Влияние микроэлементов на урожайность и качество волокна льна-долгунца

1. Обзор литературы

1.1. Народно-хозяйственное значение льна-долгунца

Лён-долгунец — древнейшее растение, которое оказало значительное влияние на развитие духовной и материальной культуры наших предков. При условии комплексного использования он является одной из перспективных сельскохозяйственных культур. Еще в древности его применяли для производства текстильных изделий и пищевых продуктов, а также как лекарственное растение. Окупаемость этой культуры реализуется не один год, поскольку ежегодно возобновляемое сырье может длительно использоваться как в текстильной, так и в других областях промышленности, обеспечивая занятость многих слоев населения[19]. Лён-долгунец также называют «северным шёлком». Главное его использованиена волокно, которое идет на изготовление различных тканей, обладающих, как известно, многими ценными свойствами. Изделия из льна красивы, добротны и прочны, легки и эластичны; они хорошо пропускают воздух и впитывают влагу (в несколько раз быстрее по сравнению с шелком, вискозой и даже хлопком). Прочность льняной пряжи на разрыв при одинаковой толщине в 2−3 раза выше хлопчатобумажной и шерстяной. В составе льняного волокна есть элементы кремнезема, предохраняющие его от гниения, что особенно важно для производства тканей технического назначения.

Из льна наша текстильная промышленность вырабатывает очень широкий ассортимент товаров бытового назначения: полотенца, белье, одежду, одеяла и другие изделия, и технического-брезент, приводные ремни, парусину, мешочный, упаковочный материалы, шпагат нитки, веревки и др.

Для нужд народного хозяйства можно использовать почти все растение льна-долгунца. Из семян, содержащих 35−37% жира, получают льняное масло, которое применяют для приготовления высококачественной олифы, а также лаков, красок, клеенок, линолеума, термоизоляционных проводов; среди технических масел оно по объему производства занимает первое место в мире.

В небольшом количестве рафинированное льняное масло применяют в промышленном консервировании продуктов, кулинарии и кондитерском производстве.

Жмых льняной содержит сырого жира до 7%, сырого протеина-34%, выход которого составляет около 58%. При экстракции масла из семян получают шрот, который по нормам содержит до 2,5% сырого жира и 36% сырого протеина влажностью-8−9%. По своей питательности жмых и шрот принадлежат к высококонцентрированным кормом, их охотно поедают все сельскохозяйственные животные. В 1 кг льняного жмыха содержится 1,15 корм. ед. и 260 г переваримого протеина. Для кормления животных используют и полову, которая составляет в среднем 15% общего урожая льна; 1 кг ее содержит 0,27 корм. ед. и 20 г переваримого протеина.

Льняная костра содержит до 64% целлюлозы и служит сырьем для производства бумаги, упаковочного и технического картона, фурфурола, вискозы, целлулоида. На некоторых льнозаводах имеются цехи по изготовлению из костры прессованных строительных плит. Отходы льноволокнапаклю используют в качестве упаковочного и конопаточного материала.

Лен-долгунец не только одевает и кормит, но и лечит. Он входит в число 200 растений, из которых изготовляют лекарственные препараты. Семена содержат белок, углеводы, органические кислоты, витамин А, ферменты. Их используют также для приготовления компрессов и припарок, а льняное масло широко практикуют в питании людей с нарушением обмена веществ, при атеросклерозе[22].

Посевы прядильного льна в мире составляют 1,5 млн. га, в странах СНГ — около 1 млн., в т. ч. на долю России приходится 51%, а Республики Беларусь- 20%.

В последние годы в целом по нашей республике достигнут уровень урожайности 6,2 ц/га. В Бобруйском, Гомельском, Слуцком районах урожайность составила соответственно 10,0; 10,5; 11,6 ц. волокна с гектара. Во Франции, например, стабильно получают 13−15 ц волокна с гектара, в Голландии — до 25.

Лён-долгунец даёт волокно, семена и другую продукцию переработки. В среднем в урожае льна-долгунца льносолома составляет 70−75%, семена- 10−15%, полова- 10−15%. Выход тресты из урожая соломы- 70%. Содержание волокна в соломе 20−25, в тресте- 28−32%.

Несмотря на всю ценность данной культуры, посевные площади льна-долгунца значительно уменьшить по сравнению с 1990 годам. Размещены посевы на территории республики неравномерно. Они в основном сосредоточены в Витебской, Гродненской и Минской области. На эти регионы приходится более 75% площади льна страны, на остальные области — менее 25%.

В настоящее время имеются все возможности для подъёма отрасли. В республике создано и районировано значительное количество сортов, которые обладают высокой продуктивностью и хорошими качествами льносырья. Наиболее слабым звеном при возделывании льна является широкая техническая оснащённость отрасли. В последние годы льноуборочные машины практически не приобретались, очень мало их для рулонирования льносырья, раздельной уборки этой культуры. Имеющаяся в льносеющих хозяйствах техника морально и физически устарела[17].

Резервом повышения урожайности и качества льнопродукции является более полное использование природных факторов и максимальная реализация биологического потенциала новых, высокопродуктивных сортов, совершенствование и разработка энергосберегающих агрохимических приемов, позволяющих создать оптимальные условия для роста и развития льна. Особое значение при этом приобретает оптимизация минерального питания растений с учетом биологических особенностей сортов и выявления их отзывчивости на условия питания[18].

1.2. Биологическая характеристика льнадолгунца

Лен принадлежит к семейству льновыхLinaceae. В это семейство входит 22 рода, из которых для практических целей используется преимущественно один род-ленLinum. Этот род включает свыше 200 видов распространённых в умеренных и субтропических областях всех частей света.

Большая часть видов льнадикорастущие растения, а некоторые дикие однолетние и многолетние виды культивируются как декоративные. Хозяйственное значение имеет культурный лён — Linum usitatissimum, широко используемый как прядильное и масличное растение[20].

Лён-долгунецвысокорослые (от 60 до 120 см и более) одностебельные растения, ветвятся только в верхней части[25]. Корневая система состоит из главного стержневого корня, имеющего длину до 100−120 см, с расположением по всей длине короткими боковыми корнями первого порядка, которые имеют последовательные ветвления, редко выше четвертого порядка.

Лен-долгунец, который выращивают в условиях длинного дня на почвах с небольшим гумусовым горизонтом при небольшой площади питания, имеет слаборазвитую корневую систему-8−10% массы растения. Поэтому 80% их массы располагается в пахотном слое почвы. Это однолетнее растение, продуктивной частью его служит высокий, тонкий и прямой, высотой 60—125 см и больше светло-зеленый гладкий стебель, покрытый восковым налетом.

Лён-долгунец по толщине стебля делится на тонкостебельный—диаметр 0,8−1,2 мм., среднестебельный—диаметр 1,2−2 мм. и толстостебельный—2,1 мм и более. Диаметр стебля измеряют на уровне 1/3 части его высоты от места прикрепления семядольных листочков. Характеризуют стебель льна также сбежистосить, мыклость, тяжеловесность.

Сбежистость—форма стебля. При конусообразной форме стебля она выражена более сильно, при цилиндрической—менее. Стебли льна имеющие форму близкую к цилиндрической, обеспечивают больший выход и лучшее качество волокна.

Мыклость — отношение технической длины к его толщине. С увеличением этого показателя повышаются выход и качество волокна[28].

Стебель льняного растения состоит из нескольких тканей. Наружная ткань называется кожицей (эпидермис). Под кожицей расположена паренхима (соединительная ткань), состоящая из тонкостенных клеток, соединяющих остальные ткани стебля. В соединительной ткани залегает волокно в виде волокнистых или лубяных пучков. Это также и механическая часть стебля. Лубяные пучки расположены отдельными островками, сливаясь иногда в сложное кольцо. Кожица и паренхима с волокнистыми пучками и ситовидными трубками составляют поровую часть стебля. Затем кольцеобразно расположен камбий.

Камбий играет важную роль в формировании стебля. Он постоянно образует вторичную кору (наружу) и древесную (внутрь стебля). Волокнистые пучки залегают в наружной первичной коре, волокнистые клетки их дифференцируются из внутреннего слоя паренхимных клеток коры перицикла в конус нарастания.

Деятельность паренхимных клеток и камбия находится в постоянном антагонизме. При снижении деятельности камбия усиливается деятельность перицикла, в результате образуется большое количество клеток луба, что проявляется в загущенных посевах льна. Поэтому содержание волокна в стеблях в загущенных посевах больше, чем в разреженных.

Древесина состоит из клеток с утолщёнными стенками. Она содержит большое количество сосудов, проводящих от корня влагу и питательные вещества по всем подземным органам растения.

Сердцевина — это центральная часть стебля, состоящая из непрочных тонкослойных клеток. У созревшего растения клетки сердцевины разрушаются и внутри стебля образуется полость[9].

Самая ценная часть стебля — волокнистые пучки, которые состоят из сильно удлинённых веретенообразных клеток, элементарных волокон длиной в среднем 20−30 мм. Между собой и окружающими их тканями элементарные волокна соединены пектином. В зависимости от условий выращивания, а также сорта льна число элементарных волокон в волокнистом пучке колеблется от 19 до 50.

Волокно хорошего качества отличается достаточной длиной, высокой прочностью, блеском, эластичностью[28].

В густых посевах лен-долгунец представляет собой высокое одностебельное растение, примерно в верхней пятой его части с коротким соцветием — зонтиковидной кистью и двумя-тремя плодами — коробочками, в редких посевах до 10 коробочек и более. Содержание волокна в стебле от 20 до 35%. Стебель в виде вытянутого конуса расширен у основания и сужен в верхней части. Листья длиной 36−40 мм, шириной 2−4,4 мм пооче-редно расположены по винтовой линии, зеленые, со слабым восковым налетам, отмирают во время созревания льна. Цветки у льна-долгунца правильные, пятерного типа. Окраска лепестков обычно голубая, редко встречаются растения с белыми или розовыми лепестками в цветке. Тычинок с пыльниками — пять.

Лен-долгунец — растение самоопыляющееся, но не исключено и перекрестное опыление насекомыми, главным образом пчелами. В ясные жаркие дни цветок распускается в 5 — 6 ч утра, к 9−11 ч лепестки опадают. В пасмурные дни начало и конец цветения наступают на 1−2 ч позднее. На всей плантации цветение продолжается в среднем шесть — десять дней.

Плод у льна представляет собой шаровидную мелкую коробочку длиной 6,1−8,3 мм, шириной 5,7−6,8 мм. Она пятигнездная, каждое гнездо разделено неполной, обычно неопушенной перегородкой на два полугнезда, содержащих по одному семени. В производственных посевах число нормально развитых семян может быть меньше десяти (в зависимости от условий вегетации льна). Спелые коробочки остаются закрытыми и лишь при перестое на корню происходит их растрескивание и осыпание семян. При продолжительной влажной погоде они могут прорастать в коробочках.

Семя льна яйцевидной формы, плоское, со слегка загнутым и суженным носиком (зародышевый конец). Здоровые семена обычно имеют коричневую окраску разных оттенков — от светло, до темно-коричневых; поверхность их гладкая, глянцевая, обладают большой сыпучестью. Размеры семян льна-долгунца: длина от 3,2 до 4,8 мм, ширина от 1,5 до 2,2 мм, толщина от 0,5 до 1,2 мм, масса 1000 семян колеблется от 2,8 до 6 г. Хотя окраска и размер семян — наследственные признаки, однако на них влияют условия произрастания.

Семя состоит из трех основных анатомических частей: оболочки, эндосперма и зародыша. Оболочка защищает семена от вредных внешних воздействиймеханических повреждений и попадания ядовитых веществ, особенно опасных для зародыша. Оболочка пропускает при определенных условиях кислород и воду.

Под оболочкой расположен эндосперм, богатый белком и жиром, используемый зародышем во время его роста. В спелом семени эндосперм и зародыш развиты относительно равномерно. Зародыш состоит из небольшого ко-решка, двух семядольных листочков и расположенной между ними почечки.

Лен-долгунец дает в урожае 70−75% стеблей, около 10−15% семян и 10−15% мякины. При высоких урожаях на долю стеблей приходится до 80%.

По сочетанию хозяйственно-ценных признаков стеблей льна: длине, толщине, цвету, анатомическому строению — можно примерно определить не только содержание волокна, его качество, но и технологию, а также условия выращивания льна. У стебля различают общую длину (расстояние от места прикрепления семядольных листочков до места прикрепления самой верхней коробочки соцветия растения) и техническую (расстояние от места прикрепления семядольных листочков до начала разветвления соцветия), наиболее ценную, она дает длинное волокно — основное льняное сырье[22].

1.3. Ботаническая характеристика льна-долгунца

Семена льна, заделанные в почву, при благоприятных условиях уже на 4−5-й день прорастают. Питание в этот период идет за счет эндоспермы семени. Корешок углубляется в почву, и на поверхность выходят семядольные листочки. Корешки льна начинают усваивать из почвы питательные вещества, а листочки, зеле-нея под влиянием света, поглощают из воздуха углекислый газ, необходимый для образования органического вещества. С этого момента начинается самостоятельный рост и развитие растений льна[28].

Этапы роста растения, которые следуют один за другим, называют фазами. У льна-долгунца принято различать 5 основных фаз роста, которые

характеризуются морфологическими изменениями в онтогенезе или образованием новых органов: всходы, «елочка», бутонизация, цветение, созревание. Продолжительность каждой фенологической фазы, как и всего жизненного цикла льна-долгунца, зависит от сортовых особенностей и условий выращивания. В среднем его вегетационный период составляет 80−90 дней.

От появления семядольных листочков до фазы «елочки» проходит около 15 дней. К этому времени растения достигают высоты 5−10 см и имеют 6 пар близко расположенных друг к другу листочков. Рост льна в фазе «елочки» характеризуется очень медленными темпами, что некоторые исследователи связывают с прохождением растениями двух основных стадий развития — яровизации и световой.

Считают, что стадия яровизации у льна-долгунца длится 5−8 дней и у одних сортов проходит до появления всходов, а у других — после. В этот период растения не чувствительны к интенсивности света и лучше развиваются при низких температурах (+ 5−8^сС).

К световой стадии лен обычно переходит в состояние развернутых се-мядольных листочков. Ее продолжительность колеблется в значительном диапазоне и даже у одного сорта в зависимости от температуры может варьировать от 35 до 28 суток.

В это время у растений интенсивно развивается корневая система, вытягивается точка роста и закладываются потенциальные возможности формирования стебля. Чем продолжительнее световая стадия, тем больше образуется междоузлий и тем больше создается предпосылок для последующего интенсивного линейного роста стебля. Пониженная температура воздуха (+ 8−12°С) способствует удлинению световой стадии и приводит к повышению конечной продуктивности растений.

После прохождения световой стадии растения льна вступают в период быстрого роста, который длится до цветения. Среднесуточный прирост стебля в это время может достигать 4 см и более. За 15−22 дня до цветения растение образует до 75% сухих веществ и 60% волокна. В это время происходит реализация потенциальных возможностей роста льна.

Увеличение длительности активного роста, вызывается ли оно пони-женными температурами или является генетической спецификой, приводит к увеличению периода вегетации и повышению урожая волокна.

Во время цветения рост стебля в высоту сильно замедляется и к концу его прекращается. Важным условием прохождения этой фазы и формирования полноценных семя является повышенная температура воздуха и умеренная влажность почвы[19].

Фаза созревания характеризуется быстрым одревеснением стебля и формированием семян. В этой фазе различают зеленую, раннюю желтую, желтую и полную спелость льна. Между фазами резких границ нет, переход происходит постепенно.

Товарные посевы льна-долгунца следует убирать в ранней желтой спелости и уборку заканчивать не позднее начала желтой спелости. Растения в этот период имеют обычно 65—75% коробочек желто-зеленого цвета, остальные коробочки желтые и бурые. Семена в коробочках льна в основном желтые и светло-коричневые. Только отдельные коробочки зеленые с зелеными семенами. Стебли льна становятся светло-желтыми с зеленоватым оттенком и желтыми. Листья в нижней части растений осыпаются, остальные желтеют и лишь самые верхние остаются зелеными.

В фазе ранней желтой спелости волокно в стеблях хорошо сформированное, что обеспечивает его высокий выход и качество. Семена при уборке в это время при правильной и своевременной сушке оказываются жизнеспособными, пригодными для посева и обеспечивают высокий выход масла при переработке.

Убирать лен на волокно рекомендуют не более чем за 10 дней. Не рекомендуется убирать лен в зеленой спелости, так как в этот период солому оценивают по качеству на 0,25−0,5 номера ниже, чем в ранней желтой и желтой спелости. Треста, полученная из стеблей зеленой спелости, дает низкий выход волокна, и оно слабое по прочности на разрыв. Урожай длинного волокна при уборке льна в зеленой спелости на 7−13%, а семян — на ²/з ниже, чем в ранней желтой спелости. Семена имеют низкую жизнеспособность, и их не рекомендуют использовать для посева.

Нельзя оставлять лен неубранным и до полной спелости, так как стебли в этот период буреют, сильно поражаются болезнями, из-за чего их качество снижается на 0,5−1 номер. Волокно льна, убранного в фазе полной спелости, сильно грубеет, выход его снижается. Урожай длинного волокна уменьшается на 12- 13% по сравнению с урожаем при уборке в ранней желтой спелости. При тереблении льна в полной спелости значительная часть семян осыпается от воздействия теребильного аппарата на стебли.

Убирать семеноводческие посевы рекомендуют в фазе желтой спелости, когда на растениях льна 50% желтых и 50% бурых и желто-зеленых коробочек. У первых семена коричневые, у вторых — зеленые с желтым носиком. В этой фазе уборки бывает некоторый недобор волокна и снижение его качества, но обеспечивается больший урожай семян с более высокой, чем при уборке в ранней желтой спелости, массой 1000 шт.

От всходов до созревания растений льна-долгунца проходит 75−90 дней в зависимости от сорта, вносимых удобрений и погодных условий[28]. Знание особенностей роста и развития растений льна, потребностей их в тепле, влаге, пище позволяет успешно применять различные приемы агротехники для получения высоких урожаев волокна и семян этой культуры.

Тепло. Семена льна прорастают при температуре 3−5°С. Молодые всходы могут переносить пониженные температуры до —3,5−4°С. Оптимальная температура для роста и развития 15−18°С при пасмурной погоде. При жаркой погоде рост стебля в высоту задерживается. Сумма температур за вегетационный период льна-долгунца должна быть в пределах 1400−2200°С. Резкое колебание температуры днем и ночью отрицательно сказывается на урожае.

Влага. Лен-долгунец — культура, очень требовательная к влаге. Особенно отрицательно сказывается недостаток ее в почве, начиная от посева и до ранней желтой спелости. Это необходимо учитывать при разработке агротехнических мероприятий, которые должны быть направлены на сохранение влаги в почве, обратив внимание и на выравненность полей.

Наиболее высокие урожаи льна и лучшего качества обеспечиваются при влажности почвы от посева до периода быстрого роста в пределах 60%, с начала быстрого роста до цветения — 80, во время созревания — 40−60% полной влагоемкости. В то же время лен не выносит избытка влаги и отрицательно реаги-рует на близкое залегание грунтовых вод. На образование волокна и его анатомическую структуру в большой степени влияет и резкое количественное изменение влаги в почве в период вегетации растений. Избыточное увлажнение посевов (особенно после цветения, когда растения потребляют мало влаги) ведет к полеганию льна и поражению его грибными болезнями.

Свет. На получение высоких урожаев льна-долгунца огром-ное влияние оказывает продолжительность освещения. Это культура длинного дня. Лен развивается лучше, когда в период вегетации больше теплых облачных дней. В таких условиях хорошо идет процесс фотосинтеза, и при полной норме высева растения имеют высокие тонкие стебли, содержащие наиболь-шее количество волокна. Нежелательное ветвление стебля мо-жет быть вызвано сильным солнечным освещением, что в значи-тельной степени снижает урожай и качество льноволокна.

Почва. Наиболее благоприятны для возделывания льна-долгунца структурные и хорошо проницаемые почвы. Среди распространенных в льноводной зоне дерново-подзолистых почв лучшими являются средне и легкие слабооподзоленные суглинки и суглинистые супеси с невысокой степенью оподзоленности. Супеси и пески малопригодны, так как они бедны питательными веществами и плохо удерживают влагу. Лен не дает высоких урожаев и на тяжелых связных глинистых почвах, которые образуют после дождя плотную корку, препятствующую выходу на поверхность нежных проросткам[28].

При возделывании льна также необходимо учитывать своеобразное отношение этой культуры к кислотности почвы. Особенность состоит в том, что лен отрицательно реагирует как на повышенную кислотность, так и на избыток кальция в почве. Более благоприятной для льна является слабокислая реакция почвенного раствора. Оптимальное значе-ние pH (KCL) для льна находится в пределах 5,0−5.5. Известкование снижает подвижность и доступность бора и цинка, поэтому под лен необходимо вносить вместе с минеральными удобрениями по 0.5−1.0 кг га д.в. бора и 2.0−3.0 кг/ га д.в. цинка. В случае посева льна на почве, имеющей рН свыше 6.0 доза бора должна быть не менее 1 к г/га, а цинка 3 кг/ га действующего вещества.

Можно проводить дополнительно некорневую подкормку льна бором и цинком (0,2−0.3 кг/га д.в.) при высоте растении 2−4 см, что повышает устойчи-вость растений льна к кальциевому хлорозу. Внесение извести должно быть удалено по времени с таким расчётом, чтобы лён на одно и то же поле попадал не ранее чем через 4−5 лет[13].

Элементы питания. Важная роль в получении высокого урожая и качества льнопродукции принадлежит питательным элементом. В связи с тем, что корневая система льна развита слабо, он требователен к наличию питательных элементов в почве в легкоусвояемой форме. Основное количество азота растения льна поглощают в фазу быстрого роста — бутонизации. По требовательности к азоту критическим для льна является период от фазы «елочки» до бутонизации. Недостаток азота в этот период сильно снижает урожайность волокна и семян. Избыток азотного питания утолщает стебли льна, вызывая полегание, снижает выход волокна, его качество и урожайность семян. При этом удлиняется период вегетации и усиливается поражение льна болезнями. Поэтому определение доз азотного удобрения под лен важная и сложная задача. Доза азота зависит от предшествующей культуры и ее удобренности, содержания в почве гумуса. Поскольку основными предшественниками льна являются зерновые культуры, то необходимо учитывать и предшественники зерновых. Если зерновые культуры размещались после клевера и хорошо унавоженных пропашных культур, то доза азотного удобрения под лен может быть в пределах N₀₋₅.При размещении зерновых культур по зерновым, доза азотного удобрения под лен увеличивается до N₂₀₋₄₀ Существует и различная реакция сортов льна на азотное удобрение. Так, в одинаковых условиях выращивания оптимальная доза азота для сорта Дашковский — N₁₅₋₂₀. Для сорта Могилевский — N₂₀₋₃₀, для сорта Белинка — N₃₅₋₄₅ на оптимальном фоне РК.

Несмотря на то, что максимальное количество фосфора лен потребляет в фазу бутонизации, особенно велика роль фосфорного питания в момент появления всходов и в фазе «елочка». Особенно страдает лен от недостатка фосфора в холодную и влажную весну, когда в почве практически отсутствует воднорастворимый фосфор и этим фактором объясняется высокая эффективность внесения суперфосфата в рядки при посеве льна. С урожаем лен выносит из почвы небольшое количество фосфора. На одну тонну льноволокна с соответствующим количеством семян потребляется 4−5 кг Р₂О₅.В связи с этим под лен не рекомендуется внесение больших доз фосфорного удобрения. На средне обеспеченной подвижными фосфатами почве внесение фосфорного удобрения в дозе Р₃₀₋₆₀ обеспечит урожайность до 15 ц/га волокна с 1 га посева[13].

Лен интенсивно потребляет калий от всходов до цветения. Калий регулирует накопление волокна в стебле, определяет устойчивость к полеганию, повышает устойчивость льна к болезням и увеличивает семенную продуктивность растений. Лен сравнительно много потребляет калия на единицу продукции. На 1 тонну льноволокна с соответствующим количеством семян он выносит из почвы 60−65 кг/га К₂0. Потребление калия льном возрастает при внесении высоких доз калийного удобрения и высокой обеспеченности почвы обменным калием, но без увеличения урожайности. Поэтому нет необходимости внесения больших доз калия под лен. Доза калийного удобрения К₉₀₋₁₂₀ обеспечит полученное урожайности более 20 ц/га волокна и 8−10 ц/га семян льна[13].

Применение под лен оптимальных доз фосфорного и калийного удобрений позволит на 20% сэкономить денежные средства на приобретение минеральных удобрений, что в денежном выражении составит более 8−10 долларов США на 1 га посева льна.

Из микроэлементов наибольшее значение имеют цинк и бор. На произвесткованных почвах они переходят в малодоступное состояние. Так, углекислый кальций осаждает цинк в виде малоподвижных цинконатов, а бор, кобальт становятся труднодоступными, что вызывает несбалансированность питания и глубокие изменения обмена веществ у растений льна. Вследствие этого лён поражается кальциевым хлорозом. Урожай и качество продукции при этом резко падает. Дефицит микроэлементов в почве можно восполнить путём опудриванием ими семян с прилипателями, а также внекорневой подкормкой в фазе «ёлочки», совмещая эту операцию с проведением химической прополки посевов. С успехом эту задачу способны разрешить и специализированные севообороты, оптимальная кислотность почв для большинства культур в которых близка к оптимальной кислотности для льна-долгунца[2].

На бедных магнием супесчаных почвах желательно применять магнийсодержащие известковые материалы — доломитовую муку.

В Республике Беларусь применяются азотные удобрения (аммиачная се-литра, мочевина, сульфат аммония), фосфорные удобрения (суперфосфат, ам-мофос), калийные (хлористый и сернокислый калий). Для льна можно исполь-зовать все виды и формы этих минеральных удобрений. Калийные и фосфорные удобрения можно вносить осенью и весной. Аммофос и азотные удобрения следует вносить весной. Аммофос следует вносить весной, во избежание потерь азота при осеннем внесении.

В последние годы Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси со-вместно с ОАО «Гомельский химический завод» разработали новые формы комплексных азотно-фосфорно-калийных удобрений с микроэлементами и ре-гуляторами роста растений, сбалансированные по содержанию и соотношению элементов питания для почв различного уровня плодородия (NPK 5:16:35 и 6:21:32).

Основные преимущества применения комплексных удобрений заключается в том, что все компоненты (макро-, микроэлементы и регуляторы роста растений) включены в одну гранулу и наиболее приемлемым соотношениям элементов питания и вносятся за одни проход техники, что сокращает затраты на их внесение. Наличие в удобрениях микроэлементов снижает отрицательное действие кальция при возделывании льна на почвах с pH около 6,0 и повышает устойчивость растений к кальциевому хлорозу.

Внесение минеральных удобрений под лен должно быть проведено качественно и удобрения равномерно распределены на поверхности почвы, что обеспечит выровненный неполегающий и равномерно созревающий стеблестой. Для внесения удобрений под лен необходимо применять агрегат РШУ-12, СУ-12 и др. 13].

1.4.Влияние почвенных диазотрофов на интенсивносгь ассоциативной азотфиксации под небобовыми культурами и их урожайность

Фиксация атмосферного азота микроорганизмами при тесном контакте с корнями небобовых растений, называемая ассоциативной азотфиксацией, — новое актуальное и перспективное направление в общей проблеме биологического азота. Большая экологическая значимость ассоциативной азотфиксации обусловлена широким распространением небобовых культур и ассоциативных микроорганизмов во всех климатических зонах. На долю ассоциативной азотфиксации, по данным М. М. Умарова, приходится до 70% азота, поступающего за счет биологической азотфиксации в целом. Оптимизируя свойства почвы и внося органические удобрения, продуктивность природной популяции ассоциативных азотфиксаторов можно повысить в 2 — 4 раза[29].

Сама возможность активизации азотфиксации в прикорневой зоне небобовых растений была предсказана ещё в 1926 г. С. П. Костычевым, а экспериментально подтверждалась различными исследователями при использовании балансового метода. В частности, это было показано в длительных (80−140 лет) опытах по возделыванию небобовых растений без применения азотных удобрений (Брэндбокский опыт в Англии, поля Прянишникова в СССР, опыт «вечная рожь» в ФРГ и др.). Бессменное возделывание небобовых культур (озимой ржи, ячменя, ржи, риса и др.) не приводило к заметному снижению содержания азота в почве, несмотря на ежегодное отчуждение его с урожаем, тогда как в вариантах без растений («вечный пар») происходило непрерывное уменьшение количества гумуса и азота в почве.

К настоящему времени изучение ассоциативной азотфиксации превратилось в самостоятельный раздел учения о биологическом азоте. Показано широкое распространение ассоциативной азотфиксации, выяснены многие физиологические и биохимические особенности этого процесса, активно изучаются микроорганизмы, осуществляющие его в ассоциации с растениями, продолжается поиск активных форм ризосферных диазотрофов и создание на их основе эффективных бактериальных препаратов, приспособленных к возделываемым культурам и почвенно-климатическим условиям.

В настоящее время активными ассоциативными азотфиксаторами считаются более 60 видов бактерий, принадлежащих к 12 семействам. Но наибольшее внимание исследователей привлекают бактерии рода Azospirillum. Это связано с их высокой нитрогеназной активностью в ассоциациях с растениями, хорошей приживаемостью в корневой зоне, конкурентоспособностью при заселении зоны корня[2].

Экологической нишей, в которой протекает ассоциативное связывание атмосферного азота, является фитоплан (ризоплан и филлоплан) — зона обитания микроорганизмов на поверхности подземных и надземных органов растений, где имеется необходимое энергетическое обеспечение в виде продуктов экзосмоса и корневого опада, существует многими другими метаболитами, а также создаются условия, способствующие активизации нитрогеназы — пониженное парциальное давление О_{2 ,} постоянный дефицит легкодоступных соединений азота, повышенная влажность, температура и др. Хотя систематическое изучение экологических особенностей ассоциативной азотфиксации началось сравнительно недавно, но уже до этого было замечено, что добавление в почву глюкозы, сахара, крахмала зелёного удобрения стимулирует азотфиксацию, причём этот эффект проявляется во всех почвах вне зависимости от их свойств. Из этих наблюдений можно сделать вывод — азотфиксирующий генофонд всех почв достаточно богат, а деятельность гетеротрофных азотфиксирующих бактерий в них лимитирована недостатком легкодоступного энергетического субстрата, например, углеводов.

Выполненные к настоящему времени многочисленные работы свидетельствуют о том, что именно фотосинтетическая деятельность растений существенно влияет на динамику и интенсивность азотфиксации в фитоплане и, в конечном счёте, повышает продуктивность её в экосистеме. Однако пока мало данных о масштабах ассоциативной азотфиксации в конкретных фитоценозах, поскольку они могут быть только на основе многократных измерений реальной скорости процесса в природной среде, являющихся пока трудоёмкими и длительными. Значительно больше реперных оценок, полученных при однократных и обычно в периоды активного развития растений. Тем не менее эти данные представляют определённый интерес как для общей характеристики ассоциативной азотфиксации, так и для накопления сведений о возможных величинах её в конкретных экосистемах.

Ассоциативная азотфиксация протекает с той или иной скоростью практически во всех почвах в прикорневом пространстве или на корнях растений самых разных мест обитания. Высокий её уровень (до 200 кг/га) обнаружен в ризосфере большого количества тропических растений (сорго, маис, сахарный тростник, рис и др.). В почвах зоны умеренного климата в ризосфере зерновых культур, корнеплодов, клубнеплодов, многолетних и однолетних трав её уровень достигал лишь 30−55 кг/га. Активность ассоциативной азотфиксации в почве зависит от наличия легкодоступного энергетического материала. Высокий уровень азотфиксации в прикорневой зоне обусловлен притоком сюда больших количеств органических веществ — корневых выделений и корневого опада, объем которых, по последним данным, составляет приблизительно от 25 до 50% продукции фотосинтеза[30].

Процесс азотфиксации подвержен влиянию сложного динамического комплекса различных факторов, вследствие чего азотфиксирующая способность почв может сильно колебаться в течение периода вегетации растений. Поэтому для оценки продуктивности ассоциативной азотфиксации в агроценозах необходимо изучение динамики процесса в течении вегетационного периода непосредственно в полевых условиях.

Результаты исследований М. М. Умарова показали, что активность азотфиксации в посевах злаковых трав (тимофеевка, овсяница луговая) на дерново-подзолистых суглинистых почвах изменялась в течении вегетации и имела два максимума: в начале колошения, а во втором укосе — в фазу цветения злаков. В почве незасеянного участка азотфиксирующая активность была в 1,5 — 2 раза ниже, чем под посевами злаков в течение вегетационного периода изменялась мало. Аналогичные закономерности получены и при изучении динамики активности азотфиксации в дерново-подзолистой супесчаной почве на полях ячменя и картофеля. Под ячменём более высокий уровень азотфиксации также соответствовал фазе начало колошения, под картофелем — фазам бутонизации и цветения. Она была значительно ниже на участках без растений, а также ночью по сравнению с днём[29].

Таким образом, стимулирующее влияние растений на деятельность диазотрофных бактерий наиболее вероятно объясняется поступлением в прикорневую зону легкодоступного энергетического материала из корневых выделений и корневого опада. Известно, то интенсивность корневых выделений возрастает в фазы активного развития растений и при высокой скорости фотосинтеза[32]. У злаков в этот период ассимиляционная поверхность растений достигает максимального размера и возрастает продуктивность фотосинтетического аппарата. Имеется ряд данных о тесной зависимости азотфиксации в ризосфере растений от фотосинтетической деятельности. В частности, только этой зависимостью можно объяснить суточную динамику азофиксации в ризосфере[14].

Более высокий уровень процесса азотфиксации в полевых условиях в ризосфере по сравнению с почвой без растений можно объяснить только массированными поступлениями в прикорневую зону легкодоступного энергетического субстратов в виде прижизненных растительных выделений и опада.

Зависимость интенсивности фиксации атмосферного азота ассоциативными азотфисаторами от выделительной деятельности корневых систем растений, а в конечном счёте от фотосинтетической активности, свидетельствует о тесной сопряжённости двух уникальных биологических процессов — азотфиксации и фотосинтеза. Подтверждением этого является низкий уровень несимбиотической и ассоциативной азотфиксации в районах с низкой продуктивностью фотосинтеза и высокий их уровень в районах с высокой его продуктивностью.

Следовательно, растения в значительной степени влияют не только на азотфиксирующую активность почвы, но и являются главным фактором, определяющим динамику ассоциативной азотфиксации.

Определение количества азота, которое поступает в почву под различными сельскохозяйственными культурами за счет деятельности диазотрофных почвенных бактерий, является одной из главных задач экологии ассоциативной азотфиксации. Для оценки масштабов вклада дизотрофных почвенных бактерий в азотный баланс почв требуется накопление большого фактического материала. Особое значение имеют исследования, проводимые в поле, позволяющие определить уровень азотфиксации в конкретных почвенно-климатических условиях и учесть влияние на процесс различных возделываемых культур.

Опыты, проведенные М. М. Умаровым на дерново-подзолистых почвах показали, что при наличии активно вегетирующей растительности (ячмень, луговые злаки, злаковое разнотравье) суммарная продуктивность азотфиксации за вегетационный период достигла 40 — 55 кг/га. В то же время в парующей почве и в междурядьях растений ее уровень не превышал 10 — 13 кг в пересчете на 1 га. Размеры ассоциативной азотфиксации на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве под тимофеевкой и овсяницей луговой составили соответственно 40,1 и 39,2 кг/га за сезон, а на парующем участке и в междурядьях растений — 13,1 кг/га[29].

Для дерново-подзолистой супесчаной почвы размеры азотфиксации за сезон составили 40,4 кг/га под ячменём и 30 кг/га под картофелем. В то же время на незанятых растениями участках фиксируется лишь 10−13 кг/га биологического азота. Очевидно, что именно это количество молекулярного азота связывается бактериями и за счёт использования пожнивных растительных остатков, т. е. в ходе несимбиотической азотфиксации. Остальные 20−25 кг азота на гектар усваивается диазотрофами при потреблении ими в качестве углеродной пищи легкодоступных органических соединений, выделяемых растениями в прикорневую зону в виде корневых выделений и корневого опада, т. е. за счёт ассоциативной азотфиксации.

Кроме растений среди других экологических факторов, определяющих уровень ассоциативной азотфиксации, существенное значение могут иметь влажность и температура почвы, концентрация углекислоты, азотные, фосфорные удобрения и др.

Результаты лабораторных, вегетационных и полевых опытов проведённых М. М. Умаровым на дерново-подзолистых почвах, свидетельствуют о высокой степени влияния влажности почвы на её азотфиксирующую способность. При влажности ниже 20% азотфиксация оставалась на относительно низком уровне, незначительно изменялась в от 8 до 20%. При увеличении влажности выше этого уровня активность азотфиксации быстро росла, достигая максимума при влажности около 40%[30].

При сопоставлении значений ассоциативной с изменением температуры почвы в верхнем горизонте (0−10) в течение вегетационного периода корреляций между этими величинами не установлено. Это можно объяснить тем, что, во-первых, летом температура верхних горизонтов почвы колеблется не столь значительно, чем влажность. Во-вторых, лимитирующим фактором для азотфиксации температура становится лишь при относительно низких значениях — ниже 7^оС, летом же температура почвы в верхних горизонтах в средней полосе редко опускается ниже 40^оС[31].

Помимо уже рассмотренных факторов, существенное влияние на ассоциативную азотфиксацию может оказать концетрация СО₂ в атмосфере. Известно, что среднее содержание углекислоты в земной атмосфере в 0,03% является субоптимальной для растений, и при повышении концентрации СО₂ до 0,1−0,2% в условиях отсутствия лимитирования другими факторами фотосинтез усиливается. В целом продуктивность фитоценозов и в особенности агрофитоценозов не в последнюю очередь определяется содержанием СО₂ в воздухе[14].

Считается, что нехватка углекислоты для нормального протекания фотосинтеза — одна из причин снижения продуктивности агроэкосистем при одностороннем применении минеральных удобрений. В период интенсивного развития культурные растения синтезируют около 360−380 кг/га сухой массы за сутки, затрачивая до 720 кг СО₂. В тоже время в слое воздуха над гектарным участком содержится только около 5 кг СО₂; необходим постоянный приток углекислоты для поддержания высокой продуктивности фотосинтеза[14].

В настоящее время почти нет сведений о действии повышенной концентрации углекислоты в атмосфере на азотфиксирующую деятельность микроорганизмов. Однако опыты, проведённые М. М. Умаровым свидетельствуют, что в условиях гнотобиотических систем от 25 до 35% углерода ассимилированной растениями углекислоты использовалось для ассоциативной азотфиксации. Поэтому оптимизация содержания СО₂ в атмосфере может служить одним из способов повышения не только продуктивности фотосинтеза, но и масштабов ассоциативной азотфиксации. Активное регулирование концентрации углекислоты в приземном слое атмосферы путём внесения навоза, компостов, запашки соломы и других растительных остатков может способствовать повышению доли «биологического» азота в урожае[29].

В последние годы, после открытия явления ассоциативного связывания азота небобовыми растениями, появились многочисленные предложения проводить инокуляцию растений активными штаммами азотфиксирующих бактерий. Накоплен обширный экспериментальный материал, показывающий высокую эффективность этого приёма.

Исследования кафедры агрохимии БГСХА показали, что при обработке семян ячменя бактериальными удобрениями на основе азоспириллы — азобактерином, полученным в БелНИИПА, урожайность зерна по сравнению с фосфорно-калийным фоном в среднем за 9,1 ц/га. Действие бактериального удобрения было эквивалентно 30 кг/га азота. Весьма эффективным, по данным БелНИИПА, оказалось применение этого удобрения и под многолетние злаковые травы. Действие было эквивалентно внесению 40−60 кг/га минерального азота, а прибавки урожайности многолетних трав (ежа сборная, овсяница луговая, кострец безостый) составили 7,9−24%[10].

Кроме того, применение бактериального удобрения на основе азоспириллы снижало поступление цезия-137 в растения трав в 1,4−1,7 раза[16].

Довольно высокие прибавки урожая льна-долгунца от применения препаратов ассоциативных азотфиксаторов, получены во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии г. Санкт-Петербург. Данные исследования Воробейкого Г. А., Хмелевской И. А. и др. обосновывают возможность успешного использования бактериальных препаратов для улучшения минерального питания растений льна за счет повышения уровня ассоциативной азотфиксации в ризосфере и мобилизующей активности бактериальных штаммов по отношению к минеральным элементам, находящимся в труднодоступном для поглощения состоянии. Улучшение минерального питания может происходить также в результате увеличения мощности корневой системы.

Обработка семян льна-долгунца бактериальными препаратами является перспективной в отношении улучшения минерального питания, стимуляции роста, увеличения выхода волокна и повышения продуктивности этой культуры. Действие различных штаммов бактерий на исследованные показатели не однозначно: оно меняется по годам исследований в зависимости от почвенноклиматических условий и реакции самих сортов на обработку. Из испытанных препаратов более эффективными оказались агрофил, экстрасол и ризоэнтерин[11]. В опытах Н. В. Путырского и Е. М. Путырской, проведённых в Гродненском СХИ, при обработке семян озимой ржи бактериальными диазатрофами в среднем за 5 лет прибавки зерна составили: от азоспириллы 0,8; артробактерина — 2,5; агроспирила 3,1 ц/ га при урожайности на фоне N₆₀ P₆₀K₉₀ 39,1 ц/га[24].

Преимущество ассоциативных бактерий в их разностороннем воздействии на растения. В процессе жизнедеятельности корневые диазотрофы выделяют специфические биологически активные соединения, фитогармоны и антибиотики, способные оказывать значительный ростостимулирующий и антифунгальный эффект. За счёт бактеризации семян увеличивается длина стеблей и корней растений (в среднем в 1,5 раза), возрастает количество продуктивных стеблей и корней растений (на 15−30%). Защитное действие ассоциативных бактерий проявляется в подавлении развития фитопатогенных почвенных грибов[21].

Наряду с другими, одним из факторов, оказывающим сильное регулирующее действие на азотфиксацию вообще и на ассоциативную азотфиксацию в частности, являются минеральные азотные удобрения. Если в опытах in vitro уже давно установлено влияние торможения азотфиксации при наличии связанного азота в среде, то вопрос о его влиянии на азотфиксацию в почве в присутствии растений остаётся пока сложным и мало изученным.

В литературе имеются противоречивые сведения о влиянии минеральных соединений азота на активность азотфиксациив почве. Широко распространено мнение, что минеральный азот сильно тормозит этот процесс. В то же время имеются данные, что дозы азотных удобрений в пределах 100−150кг/га лишь кратковременное подавление азотфиксации, а существенное торможение наблюдается при более высоких дозах связанного азота. Характерно также, что азотные удобрения действуют в первую очередь на фотосинтезирующие бактерии-азотфиксаторы и только с увеличением дозы начинают синтезировать азотфиксирующую активность гетеротрофных бактерий. Азотные удобрения, внесённые в небольших дозах, стимулируя развитие растений на первых этапах и повышая продуктивность фотосинтетического аппарата, способствует, после удаления азота в почве в результате потребления их растениями и микроорганизмами, возрастанию ассоциативной азотфиксации на последующих стадиях развития растений[6].

Усиление ассоциативной азотфиксации в ризосфере способствует снижению коэффициента использования азотных удобрений. Именно этим можно объяснить хорошо известное в агрохимии явление снижения коэффициента использования азота из минеральных удобрений с увеличением их доз. Следовательно, оптимизация доз азотных удобрений с учётом свойств почвы, биологических особенностей растения и экологии ассоциативной азотфиксации может позволять увеличить дозу «биологического» азота в урожае и более экономно расходовать минеральные азотные удобрения[6].

Как видно из приведенного обзора литературы эффективность ассоциативных азотфиксаторов изучена на многих небобовых растениях в различных зонах, в том числе и в зоне распространения дерново-подзолистых почв. Однако сведения об их влиянии на минеральное питание, продуктивность и качество льна-долгунца весьма ограничены, а в условиях Республики Беларусь отсутствуют, что и послужило основной задачей наших исследований.

2. Экспериментальная часть

2.1. Цели и задачи исследований

Целью наших исследований являлось выявление эффективности бактериаль;

ного диазатрофа азобактерина на льне-долгунце.

Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

1)Изучить на фоне PK и NPK удобрений влияние биологически активного препарата азобактерина на динамику накопления растениями льна надземной массы, рост их в высоту, урожайность и качество льнопродукции.

2)Дать экономическую оценку применения азобактерина под лён-долгунец.

2.2. Условия и методика проведения исследований

2.2.1. Агроклиматические условия

Умеренно-континентальный климат республики с мягкой и влажной зимой и относительно прохладным солнечным летом можно характеризовать как благоприятный для возделывания большинства сельскохозяйственных культур, в том числе и льна-долгунца. Для нормального роста и развития льна в зависимости от возделываемого сорта (от сева до созревания), требуется сумма активных температур в пределах 1100−1500^оС. По этому показателю вся территория республики является пригодной для возделывания льна-долгунца. Оптимальной среднесуточной температурой для появления всходов льна является 9−12^оС, для формирования вегетативных органов -14−16^оС, для генеративных органов -16−19^оС и в период плодоношения -16−18^оС. Оптимальные сроки сева льна, когда почва на глубине 5−10 см прогреется до 8−10^оС, наступают в Могилёвской области с 25 апреля до конца первой декады мая[1].

Лён-долгунец — влаголюбивое растение. Опытами установлено, что на образование единицы сухого вещества лён в течение вегетационного периода расходует 400−430 единиц воды (транспирационный коэффициент). Самая высокая урожайность волокна льна-долгунца наилучшего качества формируется в тех случаях, когда после появления всходов запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы составляют 40−50, в метровом — 200−250 мм, а в конце бутонизации — начала цветения эти запасы соответственно не ниже 20−25 и 150−170 мм[15].

Оптимальные для льна-долгунца условия создаются при выпадении до фазы ёлочки около 64 мм осадков, в фазу быстрого роста — 69, бутонизации — 12−14, цветения 40, в фазу созревания 34 мм.

Избыточное выпадение атмосферных осадков, преимущественно в конце вегетации, сопровождающееся сильными ветрами, приводит к полеганию посевов, особенно на более плодородных при внесении повышенных доз азотных удобрений. При этом затягивается созревание льна, ухудшается его качество, затрудняются условия механизированной уборки.

Погодные условия 2004 г. складывались своеобразно (табл. 2.1, 2.3).

Таблица 2.1

Метеорологические условия вегетационного периода 2004 г.

(данные Горецкой метеостанции)