CC BY
50
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11113
УДК 633.366
Симбиотическая азотфиксация у донника двулетнего при разных приемах возделывания
о. Ю. тимошкинА, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом о. А. тимошкин, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора (e-mail: oatimoshkin@mail.ru)
Пензенский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Мичурина, 1Б, р.п. Лунино, Пензенская обл., 442731, Российская Федерация
Резюме. В Пензенской области в 2010-2013 гг. изучали влияние элементов технологии возделывания на показатели симбиотической азотфиксации у нового сорта донника волосистого Солнышко. Исследования проводили на черноземе выщелоченном среднесуглинистом, высокообеспеченном доступными формами макроэлементов, по общепринятым методикам. В опыте 1 изучали 7 сроков посева: 1-й - при достижении физической спелости почвы (25 апреля-1 мая); 2-й - при наступлении биологической спелости почвы (5-10 мая); 3-й и последующие сроки посева устанавливали с интервалом 10...11 дней, 7-й (подзимний) срок посева - в ноябре, при наступлении устойчивых отрицательных температур. В опыте 2 изучали 4 фона питания (минеральные удобрения в дозах на запланированный урожай 7 и 9 т/га сухого вещества, которые вносили на фоне Ризоторфина и без него), в опыте 3 - 6 норм высева (от 5 до 10 млн всхожих семян на 1 га). В различные по метеорологическим условиям годы исследований (ГТК в 2010 г. составил 0,22, в 2011 г. - 1,50, в 2013 г. - 1,44) наибольшее количество и массу клубеньков донник формировал при ранневесенних и подзимнем сроках посева - 185.188 млн шт./га и 547.574 кг/га соответственно. В этих же вариантах отмечены самые высокие величины общего и активного симбиотического потенциала (ОСП и АСП) - 13,0... 14,2 и 8,1.8,9 тыс. кгсут./га соответственно. При поздневесенних и летних сроках посева величина этих показателей была существенно ниже. Инокуляция семян промышленным штаммом Rhisobium способствовала увеличению общей массы клубеньков в год пользования на 72,8 %, активных клубеньков - на 87,2 %, ОСП - на 71,1 %, АСП - на 75,2 %, по сравнению с контрольным вариантом без инокуляции семян. Максимальные в опыте величины показателей симбиотической азотфиксации отмечены при норме высева донника - 7 млн всх. семян на 1 га.
Ключевые слова: донник волосистый (Melilotus hirsutus Lip-sky.), сроки посева, удобрения, нормы высева, количество и масса клубеньков, общий и активный симбиотический потенциал
Для цитирования: Тимошкина О. Ю., Тимошкин О. А. Симбиотическая азотфиксация у донника двулетнего при разных приемах возделывания //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 11. С. 49-52.DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11113.
Сложившаяся в последние десятилетия практика экстенсивного использования пахотных земель привела к значительному снижению содержания гумуса, ухудшению агрофизических и агрохимических свойств почвы, интенсивному развитию эрозионных процессов, высокой засоренности посевов. Все эти негативные факторы, наряду с ограниченным внесением органических и минеральных удобрений, ведут к дальнейшей де-гумификации, деструктуризации и потере биофильных элементов черноземных почв. Наблюдается дефицит питательных веществ, в первую очередь азота [1, 2, 3]. Восстановление плодородия почв во многом связано с обеспечением их азотом. Источником этого элемента для растений служат почвенные запасы соединений азота, минеральные и органические удобрения, накапливаемый в почве симбиотическими и свободноживу-
щими микроорганизмами молекулярный азот. Один из важнейших источников поступления азота - бобовые растения, благодаря симбиотической азотфиксации которых происходит возврат некоторого количества израсходованного на урожай азота в почву из воздуха [4, 5, 6]. Так, при возделывании клевера лугового, донника двулетнего, люцерны в почве накапливается от 100 до 400 кг/га азота или столько, сколько содержится в 20...70 т навоза [7, 8, 9].
Помимо восстановления плодородия почв, использование биологического азота обеспечивает снижение энергозатрат, экономию материальных ресурсов, уменьшает загрязнение окружающей среды продуктами деградации азотных удобрений [10, 11, 12]. Кроме того, возделывание многолетних бобовых трав способствует оптимизации физико-химических свойств почвы и ее микробиологического режима. Биологический азот, в отличие от минерального, практически полностью усваивается растениями, не загрязняет окружающую среду, для его синтеза не требуется затрат невосполнимой энергии. Последействие биологического азота проявляется в течение 2.4 лет [13, 14].
Преимущество донника двулетнего как сидеральной культуры, накапливающей большое количество макроэлементов после возделывания, отмечают многие авторы [15, 16, 17]. Донник волосистый (MeШotus hirsutus), как и его родственные виды - донник белый и желтый, обладает высокой и устойчивой продуктивностью, обеспечивает производство высокобелковых кормов, оказывает положительное влияние на все элементы почвенного плодородия [2, 18]. В связи с этим, актуальная задача - разработка приемов возделывания этой новой культуры, обеспечивающих высокие показатели симбиотической азотфиксации.
Цель исследований - изучить влияние элементов технологии возделывания донника волосистого (сроки посева, нормы высева и уровни питания) на развитие и интенсивность функционирования его симбиотического аппарата (количество и массу клубеньков, в том числе активных, показатели активного и общего симбиотического потенциала) в год пользования агро-ценоза и выделить наиболее эффективные из них.
Условия, материалы и методы. Работу выполняли в 2010-2013 гг. на опытном поле ФГБНУ «Пензенский НИИСХ» на чернозёме выщелоченном среднемощном, среднесуглинистом. Содержание гумуса (по Тюрину в модификации ЦИНАО) в пахотном слое почвы составляло 6,3 %, легкогидролизуемого азота (по Тюрину и Кононовой), подвижного фосфора и калия (по Чирико-ву) - высокое и повышенное, доступных форм Мо, Си, Zn - низкое, В - высокое, рН - 5,8.
' ' ^ сол '
Опыты закладывали и проводили в соответствии с методическими указаниями [19].
В опыте 1 изучали 7 сроков посева: 1-й - при достижении физической спелости почвы (25 апреля-1 мая); 2-й - при наступлении биологической спелости почвы (5-10 мая); 3-й - через 10 дней после 2-го срока; 4-й - 1 июня; 5-й - 10 июня; 6-й - 20 июня; 7-й (подзимний) - в ноябре при наступлении устойчивых
отрицательных температур. Общая площадь делянки 10 м2, учетная - 8 м2, повторность 4-х кратная. Норма высева донника - 7 млн всхожих семян на 1 га, способ посева - рядовой (15 см).
Схема опыта 2 предусматривала изучение следующих вариантов: без удобрений и инокуляции семян (контроль); инокуляция семян ризоторфином (фон); фон + К55 (на планируемый сбор 7 т/га сухого вещества); фон + ^0К135 (на планируемый сбор 9 т/га сухого вещества).
В опыте 3 изучали 6 норм высева: 5, 6, 7, 8, 9 и 10 млн всхожих семян на 1 га. Повторность в опытах четырёхкратная, размещение вариантов систематическое, площадь делянок в опыте 2 - 30 м2, в опыте 3 - 5 м2 (учетная - 4 м2). Способ посева - беспокровный, рядовой (15 см). Удобрения, дозы которых рассчитывали балансовым методом, вносили весной под предпосевную культивацию. В качестве бактериального удобрения использовали Ризоторфин-Б для донника (производство ООО «Биофабрика» г. Кузнецк) при норме расхода препарата 500 г на гектарную норму высева семян.
Агрометеорологические условия в годы исследований существенно различались. ГТК за период май-сентябрь в 2010 г. составил 0,22, в 2011 г. - 1,50, в 2013 г. - 1,44.
Результаты и обсуждение. У донника в год пользования начало образования клубеньков отмечали через 4...7 дней после начала отрастания. Благоприятные условия развития корневой системы и активности ри-зосферной зоны донника в год посева определяли и лучшие условия для роста и развития симбиотического аппарата в год пользования. Установлено, что погодные условия оказали значительное влияние на количество и массу клубеньков в год пользования. Наиболее высокие величины этих показателей отмечали в благоприятном 2013 г. (ГТК - 1,44), когда количество клубеньков по вариантам составило 213.328 млн шт./га, масса - 316.484 кг/га, в то время как в 2010 г. (ГТК -0,22) - 121.238 млн шт./га и 199.396 кг/га, а в 2011 г. (ГТК - 1,50) - 199.229 млн шт./га и 285.326 кг/га соответственно.
Как правило, количество активных клубеньков в год пользования донника возрастает. Однако погодные условия вносят свои коррективы. Так, в условиях отсутствия эффективных осадков первой половины вегетации 2010 г. доля активных клубеньков в фазе стеблевание - бутонизация не превышала 31,3.31,6 %, а к периоду укосной спелости (начало цветения) они отсутствовали. В благоприятных для роста и развития донника условиях доля активных клубеньков от общего их количества была значительно выше -53,8.54,1 % в 2011 г. и 67,1.67,5 % в 2013 г.
Анализ показателей симбиотической азотфик-сации посевов донника в год пользования показал, что к укосу количество и масса клубеньков значительно увеличиваются, по
Таблица 1. Формирование симбиотического аппарата донника в год пользования при разных сроках посева (в среднем за 2010-2011 и 2013 гг.)
Срок посева Количество клубеньков, млн шт./га Масса клубеньков, кг/га
в том в том
всего числе активных всего числе активных
1-й 186 97 549 306
2-й 185 96 547 305
3-й 182 95 541 303
4-й 170 88 513 287
5-й 160 81 344 176
6-й 111 61 241 132
7-й 188 98 574 322
НСР05 16 8 31 18
сравнению с первым годом жизни. Так, если в первый год жизни их масса составляла 67.148 кг/га, то в год пользования - 241.574 кг/га, или в 2,6.2,9 раза больше (табл. 1).
Выявленная в первый год жизни тенденция по влиянию сроков посева на показатели симбиотической азотфиксации проявилась и в год пользования. Более высокими они были при подзимнем и ранневесенних сроках посева. Так, количество клубеньков на корнях растений донника подзимнего посева составляло 188 млн шт./га, ранневесеннего - 185.186 млн шт./га). Схожая ситуация складывалась и с массой клубеньков - 574 кг/га при подзимнем посеве и 547.549 кг/га при ранневесенних сроках. Доля активных клубеньков в период укосной спелости составила 51,3.56,1 %, при этом минимальная величина отмечена при летних сроках посева.
При летних сроках посева донника показатели симбиотической азотфиксации снижались. Это в основном связано с уменьшением количества растений на единицу площади (из-за низкой сохранности при летних сроках посева и более низкой зимостойкости), количество же клубеньков в расчете на одно растение было приблизительно равным во всех вариантах. Так, при ранневесенних сроках посева общий симбиотический потенциал (ОСП) составил 13,0.13,2 тыс. кг сут./га, активный симбиотический потенциал (АСП) - 8,1.8,2 тыс. кг сут./га, при подзимнем - 14,2 и 8,9 тыс. кг сут./ га соответственно (рис. 1). При летних сроках посева величины этих показателей были существенно ниже.
Рис. 1. Общий и активный симбиотический потенциал посевов донника в год пользования при разных сроках посева (в среднем за 2010-2011 и 2013 гг.): ■ - ОСП, кг сутки/га; ■ -АСП, кг сутки/га.
Таблица 2. Формирование симбиотического аппарата донника волосистого в год пользования в зависимости от уровня питания и норм высева (в среднем за 2010-2011 и 2013 гг.)
Вариант Количество клубеньков Количество клубеньков, млн шт./га Масса клубеньков, кг/га
на расте- ЯГОРЛ в том числе в том числе
нии, шт. оисси активных о1>сси активных
Опыт 2
Без удобрений (контроль) 142 150 76 331 167
Инокуляция семян (фон) 175 214 117 573 313
Фон + К55 Фон + ^135 НСР05 182 222 121 483 265
180 199 106 434 231
14,6 16,5 8,4 37,3 20,0
Опыт 3
5 млн/га 207 190 103 436 236
6 млн/га 186 199 107 463 250
7 млн/га 171 202 109 474 255
8 млн/га 158 198 106 463 248
9 млн/га 150 195 104 451 240
10 млн/га 148 193 103 443 236
НСР05 13,8 16,5 8,4 38,2 20,8
Исследованиями установлено, что количество клубеньков на 1 растение донника в год пользования в вариантах без инокуляции составило 142.207 шт., что свидетельствует о наличии в чернозёме выщелоченном лесостепи Среднего Поволжья спонтанных активных штаммов симбиотических бактерий. При инокуляции их количество возросло на 32,9 шт., или на 23,1 % и составило 175 шт. Использование калийных удобрений в дозе 55 кг/га д. в. незначительно повышало величину этого показателя - на 6,5 шт., по сравнению с фоном, при внесении ^0К135 количество клубеньков на 1 растение осталось на таком же уровне - 180 шт. При этом следует отметить, что в первый год жизни внесение
(313 кг/га). Внесение К55 на фоне инокуляции практически не оказало влияния на количество клубеньков, по сравнению с фоном, прибавка составила всего 3,8 %, в то же время прибавка к контролю достигала 48,0 %. Общая масса клубеньков в этом же варианте снизилась на 15,7 %, по сравнению с фоном, активных - на 15,3 %. Внесение азотно - кал ийн ых удоб рений на фоне инокуляции значительно снизило количество и массу клубеньков - на 7,0 и 24,2 % (общую), на 9,4 и 26,2 % (активных) соответственно.
При анализе данных по количеству и массе клубеньков на растениях донника волосистого в год пользования в зависимости от норм высева выявлена взаимосвязь между количеством клубеньков на одном растении и густотой стояния растений. Выделилась группа вариантов с нормами высева от 6 до 8 млн всхожих семян на 1 га, у которых количество клубеньков достигало 198.202 млн шт./га, а их масса - 463.474 кг/га. При нормах высева ниже и выше 6 и 8 млн всхожих семян на 1 га уровень развития симбиотического аппарата был ниже.
Общий и активный симбиотический потенциал донника в год пользования достигал значительных величин - 9698.16592 и 5057.8859 кг сут./га соот-
^0К135 затормозило в начальный период вегетации (до ветственно (рис. 2).
Рис. 2. Общий и активный симбиотический потенциал посевов донника в год пользования в зависимости от фона питания (а) и норм высева (б) (в среднем за 2010-2011 и 2013 гг.): ■ - ОСП, кг сутки/га; ■ - АСП, кг сутки/га.
конца июня) образование и развитие клубеньков, но к концу вегетации их количество превышало вариант с К55 на 12,9.15,2 %.
Анализ влияния изучаемых факторов на количество и массу клубеньков в год пользования показал существенные различия и между вариантами с разными фонами питания и нормами высева (табл. 2).
Установлено, что инокуляция семян оказывала достоверное влияние на общее количество клубеньков, оно увеличилось на 42,7 % и составило 214 млн шт./га, количество активных клубеньков возросло на 54,0 % до 117 млн шт./га. Масса клубеньков при инокуляции увеличилась на 73,1 % (до 572 кг/га), активных - 87,4 %
Установлен существенный рост ОСП (на 71,1 %) и АСП (75,2 %) при инокуляции семян, по сравнению с контролем. Внесение К55 на фоне инокуляции не привело к дальнейшему увеличению ОСП и АСП, величины которых составили 14107 и 7579 кг сут./га соответственно. Тем не менее, по сравнению с контролем, прибавка находилась на уровне 45,5 % и 49,9 %. Внесение ^0К135 вызвало более существенное снижение ОСП и АСП - до 12730 и 6639 кг сут./га, что было на 23,3 % и 25,1 % меньше, чем в варианте с инокуляцией, но выше, по сравнению с контролем, на 31,3 %.
При анализе величин ОСП и АСП по нормам высева лучше результаты отмечены в варианте - 7 млн всх.
семян на 1 га, при котором ОСП составил 13821 кг сут./га, что на 8,4 % выше, чем при норме высева 5 млн и на 6,9 % больше, чем при посеве 10 млн всх. семян на 1 га. Величина АСП также была максимальной в опыте при этой норме высева - 7339 кг сут./га.
выводы. Наиболее благоприятные условия для симбиотической азотфиксации у сорта донника волосистого Солнышко складываются при оптимизации элементов технологии его возделывания на кормовые цели:
подзимний и ранневесенний срок посева, обеспечивающие формирование на корнях 574 и 547.549 кг/ га клубеньков соответственно, а также уровень АСП -8,9 и 8,1.8,2 тыс. кг сут./га;
предпосевная инокуляция семян ризоторфином, при которой масса клубеньков достигает 572 кг/га, в том числе активных - до 313 кг/га, АСП - 8,9 тыс. кг сут./га;
норма высева 7 млн всх. семян на 1 га, при которой масса клубеньков составляет 474 кг/га, АСП -7,3 тыс. кг сут./га.
Литература.
1. Беляк В. Б. Биологизация сельскохозяйственного производства (теория и практика): монография. Пенза: ОАО ИПК «Пензенская правда», 2008. 320 с.
2. Зеленин И. Н. Биологические пути повышения плодородия черноземов выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья: монография. Пенза: РИО ПГСХА, 2013. 240 с.
3. Смирнова Е. Б., Семенова Н. Ю., Сергадеева М. Ю. Влияние различных видов удобрений на плодородие чернозема и продуктивность донника в условиях степного Прихоперья // Плодородие. 2014. № 2 (77). С. 23-24.
4. Проворов Н. А., Онищук О. П., Курчак О. Н. Габитус и продуктивность люцерны (Medicago sativa L.) в зависимости от инокуляции штаммами Sinorhizobium meliloti, различающимися по солеустойчивости//Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51. № 3. С. 343-350.
5. Фарниев А. Т., Посыпанов Г. С. Биологическая фиксация азота воздуха, урожайность и белковая продуктивность бобовых культур в Алании. Владикавказ: Иристон, 1997. 210 с.
6. Terpolilli J. J., Hood G. A., Poole P. S. What determines the efficiency of N2-fixing Rhizobium-legume symbioses? Adv. Microb. Physiol., 2012, 60 p. 325-389.
7. Козырев А. Х., Уртаев А. Л., Алборова П. В. Биологическая фиксация азота воздуха донником желтым в предгорной зоне РСО-Алания//Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. № 3. С. 71-77.
8. Тимошкин О. А., Тимошкина О. Ю., Яковлев А. А. Симбиотическая деятельность многолетних бобовых трав при применении микроудобрений и биорегуляторов// Нива Поволжья. 2013. № 3 (28). С. 64-69.
9. Фарниев А. Т., Алборова П. В. Симбиотическая деятельность посевов донника желтого в зависимости от уровня минерального питания//Известия Горского государственного аграрного университета. 2010. Т. 47. № 1. .С.11-13.
10. Лыков А. М., Еськов А. И., Новиков М. Н. Органическое вещество пахотных почв Нечерноземья. М. 2004. 630 с.
11. Оленин О. А. Биологизация технологии возделывания яровой пшеницы и производство экологически безопасного зерна //Земледелие. 2016. №2. 8-12.
12. Гурьянов А. М., Артемьев П. А., Капитанов М. П. Возделывание промежуточных культур в поукосных и пожнивных посевах //Земледелие. 2017. № 8. С.24-28.
13. К разработке структуры базы данных для формирования экологически сбалансированных агроландшафтов / Н. П. Масютенко, А. В. Кузнецов, М. Н. Масютенко и др. // Земледелие. 2017. №7. С. 3-6.
14. Шевченко В. Е. Биологизация и адаптивная интенсификация земледелия в центральном Черноземье / Под ред. В. Е. Шевченко, В.А. Федотова. Воронеж: ВШАУ, 2000. 306 с.
15. Посыпанов Г. С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха: Справочное пособие. М.: Агропромиздат, 1991. 300 с.
16. Жученко А. А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы). Теория и практика. В трех томах. М.: Изд-во Агрорус, 2008. Т. 1. 814 с.
17. Тимошкин О. А., Тимошкина О. Ю. Донник волосистый (Melilotus hirsutus Lipsky.). Адаптивная технология возделывания в лесостепи Среднего Поволжья: монография. Пенза: РИО ПГСХА, 2016. 272 с.
18. Дридигер В. К. Донник: монография. Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии. Ставрополь: АГРУС Ставропольского гос. агроун-та, 2014. 256 с.
19. Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами / Под ред. Новоселова Ю.К. и др. М.: ВИК, 1987. 198 с.
Symbiotic Nitrogen Fixation at Biennial Melilot at Different Cultivation Methods
O. u. Timoshkina, O. A. Timoshkin
Penza Research Institute of Agriculture, ul. Michurina, 1B, r.p. Lunino, Penzenskaya obl., 442731, Russian Federation Abstract. The influence of elements of cultivation technology on symbiotic nitrogen fixation of a new variety of Melilotus hirsutus Lipsky 'Solnyshko' was determined in an experimental field of Penza Research Agricultural Institute in 2010-2013. The investigation was carried out on leached medium loamy chernozem with a high content of available forms of macronutrients. In experiment No1 7 dates of sowing were tested: the physical ripeness of the soil (April 25-May 1); the biological ripeness of the soil (May 5-10); third and subsequent sowing dates were established with an interval of 10-11 days; the 7th (underwinter) sowing period was in November, with the coming of stable negative temperatures. In experiment No2, we studied 4 background nutrition: fertilizers in doses for the planned harvest of 7 and 9 t/ha of dry matter, which were introduced against the background of Rizotorfin and without it. In experiment No3 it was examined 6 seeding rates from 5 to 10 million germinating seeds per hectare. Melilot formed the greatest number and weight of nodules at early spring and underwinter sowing dates: 185-188 million pcs/ha and 547-574 kg/ha, respectively, irrespective of meteorological conditions (HTC was 0.22 in 2010, 1.50 in 2011, and 1.44 in 2013). In the same variants, the highest values of total and active symbiotic potential (TSP and ASP) were revealed: 13,000-14,200 (kg*day)/ha and 8,100-8,900 (kg*day)/ha, respectively. At late spring and summer sowing dates, the values of these indicators were significantly lower. Inoculation of seeds with the industrial strain of Rhisobium contributed to an increase in the total weight of nodules by 72.8% in the year of application; the weight of active nodules increased by 87.2%, TSP grew by 71.1%, ASP raised by 75.2%, compared with the control variant without inoculation of seeds.
Keywords: Melilotus hirsutus Lipsky.; sowing date; fertilizers; seeding rate; number and weight of nodules; total and active symbiotic potential.
Author Details: O. U. Timoshkina, Cand. Sc. (Agr.), head of division; O. A. Timoshkin, D. Sc. (Agr.), deputy director (e-mail: oatimoshkin@ mail.ru).
For citation: Timoshkina O. U., Timoshkin O. A. Symbiotic Nitrogen Fixation at Biennial Melilot at Different Cultivation Methods. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 11. Pp. 49-52 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11113.
