Молібден та соя: можливості й проблеми
Cоя, донедавна маловідома в Україні культура, стрімко набирає обертів і по праву стає однією з найулюбленіших для аграріїв культур.
Крім того, що соя - це високотехнологічна культура, вона ще й добре пристосована до механізованого обробітку з використанням наявної техніки для висіву й збирання зернових та просапних культур (тобто її вирощування не потребує використання спеціальних машин). Вона не вибаглива до способу сівби, її можна успішно вирощувати як широкорядним способом — із міжряддями 45, 60, 70 або 90 см залежно від наявності в господарстві відповідних сівалок і просапних культиваторів, так і рядковим — із шириною міжряддя 7,5, 15 або 22,5 см за використання наявних зернових сівалок.
Соя порівняно стійка до хімічних препаратів різного спектра дії (в Україні для застосування на цій культурі дозволені понад 30 гербіцидів), тож захист її агроценозів від різних бур’янів не є проблемою. Соя досить стійка до цілої низки шкідників (дротянки, попелиці, трипси тощо), і захист від них може бути обмежений лише локальними (крайовими) хімічними обробками інсектицидами в період появи першої генерації шкідників. Завдяки своєму природному імунітету до багатьох патогенів та адаптації до умов вирощування культура не вимоглива до сіво-змін — сою можна успішно вирощувати за концентрації її посівів на рівні до 40–50%. Крім того, вона характеризується високою стійкістю і до низки грибних та бактеріальних патогенів, тому для її захисту зазвичай вистачає передпосівного протруювання насіння або ж одноразової фунгіцидної обробки, а отже, й затрати на пестициди в 2,5–3 рази менші, ніж для посівів зернових або цукрових буряків.
Соя - це надзвичайно рентабельна культура, витратна частина (згідно з технологічними картами) фактично окуповується однією тонною врожаю. Тобто за врожайності 1,5–1,8 т/га про рентабельність менш як 60% і мови немає.
Соя позитивно впливає на ґрунт. Завдяки кореневим і пожнивним решткам вона збагачує ґрунт органічною речовиною, сприяє поліпшенню його структури та шпаруватості. Її корені не лише покращують фізичні та хімічні ґрунтові властивості, а й полегшують проникнення в глибші горизонти кореневої системи наступних у сівозміні культур. Доведено, що соя не лише збагачує ґрунт гумусом, поліпшує фосфорно-калійний режим ґрунту, а, крім того, ще й підвищує вологоємність та водопроникність, збільшує буферність і ємність поглинання, посилює аерацію, внаслідок чого зростає кількість корисних мікроорганізмів та посилюється їхня життєдіяльність.
Інокулянти - чи дійсно вони ефективні?
За «успішної азотфіксації» соя здатна накопичити до 400 кг/га азоту, щоправда, більшу його частину використовує сама ж рослина. Однак, за даними різних авторів, після збирання врожаю сої в ґрунті для наступних культур залишається від 60 до 150 кг азоту в складі бульбочок, кореневих і пожнивних решток. Проте на практиці ця «багатообіцяюча» картина має набагато песимістичніший вигляд. Так, за даними спостережень та опитувань агровиробників-соївників, на більш як 35% площ бульбочкотворні процеси (незважаючи на застосування «модних» інокулянтів) зовсім не відбуваються. На половині з решти соєвих площ симбіотичні процеси настільки слабо виражені, що в період інтенсивного бобоутворення навіть спостерігається азотне голодування. І лише трохи більше третини всіх соєвих площ «напрацьовують» азот для наступних культур.
Спробуємо з’ясувати, чому все ж таки бажане не стає дійсним. Насамперед слід усвідомити, що біологічна фіксація азоту соєю — це складний біохімічний процес, який перебігає за певних умов, зокрема за сприятливих — вологозабезпечення, температурного, світлового й поживного режимів та дотримання технології вирощування.
Не варто забувати й про залежність процесів азотфіксації від реакції ґрунтового розчину. Зокрема, встановлено, що кислі ґрунти (з pH нижче як 5,0) — несприятливі для формування азотних бульбочок. У такому разі науковці одностайно пропагують проводити хімічну меліорацію. Однак на практиці провести вапнування не завжди вдається. Як альтернативу цьому агроприйому ми пропонуємо припосівне внесення 50–100 кг/га (у фізичній вазі) дво-, трикомпонентних кальцієвмісних мінеральних добрив, таких як нітрат кальцію (кальцієва селітра), суперфосфат тощо. Хочу зазначити, що за проведення цього агрозаходу потрібно бути досить обережними, оскільки лужне середовище також гальмує розвиток бульбочкових бактерій. Крім того, висока концентрація таких добрив у принасіннєвій зоні може негативно вплинути на схожість насіння.
Не менш важливі аспекти — аерація ґрунту й рівень забезпечення вологою. Бульбочкові бактерії не утворюються в сухому ґрунті, якщо на момент початку вегетації волога в ньому становить менш як 50–60% повної польової вологоємності. У пізніші стадії розвитку рослини недостатня кількість вологи може навіть спричинити відмирання бульбочок. Тому для вирощування сої деяке перезволоження (окрім тривалих затоплень) менш шкідливе, ніж нестача вологи. Оптимальна кількість вологи для ефективного розвитку бульбочок — близько 60–80% повної вологоємності ґрунту.
Як і де утворюються азотфіксуючі бульбочки?
Бульбочки краще утворюються в приповерхневому шарі ґрунту, де достатній вміст кисню. Основна частина бульбочок формується у верхньому шарі (0–15 см), і незначна кількість азотфіксуючих бактерій може проникати на глибину 10–15 см. А на глибині 30 см і нижче вони фактично не утворюються — це пов’язане з тим, що під час азотфіксації висока інтенсивність дихання, і для перетворення однієї молекули азоту потрібні чотири молекули кисню. В погано аерованому ґрунті в бульбочках знижується вміст леггемоглобіну й різко послаблюється їхня здатність до азотфіксації.
Значний вплив на симбіотичну азотфіксацію має також мінеральне живлення. Дефіцит калію чи фосфору, як і надлишок азоту, дуже згубні для розвитку бульбочкових бактерій.
Багаторічні польові дослідження з вивчення видів і доз мінеральних добрив для сої засвідчили, що за умов продуктивної симбіотрофної азотфіксації культура слабо «відгукується» на внесення туків. Поліпшення азотоспоживання рослинами можна досягти: внесенням фосфорно-калійних мінеральних добрив та активізацією переходу малодоступних форм макроелементів у рухому, за якої вони стають доступними для рослин сої.
Доцільність внесення мінерального азоту під сою за наявності бульбочкових бактерій вивчали багато дослідників у різних країнах. Аналіз опрацьованого матеріалу показує, що невеликі дози азотних добрив (N20–45) або не впливають на інтенсивність азотфіксації, або виявляють слабку гальмівну дію. Вищі дози (від N60), як правило, різко зменшують кількість бульбочок, знижують їхню масу й здатність фіксувати азот, що перетворює сою з азотонакопичувальної культури на таку, що споживає його з ґрунту та добрив. Цілком логічно, що за внесення підвищених доз мінерального азоту рослина залюбки поглинає його і переходить на живлення тільки ним.
Мінеральний азот — інгібітор азотфіксуючих процесів. Адже коли рослина відчуває достатнє забезпечення азотом, потреба в азотфіксації редукується й бульбочкові бактерії не утворюються. В літературі є застережливі дані щодо вирощування сої після інтенсивно удобрюваних цукрових буряків чи кукурудзи. Хоча, як показує практика, з унесенням 20–30 кг стартової дози азоту закладання першого бобу сої відбуватиметься на рослині на 2–4 см вище порівняно з посівом на неудобреній площі.
Для засвоєння молекулярного азоту в симбіозі з бульбочковими бактеріями соя потребує більшої кількості фосфору, порівняно з використанням азоту мінеральних сполук. Це пов’язано з тим, що фіксація азоту з повітря відбувається за участі АТФ, основною частиною якої є фосфор. За його нестачі утворюється мала кількість АТФ, тому й фіксація азоту з повітря, відповідно, зменшується.
Про те, що мікроелементи мають якщо не прямий, то опосередкований вплив на азотфіксацію, написано в будь-якому підручнику з фізіології рослин. Одні, наприклад, входять до складу азотфіксуючих ферментів, інші — створюють умови для посилення процесів. Кожен агровиробник неодноразово чув від спеціалістів, що молібден визначає активність процесу фіксації повітряного азоту, проте небагатьом із них відома роль заліза в цьому процесі. Тому розглянемо цей фактор детальніше.
Роль молібдену у систезі ферментів
У мікроорганізмів є складний ферментний комплекс — нітрогеназа. Вона складається з двох білкових компонентів: перший — це білок, що містить чотири атоми заліза, зв’язаного із сіркою (Fe-білок), другий — білок, який містить два атоми молібдену та 30 атомів заліза, зв’язаного з такою самою кількістю сірки (Fe-Мо-білок). Fe-білок завдяки взаємодії з магнієм передає енергію, потрібну для роботи Fe-Мо-білка. Безпосереднє перетворення молекулярного азоту на доступну для рослин форму амонію відбувається завдяки роботі молібден-залізовмісного білка й пов’язане зі зміною валентності молібдену. Перетворення азоту відбувається поетапно: з розірванням зв’язків (у молекулі азоту їх міститься три) відбувається приєднання до нього атомів водню з утворенням у процесі азотфіксації амонію. Останній бере участь у синтезі амінокислот, які транспортуються із бульбочки в рослину. Для кращого розуміння процесу подаємо схему, запропоновану В.К. Шильніковою («Життя рослин», т. 1).
Останнім часом мені неодноразово доводилось стикатись із доволі суперечливими поглядами як науковців, так і практиків щодо визначення ролі молібдену на процеси формування й функціонування бульбочок. Для з’ясування цього питання спробуємо визначити, яка ж насправді участь молібдену в цьому процесі. Отже, нагадаю: молібден входить до складу основного ферменту азотфіксації — нітрогенази, він бере участь у роботі ферментів, які забезпечують транспортування азоту з коренів у листки. Також цей хімічний елемент потрібен для синтезу леггемоглобіну — білка, який захищає нітрогеназу. Зазначу, що саме рівень леггемоглобіну визначає рожевий колір бульбочок і вказує на активну роботу нітрогенази та перебіг процесу азотфіксації.
Беззаперечним є факт кореляційної залежності між розвитком бульбочкових бактерій та інтенсивністю фотосинтезу, зокрема синтезом і транспортом цукрів. Це пов’язано з тим, що для азотфіксуючих мікроорганізмів потрібне достатнє постачання цукрами та іншими вуглеводами. Посиленню фотосинтезу, отже й накопиченню вуглеводів, сприяють магній, марганець, мідь, залізо, а бор посилює рух цукрів із листя до кореневої системи. Причому численні експерименти як вітчизняних, так і закордонних дослідників засвідчують, що сумісне застосування молібдену та бору дає кращий результат, ніж за окремого їхнього використання. Сірка також має позитивний вплив на життєздатність бульбочкових бактерій, що, відповідно, поліпшує азотфіксацію. Кобальт, своєю чергою, підвищує вміст леггемоглобіну в бульбочках, вміст якого визначає інтенсивність їхнього дихання. За наявності кобальту процес фіксації азоту проходить активніше.
Крім того, молібден входить до складу не менш як 20 ферментів, бере активну участь у білковому та фосфорному обмінах, упливає на інтенсивність дихання, синтез хлорофілу, певною мірою долучається до регуляції ростових процесів тощо. Експериментально встановлено, що разом із поліпшенням ростових процесів молібден сприяє синтезу протеїну. Вплив молібдену на синтез білка пов’язаний із його участю в процесах амінування та перамінування амінокислот, включенням амінокислот до поліпептидного ланцюга, з асоціацією і-РНК та рибосом. Молібден не лише збільшує кількість білка в насінні, а й підвищує його якість шляхом збільшення кількості його водорозчинних фракцій.
Вплив молібдену на коріння
На ранніх етапах розвитку рослини молібден може сприяти наростанню кореневої системи, прискорювати та стимулювати розвиток активності бульбочкових бактерій. Хоча в своїх експериментах ми спостерігали протилежну картину: за обробки насіння сої молібдатом амонію ростові процеси пригнічувались і сходи з’являлись на один-два дні пізніше. І лише у варіантах з одночасним унесенням молібдену та стимулятора росту гуматно-амінокислотного характеру інгібування молібдену нівелювалось. В інших експериментах, із використанням насіння сої, що сформувалось в умовах молібденодефіциту, інгібування молібденом практично не проявлялось.
Це явище пояснюється, очевидно, рівнем забезпеченості насіннєвих ділянок цим елементом. Показником достатнього (або ж недостатнього) забезпечення ним сої є вміст елемента в насінні, що залежить від кількості доступного молібдену під час вегетації. Якщо в насінні його міститься менш як 2,5 мг/кг — ефективність застосування молібденових добрив буде високою. І навпаки — за збільшення його вмісту до 5 мг/кг і вище застосовування молібденовмісних добрив недоцільне, позаяк цього елемента повністю вистачає для забезпечення потреб рослини на початкових етапах онтогенезу. Цей факт зайвий раз засвідчує, що до вибору способу та доцільності застосування молібдену під час вирощування сої потрібно підходити дуже зважено.
Доцільність, способи та ефективність застосування молібдену під час вирощування сої стали тематикою багатьох досліджень і предметом постійних дискусій між аграріями. Найвідоміший та найпростіший метод забезпечення сої цим елементом — передпосівна обробка насіння. Прихильники цього агроприйому запевняють, що у такий спосіб можна не лише посилити азотфіксацію, а й досягти 10–15% приросту врожаю. Однак слід зазначити, що такий спосіб забезпечення сої молібденом має свої нюанси.
Інокулянти - за чи проти?
Експериментально доведено, що передпосівна обробка насіння сої молібденом за вирощування культури на лужних ґрунтах у посушливі роки призводила до зниження врожаю. До речі, найменший шкідливий вплив молібдену було зафіксовано на ділянках із додатковим унесенням сірки (довідково: сірка є антагоністом молібдену).
Аби застерегти від подібних негараздів, ми пропонуємо аграріям, окрім показників схожості насіння, визначати в ньому ще й уміст зольних елементів. Якщо такої можливості немає, слід перейти на почасткове застосування молібдену (та й інших елементів), тобто 30–50% рекомендованих доз — шляхом обробки насіння і решту, 50–70% — у позакореневе підживлення. На особливу увагу заслуговують насіннєві посіви. Оброблені в такий спосіб рослини здатні забезпечити формування насіння відповідної якості. Крім того, така схема дасть змогу уникнути антагонізму елементів сірка — молібден, оскільки останній уже перебуватиме в білковій фракції насіння й не виступатиме конкурентом сірки.
Невід’ємною частиною технології вирощування сої є застосування інокулянтів. Однак на практиці така обробка не завжди задовольняє аграріїв: нібито все зробили правильно, а результат — нульовий. Пошук причин, як правило, зводиться до висновку про порушення технології обробки інокулянтами (селянська «залізна логіка»: адже в сусіда все в порядку!), і зовсім забуваємо, що розвиток симбіотичного апарату в конкретному агроценозі залежить не лише від інокулянта, а й від генотипу рослини-господаря. Доказом тому є низка досліджень, які підтверджують, що інтенсивність азотфіксації визначалась тільки сортовими особливостями рослини-господаря.
Тобто різні штами ризобій одного виду на одному сорті рослини-господаря суттєво відрізнялися за азотфіксуючою активністю, що призвело до відповідних коливань урожайності сої. Отже, результати таких досліджень мають стати певним застереженням для агрономів-технологів і нагадуванням про відповідальне ставлення до застосування такого агротехнічного прийому, як передпосівна обробка насіння інокулянтами, мікроелементами та регуляторами росту рослин. Адже цей агрозахід слід розглядати в комплексі, а не лише як посилення активності процесів азотфіксації. Ми його пов’язуємо ще й з тим, що бульбочкові бактерії також певною мірою сприяють ростостимулюючим процесам. Тому під час вибору композиції (особливо для позакореневих підживлень) для бобових культур особливу увагу слід звертати на азотфіксуючі та фотосинтезуючі комплекси, спрямовані на посилення швидкості фіксації азоту повітря та посилення фотосинтезу.
А. Чумак, М. Довгаюк-Семенюк, Інститут живлення рослин
Інформація для цитування
Молібден та соя: можливості й проблеми / А. Чумак, М. Довгаюк-Семенюк // Пропозиція. — 2017. — № 2. — С. 60-62