АГРОХИМИЯ, 2009, № 10, с. 24-32
УДК 631.811.1: 631.847.2: 581.191
МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ
И БАЛАНС АЗОТА В ПОЧВЕ ПРИ ВНЕСЕНИИ АЗОТФИКСИРУЮЩЕЙ И НЕ ФИКСИРУЮЩЕЙ АЗОТ БАКТЕРИЙ
© 2009 г. В.П. Шабаев
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2, Россия E-mail: VPSH@rambler.ru
Поступила в редакцию 28.01. 2009 г.
В микрополевых опытах, проведенных на серой лесной и пойменной почвах, изучена эффективность инокуляции столовой свеклы не фиксирующей азот бактерией Pseudomonas fluorescens 20 и азотфик-сирующей бактерией P. putida 23. Внесение бактерии P. putida 23 привело к увеличению урожая и выноса растениями из почвы азота и внесенного меченного 15N азотного удобрения, а также зольных элементов - P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Zn, Mn и Cu без существенного изменения содержания большинства элементов в корнеплодах и надземной части растений. Инокуляция бактерией P. fluorescens 20 не приводила к достоверным прибавкам урожая и в меньшей степени увеличила количество питательных элементов в растениях. Инокуляция бактерией P. putida 23 стимулировала азотфиксирую-щую активность в ризосфере столовой свеклы. При внесении азотфиксирующей бактерии P. putida 23 обнаружены статистически достоверное дополнительное поступление азота в почву из атмосферы и положительный баланс азота в системе почва-растение в конце опыта. В балансовом вегетационном опыте на пойменной почве установлено, что излишек азота был связан с включением в инокулирован-ные этой бактерией растения фиксированного в ризосфере атмосферного азота. Внесение бактерии P. putida 23 позволило вдвое уменьшить дозы NPK-удобрений при выращивании столовой свеклы в микрополевом опыте на пойменной почве без уменьшения урожая корнеплодов.
ВВЕДЕНИЕ
Среди микроорганизмов, стимулирующих рост растений, флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas привлекают особое внимание в первую очередь как средство биологической защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов [1, 2]. У некоторых бактерий рода Pseudomonas также обнаружена способность к фиксации молекулярного азота [3, 4]. При инокуляции семян флуоресцирующими псевдомонадами выявлена значительная стимуляция роста и увеличение урожайности ряда сельскохозяйственных культур, в том числе и корнеплодов [5-7], включая столовую свеклу [8].
Цель работы - изучение сравнительной эффективности действия не фиксирующей азот бактерии P. fluorescens 20 и азотфиксирующей бактерии P. putida 23 на минеральное питание растений столовой свеклы и баланс азота в почве.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили в условиях микрополевого и вегетационного опытов в сетчатом павильоне для выращивания растений.
Микрополевые опыты. В сосудах без дна (0.33 х 0.33 х 0.33 м), площадью 0.1 м2, вкопанных в верхний слой почвы и наполненных 36 кг воздушно-сухой почвы, выращивали по 4 растения столовой свеклы сорта Бордо.
Опыт 1. Растения выращивали на серой лесной сред-несуглинистой почве, взятой из пахотного горизонта опытно-полевой станции института. Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.63, Сорг - 1.13%, N^ -112 мг/100 г почвы, Нг - 0.57, Са и Mg (1 н. KCl) - 10.6 и 2.0 мг-экв/100 г, Р2О5 и K2O (0.2 н. HCl) - 30.9 и 29.9 мг/100 г почвы соответственно. Перед посевом семян при заполнении сосудов в почву вносили меченую по обеим формам азота 15Naa в количестве 0.8 г N/сосуд (8 г N/м2) на фоне РК-удобрений в дозах по 0.8 г д.в./ сосуд (8 г д.в./м2). Избыток атомных % 15N в азотном удобрении был равен 21.85%. Семена инокулировали бактериями P fluorescens 20 или P. putida 23. В конце опыта в растениях определяли содержание азота, зольных элементов и избыток атомных % 15N, а также содержание N^ в почве.
Опыт 2. Растения выращивали на лугово-чер-ноземной тяжелосуглинистой почве центральной
части поймы р. Ока (юг Московской обл.). Почва имела следующие показатели: pHKCl 6.93, Сорг -2.13%, NBiUI -206 мг/100 г почвы, Нг - 0.57 мг-экв/100 г, Са и Mg (1 н. KCl) - 20.6 и 3.0 мг-экв/100 г, P205 и K2O (0.2 н. HCl) - 38.8 и 16.7 мг/100 г почвы соответственно. При заполнении сосудов в почву вносили меченную по обеим формам азота 15Naa на фоне РК-удобрений в дозах 0.6 и 1.2 г д.в. / сосуд (6 и 12 г д.в./м2). Избыток атомных % 15N в азотном удобрении был равен 10%. Семена инокулировали бактерией P. putida 23. В конце опыта в растениях определяли содержание азота и избыток атомных % 15N.
Повторность опытов четырехкратная.
Вегетационные опыты. Опыт 1. В сосудах, наполненных 30 кг пойменной почвы, использованной в микрополевом опыте 2, выращивали по 4 растения столовой свеклы при внесении меченной по обеим формам азота 15Naa на фоне РК-удобрений (по 16 мг д.в./100 г почвы). Семена при посеве инокулировали бактерией P putida 23. Избыток атомных % 15N в азотном удобрении составлял 15%. Повторность опыта пятикратная. После уборки в растениях определяли содержание азота и избыток атомных % 15N, а также содержание N^ в почве и рассчитывали баланс азота в системе почва-растение.
Опыт 2. В стеклянные банки емкостью 500 см3 помещали 200 г той же пойменной почвы и в течение 30 сут выращивали по 2 растения столовой свеклы при внесении Naa на фоне РК-удобрений из расчета по 1.8 и 8 мг д.в./100 г почвы соответственно. Семена при посеве инокулировали бактерией P putida 23. По прошествии 2 нед роста растений и через каждую последующую неделю измеряли азотфиксирующую активность в ризосфере интакт-ных растений ацетиленовым методом [9]. Повторность опыта пятикратная.
Во всех опытах фосфорные и калийные удобрения вносили в виде КН2РО4 и Кс. В микрополевом опыте РК-удобрения перемешивали вместе с азотным удобрением и с верхним 0-15 см слоем почвы. Пророщенные и семена при посеве помещали на почву и инокулировали водными суспензиями бактерий из расчета 107 клеток на растение. В варианте без инокуляции (контроле) вносили то же количество автоклавированной бактериальной суспензии. В микрополевых опытах растения выращивали под открытым небом при естественном увлажнении, при необходимости поддерживая дополнительными поливами влажность почвы в сосудах не ниже 60% ППВ. В вегетационных опытах растения выращивали при влажности 60-80% ППВ, в опыте 1 - при поливе дистиллированной, не содержащей азота, водой.
Содержание азота в семенах, остаточного азота (15К) удобрения в почве после выращивания растений во всех опытах, а также поступление азота с атмосферными осадками и поливной водой (0.4 мг/ 100 г почвы) в микрополевом опыте 1 ввиду их малых количеств при расчетах баланса азота не учитывали. Необходимо отметить, что растения микрополевого опыта в вариантах без инокуляции и при инокуляции бактериями получали одинаковый объем воды, а, следовательно, и одинаковое количество азота (0.4 мг/100 г почвы), которое, ввиду этого, не принимали во внимание при балансовых расчетах. Содержание Квал в образцах исходной почвы и почвы после выращивания растений определяли в десятикратной повторности. Методы определения содержания азота, его изотопного состава, зольных элементов в растениях, а также особенности анализа Квал в почве подробно описаны ранее [10, 11]. Статистическую обработку урожайных данных и результатов химических анализов растений и почвы проводили с использованием пакета программ Statgrapfics.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При внесении бактерии P. putida 23 влияние инокуляции на урожай корнеплодов было максимальным на серой лесной почве в микрополевом опыте 1 (табл. 1). В сравнении с вариантами с соответствующими дозами КРК-удобрений масса корнеплодов при инокуляции этой бактерией увеличивалась почти в 2 раза, а суммарная масса растений - в 2.5 раза. Наиболее существенно увеличилась масса надземной части инокулированных растений. Прибавка урожая столовой свеклы от внесения бактерии Р /1ио^сет 20 в сравнении с Р. putida 23 в этом опыте была выражена лишь в виде тенденции к увеличению.
Изучение действия бактерии Р. putida 23 на фоне возрастающих доз №К-удобрений в микрополевом опыте 2 на пойменной почве показало, что инокуляция приводила к увеличению урожая столовой свеклы при внесении всех доз минеральных удобрений в сравнении с соответствующими вариантами без инокуляции. Относительные величины прибавок массы корнеплодов и суммарной массы инокулированных растений (в пересчете на сухое вещество) независимо от доз удобрений были примерно одинаковыми и составили 45-46% и 38-46% соответственно. На фоне внесения в почву удобрений из расчета 0.6 г д.в./сосуд (6 г д.в./м2) масса сырых корнеплодов и суммарная масса растений свеклы при инокуляции увеличились на 31 и 44%, а при внесении 1.2 г д.в./сосуд (12 г д.в./м2) - на 44 и 68% соответственно. Следует отметить, что максимальный урожай корнеплодов столовой свеклы
Таблица 1. Биомасса растений столовой свеклы в микрополевых опытах, г/сосуд
Доза (15NPK)-удобрения, г д.в./сосуд, (м2) Сырая Сухая
Опыт, почва Вариант корнеплоды надземная суммарная корнеплоды надземная суммарная
Опыт 1, серая лесная почва 0.8 (8) Без инокуляции Р. fluorescens 20 Р. putida 23 НСР05 780 830 1560 260 110 230 710 150 890 1060 2270 180 100 110 190 29 20 40 100 19 120 150 290 63
Опыт 2, пойменная почва 0.6 (6) Без инокуляции Р. putida 23 580 760 360 590 940 1350 90 130 40 60 130 190
1.2 (12) Без инокуляции Р. putida 23 НСР05 650 1020 120 400 740 72 1050 1760 200 110 160 13 50 60 12 160 220 20
зафиксирован при внесении высоких доз удобрений в сочетании с инокуляцией растений бактерией. Кроме того, урожай корнеплодов инокулированных растений, удобренных одинарными дозами №К, был достоверно больше, чем не инокулированных растений, удобренных двойными дозами минеральных удобрений. Масса надземной части и целых растений при инокуляции бактерией и минимальном удобрении были также значительно больше в сравнении с не инокулированными растениями, удобренными повышенными дозами №К (табл. 1, фото).
0 5 10 см
1_I_I
Растения столовой свеклы. Микрополевой опыт на пойменной почве.
Слева - 1.2 г ЫРК/сосуд без инокуляции, справа - 0.6 г ЫРК /сосуд с инокуляцией бактерией Р. рШ13а 23.
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.