Содержание к диссертации
Введение
1 Тяжелые металлы (микроэлементы) в системе почва-растение-животный организм: анализ состояния изученности проблемы (обзор литературы) 9
1.1 Антропогенное загрязнение почвы 9
1.2 Содержание тяжелых металлов (микроэлементов) в почве 14
1.3 Характеристика поведения кадмия, никеля, цинка в почвах 25
1.4 Биологическая роль и фитотоксичность тяжелых металлов 31
2 Объекты, условия и методика проведения исследований 43
2.1 Характеристика почвенных условий 43
2.2 Метеорологические условия в годы проведения исследований 45
2.3 Характеристика объектов исследования 47
2.4 Методика проведения исследований 49
3 Диагностика потребности корнеплодов в микроэлементах на основе полевого опыта 52
4 Химический анализ почвы и применение микроэлементов 61
4.1 Влияние удобрений на содержание кадмия, никеля, цинка в почве 61
4.2 Связь величины урожая корнеплодов столовой свеклы и моркови с содержанием микроэлементов в почве и расчет доз удобрений 68
4.3 Диагностика потребности столовой свеклы и моркови в цинке, никеле, кадмии на основе химического анализа почвы 72
4.4 Нормативные агрохимические показатели для определения потребности корнеплодов в микроэлементах (Cd, Ni, Zn) 75
5 Математические модели содержания микроэлементов в системе почва-удобрение-растение 83
5.1 Содержание кадмия, никеля, цинка в растениях столовой свеклы и моркови в связи с применением микроэлементов 83
5.2 Содержание и соотношения микроэлементов в растениях столовой свеклы и моркови 93
3 Оптимальные уровни элементов питания в корнеплодах столовой свеклы и моркови 104
Влияние микроэлементов на качество корнеплодов столовой свеклы и моркови 108
1 Содержание сухого вещества 108
2 Содержание Сахаров 111
3 Микроэлементы и содержание нитратов 115
4 Влияние кадмия, никеля и цинка на химический состав корнеплодов столо- вой свеклы и моркови 119
Биоэнергетическая оценка использования микроэлементов в растениеводстве 123
Общие выводы 126
Рекомендации производству 128
Библиографический список 129
Приложения 153
- Содержание тяжелых металлов (микроэлементов) в почве
- Метеорологические условия в годы проведения исследований
- Диагностика потребности корнеплодов в микроэлементах на основе полевого опыта
- Связь величины урожая корнеплодов столовой свеклы и моркови с содержанием микроэлементов в почве и расчет доз удобрений
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной литературе широко используется термин «тяжелые металлы», который сразу же приобрел негативное звучание (Ю.В. Алексеев).
С этим термином связано представление о чем-то токсичном, опасном для живых организмов: будь то животные или растения. Этот термин заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, то есть относить к тяжелым металлам (ТМ) все металлы с относительной атомной массой более 40 (Ю.В. Алексеев).
Представление об обязательной токсичности ТМ является заблуждением, так как, в эту группу попадают те элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано.
На наш взгляд более правильное в агрохимии получили название микроэлементы, что связано с концентрациями, в которых они необходимы растениям и содержатся в них в тысячных - стотысячных долях процента, а элементы, находящиеся в еще меньших количествах, относят к ультра микроэлементам (Б.А. Ягодин).
Значит, дело обстоит не с плотностью элемента, их величинами, а с теми концентрациями и соотношениями, в которых они необходимы.
Поэтому важным этапом в исследовании является разработка на региональном уровне простых и достаточно надежных прогностических моделей поведения микроэлементов (ТМ) в объектах «почва-растение» с целью прогнозов научно обоснованного нормирования применения как удобрения и предотвращения их негативного действия в системе.
Цель исследований - дать агроэкологическую оценку действия различных доз микроэлементов (кадмия, никеля, цинка) в системе почва- растение в условиях Омского Прииртышья.
Задачи исследований :
- установить влияние кадмия, никеля, цинка на химический элементный состав почвы, растений, величину и качество урожая столовой свеклы и моркови;
- изучить антагонизм и синергизм ионов микроэлементов (тяжелых металлов) при поступлении их в растения в зависимости от физиологической потребности растительного организма на разных стадиях онтогенеза, наличия и соотношения химических элементов в почве и растениях;
- установить оптимальные и расчетные дозы кадмия, никеля и цинка под столовую свеклу и морковь с учетом агрохимических и физиологических основ их применения;
- рассчитать биоэнергетическую эффективность применения микроэлементов под овощные культуры.
Научная новизна работы. На лугово-черноземной почве Омского Прииртышья установлены оптимальные дозы цинка, никеля, кадмия под столовую свеклу и морковь при соответствующем содержании доступных форм элементов в почве и на основе этого разработаны формулы для расчета доз данных микроэлементов под изучаемые овощные культуры. Выявлены математические зависимости величины и качества урожая корнеплодов столовой свеклы и моркови от содержания подвижных форм микроэлементов в пахотном слое почвы. Определены оптимальные уровни содержания и соотношения микроэлементов в почве, листьях и корнеплодах изучаемых культур. Установлена высокая биоэнергетическая эффективность применения микроэлементов под овощные культуры.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту: • влияние кадмия, никеля, цинка на химический состав почвы, растений,
величину и качество урожая столовой свеклы и моркови; • агрохимические и физиологические количественные характеристики как основа оптимизации минерального питания корнеплодов. Практическая значимость и реализации результатов исследования.
Основные выводы и положения диссертации могут быть использованы в агрохимцентрах и овощеводческих хозяйствах при оценке обеспеченности почв и растений подвижными формами кадмия, никеля, цинка. Полученные материалы исследований явились основой для создания модели прогноза действия микроэлементов в системе почва-растение в конкретных агроэкологических условиях, что в дальнейшем будет способствовать созданию оптимального питания растений и предотвращению негативного влияния элементов в условиях антропогенного загрязнения почв, и получения в химическом отношении качественной растениеводческой продукции.
Результаты исследований прошли производственную проверку в кресть-яиско-фермерском хозяйстве «Колос» Омского района Омской области, внедрены в ФГУ Центр агрохимической службы «Омский» (приложения 13-14).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на: II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество - 2004», ежегодной научно-практической конференции ОмГАУ (2004 г.), III всероссийской научно молодежной конференции «Под знаком X» (2005г.) и на ежегодных отчетах аспирантов кафедры агрохимии ФГОУ ВПО ОмГАУ (2002-2005 гг.) и опубликованы в шести работах общим объемом 1,2 п.л.
При проведении автором исследований регулярную помощь оказывала доцент кафедры агрохимии Н. К. Трубина, за что автор выражает ей глубокую признательность. Автор также выражает благодарность преподавателям кафедры агрохимии за консультации при проведении исследования. За помощь в проведении лабораторных исследований автор благодарит старшего лаборанта кафедры агрохимии Л. 10. Котельникову, сотрудников лаборатории питания растений ОмГАУ, студентов 3-5 курсов факультета агрохимии, почвоведения и экологии. Большую помощь в определении содержания микроэлементов в почве и растениях а также советами и пожеланиями в процессе исследования оказали сотрудники агрохимического центра «Омский», за что автор благодарит профессора, доктора сельскохозяйственных наук В. М. Красницкого, заведующую отделом Г. Д. Аверину, сотрудницу Т. Н. Лебедеву.
Автор выражает свою глубокую признательность за доброжелательное отношение и регулярную помощь своему руководителю, доктору с-х. наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, академику международной академии АО, лауреату премии академика Д. Н. Прянишникова 10. И. Ермохину.
Содержание тяжелых металлов (микроэлементов) в почве
Почва как один из главных объектов загрязнения - сложная полидисперсная система. Она обладает обменно-катионной поглотительной способностью, буферностью концентрации солей и величины рН почвенного раствора. Тяжёлые металлы при попадании в почву вступают в физические сорбционные процессы, химические реакции с элементами почвенного раствора и в физико-химические обменные реакции почвенного поглощающего комплекса /167/.
Устойчивость любой экосистемы определяется устойчивостью почв /57, 136/. Именно почва способна наиболее полно отражать весь масштаб и специфику техногенного загрязнения /87/. Токсические элементы, выделяемые различными источниками как природными, так и техногенными, загрязняют почву, оседая на ней в различных количествах /49, 65, 139/. Самыми опасными из всех загрязнителей считаются тяжелые металлы (ТМ).
Загрязнение тяжелыми металлами наземных экосистем не является новым экологическим фактором. Они входят в состав всех природных объектов. Многие из них относятся к числу биогенных элементов (Си, Zn, Fe и т.д.) и в малых количествах в виде микроэлементов необходимы для поддержания всех форм жизни. Другие ТМ оказывают токсическое воздействие на экосистемы, при сутствуя в почве даже в незначительных концентрациях. К ним относятся: кадмий, свинец, ртуть, мышьяк, считающиеся наиболее опасными экотоксикан-тами.
Согласно классификации Дж. Вуда к тяжелым металлам условно относят элементы с атомной массой более 40 (50) а.е.м /65/. К таковым относятся: Be, Со, Ni, Си, Zn, Sn, As, Se, Те, Rb, Ag, Cd, Hg, Pb, Sb, Au.
Нулевым отсчетом количества тяжелых металлов в почвах является их естественное кларковое содержание. Превышение этих значений свидетельствует о возросшем количестве ТМ в почве, которое может быть обусловлено как естественными процессами, так и техногенным загрязнением. Необходимо определять содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве, ибо увеличение их концентрации под действием антропогенных факторов нередко приводит к заметному повышению их количества в растениях /99, 100/.
Естественный источник тяжелых металлов в почвах - горные породы, на продуктах выветривания которых сформировался почвенный покров. Тяжелые металлы относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, содержащимся в горных породах в небольшом количестве. Почвы, в основном, наследуют уровень тяжелых металлов, который свойственен почвообразую-щим породам /83, 84, 85, 86,190/.
Исходными почвообразующими породами для Западно - Сибирского региона являются скальные (коренные, плотные) породы - Алтайский край, частично Кемеровская и Новосибирская области; рыхлые и осадочные породы с остатками разрушений и выветривания составляют материнскую основу Омской, Тюменской, Новосибирской областей /51, 52, 77,197/. Литогеохимическое своеобразие почвообразующих пород, обусловливает исходные различия в уровнях концентрации металлов, распределение металлов по почвенному профилю, их биогенную аккумуляцию в гумусовых горизонтах или, наоборот, рассеяние за счет элювиально-иллювиальных процессов в почвах, затрагивающих мелкодисперсную фракцию, наиболее обогащенную тяжелыми металлами/116,117/.
Содержание микроэлементов в материнских породах определяет валовые запасы их в почвах /18, 20, 58, 65, 77, 83, 84/. Исследования подтверждают, что для растений значительно важнее наличие подвижных форм микроэлементов в почвах, в отличие от их валового содержания /58, 99, 100, 101, 84, 88, 197/. Их уровень определяется типом почвы, характером материнских пород, произрастающей растительностью и микробиологической активностью почвы /88/. Состояние почвы в целом и ее отдельные физико-химические свойства определяются в значительной мере геохимическим фоном и содержанием ТМ. Отрицательное влияние ТМ на почву зависит от их подвижности, т.е. растворимости. Если они труднодоступны для растений, т.е. прочно связаны с составными частями почвы, то их отрицательное влияние незначительно /137/. Водорастворимые соединения ТМ являются наиболее токсичными для растений, т.к. именно эта группа соединений поглощается растениями, прежде всего /197/. Благодаря буферное почв, водорастворимые соединения металлов могут быть переведены в труднорастворимые. Однако буферная способность почв не беспредельна.
Разными авторами отмечается определенная закономерность влияния отдельных почвенных условий на содержание различных микроэлементов. Так кислотность почвы увеличивает подвижность большинства металлов (Мп, Си, В, Zn) /4/. Высокая кислотность (рН = 4,8), низкое содержание органического вещества способствует высокому содержанию подвижных соединений металлов в кислой дерново-подзолистой загрязненной почве: для РЬ - 42-67 %, для Cd - 90-96%, для Zn - 57-71%, для Си - 40-62% от общего содержания. В тех же условиях, для чернозема, количество подвижных соединений меньше /197/. Содержание тяжелых металлов зависит прежде всего от гранулометрического и минералогического состава почвы. Мелкие и слабогумусированые почвенные разности обычно обеднены металлами по сравнению с разностями, богатыми илом и органическим веществом.
Распределение элементов-токсикантов в профиле почв зависит от направления и интенсивности почвообразовательного процесса. Например, в вы-сокогумусированных почвах черноземного типа, где подвижность органического вещества невысокая и господствует водный режим, обычно наблюдается биогенная аккумуляция тяжелых металлов. В дерново-подзолистых почвах, формирующихся под влиянием двух процессов - дернового и подзолистого -наблюдаются два максимума содержания тяжелых металлов - в гумусовом и иллювиальном горизонтах /190/.
Тяжелые металлы в почве присутствуют в двух фазах - твердой и жидкой (в почвенном растворе). Сорбционные свойства минеральных компонентов ППК почвы обусловлены преимущественно глинистой фракцией, представленной в большинстве случаев алюмосиликатами с примесью кварца, полевых шпатов, оксидов и гидроокислов различных элементов.
Способность глинистых минералов связывать ноны металлов коррелирует с их обменной ёмкостью поглощения. Чем больше обменная ёмкость, тем большее количество катионов может сорбировать минерал, следовательно, и почва /167/. Распределение ТМ в твердой фазе почв не одинаково: так, в обломочных частицах твердой фазы почв (полевых шпатах, кварцах, слюдах), ТМ закрепляются в кристаллических структурах обломочных минералов. Поэтому легкий гранулометрический состав почв, как правило, сопровождается низким уровнем концентрации металлов. Концентрация металлов в глинистых минералах выше, чем в обломочных минералах. Поэтому, почвы тяжелого гранулометрического состава имеют более высокие уровни концентрации металлов, т.к. ионы металлов, фиксированные высокодисперсными частицами, закреплены менее прочно, чем в обломочных минералах /55/.
Метеорологические условия в годы проведения исследований
Опытное поле ОмГАУ находится в южной лесостепной зоне Омской области. Климат территории резко континентальный, что обусловлено свободно проникающими не только холодными, но и теплыми сухими с территории Казахстана, воздушными массами. Кроме того, на формирование климата оказывает сильное воздействие подстилающая поверхность, которая летом быстро и сильно нагревается, а зимой также быстро охлаждается. Для такого климата характерна холодная и продолжительная зима и жаркое короткое лето.
Сумма активных температур составляет 1850-2150С. Самый жаркий месяц - июль. Среднемесячная температура июля +18,9С, среднегодовая сумма осадков составляет 340-360 мм. Основная часть их приходится на март-сентябрь и 25% на зиму. Осадки выпадают главным образом в летнее время, что благоприятствует возделыванию культур. Максимум осадков приходится на июль и составляет в среднем 67 мм.
Самый холодный месяц - январь, средняя температура его составляет минус 19С, с абсолютным минимумом 49С. Снежный покров устанавливается в первой или во второй декаде ноября, к декабрю высота покрова достигает в среднем 10 см, глубина промерзания почвы 170-180 см. Преобладающие ветры зимой - западные, летом - северо-западные.
На территории Омской области весна характеризуется малым количеством осадков, неустойчивой погодой с возможным возвратом холодов.
В переходные сезоны года весной и осенью также преобладают юго-западные ветры, В летний период преобладает пониженное давление, что способствует проникновению западных циклонов, поэтому преобладающими становятся западные и северо-западные ветры. Вегетационный период - 130-160 дней. В среднем влага и теплообеспе-ченность в период вегетации удовлетворительная /2,184/. Данные об осадках и температурах за период вегетации 2000-2004 годов представлены в приложении 1.
В вегетационный период 2000 года количество выпавших осадков было близко к средней многолетней норме. Выпадение осадков было неравномерным: значительные дожди проходили в конце мая - начале июня, а также в первой декаде августа. Температура воздуха была выше среднемноголетней на 2,2С. В целом год был удовлетворительным для роста и развития столовой свеклы, но неблагоприятен для моркови.
Вегетационный период 2001 года характеризуется умеренно теплой погодой с небольшим недобором осадков, в целом условия периода сложились неблагоприятные для роста и развития растений. Возможно это было причиной снижения урожайности корнеплодов столовой свеклы в 1,5-2 раза по сравнению с 2000 годом. За вегетационный период 2002 года осадков выпало на 35% больше среднемноголетней нормы, причем температура в среднем за период была ниже среднемноголетней на 2,2С.
Летний период 2003 года в целом характеризуется жаркой погодой с большим количеством осадков. Средняя температура воздуха превысила сред-немноголетние показатели на 1,8С, а количество осадков на 35%, причем значительная их часть выпала в июле, первой и второй декадах августа. Такие условия оказались благоприятными для роста и развития растений, урожай кор неплодов моркови и свеклы превысил среднюю урожайность за четыре года на
Вегетационный период 2004 года характеризуется теплой погодой, с неравномерным выпадением осадков, основная их часть выпала в третьей декаде мая и июня и первой декаде июля и сентября. При этом в третьей декаде июля дождей вообще не было. 1. Прорастание семян - всходы (12-16 дней); 2. Всходы - начало появления настоящих листьев, фаза вилочки (6-Ю дн); 3. Линька корня - начало образования корнеплодов (до начала пучковой зрелости, 15-25 дней); 4. Рост и формирование листового аппарата и корнеплодов до технической зрелости (30-35 дней).
Свёкла - очень ценное овощное растение. Ценность её определяется содержанием в корнеплодах легко усвояемых организмом белков, углеводов, органических кислот (лимонная, молочная, винная, яблочная), минеральных солей и витаминов С, Вь В2, РР и Р. Корнеплоды содержат до 22% сухого вещества, до 13% общего сахара и 17% витамина С. Свекла является прекрасным средством от цинги, авитаминоза, снижает кровяное давление, обладает мочегонным, противовоспалительным и обезболивающим действием, стимулирует деятельность желудка, кишечника и печени /27, 113/.
Требование к почвам: лучше всего удается на богатых, рыхлых, суглинистых, супесчаных почвах с залеганием грунтовых вод не более 60 см. Не выносит кислых почв, оптимальный рН 6-7 /27, 160/. Свёкла имеет повышенные требования к минеральному питанию. Оптимальными являются содержания: N-No3 - 3,2; К20 - 8,4; Р205 - 6,9 мг на 100 г почвы и 3-4% гумуса /66/. Столовая свекла на 100 ц урожая корнеплодов и соответствующего количества ботвы потребляет примерно 30 кг азота, 12 кг фосфора и 45 кг калия /54/. Необходимо также вносить в почву такие элементы как бор (на известковых почвах) и марганец (на карбонатных почвах) для предупреждения различных заболеваний, например «гниль сердечка» (недостаток бора) /148/.
Свекла по содержанию фосфора и калия занимает одно из первых мест, по наличию кальция, магния, железа - среднее положение. В ней есть также В, Si, Ва, St, Pb, I, Са, Ni, Ag. Особенная ценность столовой свеклы, в том, что она содержит больший, чем другие овощи (кроме шпината) избыток оснований и солей по сравнению с кислотами. Сорт «Бордо 237» среднеранний, селекции Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур. Период от полных всходов до технической спелости 62-116 дней. Товарная урожайность 34,6-79,7 т/га. Допущен к использованию по Российской Федерации в 1943 г. Столовая морковь (Daucus carota) двулетнее растение из семейства зонтичных (сельдерейных).
Диагностика потребности корнеплодов в микроэлементах на основе полевого опыта
Влияние микроэлементов на процессы роста и развития корнеплодов в течение вегетации находит отражение в изменении урожайности.
Установлено, что при определенной концентрации кадмия, никеля, цинка в почве происходит угнетение растений, считается, что снижение урожайности на 5-10% при их применении указывает на токсичность. Однако в ряде случаев микроэлементы не оказывают отрицательного действия на растения, а даже стимулируют их рост. Так, например, отмечается, что такой элемент как кадмий, не входит в число необходимых для растения элементов питания, однако он эффективно поглощается как корневой системой, так и листьями. Это объясняется тем, что растворимые формы кадмия в почве всегда легко доступны растениям /88, 205,229/. Данных о влиянии кадмия на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур очень мало, особенно мало информации о влиянии на рост, развитие и урожайность корнеплодов столовой свеклы и моркови.
Неясно влияние никеля на урожайность корнеплодов, особенно в условиях Западной Сибири, Считают, что никель и его соединения представляют опасность для здоровья людей /231/. Так, из литературных источников известно, что никель является, с одной стороны, биологически важным микроэлементом, играющим важную роль в ферментативных процессах и оказывающим существенное влияние на метаболизм и продуктивность растений /228/. С другой стороны никель - опасный токсикант природных экосистем. Данных по эффективности цинковых удобрений на почвах Омской области крайне мало. В исследованиях Т.Б. Дегтяревой (1986, 1987) на лугово-черноземной почве, содержащей 0,05 мг/кг обменного цинка, внесение цинка в дозах 2 и 4 кг/га способствовало увеличению урожая семян капусты белокочанной на 0,6 - 1,2 ц/га (20-33 % по отношению к контролю) /148/.
В связи с этим в 2000-2003 годах нами были проведены исследования по изучению влияния различных доз этих элементов на урожайность столовой свеклы и моркови, химический состав и соотношение элементов в растениях.
Дозы микроэлементов - кадмия, никеля и цинка под столовую свеклу и морковь рассчитывали на основе ПДК и коэффициента биологического поглощения (КБП) и разности между фактическим содержанием элементов в слое почвы 0-30 см. (Эф). Такой подход по изучению влияния Cd, Ni, Zn на урожайность корнеплодов позволил выявить наилучшие дозы, проверить установленные ПДК для конкретных лугово-черноземных почв. Исследования показали, что действие микроэлементов на урожайность корнеплодов зависело от метеорологических условий года, вносимого элемента, его дозы, и концентрации конкретного элемента в почве и культуры (приложение 2, 3). Влияние микроэлементов на урожайность корнеплодов столовой свеклы и моркови представлено в таблицах 3.1-3.4.
Данные таблицы 3.1 показывают, что наиболее положительное влияние на формирование корнеплодов свеклы оказал никель в дозе 23 кг/га, внесенный по фону N45Pw: в среднем за 2000-2003 годы прибавка составила 741 г/сосуд, что на 61,6% выше, чем на фоне. В целом за годы исследований никель оказывал положительное действие на урожайность корнеплодов свеклы. Наибольшая прибавка была получена в 2003 году на варианте Ш2з и составила 1312 г/сосуд, т.е. на 82,9% выше урожайности полученной на фоновом варианте. Снижение урожая свеклы наблюдалось на варианте Ni82 в 2002г. Связь вносимых доз никеля (от 5,4 до 23 кг/га) с урожайностью наблюдалась прямопропорциональная, с увеличением же дозы элемента свыше 82 кг/га урожайность корнеплодов снижалась, что хорошо описывается уравнением регрессии 1 и представлена на рисунке 2а.
Связь между дозами никеля (х, кг/га) и урожайностью (Y) корнеплодов моркови по годам исследований можно наблюдать по данным таблицы 3.1 и рисунка 26. Наибольший стимулирующий эффект на урожайность корнеплодов оказывало внесение никеля в дозе 30 кг/га, средняя прибавка здесь составила 434 г/сосуд или 17,6% по сравнению с фоном. Данная зависимость выражена уравнением 2.
Наибольший угнетающий эффект в среднем за 2000-2002 гг исследований на урожай корнеплодов моркови оказало внесение никеля в дозе 90 кг/га, (таблица 3.1, рисунок 26). Исключением стал 2003 г, когда была получена прибавка 211 г/сосуд.
Применение цинка совместно с N45P90 оказало также положительное влияние на урожайность корнеплодов свеклы (таблица 3.2). Средняя прибавка по вариантам за годы исследований составила 290 г/сосуд или 24,1%, причем наивысшую прибавку давало внесение цинка в дозе 41,4 кг/га - 40,4%. Таблица Дальнейшее увеличение дозы цинка свыше 41,4 кг/га приводило к снижению урожайности, а в 2002г. она была даже ниже фонового варианта от применения цинка в дозах 47,8; 82,8; 166 кг/га (таблица 3.2, рисунок За).
На урожайность корнеплодов моркови наиболее положительное действие оказал цинк в дозе 30 кг/га, увеличивая урожайность в среднем за годы исследований с 2463 до 2796 г/сосуд или на 333 г/сосуд (на 13,5%) по сравнению с фоновым вариантом (таблица 3.2, рисунок 36).
Связь величины урожая корнеплодов столовой свеклы и моркови с содержанием микроэлементов в почве и расчет доз удобрений
Одной из основных задач наших исследований является прогнозирование отзывчивости культур на внесение микроудобрений в конкретных почвенных условиях. Для этого мы с помощью математических методов установили взаимосвязь между содержанием доступных элементов питания в почве и урожайностью столовой свеклы и моркови. Урожайность корнеплодов овощей на той или иной почве возрастает не беспредельно, а только до определенного уровня содержания микроэлементов. При дальнейшем повышении концентрации элементов в почвенном растворе происходит прекращение роста урожая или даже снижение. В ходе исследований была обнаружена зависимость урожайности корнеплодов свеклы и моркови от содержания подвижных форм в почве кадмия, никеля и цинка. Так увеличение содержания подвижного кадмия в почве до 1,12 мг/кг положительно сказывается на урожайности (Y, г/сосуд) корнеплодов столовой свеклы (уравнение 22, рисунок 5А). Однако исследования показали, что повышение уровня кадмия в почве выше 1,12 мг/кг отрицательно сказывается на продуктивности растений. Зависимость между содержанием подвижного кадмия в почве (х, мг/кг) и урожайностью корнеплодов свеклы (Y, г/сосуд) выражена уравнениями регрессии 22, 23.
Из уравнения 22 видно, что каждая единица увеличения кадмия в почве (мг/кг) в пределах оптимума в среднем увеличивает урожайность корнеплодов на 331,4 г/сосуд. Применение никеля (вследствие чего повышалось содержание его подвижных форм) также увеличивало урожайность корнеплодов свеклы до определенного предела (рисунок 5Б), т.е при уровне никеля больше 1,61 мг/кг урожайность корнеплодов снижается. Зависимость между содержанием подвижного никеля (х, мг/кг) и урожайностью корнеплодов свеклы (Y, г/сосуд) выражена уравнениями регрессии 4, 25. Из уравнения 24 следует сделать вывод, что при содержании никеля в почве в пределах оптимального уровня увеличение содержания его на один миллиграмм в среднем увеличивает урожайность корнеплодов на 667,6 г/сосуд. Связь содержания подвижного цинка и урожайности корнеплодов столовой свеклы наблюдалась прямопропорциональной до уровня элемента 4,7 мг/кг, с увеличением доли подвижного цинка в почве урожайность корнеплодов снижается. Из уравнения 26 следует, что каждый миллиграмм поступившего цинка в почву (в пределах оптимального уровня 2п) повышает урожайность корнеплодов свеклы на 58,7 г/сосуд. Рассматривая влияния содержания подвижного кадмия в почве на урожайность моркови можно заметить, что увеличение Cd до 0,98 мг/кг положительно влияет на урожайность корнеплодов моркови (рисунок 6А, уравнение 28). Но повышение уровня элемента выше 0,98 мг/кг отрицательно сказывается на продуктивности растений. Зависимость между содержанием подвижного кадмия в почве (х, мг/кг) и урожайностью корнеплодов моркови (Y, г/сосуд) выражена уравнением регрессии 29. Из уравнения 28 видно, что каждая единица увеличения кадмия в почве в пределах оптимума увеличивает урожайность корнеплодов на 377,8 г/сосуд (0,17 м )
Внесение никеля также увеличивало урожайность корнеплодов моркови до определенного предела (рисунок 6Б), т.е. при уровне никеля больше 1,6 мг/кг урожайность корнеплодов снижается. Зависимость между содержанием подвижного никеля (х, мг/кг) и урожайностью корнеплодов свеклы (Y, г/сосуд) выражена уравнениями регрессии 30 и 31. Из уравнения 30 следует, что увеличение содержания никеля в почве на один миллиграмм, при содержании его в пределах оптимального уровня, увеличивает урожайность корнеплодов в среднем на 476,9 г/ сосуд. Связь содержания подвижного цинка и урожайности корнеплодов моркови наблюдалась прямопропорциональной до уровня элемента 12,3 мг/кг, с увеличением доли элемента в почве урожайность корнеплодов снижается. Из уравнения 32 следует, что каждый миллиграмм поступившего цинка в почву (в пределах оптимального уровня 2п) повышает урожайность корнеплодов моркови на 35,6 г/сосуд. На основе многолетних исследований нами установлены оптимальные дозы кадмия, никеля и цинка под столовую свеклу (5,8; 23; 41,4 кг/га соответственно) и морковь (2,9; 30; 30 кг/га соответственно). Пользуясь уравнениями регрессии (16, 18, 20) зависимости между дозами применения элементов и содержанием его подвижных форм в почве (раздел 4,1), можем рассчитать оптимальные уровни содержания кадмия, никеля и цинка в почве. Установленные оптимальные уровни содержания элементов в почве (Эо, мг/кг) и коэффициенты "в" (глава 4.1) - интенсивности действия единицы внесенного удобрения на химический состав почвы (мг/кг) можно использовать при расчете доз удобрений по формуле (34) Ю.И. Ермохина /66/.
