Влияние форм азотных удобрений на содержание хлорофилла в одновидовых и смешанных бобово-злаковых агроценозах

УДК 581.133.12

ВЛИЯНИЕ ФОРМ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ХЛОРОФИЛЛА В

ОДНОВИДОВЫХ И СМЕШАННЫХ БОБОВО-ЗЛАКОВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ

А.С.Кононов, О.Н.Шкотова

В исследованиях установлено, что фотосинтетическая деятельность бобовым и злаковых растений зависит от форм минерального азотного питания. Установлено, что азот положительно влиял на формирование ассимилирующей поверхности листьев, накопление в них хлорофиллов а и b у одних видов растений, а у других наоборот ингибировал накопление хлорофилла. Показано, что в одновидовых и смешанных посевах количество хлорофилла а было заметно больше у бобовых культур, по сравнению с ячменём, а у растений ячменя в среднем содержание хлорофилла b было на 76% больше чем хлорофилла a. Ключевые слова: смешанные посевы, хлорофилл, фотосинтез, аммиачный азот, нитратный азот.

К.А. Тимирязев подчеркивал, что важнейшая задача физиологии растений - найти пути, чтобы «вырастить два колоса там, где растет один». Задача эта не только не потеряла значения, но стала ещё более острой. Большая роль в выполнении этой задачи принадлежит управлению фотосинтетической деятельностью растений. Фотосинтез является основным процессом, при котором образуется сухое вещество растений. Однако зависимость между фотосинтезом и общей продуктивностью растительного организма, а тем более урожаем, далеко не простая, так как интенсивность фотосинтеза во многом определяет содержание хлорофилла.

Как считает И.Н. Рахтиенко (1976) и другие исследователи фотосинтеза -главная работа по проблемам хлорофилла и фотосинтеза состоит в том, чтобы синтезировать при помощи растений наибольшее количество высокоактивного хлорофилла, создавать такие живые фотосинтезирующие системы, которые были бы способны наиболее полно поглощать приходящую на них энергию света и с наиболее близкими к теоретически возможным коэффициентами полезного действия использовать её на фотосинтез, на образование органических веществ растительной биомассы, урожаев и кислорода [1,2,3,4].

Минеральное питание растений, в частности потребление азота, существенно влияет на формирование урожая. По мнению Т.Н. Горднева (1963) и А.М. Гродзинского (1991), при недостаточном минеральном питании, образуются фитоценозы с недостаточной оптической плотностью, неполно поглощающие приходящий свет, а в ряде случаев и со сниженной активностью фотосинтетического аппарата. Внесение минеральных удобрений приводит к улучшению структуры и плотности фитоценозов и активности фотосинтезирующего аппарата, что определяет быстрый рост фотосинтетической продуктивности [2,5,6].

Цель исследований - выявить влияние различных форм минерального азотана содержание хлорофилла в одновидовых и смешанных бобово-злаковых посевах.

Методика исследований. Полевые исследования проводились на опытном участке БГУ в 2011 году. Объектами исследования были сорта: узколистный люпин Белозерный 110, соя Магева, горох Малиновка и ячмень Зазерский 85, соотношения компонентов в гетерогенной системе составляло: люпин - 1,2 млн., соя - 1 млн., горох - 1 млн., ячмень - 1,6 млн. всхожих семян на 1 га. Повторность в опыте 5-ти кратная, размер учетной делянки 1 м2. Почва участка серая лесная, легкосуглинистая по механическуому составу, со средним уровнем плодородия. Погодные условия в период проведения полевых исследований были различными - по фазам роста растений. Азотные удобрения вносили в почву после посева в форме аммиачной селитры и калиевой селитры в дозе N60 . Содержание хлорофилла определяли на спектрофотометре СФ-2000 в фазу бутонизации бобовых культур [7,8,9].

Результаты работы. Наши исследования показали, что при внесении в почву аммиачной селитры в дозе N60 наблюдалось повышение суммы хлорофиллов a и b в листьях одновидовых посевов люпина в среднем на 10 %, сои на 52,3 % и гороха на 17,6 %. У ячменя в эту фазу повышения содержания хлорофилла не установлено (табл.1). При внесении азота в форме аммиачной селитры у всех изучаемых бобовых и злаковых культур наблюдалось увеличение содержания в листьях хлорофилла а - формы хлорофилла без которой не идет процесс фотосинтеза. Так у люпина содержание хлорофилла а увеличились на 9,8%, у сои на 32,9%, гороха на 15,3% по сравнению с контролем без внесения минерального азота аммиачной селитры. У ячменя на фоне аммиачной селитры содержание хлорофилла а увеличилось на 32,9%, а хлорофилла b снизилось на 36,9% при этом соотношение а к b понизилось с 2,29 на контроле до

1,55 при внесении азота (табл.1).

При внесении калиевой селитры в дозе N60 общее содержание суммы хлорофиллов а и Ь и их соотношение в листьях одновидовых посевов было иным, чем при внесении аммиачной селитры. У люпина сумма хлорофиллов снизилось на 22,2%, у сои возросла на 32,6 % у ячменя на 27,2%, а у гороха существенно не изменилось по сравнению с контролем (табл.2). Азот калийной селитры по иному, чем азот аммиачной селитры влиял и на соотношение хлорофилла а и Ь в листьях культур. Так у люпина содержание хлорофилла а уменьшилось на 39,9%, а хлорофилла Ь на 12,5%, у сои, как и у ячменя на фоне калийной селитры в дозе N60 в одновидовом посеве наблюдалось увеличение содержания хлорофилла а на 19,0% и 32,1% соответственно. Повысилось и содержание хлорофилла Ь на 64,0 и 24,1% соответственно. У гороха не установлено существенного изменения этих форм хлорофилла по сравнению с контролем (табл.2).

В смешанных посевах с внесением азотных удобрений в виде аммиачной селитры содержание хлорофилла а и Ь также возрастает в бобовых культурах: у люпина на 37 %, у сои на 50%, у гороха на 68% и только у злаковых количество хлорофилла возросло на 1,5% по сравнению с такими же посевами, но без удобрений. На фоне внесения калиевой селитры содержание суммы хлорофилла а и Ь в листьях сои снизилось на 13 % и у люпина на 58 %, а у растений гороха наблюдался рост по этому показателю на 33,2%, у злаковых растений на 4,7% (рис.1). Таким образом, аммиачная и калиевая селитра в дозе N60 по-разному оказывали влияние на содержание количества хлорофиллаа и Ь в бобово-злаковых агроценозах.

В смешанных посевах люпина и ячменя без внесения удобрений сумма хлорофилла а+Ь составила 84,27 мг/л, а в таком же варианте, но при внесении аммиачной селитры содержание хлорофилла увеличилось и составило 95,12 мг/л или на 12,9% больше к контролю смешанному посеву без азота. Аммиачная селитра благоприятно влияла на сумму хлорофиллов в смешанных посевах сои и ячменя, гороха и ячменя, его содержание повысилось соответственно на 207% и 22,8% к контролю (табл.1). Внесение в почву калийных удобрений в смешанные посевы привело к снижению суммы хлорофиллов на 5,4% и 5,0% соответственно у люпино-ячменном и соя-ячменном посеве, однако у гороха сумма хлорофиллов была выше чем на контроле на 13,4% (табл.1).

Нитратная форма азота в смешанных посевах сои и ячменя, также как и в смешанных посевах люпина и ячменя приводит к снижению хлорофилла, а аммиачная форма более благоприятна для смешанных посевов этих культур так как повышает содержание хлорофилла в листьях.

В одновидовых и смешанных посевах количество хлорофилла а заметно больше у бобовых культур, по сравнению с ячменём. У растений ячменя в среднем содержание хлорофилла Ь на 76% больше чем хлорофилла а. Известно, что в процессе фотосинтеза хлорофилл а обеспечивает наиболее высокую эффективность процесса превращения диоксида углерода и воды в органические вещества. Поэтому не случайно люпин является более продуктивной по биомассе культурой, чем ячмень.

Таким образом, в исследованиях было установлено, что наиболее благоприятной формой азота для накопления хлорофилла в листьях одновидовых и смешанных посевов для бобовых культур - является аммиачная форма минеральных удобрений, например аммиачная селитра по сравнению с нитратной формой - внесением нитратного азота в форме калийной селитры. У злаковых культур, в частности у ячменя наиболее благоприятно на накопление в листьях хлорофилла влиял нитратный азот, внесенный в форме калийной селитры.

Таблица 1

Влияние аммиачной селитры (N^N0^ на содержание хлорофилла а и Ь в листьях бобово-

злаковых агроценозов, в мг/л

№ вар. Вариант Количество хлорофилла а, мг/л Количество хлорофилла Ь, мг/л Сумма хлорофиллов а и Ь, мг/л Отношение хлорофилла а к Ь

1 Люпин одновидовой посев -контроль (без удобрений) 16,86 7,47 24,34 2,25

2 Ячмень одновидовой посев -контроль (без удобрений) 14,9 32,56 47,26 0,45

3 Соя одновидовой посев -контроль (без удобрений) 24,99 10,88 35,88 2,29

4 Горох одновидовой посев -контроль (без удобрений) 23,87 17,62 41,12 1,35

5 Люпин + ячмень люпин 22,78 10,99 33,77 2,07

N60 ячмень 20,31 41,04 61,35 0,49

6 Соя + ячмень N60 соя 43,17 19,8 62,98 2,18

ячмень 22,10 36,06 58,16 0,61

7 Горох + ячмень горох 25,10 18,89 44,25 1,32

N60 ячмень 22,98 36,32 59,3 0,63

8 Люпин N60 18,52 8,25 26,78 2,24

9 Ячмень N60 23,52 23,79 47,31 0,98

10 Соя N60 33,22 21,43 54,66 1,55

11 Горох N60 27,52 20,90 48,38 1,31

Люпин + ячмень - люпин 17,42 7,23 24,64 2,40

12 контроль(без удобрений) ячмень 22,10 37,52 59,62 0,58

13 Соя + ячмень - соя 23,53 18,37 41,90 1,28

контроль ячмень 20,92 37,30 58,2 0,56

Горох + ячмень - горох 16,87 9,44 26,31 1,78

14 контроль(без удобрений) ячмень 20,97 37,03 58 0,56

Таблица 2:

Влияние калиевой селитры на содержание хлорофилла а и Ь в листьях бобово-

злаковых агроценозов, в мг/л

№ вар. Количество Количество Сумма Отношение

Вариант хлорофилла а, мг/л хлорофилла Ь, мг/л хлорофиллов а и Ь, мг/л хлорофилла а к Ь

1 Люпин одновидовой посев -контроль(без удобрений) 16,86 7,47 24,34 2,25

2 Ячмень одновидовой посев -контроль(без удобрений) 14,9 32,56 47,26 0,45

3 Соя одновидовой посев - контроль (без удобрений) 24,99 10,88 35,88 2,29

4 Горох одновидовой посев -контроль (без удобрений) 23,87 17,62 41,12 1,35

5 Люпин + ячмень люпин 10,43 5,12 15,55 2,03

N60 ячмень 20,59 43,86 64,45 0,46

6 Соя + ячмень N60 соя 24,14 12,81 36,95 1,88

ячмень 20,92 37,30 58,2 0,56

7 Горох + ячмень N60 горох 22,73 12,32 35,05 1,84

ячмень 21,72 38,84 60,56 0,57

8 Люпин N60 12,05 6,88 18,93 1,75

9 Ячмень N60 19,68 40,42 60,11 0,48

10 Соя N60 29,74 17,85 47,59 1,66

11 ГорохN60 24,00 16,53 40,54 1,45

Люпин + ячмень - люпин 17,42 7,23 24,64 2,40

12 контроль (без удобрений) ячмень 22,10 37,52 59,62 0,58

Соя + ячмень - соя 23,53 18,37 41,90 2,18

13 контроль (без удобрений) ячмень 20,92 39,30 58,20 0,57

Горох + ячмень - горох 16,87 9,44 26,31 1,78

14 контроль(без удобрений) ячмень 20,97 37,03 58,00 0,56

Заключение. Результаты исследований показали, что питание растений при внесении в почву аммиачной и нитратной форм минерального азота в одновидовых и смешанных посевах вызывало значительное увеличение количества зеленого пигмента хлорофилла у одних культур, и его снижение у других. За счёт внесенного азота в форме аммиачной селитры возросла концентрация хлорофилла в листьях одновидовых посевов люпина на 10 %, сои на 52,3 % и гороха на 17,6 %. Калиевая селитра снизила содержание хлорофилла у люпина на 28,6%, у гороха на 1,5%, но благоприятно влияла на содержание хлорофилла у сои повысив его на 32,6 %, у ячменя на 27,2% по сравнению с контролем.

В смешанных посевах при внесении азотных удобрений в виде аммиачной селитры содержание хлорофилла а и Ь возрастает: у люпина на 37 %, у сои на 50%, у гороха на 68%, а у ячменя возросло на 1,5% и существенно не отличалось по сравнению с такими же посевами, но без

удобрений. На фоне внесения калиевой селитры содержание хлорофилла в листьях сои снизилось на 13 % и у люпина на 58 %, а у растений гороха наблюдался рост по этому показателю на 33,2%, у злаковых растений на 4,7%.

Минеральный азот, повышал общее содержание хлорофилла, но вызывал падение отношения хлорофилла а к b.

The studies found that the photosynthetic activity of legume and cereal plants depends on the form of mineral nitrogen nutrition. It is established that nitrogen positively influenced the formation of assimilative surface of leaves accumulation in them of chlorophylls a and b in some species of plants, and the other on the contrary accumulation of chlorophyll. It is shown that in single-species and mixed crops in the amount of chlorophyll and was significantly more than in leguminous crops, compared with barley, and the plants of barley in the average content of chlorophyll b was 76% more than chlorophyll a.

The key words: mixed crops, chlorophyll, photosynthesis, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen.

Список литературы

1. Рахтиенко, И.Н. Экспериментальные исследования взаимоотношений растений в фитоценозах // Эколого-физиологические основы взаимодействия растений в фитоценозах/ И.Н. Рахтиенко. Мн., Наука и техника,1976.

2. Горднев, Т.Н.Хлорофилл, его строение и образование в растениях/Т.Н. Горднев. Минск,1963

3. Ничипорович, А.А.Фотосинтез и урожай/ А.А. Ничипорович - Москва, 1966

4. Шлык, А.А. Биосинтез хлорофилла и формирование фотосинтетических систем// Труды симпозиума « Теоретические основы фотосинтетической продуктивности»/ А.А. Шлык. Минск, 1972

5. Гродзинский, А.М. Аллелопатия растений и почвоутомление/ А.М. Гродзинский. Киев, 1991.

6. Шлык, А.А. Метаболизм хлорофилла в зелёном растении/ А.А. Шлык. Минск, 1965

7. Кононов, А.С. Люпин: технология возделывания в России/ А.С. Кононов. Брянск, 2003.

8. Бабьева, И.П.Биология почв/ И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. М.: изд-во МГУ, 1989.

9. Посыпанов, Г.С. Биологический азот // Проблемы экологии и растительного белка/ Г.С. Посыпанов. М., изд-во МСХА, 1993.

Об авторах

Кононов А.С. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Брянского государственного университета имени академика И.Г.Петровского, as-kon@yandex.ru

Шкотова О.Н. - аспирант Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, Sckotova.ru@yandex.ru