Влияние форм азотных удобрений на одновидовые и смешанные бобово-злаковые агроценозы

*УДК - 581.133.12

ВЛИЯНИЕ ФОРМ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОДНОВИДОВЫЕ И СМЕШАННЫЕ

БОБОВО-ЗЛАКОВЫЕ АГРОЦЕНОЗЫ

А.С.Кононов, О.Н.Шкотова

Изучено влияние различных форм минеральных азотных удобрений в одновидовых и бобово-злаковых посевах. Установлено, что наиболее благоприятно на рост растений, интенсивность фотосинтеза и накопление биомассы в одновидовых посевах и в смешанном бобово-злаковом агроценозе влиял минеральный азот содержащийся, преимущественно, в аммиачной форме в аммиачной селитре по сравнению с калийной селитрой, где азот содержится в нитратной форме. Суммарная биомасса в смешанных посевах люпина с ячменем при внесении аммиачной селитры или калийной селитры возросла в среднем на 21,6%, у гороха с ячменем на 24,3-18,9%, у сои с ячменем на 13,1-30,0% соответственно по сравнению с контролем.

Ключевые слова: смешанные посевы, рост растений, хлорофилл, интенсивность фотосинтеза, биомасса, аммиачный азот, нитратный азот.

Основной принцип конструирования смешанных агрофитоценозов - избегать агрессивной конкуренции при подборе культур или использовать культуры дополняющие друг друга, как например растения в бобово-злаковой смеси. При этом комплементарность культур в смешанных посевах может быть обусловлена расположением корневых систем компонентов в различных слоях почвы, разной устойчивостью к абиотическим и биотическим стрессам, неодинаковым габитусом (характером и степенью облиственности, расположением побегов, листьев) и фенологией [1, 336с.]. Однако сегодня остается мало исследованным вопрос о влиянии на растительное бобово-злаковое сообщество растений минерального азота, а именно аммиачной и нитратной форм азота.

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

Методика исследований. Полевые исследования проводились на опытном участке БГУ в 2011 году. Объектами исследования были сорта - люпин Белозерный 110, ячмень Зазерский 85, соя Магева и горох Малиновка. Высевали ячмень, горох, люпин, сою в одновидовых посевах, а также смешанные посевы бобовых культур с ячменём. Соотношение компонентов в гетерогенной системе составляло: люпин-1,2 млн., горох-1 млн., соя - 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 лабораторно полевых- исследований были различными по фазам роста растений. Азотные удобрения вносили в форме аммиачной селитры и калиевой селитры в дозе ^0 по схеме опыта (рис.1, 2, 3, 4). Определение интенсивности процесса фотосинтеза в листьях люпина и ячменя в смешанном агроценозе проводили по методике Иванова и Коссович. Содержание хлорофилла определяли на спектрофотометре СФ-2000 [2, 212 с.].

Результаты работы. Наши исследования показали, что при внесении в почву различных форм азотных удобрений (аммиачной и калиевой селитры в дозе N0) наблюдалось повышаение роста растений в одновидовых посевах бобовых культур в среднем на 17%, а в смешанных посевах на 15%. У злаковых растений ячменя в одновидовых посевах высота стебля была на 13,7% и в смешанных на 14% больше по сравнению с посевами без внесения удобрений. Наиболее эффективно на рост растений гороха и сои в смешанном посеве влиял минеральный азот внесенный в форме аммиачной селитры. Рост растения гороха увеличился на 15,2 см, а у растений сои на 15,0 см по сравнению с контролем - горохом без удобрений в одновидовом посеве. На ячмень во всех вариантах опыта наиболее благоприятное воздествие оказал минеральный азот внесенный в форме калиевой селитры. Особенно благоприятно влияла эта форма азотных удобрений на рост растений ячменя в смешанных посевах с соей, где рост растений ячменя увеличился по сравнению с контролем на 24 см (рис.1).

Таким образом, аммиачная и калиевая селитра в дозе ^0 благоприятно влияли на рост стебля бобового и злакового растения в одновидовых и смешанных посевах по сравнению с котролем - без внесения азота. Установлено, что наиболее эффектным было применение аммиачной селитры в одновидовых и смешанных посевах по сравнению с калиевой. Высота стебля люпина, гороха и сои была больше, чем при внесении калиевой селитры (рис. 1).

Рис. 1. Сравнительная эффективность влияния минеральных удобрений на рост растений, в см

Можно предположить, что калиевая селитра ингибирует активность симбиотческой азотфиксации бобовых культур, что отрицательно повлияло на рост стебля.

Исследования интенсивности фотосинтеза показали, что в смешанных посевах осуществляется регуляторное взаимовлияние компонентов агроценоза на этот процесс. Было установлено, что у растений люпина и гороха в одновидовом и смешанном посеве при внесении различных форм азотных удобрений интенсивность фотосинтеза снижалась. Особенно сильно сократилось поглощение С02 у растений люпина в одновидовых посевах на фоне внесения калиевой селитры, где интенсивность фотосинтеза была на 14,8 % ниже по сравнению с контролем без внесения азота. У растений ячменя и сои на фоне внесения калиевой селитры наоборот, наблюдалось увеличение интенсивности фотосинтеза по сравнению с одновидовым посевом. В среднем у растений сои интенсивность фотосинтеза возросла на 8%, а у ячменя на 12%. Наилучшее воздействие на усиление интенсивности фотосинтеза ячменя в смешанном посеве с горохом оказывала калиевая селитра, где ее величина составила 70,5 мгС02/ дм2*час, что больше на 42,7% по сравнению с контролем (рис.2). Следовательно, в смешанном посеве злаковая культура - ячмень в условиях конкуренции с бобовой культурой - люпином и горохом за углекислоту интенсивней потребляла С02. Ячмень как бы «съедал» в смешанном посеве углекислоту необходимую для формирования биомассы люпина и гороха, а также растений сои (рис.2).

бобово-злаковом агроценозе, в мгС02/дм2*час

Таким образом, в смешанных бобово-ячменных посевах повышенное поглощение углекислоты агроценозом в процессе фотосинтеза можно объяснить усилением азотного питания растений при внесении минерального азота. При этом тенденции ростовых процессов, установленные в зависимости

процесса фотосинтеза в одновидовых и смешанных бобово-злаковых посевах.

В ходе исследований было установлено, что в листьях люпина в смешанных посевах на контрольном варианте без внесения азота возрастает содержание хлорофилла на 17,4 % по сравнению с одновидовым посевом этой культуры. Аналогичная тенденция наблюдалась у сои, где на смешанных посевах содержание хлорофилла возросло в 3,0 раза. При внесении аммиачного азота в форме аммиачной селитры в одновидовых посевах бобовых культур наблюдался рост содержания хлорофилла в листьях у люпина на 53 % и у сои на 91,9%.У гороха этот показатель почти не изменился по сравнению с контролем.

Калиевая селитра в тех же дозах К60 снизила содержание хлорофилла у люпина на 7,5%, у гороха на 15,1%. У растений сои в одновидовых посевах наблюдалось рост по этому показателю в среднем 2,2 раза. В смешанных посевах только у гороха на фоне аммиачной селитры содержание хлорофилла возросло на 67,2 % по сравнению с контролем. Тогда как у люпина этот показатель почти не изменился, а у сои в смешанных посевах наблюдалось снижение содержания хлорофилла на 41,3% к контролю. На фоне внесения калиевой селитры содержание хлорофилла в листьях сои снизилось на 33,6%, а у люпина на 35,5%, а у гороха возросло на 33,0% к контролю (рис.3).

Таким образом, наиболее благоприятной формой азота для накопления хлорофилла в листьях одновидовых посевов бобовых растений - люпина, гороха и сои является внесение аммиачных форм удобрений, например аммиачной селитры по сравнению с внесением нитратного азота в форме КК03, где только у сои количество хлорофилла в листьях увеличилось в 2,2 раза.

В смешанных посевах установлено наиболее благоприятное воздействие аммиачной селитры на образование хлорофилла у люпина и гороха по сравнению с калиевой селитрой. Можно предположить, что нитратный азот внесенный в форме калиевой селитры ингибировал симбиотическую азотфиксацию у люпина и гороха и неблагоприятно влияли на процесс накопления хлорофилла, а также интенсивность фотосинтеза. Для сои лучше подходит калиевая селитра, так как соя меньше нуждается в симбиотическом азоте (рис.3). Внесение минерального азота в аммиачной и нитратной форме в смешанных посевах люпина и сои вызвало снижение количество хлорофилла в листьях ячменя в 2,2 - 1,9 раза и 1,1 раз соответственно, а в смеси с горохом наоборот - возросло в среднем в 1,5 раза по сравнению с контролем без азота (рис.3). В ходе исследований было установлено, что у растений люпина в одновидовых посевах с внесением азота в дозе К60 в форме аммиачной селитры биомасса возрастает на 11%, а в форме калиевой селитры снижается на 27% по сравнению с контролем. Во всех смешанных посевах люпина наблюдается снижение биомассы, так в смешанных посевах на контрольном варианте без внесения азота на 57%, с аммиачной селитрой на 16 % и с калиевой селитрой на 40%.

70

га 50

£ 40 30

© 5_ 30

20 2 .о * \ ♦

Хо 10 ё* 0 п X со го * Ф О О

одновидо вые

♦ ЛЮПИН 20,46 31,3 18,93 24,01 24,3 15,55

—— горох 48,43 47,31 41,1 26,31 43,99 35

—А—соя 21,13 40,55 47,5 62,98 36,95 41,8

ячмень 37,2 36,9 41,9 0 0 0

Рис. 3. Влияние минеральных удобрений на содержание хлорофилла в листьях одновидового и

бобово-злакового агроценоза, в мг/л

У растений гороха и сои в одновидовых и смешанных посевах с внесением азота в форме аммиачной и калиевой селитры биомасса возрастает. В одновидовых посевах с аммиачной селитрой у сои на 56% и гороха на 53% по сравнению с контролем, а с калиевой селитрой у гороха на 23% и на 50% у сои. Аналогичная тенденция наблюдается в смешанных посевах, так у растений гороха в среднем биомасса возрастает на 15%, а у сои на 21% по сравнению со смешанным посевом без внесения каких либо форм азота.

В результате более эффетивного усвоения азота в одновидовых посевах с внесением аммиачнс калиевой селитры, наблюдалось увеличение общей биомассы растений на 21%, а в смешанных посевах в среднем на 18% по сравнению с контролем. Наиболее благоприятной формой азота для увеличения биомассы растений люпина, гороха, сои в одновидовых и смешанных посевах является аммиачная форма в виде аммиачной селитры. У растений ячменя в одновидовых посевах с аммиачной селитрой биомасса возрастает на 16%, а в смешанных посевах наблюдается также возрастание: у растений ячменя с люпином на 11%, ячменя с соей на 10%, ячменя с горохом на 29%. В присутствии калиевой селитры биомасса ячменя одновидовых посевах возрастает на 16%, а в смешанных посевах ячменя с люпином на 27%, у ячменя с соей на 34% и ячменя с горохом на 38% по сравнению с контролем.

2 350 1 я

-^зии - н ' —*

:: 200 - ^ "—* —1

Ф 200 ІҐ- ж

о 150 -&100 А А

8 50 го 0 - 5 о ш к.

однови довые

♦ люпин 184 204 145,1 117 158 131,7

горох 172 263 212 258 314 278

А соя 59 92 89 58 71 69

ячмень 145 168 169 0 0 0

Рис. 4. Биомасса растений в одновидовом и бобово-злаковом агроценозе, в ц/га

В ходе исследований было установлено, что нитратные формы азота в форме калиевой селитры наиболее благоприятно оказывала влияние на биомассу растений ячменя как в одновидовых, так и смешанных посевах ячменя, чем аммиачная селитра. Суммарная биомасса в смешанных посевах люпина с ячменем при внесении аммиачной селитры или калийной селитры возросла в среднем на 21,6%, у гороха с ячменем на 24,3-18,9%, у сои с ячменем на 13,1-30,0% соответственно.

Обсуждение. Выращивание смешанных посевов улучшает рост и развитие растений, повышает фотосинтетическую деятельность посевов, что способствует увеличению количества биомассы [3, 432 с.].

По мере увеличения соотношения углерода и азота в среде активизируется процесс азотфиксации, а усиление фотосинтетической деятельности растений приводит к возрастанию степени минерализации гумуса [4,С.217]. При достаточном количестве азота молодые растения бобовых меньше страдают от паразитизма клубеньковых бактерий на фазе всходы - розетка. Уникальные функции симбиотрофных организмов приобретают особое значение в связи с возможностью использования биологических механизмов питания растений азотом, что особенно важно в гетерогенных агроценозах [5, С.5-20.].

Следовательно, процессы азотфиксации и фотосинтеза у азотфиксирующего бобового растения находятся в тесной взаимосвязи. Поэтому все приемы, улучшающие рост и развитие бобовых растений, повышающие фотосинтетическую деятельность посевов, будут способствовать увеличению количества азота, усвоенного ими из воздуха и накоплению его в биомассе растения и в почве. В том числе и внесение наиболее приемлемых для бобовых растений форм минерального азота. Проведенные нами исследования показали, что не только симбиотический азот, но и минеральный азот благоприятно влиял на рост, интенсивность фотосинтеза и накопление биомассы компонентов смешанного бобово-злакового посева. Особый интерес представляет для изучения минеральный азот содержащийся, преимущественно, в аммиачной форме, который не оказывает ингибирующего влияния на физиологические показатели роста стебля, интенсивности фотосинтеза и биологическую продуктивность посевов по сравнению с нитратной формой азота.

Заключение. Изучение влияния различных форм минеральных азотных удобрений в одновидовых и бобово-злаковых посевах показало, что наиболее благоприятно на рост растений, интенсивность фотосинтеза, и накопление биомассы в одновидовых посевах и смешанных бобовозлаковых агроценозов влиял минеральный азот содержащийся, преимущественно, в аммиачной форме в аммиачной селитре по сравнению с калийной селитрой, где азот содержится в нитратной форме. Суммарная биомасса в смешанных посевах люпина с ячменем при внесении аммиачной селитры или

салийной селитры возросла в среднем на 21,6%, у гороха с ячменем на 24,3-18,9%, у сои с ячменеъ 13,1-30,0% соответственно по сравнению с контролем.

The influence of different forms of mineral nitric fertilizers in single-species and legume-cereal crops were studied. It is established, that the most favorable for plant growth, the intensity of photosynthesis and the accumulation of biomass in single-species cropping and mixed legume-grass agrocenozis the influence of mineral nitrogen contained mostly in the ammonium form in the ammonium nitrate in comparison with the potassium nitrate, where the nitrogen contained in the nitrate form. The total biomass in the mixed crops lupin with barley with the introduction of ammonium nitrate or potassium nitrate increased on average by 21.6%, in peas with barley by 24.3-18,9%, the idf with barley by 13.1-30,0% respectively in comparison with the control.

The key words: mixed crops, plant growth, chlorophyll, the intensity of photosynthesis, biomass, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen.

Список литературы

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

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

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

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

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

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