CC BY
28
ВОПРОСЫ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ -
УДК 631.847.21
АЗОТФИКСАЦИЯ ЛУГОВЫХ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ И АГРОФИТОЦЕНОЗОВ С ИХ УЧАСТИЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА И ХАРАКТЕРА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
А.М. Спиридонов, к.с.-х.н.
Санкт-Петербургский ГАУ, e-mail: [email protected]
Определена продуктивность азотфиксации растений различных сортов люцерны изменчивой, клевера лугового, гибридного и ползучего в одновидовых травостоях и травосмесях со злаковыми видами в условиях полевых и производственных опытов; показаны преимущества районированных сортов и даны рекомендации по их использованию в луговых травостоях интенсивного типа в качестве источника биологического азота
Ключевые слова: азотфиксация, виды клевера, люцерна изменчивая, травостои, укосное и пастбищное использование.
NITROGEN-FIXING OF LEGUMINOUS PLANTS AND MEADOW AGROPHYTOCOENOSIS WITH THEIR PARTICIPATION, DEPENDING ON THE COMPOSITION AND CHARACTER OF USE
A.M. Spiridonov
The efficiency of nitrogen fixation plants of different varieties of changeable alfalfa, red clover, hybrid and creeping grass is a one-species and mixtures of grass species under conditions offield and production experience, the advantages of released varieties and recommendations for their use in the meadow grass is intensive as the source biological nitrogen.
Keywords: nitrogen fixation, types of clover, alfalfa variable, vegetation and grazing.
Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства требует более широкий спектр ресурсов энергии и, в первую очередь, биологического источника азота. Поскольку во всех типах почв при их сельскохозяйственном использовании азот находится в первом минимуме, возделывание бобовых может значительно устранить азотный дефицит [1, 2]. В связи с этим актуальна оценка и использование многолетних бобовых трав как источника экологически безопасного биологического азота.
Исследования кафедры луговодства (кормопроизводства) СПбГАУ с середины 60-х годов ХХ века направлены на изучение влияния различных источников азота на продуктивность и качество злаковых и злаково-бобовых травостоев. Одной из задач было определение потенциала фиксации азота различными видами луговых бобовых растений. Поэтому во всех опытах, в том числе и в условиях производства, мы определяли продуктивность азотфиксации методом сравнения с «парующими площадками» [3]. Метод основан на сравнении продуктивности симбиотической и несимбио-тической. В течение всех лет проведения опытов, «парующие» участки (часть поля рядом с опытом) поддерживали в чистом от сорняков состоянии - почву постоянно рыхлили. Содержание общего и нитратного азота в почве (N0 и К;) определяли в начале и в конце вегетационного периода по всем вариантам опытов. По разнице N„-N1 определяли количество биологического азота. Количество фиксированного азота определяли по разнице показателей количества биологического азота в конце вегетационного периода между вариантами опытов и «парующими» участками. На опытных делянках с изучаемыми травостоями происходила сим-биотическая фиксация азота, а на «парующем» участке, где не было растений - несимбиотическая.
За четыре года двуукосного за вегетационный период использования травостоев клевера лугового сортов Се-
дум и Йыгева 433 ими накоплено большое количество биологически фиксированного азота: 466,3-521,9 кг/га или в среднем за один год - 116,6-130,5 кг/га. Разница в продуктивности азотфиксации между сортами составляла 1,2-6,7%.
Растения сорта Седум были более продуктивны в травостоях с тимофеевкой луговой - 510,1 кг/га за 4 года или 127,5 кг/га в среднем за 1 год. Растения сорта Йыгева 433 более продуктивными оказались в травостоях с кострецом безостым - соответственно 521,9 и 130,5 кг/га. Растения обоих сортов клевера лугового зафиксировали минимальное количество азота в травостоях с ежой сборной. Такую тенденцию о снижении продуктивности растений клевера лугового в травостоях с этим злаком мы уже отмечали ранее в работе. Ежа сборная как высококонкурентоспособный вид оказывала негативное влияние на менее конкурентоспособный клевер луговой, создавая тем самым напряженные конкурентные условия в агрофитоценозах. Это было сдерживающим фактором при формировании как общей фитомассы травостоев с клевером луговым и ежой сборной, так и фиксированного азота, поскольку фиксация азота наиболее продуктивно протекает при оптимальном сочетании факторов жизни растения и оптимальных условиях формирования надземной и подземной фито- и биомассы.
Травостои сортов клевера гибридного Лужанин и Йыгева 2 также характеризовались высокими показателями азотфиксации: от 457,8 до 513,2 кг/га в сумме за 4 года пользования травостоями или в среднем за 1 год от 114,5 до 128,3 кг/га. В среднем по сортам и вариантам травостоев это на 4,1% меньше, чем в среднем по клеверу луговому. Растения клевера гибридного в силу морфологических особенностей имеют меньший потенциал продуктивности азотфиксации, их корневая система ме-
нее мощная, но благодаря большой разветвленности корней, малой заглубленности в почве и хорошей аэрации корней все же на них формируется довольно-таки мощный симбиотический аппарат, позволяющий накопить большое количество азота. Этому также способствует и большее продуктивное долголетие растений клевера в травостоях [4].
В нашем опыте клевер гибридный на третий и четвертый годы пользования занимал в травостоях до 50% по флористическому составу. В среднем травостои с сорта Лужанин зафиксировали на 4,5% большее количество азота по сравнению с сортом Йыгева 2. Травостои с ежой сборной также, как и по клеверу луговому, характеризовались самыми низкими показателями азотфиксации.
В течение 4-х лет мы изучали продуктивность азот-фиксации люцерны изменчивой, районированных в Ленинградской области сортов Северная гибридная 69 и Вега 87. Растения обоих сортов сформировали высокую урожайность биомассы (от 920,0 до 981,2 кг/га или в среднем за 1 год - от 153,3 до 163,5 кг/га). Это довольно высокие показатели азотфиксации, учитывая неблагоприятные для люцерны климатические условия 1993 г., когда лето было чрезвычайно влажным и прохладным: величина ГТК в июне - августе составляла 1,8-2,1, что свидетельствовало об избыточном увлажнении. Из всех изучаемых бобовых видов люцерна изменчивая негативнее всего реагирует на недостаток тепла при избытке влаги [5].
Сорта люцерны практически не различались по продуктивности: разница в пределах 0,8-1,0%. Так же как и по клеверам наблюдается тенденция снижения продуктивности азотфиксации травостоев люцерны изменчивой и ежи сборной: в среднем на 3,4-5,3% меньше, чем с тимофеевкой луговой и кострецом безостым. Очевидно, ежа сборная как высокоагрессивный и конкурентоспособный вид оказывала негативное влияние на условия жизнедеятельности и формирования продуктивности растений люцерны, хотя об этом мы почти не встречали данных в литературных источниках. Тем более интересно выявить особенности проявления видов разного потенциала конкурентоспособности по отношению к луговым бобовым растениям.
Этому отчасти были посвящены последующие опыты (1993-1999 гг.), где изучали особенности продуктивности растений различных сортов люцерны изменчивой в одновидовых травостоях и двухвидовых с кострецом безостым.
Сорта люцерны изменчивой, относящиеся к трем различным сортотипам (северный, прибалтийский и южный), различались по продуктивности азотфиксации и группировались по этому различию по принципу принадлежности к сортотипу. Так, наиболее продуктивной азотфиксация была у сортов северного сортотипа: в сумме за 6 лет пользования в среднем по сортам 1082,3 кг/га в одновидовых травостоях и 1009,7 кг/га травостоях с кострецом безостым или в среднем за 1 год пользования соответственно 180,4 и 168,3 кг/га. Травостои с сортами прибалтийского сортотипа были на 2,0-5,0%, а с сортами южного - на 6,0-6,5% менее продуктивны в фиксации азота по сравнению с травостоями сортов северного сортотипа.
Более высокие показатели продуктивности азотфик-сации получены на одновидовых травостоях люцерны изменчивой: в среднем по сортам на 13 кг/га или на 7%
больше, чем на травостоях люцерны с кострецом безостым. Максимальной продуктивностью азотфиксации характеризовались травостои с сортами люцерны изменчивой Пастбищная 88 и Северная гибридная 69: в среднем за год соответственно 181,9 и 181,1 кг/га.
Изучая закономерности продуктивности азотфикса-ции, мы установили тесную взаимосвязь между массой пожнивно-корневых остатков (ПКО) и количеством фиксированного биологического азота. Нами отмечено: чем выше продуктивность растений (надземной и подземной массы), а точнее именно подземной массы корневых систем растений, на которых расположена основная часть симбиотического аппарата бобовых (клубеньковая масса, где собственно и происходит фиксация (связывание) азота), тем выше продуктивность процессов азотфиксации. Одновидовые травостои люцерны более высокопродуктивны по сравнению с двухвидовы-ми с участием костреца безостого; четыре сорта северного сортотипа более высокопродуктивны, чем сорта южного и прибалтийского сортотипа и т.д.
Наблюдения на производственном опыте подтвердили отмеченные ранее тенденции: бобово-злаковые травостои люцерны изменчивой фиксировали больше биологического азота по сравнению с травостоями клевера лугового, в среднем по сортам в сумме за 4 года пользования травостоями на 162,4 кг/га или в среднем за год на 40,6 кг/га.
В производственном опыте получены более низкие показатели продуктивности азотфиксации, хотя использовались те же сорта, что и ранее в полевом опыте. По-видимому, это стало результатом наложения спектра факторов: хозяйственного укосного использования, иных почвенных условий, отличающихся по агрохимическим характеристикам от почв опытного поля СПбГАУ, менее благоприятных климатических условий лет проведения опыта, особенно засушливого 2003 г. В среднем за год травостои клевера лугового в производственном опыте зафиксировали 109,7-118,6 кг/га, что на 7-15% меньше, чем травостои в полевом опыте, а травостои люцерны изменчивой 152,4-157,1 кг/га, что так же на 9-13% меньше, чем в полевом опыте. Клевер ползучий в условиях интенсивного пастбищного использования, как мы отмечали выше, сформировал высокий урожай биомассы. Это стало и результатом и предпосылкой эффективного симбиоза. Данные о симбиотической активности растений различных сортов клевера ползучего в бобово-злаковых травостоях по продуктивности азот-фиксации представлены на рисунке.
С усложнением компонентного состава травостоя снижается его продуктивность. Это получило полное подтверждение и при определении продуктивности азотфиксации. Так, если двухкомпонентные травостои каждого из четырех изучаемых сортов клевера ползучего с райграсом пастбищным зафиксировали в среднем в сумме за 7 лет пользования травостоем 840,8 кг/га биологического азота или 120,1 кг/га в среднем за 1 год, то трехкомпонентые травостои клевера ползучего с райграсом и ежой сборной на 6,5-7,0% меньше -соответственно 781,0 и 111,6 кг/га. Растения разных сортов клевера ползучего неодинаково реагировали на усложнение компонентного состава травостоя и включение в травосмесь ежи сборной. Наибольшее снижение продуктивности азотфиксации в присутствии
Влияние сортового разнообразия клевера ползучего и злакового компонентного состава травостоев на продуктивность азотфиксации, пастбищное использование, производственный опыт, Ленинградская обл., 1999-2005 гг.
ежи сборной произошло в травостоях импортных сортов Клондайк и Милканова 69,0-83,3 кг/га, тогда как в травостоях отечественного сорта Белогорский 1 -минимальное снижение, всего на 12,2 кг/га. В этом опыте, как и в предыдущих, получила подтверждение тенденция повышения продуктивности азотфиксации с увеличением продуктивности общей и корневой биомассы, подсчитанной нами как масса ПКО.
Травостои с изучаемыми видами и сортами луговых бобовых растений характеризовались высокой симбиотической активностью, позволявшей им фиксировать большое количество биологического азота. В силу морфологических и биологических особенностей люцерна изменчивая отличалась повышенной азотфиксацией по сравнению с другими видами. В одновидовых травостоях люцерны в среднем по сортам зафиксировано на 13 кг/га или 7% больше, чем в травостоях люцерны с кострецом безостым. Максимальной продуктивностью азотфиксации характеризовались травостои с сортами люцерны изменчивой Пастбищная 88 и Северная гибридная 69: в среднем за год соответственно 181,9 и 181,1 кг/га.
По мере усложнения компонентного состав травостоя снижается его продуктивность в целом, и в частности - продуктивность азотфиксации. Это отмечено по всем опытам. Снижение продуктивности
азотфиксации происходит при включении в травостой даже одного вида злака, а уж тем более двух. Это вполне объяснимо, поскольку злаки - азотолюбивые культуры и интенсивно используют азот, накопленный бобовым растением. В травостоях по мере увеличения числа потребителей азота - злаковых видов снижаются запасы азота в корнях (клубеньках) и корневых выделениях, в почве под травостоями. Особенно заметно снижение продуктивности азотфиксации в условиях интенсивного использования травостоев - при многократном пастбищном стравливании растений. В целом в производственных опытах получены более низкие показатели продуктивности азотфиксации, чем в полевых опытах, хотя использовались одинаковые сорта изучаемых видов луговых бобовых растений.
Таким образом, изучая закономерности продуктивности азотфиксации, мы установили тесную взаимосвязь между массой (ПКО) и количеством фиксированного биологического азота. Нами отмечено: чем выше продуктивность растений (надземной и подземной массы), а точнее именно подземной массы корневых систем растений, на которых расположена основная часть симбиотического аппарата бобовых (клубеньковая масса, где собственно и происходит фиксация (связывание) азота) - тем выше продуктивность процессов азотфиксации.
Литература
1. Мишустин Е.Н. Биологический азот в сельском хозяйстве СССР / Сельскохозяйственная биология, 1981, Т. 16, № 3. - С. 349-358.
2. Мишустин Е.Н., Черепков Н.И. Значение биологического азота в азотном балансе и повышении плодородия почв СССР / Биологический азот в сельском хозяйстве СССР: Сб. статей. - М.: Наука, 1989. - С. 3-8.
3. Трепачев Е.Н. О методах исследования азотфиксирующей способности бобовых культур / Агрохимия, 1981, № 12. - С. 179-184.
4. Чундерова А.И. О взаимоотношениях и перспективах повышения эффективности симбиоза клубеньковых бактерий с растением-хозяином / Труды ВНИИСХМ, 1980. Т. 5. - С. 7-29.
5. Кожемяков А.П. Приемы повышения продуктивности азотфиксации и урожая бобовых культур / Биологический азот в сельском хозяйстве СССР: Сб. статей. - М.: Наука, 1989. - С. 8-15.
