Использование азота растениями озимой пшеницы

УДК 633.11«324»:581.133.1

использование азота растениями озимой пшеницы

Ф.В. ЕРОШЕНКО, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник,

А.А. ЕРОШЕНКО, соискатель

Т.В. СИМАТИН, аспирант

Ставропольский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Никонова, 49, Михайловск, Ставропольский край, Российская Федерация

Резюме. Изучали влияние почвенно-климатическихусловий выращивания на особенности накопления, перераспределения и запасания в урожае зерна озимой пшеницы азота. Экспериментальные исследования проводили с 2006 по 2009 гг. в центральной зоне Краснодарского края (ЦЗКК) и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (ЗНУСК). По балансу изменения содержания азота в вегетативных органах за генеративный период рассчитывали его реутилизацию и оценивали вклад источников этого элемента питания при синтезе запасных белков в зерновках озимой пшеницы. Наши исследования показали, что как в центральной зоне Краснодарского края, так и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, практически весь азот листьев растениями озимой пшеницы используется повторно - 88,1 и 87,0% соответственно в среднем по сортам. Реутилизация азота стеблей в ЦЗКК составляет32,3-48,7%, а в ЗНУСК - 46,6-59,0%, в зависимости от сорта. Для колосьев эти показатели соответствуют значениям 56,0-71,7% и 39,1-52,6%. В центральной зоне Краснодарского края 55,6% азота, накопленного в зерне, поглощается растениями озимой пшеницы из почвы в репродуктивный период. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края доля почвенного азота в азоте зерна составляет 32,3%. Полученные результаты раскрывают некоторые возможные технологические пути повышения урожая и качества зерна озимой пшеницы. Так в центральной зоне Краснодарского края необходимо применять азотные подкормки в более высоких дозах для повышения содержания этого элемента минерального питания в растениях перед репродуктивным периодом. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края следует повысить количество реутили-зированного азота из вегетативных органов, например, используя на поздних этапах обработку посевов физиологически активными веществами стероидной природы. Ключевые слова: озимая пшеница, азотное питание, источники азотистых веществ, реутилизация. Для цитирования: Ерошенко Ф.В., Ерошенко А.А., Симатин Т. В. Использование азота растениями озимой пшеницы //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 58-61.

Почвенно-климатические условия выращивания оказывают влияние на фотосинтетическую продуктивность, урожай и качество зерна озимой пшеницы [1-4]. Процессы налива зерновок связаны с метаболизмом азота в растениях озимой пшеницы. Существует два основных источника азотистых веществ при синтезе запасных белков: почва (поглощение корневой системой азота и транспортировка его в колос) и реутилизация (использование ранее накопленного азота в органах растений). Установление особенностей азотного метаболизма в зависимости от условий выращивания дает возможность совершенствования как методов диагностики минерального питания, так и элементов

технологий выращивания, связанных с использованием удобрительных средств, для оптимизации пищевого режима растений озимой пшеницы в период их роста и развития [5, 6].

Цель исследования - установить особенности использования азота растениями озимой пшеницы и его накопления в зерне в зависимости от зоны возделывания.

Задачи исследования: изучить закономерности реутилизации азота у растений озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края; дать оценку источникам азота, накопленного в зерне у растений озимой пшеницы, в зависимости от зоны возделывания.

Условия, материалы, методы. Экспериментальную работу проводили с 2006 по 2009 гг. в центральной зоне Краснодарского края (ЦЗКК) на полях фермерского хозяйства Сердюков (станица Тбилисская) и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (ЗНУСК) на опытном поле Ставропольского НИИ сельского хозяйства (г. Михайловск).

Обеспеченность почвы опытных участков основными элементами минерального питания и гумусом в центральной зоне Краснодарского края была выше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (табл. 1).

По данным гидрометеорологических служб Краснодарского и Ставропольского краев среднегодовая температура воздуха в ЦЗКК составляет +11,8°С, в ЗНУСК - +9,2°С; количество осадков - 709 и 553 мм, соответственно.

Влаго- и теплообеспеченность обеих зон в годы проведения исследований в целом были благоприятными для роста и развития растений озимой пшеницы. Больших колебаний температурного и водного режимов, по сравнению со среднемноголетними значениями, не отмечено.

Объектами исследований служили сорта озимой пшеницы Дея, Краснодарская 99, Дон 95 и Донская юбилейная. Предшественник - озимая пшеница. Посев проводили в оптимальные для зон сроки.

Все сорта высевали в ЦЗКК и ЗНУСК в 4-х кратной по-вторности (площадь каждой делянки 40 м2). Фон минерального питания: внесение ^0Р60К60(нитроаммофоска) под предпосевную культивацию + ранней весной (аммиачная селитра).

Конечно, для точного определения баланса азота в органах растений необходимо использовать изотоп Но так как целью нашей работы было дать оценку источникам азота при формировании урожая зерна озимой пшеницы, то для этого выбранный нами подход вполне достаточен. Об этом свидетельствуют и данные литературы [7].

Таблица 1. Агрохимическая характеристика почв опытных участков

Зона возделы- Содержание основных элементов минерального питания, мг/ кг почвы pH (по ГОСТ 268385) Гумус, % (по

вания азот

ЦЗКК ЗНУСК 9,6 5,6 28,5 15,0 иг 66 Ol ^ СО С\1 7,88 6,80 4,13 4,04

Рис. 1. Онтогенетические изменения содержания азота в органах растений озимой пшеницы различных сортов (IV, VI, VIII, X и XII - этапы органогенеза): - листья; i -стебли; колосья; 9 - зерно.

Содержание азота в органах растений определяли по методике Куркаева с соавторами [8]. Оценку реутилизации этого элемента минерального питания проводили по изменению его содержания в процентах в вегетативных органах за генеративный период [7]. Для этого определяли абсолютное количество азота в органах растений в колошение и в полную спелость. Расчеты проводили на один побег, для того, чтобы избежать влияния физиологического уменьшения стеблестоя к уборке урожая. Далее рассчитывали процент снижения количества этого элемента питания от колошения к уборке для каждого органа побега. Полученная таким образом величина характеризует степень повторного использования азота для формирования урожая (реутилизации). Реутилизацию для всего побега определяли по суммарному для всех органов уменьшению количества азота от колошения до полной спелости, выраженному в процентах.

Вклад реутилизированного азота в формирование урожая оценивали по доле, которую составляет величина уменьшения его абсолютного содержания в вегетативных органах за генеративный период в общем количестве этого элемента минерального питания в созревшем зерне.

Результаты и обсуждение. Изучение динамики концентрации азота в органах растений озимой пшеницы показало, что его содержание в процессе

роста и развития снижается (рис. 1).

В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в фазе весеннего кущения этот показатель для листьев был на 6,3% больше, чем в центральной зоне Краснодарского края. В трубкование, колошение, налив зерна и полную спелость в листьях растений озимой пшеницы, выращенных в ЗНУСК, азота было в среднем на 9,5, 16,4, 19,6 и 42,7% больше, чем в ЦЗКК. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края количество общего азота в стеблях растений озимой пшеницы превышало его содержание в Центральной зоне Краснодарского края на 24,2-30,0% в зависимости от фазы развития. Для этой почвенно-климатической зоны характерно меньшее количество азота в элементах колоса на VIII и XI этапах органогенеза (на 13,6 и 2,5% соответственно).

В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края к уборке урожая в зерне в среднем по сортам накапливается 1,84% азота, а в центральной зоне Краснодарского края - 1,69%, или на 8,6 относительных процентов больше.

Таким образом, в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в листьях и стеблях растений озимой пшеницы в период вегетации содержится большее количество азота, чем в центральной зоне Краснодарского края, в среднем на 12,9 и 27,6% соответственно. К фазе полной спелости в зерне этих же растений накапливается на 8,6% больше азотистых веществ.

Содержание азота в органах растений озимой пшеницы в период вегетации - это важный фактор, определяющий величину и качество будущего урожая. Азотистые вещества, накопленные в общей биомассе, повторно используются растением для синтеза запасных белков в зерновках.

Наши исследования показали (табл. 2), что как в центральной зоне Краснодарского края, так и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, в среднем по сортам максимальное количество азотистых соединений повторно используется из листьев -88,1 и 87,0% соответственно. Для нелистовых органов наблюдается различные закономерности этого процесса. Так, если для центральной зоны Краснодарского края характерно большее значение реутилизации азота из элементов колоса (63,1%), чем из стеблей (43,7%), то для зоны неустойчивого увлажнения Став- 59

Таблица 2. реутилизация азота из органов растений озимой пшеницы, в среднем за 2007-2009 гг.

Сорт Показатель Лист 1 Стебель I Элементы колоса Растение

Центральная зона Краснодарского края

Дея азот (VIII) 3,70 5,54 4,15 13,39

азот (XII) 0,34 2,84 1,17 4,36

реутилизация 90,80 48,7 71,70 67,40

Краснодарская 99 азот (VIII) 3,65 5,19 5,47 14,31

азот (XII) 0,53 2,86 2,41 5,80

реутилизация 85,40 45,00 56,00 59,50

Дон 95 азот (VIII) 3,21 6,30 4,09 13,60

азот (XII) 0,37 3,23 1,33 4,93

реутилизация 88,50 48,70 67,60 63,70

Донская юбилей- азот (VIII) 3,82 7,53 4,02 15,38

ная азот (XII) 0,47 5,10 1,73 7,30

реутилизация 87,70 32,30 57,10 52,60

Среднее азот (VIII) 3,60 6,14 4,43 14,17

по сортам азот (XII) 0,43 3,51 1,66 5,60

реутилизация 88,10 43,70 63,10 60,8

Зона неустойчивого увлажнения Ставропольского края

Дея азот (VIII) 6,85 11,63 3,96 22,44

азот (XII) 0,66 4,85 2,17 7,68

реутилизация 90,40 58,20 45,20 65,80

Краснодарская 99 азот (VIII) 7,07 9,73 4,92 21,72

азот (XII) 0,93 5,19 2,85 8,97

реутилизация 86,90 46,60 42,00 58,70

Дон 95 азот (VIII) 7,07 9,39 3,98 20,44

азот (XII) 1,19 4,12 1,89 7,20

реутилизация 83,20 56,10 52,60 64,8

Донская юбилей- азот (VIII) 7,57 8,39 4,04 19,99

ная азот (XII) 0,96 3,44 2,46 6,85

реутилизация 87,4 59,00 39,10 65,70

Среднее азот (VIII) 7,14 9,78 4,23 21,15

по сортам азот (XII) 0,93 4,40 2,34 7,68

реутилизация 87,00 55,0 44,70 63,70

Примечания: римскими цифрами в скобках обозначены этапы органогенеза. Содержание азота рассчитано в мг/побег, реутилизация - в %

ропольского края наблюдается обратная зависимость реутилизация азота из всего растения в среднем по (44,7 и 55,0% соответственно). сортам определяется практически равными величи-

В центральной зоне Краснодарского края, равно нами - 60,8% и 63,7% соответственно. Количество как и в зоне неустойчивого увлажнения Ставрополь- же азотистых веществ на побег, накопленных расте-ского края, наибольшее количество азотистых веществ из листьев повторно используется растениями сорта Дея - 90,8 и 90,4% соответственно. Минимальное значение реутилизации азота из этого органа в ЦЗКК отмечено у сорта Краснодарская 99 (85,4%), а в ЗНУСК - у сорта Дон 95 (83,2%). Аналогичные сортовые различия в центральной зоне Краснодарского края мы отмечали для нелистовых органов. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края наибольшее количество азота стеблей повторно используется растением у сорта Донская юбилейная (59,0%), а элементов колоса - у Дон 95 (52,6%).

Наши расчеты свидетельствуют о том, что в Центральной зоне Краснодарского края и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края

Рис. 2. Источники азота для формирования урожая зерна растений озимой пшеницы, в среднем за 2007-2009 гг.,%:  - почва; В - элементы колоса;  - стебли;  - листья.

ниями к фазе колошения в ЗНУСК на 49,3% больше, чем в ЦЗКК. Одной из причин таких различий может служить, так называемое «ростовое разбавление», так как биомасса, формируемая растениями озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края гораздо больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края [1]. Тем не менее, количество оставшегося азота в вегетативных органах растений к уборке урожая в ЗНУСК на 37,2% больше, чем в ЦЗКК.

Полученные нами результаты, на наш взгляд, раскрывают некоторые возможные технологические пути повышения урожая и качества зерна озимой пшеницы. Так в центральной зоне Краснодарского края необходимо применять азотные подкормки в более высоких, относительно ЗНУСК, дозах для повышения содержания этого элемента минерального питания в растениях перед репродуктивным периодом. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края следует повысить количество реутилизированного азота из вегетативных органов, например, используя на поздних этапах обработку посевов физиологически активными веществами стероидной природы [9].

Большой интерес представляют данные по оценке источников азотистых веществ в репродуктивный период растений озимой пшеницы (рис. 2). Наши исследования показали, что в центральной зоне Красно-

дарского края в среднем по сортам 55,6% азота зерна поступило из почвы в генеративный период. Для зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края этот показатель составляет всего 33,2%.

Значительная доля азотистых соединений зерна в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края была реутилизированна из листьев - 31,3% в то время как в центральной зоне Краснодарского края -всего - 16,4%. Азот зерна растений озимой пшеницы, выращенной в ЗНУСК, в среднем на 26,9% состоит из повторно использованного азота стеблей, а в ЦЗКК -его в два раза меньше (13,6%).

выводы. Как в центральной зоне Краснодарского края, так и в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, практически весь азот листьев растениями озимой пшеницы используется повторно - в среднем по сортам 88,1 и 87,0% соответственно. Реутилизация азота стеблей в ЦЗКК составляет 32,3-48,7%, а в ЗНУСК - 46,6-59,0%, в зависимости от сорта. Для колосьев эти показатели равны 71,756,0% и 39,1-52,6%. Наши исследования показали, что в центральной зоне Краснодарского края 55,6% азота, накопленного в урожае зерна, поглощено растениями озимой пшеницы из почвы в репродуктивный период. В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края доля почвенного азота в азоте зерна составляет 32,2%.

Литература.

1. Ерошенко Ф.В., Ерошенко А.А., Сторчак И.Г. Эффективность поздних некорневых азотных подкормок озимой пшеницы //Достижения науки и техники АПК. 2014. № 8. С. 32-35.

2. Effect of light on the gene expression and hormonal status of winter and spring wheat plants during cold hardening /1. Majlath,

G. Szalai, J. Tandori, T. Janda, V. Soos, E. Sebestyen, E. Balazs, R. Vankova, P.I. Dobrev, I. Tari//Physiologia Plantarum. 2012. Vol. 145. Is. 2. Pp. 296-314.

3. Effect of lowering the root/shoot ratio by pruning roots on water use efficiency and grain yield of winter wheat / S.-C. Ma, F.-M. Li, B.-C. Xu, Z.-B. Huang//Field Crops Research. 2010. Vol. 115. Is. 2. Pp. 158-164.

4. Crops water use efficiencies in temperate climate: comparison of stand, ecosystem and agronomical approaches / T. Tallec, P. Beziat, N. Jarosz, V. Rivalland, E. Ceschia //Agricultural and Forest Meteorology. 2013. Vol. 168. Pp. 69-81.

5. Рекомендации по научному обоснованному уходу за посевами озимой пшеницы для повышения урожайности зерна и его качества / В.В. Кулинцев, Е.И. Годунова, И.В. Нешин, Ф.В. Ерошенко, Н.В. Дуденко, А.Н. Орехова, А.А. Ерошенко, В.Н. Черкашин, Г.В. Черкашин, А.Н. Малыхина, Н.Н. Шаповалова, А.И. Хрипунов. Ставрополь: АГРУС, 2014. 32 с.

6. Система земледелия нового поколения Ставропольского края / В.В. Кулинцев, Е.И. Годунова, Л.И. Желнакова, В.И. Удовыдченко, Л.Н. Петрова, В.К. Дридигер, С.А. Антонов, Д.Ю. Андрианов, Д.С. Дзыбов, В.В. Кравцов, Ф.В. Ерошенко, М.Т. Куприченко, В.И. Ковтун, Ю.А. Кузыченко, Е.П. Шустикова, А.И. Хрипунов, Н.Н. Шаповалова, В.Г. Чертов, А.Б. Володин,

H.М. Комаров, Н.Г. Лапенко, Н.А. Галушко, Э.С. Давидянц, А.Н. Чапцев, Т.В. Чапцева, Т.Д. Шлыкова, Л.Г. Браткова, В.В. Чумакова, Е.Н. Общия, В.Н. Багринцева, Н.А. Ходжаева, А.А. Федотов, И.В. Нешин. Ставрополь: АГРУС, 2013. 520 с.

7. Головина Е.В. Влияние погодных условий на накопление и реутилизацию азота сортами сои//Вестник ОрелГАУ. 2010. № 5(26). С. 58-61.

8. Куркаев В.Т., Ерошкина С.М., Пономарев А.Н. Сельскохозяйственный анализ и основы биохимии. М.: Колос, 1977. 240 с.

9. Квасов Н.А. Регуляторы роста и продуктивность озимых зерновых культур на Ставрополье. Ставрополь: АГРУС, 2010. 184 с.

use of nitrogen by plants of winter wheat

F.V. Eroshenko, A.A. Eroshenko, T.V. Simatin

Stavropol Research Institute of Agriculture, ul. Nikonova, 49, Mikhajlovsk, Stavropolsky Krai, Russian Federation Summary. We studied the influence of soil and climatic conditions of growing on the features of accumulation, redistribution, and storage of nitrogen in the grain yield of winter wheat. Investigations were carried out from 2006 to 2009 in the Central zone of Krasnodarsky Krai (CZKK) and in the zone of unstable moistening of Stavropolsky Krai (ZUMSK). According to the balance of nitrogen in the vegetative organs during the generative period we calculated its utilization and assessed the contribution of the sources of this element in the synthesis of reserve proteins in grains of winter wheat. Our research showed that both in the Central zone of Krasnodarsky Krai and in the zone of unstable moistening of Stavropolsky Krai, practically all nitrogen from the leaves of winter wheat was used iteratively-88.1 and 87.0%, respectively, in the average over the varieties. Recycling of nitrogen from stems in CZKK is 32.3-48.7%, and in ZUMSK it is 46.6-59.0%, depending on the variety. For ears these indices are 56.0-71.7% and 39.1-52.6%. In the Central zone of Krasnodarsky Krai 55.6% of nitrogen accumulated in the grain, is absorbed by plants of winter wheat from soil during the reproductive stage. In the zone of unstable moistening of Stavropolsky Krai the fraction of soil nitrogen in grain is 32.3%. The obtained results reveal some potential technological ways to increase the yield and grain quality of winter wheat. So in the Central zone of Krasnodarsky Krai it is necessary to apply nitrogen fertilizers in higher doses to enhance the content of this element of mineral nutrition in plants before the reproductive period. In the zone of unstable moistening of Stavropolsky Krai one should increase the amount of reutilized nitrogen from vegetative organs, for example, using at the later stages of growth the processing of crops by physiologically active substances of steroid nature. Keywords: winter wheat, nitrogen nutrition, sources of nitrogenous substances, reutilization.

Author Details: F.V. Eroshenko, D. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: yer-sniish@mail.ru); A.A. Eroshenko, applicant; T.V. Simatin, post-graduate student.

For citation: Eroshenko F.V., Eroshenko A.A., Simatin T.V. Use of Nitrogen by Plants of Winter Wheat. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. Vol. 29. No 11. Pp. 58-61 (in Russ.).