Влияние форм азота на фотосинтез, минеральное питание и биологическую продуктивность растений лиственницы сибирской и ели обыкновенной

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

изменчивость обилия семеношения популяций в бассейне р. Чикой была очень низкой (Cv = 0,0). В бассейне р. Хилок она характеризовалась низким и средним уровнями изменчивости (Cv = 11.3 и 12,7 %).

Заключение

Выполненные исследования дополняют географически прежние работы по характеристике популяций лиственницы Чекановс-кого в Южном Забайкалье.

В результате исследований выявлены популяции лиственницы, характеризующиеся высоким уровнем изменчивости ширины шишки и числа чешуй в шишке (Югал), числа хвоинок в пучке (Хохотуй); установлена высокая положительная корреляционная зависимость качества ствола и интенсивности семе-ношения с гибридным индексом популяции. Лиственницы, близкие по морфологическим

признакам к лиственнице сибирской, отличаются более качественным стволом и более высокой интенсивностью семеношения.

Библиографический спиок

1. Круклис, М.В. Лиственница Чекановского / М.В. Круклис, Л.И. Милютин. - М.: Наука, 1977. - 212 с.

2. Каппер, О.Г. Хвойные породы / О.Г. Каппер. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1954. - 304 с.

3. Мамаев, С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений С.А. Мамаев. - М.: Наука, 1972. - 283 с.

4. Коропачинский, И.Ю. Естественная гибридизация древесных растений / И.Ю. Коропачинский, Л.И. Милютин. - Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2006. - 223 с.

5. Абаимов, А.П. Лиственницы Гмелина и Каяндера / А.П. Абаимов, И.Ю. Коропачинский. - Новосибирск: Наука, 1984. - 121 с.

6. Высоцкий, К.К. Закономерности строения смешанных древостоев / К.К. Высоцкий. - М.: Гослесбумиздат, 1962. - 177 с.

ВЛИЯНИЕ ФОРМ АЗОТА НА ФОТОСИНТЕЗ, МИНЕРАЛЬНОЕ

питание и биологическую продуктивность растений лиственницы сибирской и ЕЛи ОБЫКНОВЕННОЙ

В.М. ЛЕБЕДЕВ, проф. каф. плодоовощеводства, селекции и семеноводства Нижегородской ГСХА, д-р с.-х. наук,

Е.В. ЛЕБЕДЕВ, доц. каф. лесных культур Нижегородской ГСХА, канд. биол. наук

При разработке оптимальной системы минерального питания растений немаловажное значение имеет форма азотных удобрений. Теоретически NH4+ более желательная форма, так как непосредственно используется на синтез аминокислот и амидов, а NO3- до ассимиляции восстанавливается до аммонийной формы [1]. Однако поглощение ионов NH4+ ограничено их токсичностью [6]. По мнению японских ученых, наибольшая продуктивность достигается при одновременном применении NO3- и NH4+ [7]. По другим данным, при внесении мочевины наблюдалось более значительное накопление в растении азота, фосфора, калия, кальция, магния и железа различными органами растений, чем при использовании аммонийной и нитратной форм азота

[8]. Имеющиеся сведения по этому вопросу в

proxmus77@mail. ru

основном получены на травянистых растениях. Сведения о реакции древесных растений, в частности хвойных лесных культур, на разные формы азотного питания ограничены. Недостаточность наших знаний по данному вопросу вызывает трудности в выборе формы азотного удобрения при разработке системы минерального питания сеянцев и саженцев в питомнике и взрослых деревьев на лесокультурных площадях.

В задачу нашего исследования входило на уровне целого организма получить количественные данные фотосинтетической активности листового аппарата, поглотительной деятельности корневой системы и биологической продуктивности лиственницы сибирской и ели обыкновенной при различных формах азотного питания.

14

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Влияние формы азота на активную часть корневой системы лиственницы и ели

Варианты опыта Длина активного корня, мм Диаметр активного корня, мкм Точек роста, шт. м-1 УАПКС, см2 м-1

Лц Е Лц Е Лц Е Лц Е

Контроль 1,34 1,42 311 282 206 229 2,70 2,89

Фон (P60K60) 1,28 1,43 291 265 179 227 2,09 2,70

Фон+МО3 1,34 1,42 344 324 134 277 1,94 4,00

Фон+МН4 1,33 1,35 356 304 167 253 2,49 3,26

Фон+МН2 1,35 1,36 364 310 135 285 2,08 3,77

Фон+МН4МО3 1,29 1,43 366 275 161 227 2,39 2,80

НСР 0,95 0,08 0,10 21 25 67 84 0,68 0,31

Объекты и методы исследований

Объектами исследования служили однолетние сеянцы лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и ели обыкновенной (Picea adies L.). Растения выращивали в условиях микрополевого опыта на серой лесной почве в центральной части Нижегородской области в 2007 г. Агрохимические характеристики почвы: pH(KCl) =5,9; содержание гумуса -

2,1 %; содержание N, P2O5 и K2O - 14,2, 192,8 и 68,2 мг кг-1 почвы соответственно. Эксперимент состоял из шести вариантов (по каждой породе): контроля (удобрения не вносились), фона (внесено по 60 кг га-1 P2O5 и K2O) и четырех - с различными формами азотного питания. Растения высаживали в заглубленные полиэтиленовые пакеты без дна (вмещавшие 40 кг почвы) с соблюдением пространственной изоляции между вариантами. Площадь питания каждого растения равнялась 100 см2, что соответствовало 1 млн штук на 1 га. В вариантах с формами азота в качестве фона было внесено по 60 кг га-1 действующего вещества фосфора и калия в виде Na2HPO4 и K2SO4. В вариантах с формами азотного питания по 60 кг га-1 вносились сульфат аммония, мочевина, натриевая и аммонийная селитры соответственно. Каждое растение перед посадкой было взвешено с точностью 0,01г. Вывод растений на заданные режимы проведен через 10 дней после их приживания (появились первичные корешки). Удобрения были внесены в растворенном виде. Длительность опыта составила 115 суток, а время работы хвои лиственницы - 107 дней. В каждом варианте было проанализировано по 10 растений. Каждое растение служило повторностью.

Площадь листьев вычисляли весовым методом. Чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) определяли по А.А. Ничипоровичу [2], энергетическую эффективность фотосинтеза (КПД ФАР) - по Х.Г Тоомингу и Б.И. Гуляеву

[3]. Детальный анализ активной части корневой системы и минеральной продуктивности корней (МП) проведен по В.М. Лебедеву [4]. Содержание азота, фосфора и калия в биомассе определяли по общепринятым агрохимическим методам. Биологическую продуктивность пород (БП) находили по относительному увеличению первоначальной массы растения.

Экспериментальная часть

Анализ активной части корневой системы изучавшихся пород показал, внесение фона и форм азота не повлияло на длину активного корня пород (табл. 1). Диаметры же активного корня лиственницы достоверно увеличивались при всех формах азота и были максимальными при использовании смешанной, амидной и аммонийной форм. Различия показателя в пределах опыта составили 1,26 раза. У ели достоверное увеличение диаметра активного корня наблюдалось лишь в вариантах с нитратной и амидной формами. Различия в пределах опыта составили 1,22 раза.

Форма азотного питания не повлияла на степень ветвления корневой системы (количество точек роста, приходящихся на метр корневой системы) у обеих пород. Однако у лиственницы в вариантах с нитратной и амидной формами азота показатели были достоверно ниже контрольного. Удельная активная поверхность корневой системы (УАПКС) лиственницы различалась в пределах опыта в 1,39 раза.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010

15

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Минеральная продуктивность корневой системы (мг м-2 сутки-2) и поверхность активных корней, приходящаяся на единицу абсолютно сухой биомассы ^к р-1) лиственницы и ели, а также отношение КП ФП-1 при различных формах азотного питания

Варианты N P2O5 K2O Sr Р-1,см2 г 1 биомассы КП ФП-1

опыта Лц Е Лц Е Лц Е Лц Е Лц Е

Контроль 248 43 63 9 99 21 11,79 11,56 0,27 0,23

Фон (P60K60) 636 109 162 24 254 53 4,56 9,73 0,07 0,20

Фон+NOз 458 91 117 20 183 44 6,60 10,16 0,13 0,15

Фон+КН4 398 118 102 25 159 57 7,51 9,11 0,11 0,15

Фон+КН2 508 97 130 21 203 47 6,14 9,00 0,11 0,14

Фон+МНфЫОз 593 85 151 18 237 41 4,98 9,49 0,09 0,16

НСР0.95 106 21 27 5 42 10 1,42 1,37 0,08 0,06

Варианты с формами азота по УАПКС не различались, однако при внесении нитратной формы показатель снижался по сравнению с контролем. УАПКС растений ели в пределах опыта различалась в 1,48 раза и была максимальной при внесении нитратной формы, а минимальной - при внесении фона и смешанной формы.

Изменения показателей активной поверхности корней не могли не отразиться на поглощении минеральных элементов корневыми системами пород (табл. 2). Внесение фона и применение различных форм азота повышало минеральную продуктивность (МП) изучаемых пород по сравнению с контролем. Поглощение лиственницей азота варьировало в пределах опыта в 2,56 раза и было максимальным при внесении фона и смешанной формы. Поглощение же азота елью варьировало в 2,74 раза и было максимальным при внесении аммонийной формы и фона. Поглощение породами фосфора и калия происходило с аналогичной закономерностью, как у азота, и различалось по фосфору в 2,57 и в 2,78 раза, а по калию - в 2,57 и в 2,71 раза соответственно для лиственницы и ели. Однако у ели поглощение фосфора в вариантах с амидной и аммонийной формами азота и фоном было на одном уровне.

Для более детальной характеристики особенностей поглотительной деятельности корней лиственницы и ели при внесении различных форм азота рассмотрим изменения поверхности активных корней, приходящейся на единицу абсолютно сухой биомассы (Sr Р-1). В контроле у лиственницы была

максимальная поверхность активных корней, приходящаяся на единицу абсолютно сухой биомассы, а при внесении фона и смешанной формы - минимальная. Различия в границах опыта у лиственницы составили 2,59 раза, а у ели - 1,28 раза. Показатель Sк Р-1 ели был максимальным в контроле, а во всех остальных вариантах опыта - достоверно ниже (различий между этими вариантами не было).

Функциональная связь корневой системы с фотосинтетическим аппаратом характеризуется отношением корневого (КП) и фотосинтетического ФП потенциалов (КП ФП-1). У лиственницы минимальная функциональная связь КП с ФП была в контроле, где 1 м2 активной поверхности корней обслуживал только 3,7 м2 поверхности хвои. В остальных вариантах опыта функциональная связь была сильнее и 1 м2 активной поверхности обслуживал от 7,7 до 14,3 м2 поверхности хвои. У растений ели различий между вариантами с внесением форм азота не наблюдалось, а все формы азота усиливали функциональную связь КП с ФП по сравнению с контролем. Отношение КП ФП-1 у ели варьировало в пределах опыта в 1,64 раза, и 1 м2 активных корней мог обслужить от 4,3 (контроль) до 7,1 м2 (амидная форма) поверхности хвои.

Анализ корреляций между отношением КП ФП-1 и МП показал наличие отрицательной связи у растений лиственницы (от -0,609 и до -0,864) и ели (от -0,608 и до -0,873). Связь между показателем Sк Р-1 и МП также была отрицательной и варьировала у лиственницы от -0,446 до -0,972, а у ели - от -0,613 до -0,756.

16

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 3

Фотосинтетическая активность, биологическая продуктивность и поверхность хвои, приходящейся на единицу биомассы растения ^л р-1), лиственницы и ели при различных формах азотного питания

Варианты опыта ЧПФ, г м-2 день-1 КПД ФАР, % Биомасса за вегетацию, г м-2 Sh Р-1, см2 г-1 биомассы БП, раз

Лц Е Лц Е Лц Е Лц Е Лц Е

Контроль 3,66 0,68 0,79 0,17 392 87 44,01 49,79 4,99 1,27

Фон (Р 60К60) 3,46 1,63 0,79 0,37 370 188 61,16 49,31 6,16 1,60

Фон+NOs 4,03 0,99 0,88 0,23 431 114 52,08 66,76 8,25 1,72

Фон+N^ 3,51 1,28 0,77 0,29 376 147 65,36 59,59 7,52 1,78

Фон+N^ 3,39 1,49 0,73 0,34 362 171 58,25 64,88 8,80 1,59

Фон + NH4NO3 3,03 1,02 0,66 0,23 324 118 54,66 58,58 6,88 1,67

НСР095 0,71 0,42 0,15 0,09 76 46 7,08 6,45 0,68 0,24

Следовательно, при увеличении поверхности активных корней, относительно ФП или массы растения, падает поглощение азота, фосфора и калия в расчете на единицу поглощающей поверхности. Таким образом, абсолютная величина размера активной поверхности корней не может служить мерой их минеральной продуктивности. Аналогичные результаты получены нами на девяти лесообразующих породах в условиях экологического потенциала Нижегородской области [5].

Чистая продуктивность фотосинтеза лиственницы различалась в пределах опыта в 1,33 раза (табл. 3) и была максимальной при внесении нитратной, а минимальная - при внесении смешанной формы азота. Только между этими вариантами в опыте были зафиксированы достоверные различия. ЧПФ ели различалась в

2,4 раза и повышалась относительно контроля во всех вариантах, кроме вариантов с нитратной и смешанной формами. ЧПФ лиственницы была выше, чем у ели, в 2,12-5,38 раза. Энергетическая эффективность фотосинтеза (КПД ФАР) и количество биомассы, накопленной за вегетацию 1 м2 поверхности хвои, изменялись с той же закономерностью, что и ЧПФ.

Поверхность хвои, приходящаяся на единицу биомассы лиственницы (Sh Р-1), различалась в 1,49 раза. Относительно контроля показатель достоверно повысился при внесении фона и всех форм азота и был максимальным в фоновом варианте и при внесении аммонийной формы азота. У ели показатель Sл Р-1 различался 1,35 раза, и достоверно выше контрольных (в 1,54 раза) были лишь значения варианта с внесением нитратной формы, где растения, имея ЧПФ на одном уровне с

фоном, увеличили поверхность хвои, приходящуюся на 1 г биомассы, относительно больше, чем в других вариантах.

Все формы азота достоверно повышали биологическую продуктивность (БП) обеих пород относительно контроля. Минимальная БП среди вариантов с формами азота у лиственницы наблюдалась при внесении аммонийно-нитратной (смешанной) формы, а БП ели в вариантах с формами азота была на одном уровне. Максимальная БП лиственницы была при внесении амидной формы азота, то есть в 1,3 раза выше, чем в варианте со смешанной формой. Остальные же варианты занимали промежуточное положение, поскольку их БП достоверно не различалась ни с максимальными значениями, ни с минимальными (при смешанной форме). БП лиственницы изменялась в пределах опыта в 1,76, а у ели в 1,26 раза. Следовательно, для выращивания на серых лесных почвах сеянцев лиственницы наиболее эффективно использование амидной, а для ели - любой из применявшихся в опыте форм азота.

Растения лиственницы повышали прирост абсолютно сухой биомассы за счет увеличения поверхности хвои, приходящейся на единицу биомассы растения (Sh Р-1) и, соответственно, фотосинтетического потенциала (ФП), так как наблюдалась высокая положительная связь между ДР и размером ФП (г варьировал от 0,855 до 0,968). Связи же ЧПФ лиственницы с ДР и БП носили пестрый характер. У сеянцев же ели наблюдалась не только высокая корреляция между ФП и ДР, но и между ЧПФ и БП, что объясняет увеличение ее ростовых процессов повышением ЧПФ.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010

17