АГРОХИМИЯ, 2007, № 9, с. 45-52
Агроэкология
УДК 631.85:631.83:631.461.52
ВЛИЯНИЕ ФОСФОРНО-КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СИМБИОТИЧЕСКУЮ АЗОТФИКСАЦИЮ RHIZOBIUM GALEGAE
© 2007 г. Э. Б. Лапинскас, Л. П. Мотузене
Вежайчский филиал Литовского института земледелия 96216 Вежайчяй, Клайпедский р-н, Литва Поступила в редакцию 10.01.2007 г.
Определена симбиотическая эффективность, биологическая фиксация атмосферного азота и активность ферментного комплекса нитрогеназы Rhizobium galegae при применении разных доз фосфора и калия. Активность нитрогеназы спонтанных ризобий независимо от дозы РК мало изменялась. В то же время эффективные штаммы Rhizobium galegae в симбиозе фиксировали биологического азота в 2.4-3.1 раза больше, чем спонтанные клубеньковые бактерии на неинокулированных растениях козлятника. На оптимальном фоне Р60К60 симбиозом было накоплено азота атмосферы от 167.1 до 213.3 кг К/га. Установлены закономерности между экологическими факторами (гидротермический режим вегетационного периода козлятника, рНкс1 почвы, степень насыщенности основаниями, содержание подвижных А1, Р205, К20, органический С) и эффективностью симбиотиче-ской азотфиксации.
ВВЕДЕНИЕ
Соединения фосфора и калия в почве являются основными и, к сожалению, дефицитными питательными веществами при симбиотической азотфиксации. Для этого процесса клубеньковые бактерии используют значительно больше фосфора и калия, чем симбиотический партнер - бобовые растения. Однако в кислых почвах (рНкС1 не более 4.6) фосфор переходит с металлами в трудно растворимые для растений соединения [1, 2]. Несмотря на важность проблемы биологического азотнакопления, многие вопросы являются слабо изученными. По данным Черепниной [3], даже в богатых в отношении фосфора и калия почвах с увеличением дозы РК-удобрений до Р150К150 азотфиксация Rhizobium leguminosarum ^оШ еще увеличивалась с 165 до 389 кг К/га.
Однако известны факты, когда большие дозы фосфорно-калийных удобрений резко подавляют процесс симбиотического азотнакопления [4, 5]. Из-за ограниченности залежей природных ископаемых, пригодных для производства фосфорных удобрений, и их постоянным удорожанием, наука изыскивает меры как активизировать ферментные системы клубеньковых бактерий и ускорить растворимость фосфорных соединений в почве. Японскими учеными обращено внимание на симбиоз голубиного гороха (Са]'апш са]ап L.), способного поглощать фосфор из трудно растворимого А12(НРО4)3. Оказалось, что А1 угнетал корневые клубеньки голубиного гороха меньше, чем сои [5]. В Чехии созданы штаммы Rhizobium ]'аротсит и Brаdyrhizobium ]ароттт, которые улучшали растворимость фосфоритной муки, после чего по
своему действию она приравнивалась к суперфосфату [6]. Аналогичные данные получены в Поволжье, где при сочетании фосфорно-калийных удобрений с инокуляцией различными штаммами Sinorhizobium meliloti из-за улучшения расствори-мости фосфорных удобрений люцерна образовывала больше активных клубеньков, и увеличивалась симбиотическая азотфиксация [7].
Цель настоящей работы - установить влияние разных доз фосфорно-калийных удобрений на эффективность и симбиотическую азотфикса-цию различных штаммов клубеньковых бактерий козлятника восточного.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В вегетационных и полевых опытах изучали следующие эффективные штаммы клубеньковых бактерий козлятника восточного Rhizobium galegae L.: штаммы 740 (Всероссийский НИИ с.-х. микробиологии), 812 (Эстонский институт земледелия) и G 4 (Литовский институт земледелия).
Вегетационные опыты проводили в сосудах Митчерлиха емкостью 6.5 кг почвы в четырехкратной повторности. Варианты: 1. Без удобрений (РоКо), 2. Р20К30, 3. РЛо, 4. P8()Ki20 мг/кг почвы.
Контрольные семена козлятника восточного (Galega orientalis L.) сорта Галле высевали без инокуляции. Для инокуляции применяли бактериальную суспензию штамма, титр которого был не менее, чем 107 КОЕ/мл. На каждый сосуд использовали 5 мл свежеприготовленной суспензии.
Для определения симбиотической азотфиксации в параллельных сосудах выращивали злако-
вую культуру - многолетний райграсе (Lolium perenne L.) сорта Вея.
Почва - дерново-подзолистая глееватая, реакция которой была в зависимости от года исследований от кислой (рНкс1 4.0) до близкой к нейтральной (рНкс1 6.4). Содержание подвижного фосфора (P2O5) и калия (K2O) - 116-229 и 114-245 мг/кг почвы соответственно.
Почву перед набивкой сосудов просеивали через сито диаметром ячеек 10 х 10 мм, вносили фосфор и калий в виде солей К2НР04 и КН2Р04 соответственно схеме опытов. Для подсчета клубеньков отмывали корни у всех растений и в случайном порядке отобрали по 10 корней с каждого варианта.
В полевых опытах изучали следующие дозы фосфорно-калийных удобрений: 1. Без удобрений, 2. Р60К60, 3. Р90К90 и 4. Р120К120. Семена козлятника инокулировали суспензией соответствующего штамма клубеньковых бактерий Rhizobium galegae L. из расчета 600 х 109 КОЕ/га. Фосфор и калий вносили в виде Рсдг и калийной соли.
Для определения азотфиксации в параллельных делянках выращивали злаковую культуру -тимофеевку (Phleum pratense L.) сорта Гинтарас.
Количество фиксированного азота подсчитывали по формуле:
F = (Un + Rn) - (Us + Rs),
где F - фиксированный азот; Un - общий азот в надземной части бобовой культуры; Rn - общий азот в корнях бобовой культуры; Us - общий азот в надземной части злаковой культуры; Rs - общий азот в корнях злаковой культуры. Расчеты вели в мг N/кг почвы (вегетационные опыты) или кг N/га (полевые опыты).
Фиксированный азот по Хопкинсу - Питерсу расчитан по следующей формуле [8]:
F = (Un + Rn) • 0.65.
Активность нитрогеназы азотфиксирующей системы определяли в корнях козлятника. С каждого сосуда готовили 2 г свежеотмытых корней с клубеньками и помещали в стеклянный, герметически закрытый резиновой пробкой сосуд. Через резиновую пробку с помощью медицинского шприца впрыскивали 10% (по объему сосуда) или 2 мл ацетиленового газа и инкубировали 2 ч в термостате при температуре 27° С. После этого 1 мл образовавшейся газовой смеси анализировали на хроматографе. Газовый носитель - азот (30 мл/мин), ок-сидатором служил воздух (250 мл/мин), редуктор -водород (30 мл/мин). Хроматографическая колонка была наполнена силикагелем. Рабочая температура хроматографа: термостат - 80°С, ввод - 150°С, детектор - 220°С.
Количество редуцированного ацетилена в этилен сравнивалось с эталоном: химически чистым
этиленом (0.1 мл). Активность нитрогеназы пересчитывали в цМ N/г корней/ч. Анализ проводили 3 раза за вегетационный период [9].
Результаты исследований обрабатывали статистически, используя программы ANOVA и STAT [10]. Корреляционные коэффициенты R и критерий Фишера (t), отмеченные * или **, являлись статистически достоверными (существенными) при уровнях вероятности 95 или 99% соответственно.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Клубеньковые бактерии большую часть атмосферного азота фиксируют в клубеньке бобового растения. Поэтому от развития клубенька во многом зависит эффективность симбиоза. Клубеньки по своей форме могут быть простые и сложные (ветвистые). По данным ранее проведенных исследований отмечено, что бобовое растение при менее эффективном симбиозе относительно больше образовывает сложных клубеньков [11].
Результаты вегетационных опытов показали, что общее количество клубеньков зависело от сочетания инокуляции козлятника с РК-удобрения-ми (табл. 1). Наименьшее число клубеньков отмечено у неинокулированных и неудобренных растений (48.2 шт./растение). С увеличением дозы фосфорно-калийных удобрений от Р20К30 до Р80К120 при спонтанной инокуляции число клубеньков равномерно повышалось до 82.3 шт./растение, т.е. на 71%. Различные штаммы клубеньковых бактерий на применение РК-удобрений реагировали неоднозначно. Штамм 812 наибольшее количество клубеньков образовывал на фоне малой дозы Р20К30, при этом штамм G 4 наибольшую вирулентность проявил при дозе Р80К120. При формировании клубеньков большую значимость имела инокуляция козлятника, чем применение удобрений. В зависимости от штамма число клубеньков повышалось до 194% от контроля, от величины дозы РК-удобрений - до 126%. Это обьяс-няется тем, что в кислых почвах западной части Литвы мало распространены клубеньковые бактерии козлятника ^Ы2оЫит galegae L.) и при искусственной инокуляции резко повышается эффективность симбиоза [11].
Количество сложных, т.е. ветвистой формы, клубеньков у неинокулированных растений в значительной мере (в среднем в 2.3 раза) было больше, чем у инокулированных независимо от штамма и дозы РК-удобрений. По данным ранее проведенных нами опытов, на примере инокуляции кормовых бобов и люцерны при эффективном симбиозе обычно образовывается относительно меньшее количество сложных клубеньков [11]. Вероятно, это связано с лучшим обеспечением
ВЛИЯНИЕ ФОСФОРНО-КАЛИИНЫХ УДОБРЕНИИ
47
Таблица 1. Влияние инокуляции штаммами ЯНкоЫыт galegae и РК-удобрений на образование клубеньков и биомассы козлятником
Число клубеньков на одно растение, шт. % сложных клубеньков от общего количества Биомасса растений, г сухого вещества/сосуд
всего сложных надземная часть корни общая биомасса
Вариант
Неинокулированные растения Штаммы 740 812 G4
Неинокулированные растения Штаммы 740 812 G4
Неинокулированные растения Штаммы 740 812 G4
48
90 128 130
62
105 195 109
65
101 113 112
Р0К0
3.1
2.0
3.5 3.1
Р
3.6
4.1
3.9 1.5
Р
4.7
5.0
2.8 2.4
Р20К
20 30
Р40К60
6.4
2.2 2.7 2.4
3.9 2.0
1.4
7.2
5.0
2.5
2.1
Р80К
80 120
5.5
9.5 8.7
8.4
7.2
9.0
8.6 9.0
7.6
8.7
7.5 10.5
9.8
17.5
14.7 18.4
13.2
17.6 16.4 16.1
12.8
16.1
14.3 17.2
Неинокулированные растения 82 3.6 4.4 6.6 14.2 20.8
Штаммы
740 126 3.7 2.9 8.0 16.4 24.4
812 138 3.6 2.6 9.6 18.8 28.4
G4 151 2.8 1.8 12.8 22.9 35.7
НСР05 19 1.1 3.5 1.5 2.1 2.6
бактероидной ткани питательными веществами в простых клубеньках, чем в сложных.
При инокуляции, особенно эффективным штаммом G 4 при сочетании с дозой Р20К30, снижалось количество сложных клубеньков. Количество сложных клубеньков у неинокулированных растений более резко снизилось (до 31%) при
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.