Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай

Подождите немного. Документ загружается.

корневой системы яровой пшеницы поглощать азот в период налива зерна

только на фоне без азота, а гороха - при внесении N30 и N60. При выращи-

вании яровой пшеницы в смеси с горохом на фоне без внесения азотного

удобрения увеличивается возможность корневой системы злаковой культуры

поглощать азот в период налива зерна.

При выращивании гороха в смешанном посеве с яровой пшеницей, не-

зависимо от инокуляции семян компонентов смеси и фона азотного удобре-

ния, отмечена тенденция увеличения поглощения азота корнями в период

налива зерна. Максимальное значение этого показателя у яровой пшеницы

(1.7) было в смешанном посева при инокуляции семян злакового компонента

ризоагрином на фоне N0, а у гороха (1.6) в смешанном посева без инокуля-

ции семян.

Известно, что около 2/3 белка в зерне пшеницы синтезируется в ре-

зультате оттока (реутилизации) азотистых веществ из вегетативных органов,

накопленных к началу цветения, а 1/3 - за счет потребления азота корневой

системой в период налива и созревания зерна [Павлов, 1969; 1984; Павлов,

Колесник, 1974; Павлов, Чергинец, 1980].

В данном опыте с усилением уровня азотного питания за счет примене-

нияазотного удобрения, независимо от инокуляции и вида посева, реутили-

зация азота в зерно для формирования белка из вегетативных органов у обе-

их культур увеличивалась, а поглощение азота корневой системой соответ-

ственно снижалось. Данный факт свидетельствует, что в растениях к перио-

ду налива зерна содержалось достаточное количество азота. За счет иноку-

ляции семян монопосевов культур соответствующими биопрепаратами уве-

личилась реутилизация азота и соответственно снизилось на 19.1% поглоще-

ние азота корневой системой у растений пшеницы на фоне без внесения

азотного удобрения и на 10.4% при внесении N60, у гороха на 19.6% - при

инокуляция семян монопосева ризоторфином на фоне N60. При выращива-

нии яровой пшеницы в смешанном посеве и инокуляции семян одного или

обоих компонентов смеси соответствующими азотфиксирующими препара-

тами величина реутилизации азота в зерно у злаковой культуры выше, чем в

монопосеве с инокуляцией семян. У гороха в смешанном посеве, независимо

от азотного фона и инокуляции семян компонентов, величина реутилизация

азота ниже, чем в монопосеве. Максимальная величина реутилизации азота у

пшеницы (91%) была в смешанном посеве при инокуляции семян злакового

компонента на фоне N30. Инокуляция семян обоих компонентов смеси био-

препаратами увеличила величину реутилизации азота у гороха по сравнению

181

Таблица 2.65. Физиолого-биохимические факторы, определяющие накопление

Показатель Вариант

6 7

Содержание N в растениях в цветение,

4.57 4.12 4.56 4.56 4.83 4.53

г/100 растений

Содержание N в пол-

Зерно

3.54

3.17 3.95 4.35 3.91

4.38

ную спелость, г/100

Солома

2.62

1.90 3.11 2.23 2.29

2.17

растении

Сумма

6.16 5.06 7.06

6.58

6.20

6.54

Реутилизация

г/100раст

1.95

55.0

2.23

70.1

1.46

36.9

2.33

53.5

2.54

64.9

2.37

54.1

Поглощение корнями

г/100раст

1.59

45.0

0.94

29.9

2.49

63.1

2.02

46.5

1.37

35.1

2.01

46.0

Полнота оттока N %

42.6

53.8 31.7 51.0

52.6 52.1

N б.ур. /N цв.

1.35 1.23 1.55 1.44 1.28

1.44

N30

Содержание N в растениях в цветение,

5.97 5.56

5.74

6.33 5.92 6.53

г/100 растений

Содержание N в пол-

Зерно

4.06

4.58 4.80

5.50

4.88

6.05

ную спелость, г/100

Солома

3.03 2.88 3.62 3.15 2.96 3.13

растении

Сумма

7.09 7.46 8.43 8.66 7.84 9.18

Реутилизация

г/100раст

2.94

72.5

2.68

58.7

2.11

44.2

3.18

57.8

2.96

60.6

3.40

56.2

Поглощение корнями

г/100раст

27.5

1.90

41.3

2.69

55.8

2.32

42.2

1.92

39.4

2.65

43.8

Полнота оттока N

49.3 48.2 36.8 50.1 49.9 52.0

N б.ур. /Ы'цв.

1.19 1.34 1.47 1.37 1.33 1.41

N60

Содержание N в растениях в цветение,

7.43

7.32

7.01 7.71 7.82 7.99

г/100 растений

Содержание N в пол-

Зерно

5.54

5.86.

5.25 6.60

7.48 6.56

ную спелость, г/100

Солома

4.07 3.82 4.15 3.97

3.54

3.90

растении

Сумма

9.61 9.68

9.40 10.6 11.0 10.45

Реутилизация

г/100раст

3.36

60.8

3.50

60.0

2.86

54.5

3.74

56.6

4.28

57.3

4.09

62.0

Поглощение корнями

г/100раст

2.18

39.2

2.36

40.1

2.39

54.5

2.85

43.4

3.21

42.7

2.47

38.0

Полнота оттока N %

45.2

47.6 40.7

48.4

54.7

50.9

N б.ур. / N цв.

1.30 1.33

1.34

1.37

1.41

1.31

182

со смешанным посевом без инокуляции. С увеличением доз азотных удобре-

ний величина реутилизации азота у злаковой культуры существенно возрас-

тает (51.7...77.5), в то время как у гороха она практически не изменяется

(55.8...58.5%).

Полученные данные свидетельствует о том, что в зависимости от усло-

вий увлажнения весенне-летнего периода вегетации и обеспеченности рас-

тений пшеницы азотом, как в чистых, так и в смешанных посевах без или с

инокуляцией семян биопрепаратами соотношение между этими двумя основными

источниками азота (накопленного в вегетативной массе к периоду цветения и по-

глощенного из почвы корневой системой в период налива зерна) в формировании

белка в зерне может существенно изменяться.

Таблица 2.66. Показатель обеспеченности зерна азотом для фазы

№

Вид посева

No N

N60

Яровая пшеница

Пшеница 29.4 27.8

34.7

2. Пшеница + РА 30.7 36.2

37.5

Пшеница + горох

32.5 32.3

35.2

(Пшеница + РА) + горох

39.9 34.3

42.2

7. Пшеница + (горох +РТ) 32.3 36.3

45.4

8. (Пшеница+РА) + (горох + РТ) 36.9 41.0

44.8

Горох

29.9 32.3 42.1

4. Горох + РТ 30.0 36.6 39.2

5. Пшеница + горох 33.1 35.5

36.0

(Пшеница + РА) + горох

39.1

44.6

49.7

Пшеница + (горох + РТ) 32.9

37.3 52.0

(Пшеница+РА) + (горох + РТ)

37.1

46.8

47.9

У злаковой культуры при повышении доз азота, независимо от инокуля-

ции и вида посева, отмечено увеличение полноты оттока азота, а бобовой -

существенных изменений не было. Инокуляция семян монопосева пшеницы

ризоагрином, независимо от фона азотного удобрения, снижала величину

полноты оттока у злаковой культуры, а инокуляция ризоторфином семян

монопосева гороха увеличивала ее. Независимо от инокуляции, выращива-

ние пшеницы в смешанном посеве только на фоне N30 увеличило полноту

оттока по сравнению с монопосевами, а у бобовой культуры - на фоне N60.

183

На всех фонах азотного удобрения инокуляции одного или обоих компонен-

тов смеси увеличила полноту оттока азота из вегетативных органов в зерно

гороха, а у яровой пшеницы это происходило только при внесении азотного

удобрения. У пшеницы полнота оттока выше по сравнению с горохом.

Основной физиологической причиной, определяющей уровень накопле-

ния белка в зерне, является количество азотистых веществ, приходящееся на

единицу массы зерна или "Показатель обеспеченности зерна азотом" - Поз. N

[Павлов, 1990]. С повышением доз азотного удобрения значения Поз. N воз-

растали у обеих изучаемых культур (табл. 2.66). Независимо от фойа азотно-

го питания, при инокуляция семян монопосева яровой пшеницы отмечено

возрастание на 13.7%. Поз. N. При выращивании пшеницы в смешанном по-

севе с горохом на всех фонах азотного питания и инокуляции семян биопре-

паратами Поз. N у пшеницы на 8.8... 17.5% выше по сравнению с монопосе-

вом, гороха - 8.0....37.7%. При инокуляции семян бобового компонента сме-

си отмечается тенденция к увеличению Поз. N у пшеницы при всех дозах

азотного удобрения. У инокулированного монопосева посева гороха проис-

ходило снижение на 17.0%. Поз. N.

2.4. Роль почвенных и метеорологических условий и азотного удобрения

в эффективности инокуляции зерновых культур ризоагрином

Известно, что ризоагрин увеличивал активность нитрогеназы в ризо-

сфере риса и озимой пшеницы, измеренную ацетиленовым методом; одно-

временно возрастал вынос азота растениями. По заключению В.Ф.Патыки

(1991) положительное действие препарата на продуктивность обусловлено

одновременно двумя механизмами: потреблением культурой азота, фиксиро-

ванного агробактериями, и их антипатогенным действием.

Применение ризоагрина на различных культурах в большинстве случа-

ев повышает урожайность [Патыка,1991, Завалин, Кожемяков, 2001, Завалин,

1998, Кожемяков, Доросинский, 1989, Кузнецов и др., 1999, Патыка, 1997,

Патыка и др.,1997]; наблюдался также нулевой [Патыка,1991, Завалин, 1998,

Кузнецов и др., 19995] и отрицательный [Патыка, 1991] эффект. Используя

результаты полевых опытов, выполненных в различных почвенно-

климатических условиях проведена оценка эффективности инокуляции зер-

новых культур Agrobacterium radiobacter в зависимости от азотного удобре-

ния, почвенных и метеорологических условий [Завалин, Чистотин, Кожемя-

ков и др., 2001, Чистотин, 2001].

Действие ризоагрина на урожайность оценивали с помощью дисперси-

184

онного анализа. В качестве оценки случайной вариации для каждого отдель-

ного годоопыта использовано различие эффекта между пространственными

повторениями. Для проверки гипотез об отсутствии действия препарата

применен /-критерий. При построении линейных моделей связи эффекта ри-

зоагрина на продуктивность с показателями, характеризующими метеороло-

гические и почвенные условия, использован метод наименьших квадратов.

Оценки параметров моделей получены квазиньютоновским методом. Рас-

считаны множественные коэффициенты корреляции г.

Эффект препарата сильно варьировал в отдельные годы исследований.

На дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (опыт 1) инокуляция по-

вышала урожайность яровой пшеницы только в 1998 г. на фоне РК; в осталь-

ных случаях эффект отсутствовал. Во втором опыте, то же на дерново-

подзолистой среднесуглинистой почве, в 1996 г. внесение бактерий не влия-

ло на продуктивность культуры, а в последующие три года повышало ее,

причем в равной степени, независимо от азотного удобрения. В опыте 3

(дерново-подзолистая среднесуглинистая почва) проявлялась тенденция к

росту урожайности, хотя эффект меньше НСРю.

У ячменя на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (опыт 4)

действие агробактерий в разные годы было положительным или отсутство-

вало. В опыте 5 на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве эффект не

проявлялся в оба года исследований. В остальных двух экспериментах (опыт

6 и 7) он во все годы был положительным, причем в двух случаях несколько

меньшим на фоне N. Вероятно, эффекты отрицательного взаимодействия (на

пшенице такое взаимодействие отмечено в одном из годоопытов) недоста-

точно велики для вывода о закономерном ослаблении действия A. Radiobac-

ter 204 при внесении минерального азотного удобрения. Ранее в микрополе-

вом опыте с яровой пшеницей наблюдалось, наоборот, более выраженное его

положительное действие на фоне N30 по сравнению с безазотным фоном

[Завалин, Кожемяков и др., 2001].

Максимальная из всех годоопытов прибавка урожайности пшеницы со-

ставила 0,53 т/га (70 % от контроля без инокуляции), а ячменя - 0,74 т/га (81

% от контроля). Четкого отрицательного действия штамма не было ни в од-

ном из опытов табл. 2.67, 2.68).

Чтобы выявить причины варьирования эффекта, была проанализирова-

на его связь с показателями, характеризующими почвенные и метеорологи-

ческие условия проведения опытов. Для обеих культур выявляется зависи-

мость эффекта инокуляции от реакции почвенной среды и количества атмо-

сферных осадков в первую половину вегетации. Как известно, действие каж-

185

дого экологического фактора зависит от значений других факторов. Исходя

из этого, в модели было включено взаимодействие независимых перемен-

ных. На рисунке 2.2 даны поверхность регрессии и уравнение регрессии для

яровой пшеницы, под которую было внесено азотное удобрение (обозначе-

ния переменных: е - эффект препарата, рН - рН

С0Л

, /W - количество осадков

за май - июнь); точками показаны фактические значения эффекта. Согласно

модели, отсутствие действия ризоагрина в опыте 1, независимо от увлажне-

ния, объясняется повышенной кислотностью почвы, которая в соответствии

с экологическим законом минимума лимитирует эффект. При этом в 1996 и

1997 гг. урожайность на контроле в этом опыте была выше, чем в остальных

(табл. 2.67).

Таблица 2.67. Влияние ризоагрина на урожайность зерна

яровой пшеницы, т/га

Опыт

Фон

Без ризо-

агрина

С ризоаг-

рином

Действие ризоагрина

Взаимодействие

ризоагрина с

азотным удобре-

нием

Опыт

Фон

Без ризо-

агрина

С ризоаг-

рином

Эффект

НСР/о

НСРо,

НСРоо1

Эффект

НСР/о

Р45К60

N30P45K60

2,96

3,38

3,12

3,29

0,16

-0,08

0,32 0,61 0,98

-0,12 0,23

г*»

Р45К60

N30P45K60

3,43

4,38

3,34

4,32

-0,09

-0,06

0,32 0,54 0,75 0,01 0,23

Р45К60

N30P45K60

0,75

1,49

1,28

1,41

0,53

-0,08

0,40

0,76

1,23 -0,31 0,28

Р60К60

N30P60K60

2,36

2,52

2,42

2,58

0,05

0,06

0,13 0,23 0,33 0,00 0,09

Г-

Р60К60

N30P60K60

2,27

2,77

2,58

3,21

0,31

0,44

0,21

0,38

0,56 0,07 0,15

Р60К60

N30P60K60

1,88

2,08

2,07

2,27

0,19

0,14 0,25 0,36

0,00

0,10

Р60К60

N30P60K60

1,82

1,87

2,00

2,05

0,18

0,09 0,16 0,24 0,00 0,07

РЗОКЗО

N30P30K30

1,64

2,30

1,79

2,46

0,15

0,16

0,22 0,42 0,68 0,01 0,16

При последовательном приближении реакции почвы к нейтральной в

опытах 3 и 2 эффект агробактерий возрастает. Тем не менее, в засушливые

1998 и 1999 гг. он не превышает 0,2 т/га. В 1997 г. при высоком увлажнении

186

прибавка урожайности достигает максимального значения. Таким образом,

проявляется положительное взаимодействие рассматриваемых факторов.

Эффект ризоагрина на урожайность пшеницы на фоне РК-удобрений

практически не зависит от реакции почвы и метеорологических условий (г =

0,14 при 9 парах наблюдений).

Для ячменя зависимости, аналогичные первой модели, наблюдаются на

обоих фонах удобрений. На рисунке 2.3 представлены результаты совмест-

ного анализа данных, полученных на двух фонах. Вывод о положительной

зависимости эффективности ризоагрина на ячмене от осадков мая - июня

был сделан в полевом опыте на темно-серой лесной почве [Кузнецов и др,

1999].

В каждой из моделей действие независимых переменных на эффект

подчиняется закону минимума. Можно ли считать, что лимитированию при

их неблагоприятных значениях подвергаются физиологические процессы в

растениях и продуктивность остается низкой независимо от фактора дейст-

вия бактерий? Опытные результаты не дают достаточного подтверждения

для этого предположения. Урожайность обеих культур на контроле без ино-

куляции не коррелирует с прибавкой от препарата, а также с реакцией поч-

вы. Общий уровень урожайности ячменя положительно связан с влагообес-

печенностью мая - июня. Но для второй культуры такая связь не проявляет-

ся.

Альтернативное объяснение может заключается во влиянии рассматри-

ваемых экологических факторов на активность бактериального компонента

ассоциации. В чистой культуре для A.Radiobacter 204 оптимален интервал

рН от 5,8 до 9,0 [Патыка, 1991].

Однако в исследованиях с обладающим ростстимулирующим действи-

ем штаммом A. Radiobacter 10 из коллекции ВНИИСХМ его реакция на из-

менение рН от 4,0 до 6,5 в жидкой питательной среде и в почвенных услови-

ях (при внесении в ризосферу ячменя в вегетационных опытах) была различ-

ной. Кроме того, численность бактерий в ризосфере не была связана с эф-

фектом на биомассу и урожайность культуры [Белимов и др., 1998]. При мо-

делировании в вегетационных опытах различной влажности почвы (в интер-

вале 30-90 % ППВ) также не проявлялась корреляция между выживанием

этого штамма и его действием на продуктивность ячменя [Белимов и др,

1994]. Отсутствие зависимости эффективности инокуляции от плотности по-

пуляции многократно отмечалось и для других видов ризосферных бактерий.

187

Таблица 2.68. Влияние ризоагрина на урожайность зерна ярового ячменя, т/га

Опыт

Фон

Без ри-

зоаг

рина

С ризо-

аг

Рином

Действие ризоагрина

Взаимодействие

ризоагрина с

азотным удобре-

нием

Опыт

Фон

Без ри-

зоаг

рина

С ризо-

аг

Рином

Эффект

НСР,о НСРо,

HCPooi

Эффект

НСР,

Р60К90

N30P60K90

1,30

1,98

1,46

2,28

0,16

0,31

0,20 0,35 0,52 0,08 0,14

г-

§5

Р60К90

N30P60K90

1,62

2,10

2,11

2,68

0,50

0,58

0,41 0,78

1,26 0,04 0,29

ОО

Р60К90

N30P60K90

0,71

0,81

0,77

0,82

0,06

0,01

0,20

0,35 0,52

-0,03

0,14

Р60

N30P60

1,94

3,73

1,92

3,54

-0,02

-0,18

0,35 0,67 1,08 -0,08 0,25

Р60

N30P60

1,95

2,22

1,86

2,31

-0,08

0,09

0,21

0,39

0,63

0,09

0,15

Р40К60

N30P40K60

2,74

3,10

3,42

3,59

0,68

0,49

0,30

0,56

0,91 -0,10 0,21

Р40К60

N30P40K60

2,09

2,63

2,66

3,23

0,57

0,60

0,35 0,67 1,08 0,02 0,25 6

а\

Р40К60

0,92

1,66

0,74

0,23 0,43 0,69 -0,16 0,16

а\

N30P40K60

1,21 1,62 0,42

0,23 0,43 0,69 -0,16 0,16

Р30К60

N30P30K60

0,57

1,00

0,78

1,11

0,21

0,11

0,07

0,12 0,16 -0,05 0,05

Таким образом, анализ результатов опытов позволяет заключить, что

почве с рН менее 5,5 ризоагрин неэффективен. При реакции, близкой к ней-

тральной, его использование повышает урожайность яровой пшеницы на

0,1-0,4, ярового ячменя - на 0,0-0,7 т/га в зависимости от увлажнения в пер-

вую половину вегетации и других, пока неизвестных факторов. То, что рас-

смотренные факторы не полностью объясняют вариацию эффекта, подтвер-

ждается отсутствием связи с ними для пшеницы на фоне внесения фосфор-

но-калийного удобрений.

188

Эффект

ризоагрина,

т/га

Осадки, мм

рНсл

Е = 0,0754 • рН- 0,0060 • P

-ri + 0,0012 • рН • Р

-„- 0,3767; R = 0,87.

Рисунок 2.2. Зависимость эффективности ризоагрина на урожайность зерна яро-

вой пшеницы на фоне N30PK от кислотности почвы и количества осадков за май -

июнь.

189

Эффект

200

Осадки, мм \00

5,0 P&L

Е = -0,0022 • рН-0,0124 • P

-vi + 0,0027 • рН • P

-vi~ 0,1285; R = 0,93.

Рисунок 2.3. Зависимость эффективности ризоагрина на урожайность зерна ярово-

го ячменя от кислотности почвы и количества осадков за май - июнь.

2.5. Взаимодействие сортов яровой пшеницы и ячменя

с ризосферными рост стимулирующими бактериями в зависимости от внесе-

ния азотного удобрения

Образование ассоциаций с ризосферными рост стимулирующими бак-

териями (PGPR: plant growth promoting rhizobacteria) - одна из основных

стратегий адаптации растений к неблагоприятным условиям среды. PGPR -

таксономически разнообразные бактерии, среди которых наиболее изучены

представители родов Agrobacterium, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, En-

terobacter, Flavobacterium, Klebsiella, Pseudomonas. Они выполняют ком-

плекс полезных для хозяина функций, включая фиксацию N

, биоконтроль

фитопатогенов (синтез антибиотиков и сидерофоров, вытеснение патогенов с

корневой поверхности, конкуренцию за источники питания, индукцию сис-

темной устойчивости), стимуляцию развития растений (синтез фитогормо-

нов и витаминов), а также повышение интенсивности ассимиляции корнями

питательных (азот и фосфор содержащих) веществ. Хотя количество азота,

получаемое растениями за счет ассоциативной Ы

-фиксации, в зонах умерен-

ного климата обычно находятся в пределах 30-60 кг/га в сезон, прибавки

продуктивности злаков при инокуляции PGPR сравнимы с прибавками от

инокуляции бобовых ризобиями, способными фиксировать значительно

большие количества N

[Кожемяков, Тихонович, 1995].

Контроль над формированием ризосферных ассоциаций активно изу-

чают со стороны бактерий. У азоспирилл выяснена организация генов, коди-

рующих синтез нитрогеназы и ауксинов [Vandebroek, Vanderleyden, 1995,

Vandommelen et al., 1997, Каменева, Муронец, 1999], у псевдомонад и ба-

цилл - генов синтеза антифунгальных метаболитов и сидерофоров [Bloem-

berg, Lugtenberg, 2001, Lugtenberg, 2001]. Препараты, приготовленные на ос-

нове PGPR, активно применяются для повышения продуктивности ряда важ-

нейших культур (в том числе зерновых злаков), однако работа по оптимиза-

ции ассоциативных взаимодействий пока проводится, главным образом, со

стороны бактериальных партнеров [Кожемяков, Тихонович, 1995]. У ряда

растений выявлена наследственная изменчивость отзывчивости на инокуля-

цию PGPR [Renny, 1981, Subba Rao, Dart, 1981, Dart, 1982], которая может

быть связана с варьированием состава корневых экзометаболитов. Они яв-

ляются источниками питательных веществ для бактерий, а также содержат

регуляторы генов и предшественники синтеза физиологически активных со-

единений, что позволяет растениям активно регулировать состав и актив-

ность ризосферной микрофлоры [Кравченко, 2000]. Однако конкретные ме-

190