Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В современных экономических условиях все большее значение приобретает внедрение в производство ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Расширение ассортимента и повышение в структуре посевных площадей доли бобовых культур является одним из факторов снижения энергозатрат, так как при этом экономятся энергоемкие азотные удобрения и получение кормового и пищевого белка не столь затратно [1, 2].

Хорошей альтернативой применению азотных удобрений может служить инокуляция семян зернобобовых штаммами клубеньковых бактерий, которые стимулируют азотфиксирующую деятельность этих культур [3, 4].

Лидирующее место в мире среди зернобобовых культур по посевным площадям занимают соя и фасоль. Их основным компонентом является высококачественный белок, который по полноценности, растворимости и усвояемости принято считать эталоном растительного белка [5].

Перспективной зернобобовой культурой является также чина посевная, которая имеет ряд преимуществ перед остальными зернобобовыми культурами: высокая продуктивность, как зерна, так и зеленой массы, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, вредителям и болезням. Медленное нарастание клетчатки в зеленой массе делает эту культуру незаменимой по продолжительности использования в зеленом конвейере [6].

В связи с этим целью наших исследований является изучение влияния различных доз минеральных удобрений и бактериального препарата ризоторфин на особенности продукционного процесса агроценоза зернобобовых культур (соя, фасоль, чина) в условиях предгорной зоны Центрального Кавказа.

Впервые в условиях предгорий Центрального Кавказа изучено совместное влияние минеральных удобрений и бактериального препарата ризоторфин на симбиотическую активность и продуктивность сои и фасоли, а также нетрадиционной для этой зоны культуры – чины посевной.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в 2014–2016 гг. на опытном поле СКНИИГПСХ ВНЦ РАН, в лесостепной зоне, на выщелоченных черноземах. Из-за малой мощности плодородного слоя и близкого залегания галечника весенний продуктивный запас влаги не превышает 90–110 мм, а летом при отсутствии дождей часто пересыхает почва, что вызывает временное увядание растений. Климат умеренно теплый, со среднегодовой температурой воздуха 8–10 °С, сумма температур за вегетационный период 2800–3200 °С. В годы проведения исследований погодные условия незначительно отличались от среднемноголетних и в целом были благоприятны для возделывания зернобобовых культур.

Повторность опытов трехкратная. Расположение делянок – рендомизированное. Учетная площадь делянки – 20–27 м2.

Калийные удобрения вносились осенью – перед вспашкой, фосфорные – под предпосевную культивацию. Обработка ризоторфином (штамм 645 б) осуществлялась непосредственно перед посевом.

Количество клубеньков и их сырую массу определяли по основным фазам роста и развития по методу Г.С. Посыпанова, статистическую обработку данных проводили по Б.А. Доспехову [7].

Результаты исследования и их обсуждение

Исследованиями, проведенными с зернобобовыми культурами, было выявлено, что продуктивность посевов обеспечивается, прежде всего, дружными всходами и высокой выживаемостью растений к уборке. Основное значение для обеспечения данных показателей имеет полевая всхожесть, которая является важным показателем качества семян.

В наших исследованиях она изменялась в зависимости от нормы фосфорно-калийных удобрений и бактериального препарата. Выявлено, что на посевах фасоли колебания всхожести более выражены, чем на посевах сои и чины. Всхожесть семян исследуемых культур была наименьшей в контрольных вариантах – от 68,5 до 73,2 %, а наибольшей – при совместном применении минеральных удобрений и ризоторфина – 86,4–91,5 %.

Использование минеральных удобрений и бактериального препарата положительно влияло на выживаемость растений к уборке, как в посевах сои, так и фасоли, и чины. Так, на вариантах P30K30+рт и P45K45+рт выживаемость растений сои увеличилась на 3,9; 4,7 %, фасоли – на 3,3; 4,0 %, чины – 3,5–4,4 % по сравнению с контрольными вариантами. Повышение выживаемости растений на удобренных вариантах связано с оптимизацией питательного режима посева.

Минеральные удобрения и биопрепарат ризоторфин оказали существенное влияние на количество и массу активных клубеньков за счет улучшения условий их жизнедеятельности. Применение ризоторфина как отдельно, так и совместно с фосфорно-калийными удобрениями стимулировало образование клубеньков на всех опытных вариантах.

На вариантах с инокуляцией семян ризоторфином, как на фоне фосфорно-калийных удобрений, так и без них, клубеньки появлялись на 3–7 дней раньше по сравнению с вариантами без инокуляции семян. Внесение фосфорно-калийных удобрений на продолжительность симбиоза не влияло. Ризоторфин также на 2 дня увеличивал общую продолжительность симбиоза.

Как выявлено нашими исследованиями, наибольшее количество активных клубеньков на корнях зернобобовых формировалось в фазу образования бобов (рис. 1).

Рис. 1. Влияние минеральных удобрений и ризоторфина на количество клубеньков на растениях зернобобовых культур, шт/растение

Рис. 2. Масса активных клубеньков на растениях зернобобовых культур в зависимости от минеральных удобрений и ризоторфина, мг/растение

Растения сои в среднем по вариантам образовывали активных клубеньков на 44,5 % больше, чем растения фасоли. Также клубеньки на корнях сои превосходили по массе клубеньки фасоли. Так, например, наибольшее количество активных клубеньков на корнях сои формировалось при инокуляции семян на фоне внесения фосфорно-калийных удобрений и превосходило количество клубеньков на том же варианте посевов фасоли в 1,3 раза. Аналогичная тенденция прослеживается и на других вариантах.

Инокуляция семян и применение минеральных удобрений оказывают положительное влияние на величину симбиотического аппарата зернобобовых культур, значительно увеличивая массу клубеньков во все фазы роста и развития (рис. 2).

Так, на варианте P45K45+рт масса активных клубеньков в среднем на 1 растение фасоли составила 243 мг, что на 192 мг выше контрольного варианта. Такое увеличение объясняется благоприятными условиями для бобово-ризобиального симбиоза, созданными инокуляцией и внесением фосфорно-калийных удобрений.

Количество фиксированного атмосферного азота зависит не только от числа и массы активных клубеньков, но и от продолжительности функционирования симбиотического аппарата [5, 6]. Активный симбиотический потенциал (АСП) объединяет эти критерии. Величина АСП в нашем опыте сильно зависела как от внесения удобрений, так и от предпосевной инокуляции семян ризоторфином. Так как масса активных клубеньков на корнях сои на всех вариантах была значительно больше, чем у фасоли, так же как и продолжительность их функционирования, то величина АСП посевов сои также была выше на всех опытных вариантах. Так, например, на варианте с применением ризоторфина на посевах сои АСП за вегетацию составил 5561 кг·дней/га, а на посевах фасоли – лишь 3238 кг·дней/га. Исследования показали, что величина АСП увеличивалась по фазам роста, достигая максимума в период цветения – образования бобов, затем наблюдалось его снижение. Наиболее эффективным был вариант с совместным применением удобрений и ризоторфина. Инокуляция семян обеспечивала увеличение АСП на 16,6–28,7 % относительно фонового внесения фосфорно-калийных удобрений.

Таким образом, можно заключить, что внесение фосфорно-калийных удобрений и инокуляция семян штаммом активных ризобий создают более благоприятные условия для бобово-ризобиального симбиоза у изучаемых культур и обеспечивают наиболее активную фиксацию растениями азота из воздуха. Следовательно, симбиотический аппарат сои развит в большей степени, и, благодаря этому, посевы сои способны более активно фиксировать атмосферный азот, чем посевы фасоли и чины.

Важную роль в процессе фотосинтетической деятельности сельскохозяйственных культур играет площадь листьев. Количество поглощаемой посевом солнечной энергии зависит как от величины сформировавшейся ассимиляционной поверхности, так и от времени ее активного функционирования. Площадь листовой поверхности растений зернобобовых культур непосредственно влияет на их продуктивность. Поэтому важно создать такие условия для агрофитоценоза, при которых посевы формировали бы оптимальную площадь листьев как можно раньше, для максимального поглощения солнечной энергии. Этого можно достичь, в частности, обеспечив оптимальную густоту стояния растений. Изреженные посевы потребляют недостаточное количество солнечной энергии, в то время как в загущенных посевах интенсивность фотосинтеза снижается из-за взаимной затененности листьев и усиления процессов дыхания. Таким образом, густота посевов зернобобовых культур должна способствовать лучшей освещенности фотосинтетического аппарата листьев [8].

Большое влияние на процесс формирования ассимиляционного аппарата сои, фасоли и чины посевной оказывают минеральные удобрения (рис. 3).

Максимальная площадь листьев сои на вариантах с внесением P30K30 и P45K45 колебалась в пределах 45,7–46,8 тыс. м2/га. Как показывают полученные нами данные, инокуляция семян активными штаммами ризобий не оказала столь значимого влияния на процессы нарастания листовой поверхности. Максимальные значения данного показателя, как на сое, так и на фасоли и чине, получены при сочетании изучаемых вариантов: совместная обработка семян ризоторфином и внесение удобрений способствовало повышению площади ассимиляционной поверхности изучаемых культур на 12,8–42,1 % по сравнению с контролем.

Важными показателями при оценке фотосинтетической деятельности сельскохозяйственных культур являются фотосинтетический потенциал (ФП) и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Как показывают результаты исследований, внесение фосфорно-калийных удобрений способствовало увеличению величины ФП изучаемых культур за вегетацию на 10,7–31,2 % по сравнению с контрольными вариантами.

Чистая продуктивность фотосинтеза растений зернобобовых культур достигала максимальных значений к фазе интенсивного плодообразования и составила 2,16– 4,47 г/м2·дн. в среднем по вариантам. В дальнейшем ЧПФ обеих изучаемых культур уменьшалась, что связано с нарастанием листовой поверхности, в результате которого происходит взаимозатенение растений. Наибольшая прибавка этого показателя относительно контроля происходит на вариантах с инокуляцией семян на фоне удобрений.

В результате исследований выявлена тесная корреляционная связь между продуктивностью и площадью ассимиляционной поверхности зернобобовых культур (в среднем по трем культурам) как на вариантах с внесением фосфорно-калийных удобрений (r = 0,99), так и при инокуляции ризоторфином (r = 0,97) и при совместном применении препарата на фоне P45K45 (r = 0,98).

Продуктивность зернобобовых культур зависит как от количества растений, сохранившихся к уборке, так и количества бобов на растении и их массы. Количество сформировавшихся бобов на растениях изучаемых культур варьирует в широких пределах в зависимости от изучаемых факторов – 8,3–49,9 шт/растение. Наилучший результат был получен на вариантах с ризоторфином на фоне P45K45 – 12,9 у чины посевной, 10,6 у фасоли, 49,9 шт/растение у сои (таблица).

Число бобов на растении также увеличивалось с повышением дозы фосфорно-калийного удобрения без использования инокулянта – у сои на 20,1 %, у фасоли – на 9,6 %, у чины – на 15,5 %.

Масса 1000 семян – более стабильный показатель, который незначительно меняется в зависимости от исследуемых вариантов.

Элементы структуры урожайности определяют величину урожая исследуемых культур. Биологическая урожайность сои, фасоли и чины, как и большинства других сельскохозяйственных культур, определяется числом растений на единице площади, но не менее важную роль также играет индивидуальная продуктивность растений.

Как показали исследования, только рациональное сочетание изучаемых агроприемов при оптимальном сочетании всех элементов структуры урожайности позволяет получить высокую урожайность изучаемых культур. Как видно из данных таблицы, соя обладает большей потенциальной продуктивностью, чем фасоль и чина. Урожайность сои колебалась в зависимости от действия минеральных удобрений и бактериального препарата. На вариантах с совместным внесением минеральных удобрений и бактериального препарата получена наибольшая прибавка урожая не только в сравнении с неудобренными вариантами, но и с фоновым внесением фосфорно-калийных удобрений.

Прибавка урожая от применения ризоторфина на неудобренном фоне составила относительно контрольного варианта на сое – 0,31 т/га, на фасоли – 0,23 т/га, в посевах чины посевной – 0,33 т/га; на фоне P30K30 – 0,38; 0,37 и 0,55т/га; на фоне P45K45 – на 0,6; 0,52 и 0,67 т/га соответственно.

Таким образом, в условиях предгорий Центрального Кавказа наиболее эффективной была обработка семян зернобобовых культур ризоторфином на фоне внесения фосфорно-калийных удобрений в дозе 45 кг д.в/га.