CC BY
77
УДК 635.656:631.461.5
Повышение продуктивности сои путем усиленном симбиотическои азотфиксации
«о о
N
ш
S ^
ф
и
ш ^
2
ш м
А.Г. ВАСИЛЬЧИКОВ, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник (е-шаМ: office@vniizbk.orel.ru) А.С. АКУЛОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур, ул. Молодежная, 10, корп. 1, Стрелецкий, Орловский р-н, Орловская обл., 302502,
Российская Федерация
Исследования проведены во ВНИИЗБК в 2013-2015 гг. Изучена отзывчивость новых сортов сои Зуша и Мезенка на инокуляцию набором новых активных штаммов ризобий 634, 626, 640, в сравнении со стандартом Ланцетная, на темно-серой лесной средне-суглинистой почве. Схема опыта включала варианты без инокуляции и внесения удобрений (контроль); с инокуляцией указанными штаммами, а также с внесением минерального азота в дозе 60 кг д. в./га. Повторность опыта четырехкратная. Площадьделянок-10 м2. Посев проводили сеялкой СКС-6-10 широкорядным способом (ширина междурядий 45 см) во вторую декаду мая, соответственно по годам 18,13 и 19 мая. Норма высева - 600тыс. всхожих семян/га. Как инокуляция семян, так и внесение минерального азота в дозе 60 кг/ га вызывали повышение урожайности сои. Прибавки в зависимости от года и варианта составили 0,5-3,2 ц/га. Уровень урожайности был прямо пропорционален количеству осадков, выпавших за вегетационный период и в период формирования и налива бобов (июль-август). По результатам трехлетних испытаний наибольшую эффективность на сорте Мезенка показал штамм634(+1,3ц/га), на сортах Зуша и Ланцетная - штамм640(+1,3 и 1,0 ц/га). Самую высокую урожайность -26,5 ц/га (в среднем за 3 года) сформировал сорт Мезенка. Рентабельность выращивания этого сорта, характеризующегося более высоким уровнем продуктивности, значительно выше, чем у сорта Зуша (405 и 342%, соответственно). Инокуляция комплементарными каждому сорту высокоактивными штаммами ризобий более рентабельна, чем применение минеральных азотных удобрений (416,7 и 311,9%, соответственно).
Ключевые слова: соя, сорта, инокуляция, симбиотическая азотфиксация.
Для цитирования: Васильчиков А.Г., Акулов А.С. Повышение продуктивности сои путем усиленной симбиотической азотфиксации//Земледелие. 2016. № 4. С. 14-16.
Соя - уникальная по биологическим и хозяйственным свойствам культура многогранного использования. В ее семенах содержится 35-45% полно-
ценного по аминокислотному составу белка, 20-25% масла, 18-25% углеводов, 12 основных витаминов и большое количество биологически активных компонентов (фосфатиды, изофлавоны, олигосахариды и др.). Симбиоз сои с клубеньковыми бактериями - одна из наиболее эффективных растительно-микробных систем, осуществляющих процесс биологической азотфиксации, имеющий огромное экологическое и практическое значение.
По данным зарубежных исследователей соя в симбиозе с ризобиями ежегодно фиксирует 16,4 млн т азота [1]. При этом его доля в растениях может колебаться от 0 до 95% в зависимости от условий азотфиксации, где решающее значение имеет уровень доступного минерального азота [2]. В США сою в основном возделывают на почвах с высоким содержанием доступного азота, в первую очередь благодаря внесению большого количества удобрений. Эффективность азотфиксации при этом снижается и колеблется от 40 до 80%, составляя в среднем 58% [3]. В Бразилии ее выращивают на почвах с низким содержанием доступного азота и без внесения азотных удобрений, поэтому доля этого элемента, полученного путем азотфиксации, составляет около 80% [4].
Мировая площадь посевов сои превышает 100 млн га, а валовой сбор достиг 280 млн т [5]. В нашей стране, согласно программе «Развитие производства и переработки сои в Российской Федерации на 2015-2020 гг», предусмотрено увеличение ее посевных площадей к 2017 г до 2,7 млн га, в том числе в Центральном округе (Белгород, Воронеж, Орел) - до 500 тыс. га., а общий сбор семян сои к 2020 г необходимо довести до 7,2 млн т [6]. В 2015 г сбор семян этой культуры достиг 2,8 млн т, однако их импорт составил порядка 2 млн т. Поэтому увеличение производства сои прямо связано со стратегией импортозамеще-
ния и обеспечения продовольственной безопасности страны.
Инокуляция растений высокоэффективными штаммами клубеньковых бактерий повышает продуктивность бобовых в среднем на 10-25%, а при интродукции культур в новые районы возделывания, где в почве, как правило, отсутствуют спонтанные популяции ризобий соответствующего вида, прибавки могут достигать 50-100% [7, 8, 9].
В условиях северо-запада Центрально-Черноземного района наиболее перспективны раннеспелые сорта северного экотипа с продолжительностью вегетационного периода около 100115 сут. [10]. Однако выраженная тенденция глобального изменения климата в сторону потепления позволяет возделывать в этом регионе и более позднеспелые сорта, которые, как правило, отличаются более высокой продуктивностью [11].
В связи с изложенным, актуальная задача растениеводства - выявление сортов, наиболее адаптированных для условий Орловской области и повышение их продуктивности на основе усиления симбиотической деятельности посевов путем инокуляции семян активным штаммом ризобий, а также поиск наиболее комплементарных пар симбионтов.
Цель исследований - выявить наиболее комплементарные сорто-штаммовые сочетания для создания высокоэффективных растительно-микробных систем.
Исследования проводили в 20132015 гг в полевых условиях на опытном участке лаборатории генетики и биотехнологии ВНИИЗБК с использованием методик полевого опыта [12] и оценки активности симбиотической азотфиксации [13]. Почва - темно-серая лесная среднесуглинистая. Содержание гумуса 4,2-4,5%, рНсол - 4,9-5,3, Р2О5 -13,2-17,2 мг/100 г почвы, К2О - 5,99,4 мг/100 г почвы (по Кирсанову).
Материалом исследований были два новых сорта сои селекции ВНИИЗБК Зуша и Мезенка, контролем - сорт Ланцетная. Схема опыта включала следующие варианты без инокуляции и внесения удобрений (контроль); инокуляция штаммами 634, 626 и 640; внесение минерального азота в дозе 60 кг д.в./га. Повторность опытов четырехкратная. Площадь делянок - 10 м2. Посев проводили сеялкой СКС-6-10 широкорядным способом (ширина междурядий 45 см)
1. Метеоусловия вегетационных периодов 2013-2015 гг.
Показатель Май Июнь Июль Август | Сентябрь
Среднемноголетние осадки, мм 53 61 80 67 57
Среднемноголетняя температура, oC 13,0 16,9 18,5 17,1 11,7
Осадки, мм 2013 г 64,3 68,5 49,5 33,2 108,5
2014 г. 94,2 53,3 19,4 14,4 40,5
2015 г. 64,7 38,3 68,5 8,2 68,7
Средняя 2013 г. 18,0 19,8 18,7 18,9 10,6
температура, 0С 2014 г. 16,9 16,3 20,9 20,0 12,8
2015 г. 15,1 18,4 19,2 18,7 15,6
2. Влияние инокуляции на показатели симбиотической активности сортов сои в фазе «конец цветения-начало формирования бобов», 2013-2015 гг.
Вариант Ланцетная /ша Мезенка
шт./ раст. мк^/ р/час * шт./ раст. мк^/ р/час шт./ раст. мк^/ р/час
Контроль 30 44,9 44 45,3 31 59,3
N60 19 27,3 33 36,2 23 28,4
Штамм 634 39 59,2 49 44,9 49 69,1
Штамм 626 36 84,3 49 80,9 47 63,5
Штамм 640 36 73,4 40 82,5 36 72,1
Среднее по сорту 32 46,0 43 58,0 37 58,5
*мкгЫ/р/час - микрограмм азота на растение в час
во вторую декадумая (соответственно по годам 18, 13 и 19 мая). Норма высева -600 тыс. всхожих семян/га.
Условия вегетационных периодов 2013-2015 гг по температурному режиму характеризовались теплой погодой (табл. 1). Средняя температура воздуха по месяцам, за исключением июня 2014 с, превышала среднемноголетние показатели. Количество и динамика выпадения осадков за годы проведения опытов были прямо противоположны оптимальному водопотреблению исследуемой культуры. В первой половине вегетации, когда соя может довольство-
анализа и определения хозяйственного коэффициента или индекса урожайности (К ) - отношение массы семян
* хоз'
к массе всего растения, выраженное в процентах. Статистическую обработку данных осуществляли по Доспехову Б.А. методом дисперсионного анализа двухфакторного полевого опыта [12].
Расчет экономической эффективности возделывания новыхсортов сои Зуша и Мезенка проведен с использованием данных 2015 г по варианту инокуляции наиболее эффективным для сорта Мезенка штаммом 634, для сорта Зуша штаммом 640.
сравнимого с инокулированными вариантами, подтверждает наличие в почве опытного участка многочисленной популяции спонтанных ризобий сои. Достаточная влагообеспеченность, позволяющая растениям более активно использовать минеральные формы азота, резко усилила ингибирующее влияние минеральных удобрений на процесс симбиотической азот-фиксации. Количество клубеньков, сформированное при внесении минерального азота, значительно уступало как контролю, так и инокулированным вариантам. При повторном определении, которое проводили в фазе формирования бобов (конец июля), установлено увеличение количества клубеньков в случае внесения минерального азота, однако по их массе и по активности нитрогеназы отставание от инокулированных вариантов сохранялось.
Оценивая урожайность сортов (табл. 3), необходимо отметить влияние климатических факторов и в первую очередь суммы осадков. Дефицит
3. Отзывчивость сортов сои на инокуляцию, ц/га
Вариант Ланцетная З> /ша Мезенка
2013 г. 2014 г. 2015 г 1 среднее 2013 г. 2014 г 2015 г. I среднее 2013 г. 2014 г I 2015 г. среднее
Контроль 26,4 22,1 19,4 22,6 26,0 23,2 20,3 23,2 27,4 26,3 22.6 25,6
27,2 25,3 20,1 24,2 25,2 25,3 20,7 23,7 29,8 29,4 24,5 27,9
Штамм 634 26,2 24,0 19,5 23,2 26,2 23,6 21,4 23,7 27,4 28,3 25,1 26,9
Штамм 626 26,2 23,1 21,5 23,6 27,1 24,7 20,8 24,2 27,1 26,9 24,5 26,2
Штамм 640 26,4 23,5 20,9 23,6 26,0 25,0 22,1 24,5 26,6 26,9 24,6 26,0
Среднее по сорту 26,5 23,8 20,3 23,5 26,1 24,4 21,1 23,9 27,7 27,6 24,2 26,5
НСР05, ц/га: 2013 г. 2014 г 2015 г
для сорта для штамма Рф<Рт ф Рф<Рт ф 1,03 1,33 0,56 0,47
ваться почвенными запасами влаги, количество выпавших осадков было близко к среднемноголетним значениям или превышало их, что положительно влияло на образование клубеньков на корневой системе. В период формирования репродуктивных органов растений сои (июль-август), который совпадает с основным водопотребле-нием и в значительной мере определяет уровень урожайности культуры, в 2013 г выпало 83 мм осадков (58% от средне-многолетнего значения), в 2014 г -34 мм (19%), в 2015 г - 76,7 мм (52%), что не способствовало формированию высоких урожаев.
Нитрагин для инокуляции был пре-доставлене ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г Пушкин-Санкт-Петербург). Обработку семян осуществляли в день посева. Формирование симбиотического аппарата оценивали по активности фермента нитрогеназы методом редукции ацетилена и по количеству клубеньков на корнях растений [13]. Учёт урожая семян проводили поделяночно, путем сплошного обмолота комбайном «Сампо-130». На каждой делянке отбирали по 25 растений для проведения морфологического
Определение нитрагеназной активности, проведенное в фазе цветения, показало высокий уровень интенсивности работы симбиотического аппарата (табл. 2.). Образование большого количества клубеньков в контроле и уровня нитрогеназной активности,
влаги во время вегетации, и особенно в критический для сои период (фаза формирования репродуктивных органов), оказал негативное воздействие как на процесс азотфиксации, так и на общий уровень формирования урожая.
4. Результаты морфологического анализа растений, 2013-2015 гг.
Масса Количество Масса
Вариант растения, семян, бобов семян 1000 Кхоз
г г/раст. шт./раст. шт./раст. семян, г
Ланцетная
Контроль 16,7 5,94 24,1 48,7 138,4 35,6
Штамм 634 18,6 7,05 26,2 52,9 140,3 37,9
16,8 6,65 25,5 48,5 138,2 39,6
Штамм 626 19,3 7,23 26,4 53,4 141,5 37,5
Штамм 640 16,4 6,90 22,4 46,6 139,6 42,1
Среднее по сорту 17,6 6,76 25,0 50,0 139,7 38,4
Зуша
Контроль 19,4 7,18 25,0 45,6 160,1 37,0
Штамм 634 22,2 8,36 29,6 51,5 161,5 37,6
22,4 8,68 30,6 53,0 162,3 38,6
Штамм 626 19,4 7,52 27,2 46,7 151,0 38,8
Штамм 640 21,5 8,43 29,3 51,9 161,7 39,2
Среднее по сорту 21,0 8,03 28,3 49,7 159,4 38,2
Мезенка
Контроль 18,2 6,77 24,3 51,7 129,1 37,2
Штамм 634 21,7 8,14 27,4 57,4 132,3 37,5
27,8 10,38 36,4 78,3 133,5 37,3
Штамм 626 22,3 8,58 31,4 66,1 126,8 38,5
Штамм 640 24,0 8,97 30,1 62,4 141,2 37,4
Среднее по сорту 23,1 8,45 29,2 59,6 129,6 36,6
(О Ф
Ш, ь
Ф
д
ф ь
Ф
-Ь О
О)
Вариант Урожайность, ц/га Прямые затраты, руб./га Себестоимость, руб./ц Чистый доход, руб./га Стоимость валовой продукции, руб./га Рентабельность, %
сорт Мезенка
Контроль 22,6 9140 404,4 38320 47460 419,2
N60 Инокуляция штамм 634 24,5 11520 470,2 39930 51450 346,6
25,1 9590 382,1 43120 52710 449,6
сорт Зуша
Контроль 20,3 9140 450,2 33490 42630 366,4
N60 Инокуляция штамм 640 20,7 11520 556,5 31950 43470 277,3
22,1 9590 433,9 36820 46410 383,9
Инокуляция оцениваемыми штаммами ризобий и внесение минерального азота положительно влияли на семенную продуктивность сои. На сорте Мезенка более эффективным оказался штамм 634 (+1,3 ц/га), на сортах Зуша и Ланцетная - штамм 640 (+1,3 и 1,0 ц/га соответственно). По результатам трехлетней оценки наибольшую урожайность сформировал сорт Мезенка - 26,5 ц/га.
Данные морфологического анализа подтверждают результаты, полученные при учете урожайности семян. У сорта Мезенка, показавшего наибольшую урожайность (табл. 4), отмечены самые высокие показатели массы растения (23,1 г); массы семян (8,45 г) и их количества с растения (59,6 шт./раст.). У этого сорта установлен и самый высокий среди исследуемых сортов Кхоз- 36,6%. Внесение минерального азота и инокуляция посевного материала испытываемыми штаммами вызвало увеличение весовых и количественных показателей по отношению к контролю.
Рентабельность возделывания сорта Мезенка (табл. 5), характеризующегося повышенным уровнем продуктивности, была значительно выше, чем у сорта Зуша, - 405% и 342% соответственно (в среднем по сортам). Самая высокая прибыль - 43120 руб./га, при уровне рентабельности 449% получена в варианте с инокуляцией сорта Мезенка штаммом 634.
Применение удобрений повысило себестоимость зерна, снизив при этом рентабельность: на сорте Зуша с 384% при инокуляции до 277% при внесении минерального азота; на сорте Мезенка -с 450% до 347% соответственно.
Таким образом, по результатам исследований, проведенных в 20132015 гг., определена эффективность использования оригинальных штаммов ризобий для разработки способов применения биопрепаратов в ресурсосбе-«о регающих технологиях производства о зернобобовых культур. Установлено, ^ что штамм 634 более эффективен на £! сорте Мезенка (+1,3 ц/га к контролю), а о» штамм 640 на сортах Зуша и Ланцетная | (+1,3 и 1,0 ц/га) соответственно. Обработка семян сои препаратами на основе ® указанных штаммов более рентабельна, 5 чем применение минеральных азотных $ удобрений.
Литература.
1. Herridge D.F., Peoples M.B., Boddey R.M. Global inputs of biological nitrogen fixation in agricultural systems// Plant and Soil. 2008. No. 311. Рр.1-18.
2. Biological nitrogen fixation by food legumes / D.M.B. Peoples, J. Brockwell,
D.F. Herridge, B.J.R. Alves et all. // Food legumes for nutritional security and sustainable agriculture. Proceedings 4-th International Food Legumes Research Conference (IFLRC-4) / Kharkwal M.C. (ed). New Delhi, 2008. Рр. 28-41.
3. Russell M.P., Birr A.S. Large-scale assessment of symbiotic dinitrogen fixation by crops: soybean and alfalfa in the Mississipi River basin // Agron J. 2004. No 96. Рр. 1754-1760.
4. Alves B.J.R., Boddey R.M., Urquiaga S. The success of BNF in soybean in Brazil // Plant Soil. 2003. No 252. Рр. 1-9.
5. Акулов А.С., Васильчиков А.П Изучение элементов технологии возделывания новых сортов сои Зуша и Мезенка // Зернобобовые и крупяные культуры. 2016. №1(17). С. 45-51.
6. Медведев А.М. Доклад председателя совета селекционеров в области растениеводства // Информационный бюллетень. 2006. №9-10. С. 24-36.
7. Кожемяков А.П., Тихонович И.А. Использование инокулянтов бобовых и биопрепаратов комплексного действия в сельском хозяйстве // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1998. №6. С. 7-10.
8. Кокорина А.Л., Кожемяков А.П. Бобово-ризобиальный симбиоз и применение микробиологических препаратов комплексного действия - важный резерв повышения продуктивности пашни. СПб.: ВНИИСХМ., 2010. 50 с.
9. Кожемяков А.П., Лактионов Ю.В., Попова Т.А. и др. Агротехнологические основы создания усовершенствованных форм микробных биопрепаратов для земледелия // Сельскохозяйственная биотехнология. 2015. Т.50. №3. С. 369-376.
10. Кобозева Т.П. Научно-практические основы интродукции и эффективного возделывания сои в нечерноземной зоне Российской Федерации: автореф. дисс. ... д-ра с.-х. наук. Орел, 2007. 39 с.
11. Дьяков А.Б., Васильева Т.А. Физиологическое обоснование идиотипа сортов сои, адаптированных к климату юга России // Современные проблемы селекции и технологии возделывания сои. Сборник статей второй Международной конференции по сое. Краснодар: ВНИИМК, 2008. С. 62-82.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
13. Методика оценки активности сим-биотической азотфиксации селекционного материала зернобобовых культур ацетиленовым методом / В.П. Орлов, И.Ф. Орлова,
E.А. Щербина, ПП. Гурьев, А.П Васильчиков. Орел: ВНИИЗБК, 1984. 16 с.
Increase in Soybean Productivity by Intensified Symbiotic Nitrogen Fixation
A.G. Vasil'chikov, A.S. Akulov
All-Russian Research Institute of Legumes and Groat Crops,
ul. Molodezhnaya, 10, corp. 1, pos. Streletskiy, Orlovskiy r-n, Orlovskaya obl., 302502, Russian Federation.
Summary. Studies were carried out at the All-Russian Research Institute of Legumes and Groat Crops in 2013-2015. The responsiveness of new soybean varieties Zusha and Mezenka to inoculation with a set of new active rhizobia strains 634, 626 and 640 was studied in comparison with the standard variety Lantsetnaya on dark grey forest medium loamy soil. The experiment design included the following variants: the control(without inoculation and fertilization); with inoculation by the listed strains, and also the variant with application of mineral nitrogen at the dose of 60 kg of a. s./ha. It was four replications in the test. The area of experimental plots was 10m2. Sowing was performed with the seeder SKS-6-10 by wide-row method(inter-rowspace was 45 cm) in the second decade of May (on May, 18, 13, and 19, correspondingly over the years). Sowing rate was 600,000 germinating seeds/ha. Both inoculation of seeds and application of mineral nitrogen at a dose of 60 kg per a hectare induced an increase in the yield of soybean. Yield increase, depending on the year and variant, amounted to50-320kg/ha. The level of productivity was directly proportional to the amount of precipitation during the growing season and during the period of formation and filling of beans (July-August). According to the results of three-year study the strain 634 was the most effective for the Mezenka variety (+130 kg/ha) and the strain 640 - for the Zusha and Lantsetnaya varieties(+130 and 100 kg/ha). The Mezenka variety formed the highest yield on the average over 3 years - 2.65 t/ha. The profitability of cultivation of this variety, characterized by higher level of productivity, is significantly higher than that of the Zusha variety(405% and342% respectively). The usage of inoculants on the basis of high-active rhizobial strains, complementary to each variety, is more profitably, than the use of mineral nitrogen fertilizers (405% and342% respectively).
Keywords: soybean, varieties, inoculation, symbiotic nitrogen fixation.
Author Details: A.G. Vasil'chikov, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: office@ vniizbk.orel.ru); A.S. Akulov, leading research fellow.
For citation: Vasil'chikov A.G., Akulov A.S. Increase in Soybean Productivity by Intensified Symbiotic Nitrogen Fixation. Zemledelie. 2016. No 4. Pp. 14-16 (In Russ.).
