Эффективность симбиотической азотфиксации у различных бобовых культур в условиях Красноярской лесостепи

УДК 635.65:631.112+576.6

Д.Е. Полонская, И.В. Боер

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИМБИОТИЧЕСКОМ АЗОТФИКСАЦИИ У РАЗЛИЧНЫХ БОБОВЫХ КУЛЬТУР

В УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ

В статье на примере эффективности симбиотической азотфиксации бобовых культур показана необходимость оптимального соответствия сельскохозяйственной культуры адаптивного севооборота почвенно-экологическим условиям.

Ключевые слова: симбиотическая азотфиксация, клубеньковые бактерии, бобовые культуры, адаптивный севооборот.

D.Ye. Polonskaya, I.V. Boyer

SYMBIOTIC DIAZOTROPHY EFFICIENCY OF DIFFERENT LEGUMES IN THE KRASNOYARSK FOREST-STEPPE CONDITIONS

Necessity of the optimum conformity of an agricultural crop of the adaptive crop rotation to the soil-ecological conditions is shown in the article on the example of the symbiotic diazotrophy efficiency of legumes.

Key words: symbiotic diazotrophy, tuber bacterias, legumes, adaptive crop rotation.

Дальнейший рост продуктивности пашни в Красноярском регионе может быть реализован в случае ослабления негативных влияний предыдущих систем земледелия, носивших зональный характер и не всегда соответствовавших местным почвенно-климатическим условиям.

Положительно зарекомендовали себя на практике такие агротехнические приемы адаптивноландшафтной системы земледелия, как увеличение доли сидеральных паров и создание адаптивных севооборотов с различным уровнем насыщения бобовыми культурами [1]. Обязательным компонентом этих приемов является снабжение растений биологическим азотом. Процесс азотфиксации в умеренном климате обеспечивает 20-50, а в тропиках более 100 кг азота на 1 га в год [2]. Составляющими элементами адаптивности упомянутых севооборотов являются 1) улучшение видового состава, в частности, насыщение засухоустойчивыми (донник) и высокобелковыми (люцерна, вика, чина) культурами, 2) возделывание каждой сельскохозяйственной культуры севооборота в условиях, к которым она экологически более приспособлена.

Хорошо известно, что 25% азота пожнивных остатков многолетних бобовых растений используются следующей культурой, 15% - двумя последующими, оставшиеся 60% сохраняются в гумусе, а у однолетников практически весь азот к моменту созревания растений переходит в надземную часть. Искусственное заражение растений из семейства бобовых культурами клубеньковых бактерий усиливает образование клубеньков и процесс азотфиксации. Во многих странах нитрогенизации подвергают 70-80% посевного материала (с целью повышения продуктивности и качества бобовых растений), что дает прибавку 1-2 ц/га зерна гороха, 80-100 ц/га зеленой массы [3]. Использование бактериальных удобрений мизорина и ризоинтерина в Красноярском регионе обеспечивает продуктивность кормовых культур на уровне применения азота N60, что позволяет повысить урожай сухой массы (сои в смеси с кукурузой) на 8-11% [4].

Эффективность симбиотической азотфиксации обусловлена, как минимум, двумя процессами: 1) способностью высших бобовых растений поставлять необходимый пластический материал; 2) активностью клубеньковых бактерий. Первым процессом может до некоторой степени варьировать человек (подбирая нужные виды, сорта), второй тесно связан с соответствующими почвенно-климатическими условиями. Представляется, что для каждой конкретной почвенно-климатической зоны необходимо знание о рацио-

нальности применения в севообороте того или иного вида бобовых растений. Для Красноярской лесостепи такие сведения в литературе отсутствуют.

Целью работы является обоснование подбора видов бобовых культур для введения в адаптивные севообороты на территории земледельческой части Красноярского края.

Материалы и методы исследований. Объектом исследований служили растения из семейства бобовых: многолетние (донник, люцерна), применяемые в экспериментальных севооборотах с различным насыщением бобовыми; зернобобовые - вика, чина, используемые на зеленый корм, а также вигна, бобы, фасоль, нут. Почва - чернозем обыкновенный эродированный Красноярской лесостепи, фон без удобрений.

Вирулентность клубеньковых бактерий - способность расы вызывать образование клубеньков на корневой системе растения-хозяина - определяли в среднем у 25 растений каждого вида.

Сроки начала фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями регистрировали по появлению бактероидов (инволюционных форм бактерий р. РЫгоЫит) в клубеньках растения-хозяина [5]. Определение эффективности азотфиксации на момент образования максимального количества клубеньков и бактероидов в них на корнях растения-хозяина проводили на основании учета биомассы надземной и подземной частей растений и содержанию в них общего азота по методу Къельдаля [6].

Математическую обработку результатов проводили с использованием однофакторного дисперсионного анализа ОДА на РС.

Результаты исследований и их обсуждение. Для продуктивного накопления азота бобовыми культурами требуется их симбиоз с клубеньковыми бактериями. А для этого необходимо присутствие в почве вирулентных рас клубеньковых бактерий, обеспечение почвы влагой, доступным фосфором, калием, кальцием, молибденом. Нами показано, что во все сроки вегетации растений в комплексе почвенных микроорганизмов агроценозов выделяются бактерии, мобилизующие минеральные соединения фосфора. Это свидетельствует о доступности данного элемента, благоприятном режиме фосфорного питания растений.

В черноземе обыкновенном эродированном нами были выявлены расы клубеньковых бактерий РЫ-гоЬшт теШой и РЫгоЬшт !едит1позагит [7]. Поэтому проверяли вирулентность именно данных ризобий к видам бобовых, выбранных в качестве объекта исследований.

Таблица 1

Вирулентность ризобий и эффективность симбиотической фиксации азота многолетних трав

Раса клубень- ковых бактерий Исследуемый образец Дата Количество клубеньков на 1 растении, шт. Относительное количество клубеньков с бактероидами, % Абсолютно сухая биомасса 1 растения, г Содержание азота в биомассе 1 растения, мг

Надземная часть Корни Над- земная часть Корни

РЫгоЫит теШой Донник 1 -го года пользования 16.06 08.07 Г^- Г^-СО ч-СЭ СЭ +1 +1 ^ ОО со Г^- СО о~ о" О) <У> 12,0 0,75 0,20 25,2 4,3

Люцерна 1 -го года пользования 18.06 08.07 22,4±0,44 11,3±0,38 о о со ^ <У> Г"- 4,69 1,7 0,14 43,3 2,7

Выявлено, что РИ. теШоН образует на корнях донника от 14,8 до 35,4 клубеньков (в расчете на одно растение), при этом азотфиксация интенсивно происходит уже в середине июня и достигает максимума (99,3% клубеньков с бактероидами) в первой декаде июля (табл.1). Эта же самая раса клубеньковых бактерий вирулентна к люцерне, для которой характерно образование на корнях от 11,3 до 22,4 клубеньков. В июле процент клубеньков с бактероидами снижается с 96 до 77 %. Следовательно, можно предположить, что азотфиксация у люцерны начинается и заканчивается раньше по сравнению с донником. Эффективность же азотфиксации, оцененная по содержанию общего азота в растении, у люцерны на 50% выше, чем у донника, и соответственно составляет 46,0 и 29,7 мг.

Таблица 2

Вирулентность ризобий и эффективность симбиотической фиксации азота зернобобовых

Раса клубень- ковых бактерий Иссле- дуемый образец Дата Количество клубеньков на 1 растении, шт. Относительное количество клубеньков с бактероидами, % Р Абсолютно сухая биомасса 1 растения, г. Содержание азота в биомассе 1 растения, мг

Надземная часть Корни Надземная часть Корни

РЫгоЫит Іедитіповагит Вика 24.06 26,0±0,7 80,1 10,2 6,56 0,25 174,0 4,0

Бобы 24.06 115,0±1,1 100 10,2 10,8 1,49 249,0 1,5

Чина 24.06 49,5±2,2 92,2 10,2 10,4 0,26 269,0 3,4

При использовании донника и люцерны в качестве сидератов в эти сроки величина фиксированного (биологического) азота, поступающего в почву с растительными остатками люцерны, существенно превышает таковую для донника. Это является подтверждением полученных нами ранее результатов [4; 8], в которых мы высказали мысль о предпочтительности использования донника в севообороте в качестве предшественника (занятой пар), нежели сидерата. Предположение базировалось на основе полученных микробиологических показателей превращения растительного материала донника в почве.

Характеристика вирулентности клубеньковых бактерий к зернобобовым культурам и эффективность азотфиксации приведена в табл. 2. Наибольшей эффективностью азотфиксации в конце июня отличается чина - 272,4 мг азота на одно растение. По данному показателю чине немного уступают бобы. Несмотря на более чем двойное превосходство в количестве клубеньков на одном растении (115) и максимальный в рассматриваемое время уровень азотфиксации, на корнях вики количество клубеньков невелико - 26, и лишь 80% из них участвуют в азотфиксации.

В результате микробиологических исследований, проведенных в черноземе эродированном, установлено отсутствие рас Rhizobium, колонизирующих растения нута и фасоли: Rh. vigna и Rh. рЬ^еоУ соответственно. Это свидетельствует о том, что урожай нута и фасоли формируется за счет почвенного, а не биологического азота. Аналогичные данные в отношении растений фасоли и нута, а также сои и люпина, получены Г.П. Гамзиковым с соавт. [9] в черноземах выщелоченных алтайского Приобья. Следовательно, введение указанных бобовых культур в севообороты для обогащения исследуемых почв биологическим азотом вряд ли имеет смысл. Вводить их в севообороты с такой целью можно лишь после предварительной инокуляции соответствующими бактериальными удобрениями. А это целесообразно в том случае, если 1) бактерии-инокуляты способны приживаться в данных почвенно-экологических условиях, или 2) применение бактериальных препаратов экономически выгодно.

Авторы благодарны КНИИСХ за предоставленную возможность проведения экспериментов в ОПХ «Минино».

Литература

1. Сурин Н.А., Едимеичев Ю.Ф. Состояние и пути стабилизации сельского хозяйства Восточной Сибири // Достижения науки и техники. - 1997. - № 3. - С. 17-19.

2. Умаров М.М. Плодородие почвы и качество продукции при биологическом земледелии. - М.: Колос, 1996. - С. 27-31.

3. Доросинский Л.М. Минеральный и биологический азот в земледелии СССР. - М.: Наука, 1985. -С. 142-150.

4. Адаптация систем земледелия на техногенно загрязненных территориях Красноярского края / Ю.Ф. Едимеичев, Д.Е. Полонская, В.К. Ивченко [и др.] // Контроль и реабилитация окружающей среды: мат-лы междунар. симп. - Томск: Изд-во СО РАН, 1998. - С. 183-184.

5. Шильникова В.К., Теппер З.И., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. - М.: Агропромиздат, 1993. - 232 с.

6. ЗвягинцевД.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.

7. Полонская Д.Е. Биотехнологические подходы повышения эффективности симбиотической азотфикса-ции // Высокоэффективные биотехнологии нового поколения в производстве экологически безопасных

продуктов питания и биопрепаратов для населения: мат-лы междунар. конф. - Новосибирск: Агро, 2002. - С. 20-21.

8. Полонская Д.Е., Воронова Н.Г. Биологическая активность выщелоченного чернозема Красноярской лесостепи // Плодородие почв и его воспроизводство в земледелии Восточной Сибири / ВАСХНИЛ. -Новосибирск, 1988. - С.116-123.

9. Гамзиков Г.П., Шотт П.Р. Сравнительная оценка азотфиксирующего потенциала у зернобобовых: мат-лы науч. чтений, посвящ. 100-летию закладки первых полевых опытов И.И. Жилинским. - Новосибирск: СО РАСХН, 1989. - С. 37-40.

--------♦'-----------

УДК 631.862:630.8 А.С. Нечаева, О.А. Ульянова

ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛИСТВЕННИЧНОЙ КОРЫ И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕЕ ОСНОВЕ

В модельном эксперименте изучена трансформация лиственничной коры и композиций на ее основе. Процесс минерализации описан уравнением первого порядка. Показано, что интенсивность минерали-зационного потока в композициях коррелирует с температурой воздуха и обусловлена соотношением органических и минеральных компонентов.

Ключевые слова: кора лиственницы, фосфоритная мука, вермикулит, мочевина, трансформация, минерализация, гумификация.

A.S. Nechayeva, O.A. Ulyanova TRANSFORMATION OF LARCH BARK AND COMPOSITIONS ON ITS BASIS

Transformation of larch bark and compositions on its basis are researched in the model experiment. Mineralization process is described by means of the first-order equation. It is shown that the mineralization flow intensity in the compositions correlates to air temperature and is determined by the organic and mineral components correlation.

Key words: larch bark, phosphorous powder, vermiculite, calurea, transformation, mineralization, humification.

Площадь лесов России, составляющая большую часть Северной Евразии, по состоянию на 1 января 1998 г. равна 719 млн га, из которых на долю лиственницы приходится 37 млн га [1]. Лиственница сибирская (1_апх аЫпоа 1_.) является распространенной породой дерева в Красноярском крае. Содержание коры лиственницы к объему ствола дерева варьирует от 18 до 25% [2]. Решением проблемы утилизации коры лиственницы может стать ее применение в сельском хозяйстве для приготовления компостов. Однако, несмотря на кажущуюся простоту компостирования, процессы, протекающие при этом, недостаточно изучены.

Целью данных исследований являлось изучение процесса трансформации коры лиственницы с различными добавками в удобрения (удобрительные композиции).

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись лиственничная кора - отход Енисейского лесозавода, мочевина (Им), фосфоритная мука (Рф) и вермикулит (В) Татарского месторождения, территориально расположенного в Красноярском крае, и органо-минеральные композиции на их основе.

Схема опыта включала следующие варианты: 1. Кора (К) - контроль; 2. К + Им; 3. К + Им+ Рф 1% (Рф 1);

4. К +Им+ Рф 3% (Рф 3); 5. К + Им+ Рф 1 + В; 6. К + Рф 1 + В; 7. К + Им +В. Подготовку удобрительных композиций проводили методом компостирования в течение 180 суток. В качестве азотсодержащей добавки применяли мочевину в количестве 1,5 % азота, а в качестве фосфорсодержащей - фосфоритную муку в дозах 1 и 3 % по действующему веществу на сухую массу коры. Также в кору вносили вермикулит в количестве 10 % от ее массы. По данным [3], вермикулит усиливает агрохимический эффект удобрений.

Трансформацию полученных удобрительных композиций изучали по процессам минерализации и гумификации. Минерализацию органического вещества определяли по выделению СО2 абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова [4]. Суммарное продуцирование углекислого газа из коры и композиций в виде С-С02 за период наблюдений выполняли методом линейного интерполирования. Для описания процес-