Клевер луговой (Trifolium pratense) – важное сельскохозяйственное растение, используемое в севообороте. Клевер способствует накоплению азота в почве и используется как кормовая культура. В последние годы во всех объектах Российской Федерации урожайность сена клевера красного снизилась в связи с резким дефицитом минеральных удобрений. В то же время практика показывает, что при соблюдении агротехники возделывания урожайность не только не снижается, но и повышается. Культивирование клевера представляет собой многосторонний процесс, в котором необходимо учитывать популяционные характеристики этого растения.
Стабильность развития – онтогенетическая характеристика популяционного сообщества, определяемая по уровню флуктуирующей асимметрии (ФА) парных билатерально симметричных признаков. Шкала нестабильности, составленная на основе индексов ФА, показывает в баллах степень неблагополучия среды. Продолжают совершенствоваться как методы оценки величины ФА, так и шкально-балльная оценка уровня стабильности развития. Одновременно ведутся работы по оценке действия факторов, влияющих на стабильность развития [3]. В исследованиях, проводимых по определению ФА клевера разных видов, были получены данные о его биоиндикаторных свойствах, генетических особенностях [8] и влиянию различных факторов на стабильность развития [1, 2, 4, 6, 7].
Целью настоящей работы было изучение влияние дозы минеральных удобрений на уровень ФА листовых пластин клевера лугового (сорт Марс).
Материалы и методы исследования
Растения клевера сорта Марс характеризуются зимостойкостью и раннеспелостью. Растения тетраплоидны с максимальной урожайностью сухого вещества 12 т/га, семян – 500 кг/га. Содержание сырого протеина в сухом веществе 17,0–19,0 %, клетчатки – 25,0–27,0 %. Куст прямостоячий, с количеством междоузлий около семи. Высота стеблей в первом укосе достигает 80–100 см. Облиственность первого укоса составляет 48–60 %, второго – 58–82 %.
Благодаря высокому потенциалу кормовой продуктивности, высокой конкурентной способности этот сорт обеспечивает высокое производство разных видов зеленых и сухих кормов при сенокосном и пастбищном использовании, т.к. это хороший предшественник для зерновых культур.
Работа выполнялась в период вегетационной активности растений 2016 г. на стационарном опыте Владимирского научно-исследовательского института сельского хозяйства (г. Суздаль) на серой лесной слабокислой среднесуглинистой почве (рН = 5,3) в 2-х кратной повторности при использовании 3-х уровней интенсификации, которые создавались за счет расчетных доз удобрений: контроль (экстенсивный) – без удобрений; поддерживающий – N30P30K30 (187,5 кг/га) нормальный – N60P60K60 (375 кг/га) на традиционной отвальной обработке почвы (лущение стерни + подъем зяби – вспашка на глубину 20–22 см). В качестве удобрения использовалась нитроаммофоска – NPK16:16:16. Предшественник – ячмень. В опытах применялась агротехника, рекомендованная для зоны Владимирского ополья.
Урожайность учитывали парцеллярным способом, используя рамку площадью 1 м2; отбор снопов с парцелл выполняли по регулярной сетке на всех уровнях интенсификации.
Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений проводили по Доспехову (1968); содержание нитратного азота – потенциометрическим методом с помощью ион-селективного электрода; подвижного фосфора – по Кирсанову; обменного калия – по Масловой; статистическая обработка выполнялась по программе STATISTICA 6,0, Surfer 7,0.
Для определения ФА использовались 9 парных билатерально симметричных признаков (Захаров, 2000). Однако не все признаки были удобны. Некоторые, такие как, число и характер ветвления жилок второго порядка (признаки № 1–4) были явно не удобны: слишком малы для измерения мерной линейкой или программными средствами, в отличие от признаков с 5-го по 9-ый. Было использовано от 20 до 25 растений, с каждого – от 3-х до 5-ти листовых пластин, ближайших к цветку. Было проведено всего 1500 измерений 5–9-го признаков (рис. 1).
Рис. 1. Признаки для определения ФА (по В.М. Захарову, 2000): а) длина хорды на среднем листочке; б) длина супротивных боковых листочков; в) ширина супротивных боковых листочков; г) длина хорды на каждом из боковых листочков; д) ширина хорды на каждом из боковых листочков
Определение величины ФА проводилось по формуле нормирующей разности ФА = |П–Л|/(П + Л), где П и Л соответственно величина правого и левого гомологичных признаков (Palmer,1998; Захаров,1996, 2000). Альтернативной формулой для определения ФА являлась формула для дисперсии разности величин (П–Л).
Для измерения использовалась миллиметровая линейка (ГОСТ427-75). Ошибка измерения, полученная после трехкратного измерения рандомно выбранного признака, не превышала 10 % величины измеряемого признака. Все вычисления, статистические анализы и характеристики выборок (П–Л) проводились в программе MSExcel 2007.
Результаты исследования и их обсуждение
Величина эксцесса распределения (П–Л) ни в одном из признаков не показала значения ниже – 2, что указывало на отсутствие антисимметрии, хотя отклонение от нормального распределения имело место, например, в выборках с величиной эксцесса выше двух (таблица).
Величина ФА и эксцесса выборок (П–Л)
|
№ п/п |
Образец |
ФА |
Эксцесс, γ (П–Л) в признаках а-е |
|||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
||||
|
1 |
N30P30K30 |
0,043 ± 0,01 |
4,0 |
1,3 |
– 0,9 |
– 0,1 |
4,0 |
0,143 ± 0,060 |
|
2 |
N60P60K60 |
0,195 ± 0,06 |
4,0 |
0,7 |
1,4 |
3,9 |
– 0,4 |
0,594 ± 0,03 |
|
3 |
контроль |
0,131 ± 0,03 |
2,4 |
1,0 |
0,7 |
0,2 |
1,8 |
0,255 ± 0,07 |
Примечание.
,
где
; 
;
dl – значение признака на левой стороне;
dr – значение признака на правой стороне;
Md – среднее различие между сторонами;
n – число промеров (численность выборки);
σd2 – дисперсия различий между сторонами относительно среднего различия.
Альтернативная формула определения ФА с помощью дисперсии (
) величин П и Л была неудобна из-за высокого отклонения дисперсии от нормального распределения (тест Колмогорова, p < 0,05).
Метод геометрической морфометрии был также неудобен из-за формы листовой пластины без выраженных изгибов, лопастей или чётко обозначенных билатерально-симметричных жилок.
Во всех выборках не было получено данных, указывающих на присутствие направленной асимметрии, т.к. парный t-тест (H0:П = Л) показал уровень вероятности р ошибки альтернативной гипотезы более 0,05. Не было получено корреляции между величиной ФА и величиной признака (r = – 0,4; p > 0,05).
Доза № 1 вызывала наименьшее отклонение в стабильности развития (ФА = 0,043 ± 0,01) по сравнению с контролем и дозой № 2 (p < 0,05). Доза № 2 незначительно превышала величину ФА в контроле (0,195 ± 0,06 и 0,131 ± 0,03, рис. 2, р > 0,05).
Рис. 2. Величина ФА в зависимости от вносимой дозы НАФК (доза № 1 – N30P30K30, доза № 2 – N60P60K60); планки погрешностей взяты с относительными ошибками с использованием 5 %-ных значений
Рис. 3. Урожайность зеленой массы, уровень ФА и содержание азота NO3 (планки погрешностей со стандартными ошибками)
Выводы
Многолетнее использование почв приводит к снижению минеральных веществ, что приводит к стрессовому состоянию и отклонению в стабильности развития. Причиной снижения стабильности развития при высоких дозах НАФК может быть переход клубеньковых бактерий на питание минеральными формами азота, в результате чего тормозится процесс азотофиксации [5]. Известно также, что повышенные дозы азотных удобрений ослабляют накопление в травянистых растениях кальция и магния, нарушая оптимальное соотношение этих минералов. Наконец третьей причиной отклонения от билатеральной симметрии может служить накопление нитратного азота и мочевины. Все три фактора могут совместно служить стрессом, вызывающим ингибирование ферментов, контролирующих процессы онтогенетического формирования билатеральных структур.
Изучение урожая зеленой массы показало, что после внесения повышенной дозы удобрений вес зеленой массы и, соответственно, укосного сена был выше (154,5 при внесении дозы № 1 и 192 ц/га после внесения дозы № 2), что было выше по сравнению с контролем (126 ц/га).
Вместе с тем, при использовании доз № 2–3 падение содержания оксида азота (NO3) в почве было существенным, почти в три раза (до 35 % от содержания азота в почве во время посева, рис. 3).
Снижение содержания калия и фосфора в почве после сбора урожая было не столь значительным и при обеих дозах составляло 74–75 % (Р2О5) и 89–90 % (К2О) от содержания во время сева, что не отличалось от содержания в контроле.
Таким образом, искусственное увеличение объема круговорота азота при использовании двухкратной дозы (N60P60K60) могло вызывать снижение стабильности развития за счет ингибирования функции азотофиксирующих бактерий, являющихся важной частью физиологии и метаболизма бобовых растений.
Проведенное исследование позволяет сделать вывод о благоприятном влиянии умеренной дозы № 1 (N30P30K30) на стабильность развития клевера лугового. Повышенная доза (№ 2, N60P60K60) показала снижение стабильности развития по сравнению с контролем, что подтверждает предпочтительность умеренного внесения комплексных, в том числе азотосодержащих удобрений. Увеличение зеленой массы клевера сопровождалось резким снижением содержания азота (NO3) в почве с понижением стабильности развития, что говорило о разбалансировке внутренних механизмов гомеостаза. Сказанное следует отнести к условиям серых лесных почв Суздальского Ополья с описанными условиями севооборота.