Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Реализация азотфиксирующего потенциала гороха и сои в условиях Алтайского Приобья в зависимости от уровня минерального питания растений

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Реализация азотфиксирующего потенциала гороха и сои в условиях Алтайского Приобья в зависимости от уровня минерального питания растений"

На правах рукописи

ЛИТВИНЦЕВ Павел Алексеевич

РЕАЛИЗАЦИЯ АЗОТФИКСИРУЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА ГОРОХА И СОИ В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ

Специальность 06 01 04 - Агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул 2008

003166467

Работа выполнена в ГНУ Алтайский научно-исследовательский институт сельского хозяйства СО Россельхозакадемии

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Шотт Петр Рейнгольдович

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Спицына Светлана Федоровна

кандидат химических наук, доцент Ананьева Юлия Станиславовна

Ведущая организация ФГУ САС «Бийская»

Защита состоится «7» апреля 2008 года в «15 00» часов на заседании диссертационного совета Д 220.002.01 в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Адрес 656049, г. Барнаул, пр Красноармейский, 98 Факс(3852)628396

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «6» марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е Г Пивоварова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуал юность исследований. Фиксация атмосферного азота, свойственная бобовым растениям в симбиозе с клубеньковыми бактериями, вносит существенный вклад в баланс азота почвы. Так, у однолетних бобовых культур (соя, фасоль, горох и др) уровень азотфиксации составляет от 50 до 100 кг N2/n в год (Симаров, Аронштам, 1987) По другим данным он может достигать у сои до 300 кг/га (Keyser, Fudi, 1992) Сохранение и повышение почвенного плодородия за счет использования бобово-ризобиальных систем составляет основу «биологического земледелия»

Одним дз способов оптимизации азотного питания зернобобовых культур являете я инокуляция семян активным штаммом клубеньковых бактерий При этом отмечается, что эффективность этого агроприема во многом определяется условиями питания и генотипом растения - хозяина (Сичкарь и др , 1986, Кругова и др , 1994, Марьюшкин и др., 1994, Тимофеева, Коже-мяков, 200))

Реализация азотфиксиругощего потенциала зернобобовых культур зависит от множества факторов, которые подразделяются на эндогенные и экзогенные К первым относятся генотипические особенности макро- и микросимбионта ко вторым - агроклиматические условия, свойства почвы, обеспеченность растений элементами минерального питания, наличие в почве специфичных клубеньковых бактерий и др Изучение этих факторов, с целью управ тения процессом азотфиксации для увеличения доли биологического азота в питании растений и повышения продуктивности зернобобовых культур, я£ляется весьма актуальным направлением

Цель работы - дать теоретическое обоснование и разработать практические приел- ы улучшения азотного питания различных сортов гороха и сои за счет акти1изации симбиотической азотфиксации в условиях Алтайского Приобья

Задачи исследований:

1 Определить эффективность симбиоза районированных сортов гороха и сои с клубеньковыми бактериями в местных условиях

2 Изучить действие ризоторфина на формирование симбиотического аппарага, его азотфиксирующую активность и продуктивность сортов гороха и сои

3 Установить влияние обеспеченности растений макро- и микроэлементами на показатели симбиоза и урожайность гороха и сои

4 Оцепить уровень азотфиксации и продуктивность изучаемых культур в зависимости от густоты стояния растений

Научная новизна.

Впервые в условиях Алтайского Приобья изучены особенности формирования и функционирования симбиотического аппарата различных сортов гороха и сои Установлена взаимосвязь азотфиксирующей активности клубеньковых бактерий с густотой стояния растений, уровнем обеспеченности элементами минерального питания, продуктивностью культур и потреблением питательных веществ

На защиту выносятся:

1 Видовые и сортовые особенности формирования и активности симбиотического аппарата растений гороха и сои.

2 Приемы активизации процесса азотфиксации посевами гороха и сои с помощью препаратов клубеньковых бактерий.

3 Особенности формирования и азотфиксирующей активности симбиотического аппарата растений гороха и сои при различной площади питания и обеспеченности макро- и микроэлементами

Практическая значимость. По результатам исследований разработаны и предложены для внедрения в производство усовершенствованные технологии возделывания гороха и сои, включающие использование соответствующих каждой культуре биопрепаратов на основе клубеньковых бактерий Применение биопрепаратов обеспечивает повышение урожайности культур на 20-30 %, получение качественной продукции и улучшение экологической ситуации в агроценозах Материалы исследований использованы при разработке практических рекомендаций по возделыванию гороха и сои в Алтайском крае

Апробация работы. Результаты исследований обсуждены на методических советах центра по земледелию АНИИСХ (1999-2002 гг ), а также на научно-практических конференциях международных (Новосибирск, 1999, 2001, 2002, Абакан, 2002, Москва, 2004, 2005, 2006, Уланбаатар, 2004, Омск, 2005, Барнаул, 2006) и региональных (Барнаул, 2000, 2002, 2005, Новосибирск, 2000, 2004, Улан-Удэ, 2002, Омск, 2004)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 25 печатных работах

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 200 страницах; содержит 52 таблицы, 16 рисунков Состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству и 14 приложений Список литературы содержит 297 наименований, в том числе 91 на иностранных языках

* * *

Автор выражает благодарность своему научному руководителю кандидату с -х наук, старшему научному сотруднику Петру Рейнгольдовичу Шотту за консультации при проведении исследований и работе над диссертацией, коллективу лаборатории агрохимии и экологии АНИИСХ за помощь при проведении экспериментов

МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Диссертационная работа выполнена на основе обобщения материалов исследований автора за 1999-2002 гг, проведенных в ГНУ АНИИСХ (АНИИЗиС) по заданиям тематического плана НИР СО Россельхозакаде-мии и задшиям Главного управления сельского хозяйства администрации Алтайского края

Для решения поставленных задач в условиях Алтайского Приобья были проведены следующие полевые опыты

Опыт I «Уровень азотфиксации и продуктивность сортов гороха и сои в зависимое ги от азотного питания»

Исследования проведены в звене севооборота пар - пшеница - зернобобовые (1999-2001 гг) Схема опыта - 3-х факторный эксперимент с расщепленными делянками фактор А (сорт горох - Таловец 55, Титан, Варяг, соя -Алтом, СибНИИК 315), фактор В (азотное удобрение N0, N30, N6o), фактор С (ризоторфин без инокуляции, инокуляция) Площадь делянки по фактору В 66 м2, по фактору С - 33 м2 Повторность 4-х кратная

Азотнь е удобрения (Naa) вносились вразброс под предпосевную культивацию Ин окуляция семян бактериальным препаратом (горох - шт 245а, соя - шт 6456) осуществлялась в день посева полусухим способом из расчета 400 г/га

Опыт II «Влияние фосфорных, калийных удобрений и микроэлементов на азотфи <сацию и урожайность гороха и сои» Объекты исследований горох (Титан) и соя (Алтом) Схема опыта 1 Без удобрений 2 Р30 3 Р6о 4 РбоКзо i' Р60Кбо 6 РбоКбо+Мо 7 Р60Кб0+Со Площадь делянки 2,5 м2, повторность 4-х кратная Фосфорно-калийные удобрения вносили вручную, локально ia глубину 10-12 см, в виде Рсд и Кх Микроэлементы в виде мо-либдата аммония и нитрата кобальта применялись путем предпосевной обработки семян, соответственно 30 и 15 г/ц Посев проводили инокулирован-ными семенами Предшественник - яровая пшеница

Опыт III «Влияние молибдена и кобальта на накопление микроэлементов и урожай теть зернобобовых культур» Схема опыта 1 Контроль, 2 Мо (обработка семян), 3 Мо2 (обработка семян + внекорневая подкормка), 4 Со (обработка семян), 5 Со2 (обработка семян + внекорневая подкормка) Методика за<ладки и проведения эксперимента аналогична опыту II Микроэлементы вносили путем обработки семян (молибдат аммония - 30 г/ц, нитрат кобальта - 15 г/ц) и опрыскиванием растений в фазу бутонизации 0,05 % раствором солей из расчета 200 - 300 л/га

Опыт IV «Влияние густоты стояния растений на показатели симбиоза во взаимосв* зи с продуктивностью растений» Схема опыта включала варианты с различной нормой высева семян для гороха - 0,7, 1,0 и 1,3, для сои -0,4, 0,7 и 1,0 млн шт /га

Для определения влияния различных концентраций нитратного азота в питательной среде на формирование клубеньков и биомассы растений было проведено два вегетационных опыта с горохом (Титан) и соей (Алтом)

Схема 1 опыта. 1. Контроль (безазотный питательный раствор), 2. 0,1 ммоль N в течение первых 5 дней ("стартовая" доза нитратного азота), 3 0,4 ммоль N в течение первых 5 дней, 4 4 ммоль N в течение всего опыта

Схема II опыта. 1 Контроль (безазотный питательный раствор), 2 0,4 ммоль N в течение первых 5 дней, 3 0,2 ммоль N в течение всего опыта, 4 4 ммоль N в течение всего опыта Объем питательного раствора для сои - 2 л, для гороха -1 л Число растений соя - 5 шт/сосуд, горох - 4 шт/сосуд Повторность 4-кратная.

Продолжительность I опыта - 50 дней, II опыта -30 дней В питательном растворе использовались следующие соединения (ммоль/л) 0,7 К2804, 0,1 КС1, 0,5 1^804; 0,1 КН2Р04; микроэлементы (мкмоль/л): 0,5 Мп804, 10 Н3В03, 0,5 2п804, 0,2 Си804, 0,01 (Ш4)6М07024, 18 Ре (III) ЕДТА Нитратный азот вносился в виде Са(Ж)з)2 согласно схеме опыта В безазотной среде Са применялся в виде СаС12 Смена раствора осуществлялась каждые 5 дней В использованном растворе определялось остаточное количество нитратов экспресс-методом

Биометрические, сопутствующие наблюдения и химический анализ проведены по стандартным методикам. В исследованиях использовались методы изучения биологической фиксации азота воздуха, предложенные Г С Посьшановым (1991)

Исследования проведены на черноземе обыкновенном маломощном ма-логумусном среднесуглинистом (опыты 1-1V) и на серой лесной почве (опыт III). Пахотный слой чернозема характеризуется нейтральной реакцией среды (рНсод 6,8), содержанием гумуса 4,7 - 4,9 %, фосфора - от среднего до высокого, калия — высоким Обеспеченность растений нитратным азотом перед посевом во все годы исследований была низкой Серая лесная почва имеет следующие агрохимические характеристики рНсол 5,2, содержание гумуса 4,0-4,3 %, подвижных форм фосфора и калия - среднее Содержание подвижных форм молибдена и кобальта в черноземе 0,31 и 0,38 мг/кг, в серой лесной почве - 0,027 и 0,196 мг/кг, соответственно

Период проведения исследований характеризовался различными погодными условиями Из 4 лет 2 года характеризовались неблагоприятными условиями (особенно 1999 г), а условия увлажнения 2001 г и 2002 г способствовали формированию эффективного симбиоза растений с клубеньковыми бактериями и реализации зерновой продуктивности изучаемых культур

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сравнительная оценка симбиотического аппарата различных сортов гороха и сои. Наличие в почве клубеньковых бактерий Rhizobium leguminoscrum обеспечивает формирование симбиотического аппарата с одинаковыми морфологическим показателями у различных сортов гороха (рис. 1). Однако по азотфиксирующей активности сорт Варяг на 40 % превосходил остальные сорта.

Чис.г о клубеньков, шт./раст. Масса клубеньков, мг/0,1 Нитрогеназная активность,

раст. мкг азота/раст ■ час

ЕЭ'Галовец 55 в Титан □ Варяг

Рис. 1. Характеристики симбиотического аппарата различных сортов гороха (в среднем за 1999 - 2000 гг.)

Сортовые различия по формированию симбиотического аппарата и его активности 5ыявлены и у сои. Показано, что сорт СибНИИК 315 образует больше клубеньков (на 56 %), их общая масса почти в 2 раза, а удельная активность 1а 40 % больше, чем у сорта Алтом. По общей азотфиксирующей активности сорт СибНИИК 315 превосходит сорт Алтом в 4,5 раза (рис. 2).

800 600 400 200 0

Числэ клубеньков, шт./10 Масса клубеньков, мг/раст. Нитрогеназная активность, раст. мкг азота/раст. • час

□ Алтом

i СибНИИК 315

Рис. 2. Характеристики симбиотического аппарата различных сортов сои (в среднем за 2000 - 2002 гг.)

Отзывчивость зернобобовых культур на инокуляцию семян препаратами клубеньковых бактерий. В результате проведенных исследований установлены сортовые различия по ответной реакции зернобобовых культур на инокулщию семян клубеньковыми бактериями. В зависимости от условий года число клубеньков возрастало на 16-34 %, а масса увеличивалась на 29-57 %. При этом внесение ризоторфина повышает азотфиксирующую активность 1шубеньков у сортов Варяг и Таловец 55 соответственно в 2,9 и 2,6 раза, тогда как у сорта Титан только в 1,8 раза.

Изученные сорта сои также положительно отзывались на инокуляцию азотфиксирующая активность клубеньковых бактерий возрастала на 96 % у сорта Алтом, и на 36 % - у сорта СибНИИК 315, при незначительном увеличении числа и массы клубеньков

Влияние азотных удобрений на симбиотический аппарат гороха и сои. По результатам вегетационного опыта установлено, что максимальное накопление азота в растениях наблюдается при высоком уровне обеспечения растений минеральным азотом При этом доля симбиотрофного азота в общем потреблении элемента не превышает 4%

Субмалые дозы нитратного азота в целом негативно влияют на симбио-тические взаимоотношения Однако на ранних этапах онтогенеза, особенно у гороха, возможно проявление стимулирующего действия на прирост биомассы и азотфиксирующую способность, как стартового, так и длительного обеспечения растений нитратным азотом в субмалых концентрациях

В полевых исследованиях азотные удобрения в большей степени влияли на азотфиксирующую способность клубеньков, чем на их число и массу (табл 1).

Таблица 1 - Влияние азотных удобрений на характеристики симбиотического аппарата различных сортов гороха (фаза бутонизации, в среднем за 1999 — 2001 гг.)

Доза азота (В) Сорт (А) Средние(В)

Таловец 55 Титан Варяг

N0 N30 N¿0 Масс 208 179 159 а клубеньков, мг 266 196 169 /раст 228 191 177 234 189 168

Средние (А) НСР05для 182 средних А=21, 210 В=39, для часть 198 шх различий А = 197 36, В-48

N0 N30 Н60 Нитрогеназна) 26,0 7,2 4,4 1 активность, мк 17,7 10,6 9,9 г N2/pacT час 43,8 17,7 8,6 29,1 11,8 7,6

Средние (А) НСРоз для ср 12,7 едних А=10,8, 12,7 '=10,7, для част 23,3 ных различи А = 16,2 18,7, В=18,6

Так, применение азотных удобрений привело к снижению числа и массы клубеньков на корнях гороха в среднем на 18 - 19 % (N30) или 28 - 29 % (Ыбо) В то же время уровень азотфиксации снизился в 2,5 и 3,8 раза, причем процесс подавлялся в большей степени у сортов Таловец 55 и Варяг

Внесение азотных удобрений под сою также негативно отражалось на показателях симбиоза Под действием азотных удобрений у сорта Алтом

число клубеньков, снижалось в 1,5-2 раза, а масса - в 1,7-2,5 раза У сорта СибНИИК 315 отмечено снижение массы клубеньков в 1,5 -1,7 раза, то есть в большей степени минеральный азот ингибирует рост клубеньков, чем сам процесс клубенькообразования Азотфиксирующая активность клубеньков под влиян аем минерального азота не изменялась (СибНИИК 315) или снижалась в 1,5 - 2,3 раза (Алтом) В конечном итоге уровень азотфиксации в фазу цветения под действием азотных удобрений снизился в зависимости от дозы в 2,1 - 6,5 раза у сорта Алтом ив 1,2 - 1,4 раза у сорта СибНИИК 315 (табл. 2)

Таблица 2 - Влияние азотных удобрений на характеристики симбиотического аппарата различных сортов сои в фазу цветения (1) и плодообразования (2) (в среднем за 2001 и 2002 гг.)

Доза азота Алтом СибНИИК 315 Алтом СибНИИК 315

1 12 1 1 2 1 | 2 1 | 2

N0 N30 N60 Чис; 11,6 8,1 6,3 ю клубен) 23,3 19,8 11,0 jKOB, шт / 21,8 15,3 15,7 эаст 27,1 18,8 19,1 Мае 418 147 109 са клубен 1490 1050 450 ьков, мг/р 791 517 446 аст 1420 1030 1060

НСР05 0,8 3,9 4,0 Азот( 2,6 шксирую 64 щая актив 240 ность 92 180

мкг Ы2/мг клуб • час мкг Мг/раст час

N0 N30 N60 1,36 1 34 0,66 0,85 1,05 1,10 1,46 1,45 1,33 1,14 1,52 1,29 553 161 67 1429 1120 402 1146 850 751 1560 1420 1246

HCPos 1,45 0,19 F<¡,<Fo5 0,33 84 251 92 139

Таким образом, влияние минеральных азотных удобрений на симбиоти-ческие взаимоотношения между клубеньковыми бактериями и растением-хозяином носит отрицательный характер У сои подавляется формирование клубенько з, а у гороха - их азотфиксирующая активность. На поздних этапах онтогенеза сои ингибирующее действие азотных удобрений на симбиоз, как правил о, нивелируется

Влияние фосфорных и калийных удобрений на фиксацию азота зернобобовыми культурами. Применение фосфорных удобрений (Р60) положительно сказывается как на образовании клубеньков, так и на их азотфик-сирующей способности, что обеспечивает рост азотфиксирующей активности растений в среднем на 28 - 33% Калийные удобрения не оказывает влияния на морфологические показатели и азотфиксирующую способность клубеньков, однако, в засушливые годы (1999 г) повышают их удельную активность Аналогичное действие оказывают фосфорные и калийные удобрения на симбиотический аппарат сои

Формирование симбиотического аппарата и его активность при различной обеспеченности растений микроэлементами. При достаточном обеспечении растений фосфором и калием применение молибдена и кобальта не оказывает положительного влияния на симбиоз гороха с клубеньковыми бактериями Напротив, в засушливые годы (1999 и 2000 гг ) при обработке семян гороха молибденом зафиксировано достоверное снижение удельной азотфиксации на 24-35 % (табл 3)

Таблица 3 - Влияние микроэлементов на характеристики симбиотического аппарата гороха сорта Титан

(фаза бутонизации)

Вариант 1999 г 2000 г 2001 г В среднем за 1999-2001 гг и о о 1 2000 г 2001 г В среднем за 1999-2001 гг

РбоКбо Р6ОК6О+МО РбоКбо+Со Числс 8,2 8,9 8,4 клуб 9,4 7,7 7,6 еньков, и 9,5 8,4 10,9 1т /раст 9,0 8,3 9,0 Масс 103 118 112 а клуб 84 78 72 >еньков, I 72 57 82 лг/раст 86 84 89

НСР01 РбоКво РбоКбо+Мо РвоКбо+Со Рф<Рт 233 178 182 1,8 А [КГ N2 488 319 437 Рф<Рт зотфикси 'г клуб 443 446 449 рующая ак час 388 314 366 ГФ<Рт тивность 24 21 20 10 мкгМ 41 25 31 25 2/раст • ч 32 25 37 Рф<Рт ас 32 24 29

НСРоз 45 105 Рф<Рш 3 16 6

Существенного влияния кобальта на активность азотфиксации также не установлено. Следовательно, при содержании в почве 0,31 мг/кг Мо и 0,38 мг/кг Со применение микроэлементов по фосфорно-калийному фону не улучшает азотфиксирующую способность гороха

Из 4 лет исследований, положительное влияние молибдена на симбиоти-ческий аппарат сои отмечено лишь в 2001 г , а кобальта - в 1999 и 2001 гг При этом действие микроэлементов наблюдалось только до фазы цветения (табл 4).

Таким образом, внесение микроэлементов оказывает нестабильное влияние на симбиотический аппарат зернобобовых культур и проявляется только на ранних этапах развития симбиоза

Таблица 4 - Влияние микроэлементов на показатели симбиотического аппарата сои сорта Алтом в фазу цветения (1) и плодообразования (2) (в среднем за 2001 - 2002 гг.)

Число Масса Активность азотфиксации

Вариант клубеньков, шт /раст клубеньков, мг/раст мкг Ы2/г клуб час мкг Ы2/раст час

1 2 1 2 1 2 1 2

РбоКбо 26,6 48,8 1080 2330 720 700 940 1430

Р60К60+Мо 40,7 51,0 1240 2680 780 620 1010 1370

РбоКбо+Со 34,6 45,9 1180 2610 680 620 870 1410

НСРоз 8.1 140 РФ<Рт 70 Рф<Рт 120

Влияние инокуляции и азотных удобрений на урожайность гороха и сои. Невысокий уровень азотфиксации и преждевременная инактивация клубенькоЕ, вследствие неблагоприятных условий увлажнения в годы проведения ис:ледований, привели к тому, что инокуляция семян гороха оказала слабое влияние на рост растений и зерновую продуктивность культуры

В отличие от инокуляции, внесение минерального азота способствовало повышению продуктивности гороха на 20 - 30 % (1999 и 2000 гг ) В 2001 г, при уровне урожайности на контроле 6,0 - 6,5 т/га, были получены очень низкие относительные прибавки урожая (3-6%) Однако абсолютное увеличение продуктивности гороха составило 0,19 - 0,39 т/га и находилось на уровне предыдущих лет

Соя, в зависимости от условий года и генотипических особенностей сорта, по-разнэму реагирует на ризоторфин и азотные удобрения В частности, под действием ризоторфина к фазе физиологической спелости прирост биомассы составил 29% у сорта Алтом и 33% у сорта СибНИИК 315, а прибавка урожая зерна, соответственно, 29% и 35% (табл 5)

Таблица 5 - Урожайность сои в зависимости от источника азотного питания (в среднем за 1999-2002 гг.), т/га

Азотные удобрения (А) Алтом СибНИИК 315

Без инокуляции Ризоторфин Средние (А) Без инокуляции Ризоторфин Средние (А)

N0 N30 N60 1,79 2,25 2,47 2,31 2,66 2,87 2,05 2,46 2,67 1,55 1,81 1,98 2,09 2,15 2,37 1,82 1,92 2,18

Средние (В) 2,17 2,61 1,78 2,20

НСРоз для средних А=0,1б, В=0,16 для частных различий А =0,29, В=0,27 НСРоз для средних А=0,12, В=0,10 для частных различий А=0,19, В=0,18

Применение азотных удобрений на фоне без инокуляции обеспечило прибавку в 26% (N30) и 38% (N60) у сорта Алтом, и соответственно 17 и 28% у сорта СибНИИК 315. При бактеризации семян действие азотных удобрений снижается. Суммарное действие минерального и бактериального удобрений составило, в зависимости от дозы азотных удобрений, 49-60% у сорта Алтом и 39-52% у сорта СибНИИК 315. Следовательно, сорт Алтом в большей степени отзывается на внесение минерального азота, а сорт СибНИИК 315 лучше реагирует на бактериальное удобрение.

В целом за 4 года исследований наибольшее влияние на продуктивность сои оказывали почвенно-климатические условия года, затем азотные удобрения (Алтом) или ризоторфин (СибНИИК 315). Максимальное взаимодействие проявляется у следующих факторов: условия года - азотные удобрения и условия года - ризоторфин. Применение ризоторфина в значительной мере увеличивает поступление биологического азота, а при отсутствии клубеньковых бактерий в почве (2001 г.) не инокулированные посевы сои удовлетворяют свою потребность в азоте только за счет минерального азота. При этом общее потребление азота на неудобренных посевах в 2,5-2,7 раза меньше, чем на инокулированных (рис. 3).

кг/га Алтом СибНИИК 315

Ш Азот общий Я Азот биологический

1. Без удобрений, 2. N30, 3. N^, 4. Ризоторфин, 5. Ризоторфин + N30, 6. Ризоторфин + Nso-

Рис. 3. Потребление общего и биологического азота надземной биомассой сои, 2001 г.

Применение азотных удобрений снижает поступление биологического азота в растения и при дозе N60 его доля может снизиться в отдельные годы до 6%.

Влияние фосфорных и калийных удобрений на рост и продуктивность гороха и сои. Применение фосфорных и калийных удобрений положительно сказывается на росте растений гороха в первую половину вегета-

ции. В сре днем за три года прирост биомассы в фазу цветения от фосфорных удобрений составил 15 - 20%, от калийных - 6 - 13% Но к фазе полной спелости эффективность удобрений падает Однако, отмеченное ускорение роста растгний не оказало положительного влияния на урожай зерна, за исключением 1999 года, когда применение Р6о повысило урожайность на 12% (табл. 6)

Внесение калийного удобрения было неэффективным (К30) или положительно сказалось на урожайности гороха в умеренно засушливом 2000 году (Кбо) В среднем за 3 года достоверное увеличение урожайности гороха получено при внесении РбоКбо прибавка составила 0,32 т/га или 8% по отношению к нг удобренному варианту

Таблица 6 - Влияние фосфорно-калийных удобрений на урожайность гороха, т/га

Вариант 1999 г 2000 г 2001 г В среднем за 1999-2001 гг

Без удобрений 2,51 3,30 6,00 3,93

Рзо 2,59 3,31 6,23 4,05

Рб0 2,81 3,18 6,02 4,00

РбоКзо 2,89 3,22 6,06 4,05

РбО^о 2,87 3,52 6,38 4,25

НСРоз 0,14 0,28 0,51 0,18

Влияние фосфорно-калийных удобрений на рост растений сои было заметно уже в фазу цветения Максимально эффект фосфорных удобрений проявляется в неблагоприятные по увлажнению годы (41-43%) В годы достаточного -/влажнения эффективность фосфорных удобрений не превышала 20-23%

Калийные удобрения оказывали влияние на прирост биомассы лишь в дозе 60 кг д в /га 10 - 13% - в фазу цветения и 15-24% - в фазу плодообра-зования

Несмотря на активизацию ростовых процессов в растениях, зерновая продуктивность культуры под влиянием фосфорно-калийных удобрений возрастает :лабо (табл 7)

Таблица 7 - Влияние фосфорно-калийных удобрений на урожайность сои, т/га

Вариант 1999 г 2000 г 2001 г 2002 г В среднем за 1999-2002 гг

Без удобрений 2,32 2,14 3,69 3,19 2,84

Рзо 2,55 2,26 4,49 3,37 3,17

РбО 2,37 2,27 4,12 3,69 3,11

РбоКзо 2,46 2,31 3,91 3,65 3,08

РбоКво 2,70 2,54 4,08 3,73 3,27

НСР05 0,26 0,31 0,28 0,33 0,15

Положительный эффект фосфорных удобрений проявился лишь в достаточно увлажненные годы (2001 и 2002 гг.), а калийные удобрения были эффективны в засушливый год (1999 г.). В среднем за 4 года фосфорные удобрения обеспечили прибавку зерна 0,27 - 0,33 т/га (9 - 12%), а суммарный эффект фосфора и калия составил 15% или дополнительно 0,43 т/га зерна.

Эффективность микроудобрений на посевах зернобобовых культур. Установлено, что на фоне фосфорно-калийных удобрений предпосевная обработка семян гороха молибденово-кислым аммонием не оказывает существенного влияния на урожайность культуры. Действие нитрата кобальта меняется от положительного (1999 год) до отрицательного (2001 год), что согласуется с влиянием кобальта на ростовые процессы в растениях (табл. 8).

Таблица 8 - Влияние обработки семян микроэлементами на урожайность гороха, т/га

Вариант 1999 г. 2000 г. 2001 г. В среднем за 1999-2001 гг.

РбоКйо 2,87 3,52 6,38 4,25

РбоКбо+Мо 2,94 3,44 6,24 4,21

РбоК60+Со 3,18 3,45 5,97 4,20

НСР05 0,26 0,25 0,24 0,17

В опыте, где микроэлементы применялись без фосфорно-калийных удобрений, получены иные результаты. Так, предпосевная обработка семян молибденово-кислым аммонием и нитратом кобальта увеличила урожайность гороха на черноземе обыкновенном в среднем на 13 %, а дополнительная подкормка растений микроэлементами в фазу бутонизации была неэффективной (рис. 4).

Без удобрний

НСР05 = 0,40 (чернозем) и 0,31 (серая лесная почва) 4,49 р

Со*+Со**

I Чернозем обыкновенный * обработка семян

0 Серая лесная почва

некорневая подкормка

Рис. 4. Влияние микроудобрений на урожайность гороха (в среднем за 1999-2000 гг.)

Следовательно, при обработке семян вносится достаточное количество микроэлементов для роста растений, и нет необходимости в дополнительном их вьесении во время вегетации. В то же время на серой лесной почве одной обработки семян нитратом кобальта недостаточно и требуется внесение кобал ьта еще по вегетации.

Таблица 9 - Влияние обработки семян микроэлементами на урожайность сои, т/га

Вариан" 1999 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. В среднем за 1999-2002 гг.

РбоКбо 2,70 2,54 4,08 3,73 3,27

Р60К60 + Мо 2,43 2,51 3,77 3,74 3,11

Р60К60 + Со 2,53 2,76 3,76 3,84 3,22

НСРоЗ 0,18 0,29 0,36 0,33 0,14

На посгвах сои на фоне фосфорно-калийных удобрений, положительного влияния микроэлементов также не обнаружено. Напротив, обработка семян молибденом приводит в засушливые годы (1999 г.) к отставанию в росте и снижению урожайности сои (табл. 9).

Положительное влияние молибдена и кобальта на урожайность сои проявляется, как и у гороха, если посевы не удобрены фосфором и калием (рис. 5). В среднем за 2 года эффект составил 15 % при предпосевной обработке семян и 18 - 20 % - при двукратном применении микроудобрений.

га НСР05 = 0,25 (чернозем) и 0,16 (серая лесная почва)

2,69 2,78 3,04 3 75 3,53

1 9П ? 19 Я ? 79 ? 19 2,25 1

К - ■ - В -

J -

Контроль Мо* Мо*+Мо** Со* Со*+Со**

■ Чернозем обыкновенный Я Серая лесная почва

* обработка семян ** некорневая подкормка

Рис. 5. Влияние микроудобрений на урожайность сои (в среднем за 1999-2000 г г.)

Из-за н изкого содержания подвижных форм молибдена и кобальта в серой лесной почве, в растениях накапливается значительно меньше микроэлемен-

тов, чем в растениях, выращенных на черноземе Так, на серой лесной почве в фазу цветения в листьях сои содержалось от 0,095 до 5,37 мг/кг молибдена и 0,066 -1,74 мг/кг кобальта, в зависимости от варианта опыта В то же время, в растениях сои, выращенных на черноземе, концентрация молибдена в листьях составляла 0,68 - 10,15 мг/кг, а кобальта - 0,165 - 2,34 мг/кг

Различное содержание микроэлементов в биомассе сои, приводит к соответствующему их накоплению в семенах в зерне сои, выращенной на серой лесной почве, содержалось 0,82 - 4,18 мг/кг молибдена и 0,06 - 0,43 мг/кг кобальта, а на черноземе - соответственно 4,11 - 10,1 и 0,18 - 0,76 мг/кг

Активность симбиоза и продуктивность растений в зависимости от площади питания растений. Исследования показали, что независимо от нормы высева гороха (от 0,7 до 1,1 млн шт/га) на корнях формируется примерно одинаковое число клубеньков с близкими значениями нитроге-назной активности Следовательно, азотфиксирующая способность посева определяется главным образом количеством растений на единице площади Так, азотфиксирующая активность посевов гороха при густоте стояния растений 1,1 млн./га превосходит посевы с густотой стояния растений 0,7 млн /га в среднем на 77 % (табл 10)

На посевах сои изменение густоты стояния растений слабо влияет на формирование симбиотического аппарата, но существенно меняет его азот-фиксирующую активность. Так, активность азотфиксации в расчете на одно растение при густоте стояния 0,8 млн/га составляет всего 64% к уровню азотфиксации при густоте 0,4 млн /га. Тем не менее, азотфиксирующая активность посева с увеличением густоты стояния за счет количества растений возрастает на 30%

Таблица 10 — Влияние густоты стояния растений на показатели симбиотического аппарата гороха и сои (в среднем за 1999 - 2001 гг.)

Густота стояния растений, млн шт/га Число клубеньков Масса клубеньков Нитрогеназная активность

шт /раст млн шт/га мг/раст кг/га мкг N2/pacT час г N2/ra час

0,7 0,9 1,1 6,9 7,9 7,0 Горох 4,63 6,66 7,61 бутонизаи 105 152 92 ия) 66 123 99 71 92 75 45 74 80

HCPos 0,4 0,6 0,8 F<ti<F05 19,4 17,7 17,4 2,22 Соя 7,8 10,6 13,9 7f/j< Г'П5 (цветение4 1046 943 782 51 418 566 626 Рф<Р05 390 267 248 31 156 160 199

HCPos Рф<РГ05 4J 205 16 132 100 27

Биомасса одного растения гороха увеличивается с уменьшением густоты стояния растений, однако, этот прирост биомассы не компенсирует меньшее число растений на единице площади Поэтому выход сухого вещества с гектара увеличивается (в среднем на 21 %) с повышением нормы высева Однако зерно! ая продуктивность гороха с увеличением числа растений с 0,7 до 1,1 млн игг/га практически не изменяется (табл И)

Таблица 11 - Влияние густоты стояния растений на формирование биомассы гороха (бутонизация) и сои (цветение) и их зерновую продуктивность

Густота стояния Биомасса растений (в с в) Урожай зерна

растений, млн шт /га г/раст т/га г/раст т/га

Горох

0,7 2,83 1,88 5,90 4,04

0,9 2,39 2,06 4,82 4,24

1,1 2,06 2,27 3,81 4,30

НСР01 0,30 0,18 0,35

Соя

0,4 13,5 5,4 5,9 2,36

0,6 9,1 5,5 4,4 2,64

0,8 7,0 5,6 3,6 2,88

НСР05 1,5 Рф<Раз 0,2 2,5

Соя, по сравнению с горохом, в большей степени отзывается на увеличение площади питания Так, при густоте стояния 0,4 млн шт /га надземная биомасса одного растения в фазе цветения практически в 2 раза превосходит биомассу растений, выращенных при густоте 0,8 млн шт /га. Тем не менее, с увеличен ием числа растений на единице площади отмечается рост зерновой продуктивности, особенно, когда рост растений не лимитируется недостатком влаги

Таким образом, для реализации азотфиксирующего потенциала и зерновой продуктивности оптимальная густота стояния растений находится для гороха в пределах 0,9-1,1 млн шт /га, а для сои - 0,6-0,8 млн шт /га Снижение густот стояния приводит к уменьшению суммарной азотфиксации посевов и нед обору урожая

Экономическая эффективность применения ризоторфина и минеральных удобрений на посевах гороха и сои. Возделывание зернобобовых культур в целом характеризуется высоким уровнем рентабельности, позволяющим вести расширенное воспроизводство Тем не менее, улучшение условий питания растений с учетом их сортовых особенностей позволяет улучшить экономические показатели производства зерна гороха и сои

Так, сорт гороха Варяг положительно отзывается на инокуляцию семян и применение азотных удобрений (N30), что способствует росту рентабельности В то же время при возделывании сортов Таловец 55 и Титан применение ризоторфина и азотных удобрений экономически не выгодно.

Анализ экономической эффективности применения минеральных и бактериальных удобрений в технологии возделывания сои показал, что у сорта СибНИИК 315 максимальная рентабельность достигается при использовании ризоторфина (125 %), а у сорта Алтом - при совместном внесении бактериального и минерального (Ы6о) удобрений (138 %)

Применение фосфорных удобрений с экономической точки зрения оправдано только под сою в дозе до 30 кг д в /га

ВЫВОДЫ

1 Формирование симбиотического аппарата и его активность определяется видовыми и сортовыми особенностями зернобобовых культур В условиях Алтайского Приобья азотфиксирующая активность симбиотического аппарата гороха достигает 68- 120 мкг Кг/растение час, большей активностью отличается сорт Варяг Растения сои, при наличии в почве спонтанной расы Вг ]ароп1сит и благоприятных условиях, образуют клубеньки способные фиксировать атмосферный азот в количестве 233 — 1280 мкг ^/растение • час, более активным симбиозом отличается сорт СибНИИК 315

2 Изученные сорта гороха и сои положительно реагируют на инокуляцию семян селекционным штаммом клубеньковых бактерий При этом у сортов гороха Варяг и Таловец 55 возрастает азотфиксирующая активность симбиотического аппарата, а у сорта Титан увеличивается количество и масса клубеньков Но, несмотря на активизацию симбиоза, бактериальное удобрение слабо влияет на продуктивность гороха, тем не менее, в благоприятные годы наблюдается рост урожайности культуры на 11- 16 %

Внесение ризоторфина способствует увеличению общей азотфиксирующей активности клубеньков у сои сорта Алтом на 96 %, а у сорта СибНИИК 315 — на 36 %, что обеспечивает увеличение урожайность культуры соответственно на 7 и 17 % В случае отсутствия специфичных клубеньковых бактерий в почве использование ризоторфина на сое обеспечивает увеличение зерновой продуктивности в 2,2 (Алтом) и 2,8 (СибНИИК 315) раза

3 Субмалые дозы нитратного азота, в начальный период онтогенеза, положительно влияют на прирост биомассы и не оказывают негативного влияния на симбиоз Высокая концентрация нитратного азота в питательном растворе ингибирует процесс азотфиксации и способствует переходу растений на автотрофный тип азотного питания Питание растений только за счет симбиотрофного азота удовлетворяет их потребность в элементе только на 30-50% по отношению к общему выносу азота биомассой растений при достаточном обеспечении минеральным азотом

В полевых условиях степень негативного эффекта минерального азота зависит от сортовых особенностей растений и дозы внесенных удобрений На более поздних этапах развития растений ингибирующее действие азотных удобрений снижается, и азотфиксирующая активность удобренных посевов может восстановиться до уровня контроля В целом фиксация молекулярного азота удобренных азотом посевов снижается в 1,8-5,1 раза у гороха и в 1,3-3,5 эазаусои

4 На фэне низкого содержания азота в почве и слабого симбиоза прирост урожая гороха при внесении азотных удобрений может достигать 20-30% к урожаю не удобренных посевов При внесении азотных удобрений под сою прибавка урожая варьирует от 17 до 38 % на не инокулированном фоне и от 13 до 25 % при посеве с ризоторфином При этом сорт Алтом лучше отзывается на внесение минерального азота, чем сорт СибНИИК 315

5 Действие фосфора в реализации азотфиксирующего потенциала гороха и сои проявляется в стимулировании нодуляции Улучшение условий калийного го гания способствует повышению удельной азотфиксирующей активности клубеньков в условиях недостаточного увлажнения

6 При среднем и низком содержании в почве подвижных форм молибдена и кобальта внесение микроэлементов оказывает положительное влияние на урожайность гороха и сои Эффективность молибденовых удобрений не зависит от типа почвы, а действие кобальтовых удобрений выше на серой лесной почве Применение этих микроэлементов по фосфорно-калийному фону не улучшает азотфиксирующую способность гороха

7 Уменьшение площади питания растений слабо влияет на размер и азотфиксирующую активность симбиотического аппарата (горох) или снижает азотфиксирующую активность отдельных растений (соя) Но за счет числа расте ний на единице площади, с увеличением густоты стояния растений азотфиксирующая способность посева возрастает Оптимальная густота стояния рас тений с точки зрения реализации азотфиксирующего потенциала в сочетании с зерновой продуктивностью находится в пределах 0,9-1,1 млн шт /га для i ороха, и 0,6-0,8 млн шт /га для сои Снижение густоты стояния растений ниже указанных величин приводит к уменьшению размеров азот-фиксации и к недобору урожая

8 Внесение минеральных азотных удобрений под горох экономически неэффективно Положительный экономический эффект от улучшения азотного питания отмечается у сои, причем, производство зерна сорта СибНИИК 315 имеет наибольшую рентабельность при использовании ризо-торфина, а сорта Алтом - при совместном применении бактериального и минерального (Neo) удобрения Применение фосфорных удобрений (Рзо) оправдано с экономической точки зрения только под сою

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для реализации азотфиксирующего потенциала и повышения продуктивности зернобобовых культур в условиях Алтайского Приобья рекомендуется

1 Формировать посевы с густотой стояния растений гороха 0,9-1,1 и сои 0,6-0,8 млн. шт /га

2. При возделывании гороха сорта Варяг, с целью улучшения азотного питания и повышения урожайности, следует проводить предпосевную инокуляцию семян ризоторфином (штамм 250а) На почвах с низкой обеспеченностью азотом возможно допосевное внесение азотных (N30) удобрений

3 В технологии возделывания сои рекомендуется применение ризо-торфина (штамм 6456) и, в зависимости от обеспеченности растений азотом почвы, внесение азотных удобрений (только сорт Алтом) в дозе до 60 кг д.в /га.

4 При среднем содержании в почве подвижного фосфора и повышенного обменного калия применение фосфорных или калийных удобрений под горох нецелесообразно, а на посевах сои требуется внесение фосфорных удобрений до 30 кг д в /га.

5 На почвах с низким или средним содержанием молибдена или кобальта целесообразно внесение соответствующих микроудобрений с семенами

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи

1 Шотт П Р Основные направления прикладных исследований по проблеме симбиотической азотфиксации бобовыми культурами [Текст] / П Р Шотг, П А Литвинцев // Сельскохозяйственные ресурсы Алтайского края и повышение эффективности их использования Сборник научных трудов/ РАСХН, Сиб отд-ние, АНИИЗиС - Барнаул, 2000 - С 142-146

2 Шотт П Р Роль атмосферного азота в питании сельскохозяйственных культур [Текст] / П.Р Шотт, П А Литвинцев // Почвенно-агрохимические исследования в Сибири Сборник научных трудов Вып 5 - Барнаул изд-во АГАУ, 2000 - С 3-7

3 Шотг П Р Потребление элементов питания и белковая продуктивность сои на черноземах Алтайского Приобья [Текст] / П Р Шотт, В П Старостен-ко, П А Литвинцев // Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур Сборник научных трудов -Орел, 2004 -С 342-349

4 Литвинцев П.А Уровень азотфиксации, потребление питательных веществ и продуктивность сортов гороха в зависимости от источника азот-

ного питания [Текст] II Современные проблемы и достижения аграрной науки в земледелии, селекции и животноводстве Сб научных трудов / РАСХН Сиб отд-ние - Барнаул, 2005 - С 79-88.

5 Гамзиков Г П Продуктивность сои в зависимости от источников азотного питания [Текст] / Г П Гамзиков, П Р Шотт, П А Литвинцев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки - 2007 - № 7 - С 21 - 28

6 Литвинцев П А Азотфиксация и продуктивность сортов гороха и сои в зависимости от источника азотного питания И Сибирский вестник сельскохозяйственной науки - 2007 - № 9 - С 27-36

Материмы конференций

1 Литвинцев П А. Отзывчивость сои на инокуляцию семян клубеньковыми бактеэиями [Текст] / Сибирская аграрная наука III тысячелетия Материалы конф молодых ученых СО РАСХН (Краснообск, 26 апреля 2000 г) -Новосибирс к, 2000 - С 99-100

2 Шотт П Р Оптимизация обеспеченности зернобобовых культур микроэлементами [Текст] / П Р Шотт, П.А Литвинцев // Научное обеспечение АПК Сибири, Монголии, Казахстана, Беларуси и Башкорстана Материалы 5-й Междунар науч - практ конф (Абакан, 10-12 июля 2002 г) / РАСХН, Сиб отд-ние - Новосибирск, 2002 -С 173-174

3. ЛитвгнцевПА Уровень азотфиксации и продуктивность сортов сои в зависимости от азотного питания [Текст] / Д Н Прянишников и развитие агрохимии з Сибири Материалы науч конф по агрохимии (г Улан-Удэ, 2002 г) - Новосибирск, 2003 -С. 148-155

4 Литвинцев П А Вклад биологического азота в формирование надземной биомассы сои [Текст] // Применение средств химизации - основа повышения продуктивности с - х. культур и сохранения плодородия почвы Материалы 38 Междунар науч конф (Москва, 28-29 апреля 2004 г) - М ВНИИА, 2004 - С 209-212

5 Литвинцев П А Влияние азотных удобрений и ризоторфина на показатели симбиоза и зерновую продуктивность сортов сои [Текст] // С - х наука АПК Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана Труды 7-й Международной н 1уч -прак конф (Улан-Батор, 19-23 июля 2004 г) - Новосибирск, 2004 -С 121-125

6 Литвинцев П А Влияние фосфорных и калийных удобрений на азот-фиксацию и зерновую продуктивность сои [Текст] // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых Труды конф молодых ученых СО РАСХН (15-16 ноября 2004 г, пос Краснообск) - Новосибирск, 2004 - С 37-42

7 Литви -щев П А Реакция гороха и сои на субмалые концентрации нитратного азота в питательном растворе [Текст] // Молодые ученые Сибирско-

го региона - аграрной науке Материалы межрег конф молодых ученых (Омск, 15-16 апреля 2004 г)/ РАСХН Сиб отд-ние СибНИИСХ - Омск, 2004.-Вып 4 - С 45-49

8 Литвинцев П А Влияние микроэлементов на азотфиксирующую способность и зерновую продуктивность сои [Текст] / Агроэкологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур Материалы 39 Междунар науч конф -М ВНИИА, 2005 -С 258-260

9 Литвинцев ПА Эффективность применения ризоторфина на сое [Текст] /ПА Литвинцев, П Р Шотт // Аграрная наука - сельскому хозяйству (Международная научн -практ конф ) сборник статей Кн I - Барнаул изд-во АГАУ, 2006 - С 136-139

10 Литвинцев П А Отзывчивость сои на ризоторфин в зависимости от погодных условий [Текст] / Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Материалы 40-й Междунар науч конф (ВНИИА) - М ВНИИА, 2006 - С 227-229

Рекомедаиии

1 Возделывание сои в Алтайском крае Рекомендации [Текст] // Г.П Гамзиков, Н.И Васякин, . П А Литвинцев и др / РАСХН, Сиб отд-ние, АНИИЗиС, Под ред В.В Яковлева и В И Усенко - Барнаул, 2000 -30 с

2 Соя в Алтайском крае рекомендации по возделыванию [Текст] // Н И Васякин, В И Столяров, . П А. Литвинцев и др / РАСХН, Сиб отд-ние, АНИИСХ; Под ред В В Яковлева - Барнаул, 2006 -35 с

__JIP № 020648 от 16 декабря 1997 г_

Подписано в печать 21 09 2007 г Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов Печать ризографная Гарнитура «Times New Roman» Уел печ л 1 Тираж 100 экз Зака; № 4?.

Издательство АГАУ 656049, г Барнаул, пр Красноармейский, 98, тел 62-84-26