Значение биологического азота в земледелии

1.1. Значение биологического азота в земледелии

Продуктивность любого фитоценоза определяется в первую очередь количеством доступного растением азота.

Сохраняя истину, надо сказать, что слово “азот” известно еще с древних времен. В лексиконе средневековых алхимиков оно означало своего рода каббалистическое заклинание, которое отражало, конечно, не конкретный газ, входящий в состав воздуха, а некую абстрактную “первичную материю металлов”, “философский Меркурий” (считавшийся “философским началом и концом всех начал”), который искали и не могли никак найти алхимики средневековья [1].

В начальный период эволюции растительного мира, главным источником азота для растений был биологически фиксированный азот.

На протяжении эпох симбиотические и ассоциативные диазотрофы включали азот воздуха в биологический круговорот естественных фитоценозов. Этот азот аккумулировался почвой. В гумусе дерново-подзолистых почв, например, его накоплено 0,3 – 0,9 т/га, а в черноземных почвах – 10 – 50 т/га [2].

В зоне умеренного климата биологического азота достаточно для получения 1,5 – 3 т/га биомассы [3].

Научному изучению усвоения атмосферного азота растениями предшествовал длительный период эмпирических наблюдений и практического использования “биологического” азота в сельском хозяйстве.

Задолго до открытия азота как химического элемента и прежде чем научные методы позволили решать вопрос об азотном питании растений, земледельцы наблюдали способность бобовых культур обогащать почву питательными веществами. С древних времен в сельском хозяйстве практиковалось восстановление и улучшение истощенных песчаных почв путем выращивания на них бобовых растений, о чем свидетельствовала агрономическая литература древнего Рима [4].

Свободный азот, из которого почти на четыре пятых состоит одевающий земной шар воздушный океан, является первичным источником для пополнения тех резервов связанного азота, которым располагает растительный (а через последний – и животный) мир, причем два пути ведут через ряд этапов от азота воздуха к азоту нервной и мышечной ткани: один путь берет начало в клетках некоторых микроорганизмов, а другой – в колонках синтеза на крупных химических комбинатах.

Уяснение этих путей стоило человечеству немало труда: решение вопросов о роли свободного азота в жизни растений потребовало полстолетия (1837 – 1886) упорных исканий.

Начало строгому эксперименту в этой области положил Буссенго, впервые констатировавший в конце 30-х годов прошлого столетия особую роль культуры бобовых как важной приходной статьи при сведении азотного баланса в земледелии. Он показал, что клевер и люцерна влияют на баланс азота, располагая каким-то его источником, не доступным другим растениям, и поэтому сами дают большие урожаи богатого азотом сена, не только не истощая почвы, но еще и повышая ее плодородие. В Ротамстеде в опытах 1850 – 1860 гг. с разным чередованием культур бобы оказались гораздо лучшим предшественником пшеницы, чем чистый пар. а за десять лет 5 урожаев пшеницы и 5 урожаев бобов содержали 827 кг азота, между тем как 10 урожаев пшеницы (без чередования с бобами) содержали 262 кг азота на гектар. У Шульца в его “Wustenei Lupitz” нельзя было получить урожай картофеля выше 8 т, а после введения в 70-ых годах системы люпин-картофель урожаи пошли в гору и достигли в 80-ых годах 20 т, причем анализы люпиновой почвы, произведенные Меркером в 1881 г., показали значительное обогащение почвы азотом под влиянием повторной культуры люпина (Цит. по Д.Н. Прянишникову) [1].

Введение клевера в практику хозяйства явилось крупнейшим достижением XVIIIв. К.А. Тимирязев писал: “Едва ли в истории найдется много открытий, которые были бы таким благодеянием для человечества, как включение клевера и вообще бобовых растений в севооборот, так поразительно увеличившее производительность труда земледельца. Но если польза получаемая от культуры клевера, была так очевидна, что она встретила восторженных сторонников почти в каждом, кто решался ее испробовать, то потребовалось целое столетие научных исследований для того, чтобы выяснить причину этого факта “ [5].

Впервые опыты разведения в России бобовых трав - клевера и люцерны были поставлены русским ученым агрономом А. Т. Болотовым. Последователи А.Т. Болотова русские помещики Д.М. Полторацкий и И. И. Самарин широко популяризовали разведение бобовых на почвах России. “Основателями русского травосеяния” назвал их выдающийся агроном-просветитель первый доктор наук в области сельского хозяйства в России, профессор Петербургского университета А.В. Советов. Позднее Виноградский открыл свободноживущий анaэробный азотфиксатор Azotobactor. Эти открытия знаменовали величайшие достижения науки второй половины ХIХ столетия и явились мощным импульсом к дальнейшим исследованиям биологической фиксации азота.

С развитием азотнотуковой промышленности, человечество получило возможность резко поднять урожаи всех полевых культур. Применение высоких норм азотных удобрений позволило увеличить урожайность зерновых колосовых в отдельных странах с 1,0 – 1,5 до 6,0 – 8,0 т/га кукурузы с 2,0 – 3,0 т до 8,0 – 10,0 т/га [1].

Производство азотных минеральных удобрений – весьма энергоемкий процесс. Согласно многочисленным оценкам энергозатраты на производство, транспортировку, хранение и внесение удобрений растут значительно быстрее по сравнению с ростом урожаев; повышение урожайности зерновых культур в 2 раза (с 20 до 40 ц/га) требует увеличения суммарных затрат энергии в 10 раз, причем основная доля в них приходится на синтез азотных удобрений. Так, в США энергозатраты на производство и использование азотных удобрений составляют около 35% от общего объема энергопотребления в сельском хозяйстве, а в странах Западной Европы они достигают 42% [6].

В Англии, например, из всего количества энергии, потребляемой сельским хозяйством, почти 25% идет на производство минеральных удобрений. Из этого количества на производство азотных минеральных удобрений приходится около 90%. Столь высокий уровень энергозатрат обусловлен большой энергоемкостью применяемых в настоящее время промышленных способов получения азотных удобрений и необходимостью многократного в течение вегетационного периода внесения их в почву. Ограниченность запасов углеродных энергоносителей (нефть, газ, уголь), на использование которых базируется почти 90% мирового производства энергии, и все больше усложняющиеся условия их добычи вызывают быстрый рост стоимости азотных удобрений и общее удорожание продукции сельского хозяйства. Считается, что, несмотря на быстрый прогресс сложной энергетики, еще не менее 150-200 лет основным источником энергии на планете будет углеводное топливо, вследствие чего имеющаяся тенденция к росту стоимости азотных удобрений будет устойчиво сохраняться [7].

Поэтому высказывание о безграничных возможностях производства азотных удобрений для нужд земледелия без учета энергетического фактора нельзя считать правомерным, именно с этим факторoм связано появление в зарубежной литературе последнего времени публикаций, среди которых выделяется работа “Бобовые культуры и кризис энергии” [8]. В ней отмечается, что на минеральный азот приходится большая доля от всей энергии, затрачиваемой на производство растительной продукции: на получение 1 т аммиачного азота потребляется 13,5 тыс. кВт, а 600 синтезирующих аммиак установок на земном шаре “пожирают” в эквивалентном исчислении 125 млн. л нефти в сутки. Во Франции под пшеницу вносят 98 кг/га азота, что соответствует 75% всей затрачиваемой энергии (удобрение, пестициды, горючее), под однолетний райграс – 358 кг/га азота, что соответствует 90% всей затрачиваемой энергии, тогда как под люцерну ничего не затрачивается.

В нашей республике вопрос об энергетических ресурсах стоит также остро, как в странах Запада и США, и с этим фактом мы должны считаться. Поэтому очень важно определить рациональные пропорции двух основных источников азота – технического и биологического.

С ростом стоимости энергоносителей высокие нормы минерального азота становятся экономически невыгодными. Кроме того, и это наиболее важный аспект, такие нормы наносят существенный экологический вред – они активизируют деятельность почвенной микрофлоры, минерализующей органическое вещество, снижают содержание гумуса в почве. Повышенные дозы азотных удобрений в почве вызывают многочисленные изменения в химическом составе растений, что в свою очередь приводит к снижению продуктивности сельскохозяйственных животных, отрицательно сказывается на здоровье людей. Загрязнение атмосферы аминокислотами азота способствует усилению процессов мутагенеза и канцерогенеза [9].

При использовании высоких норм азотных удобрений часть окисленных форм азота с горизонтальным стоком попадает в открытые водоемы, загрязняя их, а часть проникает в грунтовые воды. В странах и регионах, где многие годы применяли высокие нормы азота, содержание нитратов в грунтовых водах многократно превышает ПДК и они не пригодны для питья. В этих районах отмечена повышенная онкологическая заболеваемость [10].

Абсолютное доминирование минерального азота, так резко и быстро увеличившего урожайность всех культур снижается.

По прогнозам на первую четверть XXI века население земного шара может достичь более 8 млрд. человек. Для обеспечения продовольствием такой массы людей необходимо будет по оценкам экспертов произвести к 2025 году около 4 млрд. тонн зерна [10]. Человечество не может отказаться от получения высоких урожаев всех культур. Если решение энергетической проблемы производства азотных удобрений в перспективе возможно (хотя и связано с такими сложными вопросами, как тепловое “загрязнение” планеты), то задачи, связанные с охраной природной среды от избытка соединений, будут сохранять свою актуальность длительное время. Задача состоит в том, чтобы рациональнее использовать азотные удобрения, снизить их нормы, а для того, чтобы не допустить резкого падения урожаев необходим поиск альтернативных источников питания растений азотом.

Единственный альтернативой минеральному азоту является азот биологический. Он полностью входит в органическое вещество растений, не оказывая ни какого отрицательного влияния на экологическую среду.

В классической работе Д.Н. Прянишникова “Азот в жизни растений и в земледелии СССР” [1] красной нитью проходит мысль о том, что разрешение проблемы азота должно состоять в сочетании двух путей: 1) повышение обеспеченности минеральными удобрениями, прежде всего технических культур и 2) максимальное использование биологического азота за счет расширения культуры азотособирателей.

Анализируя опыт наиболее развитых стран Запада, где уже был достигнут высокий уровень использования минеральных удобрений, Д.Н. Прянишников [7] показал, что и там биологический азот имеет большое значение. В условиях же нашего сельского хозяйства, принимая во внимание его масштабы, биологический азот должен играть большую роль, чем на Западе и никогда не потеряет своего агроэкологического значения.

Oчень важно правильно соразмерить дальнейший рост производства минеральных удобрений с возможностями, по выражению Д.Н. Прянишникова “азотирования наших полей” с помощью культуры “азотособирателей”. В ставке главным образом на биологический азот клевера, люпина, люцерны в первую очередь, он видел путь к решению азотной проблемы для нашей главной культуры – зерновых хлебов.

Значение бобовых в условиях безудержного роста цен на энергоносители, когда внесение органических удобрений низкорентабельно, а применение минеральных ограничено для многих хозяйств из-за финансовых сложностей, особенно возрастает.

Каждый куст бобового растения это в сущности миниатюрный завод по утилизации атмосферного азота, работающего за счет солнечной энергии.

Обобщенные литературные данные показывают, что количество азота, фиксируемого клубеньковыми бактериями, в зависимости от культуры неодинаково. Так, по сообщению В.М. Бурлачука [11], белый люпин фиксировал 228,3 кг, а желтый – 134 кг/га азота. В.К. Михновский [12] приводит следующие данные по размерам симбиотической азотфиксации: люцерна – 271 кг/га, клевер – 149, люпин многолетний – 265, люпин однолетний – 98 и остальные однолетние бобовые – до 127 кг/га. П.И. Шиян и др. [13] в вегетационных опытах Черниговской опытной станции с помощью ¹⁵N установили, что растения клевера переводили в почву 277-372 кг/га атмосферного азота. Многолетние бобовые травы могут фиксировать азот воздуха до 200 кг/га, горох – до 100 кг/га.

Возделывание в полевых севооборотах клевера ползучего Волат позволили не только экономить минеральные азотные удобрения, но и решать проблемы кормового белка. Внесение 540 кг/га минерального азота за ротацию севооборота можно полностью заменить биологическим азотом, фиксируемым клевером ползучим [14].

При благоприятных для развития растений и микроорганизмов годы за счет фиксированного из атмосферы азота растения получают до 24-38% от общего количества азот, накопленного растениями. В менее благоприятные годы доля биологически фиксированного азота снижалась до 15%. При этом основное поступление азота (до 70%) происходило за счет азота почвы. На долю удобрений в зависимости от года приходилось от 5 до 20%.

Расчеты Б.Х. Жерукова [15] показывают, что расширение площади посева бобовых культур с 33 до 45 тыс. га, создание благоприятных условий для бобово-ризобиального симбиоза позволит увеличить количество симбиотически фиксированного азота бобовыми культурами с 2,2 до 7,4 тыс.т. и долю его в азотном балансе пашни Кабардино-Балкарской Республики с 12 до 27 %, что эквивалентно применению 45 тыс.т. аммиачной селитры.

Велика роль биологического азота в решении проблемы белка. Один из путей ликвидации белкового дефицита – широкое использование бобовых культур, зерно которых содержит до 40-50 % белка и до 20% жира. Белок бобовых включает незаменимые аминокислоты – лизин, метионин, триптофан. По качественному составу он близок к белкам молока, мяса, яиц. Исследованиями Е.П. Трепачева [16] установлено, что при внесении в сумме за 3 года под костер безостый 360 кг/га азота (дробно по годам и укосам) содержание азота в сене возросло с 1,66% по фону РК до 2,26%, а сбор белка – с 4,1 до 14,5 ц/га, т.е. более чем утроился. Люцерна же без внесения азота содержала 3,44% азота в сене, а сбор белка составил 18,3 ц/га.

Но дело не только в количестве белка, но и в его качестве, которое определяется двумя главными показателями: степенью усвояемости белков и содержанием в белках незаменимых аминокислот. В белковом комплексе бобовых растений преобладают альбумины и глобулины, растворимые в воде и водных солевых растворах. Злаковые растения содержат главным образом проламины и глутамины, растворимые в щелочных и спиртовых растворах.

Более легкая растворимость белков бобовых означает высокую их усвояемость и переваримость животными. Стоимость белков бобовых в 2-3 раза ниже, чем злаковых белков [17].

Исследованиями Н.В. Парахина и др. [18] установлено, что под действием только бобового предшественника (без удобрений) урожайность зерна озимой пшеницы увеличилась на 0,6 т/га, а при внесении по 90 кг/га фосфора и калия эта прибавка составила 0,8-1,4 т/га по сравнению с бессменными посевами.

В севооборотах с многолетними бобовыми (клевер), бобово-злаковыми (клевер+тимофеевка) травами и зернобобовыми (люпин) за счет целенаправленного применения органических и минеральных удобрений поступление органического вещества и азота с пожнивно-корневыми остатками может быть доведено до 202 ц/га сухого вещества и 476 кг/га азота за ротацию. В пахотном слое накапливается органическое вещество с высоким содержанием азота, например, вика-овсяная смесь накапливает до 2,0-3,0 т/га органического вещества, многолетние травы – 9,0 т/га, что эквивалентно 30-35 т навоза. В севооборотах с бобовыми культурами на хорошо окультуренной почве, как считает П.Г. Акулов и др. [19], можно сокращать нормы азота под все культуры, в том числе и под предшествующие бобовым, как минимум на 50%.

За счет биологических факторов (заделки в почву некормовой соломы и симбиотической азотфиксации бобовыми культурами) можно добиться стабилизации основных показателей плодородия почвы на склонах крутизной более 3^о.

Бобовые сидераты в результате симбиоза с клубеньковыми бактериями, особенно при применении нитрагина, увеличивают в почве накопление азота. И.Н. Елагин [20] считает, что при выращивании бобовых сидератов (люпин, сераделла и др.) на каждом гектаре образуется до 400-500 ц зеленой массы, содержащей до 150-200 кг азота, при этом количество азота одной тонны зеленой массы сидерата равноценно одной тонне навоза. Донниковое удобрение в исследования В.С. Шевчука [21] приравнивалось к 30-35 т/га навоза.

Применение зеленых удобрений повышает урожай зерновых, кормовых и других культур. Е.Н. Мишустиным и др. [6] проведены следующие расчеты: средний урожай зерна в 18 ц/га потребляет 72 кг азота. При этом только 30 кг азота усваивается из всех поступлений, остальные 42 кг азота берутся из минерализуемого перегноя. В 8-польном севообороте с 1 годом многолетних бобовых теряется в год около 0,85 т/га перегноя. Для компенсации этих потерь необходимо увеличить среднюю дозу органических удобрений с 4,5 до 10-15 т/га. Эту дозу можно снизить за счет расширения посевов многолетних бобовых или при использовании зеленых удобрений.

На Новозыбковской сельскохозяйственной опытной станции (Брянская обл.) на песчаной почве без удобрений урожай озимой ржи за 23 года исследований в среднем получен на 5,8 ц/га, при люпиновом удобрении – 11,2 ц/га (на 5,8 ц/га больше), картофеля за 21 год – соответственно 130,8 и 184,7 ц/га (на 53,9 ц/га больше), овса за 19 лет в последействии – 7,8 и 9,7 ц/га (на 1,9 ц/га больше). Суммарный урожай за севооборот составил без удобрения – 100%, при люпиновом зеленом удобрении – 145%.

Расчеты К.И. Довбана [22] показывают, что применение бобовых сидератов в качестве промежуточных культур, не занимающих самостоятельного поля только на 3% площади пашни и 5% естественных суходольных лугов, дадут возможность получать в Белоруссии около 220-250 тыс.т. биологического азота.

Анализ круговорота биологического азота в сельском хозяйстве, проведенный Н.И. Черепковым [23], показывает, что эффективное использование последействия биологического азота происходит в первые четыре года севооборота: использовано 1,2 млн.т. реутилизированного азота (или 80%). Следовательно, выгодно иметь в четырехпольном севообороте одно поле бобовых таково требование эффективного земледелия.

Данное положение аргументируется еще физиологическими запросами животноводства иметь ¼ корма в виде бобовых трав или бобового молотого зерна (для молодняка – до 25-30%). В этом случае лучше утилизируются белки злаковых и других кормовых культур. Примерно такие же физиологические запросы по составу белков имеет и человек.

Микробиологическая фиксация атмосферного азота – единственный экологически чистый путь снабжения растений связанным азотом, при котором принципиально невозможно загрязнение почв, водоемов и атмосферы. Кроме того, микробная азотфиксация осуществляется главным образом за счет энергии солнца и позволяет избежать громадных затрат энергетического сырья [24].

Интерес к проблеме микробиологической фиксации атмосферного азота обусловлен не только главной ролью этого процесса в азотном балансе биосферы земли, но и его перспективностью как источника связанного азота для обеспечения быстрорастущих нужд сельского хозяйства и промышленности. Основное внимание уделяется экологическим особенностям азотфиксации, ее значению в азотном питании сельскохозяйственных культур и балансе азота почв. Важным аргументом при этом выступает его полная безвредность для человека и окружающей среды и относительно небольшие затраты энергии на активизацию микроорганизмов, осуществляющих азотфиксацию.

Многочисленные полевые исследования, проведенные на Летбриджской опытной станции (Канада), показали, что если растения пшеницы 10 – 20% своей потребности в азоте покроют за счет фиксации из атмосферы, то прием инокуляции азоспириллой может внести значительный вклад в азотный баланс [25].

Исследования И.Р. Вильдфлуш и др. [26] показали, что при обработке семян ячменя бактериальным удобрением на основе азоспириллы урожайность зерна по сравнению с фосфорно-калийным фоном в среднем за 3 года возрос на 9,1 ц/га. Действие бактериального удобрения было эквивалентно 30 кг/га азота.

Весьма эффективным, по данным И.А. Михайловской и др. [27], оказалось применение этого удобрения и под многие злаковые травы. Действие его было эквивалентно внесению 40 - 60 кг/га минерального азота, а прибавка урожайности многолетних трав (ежа сборная, овсяница луговая, тимофеевка луговая, кострец безостый) составили 7,9 - 24,4%.

В опытах Н.В. Путырского и др. [28] при обработке семян озимой ржи в среднем за 5 лет прибавки урожая составили: от азоспириллы – 0,8, от артробактерина – 2,5, от флавобактерина – 2,9, от агроспириллы – 3,1 ц/га при урожае на фоне N₆₀Р₉₀К₉₀ - 39,1 ц/га. В опытах с гречихой в среднем за 4 года прибавки урожая на фоне Р₆₀К₃₀ составили: от ризоагрина – 1,9, от агрофина – 1,3, от флавобактерина – 1,1, от серрацила – 1,4, от ризоэнтерина – 1,6 ц/га, а от внесения N₂₀ и N₃₀ соответственно 1,0 и 1,5 ц/га. Таким образом, применение этих препаратов под гречиху было эквивалентно внесению 20 - 40 кг минерального азота. Кроме того, применение на 1 га препаратов ассоциативных микроорганизмов способствовало увеличению натуры, выравненности и массы 1000 семян озимой ржи, выходa ядра зерна гречихи.

Бактериальные препараты ассоциативных микроорганизмов (экстрасол, агрофил, флавобактерин, ризоэнтерин) при обработке ими семян повышали нитрогеназную активность ризосферы льна в вегетационных опытах на 17 - 50, а в полевых – на 10 - 12%. Более высокое ее значение наблюдалось в варианте с применением ризоэнтерина. Из испытываемых препаратов более эффективными были агрофил, экстросол и ризоэнтерин. Применение их в полевых опытах увеличивало техническую длину стеблей льна на 5 - 8 см, а суммарный выход волокна на 25 - 31% [29].

В опытах кафедры агрохимии БГСХА на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве обработка семян овса повышала урожайность зерна на фоне N₈P₄₀K₆₀ на 7,5 ц/га [30].

Биопрепарат ризобактерин способствовал увеличению урожайности ярового ячменя в среднем на 5,3, озимой ржи – 5,9, озимой пшеницы – 4,6, яровой пшеницы – 3,5 ц/га [31].

При использовании ризоагрина и флавобактерина на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в благоприятные годы прибавка урожайности яровой пшеницы составляла 2,4-2,9 ц/га, а в засушливые годы – 1,7-1,9 ц/га, у озимой пшеницы от ризоагрина 5-8 ц/га. Эффективно применение диазотрофов при бактеризации семян ярового рапса [32].

В полевых опытах на черноземе, типичном лесостепи Украины, на фоне минимализированной органо-минеральной системы удобрения установлено положительное влияние инокуляции семян кукурузы препаратом ассоциативных бактерий ризоэнтерин в комплексе с культурой фосфатмобилизирующих бактерий. Применение этого комплексного бактериального препарата, способствовало более продуктивному использованию растениями элементов питания из почвы и удобрений без снижения урожайности и ухудшения качества силосной массы, позволило уменьшить дозы внесения минеральных удобрений под кукурузу на 50% [33].

В исследованиях М.В. Чистотина [34] установлена зависимость действия ризоагрина на урожайность зерна яровой пшеницы от кислотности почвы и одновременно от влагообеспеченности в начале вегетации. На почвах с реакцией, близкой к нейтральной, предпосевная обработка семян на фоне NPK повышает урожайность на 0,1-0,4 т/га. Эффект положительно связан с количеством осадков за май. При рН ниже 5,5 инокуляция не влияла на продуктивность независимо от погодных условий.

Преимуществo ассоциативных бактерий в их разностороннем воздействии на растения. Прибавка урожая может быть вызвана не азотфиксацией, а другими факторами, например, выделениям бактериями ростстимулирующих и фунгистатических веществ. В процессе жизнедеятельности корневые диазотрофы выделяют специфические биологически активные соединения, фитогормоны и антибиотики, способные оказывать значительный ростостимулирующий и антифунгальный эффект. М.А Красильниковым и др. [35] было установлено, что антибиотики, продуцируемые микроорганизмами ризосферы, поступающие в растения через корневую систему, могут повышать устойчивость растений к заболеваниям. Содержание азота в растениях льна по основным фазам роста и развития при применении азобактерина увеличивалось на 4,1-7,4%; калия на 1,5-3,5% по сравнению с аналогичными вариантами без его внесения [36].

Защитное действие ассоциативных бактерий проявляется в подавлении развития фитопатогенных почвенных грибов [37]. Кроме того, применение бактериального удобрения на основе азоспириллы снижало поступление цезия-137 в растения трав в 1,4 - 1,7 раза. [27].

Наряду с приведенными выше данными о богатстве и разнообразии азотфиксирующего генофонда почв и фитоплана имеются многочисленные свидетельства не эффективности инокуляции.

Инокуляция проростков риса приводилa к ускоренному развитию растений, но не оказала влияния на содержаниe азота в урожае [38]. Бактеризация сорго селекционными штаммами (A. brasilense) в большинстве случаев не приводила ни к каким положительным результатам, и лишь в одном было обнаружено увеличение сухого веса растений на 11 – 24% и содержания азота на 9 – 39% [39]. По данным M.U. Tyler и др. [40], активность азотфиксации в ризосфере зерновых злаков при инокуляции в ряде опытов возросла, но различие между опытами и контрольными растениями в содержании азота были недостоверны.

Особенно актуально изучение продуктивности ассоциативной азотфиксации при адаптивном земледелии, где в значительной степени учитывается последействие предшественников, берутся за основу рациональные способы внесения удобрений.

Всестороннее изучение биологической (симбиотической и несимбиотичекой) фиксации азота особенно бобовыми растениями при различных условиях выращивание, влияние их на плодородие почвы и повышение коэффициента использования биологического азота относится к числу важнейших проблем рациональной интенсификации сельскохозяйственного производства. К сожалению, биологическому пути азотонакопления у нас еще не уделено должного внимания и он недооценивается.

Биологическая фиксация азота – одна из кардинальных проблем современного земледелия и растениеводства. О важности этой проблемы свидетельствует создание Международной биологической программы (IBP), а также национальных программ “Биологический азот”. Периодически (приблизительно раз в три года) организуются Международные симпозиумы по этой проблеме.

Следовательно, имеется ряд причин возросшего внимания к проблеме биологического азота. Это экономия энергетических ресурсов, решение проблемы растительного белка, повышение плодородия почвы и экологической безопасности.

Задача состоит в том, чтобы создать условия для максимальной эффективности биологического азотонакопления. Одновременно возникает необходимость в безупречных научных экспериментах и методах по количественной характеристике статьи биологического азота в азотном балансе.
1.2. Азотфиксирующая способность бобовых культур

в зависимости от условий питания
Решение проблемы азота в интенсивном земледелии при повышенных требованиях к экологической безопасности новых технологических систем требует разработки теоретических основ симбиотической азотфиксации.

Большое значение в активизации процессов синтеза биологического азота должно придаваться совершенствованию систем удобрений и выведению новых сортов бобовых культур, способных кардинально улучшить эколого-агрохимическую ситуацию в экосистемах [41]. Исследования показывают, что в восстановлении почвенного плодородия доля биологического азота от общего его поступления может составлять до 45 – 50% [6], что существенно стабилизирует продуктивность зерновых культур [42]. Установлено, что за счет фиксации атмосферного азота бактерии рода Rhizobium в симбиозе с бобовыми растениями могут накапливать в зависимости от биологических особенностей культуры от 100 до 600 кг/га связанного азота в год [43]. Это имеет большое значение в улучшении азотного питания и интенсификации продукционного процесса растений.

Вопрос о реальных размерах фиксации азота атмосферы остается до сих пор недостаточно изученным и дискуссионным. Несмотря на обилие работ о связывании атмосферного азота клубеньковыми бактериями [6,11,13,42–46], часто нельзя найти ответ на наиболее интересующий агрономов вопрос – какое же количество азота накапливают бобовые из воздуха.

Представления о размерах азотфиксации построены, главным образом, на данных вегетационных и лабораторных опытов для условий конкретной почвенно-климатической зоны. Вопрос о методах определения размеров симбиотического азота в полевых условиях становится одним из самых актуальных. Без правильного решения этого вопроса проблема биологического азота сложно решаема.

Большие площади, занятые бобовыми, широкая химизация земледелия, большое количество методических подходов [46] требуют всестороннего рассмотрения азотфиксации с тем, чтобы установить в полевых условиях влияние питания на азотфиксирующую способность бобовых культур в условиях конкретной природно-климатической зоны.

В своих исследованиях мы использовали следующие методы: баланса [46], ацетиленовый [47], расчет азотфиксации по величине активного симбиотического потенциала и удельной активности симбиоза [46].

На величину азотфиксирующей способности клевера во многом влияют почвенно-климатические и агротехнические условия.

Данные разных исследователей, обобщенные М.В. Федоровым [51], показывают, что клевер за год фиксирует азота из атмосферы до 143 кг/га.

На величину азотфиксации растений клевера оказывают заметное влияние минеральные удобрения. Как уже отмечалось, при недостатке фосфора и калия замедляется образование клубеньков, вследствие чего снижается интенсивность усвоения атмосферного азота. Например, по данным Н.Н. Кормякова и др. [52], в первый год жизни клевером на фоне Р₆₀К₆₀ усвоено 54 кг/га азота, на фоне Р₁₂₀К₆₀ – 52 кг/га, что выше на 15 – 13 кг/га по сравнению с контролем.

С.С. Черепнина [53] отмечает, что размеры азотфиксации клевером до 305 кг/га обеспечивало внесение фосфорных и калийных удобрений. В вариантах без удобрений азотфиксация снижалась до 197 кг/га.

О величине азотфиксации растениями клевера имеются различные данные. А.А. Кутузова [54] отмечает, что в центральных районах России в более влажном году урожай бобовых трав содержал биологического азота 126, в сухом – 512 кг, а в отдельные годы в особо благоприятных условиях – до 300 кг/га.

П.Н. Шиян и др. [55] считает, что растения клевера усваивают в год 277 – 372 кг/га атмосферного азота.

В условиях Белоруссии фиксация атмосферного азота на гектаре посевов клевера за 2 года пользования колеблется от 70 кг/га при слабой обеспеченности почв фосфором, калием, микроэлементами, до 170 кг/га при внесении этих элементов питания и инокуляции [56].

Высокий уровень агротехники, обеспечение растений клевера необходимыми макро- и микроэлементами в течение всего вегетационного периода – залог не только высокого прироста зеленой массы, но также и хорошего развития корневой системы и увеличения азотонакопления [57].

Симбиотическая азотфиксация протекает успешно, когда растения не угнетаются атмосферной и почвенной засухой, избыточным увлажнением в период бутонизации – цветения, поздними заморозками.

Величина фиксации атмосферного азота растениями клевера раннеспелого сорта Слуцкий ранний, определяемая ацетиленовым методом, по нашим данным, зависела от метеорологических условий, норм и способов внесения основного удобрения под покровную культуру и колебалась от 152 до 205 кг/га (табл. 1).

Таблица 1

Азотфиксирующая способность клевера в зависимости от условий питания

Внесено под покровную культуру	1984 г.			1985 г.
	Количество растений, шт/м2	Усвоено атмосферного азота		Количество растений, шт/м2	Усвоено атмосферного азота
		за вегетацию, мг/раст.	кг/га		за вегетацию, мг/раст.	кг/га
Р10 в рядки (фон)	103	165	170	130	122	158
N60Р60 К60 вразброс	110	170	187	137	135	185
N60Р60 К60 лентами	108	178	192	136	154	209
N90Р90 К90 вразброс	107	146	156	137	135	185
N90Р90 К90 лентами	103	148	152	132	138	182
НСР 05		5			9

Как следует из таблицы 1, в 1984 г. количество азота, фиксируемое одним растением за период вегетации, было на 14% выше, чем в 1985 г., но в связи с тем, что в 1985 г. количество растений на 1 м² было на 21% больше, то и количество фиксируемого азота в 1985 г. оказалось на 62 кг/га больше, чем в 1984 г.

Внесение минерального азота в дозе N₆₀ под покровную культуру в сочетании с Р₆₀К₆₀ после ее уборки способствовало увеличению фиксации атмосферного азота клевером по сравнению с контрольным вариантом от 22 до 36 кг/га. Увеличение дозы азота до 90 кг/га уменьшило азотфиксацию на 15 и 33 кг/га по сравнению с нормой N₆₀Р₆₀К₆₀. В среднем за два года исследований больше усвоено атмосферного азота клевером при внесении N₆₀Р₆₀К₆₀ лентами под покровную культуру, что составило 2/3 от всего количества азота в растениях, или 200 кг/га (табл. 2). коэффициент азотфиксации в этом варианте составил 0,66.

В 1996 и 1997 гг. балансовым методом определяли азотфиксирующую способность клевера позднеспелого сорта Мерея в зависимости от доз фосфорных и калийных удобрений внесенных осенью в подкормку клевера после уборки покровной культуры (схема опыта в табл. 3).

В наших исследованиях величина азотфиксации растениями клевера зависела от условий питания и колебалась по годам: в 1996 от 148 до 200; в 1997 от 154 до 206 кг/га, в среднем за два года исследований от 151 до 203 кг/га (табл. 3). Коэффициент азотфиксации в среднем за 2 года изменялся от 0,52 до 0,67.

Максимальная азотфиксирующая способность клевера позднеспелого (203 кг/га) и коэффициент азотфиксации 0,67 отмечены при внесении под клевер в подкормку после уборки покровной культуры Р₆₀К₇₀, такой же коэффициент азотфиксации и при внесении Р₄₀К₅₀.