Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Роль ассоциативных диазотрофов в формировании урожая сортов яровой пшеницы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Роль ассоциативных диазотрофов в формировании урожая сортов яровой пшеницы"

На правах рукописи

г Г б и а : МАЙ №г

Виноградова Любовь Владимировна

РОЛЬ АССОЦИАТИВНЫХ ДИАЗОТРОФОВ В ФОРМИРОВАНИИ УРОЖАЯ СОРТОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

Специальность 06.01.04 - «Агрохимия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1999

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте удобрений и агропочвоведения имени Д.Н. Прянишникова в 1996-1999 гг.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Л. Завалин

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Соколов О.Л. кандидат биологических наук Кожемяков Л.П.

Ведущее учреждение - Всероссийский НИИ информатизации агрономии и экологии (ВНИИ Агроинформ.)

Защита состоится "П" ьШХ ^_2000 г. в 14 часов на заседании

диссертационного совета Д 020.09.01

Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 31, ВИУЛ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИУЛ. Автореферат разослан "6" 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Пухальская Н. В.

/72^. У- №. О

П2&. /- ^М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Летугщ^уюстоопем^ы^ Азот стоит на первом месте среди элементов, определяющих плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур. Содержание доступного азота в дерпово-подзолистых почвах находится в «первом минимуме» и определяет уровень урожаев сельскохозяйственных культур.

В последнее время все большее внимание уделяется изучению роли биологического азота в формировании урожая. Он считается мощным фактором повышения плодородия почв, создает благоприятный (¡юн для адаптивного земледелия, а также позволяет экономно расходовать минеральные удобрения.

В связи с поиском путей увеличения производства растениеводческой продукции при одновременном снижении доз минеральных удобрений и улучшении экологической обстановки возрос интерес к препаратам, созданным на основе высокоэффективных штаммов ассоциативных микроорганизмов, применяемых для инокуляции семян злаковых культур (Берестецкин и др., 1985; Васюк, 1989; Умаров, 1986; ! !оу!:ш(!, 1998). Инокуляция положительно влияет на развитие растений, что обусловлено не только улучшением азотного питания растений при внедрении в их ризосферу диазотрофов, но н воздействием микроорганизмов через физиологически активные вещества и микробиостатический эффект (Бойко, 1989; Окоп, 1998).

Для широкого использования биопрепаратов в сельскохозяйственном производстве необходимо теоретически обосновать роль диазотрофов в питании растений и формировании качества зерна яровой пшеницы, а также выявить их влияние на растение в зависимости от сортовых особенностей.

Цель и задачи исследований. Основной целыо работы являлось изучения влияния микробных препаратов и азотного удобрения на питание растений, формирование урожайности, а также на интегральные показатели фотосинтеза растений па дерново-подзолистой почве Нечерноземной зоны России.

Предусматривалось решение следующих задач:

1. Определить влияние азотного удобрения и микробных препаратов на формирование зерновой продуктивности яровой пшеницы.

2. Изучить воздействие микробных препаратов, азотного удобрения и их сочетаний на динамику формирования биомассы растений, содержание и накопление растениями азота.

3. Выявить влияние условий азотного питания на распределение азота между вегетативными и репродуктивными органами растений пшеницы.

4. Исследовать влияние инокуляции препаратами ассоциативных диазотро<!юн на рахчичные (.Ьотосинтетические характеристики яровой пшеницы.

5. Выявить сортовую специфику различных сортов яровой пшеницы по признаку взаимодействия с дназотрофами.

- ! -

Научная новизна. Предпосевная обработка семян препаратами ассоциативных диазшрофов способствует достоверному увеличению зерновой продуктивности яровой пшеницы на дерново- подзолистой почве по сравнению с фоном PK. В благоприятные по погодным условиями годы действие препаратов равноценно внесению 30 кг/га минерального азота. В годы с засушливым периодом в первую половипу вегетации эффективность биопрепаратов проявляется в меньшей степени и только на фоне азотного удобрения.

Диазотрофы равноценно минеральному азоту влияют на соотношение зерна и соломы в биологическом урожае яровой пшеницы.

При использовании микробных препаратов под пшеницу формирование биомассы растений в онтогенезе не уступает действию азотного удобрения, а в некоторых случаях обеспечивает преимущество. Более высокая эффективность биопрепаратов по влиянию на урожайность и концентрацию азота в растениях проявлялась при их использовании на фоне минерального азотного удобрения.

На дерново-подзолистых почвах, имеющих низкую обеспеченность минеральным азотом, для активного развития диазотрофов в начальный период необходимо внесение стартовой дозы минерального азота (N30). Повышая биомассу растений и площадь листьев, диазотрофы в ряде случаев положительно влияют на интегральные показатели фотосинтеза яровой пшеницы.

Препарат флавобактерин более эффективен по сравнению с эталонным препаратом ризоагрином. Показана значительная сортовая специфика яровой пшеницы по признаку взаимодействия с диазотрофами.

Практическая значимость работы. Выявленные закономерности формирования величины и качества урожая яровой пшеницы служат теоретической основой дня разработки технологии применения препаратов ассоциативных азотфиксируюших микроорганизмов с целью повышения роли биологического азота в земледелии. Использование микробных препаратов позволит экономить азотные удобрения.

Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на конференциях «Биологические основы интенсификации земледелия» (Москва, ВИУА, 1997); «Агрохимия на пороге XXI века» (Москва, ВИУА, 1998); The 11th Int.Congress on Nitrogen Fixation (Institut Pasteur, Paris, France); The 13й1 European Congress on Nitrogen Fixation (Lunteren, September 20-25, 1998).

По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 135 страницах, состоит из введения, 8 глал, выводов. В тексте приведено 32 таблицы и 20 рисунков, в приложении 6 таблиц. В списке литературы приведено 220 источников, из них 133 зарубежных.

1.Условия и методы проведения исследований

Исследования проводили с мягкой яровой пшеницей сортов Ирги-на и Приокская на территории селекционной станции МСХА в течение вегетационных сезонов 1996-1998 годов. Сорт Иргина раннеспелый, устойчив к прорастанию на корню, не склонен к полеганию. Относится к наиболее ценным сортам по качеству зерна. Преимущество сорта заключается в его скороспелости и способности ежегодно давать кондиционные семена. Приокская - высокопродуктивный среднеспелый сорт, созревает за 70-90 дней. Устойчив к полеганию. Обладает зерном хорошего качества. Отличается быстрым ростом после всходов.

Погодные условия в годы проведения исследований существенно различались по увлажнению и теплообеспеченности. В 1996 г. май был влажным и с температурой, несколько превышающей среднемноголет-шою, что способствовало появлению дружных всходов. В целом, первый год исследований был типичным для данной природно-климатической зоны, хотя август был жарким и засушливым. Май 1997 г. был несколько засушливым, особенно его вторая декада, что в некоторой степени замедлило появление всходов. В июне количество осадков значительно превысило с ре дн с м 11 о гол етн и е значения, температура воздуха была повышенной. Эти условия вызвали значительный прирост биомассы растений. Погодные условия июля и августа были нетипичные: осадков выпало крайне мало, а температура была выше среднемноголетней на два градуса. Май 1998 г. характеризовался неблагоприятными условиями для развития растений: хотя температура была nuiue среднемноголетней, количество осадков было недостаточным, особенно в первой декаде, что неблагоприятно отразилось на всходах. В июне этого года выпало недостаточное количество осадков и температура превышала средне-многолетшою, что вызвало более раннее цветение растений и относительно низкий прирост биомассы. Погодные условия июля и августа были п целом благоприятные, хотя в августе выпало очень высокое количество осадков, что замедлило созревание зерна.

Таким образом, погодные условия в годы проведения опытов существенно различались и оказали значительное влияние на рост и развитие растений и на формирование их продуктивности.

Опыт проводили на типичной для центрального Нечерноземья России среднесуглинистой дерново-подзолистой почве, имеющей следующую агрохимическую характеристику: гумус по Тюрину - 2,44 -2,48%; рН солевой вытяжки - 5,5 - 5,7; подвижных (¡юрм PiO», по Кирсанову - 96 - 103 мг/кг почвы; подвижных форм К20 по Кирсанову - 77 -86 мг/кг почвы; общим азот по Кьельдалю-Йодельбауеру - 0,163 -0,165%; гидролитическая кислотность по Капнену - 1,8 - 2,9 мэкв/100 г почвы; сумма поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу - 20,2 -20,8 мэкв/100 г почвы; N-NOj- 12,3 - 14,2 мг/кг; N-NH4 - 3,1 - 4,3 мг/кг

В опыте изучали У((фективность препаратов следующих ризо-сфершлх диазотро(|>о»: рнчоафина (p. Agrohacterium raihohucter) и фла-вобактерина (l'Uivohacterium sp).

Микробные препараты изготовлены ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии на основе высокоэффективных штаммов ассоциативных микроорганизмов. Эти штаммы обладают рядом преимуществ, главным из которых является способность к образованию эффективной ассоциации между растением и микроорганизмом, в результате которой фиксируется молекулярный азот и переводится в формы, легко усвояемые растениями. Данные штаммы характеризуются высокой конкурентоспособностью по отношению к фитопатогенным грибам, что повышает устойчивость растений к болезням. Бактерии обладают способностью синтезировать ростовые и другие биологически активные вещества, таким образом увеличивая поглотительную способность корней и усиливая ростовые процессы. Препараты представляют собой порошковидный торфяной субстрат с влажностью 45 - 55%, обогащенный питательными веществами. В одном грамме препарата содержится 6-10 млрд. бактериальных клеток. Инокуляцию семян биопрепаратами производят в день посева нормой 600 г на 6 млн. всхожих семян.

Опыт закладывали на делянках посевной площадью 1,98 кв.м, учетной - 1,44 кв.м. Повторность опыта четырехкратная. Минеральные удобрения в форме Naa, Рсд и Кх вносили перед посевом, заделывая в 010-сантиметровый слой почвы. В целях избежания недостатка фосфорного и калийного питания растений в качестве фона (из расчета на кв.м) внесены: 4,0 г Р2 О5 и 9,0 г К^О. На этом фоне изучали три дозы азота: 3,0 г, 6,0 г и 9,0 г/кв.м, что соответствует 30, 60 и 90 кг/га. Посев семян с нормой высева 500 семян/кв.м проводили в последней декаде апреля, в соответствии с погодными условиями каждого года.

По фазам развития (кущение, трубкование, цветение, полная спелость) отбирали образцы растений для изучения нарастания биомассы, поступления азота в растения и определения фотосинтетических характеристик. Растения анализировали общепринятыми для агрохимических и физиолого-агрохимических исследований методами. Площадь листьев определяли методом измерения листьев на корню. Чистую продуктивность фотосинтеза определяли по общепринятым формулам (Ничипоро-вич, 1961).

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакетов статистической обработки данных "Excel" и разработанной в ВИУЛ программы "STAT'.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Влияние условий азотного питания на продуктивность яровой пшеницы.

Интегральным показателем, отражающим условия питания, служит продуктивность растений (табл. 1).

Продуктивность обоих сортов пшеницы повышалась по сравнению с РК - фоном при внесении азотного удобрения. Сорт Приокская проявил

большую отзывчивость на применение минерального азотного удобрения, чем сорт Иргипа.

Таблица 1. Влияние инокуляции препаратами ассоциативных диазотро-фов на урожайность зерна яровой пшеницы, г/м *

Вариант Иргина Приокская

1996г 1997г |99Хг Средняя 1996г 1997г |99Хг Средня:

1. РК 156 179 173 169 108 124 ИЗ 115

2. РК + РЛ 155 184 171 170 156 133 104 131

3. РК + ФБ 214 201 188 201 127 148 122 132

4. №0РК 215 235 226 223 112 135 122 123

5. ЮОРК ( 252 270 236 249 137 121 108 122

РЛ

6. ЮОРК + 233 248 241 241 148 169 137 151

ФК

7. ^РК 243 279 267 263 257 243 217 239

8. Ы60РК + 247 268 220 245 276 256 252 261

РЛ

9. К60РК + 352 297 248 299 200 284 279 254

ФБ

10. ТМ90РК 223 314 271 269 272 280 311 288

1996 г: Р, % 7.65; НСР(общая) 42.15 г/м*; НСР(Л) 11.69 г/м2; НСР (В) 29 ХО г/м"

1997 г.: Р, % 7.XX; НСР (общая) 41.89 г/м', НСР (Л) 16.40 г/м3; НСР (В) 25.67 г/м2

1998 г.: Р, % 7,75; НСР (обща*) 43,02 г/м;; НСР (Л) 14,50 г/м'; НСР (К) 27,54 г/м2

Средние и 1996-199« ГГ.:

Р, % 5.1, НСР (обпщя) 30 г/м2; НСР (Л) 9.3 г / НСР (В) 21 0 г / ч2

На формирование продуктивности пшеницы оказыв&ти значительное влияние погодные условия вегетационных сезонов. В 1996 к 1997 гг., при благоприятных погодных условиях, растения накапливали большую биомассу и формировали более высокую зерновую продуктивность, чем в 1998 г., когда имели место засушливые условия в начале вегетации.

Эффект от инокуляции препаратами ассоциативных диазспрофов присутствовал у обоих сортов во все годы эксперимента. Сорт Иргипа более отзывчив на примеиение диазспрофов, чем Прнокстсая, хотя в отдельных случаях применение диазотрофоо на При оке кой давало больший эффект. Дейстане дмазотрофов на продуктивность проявлялось па фоне РК, однако п большей степени оно выражено на фонах с внесением минерального азота, который может рассматриваться как стартовая доза,

обеспечивающая диазотрофов субстратом для их жизнедеятельности в период их первичного размножения в ризосфере.

Применение азотного удобрения, как в отдельные года, так и в среднем за три года, приводило к увеличению сбора побочной продукции по сравнению с фоном РК. При этом урожайность соломы у сорта Приокская возрастала больше, чем у сорта Иргина. Важным фактором, определяющим размер сбора побочной продукции у обоих сортов пшеницы, были погодные условия: он был несколько выше в благоприятные годы (1996 и 1997) и снижался в 1998 г. в результате засухи в начале вегетации. Изучение влияния инокуляции препаратами ассоциативных диазотрофов на сбор соломы позволило выявить те же тенденции, что и в формировании зерновой продуктивности. В большинстве случаев положительный эффект от применения флавобактерина был более выраженным, чем от ризоагрина.

Таблица 2. Влияние инокуляции препаратами ассоциативных диазотрофов на величину К хоз

Вариант Иргина Приокская

1996г 1997т 1998? Средний 1996г 1997г 1998г Средний

1. РК 0.38 0.40 0,51 0,43 0.49 0.50 0,49 0,49

2. РК + РА 0.44 0.50 0,52 0,49 0.51 0.46 0,48 0,48

3. РК + 0.45 0.45 0,51 0,47 0.51 0.54 0,49 0,51

ФБ

4. №0РК 0.49 0.50 0,49 0,49 0.53 0.48 0,44 0,48

5. гаорк 0.52 0.53 0,49 0,51 0.41 0.43 0,38 0,41

+ РЛ

6. Ы30РК 0.51 0.46 0,46 0,48 0.45 0.48 0,40 0,44

+ ФБ

7. К60РК 0.53 0.51 0,51 0,52 0.43 0.69 0,50 0,54

8. Ы60РК 0.57 0.47 0,43 0,49 0.57 0.49 0,53 0,54

РЛ

9. Ы60РК 0.64 0.51 0,47 0,54 0.51 0.56 0,53 0,53

+ ФБ

10. Ы90РК 0.49 0.55 0,48 0,51 0.53 0.50 0,51 0,51

Биопрепараты и азот минерального удобрения равноценно влияли на формирование в биологическом урожае пшеницы доли зерна. Хозяйственный коэффициент в годы исследований колебался от 0,38 до 0,64. В ряде случаев Кхоз у сорта Иргина значительно отличался от такового у Приокской. У Ирпшы он был выше та низких фонах азотного питания, и ниже - на фоне N60.

-б-

2. Накопление растениями биомассы в зависимости от уровня азотного питания и применения диазотрофов.

Основное влияние на накопление биомассы растений оказывали погодные услопия и уровень минерального питания, а также сортовые особенности. Сорт Иргина накапливал большую биомассу, чем Приок-ская. Увеличение дозы минерального азота почти во всех случаях увеличивало биомассу, хота и в неодинаковой степени у Иргины и у Приок-ской, поскольку Приоксхая, как уже отмечаюсь, характеризуется большей отзывчивостью на применение удобрений. Неблагоприятное влияние погодных условий (засуха) в начальные сроки вегетации и в фазе цветения в 199Х г. сказывалось на биомассе обоих сортов в фазы т ру б коки шя и, в меньшей сгенени, цветения. К фазе молочной спелости неблагоприятное воздействие засухи в значительной степени сглаживалось. В 1996 и 1997 году значения биомассы были близкими. Влияние инокуляции диазотрофами на накопление биомассы зависело от (¡юна азотного питания. Флавобахтерин положительно воздействовал на этот показатель на фоне РК, а ризоагрнн - только на фоне минерального азота. Эффект от применения диазотрофов был более выражен в ({»азу цветения, чем в фазу трубкования, поскольку азот-фиксация в ризосфере достигает максимума именно в этот период (рис.1).

Таблица 3. Доля колоса в общей биомассе, в фазу цветения, %

Вариант Иргина Прнокскаи

1996 1997г 1998 Сред- 1996 1997г 1998г Средняя

г г няя г

1. РК 24 3 27.8 26.9 26.3 26.3 27.9 28.6 27.6

2. РК + РЛ 27,2 25,6 25,7 26,2 25,6 26,3 27,9 26.6

З.РК +ФН 25,8 26,4 25,2 25,8 27,0 25,4 26,5 26,3

4. КЗОРК 23,3 25,1 26,3 26,0 26,8 27,2 27,5 27,2

5.КЗОРК + 24,5 27,3 26,3 24,9 24,4 27,3 28,4 26,7

РЛ

6.ЫЗОРК + 22,3 24,6 23,9 23,6 24,3 23,0 25,6 24,3

Ф1,

7. Ы60РК 18,2 25,8 24,1 22,7 25,8 20,1 26,7 24,2

8.Ш0РК + 24,0 26,3 25,2 25,2 26,9 24,3 29,1 26,8

1'Л

9ЛЧ60РК + 26,2 24,7 27,0 26,0 25,1 23,2 22,5 23,6

ФБ

10 Ы90РК - 23,5 26,2 24,9 24,3 21,5 26,7 24 2

Доля колосьев в общем биологическом урожае слабо различалась по сортам; у Приокской ее величина несколько снижалась при укеличе-

ПРГПНА

500 400 300 200 100 О

г/м2

К

Вариант 1997

31

1

чГ

1

Г

н га *

л: й II

1 23456789 10

Вариант

ПРИОКСКАЯ

Вариант

Вариант

Вариант Вариант

1 - РК; 2 - РК + РА; 3 - РК + ФБ; 4 - N30PK; 5 - ЮОРК + РА; 6 - ЮОРК + ФБ; 7 - К60РК; 8 - NбOPK + РА; 9 - Ы60РК + ФБ; 10 - К90РК Обозначения : трубкование, ' ' цветение, I. I молочная спелость.

Рис.1. Влияние инокуляции препаратами диазотрофов на накопление биомассы растений яровой пшеницы, г/м2

нии дозы минерального азота. Выявлено влияние погодных условий на соотношение колосьев и вегетативных органов: в годы с достаточным увлажнением увеличивалась доля стебля и листьев. Доля колосьев в общей биомассе в фазу цветения практически не зависела от применения инокулянтов (табл. 3).

3.Накопление азота в растениях в зависимости от условий азотного питания

Концентрация азота в растениях определялась как применением минеральных удобрений, так и инокуляцией семян бактериальными препаратами, а также, в значительной степени, погодными условиями периода вегетации. В 1998 г., при засушливых условиях в периоды совпавшие с фазой всходов и фазой цветения пшеницы, содержание азота в вегетативной массе снижалось по сравнению с предыдущими годами, в вариантах без внесения минерального азота и, и меньшей степени, с внесением низких доз N (табл. 4).

Таблица 4. Содержание азота в вегетативной массе яровой пшеницы в фазу 1рубковалия, % на воздушно-сухое вещество

Вариант Иргкна Приокская

1996г 1Ч97г 1998г Среднее 1996г 1997г 1ЧЧХг Среднее

1. РК 1.88 1 73 1,65 1.75 2.35 1 00 1.55 1 63

2. РК + РЛ 1.79 1.60 1,67 1.69 2.67 1.76 2,10 2.18

3. РК + 1.24 1.69 1,52 1.48 1.82 2.10 2,19 2.04

ФБ

4. №0РК 1.56 2.03 1,46 1.68 2.06 1.95 2,28 2.10

5. ЮОРК _ 2 19 1,90 2.04 2.11 2.31 2,15 2.19

+ РЛ

6. ЮОРК 1.67 2.01 2,04 1.91 2.13 2.01 2,08 2.07

+ ФБ

7. ^ОРК 1.92 2.18 2,19 2.10 2.02 2.14 2,01 2 06

8. 1%0РК 2.12 2.46 2,35 2.31 2.05 2.23 2,35 2.21

1 РЛ

9. ШОРК 2 09 2.03 2,38 2.17 2.41 2 58 2,64 2.54

+ ФБ

10. Ы90РК 2.05 2.15 2,23 2.14 2.53 2.36 2,33 2.41

Концентрация азота в растениях во все фазы возрастала при увеличении уровня азотного питания как у Иргины, так и у Приокской. В цветение при внесении минерального азота и применении диазотрофов в листьях и в стеблях накапливалось больше азота, а в колосе этой закономерности не отмечено. Применение диазотрофов оказывало положительное воздействие на накопление азота в растениях в годы с достаточным увлажнением.

В цветение яровой пшеницы применение диазотрофов увеличивало потребление азота практически всеми органами растения, причем во многих случаях флавобактерин был эффективнее. В частности, под влиянием обоих штаммов диазотрофов, а в особенности флавобактери-на, увеличивалось потребление азота колосом, что является результатом увеличения биомассы колосьев, а не увеличения в них концентрации азота (рис. 2).

ШЫЗОРК □ М30РК»РА ИИЗОРК+ФБ

Приокскаи

Рис. 2. Вынос азота по органам, полная спелость, г/кв.м.

- ю-

Вынос азота зерном и соломой в полную спелость возрастал при увеличении дозы минерального азота и был выше в годы с достаточным увлажнением. Инокуляция ризоагрином и флавобактерином способствовала возрастанию выноса азота на всех фонах азота.

Значение азотного индекса в года эксперимента колебалось от 0,39 до 0,57 у сорта Иргина и 0,35 - 0,53 у сорта Приокская (табл. 5). Значения азотного индекса у Иргины были несколько выше, чем у При-окской. Имели место различия по годам, вызванные погодными условиями: в большинстве случаев он снижался в неблагоприятном 1998 г. Азотный индекс возрастал с увеличением дозы азотных удобрений вследствие оптимизации азотного питания растений. Применение диазо-трофов оказывало на азотный индекс действие, аналогичное влиянию Ыаа. Воздействие диазотро<|юв на этот показатель появилось в большей степени на фоне минерального азота (в особенности в 1998 г.).

Таблица 5. Влияние условий минерального питания и инокуляции дказотрофами на азотный индекс.

Вариант Иргина Приокская

1996г 1997г |99Хг Средний 1996г 1997г !99Хг Средний

1. РК 0,39 0,43 0,57 0,46 0,42 0,44 0,47 0,44

2. РК + РЛ 0,46 0,42 0,48 0,46 0,36 0,45 0,41 0,41

З.РК + ФБ 0,51 0,40 0,43 0,45 0,42 0,38 0,35 0,38

4. ШОРК 0,45 0,43 0,52 0,47 0,45 0,40 0,39 0,41

5. ЮОРК + 0,36 0,51 0,50 0,46 0,51 0,41 0,41 0,44

РЛ

6. ЮОРК + 0,55 0,47 0,45 0,49 0,46 0,50 0,47 0,48

ФБ

7. Ы60РК 0,52 0,49 0,54 0,52 0,41 0,45 0,37 0,41

8. Ы60РК + 0,48 0,57 0,41 0,49 0,46 0,44 0,49 0,46

РЛ

9. К60РК + 0,40 0,57 0,46 0,48 0,53 0,42 0,50 0,48

ФБ

10. Ы90РК 0,55 0,56 0,48 0,53 0,50 0,49 0,42 0,47

Применение как ризоагрина, так и флавобактерина на фоне без внесения минерального азота вызывало снижение азотного индекса по сравнению с фоном РК.

На (¡юнах с использованием минерального азота инокуляция диазотрофами повышала азотный индекс как у Иргины, лак и у Приокской. У сорта Иргина отмечена тенденция некоторого снижения этого показателя при увеличении дозы N удобрения.

Коэффициент использования азота удобрений у сорта Приокская был несколько выше, чем у Иргины, что подтверждает данные о более высокой отзывчивости этого сорта на азотные удобрения. Наблюдалась тенденция снижения этого показателя при увеличении дозы азотного удобрения у обоих сортов (табл. 6). Применение диазотрофов, в особенности ризоагрина увеличивало КИУ в год с неблагоприятными погодными условиями (1998), очевидно, в этом случае он возрастал благодаря положительному воздействию диазотрофов на развитие корневой системы.

Таблица 6. Коэффициент использования азота удобрений (фаза хозяйственной спелости)

Вариант Иргина Приокская

1996г 1997г 1998г Средний 1996г 1997г 1998г Средний

4. ЮОРК 10,8 15,4 18,3 14,7 - 16,7 14,0 16,0

5. ЖОРК 25,6 14,0 14,0 18,1 18,7 18,8 11,2 19,1

+ РА

6. ЫЗОРК 12,2 16,4 14,0 14,3 9,1 15,3 10,3 11,6

+ ФБ

7. К60РК. 5,2 10,0 12,0 15,7 18,0 13,6 16,1 15,9

8. ШОРК 10,5 13,6 15,8 13,3 14,2 16,6 13,5 16,4

+ РА

9. ЫбОРК 13,2 16,6 11,0 16,9 14,5 12,5 14,1 13,0

+ ФБ

10. Ы90РК 16,9 15,3 14,2 12,1 10,3 12,9 11,2 9,1

На фонах с использованием минерального азота инокуляция диа-зотрофами повышала азотный индекс как у Иргины, так и у Приокской. У сорта Иргина отмечена тенденция некоторого снижения этого показателя при увеличении дозы N удобрения.

4.Влияние условий азотного питания и применения диазотрофов на интегральные показатели фотосинтеза

Условия выращивания, в первую очередь погодные, и уровень минерального питания, а также сортовые особенности, оказывали значительное влияние на показатели фотосинтетической деятельности пшеницы. Листовая поверхность яровой пшеницы возрастала до фазы цветения и снижалась по мере созревания растений. Применение азотного удобрения увеличивало листовую поверхность. В год с засушливым пе-

ИРГИНА

400 300 200 100 0

см2/м:

1996

П

400 -смг/м2

300 200 100 О т

Вариант

1997

Вариант

1958

400 '

| I ' зоо

200

100

О

!.! П

1Ш

131

т ;

11;

I

1

смг/м2

^ТДОКСКЛЯ_

1996

400 300

10С

о

1 Г| п

! 1

[1 м]

Вариант

1-РК; 2-РК+РЛ; 3-РК+ФБ; 4-ЫЗОРК; 5-МЗОРК+РА;6-ЫЗОРК+ФБ,7-Ы60РК;6-Ы60РК+РЛ;9-М60РК+ФБ;10-М90РК

Обозначение „итрубхсвание, с^ПЗ цветение , I_Iмолочная спелость

Рис 3. Листовая поверхность растений яровой пшеницы, кг. с.ч/кз. и

Вариант

Вариант

1-РК; 2-РК+РА; 3-РК+ОБ; 4-ЫЗОРК; 5-Ы30РК+РА;6^30РК+ФБ;7^60РК;8-М60РК+РА;9^60РК+ФБ;10-№0РК

Обозначения: СГГ^з всходы, кггтлтрубкование, СПШЗцветение, I__молочная спелость

Рис.4. Чистая пподуктивность Фотосинтеза, (г/га. см) * сут

риодом в фазу цветения листовая поверхность снижалась во всех вариантах опыта по сравнению с благоприятными годами. В остальные годы формировалась большая листовая поверхность, равнозначная по годам (рис. 3).

Влияние диазотрофов на площадь листьев сильно варьировало по годам и зависело от фона азотного питания. На фоне РК, как у Иргины, так и у Приокской, ризоагрин не изменял листовую поверхность по сравнению с фоновым вариантом, а флавобактерин се увеличивал. Ризоагрин был более эффективен на фонах N30 и N60 у Иргины и па фоне N30 у Приокской. В 3998 г., июнь которого отличался засушливыми условиями, эффект от диазотрофов был меньше, чем в благоприятные годы.

Чистая продуктивность фотосинтеза в годы с благоприятными погодными условиями была несколько выше, чем в неблагоприятный год, ее значения у сортов Иргина и Приокская были близкими.

У Приокской наблюдалась тенденция к повышению этого показателя. Применение удобрений в ряде случаев увеличивало чистую продуктивность фотосинтеза за счет развития более мощного ассимилирующего аппарата.

В ряде случаев чистая продуктивность фотосинтеза имела тенденцию к позрастанию при применении диазотрофоя, однако не было выявлено четких закономерностей воздействия диазотрофов на эту характеристику (рис. 4).

Сравнение площади листьев и чистой продуктивности фотосинтеза показывает, что некоторое повышение продуктивности при применении диазотро<|юв происходит в результате увеличения ассимилирующей поверхности, а не вклада ее единицы в накопление растениями биомассы.

ВЫВОДЫ

1. Предпосевная обработка семян препаратами ассоциативных азотфиксаторов способствует достоверному увеличению зерновой продуктивности яровой пшеницы на дерново-подзолистой почве по сравнению с фосфорпо-калийным фоном.

В благоприятные по погодным условиям годы действие препаратов равноценно внесению минерального азотного удобрения в дозе 30 кг/га. В годы с засушливым периодом в первую половину вегетации эффективность биопрепаратов проявляется только на фоне азотного удобрения.

Во многих случаях диазотрофы неравноценно минеральному азоту влияют иа соотношение зерна и соломы в биологическом урожае яровой пшеницы.

2. Инокуляция диазотрофами положительно влияет на накопление растениями азота. Не отмечено значительного перераспределения азота между вегетативными и генеративными органами при инокуляции диазотрофами.

3. При использовании микробных препаратов под пшеницу формирование биомассы растений в онтогенезе не уступает действию азотного удобрения, а в некоторых случаях превосходит его. Под влиянием инокуляции диазотрофами увеличивается доля колоса в общей биомассе.

4. Лучшие результаты по урожайности яровой пшеницы и концентрации азота в растениях получены при посеве инокулированными семенами на фоне допосевного внесения минерального азотного удобрения.

5. Па бедных азотом дерново-подзолистых почвах диазотрофам для их развития в начальный период необходимо внесение так называемой стартовой дозы минерального азота (N30).

6. Повышая биомассу растений и площадь листьев, диазотрофы не увеличивали вклад единицы площади листьев в образование биомассы, то есть, не оказывали влияние на интенсивность фотосинтеза.

7. В годы с засушливыми погодными условиями эффект от применения препаратов диазотрофов ризоагрин и флавобактерин выражен слабее, чем в годы с достаточным увлажнением.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

В практику селекционной работы с пшеницей можно рекомендовать отбор генотипов растений, обладающих шв-признаком, т .е. способных поддерживать ассоциативную фиксацию азота, с тем чтобы отобрать растения, способные обеспечить часть своих потребностей в азоте за счет биологического азота.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Сарычева Л.Л., Виноградова Л.В., Бирюкова О.В. Сортовая специфика отзывчивое™ яровой пшеницы на инокуляцию ассоциативными диазотрофами //Бюлл. ВИУА. N 110. М. 1997, С.8.

2. Виноградова Л.В., Сарычева А.А., Бирюкова О.В. Фотосинтетическпе показатели посева различных сортов яровой пшеницы при применении препаратов ассоциативных диазотрофов // Бюлл.ВИУА. N110.М. 1997, С.15.

3. Виноградова Л.В. Формирование продуктивности яровой пшеницы в зависимости от инокуляции диазотрофами и дозы минерального азота // Бюлл. ВИУА №111. 1998, С. 80.

4. Виноградова Л.В. Влияние инокуляции препаратами ассоциативных диазотрофов на интегральные характеристики фотосинтеза различных сортов яровой пшеницы // Бюлл. ВИУА №112. М. 1999, С.64-67.

5. Zavalin А.А., Kandaurova T.M., Vinogradova L.V. Influence of nitrogen-fixing microorganisms on the nutrition and productivity of spring wheat, and on the characteristics of photosynthesis of different

varieties of spring wheat // Biological Nitrogen Fixation for the 21 st Century. Proc. of the llUl Int.Congress on Nitrogen Fixation, Institut Pasteur, Paris, France, July 20-25, 1997, P.643.

6. Zavalin A.A., Kandaurova T.M., Vinogradova L.V. Influence of associative nitrogen-fixing microorganisms on the provision with nitrogen of summer wheat // The Book of Abstracts of the 11th International Congress on Nitrogen Fixation, Institut Pasteur, Paris, France, July 20-25, 1997, P.72.

7. Zavalin A.A., Vinogradova L.V., Kandaurova T.M., Segaliev N.Kh. Application of Associative Diazolrophs on Graminee in Different Nature Zones of Russia // Proc. Of the 13th European Congress on Nitrogen Fixation, Lunteren, September 20-25, 1993. P. 214.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Виноградова, Любовь Владимировна

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Применение биологической фиксации азота в сельскохозяйственной практике и продуктивность различных сельскохозяйственных культур при инокуляции семян препаратами ассоциативных диазотрофов

1.2. Механизмы и особенности образования ассоциации почвенных азотфиксирующих микроорганизмов с корнями небобовых растений

1.3. Влияние факторов минерального питания и окружающей среды на биологическую фиксацию азота

1.4. Связь между биологической фиксацией азота и фотосинтезом

Экспериментальная часть

2. Условия и методыпроведения исследований

3. Влияние условий азотного питания на продуктивность яровой пшеницы и структуру урожая

4. Формирование биомассы растений яровой пшеницы в зависимости от условий азотного питания

5. Влияние биопрепаратов, азотного питания, фактора сорта и других факторов на концентрацию азота в растениях

6. Влияние условий азотного питания на фотосинтетические характеристики яровой пшеницы

Выводы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Роль ассоциативных диазотрофов в формировании урожая сортов яровой пшеницы"

Удовлетворение потребности растущего населения земного шара в пище в настоящее время влечет за собой отрицательные изменения окружающей среды. Существующие потребности в пище могут быть удовлетворены с нанесением как можно меньшего вреда окружающей среде при достижении сбалансированности сельского хозяйства. Недостаток или избыток влаги, болезни и вредители растений и плодородие почвы являются главными факторами, которые, наряду с социальными и политическими причинами, ограничивают урожаи сельскохозяйственных культур. Для достижения сбалансированности сельского хозяйства необходимо обратить внимание на такие процессы как биологическая фиксация азота и реутилизация элементов питания, а также помнить о том, как важно поддерживать биоразнообразие в экосистемах.

Существующие приемы земледелия, такие как, например, внесение удобрений, в особенности минеральных, ограничивают биоразнообразие ризобиальных бактерий. Кроме того, корни растений из сбалансированных агроэкосистем содержат больше бактерий, подавляющих болезни, нежели корни таковых из высокотехнифицированных агроценозов.

Сейчас в мире растет интерес к достижению сбалансированных сельскохозяйственных систем, и проводится много исследований, направленных на замещение минеральных удобрений биологическими источниками азота [Окоп, 1998; Т1кЪопоу1сЬ, 1997].

Азот, без сомнения, является самым важным источником, который вместе со светом, водой и углекислым газом обеспечивает жизнедеятельность растений. Растения получают этот элемент либо в результате деятельности человека, который вносит в почву азотные удобрения, либо за счет азотфиксирующих бактерий, которые взаимодействуют с корневой системой растений.

В последние 25 лет сельское хозяйство стало испытывать все большую потребность в химических источниках азота. В процессе сельскохозяйственного производства земледельцы в большинстве стран исходят преимущественно из первого из этих источников азота. Они применяют минеральные азотные удобрения, производство которых требует большого количества энергии. Минеральные азотные удобрения частично вымываются из почвы, в которую их внесли, зачастую загрязняют грунтовые воды, а, следовательно, и водоемы, в том числе источники питьевой воды. При продолжительном возделывании зерновых на одном участке наблюдается выраженная деградация почвы участка, вызванная применением большого количества минеральных азотных удобрений.

С тех пор, как растения были окультурены, виды сельскохозяйственных растений, способные формировать ассоциации с азотфиксирую-щими организмами, играли ключевую роль в системах земледелия. Отмечалось [Peoples, Craswell, 1992] что именно виды, способные к азотфиксации, особенно часто включались в севообороты, их скрещивали с другими культурами, высаживали между рядами деревьев в питомниках, возделывали на зеленое удобрение, использовали в лесоводстве и в пастбищных агроценозах. Однако за последние пятьдесят лет практическое использование азотфиксации в вышеупомянутых агроценозах было частично забыто в силу различных экономических, общественных и политических причин. В настоящее время, когда сложно получить достаточно питания для растущего населения планеты, когда земледелие ведется на зачастую непригодных для этого землях, а окружающая среда деградирует, необходимо снова обратить внимание на внедрение технологий азотфиксации в системы земледелия.

Увеличивающееся загрязнение природной среды при современных интенсивных способах ведения сельскохозяйственного производства, односторонне ориентирующегося на применение высоких доз минеральных азотных удобрений и быстро растущая его энергоемкость при ограниченных запасах невозобновляемых энергоресурсов на планете привели к необходимости более полного использования "биологического" азота. Интерес к этой проблеме в последнее время значительно возрос в связи с полной безвредностью процесса биологической фиксации азота для человека и окружающей среды и относительно небольшими затратами энергии на активизацию микроорганизмов, осуществляющих азотфикса-цию. В "экономике" природы процессам биологической фиксации азота принадлежит исключительная роль, которая по значению вполне сопоставима с процессом фотосинтеза [Мишустин,1985; Умаров, 1986]. Биологическая азотфиксация является благодатной темой для исследователей, которая привлекает внимание ученых почти всех направлений.

Многими исследователями [Берестецкий и др., 1985; Васюк, 1995; Умаров, 1986; Deacon, Lewis, 1982; Indris et al., 1981; Klucas et al., 1981; и др.] установлена высокая отзывчивость таких небобовых культур как пшеница, рис, сорго, рапс, кукуруза, сахарный тростник, а также различных овощных культур на инокуляцию препаратами ассоциативных диазотрофов. Ризосферные азотфиксирующие микроорганизмы оказывают положительное влияние на развитие растений, которое заключается не только в улучшении азотного питания растений за счет азотфиксации, но и в воздействии микроорганизмов на растения за счет выделяемых ими физиологически активных веществ [Емцев, 1985; Умаров, 1986; Чумаков, 1998; Zaady, Окоп, 1994] и микробиостатический эффект [Бойко, 1989].

Для широкого внедрения созданных биопрепаратов в сельскохозяйственное производство необходимо совершенствование технологии их применения с учетом эндогенных и экзогенных факторов, а также учетом прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур [Окоп, 1995, 1997; Окоп, Vanderleyden, 1999].

Целью настоящего исследования было изучение влияния азотного удобрения и микробных препаратов в различных сочетаниях на продуктивность и фотосинтетические характеристики различных сортов яровой пшеницы в условиях дерново-подзолистой почвы Нечерноземной зоны России.

В задачи исследований входило:

1. Определить влияние азотного удобрения и микробных препаратов на формирование зерновой продуктивности яровой пшеницы.

2. Изучить воздействие микробных препаратов, азотного удобрения и их сочетаний на динамику формирования биомассы растений, содержание и накопление растениями азота.

3. Выявить роль условий азотного питания в перераспределении азота между вегетативными и репродуктивными органами растений пшеницы.

4. Исследовать влияние инокуляции препаратами ассоциативных диазотрофов на различные фотосинтетические характеристики яровой пшеницы.

5. Выявить сортовую специфику различных сортов яровой пшеницы по признаку взаимодействия с диазотрофал^й.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТФИКСАЦИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ ИХ СЕМЯН ПРЕПАРАТАМИ АССОЦИАТИВНЫХ ДИАЗОТРОФОВ

Зерновые и кормовые бобовые растения, безусловно, являются важнейшим источником азота в сельскохозяйственной практике. Каждый год в мире выращивают зернобобовые на 1.5 млн. кв.км. Кроме того, в мире существует большое количество естественных площадей, занятых травами, среди которых около половины составляют бобовые (Werner, 1997]. Третью группу азотфиксирующих растений, занимающих большие площади, составляют азотфиксирующие деревья [Brewbaker, 1990]. Эффективным средством, снабжающим сельскохозяйственные культуры дополнительным количеством азота, являются схемы возделывания культур с их чередованием (перемежением).

В посевах с чередованием культур виды, способные к азотфикса-ции, выращивают между рядов нефиксирующих видов, для того, чтобы улучшить их азотное питание. С использованием N15 было показано, что количество азота, получаемое совместно возделываемой культурой от азотфи'тссиругощего соседа может достигать 70%, однако обычно оно составляет 20% и менее [Peoples, Craswdl, 1992]. Й этом случае на перенос азота оказывает влияние как вид растеййй, так и условия окружающей среде. Самое большое количество азота передается от фиксирующей его культуры к нефиксирующей на почвах с низким содержанием азота [КшэеИе е1 а1., 1994]. В почвах с высоким содержанием азота виды, способные к азотфиксации, менее конкурентоспособны по отношению к культуре-спутнику; количество фиксированного азота, а, следовательно, и азота, передаваемого не фиксирующей азот культуре, снижается рЭгеуйхБ, 1995].

Азотфиксадия в клубеньках бобовых растений была известна и применялась в сельскохозяйственной практике с древних времен. Известно, что при включении бобовых культур в севообороты почвы обогащаются азотом, что благоприятно влияет на следующую культуру Однако доля бобовых в растений с рационе питания людей сравнительно невелика, в отличие от растений злаковых и от овощей. В последние десятилетия имело место значительное увеличение урожаев таких культур, как рис, кукуруза и пшеница, что потребовало использования огромного количества минеральных удобрений. Когда стало известно, что азотфиксирующие микроорганизмы способны вступать в ассоциации (правда, несколько другой природы, чем с бобовыми) с небобовыми растениями, во всем мире были начаты и стремительно развивались исследования ассоциативной (несимбиотической) азотфиксации.

Результаты недавних исследований показали, что инокуляции микробными препаратами могут улучшать урожаи сельскохозяйственных культур, не вызывая значительных изменений естественной ризо-сферной микрофлоры [СопсЬ е! а1,1995].

Различные почвенные бактерии, способные положительно воздействовать на растения, могут быть использованы в сельском хозяйстве, и их применение позволит увеличить урожайность целого ряда культур [Окоп, Уапс1ег1еус1еп, 1992]. Установлено, что неспецифические азотфиксирующие ризосферные бактерии рода АгозртЦит могут положительно влиять на развитие и урожайность различных растений-хозяев при соответствующих условиях развития [Окоп, Labandera-Gonzales, 1994].

Бактерии рода Rhizobium обитают в почве в качестве сапрофитов или как симбионты в клубеньках бобовых. Однако было показано, что штамм Rhizobia leguminosum bv. trifolii способен освоить и другую нишу: он может образовывать эндофитную ассоциацию с корнями растений риса, если в севообороте они чередуются с определенными разновидностями египетского клевера [Yanni et al., 1996].

Показано, что бактерии рода Azorhizobium способны колонизировать ксилему как первичных, так и боковых корней риса [Cocking, 1998, O'Callaghan et al., 1997] и сахарного тростника [Stone, 1998; Gough, 1997]. Открытие азотфиксирующих бактерий, образующих ассоциацию с растениями сахарного тростника показало огромную потенциальную способность увеличивать вегетативную массу сахарного тростника при отсутствии в среде минерального азота [Stone, 1998].

Позитивные результаты были получены от инокуляции сахарной свеклы препаратами Azotobacter [Steinberga et al., 1996]. Инокуляция увеличивала урожай корнеплодов и содержание Сахаров; численность микроорганизмов в ризосфере сахарной свеклы, чем в окружающей почве [Steinberga et al., 1996].

Установлено, что неспецифичные азотфиксирующие ризобактерии рода Azospirillum могут положительно влиять на развитие и урожайность различных растений-хозяев при соответствующих условиях развития [Окоп, 1996].

Предполагается, что синтезируемые Azospirillum фитогормоны воздействуют на газообмен и метаболизм в корне растения-хозяина, а также на пролиферацию этого корня, с сопутствующим потреблением воды и минеральных элементов в инокулированных растениях [Reiner, Окоп, 1986]. Показано, что Azospirillum способен вырабатывать индолил-триуксусную кислоту и гибберелины [Avivi, Feldman, 1982; Reinhold et al., 1985; Venkatesswaarlu, Rao, 1985; Consacurta et al., 1994]. Оценка данных, собранных за последние двадцать лет, можно заключить, что способны увеличивать урожаи важных доя сельского хозяйства культур в разных почвенных и климатических регионах. Различные штаммы Azospirillum brasilense и Azospirillum lipoferum использовали для инокуляции различных видов растений [Okon et al., 1995]. В Израиле были получены положительные результаты от инокуляции препаратами Azospirillum: получены прибавки урожая 5 - 30% [Okon et al., 1995]. По мнению ученых, улучшение роста растений в результате инокуляции является следствием лучшего развития и функционирования корней, поэтому изучение физиологических и генетических аспектов взаимодействия ризосферных бактерий с корнями поможет достигнуть большей частоты и более высокого уровня положительного воздействия инокуляции Azospirillum [Von Berswordt-Wallrabe et al., 1997]. В случае использования азоспирилл положительный эффект инокуляции на развитие растений очевиден, однако он в основном объясняется синтезом фито-гормонов бактериями [Okon, Vanderleyden, 1997].

Согласно данным, полученным несколькими учеными, суммарное увеличение продуктивности озимой пшеницы при инокуляции семян ассоциативными диазотрофами обычно составляет 10 - 30% [Bashan, Levanony, 1990]. Было показано, что различные штаммы Azospirillum lipoferum azotobacter chroococcum Beijrinckia Derx увеличивали все компоненты урожая озимой пшеницы от 5 до 10%, увеличивая такие характеристики как высота растения, длина колоса, количество фер-тильных колосков и массу 1000 зерен [Goverdarica et al., 1997].

В опытах с рисом было показано, что взаимодействий корней растений с диазотрофами регулируется генетическими факторами [Ladha, 1986]. Однако количество фиксированного азота будет гораздо выше и генетически измененного риса, который будет образовывать лучшую ассоциацию с диазотрофами, как в клубеньках на корнях, так и в качестве эндофитов на листьях и стеблях. Самые высокие значения несимбио-тической азотфиксации были получены у некоторых разновидностей сахарного тростника, и несколько видов эндофитных диазотрофов удалось выделить из листьев, стеблей и корней растений этого вида, выращенных в поле. Считается, что Acetobacter diazotrophicus, один из этих эндофитов, вносит основной вклад в азотфиксацию [Boddey et al., 1997].

Свободноживущие ассоциативные диазотрофы обладают низким или средним потенциалом в снабжении риса азотом, потому что азот, фиксированный вне самого растения, подвержен потерям [Ladha, 1986]. Если бы удалось интегрировать эндофитные диазотрофные микроорганизмы в растение риса, это привело бы к значительному увеличению использования рисом фиксированного азота, потому что фиксированный азот был бы непосредственно доступен растению, потери бы стали очень незначительными. Такие диазотрофы как Acetobacter diazotrophicus и Herbaspirillum spp. эндофитно обитают в стеблях и листьях сахарного тростника [Boddey et al., 1997]. Еще один интересный азофиксирующий эндофит - Azoarcus. Эксперименты с инокуляцией Herbaspirillum spp. в нестерилизованной почве при контролируемых условиях показали, что этот эндофитный организм может быть интродуцирован в растение риса с помощью обработке семян бактериальной культурой перед прорастанием [Olivares et al. 1998].

Исследования по изучению влияния инокуляции ассоциативными диазотрофами на урожайность и качество зерновых культур были начаты в нашей стране в семидесятые годы и значительно активизировались в последнее Десятилетие. В опытах с овсом было показано положительное влияние инокуляции препаратами азоспириллы на урожайность [Духанина, 1997], причем воздействие, оказываемое азоспириллой на качество продукции, было незначительно. Схожие результаты были получены и в опытах с ячменем [Духанина, Моисеенко, 1997].

Внесение в ризосферу растений биопрепаратов азотфиксаторов в подавляющем большинстве случаев обеспечивает положительный результат [Jain, Patriquin, 1994]. В серии многочисленных экспериментов ВНИИСХМ в различных почвенно-климатических условиях установлено, что при использовании биопрепаратов урожай озимых культур повышается в среднем на 10 (овес) - 35 (сорго) % [Кожемяков, Хотяно-вич, 1997]. Наибольшая эффективность на озимой и яровой пшенице, рисе и овсе получена от препарата ризоагрин, на кукурузе и озимой ржи - от флавобактерина, на ячмене, просе и гречихе - от азорина, на сорго, подсолнечнике и рапсе - от препарата мизорин. На картофеле, сахарной свекле, томатах и моркови использование флавобактерина повышало урожайность на 20 - 30%, при этом улучшалось качество получаемой продукции.

Опыты, проводившиеся в течение последних пяти лет с препаратами ризоагрин {Agrobacterium radiobacter) и флавобактерин (Flavobacterium sp.), показали, что в ряде случаев эти препараты могут значительно улучшать урожайность зерновых, не оказывая при этом существенного влияния на качество сельскохозяйственной продукции [Виноградова и др., 1997; Сергалиев, 1997; Воробьева и др., 1997; Луцык, 1997; Белоус и др., 1997; Никулина и др., 1998; Никулина, Ваулин, 1999; Сологуб, Сергалиев, 1998; Зинковская, 1998, 1999; Алме-тов, Бердников, 1998, 1999; Алметов, Мартьянов, 1999; Цуриков, Пон-кратенков, 1998; Габибов, 1998, 1999; Кругов и др., 1998; Завалин, 1998].

Однако следует отметить, что без учета генотипических особенностей растений использование биопрепаратов может дать противоречивые результаты. Инокулирование низкоактивных по nis- признаку генотипов может привести к снижению биомассы растений. В некоторых случаях возможно возрастание потенциала азотфиксации, которое не влечет за собой усиление роста растений. Известно, что ингибирова-ние азотфиксации никогда не наблюдается в ризосфере активных по nis-признаку генотипов [Степаненко, 1989].

Сложность проблемы регулирования микробных ценозов в почве определяется в значительной степени слабой изученностью механизмов взаимодействия между растением и микроорганизмами и судьбой популяции бактерий, интродуцируемых в ризосферу растения. Интроду-цируемые бактерии должны легко приспосабливаться к новым экосистемам, а это возможно только при высоких адаптационных способностях.

Использование для приготовления биопрепаратов ассоциаций бактерий из ризоценозов дикорастущих тропических растений может представлять интерес именно с этих позиций. Получен высокий эффект от инокуляции семян огурца и томата биопрепаратами, представляющими собой ассоциации нескольких популяций бактерий, выделенных из ризоценозов дикорастущих растений. [Емцев, 1980].

Изучение ассоциативных диазотрофов, выделенных при выращивании овощных культур в условиях защищенного грунта, их нитроге-назной активности и влияние, оказываемого ими на рост и развитие растений, дало интересные результаты. В ризосфере огурцов азотфикса-ция выполняется преимущественно факультативными анаэробными диазотрофами, среди которых доминируют Klebsiella, Enterobacter и Bacillus. Штаммы Клебсиеллы, выделенные из ризосферы огурца, обладают высокой активностью к азотфиксации и способностью инги-бировать развитие фитопатогенных грибов. Инокуляция штаммом К. planticola TSHA-91 увеличивала урожайность огурца на 21 - 23%, томатов - на 3%, картофеля - на 31%, тыквы - на 31% [Емцев и др., 1995].

Применение в сельском хозяйстве как биоудобрений чистых культур свободноживущих азотфиксирующих бактерий часто дает непредсказуемые результаты. Один из возможных путей разрешения этой проблемы - применение естественных смешанных ризосферных культур (консорциумов) бактерий [Kundu et al., 1986]. Бинарный консорциум, состоящий из Klebsiella terrigena и Bacillus firmus, выделенный из ризосферы ежи сборной, фиксировал в три раза больше атмосферного азота, чем каждый из его компонентов в отдельности. Инокуляция этим консорциумом семян ячменя в полевых и вегетативных опытах давала десятипроцентное увеличения урожайности, в то время как обработка каждым компонентом в отдельности не давала значительного увеличения урожая [Злотников, 1998].

Результат от ко-инокуляции не всегда бывает положительным. Например, в опытах с ко-инокуляцией сои Bradirhizobium и Azotobacter не давала более высокого накопления биомассы, по сравнению с обработкой каждым из этих компонентов в отдельности [Milic et al., 1998].

Результаты экспериментов с пшеницей, овсом, ячменем, кукурузой свидетельствуют, что уровень нитрогеназной активности в корневой зоне того или иного растения определяется генотипом данного растения [Емцев, 1991]. Выявлена корреляция величины ассоциативной азотфик-сации с плоидностью генома [Frank et al., 1997; Емцев, 1991]. Максимальная нитрогеназная активность зарегистрирована у гексаплоидных пшениц.

Обнаружен значительный видовой и сортовой полиморфизм nis-признака у пшеницы. Установлено, что в пределах каждого сорта пшеницы сущеег^уют -индивидуальные растения, не способные поддерживать азотфикейЦйю [Танцова, Черемисов, 1992].

Факт штаммовых различий при инокуляции пшеницы отмечается многими авторами [Baldani, 1996, 1998; Ishac, 1986; Zambre, 1984]. С другой стороны, различные виды пшеницы и даже линии одного сорта в различной степени отзывчивы на инокуляцию одним и тем же микроорганизмом [Ljones, 1982]. При инокуляции сортов мягкой пшеницы Кадет и Рескью бациллами, выделенными из ризосферы пшеницы в Канаде, было обнаружено, что содержание азота у сорта Кадет возрастало до 127% по сравнению с контролем, в то время как у сорта Рескью оно падало до 79% [Rennie, 1981]. Инокуляция этих сортов Azospirillum brasilense Sp 7 увеличивала содержание азота в растениях на 20% у сорта Рескью и на 51% у сорта Кадет.

Различный отклик пшеницы на бактеризацию Azospirillum brasilense, штамм Cd, был зарегистрирован Капульником с соавторами [Kapulnik et al., 1987]. Установлено, что содержание азота в зерне пшеницы Т. Aestivum (сорта Баркай и Мириам) и Т. Turgidum (сорт Инбар) составило соответственно 33,4 и 3% по сравнению с неинокулирован-ным контролем; урожай зерна увеличивался на 20,7 и 11 %.

Определенные комбинации (штамм (вид) бактерий - вид (сорт, линия) растений) способствуют образованию более эффективной диазо-трофной ассоциации. Это подтверждают данные, полученные югославскими исследователями, изучившими содержание азота в корнях и надземной части кукурузы [Saric, 1987].

Необходимо отметить, что в ряде проведенных экспериментов не было зарегистрировано достоверного улучшения величины и структуры урожая небобовых растений при инокуляции диазотрофами. Авторы отмечают снижение содержания азота в зерне, падение веса растения и ухудшение друЬЙх показателей на 1 - 10% при инокуляции [Avivi, Feldman, 1982; Iskäl, Feldman, 1982; Kapulnik et al., 1985; Lethbridge et al., 1992; Lindberg, 1985; Rennie, 1981; Smith, 1984].

Было показано [Луцык, 1997], что применение препарата флавобактерин (Р1а\оЪас1епит эр.) на черноземе не приводило к увеличению зерновой продуктивности пшеницы по сравнению с фосфорно-калийным фоном. Флавобактерин был эффективнее только в вариантах с допосевным внесением минерального азотного удобрения.

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Виноградова, Любовь Владимировна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Условия выращивания, в первую очередь погодные условия и уровень минерального питания, а также сортовые особенности, оказывали решающее влияние на показатели фотосинтетической деятельности пшеницы.

Листовая поверхность яровой пшеницы возрастала до фазы цветения, а затем снижались. Применение азотного удобрения вызывало, во всех вариантах, увеличения листовой поверхности. В год, когда фаза цветения растений совпала с засушливым периодом (1998 г), листовая поверхность снижалась во всех вариантах опыта. В два других года проведения эксперимента значения листовой поверхности были выше, чем в 1998 г, и близки по величине.

Влияние диазотрофов на площадь листьев сильно варьировало по годам эксперимента и в зависимости от фона азотного питания. На фоне РК, как у Иргины, так и у Приокской, ризоагрин не увеличивал листовую поверхность по сравнению с фоновым вариантом, флавобактерин увеличивал листовую поверхность даже на этом фоне. Ризоагрин был более эффективен на фонах N30 и N60 у Иргины и на фоне N30 у Приокской.

В 1998 году, июнь которого, как уже отмечалось, отличался засушливыми условиями, эффект от диазотрофов был меньше, чем в другие годы. Причины этого были описаны в предыдущих главах.

Содержание хлорофилла в листьях в цветение возрастало при увеличении дозы минерального азота, в то время как соотношение хлорофиллов а/в уменьшалось при повышении дозы азотного удобрения, за счет увеличения содержания хлорофилла а (содержание хлорофилла в было более стабильным). Не удалось выявить четкой закономерности воздействия диазотрофов на содержание хлорофиллов и их соотношение.

Чистая продуктивность фотосинтеза была несколько выше в годы с благоприятными погодными условиями. Значения чистой продуктивности у сортов Иргина и Приокская были близкими, хотя у Приокской наблюдалась тенденция к повышению этого показателя. Применение удобрений в ряде случаев увеличивало чистую продуктивность фотосинтеза, по всей видимости, за счет развития более мощного ассимилирующего аппарата. Хотя в ряде случаев чистая продуктивность фотосинтеза имела тенденцию к возрастанию при применении диазотрофов, не было выявлено закономерностей воздействия диазотрофов на эту характеристику.

Сравнение площади листьев по опытным вариантам и чистой продуктивности фотосинтеза показывает, что увеличение продуктивности при применении диазотрофов происходит в результате увеличения ассимилирующей поверхности, а не вклада ее единицы в накопление растениями биомассы.