Усвоение азота растениями ржи озимой при совмещении бактеризации и минеральных удобрений Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

при минимализации основной обработки почвы в условиях Приобья Алтая // Вестник АГАУ. - 2010. - № 12 (74). - С. 8-20.

References

1. Zakharenko V.A. Bor'ba s sornyakami v po-sevakh zernovykh kolosovykh kul'tur / Zashchita i karantin rastenii. - 2007. - № 2. - S. 127.

2. Dawson K.P. Durum wheat / K.P. Durum // ESCA, Technical Note, Edinburgh, 1984. -No. 337.

3. Orlov A.N., Tkachuk O.A., Pavlikova E.V. Resursosberegayushchie priemy vozdelyvaniya yarovoi pshenitsy v lesostepi Srednego Po-volzh'ya: monografiya. - Penza, 2010. - S. 5.

4. Drobyshev A.P., Mal'tsev M.I., Morkov-kin G.G., Zhandarova S.V., Aver'yanova I.P., Sovrikov A.B., Tanenkov M.V., Emelina T.S. Organizatsiya sistemy polevykh statsionarnykh

issledovanii po ekologizatsii zemledeliya v uslo-viyakh Altaiskogo Priob'ya / Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2011. — № 12 (86). — S.14-19.

5. Cherepanov M.E. Resursosberegayushchie tekhnologii vozdelyvaniya yarovoi pshenit-sy / Intensifikatsiya rastenievodstva v Sibiri // Sb. nauch. tr. Novosibirskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet. — Novosibirsk, 2003. — S. 3-7.

6. lodko L.N. Vesennyaya agrotekhnika zernovykh kul'tur v lesostepi Novosibirskoi oblasti.

— Novosibirsk, 2002, — 56 s.

7. Tsvetkov M.L. Zasorennost' posevov i urozhainost' kul'tur zernovogo sevooborota pri minimalizatsii osnovnoi obrabotki pochvy v uslo-viyakh Priob'ya Altaya / Vestnik Altaiskogo go-sudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2010.

— № 12 (74). — S. 8-20.

+ + +

УДК 631.8:576.8

И.Г. Чучвага

I.G. Chuchvaga

УСВОЕНИЕ АЗОТА РАСТЕНИЯМИ РЖИ ОЗИМОИ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ БАКТЕРИЗАЦИИ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ

NITROGEN UPTAKE BY WINTER RYE PLANTS UNDER COMBINATION OF INOCULATION AND MINERAL FERTILIZERS

Ключевые слова: минеральный азот, рожь озимая, диазобактерин, содержание белка, бактеризация, нитратредуктаза.

Приводятся экспериментальные данные, свидетельствующие о целесообразности применения минеральных удобрений и микробного препарата «Диазобактерин» в технологии выращивания ржи озимой. В результате определения активности нитратредуктазы в флаговых листьях растений ржи озимой в фазу цветения установлено, что активность фермента возрастает как с увеличением уровня минерального удобрения, так и под влиянием диазобактерина. Сочетание инокуляции и минеральных удобрений способствует росту ферментативной активности на 54-70% в зависимости от дозы удобрения (по сравнению с вариантами без обработки биопрепаратом). При этом относительный рост активности нитратредуктазы значительно больше при меньшей дозе минерального азота. От применения минеральных азотных удобрений повышается содержание водорастворимого белка в листьях растений ржи озимой. Внесение удобрений в дозах, не превышающих Ы60К40, в сочетании с диазобактерином оптимизирует процесс синтеза белка. Активизация ферментных систем и улучшение усвоения минерального азота повлияли на формирование урожайности зерна ржи озимой. Так, урожайность культу-

ры при внесении N60K40 и бактеризации обеспечивает формирование почти такой же урожайности, как и при внесении удобрений в дозе N90K60. Сочетание дозы удобрений N90K60 с диазобактерином способствует получению такой же урожайности, как и при внесении N120K80 (но без инокуляции). Таким образом, можно утверждать об эквивалентности влияния диазобактерина на урожайность ржи озимой действия минеральных удобрений в дозе N30K20. Применение диазобактерина способствует росту содержания белка в зерне. При сочетании инокуляции с внесением удобрений в дозе N60K40 содержание белка в зерне возрастает на 2,07% (прирост является самым высоким по опыту).

Keywords: mineral nitrogen, winter rye, Diazo-bakterin, protein content, inoculation, nitrate reductase.

The experimental data on the practicability of mineral fertilizers and Diazobakterin application in winter rye cultivation are discussed. It is revealed that nitrate reductase activity increases with increased rates of mineral fertilizer and under the effect of Diazobakterin. The combination of inoculation and mineral fertilizers contributes to the increase of enzyme activity by 54-70% depending on the fertilizer rate (compared with the variants

without inoculation). The relative increase in nitrate reductase activity is significantly greater at lower rates of mineral nitrogen. The content of water-soluble protein in winter rye leaves increases with the application of mineral nitrogen fertilizers. The fertilization in the rates not higher than N60K40 combined with Diazobakterin optimizes protein synthesis. The activation of the enzyme systems and improved mineral nitrogen uptake affected winter rye grain yield. In particular, the crop yield with N60K40 applied and inoculation is about the same as

with the fertilizer in a dose of N90K60. The combination of Diazobakterin with the fertilizers in a dose of N90K60 contributes to the same yield as with N120K80 (without inoculation). Therefore, the effect of Diazobakterin on winter rye yielding capacity is equal to that of mineral fertilizers rate of N30K20. Diazobakterin application increases protein content in grain. The combination of inoculation with the rate of fertilizer of N60K40 increases the protein content in grain by 2.07%.

Чучвага Ирина Григорьевна, м.н.с., сектор научного обеспечения производства и маркетинга инноваций, Институт сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН, г. Чернигов, Украина. Тел.: (04622) 3-70-15; +38 (098)2408422. E-mail: [email protected].

Chuchvaga Irina Grigoryevna, Junior Staff Scientist, Institute of Agricultural Microbiology and Agricultural Industry Production of Natl. Acad. of Agr. Sci., Chernigov, Ukraine. Ph.: (04622) 3-70-15; +38 (098)2408422. E-mail: [email protected].

Введение

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур и проблема белка привлекают внимание многих исследователей. Рост урожайности зерновых культур может быть достигнут за счет применения в технологии их выращивания минеральных удобрений. Показано положительное влияние азотных удобрений как на урожайность, так и на запас белка в зерне [1]. Однако степень усвоения растениями действующего вещества из удобрений достаточно низкая: азота — в пределах 35-50%, фосфора — около 20, калия — 25-60% в зависимости от типа почвы [2]. При этом с увеличением доз удобрений интенсивность усвоения удобрений растениями снижается. Поэтому решение проблемы повышения коэффициентов использования действующего вещества из удобрений является чрезвычайно важным. Одной из составляющих биологического подхода к вопросам оптимизации усвоения растениями питательных веществ является применение микробных препаратов. Инокуляция улучшает развитие корневой системы, способствует повышению уровня фотосинтезирующих пигментов в листьях, обеспечивает растение веществами фитогормональной природы. Неоднократно сообщалось о положительном влиянии бактеризации семян на повышение степени усвоения действующего вещества из удобрений [4]. Однако влияние предпосевной инокуляции в сочетании с различными дозами удобрений на усвоение растениями питательных веществ изучено недостаточно.

Цель исследования — оценить возможность влияния предпосевной бактеризации семян ржи озимой на усвоение соединений азота растениями ржи озимой.

Объекты и методы

С целью изучения особенностей усвоения азота растениями ржи озимой сорта Синте-

тик-38 под воздействием инокуляции диазо-бактерином и в зависимости от агрофона проводили полевые опыты на дерново-подзолистой пылевато-супесчаной окультуренной почве опытного поля Института сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН (Черниговское Полесье) в 2011-2013 гг. Пахотный слой почвы характеризовался следующими показателями: содержание гумуса — 1,02% (по Тюрину) рНсолев0е — 6,2, содержание легкогидро-лизованого азота — 54,9 мг/кг (по Корнфил-ду), содержание подвижного Р2О5 — 330 мг/кг (по Чирикову); обменного калия (К20) — 148 мг/кг. Предшественник — горо-хово-овсяная смесь.

Схема опыта:

I. Без инокуляции.

1. Без удобрений.

2. М30К20 (Ы20 осенью + Ы10 ранней весной).

3. М60К40 (Ы30 осенью + Ы30 ранней весной).

4. Ы90К60 (Ы30 осенью + Ы30 ранней весной + Ы30 в фазу выхода в трубку).

5. И120К80 (Ы30 осенью + Ы45 ранней весной + Ы45 в фазу выхода в трубку).

II. С инокуляцией.

6-10 — такие же варианты удобрения.

Схема опыта не предусматривала внесение фосфорных удобрений из-за высокого содержания водорастворимых фосфатов в почве. Доза азотных удобрений 120 кг/га и калийных 80 кг/га рассчитана по выносу с максимально запланированным урожаем в 3,5 т/га.

В качестве инокулянта использовали микробный препарат «Диазобактерин» на основе азотфиксирующей бактерии AzospirШum Ь^^е 18-2 (ТУ У24.1-00497360-002:2005).

В опыте определяли содержание водорастворимого белка (по Лоури) и активность нитратредуктазы в флаговом листке, содержание белка в зерне (по Кьельдалю), проводили учет урожая [5, 6]. Планирование и проведение полевого опыта, статистическую

обработку экспериментальных данных выполняли по общепринятым методикам [7].

Результаты и их обсуждение

При изучении азотного питания особое внимание уделяется нитратредуктазе (НР-аза) - первому ферменту в осуществлении реакции восстановления нитратов в растениях до аммиака и амидной формы азота, поскольку способность растений ассимилировать нитратный азот рассматривается как важный признак производительности и белковости. Среди факторов, влияющих на синтез и реализацию активности НР-азы, значительный интерес представляет установление зависимости ее активности от различных доз азотного удобрения, примененных в том числе и в сочетании с биопрепаратами. Данные литературы свидетельствуют о значительной степени положительной корреляции между нит-ратредуктазной активностью и азотным статусом растений. Рост, урожайность, содержание белка коррелируют с уровнем содержания фермента в листьях [8]. Таким об-

разом, активность фермента в листьях может служить важным критерием в оценке продуктивности культуры при определенном уровне удобрения.

Определение активности НР-азы проводили в флаговых листьях растений в фазу цветения. В результате исследований установлено, что активность исследуемого фермента в листьях ржи озимой растет как с увеличением уровня минерального удобрения, так и под влиянием диазобактерина (рис. 1).

Сочетание инокуляции и минеральных удобрений способствует росту ферментативной активности на 54-70% по отношению к показателям абсолютного контроля в зависимости от дозы удобрения. Вероятно, это объясняется тем, что при инокуляции диазобактери-ном свободные нитраты в большем количестве поступают к листьям и индуцируют синтез и активность НР-азы в зеленых листьях в фазу цветения. При этом относительный рост активности нитратредуктазы значительно больше при меньшей дозе минерального азота.

0,16

N0 N30 N60 N90 N120

□ без инокуляции ЕЭ инокуляция Диазобакте]

Рис. 1. Активность нитратредуктазы в листьях растений ржи под влиянием инокуляции и минеральных удобрений; фаза цветения (через 62 дня после ранневесеннего внесения минерального азота и через 25 дней после подкормки растений)

О 40

Л

N0 N30 N60 N90 N120

И без инокуляции 0 инокуляция Диазобактерином

Рис. 2. Влияние минеральных удобрений и диазобактерина на содержание водорастворимого белка (по Лоури) в листьях растений ржи; фаза цветения (через 62 дня после ранневесеннего внесения минерального азота и через 25 дней после подкормки растений)

Таблица 1

Урожайность ржи озимой под воздействием минеральных удобрений и микробного препарата

Варианты опыта Урожайность, т/га Прибавка от каждой последующей дозы удобрений* Прибавка от инокуляции

2011 г. | 2012 г. | 2013 г. | среднее т/га | % т/га| %

Без инокуляции

Без удобрений, контроль 2,63 2,45 3,18 2,75 — — — —

N30^20 3,45 3,75 4,13 3,78 1,03 37,5 — —

^0К40 4,05 4,45 4,48 4,33 0,55 14,6 — —

^0К60 4,55 5,13 4,83 4,84 0,51 11,8 — —

^20К80 4,68 5,60 5,00 5,09 0,25 5,2 — —

Инокуляция диазобактерином

Без удобрений 2,83 2,63 3,38 2,95 0,20 7,3 0,20 7,3

N30^20 3,93 4,03 4,50 4,15 1,20 40,7 0,37 9,8

^0К40 4,53 5,03 4,88 4,81 1,03 27,2 0,48 11,1

^0К60 5,03 5,53 5,15 5,24 0,91 21,0 0,40 8,3

^20К80 5,15 5,90 5,23 5,43 0,59 12,2 0,34 6,7

НСР05 по опыту 0,66 0,65 0,71 для удобрений 0,29 0,46 0,50 для инокуляции и взаи- 038 0 26 0 29 модействия ' ' '

Примечание. В т.ч. от сочетания с инокуляцией.

Таблица 2

Влияние минерального удобрения и диазобактерина на содержание белка

в зерне ржи озимой

Варианты опыта Содержание белка в зерне, % Прирост белка, %

от каждой последующей дозы удобрений* от инокуляции

Без инокуляции

Без удобрений, контроль 8,18 — —

N30^20 8,98 0,80 —

^0К40 10,68 1,70 —

^0К60 11,43 0,75 —

^20К80 12,11 0,68 —

Инокуляция диазобактерином

Без удобрений 8,53 — 0,35

N30^20 9,65 1,12 0,67

^0К40 11,05 1,40 0,37

^0К60 11,71 0,66 0,28

^20К80 12,38 0,67 0,27

НСР05 по опыту 0,54 для удобрений 0,38 для инокуляции и взаимодействия 0,22

Примечание. В т.ч. от сочетания удобрений с инокуляцией.

Азот, усвоенный растением, мигрирует преимущественно в молодые органы, прежде всего в листья, аккумулируется в них и является субстратной основой для синтеза белка [9]. Проведенные исследования показывают, что при внесении минеральных азотных удобрений повышается содержание водорастворимого белка в листьях растений ржи озимой. Внесение удобрений в дозах, не превышающих ^0К40, в сочетании с диазо-бактерином оптимизирует процесс синтеза белка (рис. 2).

Активизация ферментных систем и улучшение усвоения минерального азота повлияли на формирование урожайности зерна ржи озимой. Необходимо отметить, что с увели-

чением уровня минерального питания уменьшается отдача удобрений урожаем (табл. 1). Так, применение наименьшей в опыте дозы удобрений обеспечивает прирост урожайности на 37,5%, а наибольшей — только на 5,2%. Инокуляция существенно улучшает ситуацию. При этом отдача удобрений значительно больше. Например, применение диазобактерина в сочетании с ^0К20 обеспечивает прирост урожая ржи на 40,7%. Урожайность культуры при внесении ^0К40 и бактеризации способствует формированию почти таких же показателей, как и при внесении удобрений в дозе ^0К60 — 4,81 и 4,84 т/га соответственно. Сочетание с биопрепаратом дозы удобрений ^0К60 способствует получе-

нию несколько большей урожайности, чем при внесении ^20К80 (без инокуляции).

По нашему мнению, это вполне закономерный результат, поскольку бактеризованные растения способны получать дополнительное азотное питание, а также рациональнее использовать минеральные удобрения в процессах конструктивного метаболизма [4]. Ориентируясь на урожайные данные, можем утверждать об эквивалентности влияния диа-зобактерина на продуктивность культуры действию минеральных удобрений в дозе ^0К20.

Применение диазобактерина способствует формированию продукции с высокими качественными показателями. Так, в частности, возрастает содержание белка в зерне (табл. 2).

Следует обратить внимание на оптимальность совмещения в технологическом процессе выращивания ржи минеральных удобрений в дозах, не превышающих ^0К40. Это происходит вследствие активного усвоения питательных веществ, и в т.ч. минерального азота инокулированными растениями, а также активизации их азотассимиляторных ферментов, что позволяет вовлечь поступивший азот в процессы конструктивного метаболизма.

Выводы

Бактеризация положительно влияет на усвоение азота растениями ржи озимой, повышая активность азотассимиляторных растительных ферментов, в частности нитратре-дуктазы, что положительно сказывается на содержании белка. Влияние диазобактерина на урожайность культуры эквивалентно действию минеральных удобрений в дозе ^0К20.

Библиографический список

1. Кретович В.Л. Обмен азота в растениях. - М.: Наука, 1972. - 528 с.

2. Кореньков Д.А. Вопросы агрохимии азота и экология // Агрохимия. — 1990. — № 11. — С. 28-37.

3. СозЫов О.О., Козлов М.В., Лапа М.А. та Ы. Агроеколопчы основи рацюнального використання добрив // Агроеколопя i бютехнолопя. — Киев: Аграрна наука, 1996. — С. 77-95.

4. Волкогон В. В. М^робы препарати як фактор пщвищення засвоюваност рослинами

мЫеральних добрив // Стьськогосподарська м^робюлопя: мiжвiд. темат. наук. зб. — Чернов: ЦНТЕ1, 2006. — № 4. — С. 21-30.

5. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // Journal of Biological Chemistry. — 1951. — Vol. 193. — P. 265-275.

6. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. — Л.: Колос, 1972. — 456 с.

7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. — М.: Агропромиздат, 1985. — 352 с.

8. Кретович В.Л. Усвоение и метаболизм азота у растений. — М., 1987. — 480 с.

9. Brar M.S., Arora C.L., Takkar P.N. Critical nitrogen levels in different plant parts of wheat // Journal of Research, Punjab Agricultural University. — 1982. — Vol. 19. — N 1. — P. 7-13.

References

1. Kretovich V.L. Obmen azota v raste-niyakh. — M.: Nauka, 1972. — 528 s.

2. Koren'kov D.A. Voprosy agrokhimii azota i ekologiya // Agrokhimiya. — 1990. — № 11. — S. 28-37.

3. Sozinov O.O., Kozlov M.V., Lapa M.A. ta in. Agroekologichni osnovy racional'nogo vykorystannja dobryv // Agroekologija i biotehnologija. — K.: Agrarna nauka, 1996. — S. 77-95

4. Volkogon V.V. Mikrobni preparaty jak faktor pidvyshhennja zasvojuvanosti roslynamy mineral'nyh dobryv // Sil's'kogospodars'ka mikrobiologija: mizhvid. temat. nauk. zb. — Chernigiv: CNTEI, 2006. — № 4. — S. 21-30.

5. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // Journal of Biological Chemistry. — 1951. — Vol. 193. — P. 265-275.

6. Metody biokhimicheskogo issledovaniya rastenii / Pod red. A.I. Ermakova. — L.: Kolos, 1972. — 456 s.

7. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opy-ta. — M.: Agropromizdat, 1985. — 352 s.

8. Kretovich V.L. Usvoenie i metabolizm azota u rastenii. — M., 1987. — 480 s.

9. Brar M.S., Arora C.L., Takkar P.N. Critical nitrogen levels in different plant parts of wheat // Journal of Research, Punjab Agricultural University. — 1982. — Vol. 19. — No. 1. — P. 7-13.

+ + +