Использование биопрепаратов для повышения азотфиксирующей способности и продуктивности люцерны на серой лесной почве в Западной Сибири

В северных районах Западной Сибири в условиях производства из многолетних бобовых трав наиболее широко распространен клевер луговой. При всей его значимости в этом регионе для кормопроизводства он имеет существенный недостаток – короткий период (2–3 года) хозяйственного использования травостоя [1]. Важным резервом производства высококачественных кормов и дополнением в этих условиях к клеверу являются пока еще малораспространенные в этой зоне люцерна посевная и козлятник восточный, отличающиеся от клевера лугового не только сроками наступления укосной спелости травостоя, но и периодом его хозяйственного использования: люцерна способна произрастать на одном месте без пересева пять и более лет, а козлятник – свыше 10 лет [2]. К тому же эти виды в данных условиях обладают и высокой урожайностью зеленой массы: люцерна в среднем – 26,1 т/га, козлятник – 28,6, а клевер луговой – 19,9 т/га.

Многолетние бобовые травы за счет клубеньковых бактерий способны фиксировать молекулярный азот из воздуха. Количество фиксированного азота бобовыми зависит не только от условий их произрастания, но и от биологических особенностей культуры, характера ее симбиотических отношений с клубеньковыми бактериями и изменяется от 100 до 500 кг/га в год [3–5]. Повышенной азотфиксирующей способностью отличаются люцерна, люпин, кормовые бобы, клевер и донник: при благоприятных для произрастания условиях доля фиксированного азота от общего достигает 80% [6; 7]. Совместная жизнедеятельность клубеньковых бактерий и бобовых растений способствует повышению их урожайности, содержания белка в корме, обогащению почвы азотом [8]. Однако положительный результат возможен только при наличии в почве клубеньковых бактерий, принадлежащих данному виду. При их отсутствии фиксация атмосферного азота не осуществляется, растения становятся не накопителями азота, а его потребителями из почвы [9].

Один из приемов, способствующих увеличению размеров симбиотической азот-фиксации многолетних бобовых трав, а также повышению урожайности, – предпосевная инокуляция семян клубеньковыми бактериями – нитрагинизация [10]. В вегетативной массе повышается содержание протеина, возрастает его выход с гектара и увеличивается урожайность бобовых трав на 5–20% [11; 12]. Однако эффективность инокуляции семян бобовых культур во многом зависит от вида штаммов клубеньковых бактерий, используемых для приготовления нитрагина. Они должны обладать вирулентностью, конкурентоспособностью и достаточной продуктивностью азотфиксации [13].

Цель исследований – выявить наиболее эффективные биологические препараты, способствующие повышению симбиотической азотфиксации и продуктивности люцерны посевной в условиях подтаежной зоны Западной Сибири.

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) AGRONOMY

Методика исследований

Исследования проводили в подтаежной зоне Омской области на опытном поле отдела северного земледелия ФГБНУ «Омский АНЦ» в 2015–2018 гг. Опыт закладывали 15 мая 2015 г. и повторно в 2016 г. Почва серая лесная тяжелосуглинистого гранулометрического состава. В пахотном слое содержала: гумуса – 3,34%, общего азота – 0,162, валового фосфора – 0,12%; pH солевое – 5,2. Обеспеченность почвы нитратным азотом (по Кьельдалю) низкая – 3,5–3,8 мг/100 г почвы. Содержание подвижного фосфора (8,4–9,4 мг/100 г почвы), обменного калия (8,2–9,1 мг/100 г почвы) (по Кирсанову) – среднее.

Семена люцерны пестрогибридной сорта Флора 7 перед посевом обрабатывали полученными из ВНИИСХ микробиологии штаммами клубеньковых бактерий: ризоаг-рином – штаммом 204 и штаммами К-1, К-2, Кт-1, 912, 913 на основе ризоторфина, контроль – без обработки препаратом. Люцерну высевали во второй декаде мая сеялкой СН-16, обычным рядовым способом (через 15 см) на глубину 1,5–2,0 см с нормой 6 млн всхожих семян/га. Почву после посева прикатывали кольчато-шпоровыми катками 3ККШ-6.

Учетная площадь делянки – 20 м², повторность четырехкратная. Фиксированный из атмосферы азот, используемый на формирование урожая люцерны, – коэффициент азотфиксации (Кф) – определяли методом сравнения с кострецом безостым [14]. Наблюдения и учеты проводили по методике ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса [15], статистическую обработку полученных данных методом дисперсионного и корреляционного анализа [16].

Результаты и их обсуждение

Исследования показали, что полевая всхожесть семян люцерны во многом зависела от погодных условий в период их прорастания и применяемых биологических препаратов. Благоприятные погодные условия и достаточные запасы продуктивной влаги в почве в период посева положительно повлияли на раннее появление всходов. Запасы продуктивной влаги в слое почвы 0–10 см на момент посева в 2015 г. составляли 21 мм при температуре воздуха выше среднемноголетней на 4,1°С; в 2016 г. – соответственно 18 мм и 0,4°С. По данным С.А. Вериго и др. [17], содержание продуктивной влаги в этом слое на уровне 10–17 мм считается удовлетворительным.

Всходы люцерны появлялись через 10–12 сут после посева. В среднем по двум закладкам максимальная полевая всхожесть семян люцерны отмечена в вариантах с применением биологических препаратов 912 и 913, составив 62–64%. Самая низкая всхожесть семян наблюдалась в контрольном варианте – 53% (табл. 1).

Таблица 1

Влияние биопрепаратов на полевую всхожесть семян, сохранность и перезимовку растений люцерны (в среднем по двум закладкам 2015, 2016 гг.)

Вариант	Полевая всхожесть, %	Число растений, шт./м²		Сохранность, %	Перезимовка, %
		полные всходы	перед уборкой
Без обработки (контроль)	53	315	220	70	75
Ризоагрин (штамм 204)	55	330	241	73	80
Штамм Кт-1	57	345	252	73	81
Штамм К-1	61	366	272	74	83
Штамм К-2	54	325	231	71	78
Штамм 912	62	374	288	77	86
Штамм 913	64	386	297	77	88

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) AGRONOMY

Растения в первый год жизни росли и развивались в вариантах опыта быстро, активно нарастала надземная масса. Через 7–9 сут после всходов у растений образовался первый настоящий лист. На корневой шейке растений формировались почки, из которых отрастали надземные побеги. Однако в процессе вегетации растений наблюдалось изреживание травостоя, зависящее от ряда факторов, в частности, от наличия и обилия на посеве долгоносиков, которые наиболее активно повреждали всходы люцерны. Сохранность растений в первый год жизни к окончанию вегетации составляла 70–77%, а их перезимовка – 75–88% с повышенными показателями при предпосевной обработке семян люцерны штаммами клубеньковых бактерий.

В процессе роста растений на главном стержневом корне с большим числом боковых корней образовывались клубеньки с бактериями, усваивающими азот из воздуха. Через 45 сут после всходов люцерна находилась в фазе стеблевания. В этот период наблюдался ее интенсивный рост, особенно в вариантах с обработкой семян биопрепаратами. Корневая система в первый год жизни проникала в почву на глубину 20–27 см. Заметное влияние на рост и развитие главного корня люцерны оказали препараты 912 и 913. Обработка семян люцерны пестрогибридной данными препаратами способствовала увеличению главного корня на 7 см, по сравнению с контролем. Число боковых корней первого порядка составляло от 5 до 11 шт. Наибольшее число боковых побегов (9–13 шт.) люцерна формировала в вариантах с использованием штаммов 912 и 913 на основе ризоторфина.

Существенно влияли биопрепараты и на увеличение массы корневой системы люцерны, особенно в варианте с применением штамма 913: в среднем у растения – 250 г. При обработке семян штаммами 912 и 913 число клубеньков на корнях одного растения, по сравнению с контролем, увеличилось с 27,5 до 29,6 г/м2, или на 8%.

Отмечено, что в первый год жизни люцерна растет и развивается быстро. Показатели биометрических измерений свидетельствуют: биопрепараты способствовали хорошему росту и формированию более высоких растений люцерны – 60,9–66,0 см (на контроле – 57,1 см); более высокие растения – при обработке семян культуры штаммами 912 и 913. Разница по сравнению с контролем – 3,8–8,9 см, а зеленая масса одного растения при применении этих штаммов возрастала на 16–40%.

На второй год жизни отрастание люцерны наблюдалось 6–8 мая. Во всех вариантах опыта растения росли и развивались быстро, шло нарастание надземной массы. В фазе стеблевания отмечался усиленный рост люцерны, особенно в вариантах с инокуляцией семян биопрепаратами. Оказывая положительное влияние на повышение биологической активности почвы, применение препаратов создавало более благоприятные условия для формирования урожая. В начале июля проводили скашивание травостоя. Период формирования урожая составил 61 сут.

При анализе биометрических показателей травостоя люцерны первого года пользования в среднем по двум закладкам опыта отмечено: в полевых условиях на рост и развитие растений наибольшее влияние оказывали препараты 912 и 913. Средняя высота травостоя за 2016–2018 гг. в этих вариантах составила 80–82 см, превышая контроль на 8–10 см. Штаммы 912 и 913 значительно влияли и на массу одного побега, которая составляла 7,3–7,4 г или была больше, чем в контрольном варианте, на 0,7–0,8 г (табл. 2).

Наблюдалась определенная закономерность в формировании травостоя люцерны пестрогибридной. В первые два года жизни отмечено ее интенсивное кущение, увеличение густоты травостоя и снижение в нем доли сорной растительности. В первый год жизни засоренность посевов люцерны пестрогибридной – 32–40% (высокая степень), в последующие годы в результате интенсивного побегообразования и увеличения густо-

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) AGRONOMY ты травостоя она снижалась до средней – слабой степени. В среднем за 2016–2018 гг. наименьшая засоренность – в вариантах с применением биологических препаратов 912 и 913, составив 10,4–10,6%: на 3,6–3,8% меньше контроля. Максимальная густота травостоя также отмечалась при обработке семян биопрепаратами 912 и 913, при уборке – в среднем 520–536 побегов/м², превышая достоверно контроль на 45–61 побегов/м².

Таблица 2

Влияние биопрепаратов на биометрические показатели люцерны пестрогибридной (в среднем за 2016–2018 гг.)

Вариант	Высота растений, см	Масса одного побега, г	Облиствен-ность, %	Густота травостоя, побегов/м²	Сорняков в биомассе, %
Без обработки (контроль)	72	6,6	42	475	14,2
Ризоагрин (штамм 204)	75	7,0	45	491	14,0
Штамм Кт-1	78	7,2	46	502	13,6
Штамм К-1	78	7,2	47	516	13,0
Штамм К-2	74	6,8	43	482	14,1
Штамм 912	80	7,3	48	520	10,6
Штамм 913	82	7,4	48	536	10,4
НСР 05	7	0,6	–	38	–

Во многих странах повышен интерес к проблеме биологического азота, так как, во-первых, одними минеральными азотными удобрениями не удается удовлетворить потребности всех культур в азоте; во-вторых, позволяет получать богатую полноценным белком продукцию и обогащает почву азотом; в-третьих, азот, накопленный биологическим путем, практически не загрязняет окружающую среду [13].

Поступление азота в мире за счет биологической фиксации оценивается в 160–240 млн т в год, это около ¹/ 10 от его количества, включающегося ежегодно во всю биомассу земли. Наиболее существенен вклад бобовых культур, ежегодно они фиксируют до 140 млн т азота атмосферы [4].

При благоприятных условиях симбиоза бобовые травы могут усваивать за вегетацию 300–400 кг/га азота воздуха и формировать до 3,0 т/га и более белка [18]. В Казахстане и Средней Азии при поливе усвоение азота посевами люцерны достигает 570, а в странах Западной Европы – 600 кг/га [10]. Высокопродуктивная плантация многолетних бобовых трав оставляет в почве с корнями и пожнивными остатками 75–100 кг/т азота, т.е. больше, чем его используют из запасов почвы за вегетацию [13].

Наши исследования показали, что накопление общего и симбиотического азота люцерной за счет активности симбиоза изучаемых штаммов клубеньковых бактерий в экологических условиях подтаежной зоны Западной Сибири достаточно высоко. Наибольшую эффективность люцерна в фиксации атмосферного азота проявляла при инокуляции ее семян штаммами 912 и 913. В среднем за годы исследований количество фиксированного ею азота – 142–147 кг/га, коэффициент азотфиксации (К ф ) достиг 0,75, т.е. 75% надземной массы люцерна сформировала за счет биологического азота, тогда как в контрольном варианте достоверно меньше – 127 кг/га, К ф равнялся 0,72 (табл. 3).

Фиксация атмосферного азота люцерной с помощью клубеньковых бактерий, развивающихся в клубеньках на корнях растений, способствовала повышению ее урожайности. Однако предпосевная инокуляция ее семян заводскими штаммами клубеньковых бактерий обеспечила разную прибавку урожая в вариантах. Наивысшие показатели урожайности зеленой массы получены с применением штаммов 912 и 913, где урожайность зеленой массы превысила контроль на 2,8–5,1 т/га, или на 11,3–20,6% (табл. 4).

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)

AGRONOMY

Использование общего и симбиотического азота люцерной в зависимости от применяемых биопрепаратов (в среднем за 2016–2018 гг.)

Урожайность зеленой массы люцерны в зависимости от используемых биологических препаратов, т/га (в среднем по двум закладкам 2015, 2016 гг.)

Таблица 3

Вариант	Азот			К ф
	общий	симбиотический
	кг/га	кг/га	кг/т сухого в-ва
Без обработки (контроль)	175	127	22,3	0,72
Ризоагрин (штамм 204)	182	134	23,2	0,74
Штамм Кт-1	183	135	23,3	0,73
Штамм К-1	186	138	23,0	0,74
Штамм К-2	179	131	22,9	0,73
Штамм 912	190	142	23,5	0,75
Штамм 913	195	147	24,0	0,75
НСР 05	14	12	1,1	–

Таблица 4

Вариант	Год пользования травостоем			В среднем
	первый, 2016–2017	второй, 2017–2018	третий, 2018
				т/га	Прибавка к контролю, %
Без обработки (контроль)	20,8	26,6	26,9	24,8	–
Ризоагрин (штамм 204)	22,3	26,9	27,2	25,5	2,8
Штамм Кт-1	22,3	27,1	28,2	25,9	4,4
Штамм К-1	22,4	27,2	28,1	25,9	4,4
Штамм К-2	21,1	26,8	27,1	25,0	0,8
Штамм 912	21,2	29,4	32,1	27,6	11,3
Штамм 913	26,5	29,9	33,3	29,9	20,6
НСР 05	1,1	1,0	1,2	1,1	–

Повышенный сбор абсолютно сухого вещества на 0,30–0,43 т/га, или 5,4–7,9%, кормовых единиц, сырого протеина и обменной энергии (ОЭ) также наблюдался при применении для предпосевной обработки семян люцерны штаммов на основе ризотор-фина 912 и 913 (табл. 5).

Таблица 5

Продуктивность люцерны в зависимости от используемых штаммов клубеньковых бактерий (в среднем за 2016–2018 гг.)

Вариант	Абсолютно сухое вещество		Корм. ед.	Сырой протеин	ОЭ, ГДж/га
	Всего, т/га	Прибавка к контролю, %	т/га
Без обработки (контроль)	5,52	–	3,60	1,10	50,1
Ризоагрин (штамм 204)	5,74	3,9	3,67	1,20	51,5
Штамм Кт-1	5,78	4,7	3,66	1,23	51,8
Штамм К-1	5,76	4,3	3,65	1,22	51,7
Штамм К-2	5,60	1,5	3,65	1,17	51,2
Штамм 912	5,82	5,4	3,72	1,26	52,6
Штамм 913	5,95	7,9	3,77	1,27	52,9
НСР 05	1,08	–	1,07	0,10	1,1

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)                                                                       AGRONOMY

Заключение

При возделывании люцерны на полях, где раньше не проводился ее посев, для повышения азотфиксирующей способности и продуктивности культуры эффективна предпосевная инокуляция семян биологическими препаратами со специфическим штаммами азотфиксирующих бактерий. В подтаежной зоне Западной Сибири на серой лесной почве наибольший эффект при инокуляции семян люцерны оказывают клубеньковые бактерии с ассоциативными штаммами на основе ризоторфина – штаммы 912 и 913. Фиксация биологического азота люцерной в среднем за годы использования травостоя составила 142–147 кг/га, коэффициент азотфиксации (К ф ) достиг 0,75, урожайность зеленой массы – 27,6–29,9 т/га, или возросла по сравнению с контролем на 11,3– 20,6%.