Установлено, что при недостаточном уровне содержания подвижного фосфора в почве фосфорные удобрения увеличивают содержание кальция и
Таблица 5.32 - Коэффициенты корреляции и регрессии, отражающие взаимосвязь между дозами фосфорных удобрений и содержанием кальция, стронция и их соотношением в растениях в период уборки при различном
уровне подвижного фосфора в почве
Культура Доза Р205-Са Доза P205-Sr Доза P205-Ca/Sr
Коэффициент
г Ъ г b г b
Недостаточный уровень Р2О5 в почве
Суданская трава, растение 0,87 0,008 0,90 0,06 0,62 0,06
Сахарное сорго, растение 0,74 0,028 0,81 0,22 - -
Брюква, корнеплод 0,90 0,005 0,82 0,13 -0,81 -0,05
Столовая свекла, корнеплод 0,84 0,002 - - 0,76 0,09
Картофель, клубни 0,79 0,0004 0,81 0,08 -0,88 -0,57
Оптимальный уровень Р2О5 в почве
Суданская трава, растение -0,68 -0,01 -0,63 -0,05 -0,59 -0,11
Сахарное сорго, растение -0,84 -0,02 -0,78 -0,06 -0,65 -0,11
Брюква, корнеплод -0,72 -0,01 -0,88 -0,17 -0,68 -0,09
Столовая свекла, корнеплод -0,67 -0,003 -0,77 -0,01 -0,79 -0,08
Примечание. « - » - нет достоверной зависимости.
стронция, при этом соотношение Ca/Sr увеличивается в растениях суданской травы и корнеплодах столовой свеклы, уменьшается - в корнеплодах брюквы и клубнях картофеля, в растениях же сахарного сорго отношение значительно не изменяется.
При оптимальном содержании подвижного фосфора в почве внесение фосфора удобрений действует на содержание и кальция и стронция в растениях антагонистически. Соотношение Ca/Sr также уменьшается, что является, безусловно, негативным фактором. Соотношение уменьшается в связи с тем, что избыточный фосфор относительно в большей степени уменьшает количество кальция в растениях, чем стронция.
Выявленные нормативные показатели интенсивности действия каждого внесенного килограмма фосфора (Ь) в виде суперфосфата на черноземных почвах Сибири позволяет сделать ориентировочный прогноз накопления стронция в растениях (мг/кг) по формуле (203)
Sr = Д • b, (203)
где Д - доза Р205, кг/га;
b - коэффициент интенсивности действия 1 кг/га внесенного фосфорного удобрения на содержание стронция в растения, мг/кг.
Ранний прогноз содержания стронция в растениях в период уборки подтвердился практическими данными. Ошибка в прогнозе содержания стронция в растениях картофеля не превышала 3,3 -18,0 % в 95 % случаев (таблица 5.33).
Таблица 5.33 - Прогноз стронция в клубнях картофеля с учетом коэффициента интенсивности
ДозаР205, кг/га Содержание стронция, мг/кг сухой массы Ошибка прогноза, %
Фактическое расчетное
90 2,81 2,94 4,5135 4,10 4,84 18,0180 2,85 2,76 з,з
Следовательно, выявленные закономерности и полученные математические уравнения можно использовать в практических целях. Полученная информация о зависимости концентрации стронция в хозяйственно важной части урожая с дозами фосфорных удобрений дает возможность прогнозировать накопление его в клубнях.
Наши исследования свидетельствуют о том, что стронций поглощается растением из почвы в меньшей степени, чем кальций - КД > 1 (таблица 5.34).
Таблица 5.34 - Коэффициенты дискриминации (КД) кальций - стронций в
системе почва - растение
Вариант Клубни Почва Растение Почва Клубни Растение Клубни Листья Листья Почва Корни Почва Клубни Корни
Контроль 2,4 1,5 1,6 1,3 1,8 1,3 1,7
Р% 1,9 1,5 1,3 1,4 1,4 1Л 1,7
Ь*180 2,0 1,2 1,2 1,4 1,5 1,4 1,5
Для пары кальций - стронций при дозе Р9о и Р]8о в растении картофеля в системах почва-клубни, почва-растение, почва-листья, почва - корни КД > 1, то есть стронций поглощается органами растения в меньшей степени, чем кальций. Особенно это характерно для химизма системы почва - клубни - КД имеет максимальное значение.
Дискриминация стронция по отношению к кальцию существует не только при переходе этих элементов из почвы в растение, но и при их передвижении внутри растения /92, 189/.
По степени дискриминации стронций по отношению к кальцию при передвижении их из почвы в растение или внутри растения имеет место следующий ряд:
клубни/почва > листья/почва > клубни/корни > клубни/растение > растение/почва > клубни/листья > корни/почва.
Наблюдается закономерность в накоплении стронция в растениях картофеля и резком уменьшении отношения кальция к стронцию с возрастанием дозы фосфора удобрений (таблица 5.35). Азотно-калийные удобрения увеличивают поступление стронция в растения. Усвоение стронция растениями зависит от обеспеченности их другими элементами питания, это установлено многими исследователями /15, 88, 143, 347, 348 и др./.
Зависимость содержания стронция в надземной массе от доз фосфора удобрений сохраняется в течение всей вегетации. На фоне азотно-калийного удобрения концентрация стронция в надземной массе в период уборки повысилась в 1,38, 2,30, 2,36 раза соответственно при внесении доз фосфора 200, 400, 500 мг/кг.
Содержание стронция в клубнях в условиях вегетационного опыта по сравнению с литературными данными было высоким. Так, Ю.А. Шугаров /347/ отмечает, что содержание стронция в клубнях составляет 1,9-4,3 мг/кг, а в наших опытах эти величины были от 5,4 до 10,2 мг/кг клубней.
Таблица 5.35 - Влияние прямого действия фосфора удобрений (мг/кг почвы) на содержание кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг сухого вещества кар-
тофельного растения. Вегетационный опыт Ю.И. Ермохина
Вариант С а Sr Ca/Sr кд
Цветение, растение
Контроль 19,6 53,0 370 1,60
^ооКюо(фон) 12,3 63,6 193 0,40
Фон + Р2оо 18,3 85,5 214 1,01
Фон + Р4оо 16,6 100 166 1,04
Фон + Р500 17,6 126 140 1,20
Уборка, ботва
Контроль - 152 - -
N3ooK10o(oh) 21,3 190 112 0,20
Фон + Р200 16,2 210 77 0,40
Фон + Р4оо 22,5 350 64 0,40
Фон + Р50о 17,8 358 50 0,40
Следует отметить, что если в надземной массе наблюдается закономерное увеличение концентрации стронция от применения фосфорных удобрений, то в клубнях такая закономерность сохраняется не всегда. Это можно объяснить тем, что стронций хорошо усваивается и легко перемещается по стеблю в листья, минуя клубни. В клубни и корнеплоды основное количество вредных для человека элементов может поступать из почвы /11/.
В фазу цветения в целом растении по всем вариантам опыта КД > 1, в ботве к периоду физиологической зрелости - КД
Дополнительное внесение фосфорных удобрений также уменьшает отношение кальция к стронцию (таблица 5.36), но при этом содержание кальция и стронция уменьшается в корнеплодах, в ботве же концентрация этих элементов под действием дополнительного фосфора изменяется неоднозначно.
Таблица 5.36 - Влияние дополнительного внесения расчетных доз удобрений на содержание и соотношение кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг растений столовой свеклы в период уборки (на абс. сухое вещество), полевые опыты
Вариант Са Sr Ca/Sr Са Sr Ca/Sr
Ботва Корнеплод
Полевой опыт №1
Фон 8,62 72,47 119 2,26 49,04 46,1
Фон + Р46 8,13 70,14 108 1,59 47,22 33,7
Фон + Р66 7,82 75,01 104 1,74 44,27 39,3
Полевой опыт №2
Фон 4,39 34,90 126 1,75 38,96 44,9
Фон + Р13 5,94 47,30 126 1,64 37,12 44,2
Фон + Р36 3,46 29,56 117 1,64 37,07 44,2
5.3.3 Отношение меяаду азотом и калием как источниками питания и кальцием, стронцием в растениях
По данным различных исследователей азотные удобрения способствуют, а калийные удобрения препятствует поступлению стронция в растения сельскохозяйственных культур /15, 88, 143, 347, 348, 353/.
Фосфорные и азотно-фосфорные удобрения на черноземных почвах Западной Сибири в наших опытах способствовали поступлению стронция и кальция во все органы растений картофеля. Зависимость содержания стронция в растениях от внесенных в почву фосфорных, азотно-фосфорных и азотно-фосфорно-калийных удобрений сохраняется в течение всей вегетации (таблица 5.37).
В непродуктивных органах растения картофеля коэффициент дискриминации КД > 1, из чего следует, что стронций поглощается органами растения в меньшей степени, чем кальций. В клубнях по всем вариантам опыта наблюдается увеличение содержания кальция и стронция по сравнению с контролем.
Если во всех вариантах опыта КД > 1 (кроме варианта NP), то при внесении азотно-фосфорного удобрения КД
Таблица 5.37 - Влияние минеральных удобрений на накопление кальция (г) и
стронция (мг) в растении картофеля в 1 кг сухого вещества. _____________________Полевой опыт Ю.И. Ермохина______________________
Вариант Са Sr Ca/Sr кд Са Sr Ca/Sr
Фаза бутонизации корни Фаза цветения корни
Контроль 9,99 38,78 258 1,3 13,0 67,04 194
Pl80 11,82 49,76 243 1,4 11,1 68,40 162
N90P18O 11,72 50,84 230 1,3 12,1 63,15 192
N90P180IQ5 6,80 32,41 210 1Д 16,3 62,46 261
растение растение
Контроль 22,45 79,42 283 1,5 21,4 84,29 254
Pl80 26,68 89,31 298 1,7 22,1 87,64 252
N90P180 25,36 59,54 426 2,6 20,9 90,45 231
N90PI80K45 25,86 78,09 331 1,7 21,4 83,94 255
листья листья
Контроль 12,91 36,74 351 1,8 22,8 76,65 297
Pl80 22,65 87,51 259 1,5 21,6 72,90 296
N90P180 13,91 47,93 290 1,7 22,1 76,04 291
N90P180K45 16,33 49,45 330 1,8 19,7 70,16 281
клубни Убо рка ботва
Контроль 0,92 2,03 453 2,3 22,4 95,30 235
Pl80 1,00 2,85 351 2,0 22,5 106,4 211
N90P18O 0,93 5,87 158 0,9 24,1 111,2 206
N90P180K45 1,05 2,41 436 2,3 23,0 97,70 235
фосфорными повышают поступление стронция в клубни, калийные уменьшают. Эти выводы совпадают с данными других исследователей/15, 143, 347, 353/.
При внесении фосфорных удобрений его количество в клубнях возрастает на 40,4 %, азотно-фосфорных ~ на 189,2 % и азотно-фосфорно-калийных - на 18,7 % (по сравнению с контрольным вариантом). Несмотря на высокое содержание стронция в клубнях (особенно в варианте NgoPiso, оно выше в 2,89 раза, чем на контроле), отношение кальция к стронцию большое (158) и не является опасным в биологическом плане.
Применение азотно-калийных удобрений в значительной степени влияло на отношение кальций/стронций в растениях (таблица 5.38). Так, при внесении парных комбинаций удобрений уменьшение содержания стронция в растениях
Таблица 5.38 - Распределение стронция (мг) и кальция (г) в разных частях растений картофеля в 1 кг сухого вещества при внесении азотно-калийных
удобрений. Полевой опыт А.Ф. Иванова
Вариант Уборка ТТт>^
клубни ботва IJ^Beicjtijnc, ya^ 1 cjhluc
Са Sr Са Sr Ca/Sr
Контроль 1,51 40,0 11,4 130 88
Р45К45 1,35 87,5 10,2 107 95
N45P45 2,53 131 12,7 ПО 115
N45K45 1,53 90,0 9,4 125 75
N45P45K.45 1,41 127 10,7 96 111
N90P45K45 1,73 102 6,2 128 47
в фазу цветения наблюдалось только от азотно-калийных удобрений. Высокие дозы азота (90 кг/га) также уменьшали это отношение.
Парные комбинации азотных, фосфорных и калийных удобрений по-разному сказываются на концентрации стронция в клубнях к периоду уборки. Сильно увеличивает его содержание азотно-фосфорные удобрения (при малой дозе азота), что объясняется синергизмом азота и фосфора. Калий снижает содержание стронция в клубнях и ботве на 44,3 и 3,1 % (в ботве наблюдается тенденция).
Удвоение дозы азота удобрения до 90 кг/га на фоне фосфорно-калийного привело к увеличению содержания стронция в клубнях на 31,6 %. Таким образом, в данном случае проявляется синергизм между азотом и стронцием.
При возделывании столовой свеклы установлено, что в молодых листьях в относительно больших количествах содержится кальций, а не стронций (таблица 5.39). К периоду уборки в ботве отношение кальция к стронцию заметно изменяется в пользу стронция.
Увеличение дозы азота и фосфора до 90 кг/га при совместном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений не стимулирует накопление стронция в корнеплодах, но несколько увеличивает отношение кальция к
Таблица 5.39 - Влияние минеральных удобрений на содержание кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг сухого вещества растения столовой свеклы. Полевой
опыт Л.М. Лихомановой
Вариант Са Sr Ca/Sr
фаза 4-6 листьев, листья
Р45 25 142 176
N45P45 24 134 179
N45P45K45 25 128 195
N90P45K45 23 123 187
N45P90K45 25 133 188
Уборка, ботва
?45 5,7 45,8 124
N45P45 8,5 66,1 129
N45P45K45 6,8 51,7 131
N90P45K45 8,7 56,5 154
N45P90K45 8,5 59,6 143
Уборка, корнеплод
Р45 2,2 41,5 53
N45P45 1,8 48,9 37
N45P45K45 1,7 37,5 45
N90P45K45 1,8 37,9 47
N45P90K45 1,8 37,0 49
стронцию по отношению к варианту N45P45, в ботве же наблюдается тенденция к увеличению как концентрации стронция, так и отношения кальций/стронций.
При внесении азотно-фосфорных удобрений содержание стронция в корнеплодах свеклы увеличивается на 17,8 % по сравнению с внесением только фосфорных. Совместное же использование азотных, фосфорных и калийных удобрений приводит к снижению содержания стронция на 23,3 % по отношению к азотно-фосфорному варианту. В корнеплодах при применении NP и NPK отношение кальция к стронцию уменьшается.
В исследованиях установлена также зависимость поступления, стронция и кальция в клубни от уровня их в почве (таблица 5.40).
212 Таблица 5.40 - Содержание элементов в почве и растениях картофеля в ре-
зультате применения удобрений. Полевой опыт Ю.И. Ермохина
Показатель Почва Клубни
Контроль N45P135K45 Контроль N45P135K45
Са, г/кг 4,8 5,3 0,25 0,30
Sr, мг/кг 24,1 31,8 2,16 2,34
Ca/Sr 197 166 116 128
Результаты исследований показали, что усвоение стронция растениями и его органами зависит в большей или меньшей степени от уровня обеспеченности основными элементами питания. Применение азотно-фосфорно-калийных удобрений способствует обогащению почвы стронцием, в результате чего его содержание в клубнях возрастает.
5.4 Влияние расчетных доз удобрений на содержание и соотношение микроэлементов в растениях
Оптимизация доз вносимых удобрений имеет своей целью получение возможно высоких урожаев хорошего качества с соблюдением необходимых эколого-агрохимических условий. С помощью удобрений можно «управлять» не только продуктивностью растений, но и его химическим составом. Как было показано выше, минеральные удобрения влияют на содержание и соотношение ряда микроэлементов в растениях. Несбалансированное минеральное питание может не только не увеличить продуктивность культур, но снизить качество в результате повышенного или пониженного поступления макро- и микроэлементов в растения.
Нами отмечены случаи превышения ПДК ТМ в растениях при несбалансированном внесении макроудобрений.
Например, в контрольном варианте полевого опыта 1995 г. (таблица 4.41) наблюдался значительный недостаток подвижного фосфора в почве (содержание Р2О5 составило 20 мг/кг, при оптимуме 62). Это способствовало
Таблица 5.41 - Влияние расчетных доз минеральных удобрений на содержание микроэлементов в растениях сорго-суданкового гибрида, начало выметывания
метелок (полевой опыт, 1995г.)
Вариант Урожайность зеленой массы, т/га Содержание в почве* перед посевом, мг/кг Содержание в растениях, мг/кг абс. сухого вещества
N-NC-з Р205 Cd Pb Си Zn
Контроль 28,1 30 20 0,03 1,07 2,16 74,2
N85P85(n) 30,0 49 62 0,12 0,59 2,82 22,1
N200P3io(ny) 30,6 82 115 1,04 0,79 3,28 20,4
N270P33o(ny) 30,0 101 120 1,81 0,83 3,04 26,5
¦Экстрагент - 2%-ная СН3СООН.
значительному увеличению Pb, и особенно, Zn - антагониста фосфора. При этом концентрация Zn (74,2 мг/кг) превысила ПДК (50 мг/кг).
В вариантах же на планируемую урожайность 60 и 70 т зеленой массы (N200P310 и N270P330) концентрация в почве и нитратного азота (82 и 101) и подвижного фосфора (115 и 120) значительно превышали оптимум. С одной стороны это способствовало понижению концентрации Zn, с другой - значительному повышению концентрации Cd (1,04 и 1,81 мг/кг), что значительно превышает ПДК (0,3 мг/кг).
В варианте NssPss (расчет на прибавку) же наблюдался оптимум в почве подвижного фосфора (62 мг/кг) и приближенное к оптимальному содержание нитратного азота - 49 (оптимум 42). В результате в этом варианте сформировался урожай хорошего качества.
Таким образом, удобрения при неправильной дозировке способны нарушить микроэлементный обмен и изменить внутренний баланс элементов питания в растениях в положительную или отрицательную сторону. В результате формируется недоброкачественный в химическом отношении урожай.
Рассмотренные опытные данные подтверждают, что в процессе минерального питания растений существует зависимость между поглощёнными элементами, характер которой в значительной степени определяется отклоне-
нием концентраций взаимодействующих элементов от оптимальной концентрации во внешней среде.
Определение правильных доз удобрений базируется на нормативных агрохимических и физиолого-биохимических показателях почвы и растений. Среди них особое место занимают: учет потребности в элементах минерального питания растений по фазам развития, оптимальные уровни и соотношение элементов в почве, их использование растениями из почвы и удобрений, интенсивность действия применяемых элементов в виде удобрений на почву и растения и др.
Определение оптимальных доз удобрений в овощном севообороте (таблица 5.42) основывается именно на этих нормативных показателях используя методы почвенной (ПД), растительной диагностики (РД), данных полевых опытов (ПО) с удобрениями. В опыте были предусмотрены варианты с дозами удобрений, рассчитанных различными методами.
При первом методе используется эмпирическая формула (4) на основе полевых опытов (ПО) с удобрениями:
Хп Второй метод - комплексный метод почвенно-растительной оперативной диагностики («ПРОД»):
а) на основе ПД на прибавку урожая по формуле (75)
„ Кд-Н-П
Д = —--------, кг/га,
Ку
б) на основе РД по формуле (204) д = С*-эфГ
Ь-Эо
где Эо и Эф - оптимальный и фактический уровень содержания минеральных форм элементов питания в органе-индикаторе, мг/кг;
b - коэффициент интенсивности действия внесенного удобрения на содержание минеральных форм элементов питания в органе-индикаторе, мг/кг.
Таблица 5.42 - Влияние удобрений на содержание кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг сухого вещества основной продукции.Опыт
Ю.И. Ермохина и А.И. Иванова
Вариант Урожайность, т/га Са Sr Ca/Sr
Лук репчатый
Без удобрений 19,3 8,99 71,4 126
NPK(nO) 22,3 10,19 82,2 124
№>К(ПРОД) 22,3 11,31 74,7 152
NPK(ny) 23,2 9,24 58,3 158
"оматы
Без удобрений 59,9 4,25 12,6 337
NPK(nO) 72,8 3,89 14,3 273
№>К(ПРОД) 80,1 4,13 17,4 238
№>К(ПУ) 79,6 3,78 13,7 276
Тыква
Без удобрений 65,3 3,63 29,0 125
NPK(nO) 77,8 6,68 45,4 147
ЫРКОПРОД) 90,8 6,91 43,0 161
№>К(ПУ) 94,6 6,21 43,5 143
Картофель
Без удобрений 23,4 1,31 9,62 136
NPK(nO) 28,9 1,58 13,3 119
NPK (ПРОД) 31,3 1,27 9,94 128
NPK(ny) 30,0 1,54 12,7 122
Третий метод расчета норм удобрений - на планируемую урожайность
(ПУ) по формуле (79):
^ ПУ-Н-С-Кп . д--------------------- кг/га.
Ку Итогом сложных физиолого-биохимических превращений, протекающих в растении в онтогенезе, является формирование урожая. Урожай сельскохозяйственных культур, как и его качество, во многом зависит от содержания (количественная сторона) и соотношения (качественная сторона) элементов питания в почве. В результате математической обработке данных анализа установлена более тесная зависимость между содержанием азота в почве до посадки и
урожаем лука (г = 0,85), между урожаем томатов и содержанием в почве фосфора (г = 0,91) и калия (г = 0,89).
Удобрения, внесенные на основе расчета доз разными методами, дали достоверные прибавки урожая (таблица 5.42), но максимальный урожай при наименьших затратах удобрений был получен при использовании комплексного метода почвенно-растительной оперативной диагностики питания растений (ПРОД).
Удобрения, внесенные за ротацию севооборота, в дозах, установленных ранее на основе полевых опытов (ПО), повысили содержание стронция в основной продукции по сравнением с контролем: в луке-репке на 15%, в плодах томатов на 13, в тыкве на 57 и в клубнях картофеля на 38 %. При этом величина отношения кальция к стронцию уменьшилась при внесении удобрений (кроме тыквы). Содержание стронция в клубнях картофеля возросло на 38,5 %, что привело к снижению отношения кальция к стронцию (119) на 33,2 %.
Аналогично располагаются культуры по содержанию кальция и стронция в основной продукции при внесении доз удобрений, рассчитанных на основе почвенно-растительной диагностики (ПРОД): количество стронция увеличивалось в луке на 5 % (по сравнению с неудобренным вариантом), в томатах - на 38, в тыкве - 48, в картофеле - 3 %. Отношение кальция к стронцию уменьшилось в томатах на 29,4 %, в клубнях картофеля на 28,1 %, а в луке и тыкве увеличилось на 20,6 и 28,8 % соответственно.
При использовании NPK в дозе, рассчитанной на планируемую урожайность, содержание стронция возросло в томатах на 8 %, в тыкве - на 50, в картофеле - 31 %, а в луке уменьшилось на 18 %. Отношение кальция к стронцию уменьшилось в томатах на 18,1 %, в картофеле на 31,4 %, а в луке и тыкве увеличилось на 25,4 и 14,4 %. То есть в картофеле и томатах наблюдается тенденция к ухудшению качества.
Высокий эффект оказали удобрения, рассчитанные на основе комплексного метода почвенно-растительной оперативной диагностики (ПРОД), вклю-
чающего, наряду с основным внесением удобрений на основе почвенной диагностики (ПД), подкормки на основе растительной диагностики (РД). Получена максимальная урожайность картофеля и тыквы и наименьшее содержание стронция в основной продукции данных культур - 9,94 и 43,0 мг/кг соответственно при отношении кальция к стронцию 128 и 161 (таблица 5.43).
Таблица 5.43 - Содержание стронция (мг/кг сухого вещества) в основной
продукции культур при расчете доз удобрений разными методами
Культура На основе полевого опыта На основе почвенно-растительной диагностики На планируемую урожайность
Са Ca/Sr Са Ca/Sr Са Ca/Sr
Лук 82,2 124 74,4 152 58,3 158
Томаты 14,3 273 17,4 238 13,7 276
Тыква 45,4 147 43,0 161 43,5 143
Картофель 13,3 119 9,94 128 12,7 122
Исследования показывают, что лук и томаты наименьшее количество стронция содержат при расчете доз удобрений на планируемую урожайность, а картофель и тыква с учетом «ПРОД». Отношение кальция к стронцию при этом наиболее высокое.
Рациональное и научно обоснованное использование удобрений значительно увеличивает продуктивность культур и плодородие почв. Но наряду с положительным эффектом применение удобрений имеет негативную сторону, в частности при систематическом применении фосфорных удобрений увеличивается содержание стронция в почве. Вместе с тем соотношение Ca/Sr лука и тыквы увеличивается, а картофеля и томатов незначительно уменьшается.
Таким образом, применение удобрений в оптимальных расчетных дозах под кормовые, овощные культуры и картофель способствует созданию высоких урожаев, отвечающим требованиям по качеству продукции.
5.5 Оптимальное содержание и соотношение элементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля
Растительная диагностика может служить для решения следующих производственных и научных задач /112, 116, 199-203, 329/:
диагноз состояния минерального питания культур и расчет доз удобрений для дополнительного внесения; прогноз качества будущего урожая;
диагностика обеспеченности элементами питания последующих культур и уточнение на этой основе агрохимической характеристики почв («мнение растения» является наиболее объективным критерием оценки фактически сложившегося уровня содержания и соотношения элементов в конкретной агрохимической ситуации); выявление пестроты почвенного плодородия;
оценка воздействия на почву и растение любого агроприема (обработка почвы, применение химических средств защиты растений, мелиорантов, удобрений, предшественник и др.) и выявление причин реакции растений на изучаемый прием;
моделирование минерального питания растений;
оценка сортовых особенностей питания и разработка сортовой диагностики минерального питания культур;
выявление растений, наиболее ценных по отзывчивости на условия питания (в селекционной работе);
оценка уровня загрязнения окружающей среды и растениеводческой продукции ксенобиотиками.
Таким образом, обследование состояния растений с помощью химического анализа и визуально позволяет определить потенциальные возможности продуктивности культур, а также агрохимическое и экологическое состояние агроценоза.
Определение потребности растений в элементах питания невозможно без установления оптимальных уровней содержания их в листьях или во всей надземной массе /116, 200, 329 и др./. Оптимальные уровни различных питательных веществ в растениях неодинаковы. Они зависят от вида сельскохозяйственной культуры, ее фазы развития, уровня урожайности, анализируемого органа, методов подготовки образца к анализу (соковая, тканевая, листовая диагностики).
Соковая (анализ клеточного сока черешков листьев) и тканевая диагностика (анализ тканей сырых листьев) являются более оперативными видами растительной диагностики, так как определяются неорганические формы элементов. При надлежащем уровне организации отбора растительных образцов и работы аналитической лаборатории достаточно одних суток, для того чтобы отобрать образцы в поле, проанализировать их и выдать рекомендации по применению удобрений в течение вегетации культур. В качества экстрагирующего раствора используется 2%-ая уксусная кислота, с помощью которой мы также определяли содержание элементов питания в почве одними и теми же методами /112,200/.
Листовая диагностика - валовый анализ листьев или целых растений -более длительная по времени, так как необходимы дополнительные мероприятия по подготовке образцов, да и сам химический анализ более продолжителен и дорог. Анализируются листья растений определенного яруса (органы-индикаторы) или целые растения, отобранные в определенные фазы развития растений.
Известно, что с увеличением дозы внесения питательных веществ под растения в тканях большинства культур их содержание возрастает, а урожайность увеличивается до определенных пределов. Дальнейшее увеличение доз удобрений может привести к снижению урожая и его качества /264, 330/.
Взаимосвязь между величиной обеспеченности растений питательными веществами и величиной урожая может выражаться в виде параболы, сигмоиды
или прямой линии /320/. На рисунке 18 представлена нелинейная зависимость урожая от степени обеспечения растений питательными веществами при постоянстве других факторов роста.
На кривой урожая имеется отрезок, который иллюстрирует тесную связь между урожаем и дополнительным поглощением питательных веществ растением (зона низкой обеспеченности); затем наблюдается отрезок кривой дополнительного потребления элементов питания растений при постоянном неизменяющемся максимуме урожая (зона оптимальной обеспеченности), за которым следует отрезок кривой урожая, выражающий обратную связь между поглощенными растением элементами и урожаем. Наличие такой связи обычно наблюдается при избыточной концентрации питательных веществ (зона высокой обеспеченности) или резкого голодания растений, когда усиленный рост и увеличение урожая сопровождается снижением концентрации питательным веществ в растении (зона голодания или очень низкой обеспеченности) /264/.
JQ
а.
н л
с;
2?
U
о
X
>s о
Q.
Ц о *- г S 3 ЬЫТОК шность
>- е С ¦2 X
1Ё
с. О X —— _ 1-
С ас .У^ "V
\
/
/
/
Концентрация питательного вещества в листьях, %
Рисунок 18 - Зависимость урожая от обеспеченности питательными веще-
ствами
В результате проведения полевых и лабораторных исследований нами установлено, что при взаимодействии растений и почвы, последняя оказывает влияние на растения содержащимися в ней элементами питания (таблица 5.4). Листья отражают это влияние своим химическим составом (таблицы 5.6, 5.7).
На рисунках 19 и 20 и приложении 61 представлены зависимости между химическим составом почвы, растений и урожайностью культур. Концентрация минеральных элементов питания в листьях хорошо отражает содержание подвижных форм этих элементов в почве. Приведенные номограммы и ранее установленные зависимости между химическим составом почвы, листьев растений и величиной урожая наглядно свидетельствует о возможности практического использования данной закономерности для оптимизации минерального питания различных сельскохозяйственных культур. Для этого должны быть определены, во-первых, границы, в которых может изменяться содержание каждого питательного вещества в листьях, во-вторых, оптимальное содержание, которое указывало бы на полную обеспеченность растений соответствующим элементом.
Таким образом, можно сделать вывод, что с применением минеральных удобрений до определенного уровня под культуры создается гармоничное питание и повышается их продуктивность.
Характер связи между химическим составом листьев растений и величиной урожая описывается уравнением квадратической параболы (кукуруза, таблица 5.44); в области до оптимальных величин содержания элементов питания в органе-индикаторе, зависимость урожайности сорговых культур от этих параметров носит линейный характер (таблица 5.44, уравнения 207-218, 221-232). Для практических целей прогноза величины будущего урожая можно использовать разные уравнения. Теоретический прогноз урожая по данным уравнениям хорошо согласуется с практическими данными (таблица 5.45). При концентрации неорганических форм элементов питания в органе-индикаторе до оптимальных величин зависимость урожайности различных сортов редиса от этих параметров носит линейный характер (таблица 5.46).
i » i »
20 15 10 5
Nh (мг %) в листе-индикаторе
Урожайность т/га
9,18,3
VL
сорт Жара
10 20 30 40 50
N-N03 мг/кг почвы
Урожайность т/га
1 150 40 30 20 10
Nh (мг %) в листе-индикаторе
10 20 30
N-N03 мг/кг почвы
Рисунок 19 - Связь между азотом почвы, листьев растений (фаза 3-4-х настоящих листьев) и величиной урожая корнеплодов различных сортов редиса
(полевой опыт 1999 г.)
¦ ¦I» »
25 20 15 10 5
Рн (мг %) в листе-индикаторе
Урожайность т/га
10,710,38,5
гибрид Tarzan
» iiii
20 40 60 80 100
Р205 мг/кг почвы
Урожайность т/га
10,29,77,9
сорт Shcaro
¦ и щ i
20 40 60 80
Р205 мг/кг почвы
25 20 15 10 5
Рн (мг а/а) в листе-индикаторе
Рисунок 20 - Связь между фосфором почвы, листьев растений (фаза 3-4-х настоящих листьев) и величиной урожая корнеплодов различных сортов редиса
(полевой опыт, 2000 г.)
Таблица 5.44 - Связь урожайности кормовых культур (У, т/га) с содержа-
нием N и Р в органе-индикаторе
Фаза уборки Элемент Уравнение регрессии г
Валовое содержание в органе-индикаторе, % Кукуруза (раннеспелый гибрид)
Молочно-восковая спелость: зерно N У= 6,56 х- 1,03 х2- 3,76, (205) 0,88
зеленная масса У= 109 х - 17,23 х" -120, (206) 0,91
Суданская трава
Начало выметывания метелок: основной укос N У = 24,4 х - 66,8, (207) 0,81
Р У =136 х-38,7, (208) 0,88
отава N У = 5,5 + 3,44 х, (209) 0,84
Р У = 30 х-2,0, (210) 0,81
Молочно-восковая спелость N У =17,6 х-42,1, (211) 0,79
Р У = 64,3 х-4,42, (212) 0,80
Сорго-суданковый гибрид
Начало выметывания метелок: основной укос N У = 26,9 х-36,1, (213) 0,84
Р У = 2,1+94,2 х, (214) 0,89
отава N У = 33 х-99,6, (215) 0,81
Р У = 60 х-5,03, (216) 0,84
Молочно-восковая спелость N У = 5,81 +12,83 х, (217) 0,75
Р У = 306х-ПО, (218) 0,64
Неорганические формы в органе-индикаторе, мг/100 г сырых листьев Кукуруза (раннеспелый гибрид)
Молочно-восковая спелость: зерно N У = 0,21х - 0,002х2+ 0,85, (219) 0,92
зеленная масса У = 0,002х2+0,224х+14,5, (220) 0,91
Суданская трава
Начало выметывания метелок: основной укос N У=11,0 + 3,45х, (221) 0,91
Р У = 2,92 х - 46, (222) 0,86
отава N У = 7,7 + 5,55х, (223) 0,90
Р У = 27,1х-3,6, (224) 0,71
Молочно-восковая спелость N У=12,0 + 4,8х, (225) 0,90
Р У = 3,44 х-49,4, (226) 0,75
Сорго-суданковый гибрид
Начало выметывания метелок: основной укос N У = 36,5+2,47х, (227) 0,71
Р У= 1,3 х-4,9, (228) 0,90
отава N У=13,8 + 4,8х, (229) 0,90
Р У = 0,73 х-12,3, (230) 0,85
Молочно-восковая спелость N У = 22,2 + 7,4х, (231) 0,84
Р У = 4,0х-74. (232) 0,95
Примечание. Содержание элементов в органе-индикаторе кукурузы в фазу 8-10 листьев, сорговых культур - в фазу 5-7 листьев
Таблица 5.45 - Прогнозирование урожайности зерна и зеленой массы кукурузы по содержанию валового азота в органе-индикаторе в фазу 8-10 листьев,
уравнения 213 и 214
Содержание азота в органе-индикаторе, % Фактическая урожайность, т/га Прогнозируемая урожайность, т/га Ошибка, %
зерна зеленой массы зерна зеленой массы Зерна зеленой массы
3,98 5,8 37,1 5,9 40,9 1,7 10,24,31 4,9 34,2 5,3 29,8 8,2 12,93,77 6,5 48,6 6,3 46,1 3,1 5,1
Таблица 5.46 - Зависимость урожайности различных сортов редиса (У, т/га) от содержания минеральных форм элементов в органе-индикаторе (внешний лист)
в фазу 3-4 листьев (х, мг/100г)
Сорт Элемент, (х) Диапазон Уравнение регрессии г
Краса N 12,1-23,2 У = 3,6 +0,18 х, (233) 0,63
Р 12,2-18,1 У = 4,8 +0,17 х, (234) 0,55
К 273-540 У = 3,0 +0,01 х, (235) 0,89
Жара N 13,4-22,2 У = 2,3 + 0,76 х, (236) 0,64
Р 6,5-8,5 У = 5,6 +0,67 х, (237) 0,84
К 109-284 У = 9,3 +0,01 х, (238) 0,54
Radius N 16,1-39,2 У = 6,3 + 0,33 х, (239) 0,63
Р 6,5-9,2 У = 6,4+1,62 х, (240) 0,76
К 130-174 У = 9,1+0,06 х, (241) 0,90
Rebel N 14,4-22,2 У = 6,2 + 0,39 х, (242) 0,80 0,60
Р 6,5-11,5 У = 8,9 + 0,45 х, (243)
К 152-174 У = 9,0 + 0,03 х, (244) 0,64
Tarzan N 15,7-26,1 У = 9,3 +0,09 х, (245) 0,60
Р 6,5-9,3 У = 6,9 +0,45 х, (246) 0,65
К 152-196 У =1,2 +0,07 х, (247) 0,90
Scharo N 22,8-46,4 У = 4,9 +0,14 х, (248) 0,77
Р 6,5-10,1 У = 7,8 + 0,36 х, (249) 0,83
К 106-174 У =8,0 +0,01 х, (250) 0,69
Дунганский N 20,1-36,2 У = 4,6 +0,65 х, (251) 0,77
Р 13,4-18,7 У = 5,3 +1,43 х, (252) 0,60
К 202-232 У = -51,1+0,04х. (253) 0,79
Установленные нами зависимости между химическим составом почвы, листьев и величиной урожая наглядно свидетельствует о возможности практического использования данных закономерностей для оптимизации минерального питания.
Применение сбалансированных доз удобрений, обеспечивающих высокие урожаи и качество продукции, является вопросом первостепенной важности. Оно должно улучшать или, по крайней мере, не ухудшать биологическое (гигиеническое) качество культур при увеличении урожая до возможных пределов. Понятие биологического качества включает в себя не только калорийность, белковость, витаминизированность, но также качественный и количественный состав макро- и микроэлементов, удовлетворяющий потребность в них человека и сельскохозяйственных животных и не вредящий их здоровью.
Для характеристики питания растений более важно установить соотношение между элементами, чем их процентное содержание в листьях. По мнению И. Коларжика /164/, чем менее выровнено соотношение питательных веществ, тем больше всех трех основных элементов питания приходится на образование единицы органического вещества. В тех редких случаях, когда азот и калий находятся в избытке, весь фосфор может быть израсходован на образование стеблей и листьев. Кроме того, при исследовании потребности некоторых растений в отдельных микроэлементах, выяснилось, что разница между их достаточным и токсичным количеством мала /144/. Таким образом, определение оптимальных уровней и соотношений между элементами имеет важное практическое значение.
