Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Сравнительная симбиотическая активность, урожайность и белковая продуктивность многолетних бобовых трав в условиях Орловской области

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная симбиотическая активность, урожайность и белковая продуктивность многолетних бобовых трав в условиях Орловской области"

На поавах рукописи

РТ5 ОД

ПЕТРОВА Светлана Николаевна

СРАВНИТЕЛЬНАЯ СИМБИОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, УРОЖАЙНОСТЬ И БЕЛКОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ ТРАВ В УСЛОВИЯХ ОРЛОВСКОЙ

ОБЛАСТИ

Специальность 06.01.09. - растениеводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Орел - 2000

Работа выполнена в Орловском государственном аграрном университете в 1998 - 2000 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Парахин Н.В.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных

наук, профессор Посыпанов Г.С.; доктор биологических наук, заведующий лабораторией физиологии растений ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Лаханов А.П.

Ведущая организация: Воронежский государственный

аграрный университет им. К.Д. Глинки

Защита состоится « /л шляи 2000 г. в сов на заседании диссертационного совета К. 120.33.02. Орловского государственного аграрного университета по адресу: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69, ОГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОГАУ по адресу: 302019, г. Орел, Бульвар Победы, 19.

Автореферат разослан « 2000 г.

Г?т -МЬ. -Ж, Г О

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор Степанова Л.П.

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В последние годы четко определилась тенденция на повышение биологизации мирового земледелия. В связи с этим, все больше внимания уделяется биологическому азоту, синтезируемому бобовыми растениями, живущими в симбиозе с клубеньковыми бактериями, как одному из главных факторов в решении проблемы дефицита и дороговизны азотных удобрений, кормового белка, повышения плодородия почвы и получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Для решения перечисленных проблем в нашей зоне необходимо возделывание бобовых культур, в том числе и кормовых, отличающихся повышенной азотфиксирующей активностью симбиотиче-ских систем. Среди самых распространенных видов многолетних бобовых трав следует выявить, наиболее выдающиеся по выше отмеченному признаку.

Цель и задачи исследований. Цель наших исследований заключалась в выявлении культуры многолетних бобовых трав, обладающих наиболее высокой симбиотической активностью, урожайностью и белковой продуктивностью.

В соответствии с целью исследований нами были поставлены следующие задачи:

1. изучить формирование, величину и активность сим-биотического аппарата люцерны изменчивой, клевера лугового и козлятника восточного в полевых условиях;

2. определить динамику нитрогеназной активности симбиотических систем и долю участия азота воздуха в формировании урожая при различных условиях выращивания;

3. дать сравнительную оценку видового состава по азотфиксирующей способности симбиотического аппарата;

4. изучить формирование ассимиляционной поверхности листьев и чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) за период вегетации;

5. выявить связь между показателями фотосинтетиче-кой и симбиотической деятельности посевов многолетних бобовых трав.

6. провести сравнительную оценку кормовых достоинств различных культур в зависимости от условий выращивания;

7. дать энергетическую оценку возделывания многолетних бобовых трав и создания благоприятных условий для активного бобоворизобиального симбиоза. Научная новизна исследований. Впервые в экологических условиях Орловской области изучены формирование и активность симбиотическош аппарата у различных видов многолетних бобовых трав и дана их сравнительная оценка. Выявлена корреляция между величиной симбиотического аппарата, активностью нитрогеназы или количеством фиксированного азота воздуха и интенсивностью фотосинтеза, урожайностью и белковой продуктивностью трав, а также выявлено изменение содержания азота в почве после возделывания изучаемых культур.

Практическая значимость работы. Решение поставленных вопросов позволит в хозяйствах Орловской области использовать наиболее перспективные виды многолетних бобовых трав с целью повышения уровня естественного плодородия почвы, получения высоких урожаев зеленой массы и сена с повышенной биологической продуктивностью без затрат азотных удобрений за счет биологической фиксации азота воздуха.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Формирование высокопродуктивных травостоев многолетних бобовых трав за счет повышения азотфиксации как важный фактор биологизации земледелия.

2. Формирование, величина и активность симбиотического аппарата многолетних бобовых трав зависят от видового состава и оптимизации основных почвенных параметров.

3. Наибольшей симбиотической активностью, урожайностью и белковой продуктивностью обладает козлятник восточный.

4. Использование извести и микроудобрений повышает симбио-тическую активность, урожайность и белковую продуктивность многолетних бобовых трав.

5. Установлена положительная корреляция между показателями фотосинтетической и симбиотической деятельности многолетних бобовых трав.

6. Энергетическая оценка возделывания многолетних бобовых трав с повышенной симбиотической активностью для выявления культуры, обеспечивающей наибольшую экономию энергии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы ежегодно докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях кафедры растениеводства, Российской научно-

практической конференции (Орел, 1999 г.), конференции молодых ученых стран Восточной Европы (Штуттгарт, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы две научные работы и две статьи находятся в печати.

Объем и структура диссертации. Диссертация выполнена на русском языке, изложена на 160 страницах текста компьютерной верстки, иллюстрирована 22 таблицами, 21 рисунком. Состоит из введения, 7 глав, выводов, рекомендаций по практическому использованию. Список литературы включает 214 источников, в том числе 27 на иностранном языке.

2. Условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в 1998 - 2000 годах в стационарном опыте кафедры кормопроизводства Орловского государственного аграрного университета, расположенном в учхозе «Лавровский». Почва опытного участка темно-серая лесная, среднесуглини-стая. Пахотный слой имеет близкую к нейтральной реакцию почвенного раствора (pH 5,8), повышенное содержание подвижного фосфора (10,3 мг/100 г почвы) и обменного калия (10,8 мг/100 г почвы), содержание гумуса 4,7 %.

По метеорологическим условиям годы исследований были контрастными: в 1999 г. отмечен дефицит влаги в почве в июне - начале июля, вегетационный период 2000 г. был теплый и дождливый.

Опыт однофакторный: 1 - естественное плодородие (контроль) и 2 - оптимизированные почвенные параметры. Повторность вариантов 6-и кратная. Объектами исследования служили: люцерна гибридная - Medicago varia (сорт Вега - 87), клевер луговой Trifolium pratense (сорт ВИК - 7) и козлятник восточный Galega orientalis (сорт Гале). Размер делянки 21м2.

Агротехника, принятая в зоне: вспашка, PK под вспашку, борные удобрения под культивацию, предпосевная обработка семян молибденом.

Азотфиксирующая активность симбиотических систем, урожайность, белковая продуктивность бобовых культур зависят от системы оптимизации основных лимитирующих факторов среды -pH, К, Р, микроэлеметы. Поэтому, основным условием проведения опыта была оптимизация данных почвенных параметров.

В наших исследованиях фосфорные и калийные удобрения не вносили, так как почва опытного участка отличается повышенным содержанием этих элементов.

Под вспашку вносили 7 т извести на 1 га. Перед посевом семена обработали молибденовокислым аммонием - 50 г на гектарную норму семян и борную кислоту из расчета 2 кг бора на гектар.

Посев обычный, рядовой, беспокровный, с рекомендованными нормами высева в данной зоне. Глубина посева 1 - 2 см.

Полевые опыты сопровождались следующими наблюдениями и исследованиями. Отмечали наступление фенологических фаз согласно методике государственного сортоиспытания; густоту стояния и изреживаемость посевов многолетних бобовых трав учитывали по методике Б.А. Доспехова (1979); биометрический анализ растительных проб проводили по методике Г.С. Посыпанова (1991); сухую массу растений устанавливали весовым методом; площадь листьев (Корнилов A.A., 1967); чистую продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал (Ничипорович A.A. и др., 1961); азотфик-сирующую активность определяли ацетиленовым методом по методике ВНИИСХМ (Чундерова А.И., 1980) в некоторой модификации; химический анализ растительного материала проводили по общепринятым методикам.

Для структурного анализа листочка пользовались стандартной цитологической методикой. При этом работа проводилась на свежем материале (Паушева З.П., 1988). Площадь отдельного листочка определяли по контурам на миллиметровой бумаге. Количество устьиц на единицу площади подсчитывали на временных давленных препаратах с использованием методов световой и поляризационной микроскопии (Микроскоп «Jenoval» фирмы К. Zeiss, Jena). Площадь единичного устьица определяли путем замера осей эллипса с помощью окулярного микрометра фирмы К. Zeiss, Jena. Толщину листовой пластинки - микрометром. Объемы отдельных хлоропластов измеряли, придерживаясь конфигурации эллипсоида вращения. Расчет площадей и объемов соответствующих объектов проводили с помощью элементарных формул эллипса и эллипсоида вращения (Справочник по элементарной математике, 1974).

Микрофотосъемка проводилась с помощью микрофотона-садки МФК - 12 на фотопленку типа Микрат - 300 (Шиллабер Ч., 1951)

Полученные данные подвергали статистической обработке (Доспехов Б.А., 1979; Зайцев Г.Н, 1984).

Э. Результаты исследований

Формирование и активность симбиотического аппарата. Формирование и активность симбиотического аппарата зависит от ряда факторов среды, в том числе наличия специфичного вирулентного активного штамма ризобий, рНС0Л почвенного раствора, обеспеченность макро- и микроэлементами минерального питания. Согласно наблюдениям JT.B. Дробышевой (1990), спонтанные, а так же малоактивные вирулентные заводские штаммы ризобий (Посыпанов Г.С., 1993) часто образуют больше клубеньков, чем активные, но при этом они бывают мелкими. Следовательно инокуляция семян необходима в тех случаях, когда в почве нет специфичных спонтанных бактерий. Это относится, например, к такой интродуцируемой культуре как козлятник восточный.

Величину активного симбиотического аппарата может отражать только масса клубеньков с леггемоглобином. Именно этим обусловлена необходимость учета как общего количества и массы клубеньков, так и количества и массы их с леггемоглобином при изучении симбиотического аппарата.

Масса и количество клубеньков в год посева на фоне оптимизированных почвенных параметров были наиболее высокими у клевера лугового. Масса их составила 216 кг/га (посев 1998) и 188 кг/га (посев 1999) при количестве 63 и 87 млн.шт./га, что превышало в 2 и 1,2 раза контрольный вариант по массе, а по количеству в 1,1 и 1,3 раза.

Максимальный симбиотический аппарат посевы многолетних бобовых трав формируют к фазе бутонизации - начала цветения (1 укос). Однако в связи с неблагоприятными погодными условиями, сложившимися в данный период онтогенеза на второй год жизни посевов (как в период вегетации 1999, так и 2000 года), у растений изучаемых видов трав наибольшая масса клубеньков сформировалась в фазе стеблевания.

Изменение количества клубеньков на корнях многолетних бобовых трав носило тот же характер, что и динамика нарастания сырой массы клубеньков. Неблагоприятные условия вызвали снижение как количества, так и массы активных клубеньков к 1 укосу у посевов трав второго и третьего года жизни.

Травостои второго года жизни посева 1998 года страдали из-за засухи, которая продолжалась с фазы полного стеблевания вплоть до 1 укоса (бутонизация - начало цветения). Количество активных клубеньков в данный период на оптимальном варианте у коз-

лятника было меньше, чем на контроле на 22% и составило 194 млн.шт./га. Мы предполагаем, что это объясняется физиологической засухой, вызванной удобрениями в засушливый период. Данное обстоятельство, соответственно, повлияло и на количество клубеньков, сформированных в целом за вегетацию. Разница между вариантами составила 89 млн. активных клубеньков на га в пользу контроля. В связи с июньской засухой 1999 года, у козлятника восточного и клевера лугового максимальный прирост количества клубеньков наблюдался в период формирования второго укоса и составил 240 и 956 млн.шт./га соответственно. Люцерна изменчивая, как культура наиболее засухоустойчивая, большее количество клубеньков образовала к 1 укосу - 186 млн.шт./га.

В посевах клевера лугового и люцерны изменчивой второго года жизни внесение извести и микроудобрений по сравнению с контролем повысило количество активных клубеньков в 1,2 раза (посев 1998).

В целом за вегетацию по данному признаку клевер луговой превосходил козлятник восточный в 4,2 раза й люцерну - в 6 раз. Хотя симбиотическая система клевера лугового и характеризуется большим количеством клубеньков, то по своей массе (табл. 1) и размерам она уступает люцерне и козлятнику.

Даже в этих стрессовых условиях первой половины вегетационного периода 1999, козлятник восточный сформировал наибольшую величину симбиотического аппарата по массе - 93 кг/га, чем клевер и люцерна. Причем между вариантами по данному признаку различий не наблюдалось (табл. 1).

Вегетационный период 2000 года сильно отличался от 1999 по метеорологическим условиям. На массе и количестве клубеньков травостоев козлятника и клевера второго года жизни посева 1999 года и третьего года жизни посева 1998 отрицательно сказалось похолодание во второй декаде мая (фаза стеблевания многолетних трав) и избыточное увлажнение во второй декаде июня (бутонизация - начало цветения) (рис. 1).

В период вегетации 2000 года максимальное количество клубеньков в посевах многолетних бобовых трав второго года жизни было во второй укос в варианте с оптимизацией почвенных параметров и составило 96- у люцерны, 208 - у клевера и у козлятника - 217 млн. активных клубеньков на 1 га. При этом внесение извести и микроудобрений повышало их количество по сравнению с контролем на

23% у люцерны, 33% - у клевера, 28% - у козлятника. Общее количество клубеньков было больше , чем активных.

Таблица 1. Сырая масса клубеньков* на корнях многолетних бобовых трав в зависимости от условий выращивания, кг/га.

101 посе- Люцерна Клевер Козлятник

ва, укос контроль извВМо контроль извВМо контроль извВМо

1 год жизни

1998 28/32 76/79 140/146 216/220 130/133 124/128

1999 45/49 92/97 151/158 188/192 143/148 153/155

2 год жизни

1 53/60 67/67 46/49 71/75 88/92 93/99

00 2 33/35 121/121 220/224 378/380 144/150 332/337

За вегетацию 86/95 188/188 266/273 449/455 222/242 425/436

НСР05 38/39 52/54 59/61

1 93/101 104/114 50/77 120/123 130/144 260/292

о о 2 73/105 137/140 122/122 141/143 303/303 429/429

Отава 24/27 67/69 97/100 114/118 239/240 286/286

За вегетацию 190/233 308/323 269/299 375/384 672/687 975/1007

НСР05 11/13 36/40 40/42

3 год жизни

1 32/60 55/75 36/61 63/76 88/104 107/121

00 2 70/82 94/96 58/63 83/85 208/210 315/3 ¡6

Отава 42/45 60/62 15/16 24/25 142/145 184/185

За вегетацию 144/187 209/233 109/140 170/186 438/459 606/622

НСРоз 16/17 17/19 22/24

^числитель —активных, знаменатель - всего

Резкое похолодание, во второй половине мая (фаза стеблевания), повлекло за собой снижение массы клубеньков у козлятника второго года жизни (посев 1999) в варианте с оптимизацией на 45 кг/га, тогда как спад на контрольном варианте составил 56 кг/га. Данная тенденция прослеживается и по другим культурам.

При наступлении более благоприятных условий к фазе полного стеблевания масса клубеньков в посевах многолетних трав повысилась в 2 раза. На посевах козлятника она достигла 374 кг/га активных клубеньков в лучшем варианте, тогда как, например, у люцерны этот показатель составил всего 78 кг/га, что выше контроля соответственно на 22 и 55%. К моменту первого укоса масса клубеньков снова понизилась в результате частичного опадения клубеньков, вызванного избыточным увлажнением в данный период онтогенеза. Масса активных клубеньков снизилась на 31% у растений козлятника, 59% - у клевера и 11% - у люцерны на посевах второго года жизни; а в посевах третьего года жизни снижение составило соответственно 54, 10 и 27%. Нарастание массы клубеньков на корнях многолетних бобовых трав после каждого последующего укоса увеличивалась к фазе бутонизации-начало цветения (рис. 1).

Все изучаемые виды многолетних трав во все годы исследований обеспечивали максимальный прирост массы клубеньков ко второму укосу в связи со складывающимися стрессовыми условиями, имеющими место в период формирования первого. Ко второму укосу масса активных клубеньков у травостоев второго года жизни (посев 1999) в лучшем варианте составила 429 кг/га на козлятнике, 141 кг/га - на клевере, 137 — на люцерне и 303, 122, 73 кг/га - соответственно на контроле. В третий год жизни эти показатели были следующими: 315 кг/га - на козлятнике, 83 кг/га - на клевере, 94 кг/га - на люцерне в варианте с оптимизацией и 208, 58, 70 кг/га на контроле соответственно.

Улучшение условий минерального питания способствовало увеличению массы активных клубеньков козлятника восточного второго года жизни (посев 1999) в 1,6раза, а клевера и люцерны - в 1,4 раза по сравнению с контролем; на посевах третьего года жизни их масса увеличилась соответственно в 1,4 и 1,5 раза.

Таким образом, кривая массы клубеньков в течение вегетации и за три года жизни посевов имеет синусоидальный вид с наибольшей амплитудой колебаний к моменту укосов.

Максимальную величину симбиотического аппарата по массе, в целом за период вегетации 2000 года, а также по укосам,

и

сформировал козлятник восточный, как в посевах второго, так и в посевах третьего года жизни (табл. 4). Его величина во второй год жизни достигла 689 кг/га в варианте с внесением извести и микроудобрений и 433кг/га в контроле, а в третий год жизни - 422 и 296 кг/га. Соответственно наименьшую величину симбиотического аппарата во все годы исследований формировала люцерна изменчивая.

с?' <$>' «$>• С?"

ф>- <Ь- ф,- ч- ф-

Рис. 1. Сезонная динамика массы активных клубеньков козлятника восточного 2 года жизни (посев 1998 г)

Динамика нитрогеназной активности многолетних бобовых трав носила тот же характер, что и масса клубеньков.

Симбиотическая система козлятника восточного отличалась наибольшей активностью по сравнению с другими видами трав и составила 197,5 мкг Ы/раст.час (второй год жизни) и 111,9 мкг Ы/раст.час (третий год жизни). При этом улучшение минерального питания растений способствовало повышению данного показателя соответственно на 29 и 39%.

Азотфнксация. В первый год жизни посевы многолетних бобовых трав фиксировали небольшое количество атмосферного азота, что связано с коротким периодом активного симбиоза в год посева. В посевах люцерны азотфнксация (Ыфикс) составила 18,31 кг/га, клевера - 25,25 кг/га, козлятника - 17,86 кг/га (посев 1998) и 28, 53,25 кг/га соответственно (посев 1999). Оптимизация почвенных параметров повышала азотфиксацию, по сравнению с контролем на 32% у люцерны, на 20% - у клевера (посев 1998) и на 18 и 15% (посев 1999). В посевах 1998 г на козлятнике восточном разницы между варианта-

ми не наблюдалось, а в посевах 1999г разница составила 20% в пользу оптимального варианта

Наибольшее количество азота в посевах первого года жизни фиксировал клевер луговой, превышая этот показатель на люцерне в 1,4 - 2,0 раза, а на козлятнике в 1,5-2,1 раза (рис. 2).

1 2 з

козлятник

□ посев 1998 Ипосев 1999

Рис.2. Максимальное накопление атмосферного азота посевами многолетних бобовых трав по годам жизни (1,2,3 - годы жизни).

Во второй год жизни максимальное количество азота за вегетацию фиксировали посевы клевера и люцерны (в вегетационный период 1999). Козлятник восточный фиксировал 157 кг/га азота воздуха. Внесение извести и борно-молибденовых удобрений повысило ^икс люцерны на 39%, клевера - 19% и козлятника - 14%.

Вегетационный период 2000 года был более благоприятным для азотфиксации атмосферного азота бобовыми травами как второго года жизни (посев 1999), так и третьего года жизни (посев 1998) (рис.2).

Максимум Ификс приходился на второй укос многолетних трав и наибольшим он был у козлятника восточного и составил 277 кг/га (посев 1998) и 126 кг (1999). Отсюда, за вегетацию данный пока-

затель был выше всех - 398 кг/га (посев 1999) и 243-кг/га (посев 1998), что больше в 1,3 - 1,8 раза, чем у люцерны и в 2,7 раза - чем у клевера лугового.

К третьему году жизни азотфиксация снижалась. Улучшение минерального питания способствовало повышению нитрогеназ-ной активности посевов козлятника на 29 - 39%, а фиксация атмо-' сферного азота была в 1,5 - 2,6 раза выше люцерны и составила 641 кг/га за 2 года пользования.

Фотосинтетическая деятельность посевов многолетних бобовых трав. Величина урожайности культуры зависит от площади листьев, фотосинтетического потенциала, продуктивности фотосинтеза и т.д.

В год посева многолетние травы сформировали небольшую величину листового аппарата, так как посев проводился летом. Из-за медленного роста в 1 год жизни, площадь листьев козлятника восточного составила 17,20 - 23,0 тыс.м2/га (посев 1998 г) и 25,28 - 33,40 тыс.м2/га (посев 1999 г), причем на контроле в 1998 году она была больше на 5,8 тыс.м2/га, а в 1999 г - на 8,12 тыс.м2/га меньше и отличалась лишь по абсолютной величине. Большую площадь листьев в 1 год жизни сформировала люцерна гибридная и клевер луговой — 25,9 тыс.м2/га и 25,7 тыс.м2/га (посев 1998 г), а в 1999 году - 30,15 и 32,9 тыс.м2/га соответственно.

Во второй год жизни (посев 1998), максимальная площадь листьев у клевера была в фазу массового стеблевания и составила 58,5 тыс.м2/га, а у люцерны пик фотосинтетической активности наблюдался в фазу бутонизации -37,5 тыс.м2/га. Величина листового аппарата козлятника восточного к фазе бутонизации - начала цветения снизилась с 60,2 до 42,65 тыс.м2/га в связи с неблагоприятными метеоусловиями.

Благоприятные погодные условия позволили травостоям второго года жизни ко второму укосу сформировать большой листовой аппарат, причем наибольшей величины достигал козлятник восточный: 54,13 тыс.м2/га (посев 1998) и 71,7 тыс.м2/га (посев 1999), превышая контрольный вариант по данному показателю на 11 и 24% соответственно. По площади листьев козлятник превосходил клевер и люцерну в 1,1 - 1,2 раза.

У травостоев третьего года жизни максимальная площадь листьев была также во второй укос: 67,9 тыс. м2/га - у козлятника; 35,42 тыс. м2/га - клевер и 52,03 тыс. м2/га - люцерны.

Изменение параметров фотосинтетической деятельности посевов многолетних бобовых трав шло параллельно нарастанию сырой массы клубеньков. Наибольший прирост площади листьев, в целом по всем трем видам бобовых трав в первый год жизни совпадал с приростом массы активных клубеньков.

Фотосинтетический потенциал (ФСП) посевов многолетних бобовых трав изменялся параллельно площади листовой поверхности.

Большой площадью листовой поверхности и, следовательно, ФСП, отличался козлятник восточный второго и последующих лет жизни: на второй год жизни - 6,10 млн.м2 дней/га (посев 1998 г) и 5,98 млн.м2 дней/га (посев 1999 г), а на третий год - 7,36 млн.м2 дней/га. Причем в лучшем варианте этот показатель был выше в 1,1 -1,3 раза и 1,5 раза соответственно.

Высокие показатели площади листовой поверхности, а следовательно и фотосинтетического потенциала посевов многолетних трав косвенно повлияли на снижение чистой продуктивности фотосинтеза растений.

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) изменялась в зависимости от условий года. У травостоев, посеянных в 1998 году самое низкое ее значение было отмечено для 2 укоса третьего года жизни (2,38 г/м2 у люцерны, 1,56 г/м2 - у клевера и 1,69 г/м2 сут. - у козлятника), а наиболее высокое - для 2 укоса второго года жизни (козлятник - 3,51 г/м2; 4,18 г/м2 сут - клевер и люцерна - 4,72 г/м2 сут). При этом наибольшей интенсивностью прироста массы растений отличалась люцерна изменчивая.

Большие величины ФСП и ассимиляционной поверхности - листьев снижали ЧПФ в посевах козлятника и люцерны в оптимальном варианте на 10 и 23% во второй год жизни и 20 - 35% - в третий год жизни. Оптимизация почвенных параметров вызывала увеличение ЧПФ клевера на 42%.

Эффективность работы единицы листовой поверхности растений по накоплению сухой массы сильно изменялась в течение вегетации. В первый год жизни максимальная продуктивность фотосинтеза отмечалась в начале роста - от фазы всходов до начала формирования активных клубеньков и была наибольшей у козлятника восточного (как и у других видов бобовых трав); на второй год жизни - первые 11-13 дней после весеннего отрастания.

От эффективной работы фотосинтетического аппарата в значительной степени зависит накопление посевами абсолютно сухого вещества. Проведенный нами корреляционный анализ показал на-

личие прямой и сильной связи между накоплением абсолютно сухого вещества, площадью листьев и азотфиксацией. Эта связь выражается множественным коэффициентом корреляции 11=0,64 - 0,99.

Динамика накопления сухого вещества в 1-й и 2-й годы пользования многолетних трав носила тот же характер, что и изменение площади листьев.

Изменение структурпых элементов листа под действием извести и мпкроудобрений. Важной частью фотосинтетической системы растения является лист. Структурные элементы листа в значительной степени чувствительны к действию факторов внешней среды. Их изменение отражается на ходе процесса фотосинтеза, а следовательно, на содержании органических веществ в растении как продуктов фотосинтетической деятельности. В этой связи нами были исследованы структурные показатели листовой пластинки оптимального яруса сельскохозяйственной культуры, косвенно связанные с азот-фнксирующей активностью (табл.2).

Результаты наших исследований показали, что характер изменения структуры листочка в ту или иную сторону совпадает с разработанной ранее для других культур гипотетической схемой действия стрессового фактора и носит однозначную тенденцию по годам исследований.

Как видно из таблицы 2, площадь устьиц и объем хлоропласта на оптимальном фоне (извВМо) всегда меньше. Это говорит о действии защитно-приспособительного механизма устойчивого функционирования фотосинтетического аппарата листа, направленного на сохранение генотипа культуры в целом. Наиболее мелкой структурой листа отличались: в 1999 году - клевер луговой, а в 2000 году - козлятник восточный.

Таблица 2. Изменение структуры листочка козлятника восточного в сравнении со схемой стрессового фактора (среднее за 1999 -2000 гг)._ _ _

Показатель ■ Изменение структуры листа

контроль извВМо

5Л (площадь листочка), см2 7,33 < 10,25

Ь (толщина листочка), мм 0,12 >0,09

(Зуст, (количество устьиц), шт/мкм2 97,31 < 154,68

8уст, (площадь устьиц), мкм2 275,22 > 203,86

Ухд, (объем хлоропласта), мкм3 19,03 > 13,50

Нами была определена корреляция между некоторыми структурными элементами листовой пластинки и азотфиксацией) многолетних бобовых трав., в результате чего выявлена сильная связь 11=0,69-0,99.

Таким образом, при изучении активности бобоворизоби-ального симбиоза структурные элементы листочка (площадь и толщина листочка, количество и площадь устьиц а также объем хлоро-пластов), вероятно, могут играть важную определяющую роль.

Урожайность многолетних бобовых трав формируется за счет биологической фиксации азота воздуха, почвенного плодородия и прихода фотосинтетической активной радиации.

□ контроль ■ извВМо

Рис. 17. Урожай сена многолетних бобовых трав по годам пользования в зависимости от условий выращивания, т/га

Наиболее четкая картина по формированию урожайности многолетних трав первого года пользования была в 2000 году. Улучшение условий вегетационного периода способствовало повышению урожайности многолетних трав по сравнению с предыдущим годом на 40 - 47%. При этом сбор сена козлятника восточного, как культуры наиболее урожайной, составил 22,53 т/га, превышая люцерну на 10%, а клевер - 14%. В свою очередь, уровень

а клевер - 14%. В свою очередь, уровень минерального питания оказывал значительное влияние на урожайность, повышая ее на 36% - у козлятника, а у люцерны и клевера на 38%.

Максимальное количество фитомассы и сена многолетние травы накапливали во второй год пользования посевами, а внесение извести и микроудобрений повышало ее величину в 1,5 - 1,6 раза.

Наибольший урожай сена за 2 года пользования посевами сформировал козлятник восточный - 36,70 т/га, а улучшение минерального питания повышало его величину до 56,12 т/га, что превышает клевер луговой на 39 %, а люцерну изменчивую - на 12%.

Источники азота в питании растений многолетних бобовых трав - азот почвы и симбиотически фиксированный азот воздуха. Доля участия каждого источника зависит от активности бобоворизо-биального симбиоза.

Лучший симбиотический аппарат сформировали травостои второго года жизни (посеянные как в 1998 г, так и в 1999 г). Наибольшей его величиной отличались посевы козлятника восточного в 2000 году. За вегетацию было фиксировано 141 кг/га азота воздуха. Доля его участия в общем потреблении азота составила 48%, а внесение извести и борно-молибденовых удобрений повысило фиксацию атмосферного азота до 363 кг/га и долю его участия - до 91% . Доля участия азота воздуха в питании растений козлятника восточного была выше, чем у люцерны в 1,1 - 1,4 раза, а клевера-2 раза.

В травостоях третьего года жизни (табл.3) доля атмосферного азота в формировании урожая снижалась по сравнению со вторым годом жизни и составила на козлятнике восточном в лучшем варианте всего 37%, на люцерне - 26, а на клевере - 53%. Вероятно это связано с переуплотнением почвы вследствие самозагущения посевов козлятника восточного. Несмотря на это, улучшение минерального питания за счет внесения извести, бора и молибдена активизировало фиксацию атмосферного азота, доля которого возрастала в 1,2 раза.

В целом, среди изучаемых видов многолетних трав, козлятник восточный отличался наибольшей азотфиксирующей активностью и долей участия азота воздуха в формировании урожая при условии достаточного увлажнения, а в засушливых условиях - клевер луговой. Люцерна изменчивая занимала промежуточное положение по данному признаку.

Таблица 3. Доля фиксированного азота воздуха в общем потреблении его посевами многолетних бобовых трав_

Показатель Год жизни Посев 1998 Посев 1999

контроль извВМо контроль извВМо

Люцерна

Потребление Ы, кг/га 1 46 52 ^ 87 98

2. 393 443 274 330

3 386 477 - -

Доля N воздуха,0/» 1 27 35 25 28

2 33 52 40 84

3 16 26 - -

Клевер

Потребление N. кг/га 1 36 47 66 94

2 305 381 246 286

3 88 159 - -

Доля N воз-духа,% 1 58 54 68 56

2 37 56 13 45

3 41 53 - -

Козлятник

Потребление Ы, кг/га 1 39 45 64 77

2 406 416 294 397

3 439 559 - -

Доля N воздуха,% 1 44 40 31 32

2 34 38 48 91

3 30 37 - -

Питательная ценность многолетних бобовых трав. Проведенный нами химический анализ показывает, что козлятник восточный содержал меньше протеина (%АСВ) по сравнению с люцерной в 1,2 раза, а по содержанию клетчатки они находятся примерно на одном уровне - 23,2 - 21,4% (3 г.ж.), 23,4 - 22,7 %(2 г.ж. 1999 г) и25,4 - 21,7 (2 г.ж. - 2000 т). Наибольшее содержание зольных элементов и жира отмечено у клевера лугового (табл.4).

Активизация симбиотической деятельности посевов многолетних бобовых трав на 1% повышала содержание сырого белка в растениях и на1 - 1,5% снижала содержание жира и клетчатки.

Таблица 4. Питательная ценность многолетних бобовых трав в среднем за 2 года пользования посевами_

Культура Вариант На 1 кг сухого вещества На 1 корм. ед. переваримого протеина, г

кормовых единиц переваримого протеина, г

Люцерна контроль 0,86 135 157

извВМо 0,88 142 161

Клевер контроль 0,85 123 145

извВМо 0,87 127 146

Козлятник контроль 0,84 127 151

извВМо 0,86 132 154

В целом, среди изучаемых видов, козлятник восточный занимал промежуточное положение между клевером и люцерной по содержанию питательных веществ и по общей питательности (табл. 3) Сено и зеленая масса козлятника близки к клеверу, но превосходит его по содержанию переваримого протеина на 4%.

Наибольшей белковой продуктивностью обладал козлятник восточный. Сбор белка за 2 года пользования посевами составил 7,06 т/га, а активизация симбиотической деятельности посевов повысила этот показатель на 35 %. Белковая продуктивность козлятника восточного была в 1,1 раза выше, чем у люцерны и в 1,7 раза - чем у клевера.

По общей питательности козлятник восточный был близок к клеверу луговому и занимал промежуточное место между клевером и люцерной.

Энергетическая оценка выращивания многолетних бобовых трав. Высокая энергетическая эффективность возделывания многолетних бобовых трав связана с их высокой урожайностью и белковой продуктивностью.

Лучшие показатели энергетической оценки, по сравнению с другими травами, были у козлятника восточного. Его чистый энергетический доход был выше на 10 %, чем у люцерны и на 41 % - чем у клевера. Себестоимость единицы продукции не превышала 3,32 ГДж,

тогда как у клевера - 5,46 ГДж. Активизация симбиоза повышала чистый энергетический доход на 364 ГДж, а энергетический коэффициент на 2 единицы.

Выводы

1. Одним из путей поддержания или восстановления природного экологического равновесия агросистемы является биологическая интенсификация растениеводства и земледелия. Здесь важную роль играют бобовые культуры, а в большей степени многолетние бобовые травы, которые формируют свой урожай в основном за счет симбиотической азотфиксации. Биологический азот выступает как главный фактор в повышении плодородия почвы, в решении проблемы кормового белка, получении чистой сельскохозяйственной продукции и сбережении энергоресурсов. В связи с этим применительно к Орловской области, нами были исследованы три вида многолетних бобовых трав на предмет повышенной симбиотической активности. Выявлена культура, наиболее отличающаяся по симбиотической и фотосинтетической деятельности, обладающая наибольшей урожайностью и белковой продуктивностью. Наши исследования показали, что наряду с клевером и люцерной козлятник восточный наиболее соответствует предъявляемым требованиям.

2. Важным условием для активного бобоворизобиаль-ного симбиоза является оптимизация основных почвенных параметров (рН, Р, К, микроэлементы), которая повышала показатели симбиотической деятельности многолетних бобовых трав на 40 - 50%, а наибольшая их величина была у козлятника восточного. Масса клубеньков доходила до 425 - 606 кг/га, азотфиксация за два года пользования посевами составила 641 кг/га, что выше, чем у люцерны и клевера в 1,5 - 2,6 раза.

3. Процесс азотфиксации напрямую связан с фотосинтезом. Нами установлена положительная корреляция между показателями симбиотической и фотосинтетической деятельности посевов изучаемых видов многолетних бобовых трав. Множественный коэффициент корреляции равен 0,71 - 0,99. Козлятник восточный формировал наибольшую листовую поверхность, имел высокий фотосинтетический потенциал, и превосходил люцерну и клевер по данным показателям в 1,2 раза, а улучшение минерального питания повышало их на 18 - 40%.

4. Накопление сухого вещества в большей степени зависит от обеспеченности растений биологически фиксированным азотом. Внесение извести и микроудобрений способствует росту урожайности многолетних бобовых трав. Наибольший сбор сена за два года пользования обеспечил козлятник восточный - 56,12 т/га, тогда как у клевера лугового - 34,2, а у люцерны изменчивой - 49,8 т/га.

5. При изучении активности бобоворгообиального симбиоза структурные элементы листа (площадь и толщина листа, количество и площадь устьиц а также объем хлоропластов) могут играть важную определяющую роль; выявлена их тесная взаимосвязь с азот-фиксацией -11=0,69 - 0,99.

6. Агротехническое значение многолетних бобовых трав тем выше, чем больше они оставляют в почве корневых и пожнивных остатков и азота в них. За счет повышения активности бобо-воризобиального симбиоза количество остатков в посевах козлятника восточного к концу третьего года жизни составило 6,97 т/га, а содержание в них азота увеличилось до 153 кг/га. Наименьшее количество остатков и азота в них было в посевах клевера лугового - 2,6 т/га и 53 кг /га соответственно.

7. Белок бобовых - это азот включенный в биологический синтез. Активизация симбиотической деятельности повышала питательную ценность и сбор белка многолетних бобовых трав. По общей питательности козлятник восточный занимал промежуточное положение среди изучаемых видов трав и уступал люцерне изменчивой, у которой на 1 кормовую единицу приходилось 161 г переваримого протеина. Наибольший сбор белка за два года пользования посевами обеспечил козлятник восточный - 10,94 т/га, что превышало люцерну на 10%.

8. Повышение урожайности многолетних бобовых трав за счет симбиотического азота позволило сэкономить энергетические ресурсы. Лучшие показатели, по сравнению с другими травами, были у козлятника восточного. Себестоимость единицы продукции не превышала 3,32 ГДж. Активизация симбиоза повышала чистый энергетический доход на 364 ГДж, а энергетический коэффициент на 2 единицы.

Предложения производству

1. Для повышения экологической устойчивости и стабильности растениеводства в Орловской области рекомендуется выращи-

вать культуры с повышенной симбиотической активностью, урожайностью и белковой продуктивностью: козлятник восточный - на выводных полях, люцерну изменчивую и клевер луговой - в севообороте.

2. С целью повышения продуктивности многолетних бобовых трав, необходимо оптимизировать основные почвенные параметры, лимитирующие бобоворизобиальный симбиоз (pH, Р, К, В и Мо).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Симбиотическая фиксация азота многолетними бобовыми травами // Кормопроизводство. - 2000. - №3. - С. 16 - 19.(в соавторстве).

2. К вопросу о симбиотической азотфиксации клевера красного и люцерны изменчивой. // Вестник науки - 2000. - Орел, 2000. - 215 с. - (Орел ГТУ).