Роль биологического азота в формировании качества зерна ячменя при длительном применении удобрений и инокуляции семян в Южной лесостепи Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Туник Екатерина Александровна, аспирант, Омский ГАУ, еа.Шптк [email protected]; Барайщук Галина Васильевна, д-р биол. наук, профессор, Омский ГАУ, [email protected].

Tunic Ekaterina Aleksandrovna, Postgraduate Student, Omsk GAU, ea.tunnik [email protected]; Barayshchuk Galina Vasilievna, Dr. of Biol. Sci., prof., Omsk GAU, gv.barayschuk @omgau.org.

УДК 631.4:631.5

ОФ. ХАМОВА1, Н.Н. ШУЛИКО2, В.Д. ДОРОНЕНКО2

1 Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск 2Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Омск

РОЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА В ФОРМИРОВАНИИ КАЧЕСТВА ЗЕРНА

ЯЧМЕНЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ И ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В агропромышленном секторе экономики многих стран мира к концу ХХ в. одним из рациональных путей развития стало внедрение в практику землепользования биологических препаратов [Завалин, 2005; Воронкова, 2014]. Необходимо оценить вклад биологического азота в формировании качественного зерна ячменя при сокращении или замене средств химизации. Стационар, на полях которого был заложен полевой опыт, находится на северо-западной окраине города Омска и по природному районированию относится к южной лесостепи. В длительном (более 25 лет) стационарном опыте при использовании минеральных удобрений, соломы и бактериального препарата ассоциативной азотфиксации (ризоагрин) отмечено повышение содержания белка в продукции и его сбор с гектара на 2,7 % и 0,15 т/га соответственно в сравнении с контролем. Применение минеральных удобрений как раздельно, так и совместно с внесением соломы оказывало положительное влияние на качество зерна. В вариантах М18Р42 и ^§Р42 + солома содержание белка увеличилось на 1,2-1,1 % по отношению к неудобренному варианту. Использование инокуляции как отдельного агроприема увеличивало белковость зерна на 1,2-1,5 %. Проведенные исследования свидетельствуют о возможности регулирования поступления биологического (атмосферного) азота в агроценоз. Экспериментально доказана азотфиксирующая способность препарата ризоагрин, что, видимо, связано с приживаемостью в черноземной почве внесенных штаммов микроорганизмов, а также их устойчивостью к гидротермическим условиям вегетационного периода. Максимальный коэффициент азотфиксации (доля азота атмосферы в общем азоте биомассы) получен в варианте применения бактериального удобрения в сочетании с соломой. В среднем за три года коэффициент азотфиксации достигал 13 %. Применение в сельскохозяйственном производстве биопрепарата ризоаг-рин позволяет повысить коэффициент азотфиксации до 27 %.

Ключевые слова: ячмень, минеральные удобрения, солома, инокуляция, качество зерна, коэффициент азотфиксации, биологический азот.

Введение

В условиях резкого снижения инвестиций, направляемых на повышение плодородия почвы, первостепенное значение приобретают приемы интенсификации биологических факторов, предусматривающие использование органических и бактериальных удобрений, запашку соломы, насыщение севооборотов бобовыми культурами [Воронкова, 2014]. Формирование урожая сельскохозяйственных культур и накопление в нем биологически ценных веществ является конечным результатом ряда сложнейших физио-лого-биохимических процессов, протекающих в органах растений в онтогенезе. Направленность этих процессов определяется, с одной стороны, генотипическими свойствами вида и сорта данного растения, с другой - зависит от условий внешней среды [Колмаков, 2004; Гамзикова, 2008 и др.]. В естественных биоценозах биологической фиксации атмосферного азота принадлежит исключительная роль в снабжении растений азотом [Базилинская, 1986]. Внесение в почву (с семенами) активных штаммов ризосферных

© Хамова О.Ф., Шулико Н.Н., Дороненко В.Д., 2017

микроорганизмов в большинстве случаев обеспечивает существенный рост интенсивности связывания атмосферного азота в злаковых агроценозах [Шотт, 2010; Воронкова, 2006].

Объекты и методы

Опыт заложен на основе пятипольного зернопарового севооборота с чере-дованием культур: чистый пар - пшеница - соя - пшеница - ячмень. Исследования проведены под заключительной культурой севооборота - ячменем. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусовый тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 6,68-6,72 % (по Тюрину), подвижного фосфора и обменного калия 101-120 и 350-420 мг/кг почвы (по Чирикову) соответственно. Изучались следующие факторы по схеме 2 х 2 х 2:

А - минеральные удобрения, кг д.в/га севооборотной площади: 1) без удобрений (контроль); 2) применение в дозе N18P42 на гектар севооборотной площади, рассчитанной на положительный баланс элементов питания (невысокая доза удобрений, может применяться в хозяйствах) ;

В - солома: 1) без соломы; 2) внесение соломы после уборки зерновых культур в количестве, соответствующем урожаю;

С - бактериальное удобрение: 1) без инокуляции; 2) инокуляция семян ячменя биопрепаратом ризоагрин (производство ВНИИСХМ на основе штамма Agrobacterium radiobacter 204). Размещение вариантов - систематическое.

Погодные условия вегетационного периода 2012 г. были засушливыми, количество осадков - 72,6 % от нормы, ГТК (за май - август) = 0,69, при среднем многолетнем 1,10. В 2013 г., за исключением засушливого июня, метеоусловия вегетационного периода благоприятные для зерновых культур. Количество осадков за май - август - 218 мм (111 % от нормы) при ГТК = 1,16. В 2014 г. засушливыми были май и июнь, за период вегетации выпало 135 мм осадков (68 % от нормы), ГТК = 0,68.

Растительные образцы на содержание валового азота проанализированы по Пиневич [Пиневич, 1955].

Результаты исследований

Количество питательных элементов, которое необходимо для нормального роста и развития растений, обычно определяют по их содержанию в урожае. Зная потребности растений в конкретных элементах минерального питания и их снижение путем внесения минеральных удобрений и биопрепаратов, можно оптимизировать процесс внесения удобрения и повысить продуктивность сельхозкультур [Сотников, 2004].

Оценка качества зерна ячменя показала, что изменение содержания белка в нем в варианте без удобрений за годы исследований варьировало от 11,4 до 13,9 %, в основном это обусловлено метеоусловиями вегетационных периодов 2012-2014 гг.

Доминирующее значение в формировании качества зерна ячменя принадлежало сочетанию изучаемых факторов. В этом же варианте (N18P42 + солома + инокуляция) в 2012-2014 гг. наблюдался и максимальный вынос азота (зерно + солома) 92,5; 60,7 и 121,4 кг/га соответственно при урожайности 2.53; 1,74 и 3,62 т/га [Шулико, 2013].

При совместном применении минеральных удобрений, соломы и инокуляции семян в годы исследований белковость зерна ячменя составляла 13,1-14,6 % (максимальные значения по вариантам). Применение инокуляции как отдельного агроприема и в сочетании с удобрениями увеличивало белковость зерна на 0,6 и 2,3 % по отношению к контролю.

Сбор белка с одного гектара определялся урожайностью культуры и соедржанием белка в растениеводческой продукции. Под влиянием изучаемых факторов сбор варьировал от 0,15 до 0,53 т/га в годы исследований.

При систематическом использовании соломы в севообороте ее эффективность как удобрения возрастает. Скорость ее микробного разложения зависит от наличия в почве

источников питания для микроорганизмов в виде азота и фосфора, минеральных удобрений, численности и видового состава микроорганизмов, температурных условий, влажности, аэрации [Верниченко, 1980; Юшкевич и дрю, 2015]. Последействие соломы связано с усилением процессов мобилизации азота в почве, повышением использования растениями иммобилизованного азота удобрений и почвы [Юшкевич и др., 2013].

В 2012 г. применение соломы на фоне без удобрений увеличивало белковость зерна ячменя на 2,5 %, а на фоне ^8Р42 - на 1,1 %. Инокуляция семян ассоциативными азотфикса-торами также положительно влияла на содержание белка и его сбор. Так, в варианте инокуляции наблюдалось увеличение показателя на 2,3 %, в варианте ^8Р42+ инокуляция - на 1,3 %; сбор белка повысился в этих вариантах на 0,05 и 0,09 т/га соответственно в сравнении с контролем.

В 2013 г. в вариантах с применением удобрения сохранилась та же закономерность, что и в 2012 г. (таблица).

Содержание белка врериЯ ячменя в зависимости от применения минеральныхКдобрений,

соломы и инокуляции|семян (2012-2014)

Содержание бел^ в зерне, % Сбор|белка, т/га

2012 г. 2013 г. 2014 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г.

[Контроль 11,4 11,7 12,1 0,22 0,15 0,28

Солома 13,9 12,3 12,8 0,29 0,18 0,30

Инокуляция 13,7 13,1 12,8 0,27 0,20 0,33

|Солома + инокуляция 12,8 13,1 13,1 0,27 0,20 0,34

N^42 13,1 12,5 13,1 0,30 0,22 0,42

N ,8Р.|2 + соломЯ^^^^^^^^^Н 12,5 12,3 13,6 0,29 0,24 0,46

^8Р42 + инокуляция 12,7 12,3 13,8 0,31 0,22 0,49

^8Р42+ солома +инокуляцщ|^И 14,6 13,1 14,6 0,36 0,23 0,53

НСР05 А, В, С 0,46 0,50 0,38 0,01 0,01 0,01

Примечание. НСР05 А минеральным удобрений. НСР05 В соломы. НСР05 С -инокуляции.

В 2014 г. получена наиболее высокая урожайность на фоне ^8Р42 (3,21-3,62 т/га), потребовавшая существенного количества минерального азота для ее формирования. Поэтому наблюдалось образование зерна определенного качества с содержанием белка 13,1-14,6 %. Между содержанием белка в зерне и количеством азота нитратов в почве в период кущения ячменя была получена тесная коррелятивная зависимость (г = 0,81 ± 0,23). Применение соломы и инокуляции в 2014 г. повысило сбор белка на удобренном фоне на 1,5 и 1,7 % соответственно. Максимальный сбор с гектара получен на фоне минеральных удобрения в 2014 г. - 0,42-0,53 т/га. В 2014 г. в выделенных с применением агрохимии вариантах (^8Р42 + солома + инокуляция по отношению к контролю 0,78 т/га) установлено, что содержание белка в зерне ячменя варьировало в пределах 12,1-14,6 % (рисунок).

Контроль Инокуляция Солома- М18Р42- М18Р42-г ннокуляция инокуляция солома-

инокуляция

Содержание белка б зерне. % * Коэффициент азотфиксации ячменя. %

Содержание белка в зерне ячменя, коэффициент азотфиксации ячменя в зависимости от применения минеральных удобрений, соломы и бактеризации семян (%), 2014 г., НСР05 = 0,4

Применение минеральных удобрений совместно с инокуляцией и соломой оказывало наибольшее положительное влияние на качество зерна. В вариантах Ni8P42 + инокуляция и N18P42 + солома + инокуляция содержание белка увеличилось на 1,7-2,5 % в сравнении с контролем. Пименение инокуляции на фоне без удобрений увеличивало белковость зерна на 0,7 %.

В результате исследований установлено, что в формировании урожая ячменя определенную пользу приносит биологический азот. В 2014 г. в выделенных с наибольшим количеством фиксированного азота воздуха вариантах с инокуляцией в общем выносе азота ячменем доля составляет от 19 до 27 % в зависимости от применения удобрений. Максимальный коэффициент азотификации (доля азота атмосферы в общем азоте биомассы) получен в варианте применения бактериального удобрения в сочетании с соломой.

Выводы

Таким образом, применение невысоких доз минеральных удобрений, соломы и инокуляции семян ассоциативными диазотрофами обеспечивает повышение содержания белка в продукции и его сборе с гектара на 2,7 % и 0,15 т/га соответственно в сравнении с контролем. Использование в сельхозпроизводстве биопрепарата ризоагрин позволяет повысить коэффициент асотфиксации до 27 %.

O.F. Khamova1, N.N. Shuliko2, V.D. Doronenko2

1Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

2Siberian Research Institute of Agriculture

The role of biological nitrogen in the barley grain quality under the conditions of long-term use of fertilizers and inoculation of seeds in the southern forest-steppe of Western Siberia

In the agro-industrial sector economy of many countries around the world, by the end of 20th centuty, one of the rational ways of development was the introduction of biologic preparations intro land-use practice. It s necessary to estimate the contribution of biologic nitrogen to the formation of qualitative grain barley the reduction or replacement of chemicals [Zavalin, 2005; Voronkova, 2011]. The hospital, on the sidelines of the field experiment, located in the North-Western outskirts of the Omsk city and natural zoning refers to the southern forest-steppe. Long-temi (over 25 years) patient experiences with the use of mineral fertilizers, straw and bacterial preparate associative nitrogen fixation showed increased protein content in the production and harvesting per hectare was 2.7 % and 0.15 t/ha respectively compared to control. The use of mineral fertilizers either separately or together with the addition of straw had a positive effect on grain quality. In the options Ni8P42 and Ni8P42 + straw protein content increased by 1.2 and 1.1 % compared to the control. The use of inoculation as a separate application increased the grain protein content 1.2-1.5 %. Studies have shown the possibility of regulating the receipt of biological (atmospheric) nitrogen into the agro-ecosystem. Experimentally proved nitrogen-fixing ability of the drug risogrin, which is apparently associated with survival in the chernozem soil deposited strains of microorganisms and their resistance to hydrothermal conditions of the vegetation period. Maximum rate of nitrogen fixation (proportion of atmospheric nitrogen in the total nitrogen of the biomass) was obtained in the variant of application of bacterial fertilizers in combination with straw. On average over the three years, the ratio of nitrogen fixation reached 13 %. Application of the biopreparation rizoagrin in agricultural production made it possible to increase the nitrogen fixation coefficient to 27 %.

Keywords: barley, fertilizer, straw, inoculation, grain quality, the ratio of nitrogen fixation, biological nitrogen.

Список литературы

1. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. М. : Изд-во ВНИИА, 2005. 302 с.

2. Воронкова Н.А. Биологические ресурсы и их значение в сохранении почвенного плодородия и повышении продуктивности агроценозов Западной Сибири: моногр. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. 188 с.

3. Колмаков Ю.В. Качество зерна пшеницы и пути его улучшения : автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук :

References

1. Zavalin A.A. Biopreparaty, udobreniya i urozhaj. M. : Izd-vo VNIIA, 2005. 302 s.

2. Voronkova N. A. Biologicheskie resursy i ih znachenie v sohranenii pochvennogo plodorodiya i pov-yshenii produktivnosti agrocenozov Zapadnoj Sibiri: monografiya. Omsk : Izd-vo OmGTU, 2014. 188 s.

3. Kolmakov Yu.V. Kachestvo zerna pshenicy i puti ego uluchsheniya : avtoref. dis. ... d-ra s.-h. nauk :

06.01.05Й Колмаков Юрий [Владимирович. Тюмень, 2004. 32 с.

4. ГамзикоМ О.И. Этюды по физиологии, агрохимии и генетике м^еральнош питания растений / О.И.|Гамзикова; отв. ред. акад. РАСХН Г.П.1Гамзиюж Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ний, Новосиб. ГАУ. Новосибирск : Агрой, 2008. 372 с.

5. Базилинская М.В. ¡Исследования по проблеме биологической 1фиксац™ азота в Кана^: обзор. информ. // Сельскохозяйственное производство и наука. Сер. 1. Экономика, земледелие и растениеводствЯ. 1986. № 1. С. 21.

6. Шотт П.Р. [и др.] Применениеррепарато| корневых диазотрофов при (возделывании зерновых культур на|Алтж // Достижен™ науки и техники АШС. 2010. № 6. С. 29-31.

7. Воронкова Н.А. |Роль приемов биологизации земледелий в воспроизводстве почвеннош плодородия и продуктивности сельскохозяйственным культур // Биологические источники элементов ^минерально™ питания растенш. III Сибирские агрохимические Прянишниковский чтения: материалы|Междунар. науч. конф. ЙОмсга, 12-16 июлй 2005 г.). Новосибирск, 2006. С. 196-201.

8. Пиневич В.В. Определенияазота и фосфора в растительном Иматериал? из одной навески // Докл.ВАСХНИЛ. 1955. № 1. С. 33-34.

9. Сотников Б.А. Влияние приемов биологизац™ на динамику лабильным форм органиче-скогореществ?и урожайность культур:Цавтореф. дис ... канд. с.-х. Вороной, 2004. 18 с.

10. Шулико Н.Н., Хамова О.Ф., Дороненко

B.Д. Влияние длительного применения минеральных удобрений, соломы и бактеризацш! семян ячменй ассоциативными диазотрофами на ■выной и условный баланс (элементов питания в условиях юга Западной Сибири // Аграрный потенциал в систе^ продовольственного обеспечения: теория и (практим: материалы Всерос. науч.-практ.|конф. Ульяновск, 2016. Ч. I.

C. 328-333.

11. Верниченко Л.Ю., Мишустин Е.Н. Влияние солош>1 на почвенные процессы и урожай сельскохозяйственных «культур //(Использование соломы как органического удобрен™ / АН СССР, Ин-п почвоведения. М. : Наука, 1980. С. 3-33.

12. Юшкевич Л.В. [и др.] (Применение соломы в засушливом|земледел™ Западной Сибирга : метод. пособие. Омск : Вариант-Омск, 2013. 48 с.

13. Юшкевич, Л.В., В.Г. Холмов, |Корчагинй И.А. Продуктивноста яровой пшеницы при минимизацм обработки черноземных почв и длительном применении солош>л в Западной Сибирга // Управление почвенным плодородием и питанием культурных растений. экологические аспекты природопользования : сб. материалов, посвящ. 80-летию со дня рождения профессору, основателя и руководите« научной школы Ю.И. [Ермохи^. Омск, 2015. С. 191-197.

Хамова Ольга Фёдоровна, канд. биол. наук, доц. Омский ГАУ, [email protected]; Шулико Наталья Николаевна, мл. науч. сотр. сектора СибНИИСХ, e-mail: [email protected]; Дороненко Вера Дмитриевна, науч. сотр. лаборатории СибНИИСХ, e-mail: [email protected].

06.01.05/ Kolmakov YUrij Vladimirovich. Tyumen', 2004. 32 s.

4. Gamzikova O.I. Etyudy po fiziologii, agrohimii i genetike mineralnogo pitaniya rastenij / O.I. Gamzikova; otv. red. akad. RASKHN G.P. Gamzikov; Ros. akad. s.-h. nauk. Sib. otd-nie, Novosib. GAU. Novosibirsk : Agros, 2008. 372 s.

5. Bazilinskaya M.V. Issledovaniya po probleme biologicheskoj fiksacii azota v Kanade: obzor. inform. // Selskohozyajstvennoe proizvodstvo i nauka. Ser. 1. Ekonomika, zemledelie i rastenievodstvo 1986. № 1. S. 21.

6. Shott P.R. [i dr.] Primenenie preparatov kor-nevyh diazotrofov pri vozdelyvanii zernovyh kul'tur na Altae // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. № 6. S. 29-31.

7. Voronkova N.A. Rol' priemov biologizacii zem-ledeliya v vosproizvodstve pochvennogo plodorodiya i produktivnosti selskohozyajstvennyh kultur // Biologiches-kie istochniki ehlementov mineralnogo pitaniya rastenij. III Sibirskie agrohimicheskie Pryanishnikovskie chteniya: materialy Mezhdunar. nauch. konf. (Omsk, 12-16 iyulya 2005 g.). Novosibirsk, 2006. S. 196-201.

8. Pinevich V.V. Opredelenie azota i fosfora v ras-titel'nom materiale iz odnoj naveski // Dokl. VASKHNIL. 1955. № 1. S. 33-34.

9. Sotnikov B.A. Vliyanie priemov biologizacii na dinamiku labilnyh form organicheskogo veshchestva i urozhajnost' kultur: avtoref. dis ... kand. s.-h. nauk. Voronezh, 2004. 18 s.

10. Shuliko N.N., Hamova O.F., Doronenko V.D. Vliyanie dlitel'nogo primeneniya mineral'nyh udobrenij, solomy i bakterizacii semyan yachmenya associativnymi diazotrofami na vynos i uslovnyj balans ehlementov pitani-ya v usloviyah yuga Zapadnoj Sibiri // Agrarnyj potencial v sisteme prodovol'stvennogo obespecheniya: teoriya i praktika: Mat. Vseros. nauch.-prakt. konf. Ul'yanovsk. 2016. Ch. I. S. 328-333.

11. Vernichenko L.Yu., Mishustin E.N. Vliyanie solomy na pochvennye processy i urozhaj sel'skohozyajstvennyh kul'tur // Ispol'zovanie solomy kak organicheskogo udobreniya / AN SSSR, In-t pochvovedeniya. M. : Nauka, 1980. S. 3-33.

12. Yushkevich, L. V. i dr. Primenenie solomy v za-sushlivom zemledelii Zapadnoj Sibiri: metod. posobie. Omsk : Variant-Omsk, 2013. 48 s.

13. Yushkevich, L.V., Holmov V.G., Korchagina I.A. Produktivnost' yarovoj pshenicy pri minimizacii obrabotki chernozemnyh pochv i dlitel'nom primenenii solomy v Zapadnoj Sibiri // Upravlenie pochvennym plodorodiem i pitaniem kul'turnyh rastenij. ehkologiches-kie aspekty prirodopol'zovaniya : sb. materialov, posvyashch. 80-letiyu so dnya rozhdeniya professora, os-novatelya i rukovoditelya nauchnoj shkoly Yu.I. Ermohina. Omsk, 2015. S. 191-197.

Khamova Olga Fedorovna, Cand. Biol. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, e-mail: [email protected]; Shuliko Natalia Nikolaevna, junior researcher, Sector (Laboratory) of Microbiology, SibNIISCH, e-mail: [email protected]; Doronenko Vera Dmitrievna Senior Scientist Laboratory of Agrochimy, SibNIISCH, e-mail: [email protected].