Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество ячменя

Биологические особенности ячменя

Ячмень относиться к роду Гордеум (Hordeym), который включает много видов дикого и один вид культурного ячменя гордеум сативум (hordeym sativum). Культурный ячмень - однолетнее растение, с яровым или озимым типом развития. Известно три подвида ячменя: многорядный, двухрядный и промежуточный, различающихся по числу плодоносящих колосков на каждом уступе колосового стержня. У многорядных ячменей все колоски плодоносны. Их делят на правильно шестирядный и неправильный шестирядный. У двухрядного ячменя на каждом уступе колосового стержня  только один колосок плодоносный. Этот вид делится на nutanta и dificienta. У промежуточных видов на уступах стержня находится от одного до трех колосков.

Корневая система ячменя - мочковатая, стебель - полая соломина с пятью- семью узлами. Соцветие ячменя- колос, каждый колосок одноцветковый, плод-зерновка. Ячмень самоопыляющееся растение, но возможно и перекрестное опыление. (Беляков,1990 г).

Яровой ячмень хорошо приспособлен к различным почвенно-климатическим условиям, это наиболее раннеспелая и пластичная культура (Майсурян,1971).

Требования к температуре.

Семена прорастают при температуре 1-2°С, оптимальной является - 20-22°С. Всходы могут выдерживать кратковременные заморозки до  -5-8°С. Наиболее чувствителен к ним ячмень в фазу цветения и созревания. (Коданев,1964, Вавилов,1986). Повышенная температура, свыше 30°С, особенно при недостатке влаги неблагоприятно действует на ячмень (Штраусберг, 1965).  Среди других зерновых культур первой группы ячмень - наиболее устойчивая к высоким температурам культура (Кавун, Савицкий, 1971).

Для  полного цикла развития  скороспелым сортам требуется 1000-1500°С, позднеспелым 1900-2000°С (Гуляев, 1990, Коданев,1964). Резкие колебания и высокие температуры в сочетании с низкой влажностью воздуха в период налива зерна отрицательно сказываются на пивоваренных свойствах ячменя (Неттевич,1981).

Требование к влаге.

Ячмень является одной из наиболее засухоустойчивых культур среди хлебов первой группы. Его транспирационный коэффициент около 400 (Вавилов1986, Майсурян 1971). Общее потребление воды возрастает в период от всходов до колошения, максимальный ее расход приходится на фазу выхода в трубку - колошения (Борисоник, 1974). Дефицит влаги в фазу молочной спелости приводит к повышению содержания  в зерне белка, что отрицательно влияет на пивоваренные качества ячменя (Неттевич, 1981). К избытку влаги ячмень наиболее уязвим, чем пшеница и овес, он так же плохо переносит переувлажнение (Гуляев,1990).

Требования к почве.

Ячмень хорошо развивается на плодородных глинистых и суглинистых почвах, чистых от сорняков. В связи с тем, что ячмень имеет малоразвитую корневую систему, он отзывчив на глубину пахотного слоя (Петрова 1979). На супесчаных, заболоченных и кислых почвах ячмень развивается плохо. Для хорошего развития ячменя  в почве должно содержаться гумуса 2,2-2,5 %, подвижных форм P2 O5 10-15 и обменного калия 12-17 мг/100г почвы, рН - не ниже 5,5 (Гуляев,1990).

Требования к свету.

Ячмень относится к группе культур длинного дня, для своего развития требует длительного освещения (Беляков, 1985).

Период вегетации ячменя от 60 до 100 дней. Длина вегетационного периода зависит от условий выращивания. При произрастании на плодородных почвах, под действием азотных удобрений и в южных районах он удлиняется (Борисоник, 1974). Отмечается так же, что длина вегетационного периода тесно связана с зимостойкостью, холодостойкостью, устойчивостью к засухе, иммунитету к болезням (Трофимовская,1972).

Ячмень относится к самоопыляющимся культурам. Цветение совпадает с началом колошения, и реже - через 1-3 дня проходит после него. В редких случаях возможно перекрестное опыление (Беляков,1990).

Минеральное питание.

Ячмень отличается повышенным требованием к уровню питания, что объясняется очень коротким вегетационным периодом и быстрым усвоением питательных веществ. Наибольшая потребность в питательных веществах наблюдается в начальные периоды роста. Для формирования 1 ц  зерна ячмень потребляет примерно 2,5-3 кг N, 1-1,5 кг P2 O5   и 2-2,5 кг К2 О (Гуляев,1990).

Период от всходов до кущения является критическим по отношению к фосфору и азоту (Панников, Минеев, 1987).

Под ячмень чаще применяют только минеральные удобрения. Органические  вносят в северных районах, это может быть навоз, компост или барда (Ненайденко, Иванов, 1994,1988).

Отношение к азоту.

Больше всего ячмень нуждается в азоте в период от начала кущения, до выхода в трубку (Беляков,1985). Ячмень отзывчив на все формы твердых азотных удобрений, вносимых под предпосевную обработку. Такие формы, как аммиачная вода и безводный аммиак могут задерживать всходы (Ненайденко, Иванов, 1994). По результатам опытов установлено, что мочевина в меньшей степени влияет на содержание белка, чем аммиачная селитра и аммиачная вода. Аммиачная селитра эффективней на нейтральных почвах, так как подкисляет ее (Неттевич, 1981). Эффективность доз азотных удобрений оказывает неравнозначное влияние в зависимости  от погодных условий в период вегетации. В Нечерноземной Зоне при достаточном увлажнении в летний период эффективность азотных удобрений  возрастает с повышением доз (Федосеев,1982). При избытке влаги хотя бы в один из летних месяцев (более 120 мм) эффективность азотных удобрений снижается из-за полегания растений, что приводит к образованию мелкого и щуплого зерна (Иванова, Бабанина, 1978, Лаук, 1980).

Азотные удобрения применяют в составе предпосевного удобрения. Для снижения потери азота целесообразно использовать капсулированные удобрения (Ненайденко, Иванов,1994,1998). По результатам исследований ВИУА азот применяют в дозах до 30-60 кг д.в., причем на бедных гумусом почвах внесение азота в дозах до 50-60 кг не сказывается отрицательно на пивоваренных свойствах зерна, значительно повышает урожай (Нетевич,1981).

Отношение к фосфору.

Этот элемент необходим растениям ячменя в течении всего периода жизни, но наиболее интенсивно потребляется в первый период развития (Беляков,1990). Из фосфатов на дерново-подзолистой почве хорошо действует суперфосфат, суперфос, лимонно-растворимые фосфатшлаки и обесфторенный фосфат, эффективны и полифосфорные удобрения (Неттевич,1981). Суперфосфат- универсальное удобрение на всех почвах как при основном и при посевном внесении, так и в подкормках. Фосфоритная мука не уступает суперфосфату, ее последействие сказывается в течении 5-7 лет. Она эффективна на кислых почвах, так как снижает кислотность, уменьшает содержание алюминия. Основную дозу фосфорных удобрений  лучше вносить осенью под зяблевую обработку почвы (Беляков,1990). Эффективно внесение небольших доз суперфосфата в рядки при посеве, около 10-20 кг/га д.в. (Неттевич,1981).

Отношение к калию.

Растения ячменя требуют много калия в начальный период роста. Ячмень отзывчив на любые формы калийных удобрений. Калий вносят в виде калийной соли, хлористого калия. Сульфат калия уступает им. Так же возможно внесение калия в виде нитрофосок. Калийные удобрения используют при основном внесении (Ненайденко, Иванов,1994,).

Калию принадлежит большая роль в стабилизации режима азотного питания ячменя. Поэтому для получения высококачественного пивоваренного зерна, в зарубежных странах практикуют внесение в дозах до 100-160 кг/га д.в. Урожайность при этом не повышается, но зерно приобретает отличное качество (Неттевич,1981). Средней дозой для дерново-подзолистой почвы является 40-45 кг/га д.в. (Беляков,1990).

Подкормки на ячмене применяют при выращивании по интенсивной технологии, на программируемый урожай более 30-35 ц/га зерна. Используют аммиачную селитру или мочевину в дозе 20-30 кг/га д.в. в фазу кущения- выхода в трубку (Ненайденко, Иванов, 1994,). Так же подкормки можно применять при размещении ячменя на бедных почвах или при недостаточном количестве удобрений (Беляков, 1990).

При необходимости вносят известковые удобрения. Их применяют под зябь или перепашку, в полных дозах, определенных по величине гидролитической кислотности (Ненайденко, Иванов, 1994). Необходимо учитывать, что ячмень лучше использует последействие извести, чем ее прямое действие (Беляков,1985).

Эффективный способ внесения удобрений - ленточный, имеющий преимущество перед разбросным. В интенсивной технологии применяют еще более эффективный способ - локальное внесение, когда гранулы удобрений укладываются на 5-6 см глубже и на 3-6 см в сторону от семени. (Ненайденко, Иванов, 1994,).

В зависимости от цели выращивания зерно должно быть определенного качества, которое можно изменить применением удобрений (Конарев, 1976, Лебедева,1991, Завалин, Сергалиев, 2000). По данным многочисленных опытов установлено, что при увеличении азотного питания белковость зерна возрастает, а содержание крахмала снижается. Усиленное снабжение калием при низком уровне азотного питания способствует накоплению в зерне крахмала, растворимых сахаров. Для получения зерна на пищевые цели оптимальным является следующее соотношение элементов N1 P2 O5 1 K2 O 0,5. Это способствует увеличению урожая зерна  с максимальным содержанием белка. Для получения высококачественного пивоваренного зерна необходимо, чтобы уровень калийного питания преобладал над азотным и фосфорным. При этом формируется зерно с высоким содержанием крахмала, растворимых сахаров и солерастворимых фракций белка, возрастает экстрактивность, общее содержание белка не превышает 9-12 % (Панников, Минеев,1987).

Состояние изученности вопроса.

Биологическая фиксация азота - одна из кардинальных проблем современного земледелия и растениеводства, так как резкое сокращение применения минеральных и органических удобрений приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества растениеводческой продукции, падению плодородия почвы. В связи с поиском путей увеличения производства  растениеводческой продукции при одновременном снижении доз минеральных удобрений и улучшении экологической обстановки, возрос интерес к препаратам, созданным на основе высокоэффективных штаммов ассоциативных микроорганизмов, применяемых для инокуляции семян злаковых культур. Положительное влияние инокуляции на растение обусловлено не только улучшением азотного питания растений, при внедрении в их ризосферу диазотрофов, но и воздействием микроорганизмов через физеологически активные вещества и микробиологический эффект (Завалин, 1999).

После открытия способности азотфиксирующих микроорганизмов вступать в ассоциации с не бобовыми  растениями, во всем мире были начаты и стремительно развиваются исследования ассоциативной (несимбиотической) азотфиксации. Результаты недавних исследований показали, что инокуляция микробными препаратами может улучшать урожаи сельскохозяйственных культур, не вызывая значительных изменений естественной ризосферной микрофлоры (Кожемяков, Хотенович,1997,O`Gara,Nuti,1995). Были получены положительные результаты инокуляции различными видами микроорганизмов таких культур, как рис, сахарный тростник, картофель, пшеница, кукуруза (Базилинская,1989).

При инокуляции колосовых культур ассоциативными диазотрофами  увеличение продуктивности обычно составляет 10-30% (Кожемяков,1989). У сортов, отзывчивых на обработку биопрепаратами прибавка может достигать 40% (Сергалиев, 1997,1998). Следует отметить, что при этом не оказывается существенного влияния на качество сельскохозяйственной продукции (Завалин и др. 97, Виноградова и др, 1997, Сергалиев, 1997, Воробьева и др, 1997, Лыцук,1997, Никулина и др, 1998, Алметов, Бердников, 1998, Завалин, 1998).

В результате исследований установлено, что при использовании биопрепаратов необходимо учитывать генотипические особенности растений. Инокулирование низкоактивных по nis-признаку генотипов может привести к снижению биомассы растений (Степаненко,1989). Применение в сельском хозяйстве биопрепаратов чистых культур азотфиксирующих бактерий часто дает непредсказуемые результаты. Более эффективным считается применение естественных смешанных ризосферных   культур (консорциумов) бактерий. Инокуляция этим консорциумом семян ячменя в полевых вегетативных опытах давала 10 % прибавки, в то время как обработка каждым компонентом в отдельности не давала значительного увеличения урожая (Злотников,1996). Отмечается, что уровень нитрогеназной  активности в корневой зоне того или иного растения определяется генотипом данного растения (Емцев, 1991). Факт штаммовых различий при инокуляции ячменя в зависимости от генотипических особенностей отмечается и другими авторами (Танцева, Черемисов, 1992, Завалин и др 1999).

Фиксировать молекулярный азот воздуха могут только прокариотные  микроорганизмы – бактерии, цианобактерии, актиномицеты. В год биологическим путем связывается около 169-269*106 т азота (Мишустин, Черенков, 1989, Базилинская, 1989). Помимо фиксации азота из атмосферы, асоциативные диазотрофы продуцируют физеологически активные вещества- ауксины, гибберелины, цитокинины, способствующие увеличению массы корней и усилению их поглотительной способности, а так же способны активизировать развитие репродуктивных органов и подавлять фитопатогенных микроорганизмов, обитающих на корнях растений.(Базилинская,1989). Согласно современным представлениям ассоциативные азотфиксаторы - это микроорганизмы, образующие эндоризосферные  ассоциации с корнями не бобовых растений (Умаров,1986, Базилинская, 1988). На долю фиксированного ассоциативными и свободноживущими микроорганизмами азота приходится около 30 % от общего числа.

Суть ассоциативной азотфиксации- трофические и энергетические взаимодействия организмов, выражающиеся в протокооперации (Шумный, 1993). Следует отметить, что образование ассоциаций возможно  на поверхности листьев (филосфера), корней (ризосфера), стеблей (каулосфера). Возникновение ассоциаций зависит от генотипических способностей растения и обозначена как признак nis. Этот признак лучше развит у С-4 растений (кукуруза, сорго). У них накопление первичного продукта фотосинтеза- малата и перемещение его к корням способствует усилению фиксации атмосферного азота. С-3 растения ( пшеница, ячмень, рожь, овес)- у них фотосинтез идет менее интенсивно, активность нитрогеназы ниже. Следует отметить, что образование ассоциаций растений с диазотрофными микроорганизмами контролируется несколькими генами, которые помимо этой функции осуществляют контроль за иммунитетом и высотой стеблей. Под воздействием генов короткостебельности возрастает интенсивность поступления фотоассимилянтов в ризосферу, что обеспечивает увеличение численности микроорганизмов, способных к ахотфиксации. Установлено что азотфиксирующие ассоциации образуются между растениями и микроорганизмами различной таксономической принадлежности, и в зависимости от вида растений и экологических условий, в ризосферных сообществах доминируют определенные виды диазотрофов. Одно из условий существования микрофлоры в ризосфере - поступление корневых выделений и опада. Известно, что вещества, содержащиеся в корневых выделениях (аминокислоты), могут являться аттрактантами для ризосферных бактерий (Жулин, Игнатов, 1986).

Механизм движения бактерий к корню растения основан на явлениях хемотаксиса и аэротаксиса. Корни растения при дыхании активно потребляют кислород, и вблизи создается градиент концентрации кислорода. Так же в результате корневых выделений в зоне корней  создается градиент концентрации веществ, входящих в состав этих выделений (Чумаков,1997). Бактерии, благодаря набору разнообразных рецепторов движутся в сторону повышения градиентов. Следующий этап в образовании ассоциации - размножение бактерий  на поверхности корня, в ризоплане (Чумаков,1997). Для размножения важны бактериальные факторы подавления других микроорганизмов (антибиотики, ксенобиотики, бактериоцины), и устойчивость к антибиотикам, которые выделяет растение- хозяин. Следующий этап- инфицирование, он проходит в несколько стадий- неспецифическая и специфическая адсорбция (Котусов и др, 1984). Следующим этапом является инфекция корневого волоска и образование инфекционной нити (Ремпе, 1951).

Способность проникать во внутренние ткани корня является распространенной среди ассоциативных бактерий, и по этому свойству они отличаются от свободноживущих бактерий (Чумаков, 1997). По результатам исследований установлено, что проникновение осуществляется в местах присоединения боковых корней, в трещинах корневых волосков (Collinson et al. 1998). Следует отметить, что активная азотфиксация  протекает не только в горизонте А, но и в других горизонтах- В и С (Клевенская, 1991).

На размеры азотфиксации в ризосферных ассоциациях влияет много факторов. Наиболее велики они у тропических растений (200-600 кг N на гектар в год). В нашей климатической зоне у злаковых культур накапливается до 50 кг N за вегетационный период (Умаров, 1986). Установлено, что почвы отличаются друг от друга по активности азотфиксации: от 0,5-1,5 кг N /гектар в год в почвах умеренной зоны, до 200-600 кг N/ гектар в год в почвах тропической зоны (Егоров, 1982).

Значение для азотфиксации такого фактора, как влажность, изучено многими авторами. Доказана прямая зависимость между влажностью почвы и активностью азотфиксации. Наиболее четко эта закономерность прослеживается в засушливых условиях, где недостаток влаги подавляет азотфиксацию (Клевенская, 1976).

Положительно влияет на азотфиксацию присутствие  углеродосодержащих веществ в почве. Отмечено повышение урожайности при совместном внесении соломы и бактериальных препаратов. Так же положительно влияет применение удобрений и мелиорантов (Завалин, 1998, Мехтиев, 1979). Отмечается, что ингибирование процесса азотфиксации возможно  под влиянием высоких доз минеральных удобрений (Клевенская, 1991). В условиях минимального применения удобрений в странах третьего мира и в Российской Федерации, азотфиксация может внести огромный вклад в получение сельскохозяйственной продукции.

Анализ опубликованных работ по вопросу действия минеральных удобрений на урожайность и качество зерна ячменя, вынос и коэффициенты использования элементов питания из удобрений разработаны довольно широко и опубликованы в печати. Однако, появившиеся в последние годы препараты на основе ризосферных диазотрофов, обеспечивающие злаковые растения азотом, стимулирующие рост и развитие растений за счет продуцирования физеологически активных веществ различных групп, требуют настоятельной необходимости разработки приемов  их использования в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, что требует выявления их роли в формировании величины и качества урожайности зерна ячменя.