Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 7
1.1. Особенности темных слитых почв (вертисоли) о 7
1.2. Фосфатный режим темных слитых почв . 12
1.3. Фосфатный режим вертисолей Судана 18
1.4. Фосфор в вертисолях и методы его определения 21
1.5. Значение фосфора в питании сахарного тростника 27
1.6. Роль цинка в питании сахарного тростника 31
Глава 2 Экспериментальная часть 36
2.1. Почвенно-климатические условия Эль-Гинейд 36
2.2. Объекты и методика исследований 40
2.3. Почвенные условия возделывания сахарного тростника 47
2.4. Влияние фосфорных удобрений на содержание подвижного фосфора в темной слитой почве 54
2.5. Влияние некоторых почвенных факторов на подвижность фосфора в почве 56
2.6. Фракционный состав фосфатов темной
слитой почвы 61
2.7. Влияние различных доз фосфорных удоб
рений на подвижность цинка в почве 68
Глава 3. Результаты исследсваний растений сахарного тростника 75
3.1. Химический состав растений сахарного тростника 75
3.2. Влияние различного уровня фосфорного питания на поступление в растения сахарного тростника азота, фосфора и калия 77
3.3. Действие фосфорных удобрений на рост и кустистость сахарного тростника 83
3.4. Действие и последействие фосфорных удобрений на урожай и качество сахарного тростника 91
Экономическая эффективность применения фосфорных удобрений под сахарный тростник в условиях судана 100
Выводы 104
Рекомендации производству 105
Спжск литературы
- Фосфатный режим темных слитых почв
- Значение фосфора в питании сахарного тростника
- Влияние фосфорных удобрений на содержание подвижного фосфора в темной слитой почве
- Влияние различного уровня фосфорного питания на поступление в растения сахарного тростника азота, фосфора и калия
Введение к работе
Судан - одна из обширных стран Африки, занимающая площадь 2 2,5 млн.км и расположенная в аридном, семиаридном, саванной и
лесном тропических поясах. Из общей площади страны 50 % территории пригодны для сельскохозяйственного использования. Тем не менее, население Судана испытывает недостаток в продовольствии, растительном, животном и техническом сырье. Основной причиной этих трудностей, как и в каждой развивающейся стране, является колониальное наследие, отсутствие научно обоснованного подхода к освоению природных ресурсов сельского хозяйства, И вторая причина - отсутствие собственных кадров - специалистов, заинтересованных в рациональном использовании природных и, прежде всего, почвенных ресурсов.
Поэтому одной из важнейших задач для наиболее рационального использования земель с целью повышения их плодородия и, следовательно, урожайности, является применение научно обоснованной системы земледелия и прежде всего правильное использование минеральных и органических удобрений.
Из общего обширного разнообразия почв северной части страны темные слитые почвы (вертисоли) занимают около 65 млн.га, что составляет 25 % всей площади страны. К ним приурочено до 90 % пашни, дающей до 80 % валового национального дохода страны. А если учесть, что Судан аграрная страна и экономика на 80 % зависит от производства сельскохозяйственной продукции, то станет ясным насколько важно изучение физических и агрохимических свойств почв с целью рационального их использования в сельскохозяйственном производстве.
Необходимость в агрохимическом изучении почв, особенно для зон, где возделывается сахарный тростник, а именно субсаванной и семиаридкой зон, приобретает особую актуальность (Афанасьев, Конторщиков, 1984).
Освоение земель должно опираться на глубокие и всесторонние знания соотава, свойств почв в целях правильной агрономической их интерпретации и разработки способов их рационального освоения государственными и частными хозяйствами*
В настоящее время в Судане организуется агрохимическая служба.
Средняя часть Судана является центром производства сельскохозяйственной продукции и сырья, а именно, гуммиарабика, хлопчатника, сорго, кунжута, проса, арахиса, а в последние двадцать лет неуклонно растут площади, занимаемые сахарным тростником. Если в 1964 г. сахарный тростник возделывался на площади 6 тыс.га, то в 1984 г. - 75 тыс.га.
Ввиду того, что темные слитые почвы ( vertisol ) слабо обеспечены подвижными формами фосфора, представлял научный интерес выявить влияние внесения фосфорных удобрений на урожайность и качество сахарного тростника*
Целью настоящих исследований было изучение влияния разных доз фосфорных удобрений на продуктивность сахарного тростника. Были поставлены следующие задачи:
Изучить изменение фракционного состава фосфатов темной слитой почвы при применении фосфорных удобрений.
Установить действие различных доз фосфорных удобрений на рост и развитие растений сахарного тростника.
Определить содержание элементов питания в растениях сахарного тростника при различных уровнях фосфорного питания*
4« Изучить действие фосфорных удобрений на продуктивность двух сортов сахарного тростника с различным циклом развития.
Провести агрохимическое обследование почв сахарнотрост-никовых плантаций западного района Бутана (завод Эль-Гинейд) для выявления участков с дефицитом подвижного фосфора.
Рассчитать экономическую эффективность применения фосфорных удобрений на сахарнотростниковых плантациях.
Впервые в условиях Республики Судан проведены исследования действия фосфорных удобрений на урожай и качество сахарного тростника, которые позволили установить оптимальные дозы фосфора и рассчитать их экономическую эффективность. Выявлена зависимость между продуктивностью сахарного тростника и уровнем обеспеченности его подвижным фосфором. Установлено последействие фосфорных удобрений.
По итогам полевого опыта составлены практические рекомендации, которые приняты руководством опытной станции Эль-Гинейд (Министерства сельского хозяйства Судана) и в настоящее время проходят испытание на площади 5000 га в западном районе Бутана (заводы Эль-Гинейд, Кинана).
Основные исследования по диссертации как полевые, так и лабораторные выполнялись самостоятельно. Большую помощь оказывали сотрудники лаборатории научно-исследовательской станции Эль-Гинейд. Консультативную помощь при исследовании оказывал Dr.Awad
El Hag.
Выражаю свою искреннюю благодарность всем лицам, оказывавшим советы и помощь.
Фосфатный режим темных слитых почв
Повышение эффективности фосфорных удобрений относится к одной из важных задач агротехники. Это связано с тем, что вносимые в почву фосфорные удобрения подвергаются сложным превращениям, в результате которых фосфор переходит в труднодоступные для растений соединения.
Для практики сельскохозяйственного производства необходимо знать не столько валовое содержание фосфора и даже не его химическую форму, сколько общие запасы фосфора, доступного для питания растений. Поэтому без детального изучения превращений фосфора в почве нельзя добиться рационального использования фосфорных удобрений. В частности, весьма важным является вопрос как распределяется фосфор по фракциям фосфатов и как меняется количество той или иной фракции при внесении удобрений (Ковда, 1973).
В отличие от азота, фосфор, как правило, в большей степени входит в состав минеральной части почвы. Минеральные соединения фосфора находятся в почвах в виде рыхло связанных форм, солей кальция, магния, железа, алюминия разной степени окристаллизо-ванности. Что касается фосфора органического вещества почвы, то он, связанный ковалентно с атомами кислорода, прочно удерживается в структуре и может стать доступным для растений только после минерализации органического вещества при участии почвенных микроорганизмов (Кудиярова, Башкина, 1981; Муромцев, 1962).
К органическим соединениям фосфора относятся такие соединения, как инозитфосфаты, нуклеиновые кислоты и неуклеопротеиды, фосфополипиды, фитин и др. (Рыжов, Сеакянц, 1966).
Значительное количество фосфора представлено в группе специфических гумусовых веществ и может достигать 30-40 % общего содержания фосфора почвы. Причем больше всего фосфора приходится на гуминовые кислоты и фульвокислоты (Хейдиц, 1965; Рыбаков , Шафирян, Карпухин, 1981).
По мере выветривания тропических почв, чему способствует высокая температура, повышенная влажность, промывной режим, доля органического фосфора, т.е. относительный процент его содержания, увеличивается. Напринер, в желтых кварцево-аллитннх почвах он составляет более 60 % от общего фосфора (Зони, 1981; Баул и др., 1977).
Фосфор органических соединений концентрируется в гумусе и составляет около I % его массы. Меньше всего органического фосфора в почвах аридной зоны. Например, в сероземах его не больше 15 % от валового содержания, а в почвах пустынной зоны еще меньше (Кудрин, 1947; Понамарева, 1970);
Содержание валового фосфора в тропических почвах сильно варьирует и во многом зависит от минералогического состава коры выветривания. Так, почвы, сформированные на вулканических породах, содержат повышенное содержание общего фосфора (0,3 % и более). Почвы Южной Африки, развитые на базальтовых и гранитных породах, характеризуются низким содержанием фосфора (Фридлянд,1964).
В условиях влажных тропиков, где преобладает в почвах промывной режим и в силу кислой реакции накапливается повышенное количество свободных полуторных окислов, фосфор переходит в труд-нораствориыые фосфаты алюминия и железа. Этому способствуют также процессы конкрепдообразования и латеризации, приводящие к ок-клюдированию минеральных фосфатов (Зони, 1981).
Заметим, что красные ферралитные почвы широко распространены в тропической зоне (более 30 % территории). Содержание полуторных окислов доходит до 50 % с узким отношением Si02:1 2 3 (меньше 2). В Африке эти почвы формируются в различных типах климата: начиная от сахельского и суданского (на севере) и кончая экваториальным - гумидным климатом (Зонн, Эль Тежани, 1983; Эль Тежани, 1975а, 1975в; Ochtman, 1963; Mustafa, 1980).
Если в кислых красных ферраллитных почвах преобладают минералы, содержащие фосфаты железа и алюминия стренгит (Ре (ОН)2]) и варисцит (АІ(0Н)2%Р04), то в нейтральных и щелочных почвах образуются минералы, содержащие фосфаты кальция: гидроксилапатит (Са4(Р04)3«0Н), фторапатит (Ca(P04)3 F ), карбонатапатит (Са5(Р04)3 СаС0з); октакальцийфосфат (Са4Н(Р04)3 ЗН20). Для этих минералов характерна прочная кристаллическая структура (Ковда, Градусов, Быстрицкая, 1977; Горбунов, 1974).
Нерастворимые фосфаты кальция с различной степенью основности широко представлены в темных слитых почвах Судана, а также в ряде стран Северной Африки, в Гане, Эфиопии, Анголе, Сенегале, Мали и других странах Африки (Эль Тежани, 1982).
В темных слитых почвах часто преобладают минералы монтморил-лонитовой группы, для которых характерно логлощение фосфат-ионов (Быстрицкая, Іюрюканов, 1971).
Реакция среды во многом определяет состав фосфатов в почве. С увеличением рН усиливается активность гидроксилов (ОН") и фосфор из фосфатов алюминия и железа переход в фосфаты щелочноземельных катионов с различной степенью растворимости. Наибольшее количество ионов %Р04"" образуется в интервале 5-6, жонов НР04я при рН 7 и внше0 При высокой концентрации гидроксил-ионов (ОН") при рН 8-9 образуются гидроксилапатит и карбонат-апатит.
Значение фосфора в питании сахарного тростника
Фосфор является важным элементов питания. Без него нет жизни. Большая физиологическая роль фосфора в растениях сахарного тростника определяется тем, что он участвует во многих биохимических процессах и, в частности, в углеводном обмене и в синтезе сахарозы.
В растении сахарного тростника фосфор входит, главным образом, в высокомолекулярные органические соединения: нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, фосфоропротеиды, фосфатиди, фитин, са-харофосфаты. В меньших количествах он находится в минеральной форме (в виде солей кальция, калия, магния, ортофосфорной кислоты.
Главную роль в передаче наследственных свойств растения играют нуклеиновые кислоты, они же принимают непосредственное участие в синтезе белков в клетках. Больше всего нуклеиновых кислот содержится в молодых побегах сахарного тростника (подгоне) и в точках роста, меньше - в стеблях и листьях;
Фосфоропротеиды входят в состав ферментов, участвующих в превращениях углеводов. Регуляторами поступления питательных веществ в растения сахарного тростника являются фосфоролипидн, они же участвуют в образовании клеточных структур.
Наиболее подвижными являются соединения фосфорной кислоты с углеводами -сахарофосфаты. Они обладают большей реакционной способностью, чем свободные сахара. Фосфоролиз (реакция присоединения фосфорной кислоты к сахарам) протекает в самом начале фотосинтеза; Первичным продуктом этого важного процесса является фос-фороглицириновая кислота (Кретович, 1971).
Соединения фосфора с адениловой кислотой (АТФ, АДФ и АМФ) содержат богатые энергией макроэргические связи, которые используются в разнообразных процессах синтеза, при дыхании и т.д.
Соединения фосфора находятся в различных органах и тканях, но больше всего их содержится в листьях, в особенности молодых, чем в стеблях и корнях (Трещов, Воронин, 1970). Содержание фосфора в листьях подвержено меньшим колебаниям в зависимости от ус ловий роста и сорта, чем это имеет место с азотом. В корнях содержится фосфора (в % $$) 0f038-0,046, в стеблях - 0,032; в листьях - 0,21-0,25; в тростниковом соке - 0,0018-0,002 (Шишов, Трещов, IS72).
Фосфорное голодание в первую очередь проявляется на старых по возрасту листьях, они становятся серовато-зелеными ("беле-с.остЁ), постепенно отмирают края листьев, замедляется кущение, уменьшается длина стебля, он становится тоньше, а листовая пластинка - уже.
Фосфорное голодание задерживает синтез углеводов, снижает содержание органических кислот, подавляет образование белков (Humbert, 1964).
Многочисленные полевые опыты с фосфорными удобрениями, проведенные в различных почвенно-климатических условиях, показали тесную связь между уровнем фосфорного питания сахарного тростника и синтезом сахарозы. Содержание сахарозы в тростниковом соке при нормальном фосфорном питании всегда было на 0,3-0,5 %, выше, чем у растений, удобренных только азотными и калийными туками. С урожаем I т стеблей выносится 0,36-0,59 кг Рз05 (IatestI964).
Поступление фосфора в растения сахарного тростника во многом завиоит от реакции среды. Оптимальной величиной для него является рН 6. В щелочной среде фосфор переходит в малорастворимые соединения ди- и трикальций фосфаты, а в сильно кислой среде в труднодоступные фосфаты AI и Fe.
Оптимальное фосфорное питание обеспечивает хорошее развитие корневой системы, ускоряет развитие всходов, влияет на более раннее образование побегов и стимулирует энергичное кущение растений сахарного тростника. Последнее во много определяет урожай технических стеблей.
Важно отметить, что фосфорные удобрения повышают эффективность азотных удобрений. Внесение только азотного удобрения может привести к удлинению периода развития растений сахарного тростника, а избыточное внесение азота может снизить сахаристость стеблей и ухудшить качество тростникового оока (Трещов, Нагорный, 1969). У сахарного тростника отношение содержания N к Р2О5 близко к 3, что характерно для большинства злаковых культур (Трещов, 1974) Регулируя минеральное питание сахарного тростника и, в частности, фосфорное питание (изменяя дозы и сроки внесения удобрений), можно ускорить или отдвинуть созревание стеблей сахарного тростника и таким образом регулировать сроки уборки и переработки стеблей сахарного тростника.
Критерием зрелости тростника считается определенный уровень сахаристости (от 14 до 18 % Сахаровы). Но при этом следует добиваться максимального снижения в стеблях содержания редуцирующих Сахаров,как правило, с помощью рефрактометра определяется концентрация сухого остатка (сумма растворимых солей и углеводов в капле сока). Отношение показателей рефректометрирования верхних (7-8-ое междоузлий от верхушки) и нижних междоузлий, равное 0,95-0,98, считается признаком технической спелости тростниковых стеблей (Нагорный, 1974). С помощью регулирования питания азотом и фосфором можно добиться наиболее оптимальных сроков уборки сахар ного тростника.
Влияние фосфорных удобрений на содержание подвижного фосфора в темной слитой почве
Почвы Судана имеют в основном низкую обеспеченность фосфором. К ним относятся слитые почвы, В частности, в темных слитых почвах содержание подвижного фосфора находится в пределах 1-4 мг Р205 на 100 г почвы.
Учитывая повышенную потребность сахарного тростника в фосфоре и малые количества подвижного фосфора в темной слитой почве, перед нами стояла задача найти оптимальные дозы фосфорного удобрения (в опыте использовался двойной суперфосфат с содержанием 42 % Р25) и попытаться выяснить картину превращения в почве внесенного фосфора. Знание общего фосфора дает представление о тех резервах фосфора в почве, которые могут быть постепенно мобилизованы. Эти определения необходимы для установления баланса фосфора в почве в различных длительных опытах с фосфорными удобрениями, при изучении генезиса почвы опытного участка и при разработке различных вопросов, связанных с изменениями содержания питательных элементов в данной почве, которые могут происходить в течение длительного срока наблюдений (Хейфец, 1965).
В своих исследованиях мы определяли в почве подвижные формы. Нелишне напомнить, что под "подвижными соединениями фосфора" принято понимать не только фосфаты, которые непосредственно усваиваются растениями, но и те фосфаты, которые могут быстро переходить в почвенный раствор (Соколов, I960).
Для определения подвижных форм почвенного фосфора существует большое число методов. Разные растворители извлекают и различные количества фосфатов из одной и той же почвы. Объективным критерием точности того или иного метода служит соответствие аналитических данных, полученных химическим анализом, с данными эффективности фосфорного удобрения на исследуемой почве .
И еще следует иметь в виду, что содержание подвижных фосфатов не всегда может соответствовать содержанию в почве усвояемых (доступных) растением фосфатов. Наиболее предпочтительным является тот метод определения подвижных фосфатов в конкретной почве, с помощью которого получаются данные, совпадающие с данными содержания усвояемых фосфатов в той же почве (Хейфец, 1965), Определенные расхождения данных при использовании различных методов определения подвижных фосфатов в почве связано с физико-химическими и химическими свойствами почвы. При получении почвенных вытяжек тем или иным методом происходит не только экстракция и растворение фосфатов твердой фазы, но и химические реакции, приводящие к вторичному осаждению фосфатов.
В своих исследованиях для определения подвижных фосфатов мы использовали метод Олсена ( Оізеп et al.,I964). Этот метод применим для почв с щелочной реакцией, к которым относится темная слитая почва опытного участка. Для получения вытяжки фосфатов применялся 0,5 н раствор бикарбоната натрия (ЫаНСОз ) Ход. анализа описан в книге "Агрохимические методы исследования почв" (1965), Определение фосфора в вытяжке проводилось на фотоэлектро-колориыетре.
Нас интересовал вопрос: как изменяется содержание подвижного фосфора в темной слитой почве при внесении различных доз фосфорных удобрений. Одновременно показали и урожай технических стеблей сахарного тростника. Позже мы подробно разбереы действие и последействие фосфорных удобрений на урожай и выход сахара. Из данных табл.5 следует, что одноразовое внесение фосфора в дозе 150 кг/га Р2О5 создает достаточно высокий уровень фосфорного питания. Так, содержание подвижного фосфора 11,2 мгДОО г почвы обеспечивает уже в 1-й год урожай технических стеблей порядка 73,6 т/га. Как будет видно из данных по выходу сахара с I га, которые мы приводим ниже, на варианте опыта с дозой 150 кг/га Р20г получен наибольший выход сахара. Наличие в почве повышенного количества органического угле рода, как показатель содержания органического вещества, может ухудшить фосфатный режим почвы. Минерализация органического вещества почвы бедной фосфатами, может, однако, не только повысить содержание подвижных форм фосфора, а наоборот, даже уменьшить их запасы.
В этом отношении примечательны исследования Л.Иванова (цитируем по Петербургскому, 1980). В его опыта по компостированию органического вещества (богатого клетчаткой) с добавлением фосфата натрия (и особенно в сочетании с (NH.J SO.) полностью исчезал минеральный фосфор. Фосфор поглощался микроорганизмами, о чем говорили данные химического анализа органического вещества.
Наши данные также отражали такую тенденцию: с увеличением отношения процентного содержания С/Р снижалось количество подвижных фосфатов (табл.6). Для анализов мы отбирали пробы почвы с глубины 0-30 см и определяли подвижные фосфаты и углерод органического вещества. Из данных анализов следует, что если при отношении С/Р равное 223, содержалось подвижного фосфора 6,4 мг Р20 на 100 г почвы то при соотношении С/Р=404 содержание подвижных фосфатов снизилось до 2,2 мг РзОгу/ЮО г почвы.
Влияние различного уровня фосфорного питания на поступление в растения сахарного тростника азота, фосфора и калия
Количественно химический состав растений сахарного тростника изменяется в больших пределах и зависит от многих факторов. Большое влияние на состав оказывает возраст растения и сорт тростника. Это можно проиллюстрировать следующими данншш анализа (табл.13), проведенные с растениями первого года возделывания тростника (планта)о
Из данных таблДЗ видно, что в растениях более раннеспелого сорта Со-6806 содержание элементов питания больше как в листьях, так и в стеблях, чем у растений сорта Со-1001. Причем это наблюдается как у растений 4-месячного возраста, так и у растений перед уборкой (для сорта Со-6806 - 12 месяцев, для сорта Со-1001 - 16 месяцев).
При рассмотрении содержания отдельных питательных элементов можно отметить общую тенденцию к снижению количества их с возрастом. Так, у растений сорта Со-6806 количество азота в листьях молодых растений (4 мес.) было 2,82 %, а в возрасте 6 мес. оно снизилось до 2,35 %, а к уборке азота - до 1,98 %.
Заметим, что отбор растительных проб важно брать с одного и того же места» Так, листья отбираются со средних ярусов, на этой же высоте отбирались пробы стеблей. Если пробы берутся с верхних частей растения, то данные анализов будут другими. Например, в верхней части стебля (верхушка, которая отрубается и остается на плантации) содержание аэота и других элементов питания в несколько раз больше, чем в нижних частях растения. Можно привести данные A.S.Ayers (IS65), из которых видно что содержание азота в стеблях (по отдельным сортам) колеблется в пределах 0,06-0,10 %, в то время как в верхушках содержание азота было в пределах 0,62-0,81 %. Особенно много в верхушках было калия -2,81-3,19 % К20. Таким образом, верхняя часть стеблей тростника весьма богата азотом и зольными элементами и она является хорошим кормом для сельскохозяйственных животных.
При рассмотрении данных табл.із видно, что в растениях более позднеспелого сорта Со-1001 наблюдается также снижение содержания всех элементов питания с возрастом: азота в листьях было 2,10 % (возраст 4 мес), а перед уборкой (16 мес.) в два раза меньше - 1,06 %» Фосфора в молодом растении содержалось 0,16 % (листья) и ОДІ % Р205 (стебли), а перед уборкой соответственно 0,06 % и 0,03 % Р2%» Больше всего содержалось в раннем возрасте калия: 2,42 % (листья) и 2,94 % К20 (стебли). Перед уборкой (16 мес.) калия также было больше, чем азота и фосфора, а именно: 1,67 % (листья) и 0,55 % (стебли).
Вся мировая практика возделывания сахарного тростника убедительно показывает, что в первую очередь на урожайность тростника и его сахаристость влияют азотные удобрения. Многочисленные полевые опыты, проведенные в разных почвенно-климатических условиях, показали, что сахарный тростник, как и многие злаковые культуры, потребляет азот в больших количествах в первый период вегетации. Азотные удобрения усиливают фотосинтетическую деятельность листьев и потребность в азоте с возрастом растений возрастает. Азот усиливает ростовые процессы как листового аппарата, так и появление и рост побегов.
Сотрудниками кафедры агрохимии Университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы были проведены полевые опыты (Трещов, Нагорный, 1969; Трещов, Воронин, 1970; Поткин,197 ), которые показали большую эффективность применения азотных удобрений на са-харнотростниковых плантациях Кубы. В зарубежной литературе также приводится большой экспериментальный материал по азотному питанию сахарного тростника (Evans,1959 ; Jacob, 1967; kgZQQ9l$bb\ Borden, 1945; Humbert, Ayres, 1957 и др.). Мы не проводили опытов с разными дозами азотных удобрений и мочевину вносили в качестве фона в дозе J00 кг/га ("О кг/га при посадке черенков и 30 кг/га азота в подкормку до смыкания рядков). Но нас интересовал вопрос как различные дозы фосфорных удобрений влияют на поступление элементов питания в растения сахарного тростника (таблД4).
