Особенности ценотических отношений в одновидовых и смешанных посевах донника жёлтого (Melilotus officinalis L.)

Донник жёлтый ( Melilotus officinalis L .) – высокоурожайное растение семейства бобовые, обладающее высокой кормовой продуктивностью, зимостойкостью, скороспелостью, солеустойчиво-стью, ценен как предшественник и медоносное растение. Может служить важным кормовым резервом, обеспечивая получение до 16 – 18 т/га зелёной массы. В создании урожая зелёной массы донника большую роль играет листовая поверхность. В период роста и развития растений в листьях осуществляется важнейший процесс – фотосинтез. Общее накопление биомассы растений зависит от интенсивности фотосинтеза, коэффициента его эффективности и размера листовой поверхности. Интенсивность фотосинтеза, как известно, возрастает с увеличением содержания хлорофилла [1]. Однако остаётся не до конца выясненным вопрос взаимосвязи процесса фотосинтеза в смешанном бобово-злаковом агроценозе и эффективности этого процесса у компонентов данного ценоза.

Цель исследования: выяснение влияния компонентов смешанных доннико-злаковых посевов на эффективность фотосинтеза.

Материалы и методы исследования. Полевые исследования проводили в 2010-2012 гг. в СПК «Ветельный» Балашовского района Саратовской области. Почва опытных участков представлена чернозёмом обыкновенным среднегумусным, среднемощным, глинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса в пахотном слое

Макарова Татьяна Юрьевна, аспирантка составляло 5,8%, гидролизуемого азота – 100 мг/кг, подвижного фосфора – 122 мг/кг, обменного калия – 188 мг/кг почвы, рН (KCl) – 5,9. Высевался донник жёлтый – сорт Альшеевский, ячмень – сорт Донецкий 8. Учётная делянка – 5 м2, повторность 4-х кратная. Схема опыта представлена в табл. 1 и 2. Показатели фотосинтетической активности посевов определяли по Ничипоровичу [2], количество хлорофилла в листьях находили методом спиртовой вытяжки с использованием спектрофотометра СФ-26 (длины волн: λ=665 нм и λ=646 нм ) [1]; содержание сахаров определяли фенольным методом (длина волн λ=490 нм) [3]; содержание кумарина в листьях донника учитывалось по Смирновой-Гальчинской [4, 5]. Биопрепараты применяли для инокуляции семян: ризоторфин – для донника, флавобактерин – для ячменя (600 г на гектарную норму высева). Статистическую обработку данных проводили методом дисперсионного анализа [6].

Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что в смешанных доннико-злаковых агроценозах к фазе начала бутонизации донника вегетативная масса ячменя возрастает на 20,6% по сравнению с его одновидовым посевом. В целом общая биомасса выше у тех растений, где использовали ризоторфин: у донника на 10,7-11,9%; у ячменя на 26,2-34,5%. Интенсивность транспирации в смешанных агроценозах выше, чем в одновидовых посевах, особенно это прослеживается в донникоячменном ценозе с обработкой флавобактерином. Но рост интенсивности транспирации в двухкомпонентной системе выше у донника, чем у ячменя. Это, вероятно, связано с тем, что большинство измерений проводилось в дневное время. В смешанном посеве с обработкой флавобактерином и совместной обработкой ризоторфином наблюдаются самые высокие показатели интенсивности транспирации (ИТ), удельной листовой поверхности (УЛПР), а также показатели чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) (табл. 1).

Таблица 1 . Влияние ассоциативных бактерий на фотосинтетическую активность и интенсивность транспирации посевов (среднее за 2010-2012 гг.)

Важнейшее значение для образования хлорофилла имеют условия минерального питания, также для его синтеза необходимо снабжение растений азотом, так как этот элемент входит в состав хлорофилла. Показано, что внесение азотных удобрений вызывает повышение фотосинтетической деятельности растений. Можно предположить, что чем больше внесено удобрений, тем выше количество хлорофилла [1, 5, 7]. В работах В.А. Кретович, Г.С. Посыпанова, А.С. Кононова установлено, что небольшие дозы азота на ранних стадиях роста полезны для бобовых культур, так клетки на каждый грамм фиксации азота используют от 3 до 6 г углерода. Уникальные функции симбио-трофных организмов приобретают особое значение в связи с возможностью использования биологических механизмов питания растений азотом, что особенно важно в многокомпонентных агроценозах [7-9]. Исследования А.М. Гродзинского показали, что в полевых опытах с люпином и овсом происходил обмен меченой углекислотой. Начиная с фазы стеблевания, азотфиксирующая способность корневой системы увеличивается, и она снабжает растения азотистыми веществами. В последующие фазы вегетации растения клубеньковые бактерии получают углеводы, так как интенсивность фотосинтеза в этот период наиболее высокая [10].

В наших исследованиях на вариантах, где наблюдалось увеличение содержания хлорофилла в листьях донника, там возрастало и содержание этого пигмента в листьях ячменя. Из табл. 2 видно, что в смешанных посевах с обработкой флавобак-терином повышалась сумма хлорофиллов, эта же тенденция прослеживается на вариантах с обработкой ризоторфином и его совместного применения с флавобактерином.

Скорость роста биомассы зависит от двух величин – скорости роста массы растения на единицу площади листа и отношения площади листьев к биомассе растений. Опыты показали, что удельная листовая поверхность донника жёлтого в двухкомпонентной системе возросла на 36% по сравнению с этим показателем в одновидовых посевах. Листовая поверхность у ячменя в смешанных посевах увеличивалась на 47% по сравнению с контрольным вариантом. Вероятно, это также связано с количеством хлорофилла a и b.

Известно, что в процессе фотосинтеза хлорофилл а обеспечивает более высокую эффективность процесса превращения диоксида углерода и воды в органические вещества. Соотношение хлорофилла а к хлорофиллу b у донника составляет 5,12, а у ячменя 1,43, так как азотфиксирующие микроорганизмы способствуют более интенсивному процессу образования хлорофилла в бобовых культурах, поэтому донник является более продуктивным по биомассе, чем ячмень. Общеизвестно, что чем выше соотношение концентрации хлорофиллов a/b , тем ниже жароустойчивость растений. В наших опытах можно утверждать, что биопрепараты повышали жароустойчивость смешанных посевов донника и ячменя, это положительно отразилось на их продуктивности.

При определении в листьях смешанных посевов сахаров оказалось, что их содержание было выше на вариантах с обработкой семян флавобак-терином и ризоторфином. Повышение составило у донника – от 15,3 до 46,1%; у ячменя – от 5,2 до 31,5%. Таким образом, биопрепараты увеличивали содержание водорастворимых сахаров в листьях доннико-злакового травостоя.

Физиологическая роль кумарина до конца не установлена. Известно, что кумарины участвуют в регулировании роста растений, являясь антагонистами ауксинов, поглощают ультрафиолетовые лучи, защищая молодые растения от чрезмерного солнечного облучения и предохраняют их от вирусных заболеваний. Однако содержание гликозида кумарина придаёт сену донника горьковатый вкус, а при неправильном его хранении кумарин превращается в дикумарин и может вызвать отравление животного. Установлено, что смешанные посевы снижают содержание этого гликозида до трёх баллов, а применение биопрепаратов в этом агроприёме – до двух баллов, хотя надо отметить это происходит в первых год жизни донника, во второй год рассматриваемый показатель был ниже трёх баллов.

Таблица 2 . Влияние ассоциативных бактерий на содержание в листьях пигментов, сахаров и кумарина (среднее за 2010-2012 гг.)

Выводы: наши исследования показывают, что в смешанных посевах в результате затенения растений ячменя донником увеличивается общая сумма хлорофиллов в листьях при снижении в 2,5 раза отношения хлорофилла а к хлорофиллу b . Установлено, что чистая продуктивность фотосинтеза и интенсивность транспирации выше в двухкомпонентных посевах по сравнению с однокомпонентными, показывая зависимость продуктивности фотосинтеза от количества хлорофилла. Таким образом, количество синтезируемого хлорофилла показывает направленность процесса фотосинтеза и его величину в сторону многокомпонентных систем. Доннико-злаковый травостой с применением биоудобрений увеличивает содержание в листьях водорастворимых сахаров и снижает концентрацию кумарина в растениях донника жёлтого.