Влияние агротехнологий на азотфиксирующую способность бобовых культур в юго-западной части ЦЧЗ

ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНОЛОГИЙ НА АЗОТФИКСИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ БОБОВЫХ КУЛЬТУР В ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЦЧЗ

Н.И. Клостер, В.Б. Азаров, В.Д. Соловиченко, А.Г. Ступаков

Аннотация. На основе проведенных исследований выявлено влияние агротехнологий на азотфиксирующую способность бобовых культур в Юго-западной части ЦЧЗ.

Ключевые слова: агротехнологии, бобовые культуры, азотфиксирующая способность, азот.

В условиях обостряющегося энергетического кризиса особое внимание уделяется разработке и внедрению ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Прежде всего речь идет о широкомасштабном использовании в земледелии возобновляемых источников энергии, в том числе сим-биотически связанного бобовыми культурами атмосферного азота, обеспечивающего значительную экономию азотных удобрений. В этой связи поиск путей повышения азотфиксирующей способности бобовых культур имеет важное научное и народнохозяйственное значение.

Размеры вовлечения в биологический круговорот атмосферного азота бобово-ризобиальным комплексом клубеньковых бактерий достигают 500 кг/га в зависимости от продолжительности использования многолетних бобовых трав, почвенно-климатических условий, биологических особенностей культур, агротехнических приемов, доз, видов и сроков внесения органических и минеральных удобрений.

В Центрально-Черноземном филиале ВИУА (ныне Белгородский НИИСХ) была проведена серия краткосрочных полевых опытов по выявлению азотфикси-рующей способности основных видов бобовых культур, возделываемых в Центрально-Черноземной зоне России. Кроме того, в качестве сопутствующих исследований в стационарном опыте по разработке научных основ расширенного воспроизводства плодородия черноземов в травопольном севообороте с двумя годами использования люцерны (с 2003 года люцерна заменена эспарцетом) и в плодосменном севообороте с горохом велось определение размеров азотфиксации в зависимости от трех способов основной обработки почвы (вспашка, безотвальная и минимальная) и на трех фонах внесения органических и минеральных удобрений.

Размеры вовлечения в биологический круговорот атмосферного азота бобовыми определялись методом сопоставления со злаковыми культурами, при этом потреблением азота бобовой и выносом азота злаковой культурами соотносилось на счет фиксированного азота бобовой культурой. Продолжительность вегетационного периода и условия возделывания сопоставимых культур должны быть одинаковыми. В качестве сопоставимой культуры для многолетних бобовых трав использовался кострец безостый, для гороха- ячмень, для вико-овсяной смеси- чистый посев овса.

Как показали результаты исследований, применение удобрений оказывает существенное влияние на урожайность однолетних бобовых культур.

Так, внесение фосфорных удобрений способствует повышению урожайности зерна гороха в годы, благоприятные по водному и тепловому режиму. Подобная же закономерность отмечается при возделывании вико-овсяной смеси.

Азотные удобрения на горохе оказывают благоприятное влияние на увеличение вегетативной массы, особенно во влажные годы, однако урожайность зерна остается фактически на уровне фосфорно-калийного фона. На всех остальных изучаемых культурах азотные удобрения значительно повышают выход товарной продукции, при этом их эффективность более четко проявляется в условиях холодной дождливой погоды.

На величину урожая изучаемых культур большое влияние оказали погодные условия. При внесении полного удобрения урожайность зерна гороха колебалась в пределах 10,5-33 ц/га, вико-овсяной смеси 29-68 ц/га.

В условиях холодной и дождливой погоды потенциальная способность однолетних бобовых культур к симбиотической азотфиксации возрастает, однако абсолютные размеры вовлечения атмосферного азота в биологический круговорот ниже, чем в благоприятные годы. В засушливые года симбиотическая азотфиксация подавляется ввиду экстремального функционирования бобово-ризобиального комплекса. Такой же эффект проявляется и в условиях благоприятного года, но сдерживающим фактором интенсивности азотфиксации является увеличение в почве запасов минерального азота по причине усиления нитрификационных процессов. В то же время в благоприятные годы наблюдаются самые высокие величины вовлечения симбиотического азота в биологическую массу изучаемых культур.

Внесение фосфорно-калийных удобрений способствует увеличению азотфиксирующей способности гороха и вико-овсяной смеси, причем по первой культуре растет количество фиксированного азота, по второй- как относительная, так и абсолютная азотфиксирующая способность.

Высокая доля биологического азота в симбиотиче-ской массе гороха отмечается по всем годам исследований на варианте без внесения удобрений, что свидетельствует об активности симбиоза в данной культуре.

Азотные удобрения подавляют функционирование клубеньковых бактерий на корнях гороха и тем самым снижают его азотфиксирующую способность. На вико-овсяной смеси отрицательное азотных удобрений на нитрогеназную активность микроорганизмов проявляется гораздо слабее ввиду наличия в травосмеси злаковой культуры, интенсивно использующей «технический» азот для формирования биомассы.

За проведенные годы исследований в стационарном опыте (2004-2006 гг.) азотфиксирующая способность гороха изменялась под влиянием способов основной обработки почвы и удобрений.

Наибольшее количество азота горох фиксировал на неудобренных делянках: при вспашке 45,3 кг/га, при безотвальной обработке- 46,1, при мелкой- 44,9 кг/га. Последействие навоза существенно снижало накопление азота в сравнении с неудобренными делянками только при мелкой обработке и вспашке.

Применение одинарных и двойных доз минеральных удобрений в чистом виде и на фоне последействия навоза приводило к снижению азотфиксирующей способности гороха. При этом количество биологического азота соответственно составляло при вспашке 31,7-37,8 и 31,3-38,0 кг/га, при безотвальной обработке 37,3-41,3 и 35,9-38,9 и при мелкой 34,5-41,6 и 34,3-36,3 кг/га.

Таким образом, наибольшее количество азота горох фиксировал при безотвальной обработке почвы. Азот-фиксирующая способность при мелкой обработке была на уровне или несколько ниже, чем при безотвальной.

Результаты исследований с многолетними травами показали, что применение фосфорных удобрений повышает урожайность сена люцерны и клевера как в первый, так и во второй годы пользования. На эспарцете фосфорные удобрения неэффективны.

Обладая самым высоким потенциалом в первый год пользования, клевер в среднем за три года исследований вовлекает в биологический круговорот несколько большее количество атмосферного азота, чем люцерна и эспарцет. Однако, в засушливые годы люцерна пре-

восходит клевер по этому показателю. Азотфиксирую-щая способность клевера и эспарцета во многом зависит от климатических условий вегетационного периода. На фоне Р150К150 , внесенных в запас, размеры азотфик-сации эспарцетом в засушливом году составили 92 кг, а в благоприятном- 179 кг/га. Относительную стабильность в этом плане показывает люцерна первого года пользования, имея минимум поглощения симбиотиче-ской массой 134 кг в засушливом году и максимум 199 кг/га в благоприятном.

Применение фосфорно-калийных удобрений под многолетние травы повышает размеры фиксации атмосферного азота симбиотическим путем, при этом в засушливые годы положительное влияние фосфора и калия на азотфиксирующую способность возрастает.

Установлено, что азотные подкормки многолетних бобовых трав подавляют активность бобово-ризобиального комплекса и тем сильнее, чем выше доза и кратность внесения азота.

Эспарцет на протяжении двух лет пользования значительное количество азота фиксирует при отсутствии удобрений, что подтверждает его репутацию почвоулучшителя.

Коэффициент азотфиксации многолетними травами зависит от погодных условий, видов возделываемых культур и уровня их удобренности. В засушливые годы относительная способность трав к азотфиксации возрастает, но абсолютные размеры вовлечения атмосферного азота в биологический круговорот снижаются.

Максимальной способностью фиксировать азот атмосферы на фоне внесения фосфорных удобрений обладает люцерна второго года пользования. Коэффициент азотфиксации надземной массой составляет 0,86, общей биологической 0,73. На клевере эти показатели равны 0,79 и 0,70, на эспарцете 0,80 и 0,72.

Эспарцет второго года пользования ввиду слабой устойчивости к суровым условиям перезимовки и резко негативному отношению к затемнению под пологом покровной культуры имеет широкие колебания в размерах азотфиксации по годам. Предпочтительно иметь в клину многолетних трав люцерну, клевер и эспарцет. Первая дает стабильно высокие размеры азотфиксации, клевер показывает большой биологический потенциал в первый год пользования, а эспарцет хорош на бедных почвах.

Непосредственным источником энергии, потребляемой в процессе фиксации молекулярного азота, является аденозинтрифосфорная кислота. Фосфор участвует в образовании, консервировании и передаче энергии в процессе роста и развития растений. При его недостатке снижается содержание органических фосфорных соединений, чем подрывается основа биохимии и физиологии растений, а следовательно, и азотфиксации.

Предварительно создав повышенный фосфатный уровень почвы, нами был заложен временный опыт по выявлению роли степени обеспеченности почвы фосфором в вопросе регулирования азотфиксирующей способности люцерны и клевера.

Выявлено, что в условиях средней и повышенной обеспеченности чернозема типичного подвижным фосфором люцерна по биологическому потенциалу превосходит клевер как в первый, так и во второй годы пользования, особенно в засушливые годы.

Люцерна проявляет отзывчивость на свежевнесен-ный фосфор только на естественном фосфатном уровне почвы и не реагирует на фосфорные удобрения при повышенной обеспеченности почвы подвижным фосфором в первый и второй годы пользования. Отсюда следует, что при повышенной степени обеспеченности типичного чернозема фосфором отпадает необходимость в применении под люцерну фосфорных удобрений.

Азотная подкормка многолетних трав в начале возобновления весенней вегетации повышает урожайность сена клевера и люцерны обоих лет пользования

при естественном фосфатном уровне почвы и неэффективна при улучшении минерального питания по фосфору.

Следует отметить, что полученные прибавки урожая от применения азота под бобовые многолетние травы на естественном фосфатном фоне незначительны и не окупают затрат на удобрения.

Максимальный объем вовлечения симбиотического азота (190-314 кг/га) в большой круговорот и величины коэффициентов азотфиксации наблюдаются на клевере и люцерне за два года пользования при повышенном уровне обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и без внесения фосфорных и азотных удобрений.

Внесение азотных удобрений под бобовые травы подавляет процесс азотфиксации и тем сильнее, чем выше обеспеченность подвижным фосфором. Так, на созданной фосфорном уровне почвы коэффициент азотфиксации клевера первого года пользования снизился с 0,68 на фоне К150 до 0,19 при внесении полного удобрения. По равновозрастной люцерне отрицательное влияние азотных удобрений на симбиотическую активность проявилось в снижении коэффициента азотфиксации с 0,78 до 0,37, то есть более чем в два раза. На клевере второго года пользования ранняя азотная подкормка полностью подавила процесс симбиотической азотфиксации.

Вне зависимости от фосфатного уровня почвы в засушливые и умеренные по температурному режиму вегетационные периоды относительная азотфиксирую-щая способность клевера и люцерны при безазотной системе удобрения возрастает по сравнению с влажным и теплым годом, однако абсолютные размеры вовлечения в биологический круговорот симбиотически связанного атмосферного азота в последнем случае выше. В остальных условиях водно-воздушного режима в почве накапливается значительное количество минерального азота по причине усиления деятельности нитрифицирующих микроорганизмов, что подавляет нит-рогеназную активность клубеньковых бактерий и бобовые растения меняют симбиотрофный режим питания азотом на автотрофный со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Как показали результаты исследований в многофакторном стационарном опыте на черноземе типичном в среднем за пять лет отмечена высокая симбиоти-ческая азотфиксация люцерной первого года пользования. На

контроле без удобрений при разных способах основной обработки почвы в севообороте фиксированного азота по вспашке 175 кг, при безотвальной обработке 160 кг, а при мелкой 189 кг/га. Разница в пользу мелкой обработки математически доказана и объясняется фактом более интенсивной трансформации подвижного фосфора корневой системой люцерны из нижних горизонтов почвы в верхние при систематической минимальной обработке почвы в севообороте.

Агротехнические приемы, направленные на сохранение влаги в почве, имеют решающее значение для повышения урожайности и азотфиксирующей способности люцерны. В засушливые годы на контроле без удобрений в урожае люцерны было накоплено 88-90 кг/га биологического азота или в три раза меньше, чем при высокой влагообеспеченности почвы.

Среди изучаемых факторов наиболее существенное влияние на азотфиксирующую способность люцерны оказывают минеральные удобрения. Если доля влияние способов основной обработки почвы на показатель коэффициента азотфиксации равна всего 0,1 %, то органические удобрения участвовали в формировании данного показателя на 7,5, а минеральные- на 50,7 процента.

По данным за 2004-2006 годы исследований максимальное накопление биологического азота эспарцетом первого года пользования (76,6 кг/га) отмечалось на делянках без применения удобрений по безотвальной

обработке, что было на 2,1 кг/га больше, чем по вспашке и мелкой обработке.

Последействие органических удобрений существенно не изменяло накопление симбиотического азота. Применение минеральной и органно-минеральной систем удобрения приводило к достоверному снижению азотфиксирующей способности. Так, на максимально удобренных вариантах накопление биологического азота снижалось до 63,3-68,7 кг/га.

Для посевов эспарцета второго года пользования были характерны подобные закономерности накопления биологического азота, но при более высоких абсолютных значениях: по вспашке, безотвальной и мелкой обработках- 78,290,2, 80,0-90,5 и 74,9-87,7 кг/га соответственно.

Таким образом, наибольшее количество атмосферного азота эспарцет двух лет пользования фиксировал по безотвальной обработке.

Информация об авторах Клостер Наталья Ивановна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА» Е-mail: ipkabsaa@mail.ru

Азаров Владимир Борисович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА» Е-mail:ipkabsaa@mail.ru

Соловиченко Владимир Дмитриевич, доктор сельскохозяйственных наук ГНУ «Белгородский НИИСХ» Россельхо-закадемии, Е-mail:belniish@mail.ru

Ступаков Алексей Григорьевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА»