Азотен баланс под бобови растения

При съставянето на азотния баланс в сеитбооборота с бобови растения е важно количеството асимилиран азот в атмосферата от растенията, неговият дял в добива и какъв азотен последик трябва да се разчита при оран на остатъци от стърнища от бобови растения.

За да се определи количеството въздушен азот, усвоен от бобови култури, се сравнява отстраняването му в култури с инокулирани и не инокулирани растения или се сравнява азотното отстраняване от бобови и небобови култури, отглеждани при същите условия. Количеството фиксиран азот в бобовите растения зависи не само от външните фактори, но и от естеството на симбиотичната връзка между растението гостоприемник и бактериите на възлите и от тяхната вирулентност. При неблагоприятни условия на околната среда не всички растения се заразяват и образуват жизнеспособни възли. Колкото по-близо са условията на симбиоза до оптималните, толкова повече възли се образуват върху корените и толкова по-висока е тяхната азотфиксираща активност.

Общоприето е, че всички бобови растения (едногодишни и многогодишни) обогатяват почвата с азот. Трябва обаче да се има предвид, че нито един растителен вид не си поставя задачата да обогати почвата (субстрата) с азот и/или други елементи. В действителност, в еволюционен аспект бобовите растения се "научиха" да усвояват азота във въздуха, за да оцелеят в конкурентната борба за съществуване и да оставят потомство - семена. Защо биха похарчили много енергия (въглехидрати), за да разграждат молекулите азот (N2) и след това да го оставят в почвата върху корените? Еволюцията на живите организми, включително растенията, толкова е „полирала“ протичащите в тях биологични процеси, че сред тях няма нито един, който да е ненужен за организма. Фиксирането на N2 се извършва, тъй като в почвата има голям дефицит на наличен азот в минерална форма. Следователно, веднага щом в почвата се появи достатъчно количество минерален азот, процесът на симбиотично фиксиране на азот, който е енергоемък за растението, веднага спира. Растенията няма да губят енергия от фотосинтеза за фиксиране на азот, ако в почвата има минерален азот.

Импулсите, които завършват своя жизнен цикъл (от семена до семена) за един вегетационен период, не трябва да депонират значително количество азот в корените.

Запазването на дългосрочната продуктивност на многогодишните бобови растения, напротив, се определя от способността на растенията да съхраняват хранителни вещества в корените, включително азот. Следователно, говорейки за обогатяване на почвата със симбиотичен азот, в повечето случаи имаме предвид многогодишни бобови растения - детелина, люцерна, сладка детелина, еспарзета, рога лупина и многогодишна лупина. Преди да заминат за зимата, тези растения съхраняват хранителни вещества в мощна коренова система и коренова шийка (долна част на стъблото, короната) със спящи пъпки, за да осигурят нормален растеж на пъпки и млади издънки през следващата пролет, когато вегетационният период се възобнови, от кои издънки с цветя ще се развият, плодове. По време на вегетационния период в корените се отлагат нови запаси от хранителни вещества, които ще осигурят възстановяването на растежа на растенията от спящи пъпки през следващата година и др. Кореновата система и кореновата шийка на многогодишните треви е склад на хранителни вещества за следващото поколение. Количеството хранителни вещества, необходимо за даден многогодишен растителен вид, е жизненоважно за оцеляването на вида. Кореновата система на детелина и люцерна натрупва съответно 80-110 и 100-140 кг/ха азот. Това е техният осигурителен фонд. Чрез оран на детелини, люцерна и други многогодишни треви, ние „конфискуваме“ техните запаси от хранителни вещества и най-вече азот и ги прехвърляме на други земеделски култури.

Бобовите растения са предимно едногодишни. Цялата стратегия за растежа и развитието им е насочена към формиране на репродуктивни органи - семена и продължаване на вида. Следователно хранителните вещества се натрупват във вегетативните органи (листа, стъбла и корени), за да ги прехвърлят в семената. Например, растенията от грах и фасул и други бобови растения натрупват 45-55% азот от максималното количество, усвоено през вегетационния период от фазата на цъфтеж. С настъпването на фазата на формиране на зърната настъпва рязка промяна в посоката на физиологичните и биохимичните процеси във всички органи на растението. Листата, стъблата и корените сега работят само върху фасула до края на вегетационния сезон. Масата на надземните вегетативни органи и корени вече леко се увеличава. Корените, а оттам и възлите, получават все по-малко въглехидрати. Възлите, изпитващи енергиен глад (дефицит на въглехидрати), намаляват активността на фиксирането на азот, увеличава се изтичането на азот и други елементи от вегетативните към репродуктивните органи, растенията остаряват и започват процеса на самоунищожение. Растението мобилизира всички ресурси, за да произведе възможно най-много качествени семена. Около 70-80% от азота, натрупан преди цъфтежа във вегетативни органи (листа, стъбла и корени), бобовите растения се преразпределят в семена. За разлика от детелината, люцерна и други многогодишни бобови растения, едногодишните бобови култури до края на вегетационния период силно изчерпват кореновата система, премахвайки всичко, което може да бъде премахнато от нея. През периода на прибиране на реколтата в корените на бобовите култури остава около 20-30 кг/ха азот. Това е приблизително същото, което съдържа в корените на небобови култури. При надземни растителни остатъци в полето остава около същото количество азот, което се съдържа в скелетните корени на растението по време на периода на прибиране на реколтата.

Важно е да се отбележи, че ако бобовите растения се събират за зелена маса по време на фазата на цъфтеж или в началото на формирането на фасула, тогава корените им, в зависимост от добива, съдържат средно 2 пъти повече азот (40-60 кг/ха ), отколкото с пълна зрялост. Естествено е нерационално да се събират бобови култури през тази фаза, тъй като по това време те натрупват не повече от половината от реколтата. На практика обаче фията и грахът често се засяват в чисти и смесени култури за зелена маса.

От гореизложеното следва, че бобовите култури използват (насочват) по-голямата част от асимилирания азот за образуване на зърно и отчуждават от полето с реколта приблизително същото количество азот, колкото е симбиотично свързан, и преобладаващата част от минералния азот, който използвани от почвата, в нея и останки, тоест бобовите култури не обогатяват значително почвата с азот, но само по-малко от другите култури я изчерпват. Освен това остатъците от органични бобови растения се минерализират по-бързо и отделят хранителни вещества за следващите култури. Всичко това ги прави добри предшественици.

По този начин, изследването на ефекта на различните дози азотни торове върху растежа, развитието и добива на семена от бобови култури (грах, соя, фуражен фасул, син и жълт лупин) при различни почвени и климатични условия, показа, че малки дози азот (20-30 kg/ha) са неефективни при благоприятни условия на симбиоза, тъй като намаляват усвояването на азота във въздуха със същото количество. При слаба симбиоза азотните торове забавят образуването на възли, намаляват тяхната активност и не увеличават производителността. Използването на високи дози азотни торове (120 kg/ha и повече) при неблагоприятни условия за симбиоза позволява да се получат добиви от зърнени бобови култури от 20-25 c/ha, т.е. там, където все още не е възможно да се създадат благоприятни условия за симбиотични азотна фиксация, бобовите растения могат да бъдат удовлетворени култури в азотно хранене поради оплождане. В този случай можете да получите доста висок добив с отлично качество, но това е непрактично.

Цената на отделните хранителни вещества за създаването на културна единица зависи не само от реколтата, но и от условията на отглеждане. Например за 1 тон грахови семена и съответното количество странични продукти, с ниско съдържание (40-60 mg/kg) калий в почвата, разходите за K2O са 16-20 kg и с много високо (> 250 mg/kg) - 30-35 kg. При симбиотично азотно хранене на 1 тон зърно, бобовите и граховите растения консумират 60-70 кг азот, а при добро снабдяване с минерален азот - 80-90 кг. Съдържанието на фосфор в бобовите растения също зависи от вида на азотното снабдяване. За симбиотичното усвояване на азота, грахът, както всички бобови растения, се нуждае от по-голямо количество фосфор, отколкото при хранене с минерален азот.

В същото време способността за фиксиране на азот при различните видове и сортове бобови растения не е еднаква. Люцерна, лупина, широки зърна, детелина и сладка детелина се отличават с най-високата способност за фиксиране на азот. При благоприятни почвени и метеорологични условия делът на фиксиран азот в общото съдържание на растенията му в тези култури достига 80%, докато при соя, грах, фасул, нахут, леща фия е 40-60%.

Най-добрите предшественици на бобовите култури са редовите култури, но те растат добре след зърнени култури. Импулсите, поради натрупването на азот в почвата по време на растеж, се считат за най-добрите предшественици за повечето култури. Установено е, че при добив от 25-30 c/ha бобовите култури (грах, фия, лупина и др.) Значително ще решат дългосрочния проблем с недостига на протеини в животновъдството.

Трябва да се отбележи, че симбиотичните бактерии, живеещи в почвата, са физиологично разнородна популация. Отделните микроорганизми в една популация се различават значително по своята физиологична активност. Някои от тях са загубили способността да заразяват корените на растенията или, прониквайки в клетката, не са в състояние да инициират развитието на бактериоидна възлова тъкан, значителна част от популацията образува малки, многобройни неактивни възли и само малка част от бактерии е способен да образува възли с висока фиксираща азот активност. Следователно на полето симбиотичната активност на същите бобови сортове без инокулация с активен бактериален щам може да се различава значително. Инокулиране на бобови растения с подходящ щам на възлови бактерии върху почви, където тези растения не са били култивирани преди това или дълго време, трябва да се извършва ежегодно, докато самата почва е в състояние да зарази растенията.

Условията за отглеждане на бобовите растения (рН, влага, температура на почвата и др.) Оказват голямо влияние върху симбиотичната активност на азотфиксиращите бактерии. Установено е, че при липса на растения гостоприемници, бактериите от коренови възли могат да съществуват в почвата при рН 4,5-8,5 до 10-15 години и в неутрална и близка среда до 20-30 години. От това следва, че тяхното развитие и симбиотичната способност за фиксиране на азот се определят предимно от отношението на растенията гостоприемници към киселинността на почвата. Така че, за лупина и сераделата, оптималната реакция на средата е рН 4-5, при същите условия фиксирането на атмосферния азот от възлови бактерии се случва най-интензивно, въпреки че извън възлите оптималната среда за тях е неутрална. При детелина, грах, фия и фасул фиксирането на азот е максимално при слабо киселинно и неутрално и средно - рН 5.8-7.0; люцерна, еспарзета, сладка детелина, нахут и леща в неутрална и слабо алкална среда - при рН 6,8-7,6. Същите условия на отглеждане са благоприятни за тези бобови растения, които не са заразени с възлови бактерии.

Резултатите от многобройни полеви и производствени експерименти с бобови култури убедително показват, че използването на нарастващи дози азотни торове няма осезаем ефект върху добива. Подобни резултати от отрицателно въздействие върху симбиотичната азотна фиксация на бобовите растения се наблюдават и при прилагане на високи дози органични торове. С намаляване на съдържанието на минерален азот в почвата в резултат на консумацията му от бобови растения, денитрификация и/или излугване на нитрати, азотфиксиращата активност на бобовите култури се възобновява (Гукова, 1974). При отглеждането на бобови култури трябва да се има предвид, че забележимо фиксиране на азот от растенията при благоприятни условия на околната среда (температура, реакция на околната среда и влага в почвата) настъпва само 20-25 дни след поникването на растенията, когато е добре развит фотосинтезиращ надземен образува се маса, интензивността на процесите на растеж на растенията леко ще намалее - гостоприемникът и ще се появи известен излишък на въглехидрати. В началния период на своя растеж и развитие бобовите растения не са в състояние да си осигурят симбиотичен азот и също се нуждаят от минерално азотно хранене като други култури. Преди началото на активното фиксиране на азот и преминаването към азотна самодостатъчност, бобовите растения консумират средно 20-30 kg/ha минерален азот, следователно, когато необходимото количество минерален азот се съдържа в кореновия слой на почвата (0 -40 cm) (50-60 kg/ha, като се вземе предвид коефициентът на използване на почвения минерален азот), азотни торове не трябва да се внасят. На кисели предвлажни, слабо аерирани почви, където фиксирането на азот е силно потиснато, бобовите растения, заедно с други култури, се нуждаят от азотно торене. По този начин на добре обработени почви, които по правило съдържат количеството минерален азот, необходимо за първоначалното развитие на растенията („стартиране“), не се изисква азотно торене за бобови растения, тъй като добре развити растения в ранните етапи са напълно достатъчни в бъдещата симбиоза, така че да осигурят максимално възможната им производителност. Когато торят бобови култури с азот, те го използват по същия начин като другите растителни видове, докато симбиотичната фиксация се намалява в същата степен.