Особенности формирования вертикальной структуры травостоя люцерны посевной (Medicago sativa L.) под влиянием препаратов диазотрофных микроорганизмов

Особенности формирования вертикальной структуры травостоя люцерны посевной (Medicago sativa L.) под влиянием препаратов диазотрофных микроорганизмов

Увеличить производство качественной животноводческой продукции и значительно ее удешевить можно, если уделять должное внимание совершенствованию технологии возделывания многолетних трав. В связи с этим важной задачей в кормопроизводстве республики на предстоящий период является повышение продуктивного долголетия травостоев многолетних трав за счет разработки новых ресурсосберегающих технологий их возделывания.

Трудно переоценить свойство бобовых трав повышать плодородие почв за счет накопления органического вещества и симбиотической фиксации азота, благодаря чему они практически не нуждаются в азотных удобрениях.

Анализ источников

В последние годы вновь возрос интерес к вопросам биологической фиксации атмосферного азота и микробиологической мобилизации фосфора почвы и удобрений как в нашей республике, так и в других странах [1, 2, 3, 4, 5]. Бактериальные препараты на основе диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов могут сыграть большую роль в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур и, в частности, многолетних бобовых трав [1, 6]. В условиях Республики Беларусь исследований по применению таких биопрепаратов на люцерне посевной не проводилось.

В связи с этим целью наших исследований было разработать и научно обосновать приемы повышения продуктивности люцерны посевной в зависимости от видов и способов применения препаратов микроборастительного взаимодействия, содержащих диазотрофные, фосфатмобилизующие микроорганизмы в условиях северо-восточного региона Республики Беларусь.

Одной из задач исследований являлось изучить влияние препаратов сапронита, фитостимофоса и ризобактерина при их применении в чистом виде и в смесях на продуктивность люцерны посевной, а также исследовать характер и степень воздействия указанных препаратов на формирование вегетативной надземной массы.

Методы исследования

Полевой опыт заложен в 2004 г. на опытном поле кафедры кормопроизводства Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. Для обработки семян люцерны посевной Белорусская перед посевом применялись следующие микробиологические препараты: сапронит, фитостимофос, бинарная смесь «сапронит + фитостимофос» и тройная «сапронит + фитостимофос + ризобактерин».

Опытное поле расположено в поселке Чарны Горецкого района Могилевской области. Опытный участок характеризуется выровненным рельефом, грунтовые воды находятся на глубине более 2 м. Почва опытного участка дерново-подзолистая слабооподзоленная легкосуглинистая, развивающаяся на лессовидном суглинке, подстилаемом моренным суглинком с глубины более 1 м. Агрохимические показатели пахотного слоя следующие: рН в солевой вытяжке КСl 6,5, гидролитическая кислотность 0,85 ммоль на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями 95,0%, гумуса (по Тюрину) 1,50%, элементов минерального питания: подвижных форм фосфора (по Кирсанову) 183 и обменного калия (по Масловой) 173 мг на 1 кг почвы. Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта А₁ составляла 21 см, подзолисто-иллювиального А₂В₁ — 8 см, иллювиального В₁ — 33 см. Посев культуры беспокровный. Норма высева семян 12 кг/га (на 100% посевную годность). Повторность четырехкратная, площадь делянки 25 м².

Урожайность травостоя учитывали взвешиванием всей массы с делянки. Математическую обработку данных урожайности сухой массы проводили методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову [7].

Для определения густоты стеблестоя и удельной массы побегов непосредственно перед укосом отбирались пробы с площади 0,25 м² в 4-хкратной повторности во всех вариантах. Подсчет и взвешивание всех побегов проводилось в свежеотобранных образцах.

Вертикальная структура травостоя изучалась по методике Г. С. Сабардиной, усовершенствованной Л. Г. Козловым [8, с. 58−61; 9, с. 97]. Для этого пробу из 15 побегов делили на части через каждые 15 см по высоте с последующим взвешиванием каждого слоя и расчетом «центра равновесия». «Центры равновесия» определяли по формуле (1):

(1).

где а — фитомасса самого верхнего слоя; b — фитомасса второго сверху слоя и т. д. до k, обозначающего фитомассу самого нижнего слоя в граммах.

Значения полученных чисел расшифровываются следующим образом: 100 означает расположение центра в самом верхнем слое а; 0 — в самом нижнем k; 50 — в средней части между слоями е и f.

Основная часть

Оценивая данные урожайности сухой массы в нашем опыте в среднем за три года, можно отметить, что обработка семян симбиотическим препаратом сапронитом повысила урожайность сухой массы на 12,2 ц (12,4%) по сравнению с контролем (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1. Урожайность сухой массы люцерны посевной при обработке семян биопрепаратами, в среднем за 2005;2007 гг.

Рис. 1. Зависимость величины прибавок урожайности люцерны посевной от обработки семян биопрепаратами, в среднем за 2005;2007 гг.

Фитостимофос повысил урожайность на 8,5 ц, или на 8,6%. Бинарная смесь препаратов сапронита и фитостимофоса при данном способе применения оказалась более эффективной — увеличила урожайность на 13,3 ц (13,5%).

Добавление к смеси препаратов ризобактерина повысило урожайность на 14,8 ц, что составило 15,0% от контроля.

Действие изученных препаратов нашло отражение в изменении густоты стеблестоя (табл. 2). В первых укосах при обработке семян сапронитом количество побегов люцерны на 1 м² увеличилось по сравнению с контролем на 51 побег, или на 10,5%.

Достоверное увеличение количества побегов наблюдалось также при обработке семян фитостимофосом — на 28 побегов на 1 м² (5,8%).

Смесь сапронита и фитостимофоса повысила плотность стеблестоя люцерны на 6,4%. Увеличение количества побегов люцерны в первых укосах под действием обработки семян тройной смесью было недостоверным.

Во вторых укосах препараты и их смеси на плотность травостоя существенного действия не оказали.

Увеличение массы побегов достоверно только во вторых укосах под действием фитостимофоса в чистом виде и в составе бинарной смеси с сапронитом и тройной с сапронитом и ризобактерином. Так, фитостимофос повысил массу 100 сырых побегов при обработке семян на 26 г (6,5%).

Бинарная смесь препаратов при обработке ею семян люцерны способствовала повышению массы побегов на 11,3%.

Таблица 2. Структура урожайности люцерны посевной, в среднем за 2005;2007 гг.

При применении тройной смеси масса побегов увеличивалась на 59 г (14,8%).

Существенных изменений облиственности растений под действием изучаемых препаратов не выявлено.

Отмечается увеличение площади листьев люцерны под действием изучаемых препаратов — в первых укосах на 53,5%.

Во вторых укосах сапронит повысил площадь листьев на 5,0%, фитостимофос — на 10,0%. Смеси препаратов увеличили площадь листовой поверхности следующим образом: бинарная — на 20% и тройная — на 10,0%.

Вертикальное сложение травостоя (архитектоника) показывает возможность растений эффективно использовать фотосинтетически активную радиацию.

Максимальное количество фитомассы одновидового посева люцерны находится ближе к центральной части, так как люцерна посевная — растение верхового типа.

Для количественного выражения изменений в вертикальной структуре мы находили среднюю точку распределения растительной массы, или «центр равновесия» (табл. 3). Индикационный коэффициент, или «центр равновесия», имеет важное практическое значение, т.к. обозначает верхнюю границу оптимальной высоты скашивания травостоя.

Средняя точка вертикального распределения растительной массы показывает, где находится ее максимальное количество в травостое. Чем выше находится «центр равновесия», тем растения более эффективно используют солнечную радиацию для фотосинтеза, и при этом уменьшаются потери урожая растительной массы при скашивании.

Применение препаратов микроборастительного взаимодействия повлияло на вертикальное распределение фитомассы. Так, в среднем по первому укосу сапронит способствовал уменьшению массы в нижних слоях и увеличению ее в верхних по сравнению с контролем. ЦР при этом повысился на 1,9 см.

При обработке семян фитостимофосом распределение фитомассы и расположение ЦР существенно не различалось с контролем.

Таблица 3. Распределение фитомассы по высоте травостоя (г) и показатели «центров равновесия» при обработке семян люцерны биопрепаратами, в среднем за 2006;2007 гг.

Смесь сапронита с фитостимофосом заметно увеличила фитомассу в верхних ярусах, начиная с седьмого, по сравнению с контролем. ЦР при этом был выше контроля на 2,9 см.

Добавление ризобактерина к смеси «сапронит + фитостимофос» незначительно повысило ЦР.

Во втором укосе травостой имел всего шесть ярусов. Действие сапронита повысил ЦР по сравнению с контролем на 2,9 см.

Под влиянием фитостимофоса происходило уменьшение растительной массы в двух нижних ярусах и увеличение в третьем. ЦР был выше контроля на 1,5 см. люцерна сапронит травостой урожайность При обработке семян бинарной смесью отмечено значительное увеличение фитомассы в средней части вертикальной структуры и повышение ЦР на 2,3 см. Тройная смесь также повышала ЦР на 2,9 см.

Для выявления связи между смещением ЦР и повышением урожайности люцерны посевной были рассчитаны коэффициенты корреляции. Они имели следующие значения: 0,586 для первых укосов и 0,499 — для вторых, что говорит о средней корреляционной зависимости величины урожайности от значения ЦР.

Более полную картину формирования урожая массы люцерны дает изучение количественных показателей таких важных его слагающих, как побеги зоны возобновления и побеги зоны ветвления. Это связано с тем, что у этой культуры главный стебель различим только в первый год жизни, а после отчуждения массы формируются побеги второго и последующих порядков.

По первым укосам имеет место положительная тенденция к увеличению количества побегов зоны возобновления в расчете на одно растение (табл. 4).

В первом укосе максимально повысил количество боковых побегов сапронит — в два раза по сравнению с контролем. Фитостимофос и смеси препаратов повлияли на количество побегов ветвления следующим образом — увеличили их в среднем в 1,7 раза.

Во втором укосе количество побегов зоны ветвления максимально увеличилось под действием сапронита и тройной смеси — в 1,5 раза. Фитостимофос и бинарная смесь повысили количество побегов в 1,3 раза.

Максимально длину побегов зоны возобновления в первых укосах увеличил сапронит — на 10,4%.

Под действием сапронита во вторых укосах длина побегов зоны возобновления возросла на 4,2%. При применении фитостимофоса увеличение длины побегов составило 6,7%, при применении бинарной и тройной смесей — 9,8−12,2%.

Наибольшее повышение длины побегов зоны ветвления в первых укосах имело место под действием сапронита и составило 7,1%. Под действием бинарной смеси длина побегов этой группы увеличилась на 0,6 см (3,9%), а под действием тройной — на 2,2 см (14,1%).

Таблица 4. Структура и соотношение побегов люцерны при обработке семян микробиологическими препаратами, среднее за 2005;2007 гг.

Масса побегов зоны возобновления под действием препаратов в первых укосах изменялась следующим образом. Сапронит увеличил среднюю массу побега на 1,1 г, или на 21,4%, фитостимофос — на 0,6 г (11,3%), бинарная смесь повлияла меньше — увеличение составило только 0,2 г (3,1%), а при использовании тройной смеси средняя масса побега была меньше контроля на 0,6 г.

Во вторых укосах масса побегов зоны возобновления увеличивалась незначительно. Максимальную прибавку средней массы побега имел вариант обработки семян тройной смесью — 9,1%.

Средняя масса побегов зоны ветвления первых укосов имела наибольшие значения в вариантах обработки семян сапронитом и фитостимофосом в чистом виде — 1,00 и 1,02 г соответственно, что в 2,8 раза выше контроля. Обработка семян смесью сапронита с фитостимофосом увеличила среднюю массу одного побега в 2,4 раза. Тройная смесь препаратов повысила массу побегов ветвления в 2,2 раза при обработке семян.

Во вторых укосах масса побегов зоны ветвления увеличивалась в меньшей степени. Сапронит и фитостимофос при применении их в чистом виде повысили массу побегов на 15,6 и 18,8% соответственно. Бинарная и тройная смеси обеспечили увеличение массы побегов на 28,1 и 46,9% соответственно.

Оценивая процентное участие по массе в травостое побегов зоны ветвления, можно сказать, что под действием препаратов оно больше всего повышалось в первом укосе. Максимальный процент участия побегов зоны ветвления имел вариант обработки семян бинарной смесью — 37,8%, что в 2,7 раза больше по сравнению с вариантом обработки чистой водой. Сапронит в чистом виде увеличил этот показатель в 2,4 раза. Тройная смесь повлияла на удельный вес боковых побегов меньше, увеличив его в среднем в 1,9 раза. Фитостимофос оказал меньшее влияние на процентное соотношение побегов.

Относительно второго укоса можно отметить, что удельный вес побегов этой группы в среднем за три года под действием обработки семян изучаемыми препаратами изменялся в меньшей степени.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать выводы о том, что использование препаратов микроборастительного взаимодействия при выращивании люцерны посевной на корм оказывает положительное влияние на ее урожайность, обеспечивает повышение плотности стеблестоя, массы побегов, а также повышает удельный вес в травостое побегов зоны ветвления. Боковые побеги характеризуются более высокой кормовой ценностью, так как именно на их долю приходится основное количество листьев в урожае.

Заключение

Выявлена положительная тенденция смещения в вертикальной структуре травостоя «центров равновесия» вверх при применении микробных препаратов для обработки семян: на 1,9−3,0% в первых укосах под действием сапронита и бинарной смеси «сапронит + фитостимофос» и на 10,2−19,7% под влиянием всех препаратов во вторых укосах по сравнению с контролем, что способствует более рациональному размещению фитомассы в пространстве и повышает использование растениями фотосинтетически активной радиации.

Обработка семян люцерны посевной препаратом диазотрофных микроорганизмов сапронитом повышает урожайность сухой массы на 11,1 ц/га (12,2%).

Комбинированная бактеризация семян препаратами диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов («сапронит + фитостимофос», «сапронит + фитостимофос + ризобактерин») обеспечивает наибольшую продуктивность люцерны посевной. Прибавка урожайности составляет 11,9−14,8 ц/га (13,1−16,3%).

• 1. Применение диазотрофных и фосфатмобилизующих бактериальных препаратов при возделывании основных сельскохозяйственных культур: рекомендации для колхозов, совхозов и фермерских хозяйств / Горки, 2003. 28 с.
• 2. Graham, P.H. Nitrogen fixation in perspective: an overview of research and extension needs / P.H. Graham, C.P. Vance // Field Crop Research. 2000. Vol. 65. P. 93−106.
• 3. Koc, S.J. Fiziolodiиni osoblivosti formuvannja ta funkcionyvannja simbiotiиnich system bobi roslini-bul'buиkovi bakterii / S.J. Koc // Ontogenez roslin, biologiиna fiksacija molekuljarnovo azotu ta azotnij metabolism. Ternopil', 2001. S. 86−90.
• 4. Lapinskas, E. Gumbeliniш bactreiju (Rhizobium galegae L.) padermiш ir fosforo bei kalio traрш derinimo reikрmл rytiniш oюiarыиiш simbiozei / E. Lapinskas, D. Ambrazaitienл // Юemdirbystл: mokslo darbai / Lietuvos юemdirbystлs institutes, Lietuvos юemлs ыkio universitetas. Akademija, 2005. Т. 90. 2. P. 27−46.
• 5. Vitousek, P.M. Agriculture, the global nitrogen cycle, and trace gas flux / P.M. Vitousek, P.A. Matson // Biogeochemistry of Global Change. 2000. N.8. P. 193
• 6. Шелюто, Б. В. Применение препаратов микроборастительного взаимодействия и регуляторов роста при возделывании многолетних трав / Б. В. Шелюто [и др.]. Минск: Право и экономика, 2005. 145 с.
• 7. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта: с основами статистической обработки результатов исследований / Б. А. Доспехов. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
• 8. Сабардина, Г. С. Количественное сравнение вертикального сложения фитоценозов / Г. С. Сабардина, Г. Б. Клявиня, И. Я. Фатаре // Известия академии наук Латвийской ССР. 1967. № 12 (245). С. 58−61.
• 9. Козлов, Л. Г. Луговые агроценозы на мелиорированных землях / Л. Г. Козлов, А. И. Михкиев, Е. И. Синькевич. Л.: Наука, 1982. 180 с.