CC BY
66
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 633. 34: 633. 16:630.161.38 СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АГРОЦЕНОЗОВ СОИ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОДУКЦИИ КУЛЬТУР ЗЕРНОВЫХ СЕВООБОРОТОВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ НАСЫЩЕНИИ ИХ ПОСЕВАМИ СОИ
И.Я. МОИСЕЕНКО ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
П.И. ГОЛЕНКОВ СПК «Агрофирма «Культура»
Разработана система зернопроизводства на трех уровнях иерархии, обеспечивающая повышение эффективности производства зерна при комплексном подходе.
Ключевые слова: зернопроизводство, комплексный подход, многоуровневая система, агрономические, технические, организационно-экономические факторы.
ВВЕДЕНИЕ
В фитоценозах природных и искусственных растительных сообществ постоянно осуществляются взаимодействия высших растений и почвенных микроорганизмов. В результате симбиоза с микроорганизмами растения обеспечиваются минеральным питанием, защитой от патогенов, а иногда регуляцией развития. Из всех типов симбиозов микроорганизмов с растениями наиболее изучен симбиоз бобовых растений с клубеньковыми бактериями (ризобиями). Это связано с практической ценностью данного типа симбиоза и относительной легкостью исследования клубеньковых бактерий [1].
Симбиотическая фиксация молекулярного азота осуществляется в корневых клубеньках, сформированных в результате поселения на корнях бобовых растений клубеньковых бактерий рода Rhisobium. На первом этапе развития симбиоза происходит взаимное узнавание партнера и подготовка к формированию симбиотической системы. Растения продуцируют специфичные флавоноиды, которые активируют гены вирулентности ризо-бий, кодирующие синтез липоолигосахаридов, вызывающих у растения - хозаина скручивание корневых волосков и образование клубеньковой меристемы [2]. В месте сгиба волоска специфичные ферменты растения разрушают клеточную стенку, через которую бактерии и проникают внутрь клетки, где и происходит внутриклеточный симбиоз с ризобиями. Ризобии преобразуются в особые симбиотические формы - бактероиды, которые и способствуют формированию на поверхности корня клубеньков. Морфология и число
клубеньков строго определяется растением - хозяином, что связано с большой энергоемкостью их образования. По расчетам для клеток Я^оЫит на восстановление одной молекулы N2 требуется затратить 25-35 молекул АТФ, то есть на каждый грамм фиксированного азота расходуется 3-6 грамм органического углерода. Растение поставляет в клубеньки 30-40 % фотосинтеза и примерно половина из них возвращается в надземную часть в виде азотистых соединений [3].
Симбиотическая азотфиксация - процесс аэробный. Кислород необходим для окисления углеводов при высвобождении энергии для фиксации азота. При слабой аэрации уменьшается приток воздуха к корневой системе. Клубеньки образуются мелкие с пониженным содержанием легоглобина.
Уровень урожайности всех сельскохозяйственных культур определяется в первую очередь обеспеченностью азотом уже в начале их вегетации. У бобовых культур эту роль выполняет азотфиксирующий аппарат растений в симбиозе со специфическими штаммами клубеньковых бактерий, которые в значительных количествах находятся в почве полей севооборотов, где возделываются традиционные в зоне бобовые культуры. Соя в Нечерноземной зоне практически не возделывается и не является традиционной бобовой, а в почве отсутствуют специфические соевые штаммы клубеньковых бактерий Я^оЫит japonicum, поэтому посев сои необходимо проводить семенами, инокулированными препаратами нитрагин (ризоторфин). Однако эффективность таких обработок семян сравнительно невысокая и требуется изучить вопросы естественного увеличения заселения почвы клубеньковыми бактериями за счет более интенсивного насыщения зерновых севооборотов посевами сои. Улучшая свое питание азотом, соя обогащает почву азотом, доступным для других культур, и в первую очередь для зерновых злаковых.
Поэтому в исследованиях поставлены задачи: изучить динамику развития азотфик-сирующего аппарата растений, активный симбиотический потенциал (АСП), удельную активность симбиоза (УАС), урожайность и химический состав продукции культур корот-коротационых зерновых севооборотов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Экспериментальная работа проводилась в 2005-2008 годах на одном из полей землепользования СПК «Культура» Брянского района путем постановки научнопроизводственного опыта. Почва поля серая лесная, среднесуглинистая, сформированная на карбонатном лессовидном суглинке и характеризуется следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса 4,1% , уровень рН 6,2, степень насыщенности основаниями 86,5%, содержание подвижных форм Р2 О5 22,4 мг, доступного К2 О 20,6 мг на 100 г почвы.
Объектами исследований были агроценозы среднераннего сорта сои Брянская МИЯ и сорта ячменя Эльф, размещаемые в короткоротационных зерновых севооборотах с различным насыщением их посевами сои. Посевная площадь поля каждой культуры севооборотов составляла 1 га, повторность трехкратная. Таким образом, площадь полей с монокультурой (100%) сои была равна 3 га, трехпольного севооборота с двумя полями (66,7%) сои - 9 га, четырехпольного севооборота с двумя полями (50%) сои - 12 га, трехпольного севооборота с одним полем (33,3%) сои -9 га. Общая площадь опытных севооборотов составляла 33 га. Предшественником в 2004 году была капуста.
Система обработки почвы для изучаемых культур общепринятая в зоне. Соя высевалась кукурузной сеялкой широкорядно с междурядьями 70 см и нормой высева 700 тысяч всхожих семян на гектар, ячменя 5,5 млн. Ячмень и соя возделывались без применения минеральных удобрений. Учет урожая проводили прямым комбайнированием ДОН -1500 с каждого поля севооборотов отдельно.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Важнейшим свойством растений является продолжительность вегетационного периода, который зависит не только от генотипа, но и от широты местности, погодных условий и морфологических особенностей сорта. Доказана прямая зависимость длины вегетационного периода от количества осадков и обратная - от суммы активных температур.
Соя - культура погодных условий. Для нормального роста и развития она требует оптимума температур при всходах 15-20оС, в период цветения - формирования семян 20-25оС при достатке влаги и наличии питательных элементов, в период созревания 19-20оС. Соя - теплолюбивая культура, поэтому показателем оценки термических ресурсов для сои целесообразно считать не только сумму средних суточных температур выше +10оС или сумму активных биологических температур, но в большей мере сумму t +15оС и выше или сумму оптимальных температур для ее развития. Эти суммы сочетают в себе как средний уровень температуры, так и продолжительность вегетационного периода и фаз развития.
Исследуемый сорт сои Брянская МИЯ относится к группе среднеранних с продолжительностью периода от всходов до созревания семян (ВП) 106-115 дней с суммой среднесуточных активных биологических температур +10оС и выше 2050-2100оС. По сумме активных температур в условиях Брянской области этот сорт может созревать в любой год. В годы исследований менее благоприятные температурные условия были в 2006 году. При достаточной сумме климатических активных температур 2431оС, но при более низком показателе суммы оптимальных биологических температур 1521оС, по сравнению с другими годами исследований, вегетационный период в 2006 году составил 115 дней, что на 5 дней больше, чем в 2005, 2007 и 2008 годах. На большую продолжительность вегетационного периода сорта в 2006 году оказали более низкие показатели как среднесуточных
температур так и их суммы на протяжении всего периода роста и развития растений, особенно на завершающем этапе - созревании, когда сумма оптимальных температур в 2006 году была на 110оС ниже, чем в другие годы. Этот недобор оптимальных температур и увеличил ВП на 5 дней.
Межфазные периоды соответствующих фаз развития растений сорта Брянская МИЯ во все годы исследований были практически одинаковыми и составляли: фаза всходов - фаза бутонизации 17 дней, бутонизации - начала цветения 17 дней, начало цветения - полное цветение -26 дней, полное цветение - плодообразование - 28 дней, налив семян -начало созревания - 12 дней и завершение созревания 10 дней. Продолжительность вегетационного периода в 2005, 2007 и 2008 годах составила 110 дней, в 2006 году -115 дней.
За начало активного симбиоза принято появление клубеньков с легоглобином, то есть с розовой окраской их, что установлено в фазе начала бутонизации - через 34 дня после всходов. С наступлением указанных фаз ежегодно проводили учеты количества и массы активных клубеньков на закрепленных площадках каждого поля севооборотов по методике Г. С. Посыпанова (1991). Всего ежегодно проводили по пять учетов и на основании массы клубеньков в каждом отдельном учете определяли активный симбиотический потенциал (АСП) по межфазным периодам и за весь период активного симбиоза. По выносу азота с урожаем семян в кг/га и АСП, в кг. днях/га, определяли удельную активность симбиоза (УАС), в граммах азота на 1 кг активных клубеньков в сутки и в килограммах азота с 1 га посева в сутки. УАС, в кг азота с 1 га в сутки, умножали на продолжительность периода активного симбиоза и получали количество симбиотически фиксированного азота посевами сои по каждому полю севооборотов, в кг/га (табл. 1).
Все показатели симбиотической деятельности агроценозов сои прямо пропорционально увеличивались с повышением насыщения севооборотной площади посевами сои. Значительное увеличение массы активных клубеньков установлено на четвертый год возделывания сои, как в монокультуре так и в севооборотах, то есть после первой ротации. В первые три года возделывания на посевах монокультуры (100%) и в севообороте с двумя полями (66,7%) сои масса активных клубеньков ежегодно увеличивалась на 8,8-9,8 %, с двумя полями, но при 50% насыщения севооборота соей, этот показатель увеличивался на 4,8-7,3%. В севообороте с одним полем (33,3%) сои прирост массы клубеньков был незначительным 0,5-3,6%. На четвертый год возделывания сои в 2008 году по сравнению с 2007 годом масса активных клубеньков увеличилась на 29,1-37,8%. Другие показатели симбиотической деятельности агроценозов сои - активный симбиотический потенциал, удельная активность симбиоза и азотфиксация находились в такой же зависимости от насыщения севооборотной площади посевами сои. Разница между показателями симбиотической деятельности агроценозов сои в разных севооборотах была статистически достоверна.
Таблица 1 - Характеристика симбиотической деятельности агроценозов сои в зерновых короткоротационных севооборотах при различном насыщении их посевами сои, в среднем за 2005-2008 годы на 1 га севооборотной площади
% сои в севообороте Масса активных клубеньков АСП,кг. дней/га УАС, г N на 1 кг клубеньков в сутки УАС кг N на 1 га в сутки Количество симбиотически фиксированного азота Вынос азота с урожаем семян, кг/га
кг/га % кг/га %
100 783,9 100 16203 7,40 5,80 49,3 100 119,9
66,7 525,5 67 10866 4,91 3,83 32,9 66,7 80
50 379,2 48,4 7838 3,76 2,85 24,2 49,1 58,9
33,3 245,2 31,3 5068 2,50 1,84 15,7 31,8 38,0
НСР05 64,7 X 1337.3 0,61 0,62 4,1 X X
Повышение азотфиксирующей деятельности агроценозов сои с увеличением насыщенности зерновых севооборотов посевами сои оказало положительное действие на урожайность зерна как сои, так и ячменя. При первом посеве сои на полях всех севооборотов урожайность семян колебалась от 12,1 до 13,1 ц/га, при повторном посеве прибавка урожая составляла от 1,1 до 1,6 ц/га, а на четвертый год введения севооборотов 2008 год, когда соя высевалась за ротацию 2-3 раза на одном и том же поле, она поднялась на 3,95,1 ц/га или на 27,8-36,4% и составляла 17,4-18,5 ц/га.
Урожайность зерна ячменя в первый год исследований по всем полям севооборотов была одинаковой 34,7-35,1 ц/га. В севообороте с минимальным насыщением (33,3%) соей урожайность ячменя, высеваемого по ячменю, во все годы была одинаковой 34,0-34,1 /га, а в севооборотах, где он высевался по сое установлена достоверная прибавка урожая 2,73,8 ц/га. В среднем за 4 года с 1 га посевной площади в севооборотах с долей сои 50 и 66,7% зерна ячменя собрали на 1,26 и 1,53 ц больше, чем при 33,3 % сои. Улучшение азотного питания агроценозов сои и ячменя повысило содержание белка в зерне (табл. 2).
Белковость продукции зерновых бобовых культур в значительной мере зависит от уровня азотного питания и в первую очередь от симбиотрофного питания растений азотом. В результате активного симбиоза содержание белка в семенах сои может повышаться на 1-5 абсолютных процентов. В наших исследованиях содержание белка в семенах на четвертый год бессменного возделывания сои на поле в монокультуре повысилось на 4,09%, при насыщении севооборотной площади 66,7% сои это повышение составило 2,22%, при 50% -1,47%, при 33,3 %-0,42%. Установлена прямая сильная зависимость содержания белка и величины урожайности сои от удельной активности симбиоза, количества симбиотически фиксированного азота посевами сои: г=0,99±0,10, г=0,80 ± 0,24, г=0,81 ±0,24. Содержание белка в зерне ячменя, в среднем за 4 года, по севообороту с долей сои 33,3% составило 8,72%, в севообороте с 50% сои - 9,83 % и 66,7% сои -10,17 %.
Таблица 2 - Содержание белка в семенах сои при различном насыщении севооборотов ее
посевами, в % на абсолютно сухое вещество
% сои в севообороте Год у рожая Среднее за 4 года
2005 2006 2007 2008
100 37,75 40,52 41,28 41,84 41,21
66,7 37,49 38,60 39,40 39,71 39,24
50 37,24 38,17 38,55 38,71 38,48
33,3 37,44 37,40 37,66 37,86 37,64
Таким образом, можно утверждать, что интенсивное насыщение полей короткоротационных зерновых севооборотов посевами сои повышает заселенность почвы клубеньковыми бактериями, увеличивает массу активных клубеньков, способствует усилению активного симбиоза, удельной активности симбиоза и симбиотической фиксации азота, улучшает симбиотрофное азотное питание растений сои и повышает урожайность зерна самой культуры и последующей культуры - ячменя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баймиев, Е. Современное состояние проблемы изучения симбиоза микроорганизмов с растениями. / Е. Баймиев (Электронный ресурс). Режим доступа: http// Л.^с.котьш /t/ir/vt /03-68 01/htm.1.2006.
2. Тихонович, И. А. Принципы селекции растений на взаимодействие с симбиотическими микроорганизмами. / И. А. Тихонович, Н. А. Проворов // Вестник ВОГ и С.- 2005.-т.9. - №3. - С.295-305.
3. Hardy R. W.F. Application of the acetylene reduction assay for measurement of nitrotion / R. W. F. Hardy, R. C. Bums, R. D. Holstein // Soil. Biol. Biocnim. -1973. - v. 5. P. 47-81.
4. Посыпанов, Г. С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха: справочное пособие/ Г. С. Посыпанов. - М.: Агропромиздат, 1991.- с. 299.
SCIENTIFIC ESSENTIALS AND ACTUAL STATE OF GRAIN-PRODICTTON SYSTEM AT AGRICULTURAL ENTERPRISES IN BRYANSK REGION
I.Y. MOISEENKO The Bryansk State Agricultural Academy PI. GOLENKOV AIC «AF «Kultura»
SUMMARY
The system of grain production providing growth of effectiveness of grain production under the system approach is developed on three levels of hierarchy.
Key words: grain production; system approach; multilevel system; agronomical, technical, organizational and economical factors.
