Биологическая фиксация азота в однолетних агроценозах лесостепной зоны Западной Сибири

1   2   3   4   5   6   7

Агроэкологическая и экономическая оценка биологического азота

в питании однолетних полевых культур

Биологическая азотфиксация играет очень важную экологическую роль в агроценозах. При выращивании растений большая часть азота отчуждается с урожаем, баланс азота становится отрицательным и почва постепенно теряет свое плодородие. Разбалансировка системы еще больше усиливается при увеличении антропогенной нагрузки на почву (Титлянова и др., 1984).

И решение проблемы азота здесь состоит в увеличении приходных статей баланса азота, из которых наибольшее значение имеют азот минеральных удобрений и биологический азот. При этом биологическая азотфиксация, из-за высокой стоимости промышленного азота, остается в большинстве случаев основным источником пополнения азотного фонда почвы. Поэтому очень важно создать все необходимые условия для активной жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий.

Кроме экологических аспектов, для практического земледелия очень важны также вопросы экономики применения бактериальных удобрений.

Расчеты экономических показателей применения препаратов азотфиксирующих бактерий, проведенные исходя из рыночной стоимости (2005 г.) удобрений и зерна: биопрепаратов - 450 руб./кг, нитроаммофоса - 8000 руб./т, зерно пшеницы - 3000 руб./т, пивоваренного ячменя – 3500 руб./т, гороха - 4000 руб./т, сои - 6000 руб./т, показывают высокую их эффективность на посевах как зернобобовых, так и зерновых культур.

В частности, стоимость прибавки урожая от применения ризоторфина в 8 раз превышает затраты на инокуляцию при возделывании гороха и в 17 раз – на посевах сои (табл.12). А с учетом последействия на яровой пшенице указанные значения возрастают до 11 (горох) и до 26 (соя). Поэтому экономическая целесообразность применения ризоторфина очевидна.


Таблица 12 – Экономическая эффективность применения ризоторфина на зернобобовых культурах (1996-1998 гг.) с учетом последействия (1997-1999 гг.)

Культура	Прибавка урожая от инокуляции, т/га	Стоимость прибавки урожая, руб./га	Дополнительные затраты на инокуляцию, руб./га	Условный чистый доход, руб./га
Звено севооборота горох-пшеница
Горох	0,42	1680	220	1460
Пшеница	0,23	690	-	690
За 2 года	0,65	2370	220	2150
Звено севооборота соя-пшеница
Соя	0,62	3720	220	3500
Пшеница	0,60	1800	-	1800
За 2 года	1,02	5520	220	5300

Весьма эффективно на посевах зернобобовых культур и рядковое удобрение. В частности, припосевное внесение 70 кг/га нитроаммофоса (N₁₆Р₁₅) под сою, несмотря на высокую стоимость удобрений, окупается дополнительным урожаем в 5-кратном размере. А при совместном использовании рядкового удобрения и инокуляции стоимость прибавки урожая в 8 раз превышает понесенные затраты (табл. 13).


Таблица 13 – Экономические показатели применения минеральных и бактериальных удобрений на посевах сои (2001-2003 гг.)

Вариант	Средняя урожай-ность, т/га	Прибавка урожая, т/га	Стоимость прибавки урожая, руб./га	Дополни-тельные затраты на удобрения, руб./га	Условный чистый доход, руб./га
Без удобрений	3,11	-	-	-	-
Нитроаммофос	3,67	0,56	3360	625	2735
Инокуляция	3,58	0,47	2820	220	2600
Нитроаммофос + инокуляция	4,29	1,18	7080	845	6235

Высокоэффективно и применение биопрепаратов на зерновых культурах. Так на посевах яровой пшеницы в зависимости от условий увлажнения стоимость прибавки урожая в 2-6 раз превышала затраты на инокуляцию. А на посевах пивоваренного ячменя эффективность препаратов корневых диазотрофов еще выше (табл. 14).


Таблица 14 – Экономические показатели применения бактериальных и минеральных удобрений на посевах ячменя (в среднем за 2001-2003 гг.)

Вариант	Средняя урожай-ность, т/га	Прибавка урожая, т/га	Стоимость прибавки урожая, руб./га	Дополни-тельные затраты на удобрения, руб./га	Условный чистый доход, руб./га
Без удобрений	2,25	-	-	-	-
Нитроаммофос	2,86	0,61	2135	625	1510
Инокуляция	2,59	0,34	1190	220	970
Нитроаммофос + инокуляция	3,48	1,23	4305	845	3460

В частности, затраты на применение препарата ризоагрин в 6-15 раз меньше стоимости дополнительно произведенной продукции, что обеспечивает получение чистого дохода в размере от 1 до 3 тыс. рублей с гектара.

При среднем содержании фосфора в почве внесение в рядок при посеве ячменя 70 кг/га нитроаммофоса, несмотря на почти тройное увеличение затрат, по своей эффективности превышает действие инокуляции: прибавка урожая в 2 раза, а чистый доход в 1,5 раза выше, чем на варианте с внесением ризоагрина.

Но, так же, как и на посевах сои, максимальный экономический эффект достигается при посеве инокулированных семян ячменя с рядковым удобрением, что обеспечивает увеличение урожая более, чем в 1,5 раза с условным чистым доходом уровне 3,5 тыс. рублей в среднем.

Поэтому с экономических позиций нет никаких ограничений для включения биопрепаратов в технологический процесс выращивания зернобобовых и зерновых культур. Даже с учетом того, что в производственных условиях эффективность удобрений в большинстве случаев на 30-50 % ниже, чем в опытах, рентабельность применения рядкового удобрения и биопрепаратов остается достаточно высокой, и рассматриваемые агроприемы могут быть рекомендованы для широкого использования в технологиях выращивания зернобобовых и зерновых культур.


ВЫВОДЫ

1. Потенциальная азотфиксирующая способность почвы определяется видом агроценоза. Независимо от типа почвы максимальная активность почвенных диазотрофов проявляется при многолетней культуре трав. Введение севооборота с однолетними культурами снижает потенциал азотфиксации на 16-20 %, а бессменное парование приводит к падению активности диазотрофов в 1,7-3,8 раза. Основным регулирующим фактором поддержания азотфиксирующего потенциала почвы является уровень содержания органического вещества. И для поддержания азотфиксирующей способности почвенных диазотрофов на высоком уровне необходимо обеспечивать постоянное поступление в почву значительных количеств органической массы с растительными остатками и удобрениями.
   
2. Существенные различия по нитрогеназной активности в ризосфере различных культур и сортов злаковых растений свидетельствуют о генетическом контроле со стороны растения над процессом ассоциативной азотфиксации. Поэтому, для повышения уровня ассоциативной азотфиксации в ризосфере и увеличении доли биологического азота в питании растений, необходимо выявлять и использовать в селекционном процессе наиболее эффективные по этому признаку генотипы.
   
3. Внесение в почву (с семенами) активных штаммов ризосферных микроорганизмов, в большинстве случаев обеспечивает существенный рост интенсивности связывания атмосферного азота в злаковых агроценозах. При относительно благоприятных условиях температуры и влажности почвы активность нитрогеназы возрастает в зависимости от применяемого препарата и выращиваемых культур в 1,5-2,2 раза в сравнении с естественным фоном. По своему действию на зерновую продуктивность злаков эффект биопрепаратов составляет в среднем 10-20 % к уровню продуктивности не инокулированных посевов, что сопоставимо с действием минерального азота в дозе N_20-40.
   
4. В черноземах лесостепной зоны присутствуют только клубеньковые бактерии группы гороха (Rhizobium leguminosarum), и в естественных условиях корневые клубеньки образуются у гороха, вики, чечевицы и кормовых бобов. Соя, фасоль, нут и люпин без инокуляции клубеньков не образуют, поэтому формирование симбиотического аппарата у этих культур возможно лишь при заражении почвы соответствующими бактериями.
   

Зернобобовые культуры значительно различаются по величине симбиотического аппарата, его азотфиксирующей активности и продолжительности активного симбиоза. Эти различия обусловлены биологическими свойствами каждого вида. По количеству фиксируемого за вегетацию азота изученные культуры можно расположить в следующий ряд (в порядке возрастания): чечевица – горох, нут, фасоль – вика – бобы – соя – люпин.

5. Все зернобобовые культуры, даже при наличии специфичных клубеньковых бактерий в почве, в большинстве случаев положительно реагируют на инокуляцию семян ризоторфином. Хотя в отдельные годы, при остром дефиците влаги, биопрепараты могут быть неэффективны. В абсолютном выражении средний прирост урожая варьирует от 0,3-0,4 (у культур, вступающих в симбиоз с R.. leguminosarum) до 0,4-0,6 (соя, фасоль, нут, люпин) т/га. Действие инокуляции носит пролонгированный характер и суммарный эффект ризоторфина с учетом действия и последействия на последующую культуру севооборота составляет в среднем 0,5-0,6 т/га зерна при выращивании традиционных и 0,8-1,2 т/га – при возделывании новых для региона зернобобовых культур.
   
6. Применение минерального азота под зернобобовые культуры, даже в дозе N₃₀, негативно влияет как на формирование клубеньков, так и на их азотфиксирующую активность. По степени отрицательной реакции симбиотического аппарата на минеральный азот, изученные культуры можно расположить в следующий ряд (в порядке возрастания негативного эффекта): чечевица, горох, нут, бобы (11-15 %) – соя, фасоль (20-21 %) – вика, люпин (26-30 %). При внесении под зернобобовые культуры стартовой дозы минерального азота в подавляющем большинстве случаев формируется такой же урожай, как на не удобренных посевах. Положительная реакция на азотные удобрения отмечена только в посевах сои.
   

Бактеризация семян как зерновых, так и зернобобовых культур эффективно сочетается с рядковым внесением фосфорных или сложных удобрений. Посев инокулированных семян с внесением в рядок сложных удобрений позволяет в 1,5 раза повысить урожайность выращиваемых культур и на 20 -50 % – окупаемость удобрений.

7. В смешанном бобово-злаковом агроценозе наблюдается положительное взаимодействие компонентов смеси по азотфиксирующей активности и усвоению азота растениями. Это реализуется в увеличении темпов формирования биомассы и росте продуктивности смешанных посевов.
   
8. Нитрогеназная активность как ризосферных, так и клубеньковых бактерий характеризуется ярко выраженной суточной и сезонной ритмичностью, которая связана с неравномерным поступлением в распоряжение диазотрофов продуктов фотосинтеза. Несмотря на существенные различия в биологии изучаемых культур, существуют общие закономерности в динамике биологического связывания атмосферного азота, обусловленные сходством механизмов процесса и требований к внешним условиям у различных групп азотфиксирующих микроорганизмов.
   

По результатам экспериментов разработаны модели суточной динамики азотфиксации в однолетних агроценозах, использование которых позволяет определять среднесуточные значения показателей по времени отбора проб.

9. Применение бактериальных удобрений - экономически выгодный агроприем: в зависимости от культуры и условий выращивания стоимость прибавки урожая от инокуляции в 2-17 раз превышает затраты на применение биопрепаратов.
   

Предложения производству


Активизацию процесса биологической фиксации азота в однолетних агроценозах на черноземах лесостепной зоны, с целью улучшения обеспеченности растений азотом и повышения продуктивности зернобобовых и зерновых культур, рекомендуется осуществлять с помощью препаратов азотфиксирующих бактерий:

горох - шт. 245а, вика - шт. 145а, бобы - шт. 96, чечевица - шт. 712, соя - шт. 645б, фасоль - шт. 700, нут - шт. 1071, люпин - шт. 385а, пшеница – азоризин, ризоэнтерин, шт. Д-65; ячмень – флавобактерин, ризоагрин; овес – ризоэнтерин, биоплант; просо – ризоэнтерин, серацил, шт. Д-65

Зернобобовые культуры, за исключением сои, целесообразно выращивать без дополнительного основного внесения азотных удобрений даже при низкой обеспеченности почвенным азотом. Оптимизацию азотного питания посевов сои рекомендуется осуществлять комплексным применением минеральных (N_30-60) и бактериальных удобрений с учетом содержания доступного азота в почве и условий увлажнения.

Улучшение азотного питания горохоовсяной смеси следует осуществлять путем обработки семян двумя бактериальными препаратами: ризоэнтерином и ризоторфином шт. 245а.

Для обеспечения максимальной окупаемости удобрительных средств инокуляцию семян необходимо дополнять рядковым внесением фосфорных или сложных удобрений.