CC BY
29
соя
УДК 635.655:631.53.027:631.8:581.1
Технологические приемы и продукционный процесс сортов сои северного экотипа
Е.В. ГОЛОВИНА, кандидат сельскохозяйственных наук В.В. ГРИШЕЧКИН
Всероссийский НИИ зернобобовых и крупяных культур E-mail: office@vniizbk. orel. ru
Изучено влияние некоторых технологических приемов на фотосинтетические, симбиотические и биохимические показатели. Установлено, что инокуляция и обработка семян гуматом калия, стартовые дозы минерального азота способствуют активизации физиологических процессов и росту урожайности.
Ключевые слова: сорта сои северного экотипа, минеральный азот, инокуляция, гумат калия, каталаза, перокси-даза, хлорофилл, каротиноиды, продуктивность.
Достижения современной селекции позволили продвинуть возделывание сои в Центральный, Центрально-Черноземный и даже Северо-Западный и Сибирский регионы России. Однако для успешного производства зерна этой культуры нужны не только высокоэффективные сорта, но и комплекс агротехнических мероприятий, отвечающих требованиям конкретной зоны возделывания.
Вопрос о целесообразности сочетания минерального и симбиотичес-ки фиксированного азота в питании зернобобовых культур пока не решен однозначно. Ряд авторов придерживаются мнения, что бобовые культуры из семян, прошедших инокуляцию активными клубеньковыми бактериями, способны обеспечивать максимальный урожай за счет фиксированного азота воздуха и не нуждаются в дополнительном внесении минерального азота. Использование азотных удобрений приводит к тому, что растения частично или полностью переходят на автотрофный тип
питания [1]. Другие исследователи считают необходимым сочетать инокуляцию с внесением в почву так называемых стартовых доз азотных удобрений (20-40 кг/га д. в.) [2]. Установлено, что небольшие дозы минерального азота благоприятствуют симбиозу, в том числе за счет стимуляции нитрогеназной активности [3]. Обнаружено усиление микроби-альной активности ризобий в ризосфере при внесении азотных удобрений, что объясняется увеличением выделения корневых экссудатов растений, используемых бактериями для своей жизнедеятельности, в том числе фенольных соединений, служащих хемоаттрактантами при взаимодействии ризобий с корнями бобовых [4].
В период вегетации соя фиксирует 10 % азота, в репродуктивной фазе - 90 % азота от суммарной азотфиксации. По мнению ряда исследователей [5], количество азота, необходимое для поддержания роста растений до включения в процесс снабжения их азотом корневых клубеньков, невелико и может обеспечиваться почвенными запасами. Роль стартовых доз азотных удобрений состоит лишь в страховании растений от возможного недостатка азота в случае задержки появления клубеньков и замедленного их развития при неблагоприятных условиях.
Один из эффективных, экологически безопасных, простых и дешевых путей повышения азотфиксации симбиотическими системами бобовых - инокуляция семян перед севом различными препаратами (ризо-торфин, нитрагин), содержащими активные штаммы ризобий [6, 7]. Для районов давнего культивирования бобовых прибавка урожая от инокуляции составляет 10-15 %, так как в процессе ротации севооборота клубеньковые бактерии погибают и
инактивируются [8]. Для новых в данном районе бобовых культур, не имеющих в почве спонтанных клубеньковых бактерий, инокуляция способствует росту продуктивности на 50-100 % [9]. Соя, как новая для Центрального, Центрально-Черноземного и других более северных районов культура, нуждается в обязательной инокуляции семян [10].
Гуматы относятся к природным физиологически активным веществам. Они содержат аминокислоты, полисахариды, углеводы, витамины, макро- и микроэлементы, гормоно-подобные вещества; обладают сор-бционными, ионообменными и биологически активными свойствами. Влияние гумата калия на пигментную систему сортов сои северного экотипа практически не изучено.
Мы изучали влияние таких технологических приемов, как внесение стартовых доз азота, инокуляция и обработка семян гуматом калия на продукционный процесс сортов сои северного экотипа. Два опыта размещали на отдельных полях севооборота ВНИИЗБК.
В первом опыте (2010-2012 гг.) с сортами Красивая Меча, Ланцетная, Свапа и Магева было четыре варианта: 1 - контроль (без инокуляции и внесения азотных удобрений); 2 -предпосевная инокуляция семян стандартным штаммом ризобий 634б; 3 - внесение стартовой дозы азота (30 кг/га); 4 - инокуляция и внесением минерального азота. Варианты второго опыта (2012-2013 гг.), в котором использовались сорта Зу-ша, Красивая Меча, Ланцетная, Ме-зенка, Свапа, были следующие: 1 -контроль (без инокуляции и обработки гуматом калия); 2 - инокуляция семян; 3 - обработка семян 3 %-ным гуматом калия.
Исследования проводили в контрастных погодных условиях: 2010 г. ы - экстремально жаркий и засуш- л ливый (ГТК 0,6), 2011 г. отличался I повышенной влажностью в генера- 2 тивный период развития сои и тем- § пературой выше среднемноголет- 2 ней на 3 °С (ГТК 2,0), 2012 г. - доста- г точно влажный и теплый (ГТК 1,4), 2 2013 г. - избыточной влажный, с н температурой выше среднемного-
I. Влияние инокуляции и минерального азота на фотосинтетические и симбиотические показатели разных сортов сои (опыт 1, в среднем за 2010-2012 гг.)
Площадь листьев, Количество Масса
Сорт Технологический прием тыс. м2/га клубеньков клубеньков,
плодо- налив на2растении мг/раст.
образование бобов плодообразование
Красивая Контроль 61,3 44,0 15,2 171,4
Меча Инокуляция Х3„ Инокуляция с 51,5 37,1 41,9 50,1 14,5 13,0 78,38 61,13
N 30 49,8 63,0 16,3 86,53
Ланцетная Контроль 50,7 43,1 15,9 111,92
Инокуляция м3„ 60,7 68,7 77,7 37,4 15,4 16,4 102,1 113,78
Инокуляция с N 30 51,4 29,7 18,8 119,27
Магева Контроль 57,7 62,5 23,1 177,7
Инокуляция хз„ Инокуляция с 37,4 39,0 59,1 74,8 21,8 20,5 205,9 132,1
N 30 34,8 80,3 15,0 88,7
Свапа Контроль 40,2 52,1 19,9 114,2
Инокуляция хз„ Инокуляция с 48,0 43,5 42,2 51,7 30,5 24,9 168,6 144,0
N 30 44,2 31,8 19,9 102,4
2. Вегетационный период сортов сои, дн. (опыт I)
Сорт 2010 г. 2011 г. 2012 г. В среднем
Красивая Меча 95 109 113 106
Ланцетная 96 110 116 107
Магева 88 110 113 104
Свапа 109 122 124 118
летней в период всходы - созревание (ГТК 1,7).
По данным опыта 1, в среднем за три года площадь листьев в вариантах с внесением минерального азота была выше, чем на контроле, у сортов Ланцетная и Свапа в период пло-дообразования, у сортов Красивая Меча и Магева - в период налива бобов (табл. 1).
Большой интерес представляет анализ развития симбиотической системы при внесении стартовой дозы Ы30. Несмотря на засушливые условия, в 2010 г. все сорта сформиро-
вали к фазе плодообразования в среднем 18 клубеньков на растении, в 2011 г. - 23 клубенька, в 2012 г. -16 клубеньков. Самая большая масса клубеньков отмечена в 2012 г. -в среднем 186 мг сухого вещества на растение, в 2010 г. - 79 мг, в 2011 г. - 106 мг. У Ланцетной и Сва-пы количество и масса клубеньков в вариантах с минеральным азотом были выше контроля или на его уровне, у Красивой Мечи и Магевы эти показатели ниже контроля. По-видимому, чем продолжительней вегетационный период (табл. 2), тем
слабее отрицательное воздействие минерального азота на симбиотичес-кую систему сорта.
Концентрация хлорофилла в листьях в значительной мере определяется обеспеченностью растений азотом (рис. I). Стартовая доза азота совместно с инокуляцией способствовала росту содержания хлорофилла а+b относительно контроля в фазе бутонизации - у Красивой Мечи, Магевы и Свапы, в фазе налива бобов - у всех сортов.
Известно, что система антиокси-дантной защиты растительной клетки включает неферментативные (в том числе каротиноиды) и ферментативные (каталаза, пероксидаза и др.) компоненты. По данным трех лет, содержание каротиноидов в вариантах с внесением N30 у всех сортов от ветвления до начала созревания было выше контроля (рис. 2). Максимальное количество каротино-идов образуется на ранних стадиях развития (в среднем за три года -1,9 мг/г сухого вещества), снижаясь к началу созревания до 1,3 мг/г.
В фазе плодообразования минеральный азот способствовал росту активности каталазы: у сорта Ланцетная - в 4,6 раза по сравнению с контролем (с 34S,4 до 1S98,4 усл. ед/г листьев), у сорта Магева - в 1,6 раза (с 1S29,1S до 2409 усл. ед/г листьев). В фазе плодообразования активность каталазы у Магевы в варианте с внесением NQ0 была выше, чем у Ланцетной, в 1 ,S раза. В период созревания, напротив, Ланцетная превосходила Магеву по активности каталазы в два раза. Положительное влияние минерального азота на активность каталазы сохраняется до начала созревания. В процессе старения растений (от плодообразова-ния до начала созревания) активность
о
2
е и
Ц
е д
е
Ц
г
е
т
I Контроль 11 Инокуляция
Азот
Инокуляция + азот
Красивая Ланцетная Меча
Магева
Свапа
Fue. 1. Содержание хлорофилла а+b в листьях сортов сои в фазе налива бобов (2010-2012 гг., опыт 1)
мг/г сухого в-ва 3,0
I Контроль 11 Инокуляция I
Азот
Инокуляция + азот
Красивая Ланцетная Магева Свапа Меча
Рис. 2. Содержание каротиноидов в листьях сортов сои в фазе бутонизации (2010-2012 гг., опыт I)
3. Влияние инокуляции и минерального азота на хозяйственно-ценые признаки и урожайность сортов сои (опыт 1, в среднем за 2010-1012 гг.)
Длина стебля, см Количество на растении Урожаи зерна,
Сорт 1ехнологическии боковых
прием всего до нижнего продуктивных семян т/га
боба побегов бобов
Красивая Контроль 71,8 15,4 0,9 24,9 52,4 2,09
Меча Инокуляция 69,4 14,6 1,1 31,7 62,8 2,35
Хз„ Инокуляция + 70,6 16,0 1,2 23,9 47,6 2,08
N30 71,0 15,4 1,1 22,4 52,7 2,30
Ланцетная Контроль 69,1 14,1 1,7 30,0 71,0 2,19
Инокуляция 71,5 16,5 1,1 25,4 58,9 2,31
Хз„ Инокуляция с 79,9 15,7 1,4 27,2 61,3 2,23
N30 73,7 16,0 1,4 29,1 62,5 2,27
Магева Контроль 77,5 15,4 1,8 22,7 49,9 1,85
Инокуляция 74,1 14,4 1,9 27,6 64,6 1,80
Хз„ Инокуляция + 79,2 15,4 1,5 24,9 57,7 1,94
N30 80,6 16,3 1,9 25,0 55,6 2,08
Свапа Контроль 98,6 18,7 1,3 21,8 47,3 2,50
Инокуляция 89,0 18,0 1,0 17,2 38,4 2,38
Хз„ Инокуляция с 98,3 20,6 1,0 19,3 46,7 2,36
N30 98,4 20,2 1,3 24,5 54,9 2,64
каталазы падает более чем на 60 %.
Активность пероксидазы в варианте с внесением Ы30 у сорта Ланцетная в фазе плодообразования была выше, чем на контроле, на 60 % и составила 2,0 усл. ед/г листьев, в варианте с сочетанием инокуляции и минерального азота - на 90 % (2,4 усл. ед/г листьев). У Магевы активность пероксидазы во всех вариантах была ниже контроля.
Различия в активности ферментов в зависимости от обеспеченности азотом и фазы развития можно объяснить генетическими особенностями, которые во многом обусловлены происхождением сортов (Ланцетная принадлежит к славянскому подвиду, Магева - к маньчжурскому).
Внесение стартовой дозы Ы30 положительно влияло на длину стебля у Ланцетной и Магевы, на расстояние от корневой шейки до нижнего боба - у всех сортов, на количество боковых побегов - у Красивой Мечи и Магевы, на число продуктивных бобов - у Магевы и Свапы, на количество семян - у Магевы и Свапы (табл. 3). Инокуляция способствовала росту числа боковых побегов, бобов и семян у Красивой Мечи и Магевы.
По данным трех лет зерновая продуктивность у всех сортов в варианте с совместным применением инокуляции и минерального азота была выше контроля (см. табл. 3).
В среднем за три года у Красивой Мечи максимальная концентрация белка отмечена в варианте с инокуляцией, у остальных сортов - в вариантах с применением азотных удобрений и при совмещении инокуляции и внесения N. В среднем
по сортам в крайне благоприятном 2011 г. содержание сырого протеина было на 7 % ниже, чем в экстремально засушливом 2010 г. и теплом 2012 г. (табл. 4).
В 2012-2013 гг. исследовано влияние инокуляции и гумата калия на физиологические процессы и конечную продуктивность сои. В 2013 г. Ланцетная по активности каталазы в листьях в контрольном варианте превзошла остальные сорта (рис. 3). Минимальная активность каталазы в этом же варианте была у сорта Ме-зенка. Инокуляция оказывала положительное влияние на активность каталазы у всех сортов, кроме Ланцетной, увеличивая ее от 10 % у Свапы до 180 % у Мезенки. Максимальная активность пероксидазы также была у Ланцетной в контрольном варианте (рис. 4). Обработка семян ризоби-ями привела к росту активности пе-
роксидазы только у трех сортов из пяти: Красивая Меча, Мезенка и Свапа (на 100-120 % в зависимости от сорта).
Инокуляция способствовала росту концентрации хлорофилла в среднем на 13^ % у всех сортов, исключая Мезенку. Обработка гуматом калия привела к росту содержания хлорофилла у всех сортов, но в большей степени у Свапы (на 69 %) и у Зуши (на 79 %). У Мезенки превышение составило только 2 %. Максимальное количество хлорофилла накопили сорта Зуша и Свапа в варианте с гуматом калия (соответственно 11^ и 12,43 мг/г сухого вещества), минимальное - Красивая Меча и Зуша на контроле (6^2 и 6,68 мг/г сухого вещества соответственно).
Содержание каротиноидов возрастало в случае применения инокуля-
4. Влияние инокуляции и минерального азота на содержание сырого протеина в зерне сортов сои, % (опыт 1)
Сорт Технологический прием 2010 г. 2011 г. 2012 г. В среднем
Красивая Контроль 40,9 37,8 43,3 40,7
Меча Инокуляция 42,3 40,8 43,0 42,0
Хз„ 40,7 37,5 41,2 39,8
Инокуляция с 1\1з„ 40,3 38,9 41,7 40,3
Ланцетная Контроль 36,4 36,2 40,3 37,6
Инокуляция 40,3 35,5 39,5 38,4
хз„ 38,2 39,2 39,7 39,0
Инокуляция с 1\1з„ 40,1 42,7 39,9 40,9
Магева Контроль 42,2 38,2 38,7 39,7
Инокуляция 41,5 37,6 37,8 39,0
хз„ 42,5 38,8 43,0 41,4
Инокуляция с 1\1з„ 43,0 38,9 41,3 41,1
Свапа Контроль 40,0 37,2 40,1 39,1
Инокуляция 39,4 35,6 39,1 38,0
хз„ 40,2 36,5 39,8 38,8
Инокуляция с 1\1з„ 41,1 36,2 41,3 39,5
Усл. ед/г листьев 300
Контроль □ Инокуляция
Зуша Красивая Ланцет- Мезенка Свапа Меча ная
Рис. 3. Активность каталазы сортов сои в фазе бутонизации (2013 г., опыт 2)
Усл. ед/г листьев 2,0-
ш
Я Контроль H Инокуляция
ill
Зуша Красивая Ланцет Мезенка Свапа Меча ная
Рис. 4. Активность пероксидазы сортов сои в фазе бутонизации (2013 г., опыт 2)
ции у сортов Ланцетная, Мезенка и Свапа, гумата калия - у Красивой Мечи и Ланцетной. Наибольшее содержание каротиноидов отмечено у Ланцетной в варианте с гуматом калия (2,90 мг/г сухого вещества). Урожайность во втором опыте увеличивалась в результате применения инокуляции и гумата калия у всех сортов сои, исключая варианты с инокуляцией у сортов Красивая Меча и Свапа (табл. S).
Таким образом, применение инокуляции семян и внесение стартовой дозы минерального азота (Ы30) активизирует фотосинтетическую, анти-оксидантную и симбиотическую системы сортов сои северного экотипа, что способствует росту урожайности зерна и его качества. Гумат калия стимулирует физиологические процессы в листьях сои, увеличивая активность каталазы и пероксидазы, содержание хлорофилла, каротиноидов в листьях сои и в конечном итоге зерновую продуктивность.
0
см ^
01
Z
0) s
г 0) m
Литература
1. Устименко О.П. Влияние условий выращивания на урожай и качество зерна сои/Состояние и перспективы сельскохозяйственного производства Приморского края. - Уссурийск, 2003. - С. 113119.
2. Кругова Е.Д., Цимбал А.С., Крымская О.Н. Вклад биологического и минерального азота в азотный статус растений гороха, инокулированных клубеньковыми бактериями/Физиология и биохимия культурных растений, 1995. - Т. 27. - № 3. - С. 158-164.
3. Gulden R.H., Vessey J.K. The stimulating effect of ammonium on nodulation in Pisum sativum L. is not long lived once ammonium supply is discontinued//Plant Soil, 1997. - V. 195. - № 1. - P. 195-205.
4. Dakora, F.D. Defining new roles for plant and rhizobial molecules in sole and mixed plant cultures involving symbiotic legumes //New Phytol, 2003. - V. 158. - № 1. - P. 39-49.
5. Енкина О.В. Симбиотическая азот-фиксация/Соя: биология и техноло-
гия возделывания. -Краснодар, 2005. - С. 56-64.
6. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика аг-росистем будущего. -СПб.: Изд-во СПб. гос. ун-та, 2009. - 210 c.
7. Vance C.P. Symbiotic nitrogen fixation and phosphorous acquisition. Plant nutrition in the world of declining renewable resources/Plant Physiology, 2001. - V. 127. -P. 390-397.
8. Ohyama T., Mi-nagawa R., Ishikawa S., Yamamoto M. et al. Soybean Seed Production and Nitrogen Nutrition Agricultural and Biological Sciences/Edited by J. Board. A Comprehensive Survey of International Soybean Research - Genetics, Physiology, Agronomy and Nitrogen Relationships. Publisher: InTech, Chapters, 2013. - 613 p.
9. Тильба В.А., Бегун С.А., Якименко М.В. Этапы изучения природной популяции клубеньковых бактерий сои Приамурья/Пути повышения продуктивности полевых культур на Дальнем Востоке. - Благовещенск, 2004. - Ч. 1. - С. 5-8.
10. Тихонович И.А., Борисов А.Ю., Васильчиков А.Г., Жуков В.А., Кожемя-ков А.П., Наумкина Т.С., Чеботарь В.К., Штарк О.Ю., Яхно В.В. Специфичность микробиологических препаратов для бобовых культур и особенности их произ-водства//3ернобобовые и крупяные культуры, 2012. - № 3. - С. 11-17.
Processing methods and productional process of varieties of soya of northern ecotype
E.V. Golovina, V.V. Grishechkin
Influence of some processing methods on photosynthetic, symbiotic and biochemical indicators is studied. It is shown that the inoculation, starting doses of mineral nitrogen and treatment by potassium humate promote activization of physiological processes and finally promote productivity growth. Keywords: varieties of soya of northern ecotype, starting doses of mineral nitrogen, inoculation, potassium humate, catalase, peroxidase, chlorophyll, carotenoids, productivity.
S. Влияние технологических приемов на урожайность сортов сои,
т/га (опыт 2)
Сорт Технологический 2012 г. 2013 г. В среднем
прием
Зуша Контроль 1,87 2,76 2,32
Инокуляция 2,00 3,08 2,54
Гумат калия 2,02 2,86 2,44
Красивая Меча Контроль 1,08 2,26 1,67
Инокуляция 0,85 2,22 1,54
Гумат калия 1,28 2,41 1,85
Ланцетная Контроль 1,66 2,46 2,06
Инокуляция 1,73 2,48 2,11
Гумат калия 2,55 2,60 2,56
Мезенка Контроль - 2,84 -
Инокуляция - 3,00 -
Гумат калия - 2,98 -
Свапа Контроль 1,96 2,60 2,28
Инокуляция 1,95 2,54 2,25
Гумат калия 2,06 2,56 2,31
НСР05 0,200 0,353
