Азотфиксирующая способность клевера лугового и люцерны синегибридной в связи с применением минеральных удобрений в лесостепи Зауралья (стр. 1 )

На правах рукописи

ВАЛИАХМЕТОВА Юлия Зуфаровна

АЗОТФИКСИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО И ЛЮЦЕРНЫ СИНЕГИБРИДНОЙ В СВЯЗИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ЛЕСОСТЕПИ ЗАУРАЛЬЯ

06.01.09 – растениеводство

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук

Курган – 2009

Диссертационная работа выполнена в Институте агроэкологии – филиале ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук,

доцент

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник

Ведущая организация: ГНУ «Челябинский НИИСХ»

Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится « 14 » декабря 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета КМ 220.039.01 при Курганской государственной
сельскохозяйственной академии имени

Адрес: Курганская область, Кетовский район, п. КГСХА, Курганская сельхозакадемия, зал заседаний Ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курганской
государственной сельскохозяйственной академии имени

Автореферат разослан « 10 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перед растениеводством остро стоит проблема кормового белка, в решении которой большая доля отводится многолетним бобовым травам. Их азотфиксирующая способность позволяет накопить в биомассе урожая до 350 кг/га азота, при этом обеспечивается снижение энергозатрат, экономия материальных ресурсов, получение дешевого сбалансированного по аминокислотному составу белка. Изучению механизма азотфиксации и продуктивности бобовых культур посвящено множество фундаментальных работ , , и многих других ученых. При благоприятных условиях и соблюдении агротехники урожайность сухой массы многолетних бобовых трав составляет 7-9 т/га, в том числе 1,5-2,5 т/га белка. В фазу укосной спелости бобовые травы содержат сырого протеина в 1,5 раза больше, а переваримого протеина в 1,7 раза больше, чем злаковые травы. Уровень агротехники многолетних бобовых трав в настоящее время не способствует реализации получения высокобелковых кормов, за счет их биологического потенциала. Оптимизация режима питания, обеспечивая максимальную азотфиксацию и получение продукции высокого качества с минимальными затратами, является актуальным направлением исследований.

Цель исследований. Оценить влияние минеральных удобрений на азотфиксирующую способность клевера лугового и люцерны синегибридной, а также симбиотического азота на формирование урожая и качество корма.

Задачи исследований:

– изучить влияние фосфорных, калийных и азотных минеральных удобрений на рост, развитие и формирование продуктивности клевера лугового и люцерны синегибридной;

– установить состав минеральных удобрений, обеспечивающий максимальную активность бобово-ризобиального симбиоза и фиксацию атмосферного азота в посевах клевера и люцерны;

– оценить влияние симбиотического азота на фотосинтетическую активность, урожайность и питательную ценность корма клевера и люцерны;

– дать экономическую и энергетическую оценку роли симбиотической жизнедеятельности клубеньковых бактерий в процессе роста и развития клевера и люцерны.

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепной зоны Зауралья изучена роль симбиотического азота клубеньковых бактерий клевера лугового и люцерны синегибридной в формировании урожая и качества корма. Установлен оптимальный состав минеральных фосфорно-калийных удобрений, обеспечивающий максимальную азотфиксирующую способность клевера и люцерны. Изучено формирование бобово-ризобиального и листового аппаратов при разных уровнях минерального питания, дана экономическая и энергетическая оценка азотфиксирующей способности многолетних бобовых трав в условиях лесостепной зоны Зауралья.

Практическая значимость работы. В условиях лесостепной зоны Зауралья на черноземе выщелоченном среднемощном тяжелосуглинистого гранулометрического состава установлено, что при оптимальном режиме фосфорно-калийного питания симбиотическим азотом клевер обеспечен на 40 %, люцерна на 60 %. Практическое использование азотфиксирующей способности этих бобовых культур обеспечивает высокую экономическую и энергетическую эффективность. Рекомендации по рациональному использованию минеральных удобрений при возделывании многолетних бобовых трав реализованы в период гг. на полях сельскохозяйственной артели «Колос» Челябинской области на площади 198,5 га.

Положения, выносимые на защиту:

– в условиях лесостепной зоны Зауралья за счет симбиотической деятельности клубеньковых бактерий бобовых многолетних трав потребность в азоте клевера лугового обеспечивается на 40 %, люцерны синегибридной на 60 %;

– максимальная симбиотическая фиксация атмосферного азота за три года пользования трав достигается на фоне применения Р120-240К150 под клевер луговой и Р90-180К105 под люцерну синегибридную. Азотные удобрения снижают азотфиксирующую способность трав;

– оптимизация азотфиксирующей способности клевера лугового и люцерны синегибридной способствует улучшению химического состава, повышению качества корма, увеличению экономической и энергетической эффективности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-методической конференции Института агроэкологии «Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения»; на международной научно-технической конференции «Перспективные направления научных исследований молодых ученых Урала и Сибири» (г. Троицк, 2004); на LXV Всероссийской научной конференции аспирантов и студентов (г. Пермь, 2006); на международной научно-практической конференции «Достижения науки в реализацию национального проекта «Развитие АПК» (г. Курган, 2008), «Оценка земельных ресурсов и создание адаптивных биоценозов в целях рационального природопользования: история и современность» (г. Оренбург, 2006, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 – в определенном ВАК издании.

Структура и объем работы. Работа изложена на 129 страницах печатного текста, содержит 28 таблиц, 13 рисунков и 6 приложений. Список использованной литературы включает 252 источника, в том числе 18 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Условия и методики проведения исследований

Исследования, проведенные в соответствии с тематическим планом Института агроэкологии – филиала ФГОУ ВПО ЧГАУ в рамках темы 01.02 «Симбиотическая фиксация азота многолетними бобовыми травами» (номер гос. регистрации ), выполнены в гг. на опытном поле, расположенном в лесостепной зоне Зауралья на территории Красноармейского района Челябинской области.

По метеорологическим условиям годы исследований существенно различались. В 2004 году наблюдалась летняя засуха, недостаток влаги способствовал задержке всходов. Условия 2005 и 2006 года по тепло - и влагообеспеченности сложились благоприятно для развития трав.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый, рН пахотного слоя (0-26 см) – 6,53, содержание гумуса – 7,63 %, P2O5 и K2O – 173 и 135 мг/кг сухой почвы.

Схема опыта включала восемь вариантов в четырехкратной повторности, размещение делянок рендомизированное, общая и учетная площадь делянки 14 м2. Семенная продуктивность определялась на участках площадью 1 м2, в восьмикратной повторности. Объектом исследований являлись районированные сорта клевера лугового Фаленский 86 и люцерны синегибридной Флора 4. Изучаемые культуры являлись звеном зернопаротравянного севооборота. Агротехника в опыте – рекомендуемая для северной лесостепной зоны Зауралья. Фосфорные и фосфорно-калийные удобрения в виде двойного суперфосфата (46 % д. в.) и хлористого калия (60 % д. в.) вносились под основную обработку. Подкормка аммиачной селитрой: 30 кг/га д. в. под люцерну и 40 кг/га д. в. под клевер проводилась летом под предпосевную культивацию, на второй и третий год жизни – весной по отрастанию трав.

Для изучения азотфиксирующей способности в полевых условиях использовалась методика сравнения бобовых и небобовых (злаковых) культур, предложенная (1983, 1991). Важнейшим условием применения данного метода является подбор культур близких по фазам развития, срокам и способам сева, требованиям к теплу и почвам. В качестве злаковых культур были включены районированные сорта тимофеевки луговой Иглистая местная и костреца безостого Южноуральский.

Учеты и наблюдения в период роста и развития велись согласно методикам ВНИИ кормов (1985). Индекс листовой поверхности определяли методом высечек. Формирование бобово-ризобиального аппарата определяли методом монолита по (1964). При зоотехническом анализе зеленой массы определяли общую влагу термостатно-весовым методом, содержание общего азота (по Кьельдалю), жир (по Рушковскому), клетчатку (по Геннеберг-Штоману), золу (сухим озолением), нитраты (ионно-селективным методом), фосфора (фотометрически, ГОСТ ) и калия (на пламенном фотометре, ГОСТ ).

Урожайные данные обработаны методом дисперсионного и корреляционного анализа по (1985). Экономическая эффективность рассчитана на основе технологических карт, нормативов и расценок, принятых в производстве; биоэнергетическая эффективность определялась по методике (1999).

2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Особенности роста и развития клевера лугового и люцерны синегибридной

Продолжительность межфазного периода «посев-начало бутонизации» клевера лугового и люцерны синегибридной находилась в тесной зависимости от погодных условий. Период «весеннее отрастание-начало бутонизации» во второй и третий год жизни трав у люцерны составил 25, у клевера 29 дней. Улучшение фосфорно-калийного питания на фоне хорошей обеспеченности влагой и теплом способствовало сокращению вегетационного периода люцерны до 10 дней, клевера – на 1-2 дня.

Активность и эффективность бобово-ризобиального аппарата клевера лугового и люцерны синегибридной в значительной степени зависела от условий минерального питания (рисунок 1).

1 – контроль; 2 – P90; 3 – P180; 4 – P90K105; 5 – P180K105; 6 – N90;
7 – N90P180; 8 – N90P180K105

Рисунок 1 – Активность и эффективность бобово-ризобиального аппарата люцерны синегибридной, Институт агроэкологии, гг.

Фосфорные удобрения в чистом виде увеличивали эффективность работы бобово-ризобиального аппарата люцерны по сравнению с естественным фоном на 101,1 и 168,8 кг/га. При этом активность симбиотрофного аппарата снизилась на 29 и 5 млн шт. соответственно. Улучшение фосфорно-калийного питания способствовало максимальному формированию жизнеспособных клубеньков – 445 и 468 млн шт./га, которые обеспечили усвоение атмосферного азота на уровне 667,7 и 682,0 кг/га соответственно. Внесение азотных удобрений (N90) на фосфорно-калийном фоне привело к снижению эффективности и активности симбиотрофного аппарата люцерны на 50 и 75 % соответственно.

Внесение фосфорных удобрений в чистом виде (Р120-240) под клевер луговой способствовало увеличению эффективности симбиотрофного аппарата на 33,5-57,0 кг/га по сравнению с контрольным вариантом (рисунок 2). Внесение удобрений в дозах Р120К150 и Р240К150 обеспечило увеличение количества клубеньков на 86 и 75 млн шт./га соответственно, которые способствовали усвоению атмосферного азота на уровне 226,8 и 249,6 кг/га, что в 2,9 и 3,2 раза больше по сравнению с естественным фоном. Внесение N120 как в чистом виде, так и на фосфорном фоне привело к угнетению активности и эффективности симбиотрофного аппарата клевера по сравнению с контролем. На фосфорно-калийном фоне внесение азотной подкормки привело к уменьшению активности и эффективности бобово-ризобиального аппарата на 60 и 70 % соответственно.

1 – контроль; 2 – P120; 3 – P240; 4 – P120K150; 5 – P240K150; 6 – N120;
7 – N120P240; 8 – N120P240K150

Рисунок 2 – Активность и эффективность бобово-ризобиального аппарата клевера лугового, Институт агроэкологии, гг.

Проведенные исследования подтвердили зависимость величины площади листьев клевера и люцерны от условий минерального питания (таблица 1).

Таблица 1 – Индекс листовой поверхности люцерны синегибридной и клевера лугового, Институт агроэкологии, гг.

Индекс листовой поверхности (ИЛП) люцерны синегибридной в среднем за три года исследований при разных уровнях минерального питания изменялся в пределах 5,38-8,82, клевера лугового – от 4,43 до 7,24. Максимальные значения индекса листовой поверхности были отмечены при внесении двойной дозы фосфора (Р180, Р240) в сочетании с калием (К105, К150) и полной дозы (N90P180K105, N120P240K150). У люцерны значение возросло на 2,5 и 3,5 соответственно по сравнению с контролем, в посевах клевера индекс увеличился на 2 и 2,8.

На рисунке 3 представлены данные по формированию площади листовой поверхности люцерны синегибидной и ее азотфиксирующей способности. Если в первый год жизни люцерны синегибридной корреляционная связь между площадью листовой поверхности и азотфиксирующей способностью незначительная (r=0,39), на второй и третий годы жизни связь биологического азота с площадью сформировавшихся листьев возрастает до средней (r=0,50-0,56).

1 – контроль; 2 – P90; 3 – P180;4 – P90K105; 5 – P180K105; 6 – N90; 7 – N90P180;
8 – N90P180K105
Рисунок 3 – Площадь листьев люцерны синегибридной в зависимости от эффективности бобово-ризобиального симбиоза при разных уровнях минерального питания, Институт агроэкологии, гг.

Площадь листьев люцерны за годы исследований возрастала по мере улучшения фосфорного и фосфорно-калийного питания от 161 до 236 тыс. м2. При этом азотфиксирующая способность достигла максимального значения и находилась на уровне 668 и 682 кг/га соответственно. Азотные удобрения в чистом виде привели к уменьшению площади листьев до уровня близкого к неудобренному фону (185 тыс. м2/га), при этом было отмечено снижение эффективности бобово-ризобиального симбиоза. По мере усиления фосфорного и калийного питания количество симбиотического азота возрастало с 289 до 343 кг/га, а площадь листьев увеличилась до 265 тыс. м2/га. При внесении полной дозы сформировалась наибольшая площадь листьев (265 тыс. м2/га).

В посевах клевера эффективность бобово-ризобиального симбиоза, а также площадь листьев изменялись по вариантам опыта (рисунок 4).

1 – контроль; 2 – P120; 3 – P240; 4 – P120K150; 5 – P240K150; 6 – N120; 7 – N120P240;
8 – N120P240K150
Рисунок 4 – Площадь листьев клевера лугового в зависимости от эффективности бобово-ризобиального симбиоза при разных уровнях минерального питания, Институт агроэкологии, гг.

Корреляционная связь площади листьев клевера и симбиотически усвоенного азота средняя (r=0,66-0,76). Максимальные значения по количеству фиксированного азота и площади листовой поверхности отмечены в вариантах, где улучшено фосфорно-калийное питание (P120K150, P240K150), при этом количество фиксированного азота составляет 227 и 250 кг/га, а площадь листьев – 183 и 193 тыс. м2/га соответственно. Внесение азотных удобрений уменьшало эффективность работы симбиотрофного аппарата, но по мере добавления в дозу вносимых удобрений фосфорно-калийной составляющей происходило увеличение фиксированного азота и прирост вегетативной массы. Азотные удобрения в составе полной дозы позволили растениям клевера лугового сформировать максимальную площадь листьев (217 тыс. м2/га).

2.2 Роль симбиотически фиксированного азота в формировании продуктивности клевера лугового и люцерны синегибридной

Урожайность клевера лугового и люцерны синегибридной в первый год жизни значительно уступала урожайности последующих лет, поскольку из-за недостатка влаги в год посева был получен один укос (таблица 2). На второй и третий год жизни при благоприятных погодных условиях собрано по два укоса, а у люцерны синегибридной второго года пользования – три.

Таблица 2 – Урожайность сена люцерны синегибридной и клевера лугового при разных уровнях минерального питания, т/га, Институт агроэкологии, гг.

В посевах люцерны в среднем за годы исследований максимальная урожайность отмечена при внесении удобрений в дозах Р90К105, Р180К105 и N90Р180К105, прибавка составила 1,83; 2,27 и 2,43 т/га соответственно. На клевере максимальный уровень продуктивности был сформирован при устранении дефицита фосфорного питания. В вариантах с применением Р240, Р240К150, N120Р240 и N120Р240К150 прирост по сравнению с контролем составил 1,16; 1,46; 1,44 и 2,03 т/га соответственно.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2