Биологическая фиксация азота в однолетних агроценозах лесостепной зоны западной Сибири (стр. 3 )

При этом отмечается увеличение содержания белка в зерне на 0,4-1,0 %, в зависимости от препарата, выращиваемой культуры и условий увлажнения.

Различная ответная реакция культур на тот или иной биопрепарат, что связана с биологическими особенностями культур, с адаптацией применяемых штаммов микроорганизмов к сообществу микрофлоры почвы и с их устойчивостью к изменениям гидротермического режима в период вегетации растений. Это вызывает необходимость подбора наиболее эффективного в конкретных условиях ассоциативного комплекса: штамм микроорганизма – культура.

Отличительной особенностью действия биопрепаратов является преимущественное поступление дополнительно усвоенного азота в репродуктивные органы растений и пропорциональное увеличение их массы, в результате чего существенно возрастает урожай зерна и в гораздо меньшей степени – содержание в нем азота.

Симбиотическая фиксация атмосферного азота

зернобобовыми культурами

Зернобобовые культуры являются одним их основных источников производства растительного белка. Но для обеспечения высокой урожайности и белковой продуктивности этих культур необходимо достаточное азотное питание, источником которого могут служить доступные растениям формы почвенного азота, фиксированный клубеньковыми бактериями азот атмосферы и азотсодержащие органические и минеральные удобрения. При этом как с экономических, так и с экологических позиций в большинстве стран мира предпочтение отдается азоту биологическому.

Наблюдения за формированием симбиотических отношений в посевах зернобобовых культур, что в естественных условиях на черноземах лесостепи юга Западной Сибири среди изученных растений корневые клубеньки образуются у гороха, вики, чечевицы и кормовых бобов.

Это свидетельствует о том, что в почве присутствуют только клубеньковые бактерии Rhizobium leguminosarum, а специфичных для фасоли, нута, люпина и сои азотфиксаторов в почве нет. Поэтому формирование симбиотического аппарата у последних возможно лишь при заражении почвы соответствующими бактериями.

Известно, что конечный результат взаимодействия растений с клубеньковыми бактериями определяется величиной симбиотического аппарата, его удельной азотфиксирующей активностью и продолжительностью активного симбиоза.

С использованием этих показателей нами и проведена оценка азотфиксирующей способности различных зернобобовых культур, обобщенные результаты которой представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Средние характеристики симбиоза клубеньковых бактерий

с зернобобовыми культурами

Установлено, что по продолжительности симбиоза зернобобовые культуры имеют существенные различия, связанные главным образом с длиной вегетационного периода. Показано, что у изученных культур этот показатель в среднем меняется от 30-40 дней у чечевицы до 70-80 и более дней (в зависимости от условий увлажнения) у сои и люпина. При этом в зависимости от срока сева, обусловленного биологическими особенностями рассматриваемых культур, период максимальной азотфиксирующей активности клубеньков смещается со второй половины июня (культуры раннего срока сева) на июль и даже на начало августа (нут, соя, люпин узколистный). Следовательно, даже в один и тот же год клубеньковые бактерии разных культур работают в различных условиях увлажнения и температуры, что также вносит существенные поправки в уровень усвоения ими азота воздуха.

По количеству и массе корневых клубеньков зернобобовые культуры также существенно различаются. Так, если у гороха, вики и чечевицы наблюдаются близкие показатели (по 8-15 клубеньков на 1 растении со средней массой одного клубенька в пределах 5-10 мг), то у кормовых бобов, сои и фасоли эти показатели в 2,0-2,5 раза выше. Отличительной особенностью люпина является формирование небольшого числа (4-8) очень крупных (150-250 мг) клубеньков.

По удельной азотфиксирующей активности клубеньков изученные культуры различаются в меньшей степени: минимальна она у чечевицы (310 мкг азота / г клуб.· час), а максимальна – у сои (490 мкг азота / г клуб. · час).

В конечном итоге по азотфиксирующей активности растений зернобобовые культуры можно расположить в следующий ряд (в порядке возрастания): чечевица – вика – горох – нут – фасоль – бобы и соя – люпин. При этом минимальные и максимальные значения прихода азота атмосферы в агроценозы различаются в 2-3 раза.

Анализ экспериментальных данных показывает, что с ростом массы клубеньков на 1 растении их азотфиксируюшая активность повышается, если увеличение массы клубеньков связано с фенологией растения. Если же измерения проведены в одно и то же время, а различия в формировании симбиотического аппарата обусловлены условиями произрастания растений или применяемым штаммом бактерий удельная активность клубеньков понижается (рис.5.).

Рис. 5. Азотфиксирующая активность клубеньков гороха в зависимости от их массы на 1 растении (в среднем за гг.)

В частности, у растений гороха, согласно рассчитанному по 3 летним экспериментальным данным уравнению регрессии y = -0,68x + 607,4 (n = 15; r = 0,81±0,35), с увеличением массы клубеньков у одного растения на 1 мг, удельная активность связывания азота снижается в среднем на 0,68 мкг/г клубеньков.

Особенно резко падает активность клубеньков в условиях дефицита влаги (1997 год). Это связано, по-видимому, с тем, что в процессе онтогенеза рост массы клубеньков сопровождается нарастанием площади листьев и значительной активизацией фотосинтеза, в то время как при изменении экологических факторов, способствующих усилению клубенькообразования, ассимиляция растениями СО2 увеличивается в меньшей степени и ухудшается обеспечение клубеньков продуктами фотосинтеза.

Аналогичные зависимости, характеризующиеся достаточно высокими коэффициентами корреляции, характерны и для других зернобобовых культур (табл. 7).

Таблица 7 – Зависимости удельной нитрогеназной активности клубеньков зернобобовых культур (y) от их массы на одном растении (x)

Эффективным приемом повышения азотфиксирующей способности традиционных зернобобовых культур или основным условием формирования симбиотического аппарата у культур, впервые выращиваемых в данном регионе, является обработка семян активными штаммами клубеньковых бактерий.

По активизации азотфиксирующей деятельности отзывчивость зернобобовых культур группы гороха на инокуляцию возрастает в следующем ряду: кормовые бобы (+ 16 %) – чечевица (+ 33 %) – вика яровая (+ 50 %) – горох (+ 54 %), а уровень усвоения атмосферного азота у нетрадиционных культур возрастает в ряду: нут – фасоль – соя – люпин (рис. 6).

По влиянию биопрепаратов на зерновую продуктивность растений выявлено следующее:

Ø  в подавляющем большинстве опытов у всех изученных культур отмечена положительная реакция на инокуляцию семян активными штаммами клубеньковых бактерий. Хотя в отдельные годы при остром дефиците влаги биопрепараты были неэффективны;

Ø  в абсолютном выражении средний прирост урожая варьирует от 0,3-0,4 (у культур группы гороха) до 0,4-0,6 (у нетрадиционных культур) т/га (рис. 7).

Рис.6. Влияние инокуляции на азотфиксирующую активность зернобобовых культур в период цветения (в среднем за гг.)

Рис. 7. Влияние ризоторфина на урожайность зернобобовых культур

(в среднем за гг.)

Эффективность инокуляции зернобобовых культур в значительной степени зависит от применяемого штамма клубеньковых растений. Свидетельством тому являются результаты испытаний 5 различных штаммов на посевах сои. Установлено, что применение всех изученных штаммов обеспечивает формирование симбиотического аппарата на корнях сои.

Но, как по уровню азотфиксации, так и по влиянию на продуктивность растений препараты неравноценны. Так, во все годы исследований максимальная азотфиксирующая активность клубеньков наблюдалась при инокуляции штаммом 645б. Несколько ниже (в среднем на 13 %) были показатели у штамма 634б. И значительно уступали им 3 остальных штамма – в среднем 62-70 % к уровню усвоения азота штаммом 645б (табл. 8).

Таблица 8 – Влияние препаратов клубеньковых бактерий на азотфиксирующую

активность (фаза цветения) и продуктивность растений сои

Примечание: 1- активность нитрогеназы, мкг азота/раст. · час;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5