АГРОХИМИЯ, 2010, № 2, с. 59-66
УДК 631.872:631.811.1:631.46.5:633.32
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ СОЛОМЫ, ДОЗЫ СТАРТОВОГО АЗОТА И ИНОКУЛЯЦИИ НА СИМБИОТИЧЕСКУЮ АЗОТФИКСАЦИЮ КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО
© 2010 г. Э.Б. Лапинскас, Л.П. Пяулокайте-Мотузене
Вежайчский филиал Литовского института земледелия 96216 Вежайчяй, Клайпедский р-он, Литва E-mail:loreta.motuza@gmail.com
Поступила в редакцию 13.03.2009 г.
Определены показатели симбиотической азотфиксации, активности нитрогеназы содержания почвенных микроорганизмов при совместном внесении соломы и инокуляции клевера лугового с учетом стартовой дозы минерального азота. На образование клубеньков, активность нитрогеназы и азотфиксацию положительное влияние оказывала инокуляция клевера и внесение 3.0 г соломы/кг почвы. Стартовая доза азота (21 мг Ы/кг почвы) стимулировала формирование клубеньков только у неинокулированных растений. Заделка соломы без инокуляции или без внесения азота не оказала воздействия на образование клубеньков. При инокуляции клевера и внесении среднего количества соломы (1.5 г/кг почвы) улучшались некоторые агрохимические и микробиологические показатели почвы.
Ключевые слова: минерализация соломы, доза стартового азота, инокуляция, симбиотическая азотфиксация, клевер луговой.
ВВЕДЕНИЕ
Биологическая азотфиксация - энергоемкий процесс. Для связывания одного моля атмосферного азота необходимо от 730 до 960 кДж энергии [1]. За вегетационный период из общего количества ассимилянтов бобового растения клубеньковые бактерии употребляют 13-23%, при этом на дыхание приходится 35-63, на рост - 9-22, на синтез и трансформацию азота - 21-52% [2, 3].
Известно, что солома, как органическое удобрение, положительно влияет на распространение клубеньковых бактерий в почве и на их симбиоти-ческую эффективность. По данным опытов в России, после заделки соломы число клубеньковых бактерий сои увеличилось до 105 КОЕ/г почвы, при исходном их количестве ~ 103 КОЕ/г почвы [4]. Солома богата полимерными сахарами (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин и др.), при микробиологическом разрушении которых образуется глюкоза, используемая для дыхания и фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями [5].
При изучении действия пшеничной соломы (от 0 до 10 т/га) на симбиотическую активность гороха установлено, что большие дозы соломы уменьшали усвоение нитратного азота почвы от 10 до 50 кг/га [6]. В условиях активного симбиоза горох не реагировал на дефицит минерального азота в почве. По мнению многих авторов, некоторые эффективные штаммы ризобий обладают гидролитическими ферментами, способствующими преобразованию
клетчатки в водорастворимые сахара. Известны виды и штаммы клубеньковых бактерий, обладающих способностью разлагать углеводороды ароматического ряда, нефть и нефтепродукты. Освободившийся углерод бактерии используют для фиксации азота [7].
До сих пор продолжается дискуссия о необходимости применения малых доз азота (стартового азота) для увеличения биологической азотфикса-ции. Показано, что на бедных азотом почвах в период до образования клубеньков на корнях растений малые дозы азота N20-40 оказывают стимулирующее действие на рост бобовых растений и их симбиоз с ризобиями [8]. Известно другое мнение, что не для всех видов бобовых растений и симбиотичес-ких систем нужен стартовый азот [9, 10]. Известны факты, когда малые дозы азота тормозят симбиоти-ческую азотфиксацию, которая не возобновляется даже на поздних стадиях развития растений при недостатке минерального азота почвы [3, 11].
Цель работы - определить совместное влияние соломы, стартовой дозы азота и инокуляции клевера лугового на симбиотическую азотфиксацию.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Вегетационные опыты проводили по следующей схеме: фактор А (солома): 1 - без соломы (контроль), 2 - 1.5 г соломы/кг почвы, 3 - 3.0 г соломы/кг почвы; фактор Б (минеральный азот - Ымин):
1 - без Ымин (контр°льХ 2 - Ымин 2^ 3 - Ымин 42; фак-
тор В (биологический азот): 1 - без инокуляции (контроль), 2 - инокуляция.
Почва - дерново-подзолистая глееватая легкосуглинистая, pHKCl которой до известкования составлял 4.2-4.8, после известкования мелом - 6.1-6.8. Содержание подвижного фосфора (P2O5) и калия (K2O) - 123-153 и 120-148 мг/кг почвы соответственно, гумуса - 2.38-2.78%.
Осенью вегетационные сосуды Митчерлиха (6.5 кг) заполняли почвой. Почву перед набивкой сосудов просеивали через сито с диаметром ячеек 10*10 мм, известковали мелом из расчета 1 г.к., вносили по 0.15 г P2O5 и K2O на 1 кг почвы в виде солей K2HPO4 и KH2PO4 .
Высевали семена клевера лугового (Trifolium pratense L.) сорта Лиепсна. Для инокуляции применяли бактериальную суспензию эффективного штамма R99, титр которого был не менее 106-107 КОЕ/мл. На каждый сосуд использовали 5 мл свежеприготовленной суспензии. Для подсчета количества клубеньков отмывали корни всех растений и в случайном порядке отбирали по 10 корней каждого варианта.
Для определения азотфиксации в параллельных сосудах выращивали злаковую культуру - многолетний райграс (Lolium perene L.) сорта Содре.
Количество фиксированного азота подсчитывали по формуле:
F = (Un + R) - (Us+ R),
где F - фиксированный азот; Un - содержание общего азота в надземных органах бобовой культуры, Rn - содержание общего азота в корнях бобовой культуры, Us - содержание общего азота в надземных органах злаковой культуры, Rs - содержание общего азота в корнях злаковой культуры, мг N/кг почвы.
В корнях клевера определяли активность нит-рогеназы азотфиксирующей системы методом газовой хроматографии. Из каждого сосуда отбирали 2 г свежеотмытых корней с клубеньками и помещали в стеклянный, герметически закрытый резиновой пробкой, сосуд. Через резиновую пробку с помощью медицинского шприца впрыскивали ацетилен (10% от объема сосуда или 2 мл) и инкубировали 2 ч в термостате при температуре 27°С, 1 мл образовавшейся газовой смеси анализировали на хроматографе. Газовый носитель - азот (30 мл/мин), окислитель - воздух (250 мл/мин), восстановитель - водород (30 мл/мин). Хромато-графическая колонка была наполнена силикагелем. Рабочая температура хроматографа: термостат -80°С, ввод - 150°С, детектор - 220°С.
Количество восстановленного ацетилена сравнивали с эталоном - химически чистым этиленом (0.1 мл). Активность нитрогеназы пересчитывали
в мкМ N/г корней/ч. Определения проводили трехкратно за вегетационный период [12].
Общий или суммарный азот в надземной массе и корнях растений определяли методом Кьельдаля, подвижные сахара в надземной массе растений -методом Бертрана.
Результаты исследования обрабатывали статистически, используя программы ANOVA и STAT [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На биомассу надземных органов клевера в вариантах без заделки соломы положительно влияла только инокуляция растений, т.е. азотфиксация и накопление биологического азота (табл. 1). Внесение стартового азота N21 не оказывало влияния на рост растений.
При внесении средней дозы соломы (1.5 г/кг почвы) биологический и минеральный азот оказывали примерно одинаковое действие на накопление биомассы клевера. Большей эффективностью обладало сочетание инокуляции со стартовой дозой минерального азота. Заделка соломы без инокуляции или без азотного удобрения была неэффективной.
Внесение высокой дозы соломы (3.0 г/кг почвы) увеличивало эффективность инокуляции клевера, в результате чего увеличивалась его биомасса и без внесения азотных удобрений. При сочетании инокуляции с высокой дозой азота (N42) отмечена максимальная биомасса растений.
Показано, что только инокуляция клевера благоприятно влияла на развитие его корневой системы. В варианте совместного применения средней дозы соломы с высокой дозой азота прибавка сухой массы клевера составила в среднем 15%, то же получено при инокуляции и удобрении малой (стартовой) дозой азота.
Установлено, что в вариантах без удобрения соломой только сочетание инокуляции с внесением минерального азота способствовало эффективному увеличению общей биомассы растений клевера. На фоне средней дозы соломы (1.5 г/кг почвы) и внесения N42 общая биомасса увеличилась на 12-16% по сравнению с неинокулированными и не удобренными азотом растениями. Внесение высокой дозы соломы (3.0 г/кг почвы) улучшило симбиотическую эффективность, а инокуляция клевера и внесение минерального азота не действовали. По-видимому, внесение соломы - дефицитного по азоту органического вещества - активизировало процессы иммобилизации азота почвы и интенсифицировало деятельность спонтанных клубеньковых бактерий [14].
При формировании симбиоза большую роль играет количество и качество образовавшихся на
Таблица 1. Влияние соломы, стартового азота и инокуляции на накопление биомассы растениями клевера лугового
Доза азота Надземные органы Корни Общая биомасса
г сухого вещества/сосуд % от контроля
Без внесения соломы
Неинокулировано
N0 17.0 5.17 22.2 100
К21 17.5 5.27 22.8 103
N42 15.9 4.58 20.4 92
Инокулир овано
N0 18.1 5.60 23.7 106
N21 19.6 5.40 25.0 112
N42 18.4 5.00 23.4 105
Внесение 1.5 г соломы /кг почвы
Неинокулировано
N0 17.7 5.01 23.7 100
N21 20.1 4.97 25.1 106
N42 20.9 5.78 26.7 112
Инокулир овано
N0 20.5 5.40 25.9 109
N21 21.9 5.26 27.2 114
N42 20.6 5.70 26.3 111
Внесение 3.0 г соломы/кг почвыы
Неинокулировано
N0 19.3 4.97 25.2 100
N21 20.2 5.24 25.4 101
N42 21.2 5.53 26.7 106
Инокулир овано
N0 21.2 5.16 26.3 104
N21 20.0 5.55 25.6 101
N42 18.7 5.37 24.1 96
НСР05 1.7 0.49 1.7
корнях бобового растения клубеньков [2]. В вариантах без удобрения соломой наибольшее число клубеньков образовывалось при инокуляции (табл. 2). Минеральный азот даже при малых дозах его внесения подавляюще действовал на инокулированные растения и положительно - на неинокулированные, т.е. на активность спонтанных клубеньковых бактерий почвы. Подобное наблюдали и в вариантах удобрения соломой. Следует отметить, что заделка соломы без последующей инокуляции или удобрения азотом не имела положительного влияния на формирование клубеньков. Из этого следует, что за формирование клубеньков ответственно растение-хозяин, кото
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.