Влияние минеральных удобрений на формирование симбиотического аппарата и усвоение азота воздуха соей в условиях центрального района нечернозёмной зоны РФ

The different doses of nitrogen fertilizers (N 30 , N 60 and N 90 kg per ha) were studied. The research showed that the nitrogen fertilizers increase the accumulation of nitrogen by soybean sowings, but they suppress the formation of symbiotic apparatus and decrease air nitrogen consumption the stronger the higher their dose is. The fractional introduction of nitrogen fertilizers does not have an advantage over the single before-sowing introduction of an entire dose. The share of air nitrogen in total accumulation in a variant with application K 60 VMo was 63.3%, in variants with the nitrogen fertilizers it was lowered: at a dose N 60 kg per ha – up to 45.0%, at a dose N 90 kg per ha – up to 38.8%.

Введение. Одним из основных факторов активного усвоения азота воздуха бобовыми культурами в симбиозе с клубеньковыми бактериями является оптимальная обеспеченность растений элементами минерального питания. Многими исследованиями показано, что применение фосфорных и калийных удобрений, а также микроэлементов бора и молибдена приводит к усилению формирования симбиотического аппарата и увеличению размеров симбиотической азотфиксации и урожайности бобовых культур [1; 3; 4]. Дискуссионным остаётся вопрос о целесообразности применения под бобовые культуры азотных удобрений. В питании бобовых культур наблюдается синергизм и антагонизм минерального и симбиотического азота. Синергизм проявляется в том, что бобовые культуры используют одновременно и минеральный азот почвы, и симбиотически усвоенный азот воздуха. При этом считается, что и бобовые, и небобовые культуры в одинаковых условиях и при одинаковой продолжительности вегетационного периода потребляют приблизительно одинаковое количество почвенного азота, а симбиотическая азот-фиксация является для бобовых дополнительным его источником [5]. Если в почвенном растворе высокая концентрация минерального азота, то симбиотическое усвоение азота воздуха уменьшается или вовсе прекращается. Объясняется это тем, что усвоение азота из почвенного раствора – процесс менее энергоёмкий, чем усвоение молекулярного азота в симбиозе с клубеньковыми бактериями [6;7]. В этом проявляется антагонизм минерального и симбиотического азота.

Материалы и методы . Нами были проведены исследования по изучению влияния разных доз азотных удобрений (N 30 , N 60 и N 90 кг/га) и разных способов их внесения (допосевное и допосевное + подкормка) на активность симбиотической фиксации атмосферного азота соей на низкогумусированной дерново-подзолистой почве и на темно-серой лесной почве в условиях Центрального района Нечерноземной зоны в 2007–2010 гг.

В Рязанском НИИСХ почва опытного участка темно-серая лесная, тяжелосуглинистая по гранулометрическому составу. Реакция почвенного раствора рН сол. 5,25, гидролитическая кислотность (рН гидролит.) – 4,92 мг-экв/100 г, содержание гумуса – 5,3 % (по Тюрину), подвижного фосфора – 340 мг/кг почвы (по Кирсанову), обменного калия – 192 мг/кг почвы (по Кирсанову), азота валового – 0,25 %, азота гидролизуемого – 122,8 мг/кг.

На опытном поле Калужского филиала РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева почва опытного участка дерново-подзолистая супесчаная. Содержание гумуса 1,2–1,3 % (по Тюрину), подвижного фос- фора – 230–250 мг/кг, обменного калия – 71–84 мг/кг почвы (по Кирсанову), бора – 0,4–0,5 мг/кг (в водной вытяжке), молибдена – 0,15–0,27 мг/кг (в оксалатной вытяжке), рНсол. 5,6–5,8.

Схема опыта: 1. Контроль – без удобрений; 2. К 60 ; 3. К 60 ВМо – совместное применение микроэлементов и калийных удобрений – фон; 4. К 60 ВМоN 30 – «стартовая» доза минерального азота; 5. К 60 ВМоN 60 – средняя доза минерального азота; 6. К 60 ВМоN 90 – повышенная доза минерального азота; 7. К 60 ВМоN 30 + N 30 – дробное внесение средней дозы азота; 8. К 60 ВМоN 60 + N 30 – дробное внесение по-вышенной дозы азота.

Опыт заложен методом рендомизиро-ванных повторений в 4-кратной повторности, учетная площадь делянки 25 м 2 . Согласно схеме опыта калийные, азотные и борные удобрения вносили весной под культивацию; в вариантах 7 и 8 дополнительно вносили в подкормку в фазе начала ветвления азотные удобрения в дозе N 30 кг/га. Молибденовые удобрения применяли для обработки семян перед посевом из расчета 50 г молибденовокислого аммония на гектарную норму семян. Фосфорные удобрения в опыте не применялись, так как естественный фосфорный фон был высоким. Высевали сою сорта Магева семенами, представленными Рязанским НИИСХ [8]. Способ посева широкорядный, с шириной междурядий 45 см. Норма высева сои 600 тыс. всхожих семян на 1 га. Семена перед посевом обрабатывали ризоторфином для сои, штамм ризобий 636А.

Определяли накопление сухого вещества, количество и массу клубеньков по фазам развития [9], содержание азота в растениях сои – методом Къельдаля. Расчёт симбиотически усвоенного азота воздуха проводили методом сравнения с небобовой культурой – подсолнечником [5].

Результаты и обсуждение. Первые клубеньки на корнях сои формировались на 7–10-й день после всходов. Располага- лись они на центральном корне и на боковых корнях вблизи центрального корня на глубине 5–10 см. Уже в фазе третьего тройчатосложного листа количество клубеньков достигало 32–40 % от максимального количества за вегетацию. Формирование    новых    клубеньков продолжалось до фазы налива семян. Применение калийных удобрений обеспечивало увеличение количества клубеньков в первой половине вегетации на 20,4–24,9  % по сравнению с контролем, а к периоду налива семян различия сглаживались. Микроэлементы бор и молибден стабильно увеличивали количество клубеньков по сравнению с калийным фоном на 18,2–21,2 % в течение всей вегетации (табл. 1). Азотные удобрения снижали количество клубеньков по сравнению с фоном К60ВМо тем сильнее, чем выше их доза. При дозе минерального азота N30 снижение составило 15,7–19,0 %, при дозе N60 – 16,0–25,0 %, при дозе N90 – 34,3–37,2 %.

Таблица 1

Динамика количества и массы клубеньков

Среднее за 2007–2010 гг.

Вариант	Количество клубеньков, шт./раст.			Масса сырых клубеньков, г/раст.
	3-й тройчатый лист	цвете-ние	налив семян	3-й тройчатый лист	цвете-ние	налив семян
1. Контроль	13,7	23,7	42,8	0,19	0,38	0,75
2. К 60	16,5	29,6	42,3	0,23	0,59	1,01
3. К 60 ВМо – фон	20,0	35,0	50,7	0,33	0,65	1,16
4. Фон N 30	16,2	29,5	41,3	0,23	0,56	1,00
5. Фон N 60	15,0	28,3	42,6	0,18	0,52	0,85
6. Фон N 90	13,4	22,0	33,3	0,14	0,38	0,73
7. Фон N 30 + N 30	14,7	25,7	30,0	0,20	0,43	0,71
8. Фон N 60 + N 30	14,1	20,0	25,0	0,17	0,26	0,68

При дробном внесении азотных удобрений снижение количества клубеньков было более сильным, чем при внесении всей дозы до посева. Так, при дробном внесении азота в дозе N60 до посева + N30 в подкормку количество клубеньков снизилось по сравнению с допосевным внесением всей дозы (N90) на 9,1 % в фазе цветения и на 25,0 % в фазе налива семян. Объясняется это тем, что подкормка азотными удобрениями повышает концентрацию азота в почвенном растворе, что не стимулирует растения сои к формированию новых клубеньков.

Формирование массы клубеньков в начале вегетации наиболее интенсивно проходило под влиянием микроэлементов бора и молибдена, прибавка к калийному фону составила 43,5 %. Однако в период цветения – налива семян выше оказалась эффективность калийных удобрений – прибавка по сравнению с контролем составила 34,7–55,3 %, в то время как прибавка от микроэлементов по сравнению с калийным фоном находилась в пределах 10,2–14,9 %. Азотные удобрения в начале вегетации снижали массу клубеньков в большей степени, чем их количество. Так, масса клубеньков в фазе третьего    тройчатосложного    листа снизилась по сравнению с фоном К60ВМо при дозе минерального азота N30 кг/га на 30,3 %, N60 – на 45,5 %, N90 – на 57,6 %, в то время как количество клубеньков снизилось соответственно на 19,0, 25,0 и 34,5 %. В фазе цветения снижение массы и количества клубеньков было пропорциональным. Дробное внесение азотных удобрений (N30 + N30 и N60 + N30) приводило к снижению массы клубеньков в фазе цветения соответственно на 17,6 и 31,6 % по сравнению с разовым допосев-ным внесением K60BMoN60 и K60BMoN90.

Интересная картина наблюдается по средней массе одного клубенька. В начале вегетации только микроэлементы бор и молибден способствуют её увеличению, калийные удобрения не оказывают на неё влияния, а азотные удобрения снижают её тем сильнее, чем выше доза азота (табл. 2). В фазе цветения средняя масса клубенька в вариантах с дозой азотных удобрений N30 и N60 кг/га увеличивается до уровня варианта К60ВМо, а в вариантах с дозой азота N90 кг/га и с дробным внесением азотных    удобрений    наблюдается cнижение ее на 9,5–31,6 %. В период налива семян в вариантах с допосевным внесением азотных удобрений удельная масса клубенька находится на уровне варианта К60ВМо, а в вариантах с дробным внесением азотных удобрений она выше фона. Вероятно, это связано с тем, что в вариантах с дробным внесением азотных удобрений поступление продуктов фотосинтеза опережает образование новых клубеньков.

Таблица 2

Влияние микроэлементов, доз азотных удобрений и способов их внесения на динамику увеличения средней массы одного клубенька в онтогенезе сои

Среднее за 2007–2010 гг.

Вариант	Средняя масса одного клубенька, мг, по фазам
	3-й тройчатосложный лист	цветение	налив семян
1. Контроль	13,8	16,0	17,5
2. К 60	13,9	1 9 ,9	23,9
3. К 60 ВМо – фон	16,5	18,6	2 2,9
4. Фон N 30	14,2	19,0	24,2
5. Фон N 60	12,0	18,4	2 0 ,0
6. Фон N 90	10,4	17,2	21,9
7. Фон N 30 + N 30	13,6	16,7	23,7
8.Фон N 60 + N 30	12,1	13,0	27,2

Данная картина наглядно иллюстрирует период перехода растений сои на симбиотрофный тип азотного питания в зависимости от доз азотных удобрений. При дозе минерального азота N 30 кг/га этот переход происходит в начале цветения, при дозе N 60 кг/га – в период цветения, при дозе N 90 кг/га – в начале налива семян, при дробном внесении азотных удобрений – в период налива семян.

Максимальное накопление азота в растениях сои наблюдалось в период полного налива семян, когда листья ещё не начали осыпаться. В контроле накопление азота составило в среднем за четыре года исследований 117 кг/га, в варианте К 60 ВМо оно возросло до 158 кг/га, или на 35,0 %. В вариантах с азотными удобрениями максимальное накопление азота было выше, чем в варианте К 60 ВМо: при дозе N 60 кг/га – на 13 кг/га (+8,2 %), при дозе N 90 кг/га – на 25 кг/га (+15,8 %). Дробное внесение азотных удобрений не имело преимущества перед одноразовым внесением всей дозы до посева (табл. 3).

Таблица 3

Активность симбиотической фиксации азота воздуха сои

Среднее за 2007–2010 гг.

Вариант	Накопление азота в биомассе, кг/га	Источники азота			Доля азота воздуха, %
		почва	удобрения	атмосфера
1.   Контроль	1 1 7	58	-	59	50,4
2. К 60 ВМо – фон	158	58	-	10 0	63, 3
3. К 60 ВМо N 60	171	58	36	7 7	45,0
4. К 60 ВМо N 90	183	58	54	71	38, 8
5. К 60 ВМо N 60 + N 30	181	58	54	69	38,1

Расчет усвоения азота воздуха проводили методом сравнения с не бобовой культурой – подсолнечником, делянки которого размещались рендомизировано с делянками сои. В среднем за четыре года исследований усвоение азота подсолнечником составило 58 кг/га. Предполагали, что такое же количество азота усвоила из почвы и соя. Для расчёта усвоения азота удобрений применяли коэффициент 0,6 [10].

Количество симбиотически усвоенного азота воздуха определяли как разницу между накопленным азотом и потребленным из почвы и удобрений. Согласно расчетам, усвоение азота воздуха на контроле составило 59 кг/га, в варианте К 60 ВМо оно возросло до 100 кг/га (+69,5 %), в вариантах с азотными удобрениями оно было ниже фонового при дозе N 60 – на 23 кг/га, при дозе N 90 – на 29 кг/га, при дробном внесении (N 60 + N 30 ) – на 31 кг/га. Доля азота воздуха в общем накоплении в варианте с К 60 ВМо составила 63,3 %, в вариантах с азотными удобрениями она снизилась: при дозе N 60 – до 45,0 %, при дозе N 90 – до 38,8 %.

Заключение. В результате исследований установлено, что азотные удобрения увеличивают накопление азота посевами сои, но угнетают формирование симбиотического аппарата и уменьшают размеры усвоения азота воздуха тем сильнее, чем выше их доза. Дробное внесение азотных удобрений не имеет преимущества перед 51

разовым допосевным внесением всей дозы.