Продуктивность и азотфиксирующая способность козлятника восточного при предпосевной обработке семян разными штаммами клубеньковых бактерий в подтаежной зоне Западной Сибири

В современных условиях в основе деятельности человека обязательным становится принцип экологической рациональности, включающий разработку и практическое использование систем, технологий и способов, обеспечивающих получение экологически безопасных продуктов питания, продукции растениеводства и животноводства.

Высокая антропогенная нагрузка на агроценозы, связанная с обработкой почвы, применением минеральных удобрений и средств защиты растений, при неумелом их использовании приводит к деградации почвенного покрова, снижению функционирования фитоценозов и качества урожая.

Интенсивность деградации земель, снижение естественного плодородия почв в стране сейчас значительно опережают темпы проведения экологических мероприятий. Такая тенденция характерна и для агроландшафтов Омской области. Для улучшения экологической ситуации в агроэкосистемах необходимо проведение различных мероприятий, ориентированных на биологизацию и экологизацию земледелия, при которых активно разрабатываются и внедряются биологические методы ведения сельского хозяйства [13].

Сущность биологизации земледелия состоит в обогащении почвы органическим веществом и укреплении энергетики почвенного покрова, вовлечении ресурсов биологического азота бобовых растений посредством симбиотической азотфиксации его из атмосферы и усиления конкурентоспособности полевых культур по отношению к сорному компоненту. Биологизация интенсификационных процессов в земледелии предусматривает освоение севооборотов, насыщенных многолетними бобовыми травами, для сохранения и повышения плодородия почвы и использование бактериальных и органических удобрений.

Одним из приемов, способствующих увеличению размеров симбиотической азот-фиксации многолетних бобовых трав, а также повышению урожайности, является предпосевная обработка семян клубеньковыми бактериями – нитрагинизация. Продуктивность бобовых культур при этом повышается на 5–20%, в вегетативной массе возрастает содержание протеина, увеличивается его выход с единицы площади. Эффективность нитрагинизации бобовых во многом зависит от подбора штаммов клубеньковых бактерий, используемых для приготовления нитрагина. Они должны обладать достаточной продуктивностью азотфиксации, вирулентностью и конкурентоспособностью [10].

В Сибири с каждым годом все более широкое распространение находит новая для региона многолетняя бобовая культура – козлятник восточный (Galega orientalis L.). Данное растение выгодно выделяется рядом ценных хозяйственных и экологических биологических особенностей. Одна из них – способность долго расти на одном месте (10 и более лет) без изреживания и снижения продуктивности, вторая – способность к интенсивной азотфиксации, что позволяет экономить дорогостоящие азотные удобрения [14].

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

Методика исследований

Исследования проводили в 2016–2018 гг. в подтаежной зоне Омской области на опытном поле отдела северного земледелия ФГБНУ «Омский АНЦ». Почва серая лесная с тяжелосуглинистым гранулометрическим составом. В пахотном слое почва 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 в почве подвижного фосфора (8,4–9,4 мг/100 г почвы) и обменного калия (8,2–9,1 мг/100 г почвы) (по Кирсанову) – среднее.

Скарифицированные семена козлятника восточного сорта Горноалтайский 87 перед посевом инокулировали штаммами клубеньковых бактерий: ризоагрином – штаммом 204 (создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobacterium (A. radiobacter, штамм 204) и штаммами К-1, К-2, Кт-1, 912, 913 на основе ризоторфина, конроль – без обработки препаратом. Биопрепараты получены из ВНИИСХ микробиологии.

Посев козлятника проводили во второй декаде мая сеялкой СН-16 на глубину 1,5–2,0 см обычным рядовым способом (через 15 см) с нормой высева 4 млн всхожих семян/га. Участок после посева прикатывали кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6. Для исследования биологической азотфиксации использовали метод сравнения с небобовым растением – кострецом безостым. Принцип метода базируется на предположении, что при идентичных условиях возделывания определенных видов бобовых и злаковых культур количество взятого ими азота из почвы примерно одинаково [7].

Учетная площадь делянки 20 м², повторность четырехкратная. В исследованиях использовали методику ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса [16]. Статистическую обработку опытных данных проводили методом дисперсионного и корреляционного анализа [15].

Результаты и их обсуждение

Проведение посева вовремя (15 мая), благоприятные погодные условия и запасы продуктивной влаги положительно повлияли на раннее появление всходов. В среднем по вариантам всходы появились на 11–13-е сут (26–28 мая), после посева. В вариантах с применением биологических препаратов всходы интенсивнее росли и развивались, что в дальнейшем способствовало раннему формированию первого настоящего листа по сравнению контролем. Так, в вариантах с применением биологических препаратов на 9–12 сут после всходов образовался первый настоящий лист, а через 18–20 сут наблюдалось полное стеблевание растений, что прежде всего повлияло на раннее формирование корневых отпрысков. Наибольшее число отпрысков (4–8 шт.) козлятник формировал на каждом растении в вариантах с обработкой его семян биопрепаратом «ризоаг-рин» и штаммом 912 (рисунок). К окончанию вегетационного периода корневая система козлятника в первый год жизни проникала в почву на глубину 20–27 см. Самая разветвленная корневая система формировалась в вариантах с обработкой семян биологическими препаратами 912 и 913. Биопрепараты способствовали хорошему ветвлению корневой системы и обеспечивали быстрое проявление боковых корней первого порядка, где их насчитывалось от четырех до десяти. По длине главного корня (19,1–19,5 см) выделялись растения, которые при использовании биологических препаратов Кт-1 и 912 превосходили контроль на 3,2–3,6 см.

Формирование травостоя и корневой системы козлятника восточного первого года жизни под действием биологических препаратов

Существенное влияние биопрепараты оказали на увеличение массы корневой системы. Так, при массе корневой системы одного растения на контроле 1,14 г при применении различных биопрепаратов она возрастала до 1,49–1,96 г. Наибольший эффект был отмечен в вариантах с применением штаммов 912 и 913, где масса корней одного растения составляла 1,87–1,96 г.

В первый год жизни козлятник восточный имел слабую азотфиксацию, поскольку в год посева он очень медленно рос и только к концу вегетации на его корнях наблюдалось многочисленное образование клубеньков.

Наблюдения за ростом клубеньков на корнях козлятника в первый год жизни показали, что обеспеченность растений дополнительными биологическими препаратами существенно повысили число клубеньков на одном растении. Максимальное их число к окончанию вегетации растений наблюдалось при предпосевной обработке семян штаммами 912 и 913, где превышение над контролем составляло 54 и 74 шт. на одно растение, при общей их массе с десяти растений 0,12–0,14 г (табл. 1).

Хорошее формирование корневой системы козлятника сказалось в первый год на росте и развитии его надземной части. Биопрепараты способствовали лучшему росту растений, высота которых к окончанию вегетации достигала 26,4–28,2 см, на контроле лишь 18,2 см.

Таблица 1

Влияние биологических препаратов на образование клубеньков на корневой системе козлятника восточного первого года жизни

Вариант	Число клубеньков, шт./ растение	Масса клубеньков с десяти растений, г
Без обработки (контроль)	51	0,05
Ризоагрин (штамм 204)	84	0,10
Штамм Кт-1	71	0,08
Штамм К-1	79	0,09
Штамм К-2	65	0,07
Штамм 912	105	0,12
Штамм 913	125	0,14

На второй год жизни отрастание козлятника наблюдалось 8–10 мая. В конце второй декады июня проводили скашивание травостоя. Период формирования урожая составил 42 суток. В полевых условиях на рост и развитие растений козлятника наибольшее влияние оказали препараты 912 и 913. В среднем за 2016–2018 гг. высота козлятника перед уборкой составляла 91–92 см, что превышало контроль на 9–10 см. Также биопрепараты оказали заметное действие на массу одного побега, она составила 28–29 г, или превосходила контроль на 3–4 г (табл. 2).

Наблюдалась определенная закономерность в формировании травостоя козлятника восточного. В первые два года жизни отмечено интенсивное его кущение и увеличение густоты травостоя, снижение доли сорной растительности. Засоренность посева козлятника в первый год достигала 35–40% (высокая степень), в последующие годы она понижалась, в контрольном варианте до средней, а с применением биологических препаратов – до слабой. В вариантах с использованием препаратов 912 и 913 отмечалась наименьшая (7,6–7,7%) засоренность посева (на 1,3–1,4% меньше контроля). При этом была и максимальная густота травостоя, 187–195 побегов/м², что превышало контроль на 22–30 шт./м² (табл. 2).

Таблица 2

Влияние биопрепаратов на биометрические показатели козлятника восточного (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)	82	25	39	165	9,0
Ризоагрин (штамм 204)	88	27	42	180	8,4
Штамм Кт-1	87	27	41	170	8,8
Штамм К-1	88	27	42	174	8,7
Штамм К-2	85	26	40	168	8,9
Штамм 912	91	28	43	187	7,7
Штамм 913	92	29	44	195	7,6

Показатели фотосинтетической деятельности позволяют оценить влияние процесса фотосинтеза на формирование урожайности козлятника. Во все годы исследований препараты оказали положительное действие на фотосинтетическую деятельность культуры. Площадь листьев козлятника в процессе вегетации возрастала. Так, на третий год жизни в начале цветения отмечены максимальные ее значения. Площадь листьев при применении биопрепаратов 912 и 913 превышала контроль на 2,8–3,3 тыс. м²/га, а вместе с ней возрастали ФП и ЧПФ, достигая максимальных значений – 2,4–2,5 млн м² сут/га и 3,8–3,9 г/м² сут (табл. 3).

Таблица 3

Фотосинтетическая деятельность козлятника восточного в зависимости от применяемых биопрепаратов (в среднем по двум закладкам 2015, 2016 гг.)

Вариант	Площадь листьев, тыс. м2/га			ФП, млн м2 сут/га			ЧПФ, г/м2 сут
	Год жизни
	1-й	2-й	3-й	1-й	2-й	3-й	1-й	2-й	3-й
Без обработки (контроль)	46,5	85,2	85,9	2,6	1,5	1,6	1,1	3,0	3,2
Ризоагрин (штамм 204)	46,9	86,8	88,6	2,8	2,1	2,2	1,4	3,3	3,7
Штамм Кт-1	46,8	86,2	86,2	2,7	1,9	1,8	1,3	3,2	3,5
Штамм К-1	46,9	86,4	87,6	2,8	2,0	1,8	1,3	3,3	3,6
Штамм К-2	46,8	85,8	86,1	2,7	1,8	1,7	1,2	3,1	3,3
Штамм 912	47,7	87,3	88,7	3,0	2,1	2,4	1,5	3,4	3,8
Штамм 913	47,9	88,5	89,2	3,1	2,2	2,5	1,6	3,7	3,9

Способность бобовых трав образовывать мощную корневую систему является важным фактором формирования и сохранения продуктивного долголетия. Наблюдения и учеты показали, что на второй год жизни к концу вегетации наиболее развитую корневую систему имели растения в вариантах с инокуляцией семян биопрепаратами. С возрастом корневая система козлятника увеличивалась, особенно высокие темпы ее нарастания наблюдались в вариантах с обработкой семян биопрепаратами 912 и 913. Так, на третий год жизни масса корней козлятника в слое почвы 0–30 см составляла 9,6–9,7 т/га, или превышала контроль на 0,7–0,8 т /га. Остальные биопрепараты в разной степени влияли на развитие корневой системы козлятника. Распределение корней в слое почвы 0–10 см по вариантам было равномерное, но в слое 10–20 см их было несколько больше при использовании биопрепаратов. Основная масса корней (59–62%) находилась в слое почвы 0–10 см (табл. 4).

Таблица 4

Влияние биопрепаратов на накопление корневой массы козлятника восточного (в среднем по двум закладкам 2015, 2016 гг.)

Вариант	Корней в слое почвы 0–30 см по годам жизни, т/га			Распределение корневой массы (%) по слоям почвы на третий год жизни, см
	1-й	2-й	3-й	0–10	10–20	20–30
Без обработки (контроль)	2,1	6,3	8,9	59	30	11
Ризоагрин (штамм 204)	2,6	6,6	9,4	62	33	5
Штамм Кт-1	2,3	6,5	9,2	61	32	7
Штамм К-1	2,4	6,5	9,3	61	32	7
Штамм К-2	2,2	6,4	9,1	60	31	9
Штамм 912	2,7	6,7	9,6	62	33	5
Штамм 913	2,8	6,8	9,7	62	34	4
НСР 05	0,6	1,4	1,5

В почвах Нечерноземной зоны обычно имеются клубеньковые бактерии, которые вступают в симбиоз с растениями козлятника. Однако исследования показали, что использование заводских штаммов бактерий способствует повышению азотфиксации и урожайности многолетних бобовых трав [9]. Изучаемые биологические препараты в разной степени влияли на накопление общего и симбиотического азота козлятником восточным.

В первый год жизни козлятник отличался слабой азотфиксацией. На второй год жизни с формированием им более развитой корневой системы и хорошего на ней симбиотического аппарата азотфиксация и урожайность возрастали. Повышенную азот-фиксацию он проявлял при обработке семян штаммами 912 и 913. В среднем за годы исследований количество фиксированного азота составляло 187–192 кг/га, при этом коэффициент азотфиксации (К ф ) достигал 0,79–0,80. В контрольном варианте количество фиксированного симбиотического азота равнялось 160 кг/га при К ф – 0,76 (табл. 5).

Таблица 5

Действие биопрепаратов на симбиотическую активность козлятника восточного (в среднем за 2016–2018 гг.)

Вариант	Азот			К ф
	Общий	Симбиотический
	кг/га	кг/га	кг/т сухого вещества
Без обработки (контроль)	208	160	23,4	0,76
Ризоагрин (штамм 204)	230	182	25,9	0,79
Штамм Кт-1	218	170	24,5	0,78
Штамм К-1	224	176	25,2	0,78
Штамм К-2	213	165	23,9	0,77
Штамм 912	235	187	26,4	0,79
Штамм 913	240	192	26,8	0,80

Предпосевная обработка семян козлятника восточного шестью штаммами клубеньковых бактерий обеспечила разную прибавку урожая. Наиболее заметное действие штаммов 912 и 913 отмечено на третий год жизни, когда хорошо сформированная корневая система способствовала развитию надземной части растений и наблюдалось ранее наступление фаз бутонизации и цветения. Урожайность зеленной массы козлятника в данных вариантах составила 26,8–27,5 т/га, что существенно превышало контроль, на

Урожайность зеленой массы козлятника восточного в зависимости от используемых биологических препаратов, т/га

Вариант	Год пользования травостоем			Прибавка к контролю, %
	Второй (2016–2017)	Третий (2017–2018)	В среднем
Без обработки (контроль)	18,6	25,2	21,9	–
Ризоагрин (штамм 204)	20,1	26,3	23,2	5,9
Штамм Кт-1	19,2	25,9	22,5	2,7
Штамм К-1	19,6	26,1	22,8	4,1
Штамм К-2	18,8	25,7	22,2	1,4
Штамм 912	20,3	26,8	23,5	7,3
Штамм 913	20,5	27,5	24,0	9,6
НСР 05	0,7	1,2

Максимальный сбор абсолютно сухого вещества (5,10–5,79 т/га), кормовых единиц (3,78–3,82 т/га), сырого протеина (1,23–1,25 т/га) и обменной энергии (ОЭ) (51,3– 52,5 ГДж/га) также наблюдался при предпосевной обработке семян козлятника восточного штаммами 912 и 913 (табл. 7).

Таблица 7

Продуктивность козлятника восточного 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)	4,21	–	3,65	1,12	47,8
Ризоагрин (штамм 204)	4,85	15,2	3,72	1,20	50,6
Штамм Кт-1	4,52	7,3	3,68	1,15	50,1
Штамм К-1	4,63	9,9	3,70	1,18	50,2
Штамм К-2	4,31	2,4	3,66	1,14	47,9
Штамм 912	5,10	21,1	3,78	1,23	51,3
Штамм 913	5,79	35,5	3,82	1,25	52,5
НСР 05	1,12		1,10	0,10	1,1

Заключение

При возделывании козлятника восточного в новых районах обязательным агротехническим приемом, способствующим активному росту и развитию растений в первый и последующие годы жизни, является инокуляция скарифицированных семян культуры биологическими препаратами. В условиях подтаежной зоны Омской области наиболее эффективными для обработки семян этой культуры являются штаммы клубеньковых бактерий на основе ризоторфина – 912 и 913.

Фиксация биологического азота козлятником восточным на серой лесной почве составляет 187–192 кг/га, урожайность зеленной массы в среднем 23,5–24,0 т/га или возрастает по сравнению с контролем на 7,3–9,6%, К ф равен 0,79–0,80.

A.F. Stepanov 1, S.Yu. Khramov 21Оmsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk2Оmsk Аgrаrian Scientific Center, Omsk

Productivity and nitrogen-fixing ability of Eastern galega during pre-sowing seed