоделяноч-ном тюлевом опыте 1981 г. установлена достоверная парная корреляция активности нитратредуктазы в клубеньках с содержанием в них молибдена в фазы ветвления и бутонизации. Множественный регрессионный анализ при этом показал, что практически ни в одну из изучавшихся фаз онтогенеза люпина достоверной связи активности нитратредуктазы в клубеньках с содержанием в них •химических элементов не имеется. Поэтому для более полного раскрытия связей между отдельными химическими элементами в клубеньках необходимо перейти к уравнениям:.множественной регрессии (уравнения 1; 2; 3), из которых можно установить не только какие элементы оказывают влияние на величину концентрации того или иного элемента, но и в какой степени каждый элемент влияет на концентрацию другого, химического элемента. Например, из уравнения, множественной регрессии, связывающего содержание молибдена в клубеньках с другими переменными в фазу ветвления (уравнение 1), следует, что величина концентрации молибдена в клубеньках количественно в большей степени связана с содержанием в них, в первую очередь, фосфора, а также с концентрациями кобальта и азота и в значительно меньшей степени — с концентрациями марганца и железа, причем связь концентрации молибдена в клубеньках с содержанием в них фосфора, азота и железа носит положительный характер, а с содержанием кобальта и марганца — отрицательный.

СМо= — 108+57Ср1О— 13,8Ссо+2,96Ск —0,49СмпЧ-0,17Сге (1)

С мо = —190+155Ср,о, + 14,8Ссо —4,73Ск+.1,47Смп —

— 0,007СГе (2)

Смо ='4,1 +31С Р,0, — 0,02Ср<

(3).

В фазу бутонизации (уравнение 2) концентрация молибдена в клубеньках также в значительной степени связана с содержанием в них -фосфора, кобальта и азота и в меньшей степени—с содержанием марганца и железа. Связь с содержанием фосфора, кобальта и марганца положительна, а с концентрациями азота и железа — отрицательна.

В фазу цветения содержание молибдена в клубеньках достоверно связано только с концентрациями фосфора и железа, причем железо влияет на концентрацию молибдена в значительно меньшей степени, чем фосфор (уравнение 3).

Результаты множественного регрессионного анализа данных мелкоделяночного полевого опыта 3 (табл. 6) показали,

Таблица С

Характер связи содержания азота, кобальта и молибдена в клубеньках люпина с содержанием других элементов в различные фазы развития растений

((мелкоделяночный полевой опит 3)

Элемент Характер связи Фаза развития растений

ветвление бутонизация цветение

N Положительная Отрицательная Со, 1'е Си, Мп, 7.п Си, Со, Мп Мо, Ра

Со Положительная Отрицательная Р205. Ре М», Мп, У.п N. Мо. 7п Р203, Мп Си, Ре 2п

Мо Положительная Отрицательная Р20;. N. Ре Со, Мп Рг05> Со, Мп N. Ре Р203 Ре

что на ранних фазах онтогенеза (до фазы бутонизации включительно) содержание азота, кобальта и молибдена в клубеньках определенным образом связано между собой. Кроме того, содержание азота в клубеньках связано с содержанием в них ■меди, марганца .и железа, то есть элементов, которые входят в состав ферментов, катализирующих реакции азотного обмена, и с содержанием цинка, участвующего в повышении активности ряда ферментов, влияющих на фосфорный, углеводный и белковый обмен растений. С содержанием кобальта в клубеньках люпина связано также содержание в них фосфора, цинка и марганца, а с содержанием молибдена в значительной степени связаны концентрация фосфора в клубеньках (причем связь с фосфором во все изучавшиеся фазы онтогенеза имеет положительный характер) и содержание марганца и железа. При вступлении, растений в репродуктивную фазу (цветение) концентрации азота и молибдена в клубеньках. в значительной, степени сиязаны е содержанием в них-

фосфора, а .концентрация кобальта, в основном, связана с содержанием меди в клубеньках.

Множественный регрессионный анализ данных вегетационного опыта 7 показал, что1в онтогенезе активность нитратре-дуктазы в клубеньках достоверно связана с содержанием некоторых химических элементов в надземной массе люпина. Установлены взаимосвязи между активностью нитратредуктазы в клубеньках и .содержанием в надземной массе азота, кобальта и молибдена (табл. 7), которые в большей или мень-

Таблица 7

Характер связи.активности нитратредуктазы в клубеньках и содержания азота, кобальта'" и' молибдена в надземной массе люпина , с другими переменными (вегетационный опыт 7)

Зависимая переменная Характер связи Фаза развития растений

ветвление I цветение \зеленые бобы

Активность НР . N Со Мо Положительная Отрицательная Положительная Отрицательная Положительная , Отрицательная Положительная Отрицательная Ре N. Со Р205, Со, Мп КгО, Си N. НР, Мп Мо Р205, Мп КгО, Со Мо Р205 К20с Р205, Со, НР К20, 7.п, Ре N. Мп, НР Си.Мп, НР КгО, Ре Сч Мо, Ре К2О, Мп, Мо Р205, 7.п КгО, Си, НР • Р205, Мп, Ре N. Р203, 7м К20, Си, Мп

шей степени проявляются во все изучавшиеся фазы развития люпина. Активность нитратредуктазы в клубеньках достоверно связана с содержанием в надземной массе только 5 элементов: азота, молибдена, кобальта, железа и фосфора. Содержание кобальта и молибдена в надземной массе связано с содержанием в ней всех изучаемых 9 элементов и с активностью нитратредуктазы. в клубеньках.

Выводы

1. Положительное действие молибденовых и кобальтовых удобрений на урожай зеленой массы люпина на почвах с высоким плодородием проявляется только в условиях недостаточного увлажнения и повышенных среднесуточных температур воздуха, при этом применение кобальта снижает содержание молибдена в зеленой массе люпина, что повышает ее кормовые достоинства. Наиболее высокое содержание молибдена и кобальта отмечено у. люпина в клубеньках, причем в фазу цветения концентрация молибдена в них. примерно в 10 раз

14

больше, чем кобальта. Меньше всего молибдена содержится в вегетативной массе, а кобальта — в семенах.

2. Предпосевная обработка семян растворами кобальта и молибдена способствует значительному их обогащению соответствующими микроэлементами, которое возрастает при увеличении концентрации микроэлемента в растворе. Предпосевное обогащение семян кобальтом и молибденом оказывает влияние на накопление растениями сухой массы и общего азота только при симбиогрофном азотном питании.

3. Максимальная активность нитратредуктазы в клубеньках люпина отмечена в фазу цветения. Предпосевная обработка семян кобальтом и молибденом способствовала значительному усилению нитратредуктазной активности корней и в меньшей степени влияла на активность фермента в клубеньках.

4. Ацетиленовым методом и в опытах с ,51\1 установлено, что в начальный период развития люпина минеральный азот в норме 20 мг/кг песка оказывает ингибирующее влияние на азотфиксирующую активность растений, вследствие чего максимум сезонного изменения азотфиксирующей активности смещается на более поздние фазы онтогенеза: при симбио-трофном питании азотом наиболее высокая интенсивность азотфиксации отмечена у люпина л фазу ветвления, а при сочетании симбиотрофного типа питания азотом с автотроф-ным — в фазу цветения.

5. В опытах с 15Ы показано, что растения полностью используют азот семян до фазы розетки-ветвления и начинают интенсивно усваивать азот из других источников питания. Основное количество минерального азота растения используют до фазы цветения, в дальнейшем накопление азота идет, в основном, за счет молекулярного азота атмосферы. Форма азотных удобрений не влияет на количество усвоенного растениями минерального азота, однако, аммиачная селитра в большей степени угнетает процесс азотфиксации, чем кальциевая. Применение кобальта и молибдена не влияет на усвоение растениями азота из различных источников питания.

6. Условия минерального питания оказывают влияние на суточный ход процесса азотфиксации: в фазу цветения под действием азота аммиачной се'литры максимум азотфиксиру-ющей активности люпина сместился на более раннее время суток. ¿Минеральный азот вызвал также достоверное снижение азотфиксирующей активности люпина в 17 часов и некоторое ее увеличение в 21 час. При симбиотрофном питании азотом достоверное увеличение азотфиксирующей активности люпина в 1 час ночи было вызвано применением кобальта. Характер действия кобальта на суточный ход процесса азотфиксации изменяется под действием минерального азота.

7.• Между сезонной динамикой- активности нитратредукта-зы в клубеньках и сезонной динамикой азотфиксирующей активности люпина существует обратная зависимость: нитрат-редуктазная активность клубеньков, начиная с фазы ветвления до фазы массового цветения нарастает, а азотфиксирую-щая активность растений снижается. Внесение 20 иг/кг песка азота аммиачной селитры вызывает переход от обратной корреляции «между научаемыми процессами к прямой.

8. Результаты множественного регрессионного анализа показывают, что связи между содержанием химических элементов в растениях люпина в значительной степени определяются фазой их развития. На основании полевых и вегетационных опытов установлено, что активность нитратредуктазы в клубеньках достоверно связана с содержанием химических элементов в надземной массе люпина, но не связана с содержанием химических элементов в клубеньках. Активность фермента в 'клубеньках в различные фазы онтогенеза достоверно связана с содержанием в надземной массе только 5 элементов: азота, молибдена, кобальта, железа и фосфора, тогда как содержание азота, кобальта и молибдена в надземной массе •люпина связано с содержанием в ней всех изучаемых 9 элементов и активностью нитратредуктазы в клубеньках. Характер связи зависит от фазы онтогенеза.

Предложения для научно-производствешоИ —— -.---проверки-------- —

. . На зеленую массу люпин следует убирать в фазу образования бобов, поскольку в этот период корм характеризуется, максимальным накоплением сырого белка и низким (значй-; тельно ниже пороговой концентрации) содержанием молибдена; При. использовании растений, на зеленую массу молибденовые удобрения следует применять путем предпосевной обработки семян 0,05%-ным раствором молибдата аммония; на семенных посевах ■ люпина молибден следует вносить в почву в норме 0,3 кт/га в расчете на элемент, поскольку этот прием способствует-значительному накоплению молибдена в семенах, что исключает необходимость его внесения иод урожай будущего года.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Прохорова Т. М:"Изменение активности нитратредуктазы у люпина желтого под действием микроэлементов и азота. — Тезисы докл. Всес. конференции молодых ученых «Вопросы химизации и повышения плодородия почв». — М„ 1&82/ с. 59—60.

2. Ягодин Б. А'.,. Прохорова Т. М. Влияние различных способов "применения кобальта и молибдена на их содержание в люпине желтом. — Рук. депонирована во ВНИИТЭИСХ за .\г -74-83 Деп. Реферат рук. опубликован в РЖ.«Агрохимия», .N« 5, 1983, е..36. . - .

Л 75419 29/1V—85 г.

Объем 1 п. л.

Заказ 1100. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии ям. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно