Спосіб визначення екологічно доцільних доз азотних добрив у технологіях вирощування сільськогосподарських культур

Спосіб визначення екологічно доцільних доз азотних добрив у технологіях вирощування сільськогосподарських культур, що включає одночасне визначення в динаміці активності азотфіксації та біологічної денітрифікації при внесенні в ґрунт різних доз азотних добрив, який відрізняється тим, що визначають потенційну активність азотфіксації та потенційну активність денітрифікації на корінні культурних рослин. (19) (21) u201012766 (22) 28.10.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) ВОЛКОГОН ВІТАЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ДІМОВА СВІТЛАНА БОРИСІВНА, ВОЛКОГОН КАТЕРИНА ІВАНІВНА, ШТАНЬКО НАДІЯ ПЕТРІВНА (73) ІНСТИТУТ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ МІКРОБІОЛОГІЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК УКРАЇНИ 3 60461 В основу корисної моделі поставлено завдання розробити спосіб визначення екологічно доцільних доз азотних добрив при вирощуванні сільськогосподарських культур шляхом дослідження в динаміці активності асоціативної азотфіксації та біологічної денітрифікації, який би усував маскувальний вплив кліматичних чинників. Поставлене завдання вирішується визначенням потенційної активності азотфіксації та потенційної активності денітрифікації не в ґрунті, а безпосередньо на корінні. Спосіб здійснюється таким чином. У польовому досліді при вирощуванні сільськогосподарської культури по фону різних доз мінеральних азотних добрив відбираються усереднені зразки коріння, яке відмивається водогінною водою, підсушується фільтрувальним папером і подрібнюється. Відбирається середня проба з врахуванням вологості зразка, проводиться процедура інкубації коріння, і визначається потенційна азотфіксувальна та денітрифікувальна активність ацетиленовим методом газохроматографічно [5]. Визначення активності зазначених процесів проводиться одночасно у всіх дослідних варіантах у динаміці (не менше трьох раз), оскільки концентрація зв'язаних сполук азоту у ґрунті протягом вегетаційного періоду зменшується і, відповідно, змінюється реакція рослиннобактеріальної системи. Одержані результати дають змогу визначити, які дози добрив стимулюють, а які стримують процеси азотфіксації й денітрифікації, і як довго (залежно від дози) спостерігаються ці ефекти. При цьому дози азотних добрив, які протягом тривало 4 го часу стимулюють процес азотфіксації і не збільшують активності біологічної денітрифікації, є дозами фізіологічної й екологічної доцільності. Дози добрив, що не знижують активності азотфіксації і не суттєво, порівняно з контролем, збільшують денітрифікувальну активність, є екологічно допустимими. Дози, які протягом вегетаційного періоду (або більшої його частини) інгібують процес азотфіксації та стимулюють втрати сполук азоту через активізацію процесу біологічної денітрифікації, є екологічно неприйнятними. Корисна модель пояснюється наступними прикладами. Приклад 1. Проводили польовий дослід з пшеницею озимою на лучно-чорноземному ґрунті (pHсол. - 5,30; вміст гумусу - 2,12%; азоту легкогідролізованого - 95,2 мг/кг; фосфору – 226 мг/кг; обмінного калію -108 мг/кг). Схема досліду: 1. Контроль, без добрив; 2. N30K30 (N20 восени + N10 рано навесні); 3. N60K40 (N30 восени + N30 рано навесні); 4. N90K60 (N30 восени + N30 рано навесні + N30 у фазі виходу в трубку); 5. N120K80 (N30 восени + N45 рано навесні + N45 у фазі виходу в трубку). Схема досліду не передбачала внесення фосфорних добрив через високий вміст фосфатів у ґрунті. У досліді в динаміці (починаючи з фази кущіння) газохроматографічно досліджували потенційну нітрогеназну (азотфіксувальну) активність на корінні рослин та перебіг процесу біологічної денітрифікації. Таблиця 1 Потенційна активність азотфіксації на корінні рослин пшениці озимої під впливом мінерального удобрення, мкмоль С2Н4/г сухого коріння/годину Варіанти досліду Контроль, без добрив N30K30 N60K40 N90K60 N120K80 НІР05 1 2,54 3,76* 2,15 2,11 1,39 0,75 2 2,47 3,29* 2,87 1,99 1,44 0,56 3 0,73 0,82* 0,91* 0,32 0,15 0,08 4 0,66 0,78 1,20* 0,91* 0,60 0,18 5 1,02 1,11 1,30* 1,49* 0,37 0,20 Примітка: 1 - фаза кущіння (35 днів після весняного внесення добрив); 2 - фаза виходу в трубку (52 дні після весняного і 17 днів після літнього внесення добрив); 3 - фаза колосіння (60 днів після весняного і 25 днів після літнього внесення добрив); 4 - фаза молочної стиглості (75 днів після весняного і 40 днів після літнього внесення добрив); 5 - фаза молочно-воскової стиглості (80 днів після весняного і 45 днів після літнього внесення добрив); *) - виділено достовірно позитивне зростання активності. Представлені в таблиці 1 дані свідчать, що застосування мінімальної в досліді дози добрив (N30) є екологічно доцільним, оскільки протягом всього вегетаційного періоду на корінні спостерігається вища ніж у контрольному варіанті активність азотфіксації. Внесення 60 кг/га мінерального азоту також є екологічно прийнятним, оскільки при цьому відмічається зростання показників активності азотфіксації протягом більшої частини вегетаційного періоду. Доза мінерального азоту 90 кг/га є екологічно пороговою, у зв'язку з тим, що за її внесення суттєве стимулювання активності азотфіксації відмічається лише починаючи з фази молочної стиглості зерна пшениці. Доза азоту 120 кг/га є неприйнятною в екологічному відношенні, оскільки протягом вегетаційного періоду спостерігається зниження активності досліджуваного процесу порівняно з контролем. 5 60461 6 Таблиця 2 Потенційна активність біологічної денітрифікації на корінні рослин озимої пшениці залежно від рівня удобрення, нмоль N2O/г сухого коріння/годину Варіанти досліду Контроль, без добрив N30K30 N60K40 N90K60 N120K80 НІР05 1 8,63 12,78 11,27 12,84 19,75* 4,30 2 4,41 8,94 6,89 10,50* 12,15* 4,90 3 6,11 6,99 6,63 19,12* 24,94* 5,05 4 4,01 5,44 6,31 30,73* 37,30* 4,38 5 20,42 25,73 26,35 27,37 25,88* 10,85 Примітка: умовні позначки ті ж, що і в таблиці 1. Визначення потенційної активності емісії закису азоту (біологічної денітрифікації) демонструє, що зі зростанням дози мінеральних добрив збільшуються втрати газоподібних сполук азоту. Проте у варіантах з внесенням N30K30 і N60K40 активність процесу денітрифікації знаходиться на рівні контрольних показників. Добрива в дозі N90K60 призводять до активізації процесу біологічної денітрифікації в усі досліджувані строки, за виключенням останнього. Вищі дози мінеральних добрив протягом вегетаційного періоду призводять до суттєвих втрат газоподібних сполук азоту. Порівнюючи показники двох супротивних процесів - азотфіксації та денітрифікації під впливом різних доз мінерального азоту, приходимо висновку, що фізіологічно доцільними дозами азотних добрив є такі, що не перевищують 60 кг/га. Збільшення дози азоту до 90 кг/га є компромісним заходом, оскільки при цьому зростання активності азотфіксації та зниження активності біологічної денітрифікації спостерігається лише наприкінці вегетаційного періоду. Подальше зростання доз мінеральних добрив є недопустимим з фізіологічної й екологічної точки зору. Приклад 2. Проводили польовий дослід з кукурудзою на лучно-чорноземному ґрунті (рНсол. 5,30; вміст гумусу - 2,12%; азоту легкогідролізованого - 95,2 мг/кг; фосфору – 226 мг/кг; обмінного калію -108 мг/кг). Схема досліду: 1. Контроль, без добрив; 2. N40P15K34; 3. N80P36K68; 4. N120P54K102; 5. N160P72К136; У досліді в динаміці визначали потенційну нітрогеназну (азотфіксувальну) активність та потенційну денітрифікувальну активність. Представлені в таблиці 3 результати свідчать про те, що на початку вегетаційного періоду, коли рослини розвиваються слабо, на активність азотфіксації негативно впливає навіть найменша в досліді доза добрив. Починаючи з фази 9-11 листків у варіанті з дозою добрив N40P15K34 відмічається зростання активності процесу. Це спостерігається до кінця вегетаційного періоду. За внесення N80Р36К68 стимулювання процесу азотфіксації на корінні рослин кукурудзи відмічається дещо пізніше, починаючи з фази викидання - цвітіння волоті, і продовжується до кінця вегетації рослин. За внесення вищих норм добрив протягом вегетаційного періоду не відмічено зростання активності азотфіксації. Таблиця 3 Потенційна активність азотфіксації на корінні рослин кукурудзи під впливом мінерального удобрення, мкмолъ С2Н4/г сухого коріння/годину Варіанти досліду Контроль, без добрив N40P15K34 N80Р36K68 N120P54K102 N160P72K136 НІР05 1 0,78 0,24 0,09 0,04 0,02 0,11 2 1,23 1,55* 0,17 0,11 0,09 0,17 3 1,05 1,54* 1,40* 0,34 0,17 0,30 4 1,42 1,65* 1,69* 0,83 0,52 0,19 Примітка: 1 - фаза 5-7листків (30 днів після внесення добрив); 2 - фаза 9-11 листків (45 днів після внесення добрив); 3 - фаза викидання - цвітіння волоті (60 днів після внесення добрив); 4 - фаза цвітіння початку та наливу зерна (75 днів після внесення добрив); 5 - фаза молочно-воскової стиглості зерна (90-й день після внесення добрив); *) - виділено достовірне збільшення показників порівняно з контролем. 5 1,26 1,50* 1,59* 1,05 0,47 0,16 Отже, перебіг активності азотфіксації свідчить про доцільність застосування азотних добрив у дозах, що не перевищують 80 кг/га. Дослідження в динаміці активності процесу біологічної денітрифікації демонструє практично дзеркальну до показників азотфіксувальної активності ситуацію. Так, невисокі дози добрив лише на початку вегетаційного періоду стимулюють газоподібні втрати сполук азоту. Починаючі з фази викидання - цвітіння волоті, активність біологічної денітрифікації в цих варіантах достовірно не відрізняється від показників контрольного варіанту (таблиця 4). Таблиця 4 Потенційна активність біологічної денітрифікації на корінні рослин кукурудзи під впливом мінерального удобрення, мкмоль N2O/г сухого коріння / годину Варіанти досліду Контроль, без добрив N40P15K34 N80Р36K68 N120P54K102 N160P72K136 НІР05 1 1,29 1,43* 2,22* 2,63* 3,15* 0,13 2 0,72 1,19* 1,23* 1,54* 2,05* 0,27 3 1,63 2,12 2,17 2,32* 2,57* 0,59 4 1,21 1,34 1,41 1,69* 1,82* 0,45 5 1,39 1,46 1,60 1,78 2,13* 0,42 Примітка: умовні позначки такі ж, як і в табл. 3. Порівнюючи показники двох супротивних процесів - азотфіксації та денітрифікації під впливом різних доз мінерального азоту, приходимо висновку, що фізіологічно доцільними дозами азотних добрив при вирощуванні кукурудзи на лучночорноземному ґрунті є такі, що не перевищують 80 кг/га. Подальше збільшення доз азотних мінеральних добрив є недопустимим з фізіологічної й екологічної точки зору, оскільки при цьому затухає процес азотфіксації і активізується процес біологічної денітрифікації, що є свідченням порушення екологічного стану агроценозу. Пропонований спосіб визначення екологічно доцільних доз азотних добрив є високоточним, оскільки газохроматографічне визначення активності процесу азотфіксації дозволяє встановити -9 зміни в показниках на рівні 10 моля азоту (практично, це зміни в активності однієї бактеріальної Комп’ютерна верстка М. Ломалова клітини), об'єктивним і найбільш інформативним серед відомих. Джерела інформації: 1. Науково-методичні рекомендації з оптимізації мінерального живлення сільськогосподарських культур та стратегії удобрення/За ред. М.М. Городнього. - К., 2004. - 140с. 2. Якість ґрунтів та сучасні стратегії удобрення / За ред. Дж. Гофмана, Д. Мельничука і М. Городнього. - К.: Арістей, 2004. - 488с. 3. Кореньков Д.А. Вопросы агрохимии азота и экология//Агрохимия, 1990. - №11. - С. 28-37. 4. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. - М.: МГУ, 1986. -136с. 5. Експериментальна ґрунтова мікробіологія / За ред. В.В. Волкогона. - К.: Аграрна наука, 2010. 469с. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601