Біологічна фіксація як фактор оптимізації азотного режиму лучно-чорноземного ґрунту

• Наталія Анатоліївна Пасічник
• Агрохімія
• 18.11.15

Представлені результати дослідження біологічної фіксації азоту в польовій сівозміні на лучно-чорноземному ґрунті. Показана доцільність обов’язкового введення полів багаторічних бобових культур, а також обробки насіння гороху препаратом ризогумін для посилення азотфіксації.  

Фіксація атмосферного азоту є унікальним біологічним процесом збагачення азотного фонду ґрунту. В Європі рослини бобів як фактор підвищення родючості ґрунту привернули увага наприкінці XVIII ст. Це було пов’язано з роботами австрійського агронома І. Шубарта, який увів у сівозміну конюшину, і це призвело до різкого підвищення слідуючи за нею сільськогосподарських культур. Ці результати стали широко відомими, австрійський монарх Йосип II звів Шубарта до дворянського титулу, а Берлінська академія наук присудила йому премію за виконані роботи. Причини такого сприятливого впливу бобових рослин на родючість грунту були у загальних рисах з'ясовані фундаментальними дослідженнями Ж.- Буссенго, результати яких були опубліковані в кінці першої половини ХІХ сторіччя.Д. М. Пря­нишніков стверджував, що для збереження високої родючості ґрунту слід 25% орних земель відводити під бобові культури. З них 2/3 слід засівати багаторічними бобовими і 1/3 зерновими.

За розрахунками Е.І. Мішустіна, П.І. Черенкова, із світовою продукцією рослинництва щорічно з ґрунту виноситься біля 110 млн т азоту. Хімічна промисловість для удобрення сільгоспкультур виробляє біля 60 млн т азотних добрив (у перерахунку на діючу речовину), коефіцієнт використання яких не перевищує 50%. Біля 5 млн т елемента вноситься з органічними добривами, біля 50 млн т – використовується врожаєм із запасів ґрунту. Решта 25 млн т поповнюється щорічно за рахунок процесу біологічної фіксації з атмосфери.

Нині в Україні загрозливо зменшилися об’єми використання органічних і мінеральних добрив, і значення “біологічного” азоту в балансі цього елемента в ґрунті посилилося. Джерелом надходження “біологічного” азоту  є мікроорганізми, які завдяки цій їхній властивості й названі азотфіксуючими. Окремі представники їх живуть безпосередньо у ґрунті, але переважна роль належить бульбочковим бактеріям, які живуть в симбіозі з бобовими і зернобобовими культурами.

Довготривалі дослідження, які проводяться в стаціонарі кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна, дозволяють не лише виокремити дію біологічно фіксованого азоту, але й вивчити вплив різних систем удобрення на азотфіксуючі властивості гороху й конюшини, а також взаємозв’язок різних факторів. Сівозміна 10-типільна, бобові культури займають у ній 20%, решта полів зайняті зерновими (40%) і просапними (40%). Ґрунт дослідного поля лучно-чорноземний карбонатний грубопилувато-легкосуглинковий, із середнім рівнем забезпечення елементами живлення. Агротехніка вирощування культур – традиційна для зони Лісостепу.

Варіанти удобрення культур cкладені так, щоб прослідкувати дію мінеральних добрив на фоні післядії гною та без неї. Насиченість полів сівозміни органічними добривами (підстилковим гноєм) становить 13 т/га. Норма мінеральних добрив встановлена виходячи з рекомендованої, насиченість сівозміни NPK становить 252 кг/га.

Знаючи кількість кореневої маси і рослинних решток, які залишаються після конюшини, можна передбачити ту кількість мінерального азоту, що поповнить азотний фонд ґрунту після мінералізації перших. Природно, ця залишкова органічна маса стане поживною речовиною для послідуючих культур у ланці сівозміни. Результати проведених досліджень показали, що із застосуванням добрив істотно збільшується й маса коревих та пожнивних решток (табл. 1). Застосування добрив сприяє розвитку кореневої системи рослин, про що свідчать отримані результати. Порівняння систем удобрення попередника показує, що внесення рекомендованих норм добрив не лише підвищує врожайність конюшини, але й посилює її цінність як попередника. Так, за післядії гною маса решток на 1 гектарі збільшувалася на 13 ц, за мінеральної системи удобрення - на 17,4, а на фоні післядії гною і мінеральних добрив - на 25,2 ц.

1. Вплив післядії добрив на накопичення кореневих і пожнивних залишків конюшини

Аналітичне визначення азоту в структурних частинах біологічного врожаю показало, що післядія органічних і мінеральних добрив сприяла збільшенню кількості азоту в кореневих та пожнивних рештках на 27-30 кг/га порівняно з варіантами, де використовувалися окремо гній та повне мінеральне удобрення, і на 54 - порівняно з контролем (табл. 2).

2. Вплив післядії добрив на накопичення біологічно зв’язаного азоту в полі конюшини

Така ж тенденція була відмічена і стосовно наземної біомаси. Кількість азоту у варіанті з органо-мінеральним удобренням перевищувала на 25 ц/га варіанти з окремим внесенням органічних і мінеральних добрив та на 48 - контроль. Посіви конюшини при використанні післядії 40 т/га гною або рекомендованої норми повного мінерального удобрення здатні накопичувати біологічно зв’язаного азоту на 35 кг/га більше. Сумісне ж внесення гною і мінеральних добрив майже подвоює цей показник. Отже, саме органо-мінеральна система удобрення з дотриманням рекомендованих норм створює оптимальні умови для діяльності природних угрупувань азотфіксуючих мікроорганізмів.

Горох – друга культура сівозміни, яка збагачує ґрунт біологічним азотом. Встановлено, що він 40 % азоту своєї біомаси фіксує саме з повітря. Питання азотфіксації залишає великий спектр роботи для науковців і виробничників, так як цей процес нестабільний і залежить від ряду факторів. А отже, піддається регулюванню. Останніми дослідженнями вчених (Камінський В.Ф., 2000, Борук Г.А.,2001, Ємцев В.Т., Чумаков М.И., 1990 та ін.) встановлено, що штучне заселення ґрунту азотфіксуючими мікроорганізмами є ефективнішим за діяльність природних їхніх штамів, хоча останніх у ґрунті достатня чисельність. У сільськогосподарській практиці використовують агротехнічний прийом інокуляції рослин.

У стаціонарі були проведені дослідження, як впливає обробка насіння гороху ризогуміном на урожай і його структуру.  Ризогумін – це біопрепарат, розроблений Чернігівським інститутом мікробіології УААН спеціально для гороху. Один грам ризогуміну містить не менше трьох мільярдів бульбочкових бактерій. Результати таких досліджень показали істотні позитивні зміни в структурі врожаю гороху (табл. 3). Рослини оброблених варіантів містили більшу кількість бобів на рослині, насінин у бобі, масу самого насіння. Відповідно, структура врожаю відобразилася на урожайності. Урожай оброблених варіантів становив від 27,6 до 41,5 ц/га, без післядії добрив - 27,0 ц/га. У варіантах, де обробку насіння не проводили, показники урожайності становили від 23,6 до 34,7 ц/га.

3. Вплив застосування добрив та ризогуміну на структуру врожаю та врожайність гороху на лучно-чорноземному ґрунті, 2005 р.

В межах стаціонару є можливість прослідкувати ефективність азотфіксації як джерела поліпшення азотного фонду ґрунту. Це найкраще здійснити, провівши дослідження з однією культурою в різних ланках сівозміни. Серед результатів досліджень викликає цікавість порівняння двох полів озимої пшениці, які різнилися попередниками – конюшина і кукурудза на силос. Варіанти удобрення пшениці в цих полях були ідентичними, що дозволяє дослідити роль саме попередника за різних систем удобрення. Після збирання конюшини в полі залишається велика кількість кореневих і пожнивних решток – до 100 ц/га сухої речовини, з якою в ґрунт повертається до 100-120 кг азоту. Мінералізація решток зробить цей азот доступним послідуючим рослинам. Різниця між полями пшениці стає помітною вже на момент відновлення весняної вегетації. За одночасності посіву, одного сорту культури сходи навесні навіть візуально відрізнялися. Після конюшини вони більш дружні, з хорошим кущенням. Слід відмітити, що пшениця є прекрасним “індикатором” дії та післядії добрив. Аналіз живлення рослин показав, що азотфіксація не лише оптимізує азотний фонд ґрунту, але й інтенсифікує в цілому засвоєння елементів рослинами. Узагальнюючий аналіз отриманих експериментальних даних показав, що пшениця, попередником якої була конюшина, засвоює на 4-7 % більше не лише азоту, але й фосфору та калію. Як результат, формується краща структура врожаю.

Висновки.  Біологічна фіксація азоту є дієвим фактором оптимізації режиму живлення лучно-чорноземного карбонатного ґрунту в умовах Лісостепу України. Для посилення азотфіксації посівами гороху доцільно штучно збагачувати ґрунт штамами азотфіксуючих мікроорганізмів, що не лише підвищує рівень забезпечення культури азотом, а й істотно поліпшує структуру врожаю. Післядія добрив є дієвим чинником, який посилює природну біологічну фіксацію азоту, причому органо-мінеральна система удобрення попередника з рекомендованою нормою добрив у цьому аспекті є оптимальною.

Список використаної літератури

1. Агрохімія / За ред. М.М. Городнього. - К.: Алефа, 2003. - 816с.

2. Борук Г.А. Продуктивність міжсортових і міжвидових агрофітоценозів гороху в умовах Північного Лісостепу України: Автореф. дис. канд. с.-г. наук. - К., 2001. - 20с.

3. Дубовенко Е.К., Малинская С.М. Биологический азот в земледелии// Земледелие: Межвед. темат. научн. сб. - 1984. - Вып. 59. - С.66-67.

4. Камінський В.Ф., Дворецька С.П., Лапа І.В. Вплив інокулянтів і фізіологічно активних речовин на урожайність гороху // Землеробство: Міжвід. темат. наук. зб. / УААН. Ін-т землеробства. - К.: Аграрна наука, 2000. - Вип. 74. - С.113-115.

5. Емцев В.Т., Чумаков М.И. Об эффективности азотфиксирующего ассоциативного симбиоза у небобовых растений // Почвоведение. - 1990. - №11. - С.89-95.

Представлены результаты исследования биологической фиксации азота в полевом севообороте на лучно-черноземнойпочве. Показана целесообразность обязательного введения полей многолетних бобовых культур, а также обработки семян гороха препаратом ризогуминдля усиления азотфиксации.  

The results of research of the nitrogen biological fixing in the field crop rotation on black earth soil are represented. The obligatory introduction of the long-term bob cultures fields, and also treatment of seed of pea by preparation Rizogoumin for nitrogen fixing strengthening are expedience.