Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы (теоретические и методические предпосылки к исследованию фосфатного состояния почв) 8
1.1. Краткая история 8
1.2. Методы изучения фосфатного режима почв 12
1.3.. Возможности использования фракционного состава фосфатов для оценки генезиса почв 22
1.4. Трансформация фосфорных соединений под влиянием природных факторов 25
1.5. Изменение фосфатного фонда почв под влиянием антропогенных нагрузок 31
1.5.1 .Показатели фосфатного состояния почв при внесении удобрений... 33
1.5.2. Влияние орошения на фосфорный режим почв 37
1.5.3. Связь фосфатного фонда почв с тяжелыми металлами 39
1.6. Значение фосфатов для питания растений 45
2. Объекты и методы исследования 48
2.1. Изученность черноземов Нижнего Дона 48
2.2. Условия и методика проведения исследований 52
2.2.1. Характеристика почв опытных участков и полигонов мониторинга 56
2.2.2. Методы физико-химических анализов 64
3. Фосфатное состояние черноземов нижнего дона ... 66
3.1. Изменение фракционного состава фосфатов черноземов в зависимости от генетических особенностей почв 66
3.2. Взаимосвязь минерального фосфора с другими физико-химическими свойствами почв 71
3.3. Антропогенное воздействие на фосфатный режим почв... 78
4. Мониторинг фосфатного режима черноземов 85
4.1 .Изменение подвижного фосфора в почвах Ростовской области 85
4.2. Изменение состава минеральных фосфатов в черноземах 87
5. Влияние удобрений на фосфатное состояние почв 91
5.1. Влияние удобрений на фосфорный режим чернозема обыкновенного карбонатного 91
5.2. Термодинамические показатели фосфатного состояния при внесении удобрений 93
6. Влияние тяжелых металлов на фосфатное состояние черноземов 102
6.1 .Изменение степени подвижности фосфора под влиянием цинка и свинца 102
6.2. Влияние цинка и свинца на фракционный состав фосфатов чернозема обыкновенного карбонатного 104
6.3. Зависимость содержания подвижного фосфора от цинка и свинца в почве 108
7. Использование показателей фосфатного режима почв для диагностики питания зерновых культур 110
7.1. Фосфатное состояние почв и питание ярового ячменя 115
7.2. Влияние цинка и свинца на фосфорное питание ярового ячменя 119
7.3. Влияние фосфатов на продуктивность озимой пшеницы 121
Заключение 123
Список литературы 150
Приложения
- Трансформация фосфорных соединений под влиянием природных факторов
- Изменение фракционного состава фосфатов черноземов в зависимости от генетических особенностей почв
- Термодинамические показатели фосфатного состояния при внесении удобрений
- Влияние цинка и свинца на фракционный состав фосфатов чернозема обыкновенного карбонатного
Введение к работе
*
Актуальность исследований. Фосфор наряду с углеродом, водородом, кислородом, азотом и серой обладает высокой реакционной способностью и относится к элементам, определяющим нормальное функционирование биосферы. Он участвует во всех жизненно-важных биохимических и физиологических процессах, начиная с клеточного уровня и заканчивая уровнем высших организмов. Концентрация фосфора в почвах - один из - наиболее значимых и устойчивых признаков, определяющих ее основное и специфическое свойство - плодородие. Отсюда вытекает необходимость изучения эволюции фосфатного состояния почв под воздействием постоянно меняющихся природных и антропогенных факторов.
Цель и задачи, исследований. Дать эколого-агрохимическую оценку фосфатного состояния черноземов Нижнего Дона.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:.
изучить профильное распределения минеральных и органических фосфатов;
определить структуру фосфатного режима почв и изучить количественные зависимости изменения фракционного- состава фосфатов при антропогенных нагрузках;
провести мониторинг фосфатного состояния черноземов;
провести исследования по оценке фосфатного состояния почв с использованием термодинамических подходов;
оценить зависимость продуктивности сельскохозяйственных культур от показателей фосфатного состояния почвы, характеризующих факторы, количества (емкости), интенсивности и устойчивости.
изучить влияние тяжелых металлов на показатели фосфатного состояния чернозема обыкновенного карбонатного.
Положения, вьшосимые на защиту: 1. Фосфатное состояние черноземов Нижнего Дона определяется, их литологическими и генетическими особенностями. Современный этап эволюции черноземов характеризуется ослаблением природных факторов, способствовавших формированию мощного, почвенного профиля обогащенного органическим фосфором,, и усилением антропогенных факторов в процессах фосфорного цикла.
2. Возможности антропогенного воздействия на фосфатный режим почв ограничены устойчивостью функционирования фосфатной системы. Хозяйственная деятельность приводит к появлению временных диспропорций в системе: в одних случаях способствует улучшению режима фосфорного питания, (минеральные и. органические удобрения), в других ухудшению (загрязнение тяжелыми металлами).
Научная новизна исследований. Проведены систематические исследования, фосфатного состояния черноземов Нижнего Дона, дана термодинамическая оценка; его показателей.
Исследована направленность изменения- фосфатного состояния почв» в зависимости от ее физико-химических свойств и генетических особенностей.
Исследовано действие и взаимодействие основных факторов окультуривания на особенности фосфорного режима черноземов. Установлены зависимости позволяющие прогнозировать показатели фосфатного уровня.
Впервые изучено влияние цинка и свинца на состав минеральных фосфатов в черноземе обыкновенном карбонатном.
С.Петербург rtftf
^т*^шш^тт^лФ
Практическая значимость исследований. Результаты исследования в перспективе могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства Ростовской области при составлении мероприятий по повышению плодородия почв и разработке систем удобрений.
Показатели фосфатного состояния почв, характеризующие факторы
количества, интенсивности, кинетики и устойчивости служат теоретической основой, его регулирования и оптимизации в системах земледелия. Они могут быть использованы также при разработке интегральной модели плодородия черноземов.
Результаты исследования используются в учебном процессе при преподавании элективных курсов «Фосфатное состояние почв» и «Диагностика минерального питания сельскохозяйственных культур» на кафедре почвоведения и агрохимии РГУ, а также в ВУЗах биологического и сельскохозяйственного направления.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на конференции «Город- и экология» (Ростов-на-Доиу, 1998); молодежных научных конференциях- (Персиановка, ДГАУ: 1998, 1999,' 2001); на Докучаевских молодежных чтениях - 99 (Санкт - Петербург, 1999); научной конференции аспирантов и соискателей (г. Росгов-на-Дотгу, 1999); Всероссийской молодежной конференции (Санкт-Петербург, 1999); III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000); научно-практической конференции «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии» (Москва, ВНИПТИХИМ, 2000); конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели» (Ростов-на-Дону, 2000); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2000» (Москва, 2000); III международном конгрессе «European Society for Soil Conservation» (Valensia, Spain, 2000);Third International Symposium of ISMOM/ Soil Mineral-Organic Matter-Microorganism. Interactions and Ecosystem Health (Italy, 2000); 14 международном коллоквиуме по питанию растений IPCN (Hanover, Germany, 2001); Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002); 7 Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология-наука ХХШ века» (Пущино, 2003).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 20 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы, приложений. Основные положения- диссертации изложены на 149 страницах машинописного текста. Содержит 22 таблицы, 25 рисунков. Список литературы включает- 222 наименования, в том числе 18 иностранных авторов. Приложения представлены на 50 листах.
Трансформация фосфорных соединений под влиянием природных факторов
Участвуя в общем круговороте химических элементов в природе, фосфор подчиняется определенным закономерностям и создает как бы свой собственный круговорот. Находясь первоначально в составе минеральной части природы, фосфор с возникновением живой материи входит в состав последней и в органической, а так же в минеральной форме закрепляется в почве. Мобилизуясь в результате химико-биологических процессов и поступая из почвы в растения при их развитии, фосфор одновременно вымывается из некоторых почв с атмосферными осадками в грунтовые воды и выносится из сферы почвы. Так он переходит из одной формы в другую, образуя свой круговорот в природе. В результате этого сложного процесса в большинстве почв создается дефицит в содержании фосфора, который из года в год растет.
Распределение продуктов выветривания горных пород на поверхности Земли происходит при участии различных природных факторов, сила которых была неодинаковой. Благодаря неравномерному распределению продуктов выветривания горных пород, а вместе с ними и фосфора на поверхности земного шара почвы, образовавшиеся в последствии на этих породах, получили в «наследство» от материнских пород неодинаковое количество фосфора. Вследствие этого общее содержание фосфора в разных почвах сильно варьирует. Почвы, сформировавшиеся на разных породах неодинаковы по содержанию валового фосфора. Почвы глинистые значительно богаче фосфором, а суглинистые - супесчаных и песчаных. В связи с этим черноземы левобережья Дона, сформировавшиеся на покровных суглинках богаче валовым фосфором по сравнению с черноземами правобережья, сформировавшимися на лессовидных суглинках. Почвы песчаных террас, наоборот очень бедны фосфором.
Переход фосфатов в почвенный раствор из твердой фазы почвы зависит от целого ряда внешних и внутренних факторов: запаса всех форм природных фосфатов в соединениях разной степени прочности; емкости поглощения почв в отношении фосфат-ионов; условий влияющих на процесс трансформации фосфатов (температура, влажность, степень кислотности, ка-тионный состав ПИК и т.д.) деятельности корневой системы растений и других факторов.
Процессы растворения — осаждения фосфатов зависят от многих факторов, в том числе присутствия катионов способных образовывать труднорастворимые соединения с фосфатами, а так же сорбционной способности почв. Существенную роль в сорбции фосфатов почв играет насыщенность почв ионами кальция (Орлов и др., 1991), что особенно сильно проявляется в карбонатных почвах. Изучение сорбции фосфатов в зависимости от содержания гидроксидов железа и карбонатов показало, что роль карбонатов в сорбции фосфатов весьма малой по сравнению с гидроксидами железа, если в изучаемых почвах карбонаты обладают весьма низкой величиной удельной поверхности. Немалое значение имеет образование гуматных и гидроксильных пленок на сорбционной поверхности, маскирующих активные центры, а так же общий уровень удельной поверхности. Согласно исследованиям К.Е. Гинзбург (1981), большое влияние на сорбцию фосфатов оказывают подвижные соединения алюминия и железа, особенно аморфные, и уровень содержания органического вещества.
По данным различных авторов уровни содержания фосфат-ионов в почвенных растворах и почвенных вытяжках при неодинаковом составе почв контролируются различными соединениями.
П.С. Коссович (1862-1915) впервые дополнил к Докучаевским факторам почвообразования динамические величины - внесение веществ в почву и вынос их из почвы, разделив все почвенные разности на два класса - генетически самостоятельные и генетически подчиненные. Им заложены основы геохимической миграции веществ в процессе почвообразования.
По П.Н. Кошелькову (1940) (цит. по Чумаченко, 2003) органические фосфаты более подвижны и могут глубже проникать в почву. Благодаря извлечению Р2О5 растениями из нижних горизонтов, минерализации в дальнейшем растительных остатков и слабой способности образовавшихся фосфатов к передвижению, фосфаты накапливаются в верхних горизонтах.
Коллоиды гумуса поглощают фосфорную кислоту химически и физически. Поглощение Р2Оз гумусом значительно ниже, чем полуторными окислами и щелочноземельными основаниями, в связи с чем, увеличение гумуса в почве уменьшает поглотительную способность почв. Последнее обстоятельство, отмеченное И.В. Тюлиным (1963) и другими, отмечалось и в исследованиях, проведенных на карбонатных почвах Средней Азии. Например, Е.А. Жориков (1984) наблюдал уменьшение растворимости фосфатов, внесенных в севообороте, по мере отдаления от года распашки люцерны (цит. по Чумаченко, 2003). В его опыте на 30-й день после внесения удобрений из почвы, взятой с поля первого года после распашки люцерны, углекислой вытяжкой извлечено 73% от внесенного количества, по обороту пласта трав - 65%, на третий год после распашки - 61% и на хлопковой старопахатной почве - 56%.
К.И. Семергей (1982), изучавший влияние разных групп веществ навоза на эффективность суперфосфата, считает, что положительная роль гумино-вых веществ в повышении эффективности суперфосфата объясняется уменьшением закрепления фосфорных удобрений почвой. Можно полагать, что органические коллоиды, обволакивая в виде пленок минеральные частицы почвы, в том числе и карбонаты кальция, несколько уменьшают контакт внесенных фосфатов и этим предохраняют их от чисто химического поглощения.
Оксид кремния (SiC 2) - наиболее распространенный элемент в земной коре и многих неметаллических минералах. Например, в апатитах и фосфоритах, наряду с фосфором, содержится большое количество кремния (21-28% SiCb). Исследованиями подтверждено, что кремний усиливает подвижность фосфора в почвах, повышает растворимость труднодоступных соединений фосфора и улучшает фосфорный обмен в растениях.
Многолетние исследования (Берхин идр., 1987; Гаврилова, 1975; Кри-воносова, 1985; Макаров, 1997) подтвердили теоретические высказывания А.В.Соколова, К.С. Кауричев, Е.П. Мачигина и др. о том, что накопление в почве фульвокислот и органических веществ неспецифической природы во многом определяет со временем разрушение минеральной части почвы и способствует миграции продуктов разрушения по профилю.
Изменение фракционного состава фосфатов черноземов в зависимости от генетических особенностей почв
Фосфатный режим различных типов почв в значительной мере является отражением их генетических особенностей. Общее содержание фосфора, формы его минеральных соединений, характер их распределения по профилю, емкость поглощения фосфатов - ионов, а так же ряд других показателей определяются типом почвообразования (Кривоносова, 1980).
Фракционный состав минеральных фосфатов чернозема обыкновенного карбонатного Ростовской области изучался А.Г. Кудеяровой (1964), И.М. Шапошниковой (1998), В.Д. Коваленко (1976), О.А. Бирюковой (1998).
Анализ результатов наших исследований показывает, что на долю минеральных фосфатов в верхних горизонтах (Ад, Ап) чернозема обыкновенного карбонатного целинного участка приходится 40 % валового фосфора, в горизонте В2 - 58 %. Содержание минеральных фосфатов в черноземе южном колеблется от 40 % (Ад и А) до 70 % (С) (рис. 7).
Следует отметить практически одинаковую долю минеральных фосфатов з гумусовых горизонтах исследуемых почв при разном содержании гумуса. Что, вероятно, может быть связано с особенностями качественного состава гумуса. Согласно данным О.С. Безугловой (1994), черноземы Восточно-европейской фации характеризуются гуматным типом гумуса, а в пограничном между двумя фациями подтипе - черноземах обыкновенных карбонатных самая низкая степень гумификации гумуса и фульвокислоты начинают преобладать над гуминовыми кислотами уже в горизонте В.
Особенностью изучаемых почв является весьма малое содержание фосфатов алюминия и железа (доля их не превышает 6% от валового). Объ ясняется это, очевидно, как щелочной средой, в которой практически не про исходит реакции взаимодействия подвижных фосфатов с алюминием и желе зом, так и насыщенностью почв карбонатами кальция. Кроме того, алюми ний и железо в карбонатных черноземах представлены первичными и вторичными алюмосиликатами и ферриалюмосиликатами, и поглотительная способность их в такой форме к фосфат ионам невысокая. Основными фор мами соединений являются рыхло- и прочносвязанные фосфаты кальция. Нашими данными подтверждается положение о том, что основная доля ми неральных фосфатов в черноземах представлена фосфатами кальция (Гинз бург, 1981; Полтавская, Коваленко, 1983). Закономерности распределения по профилю фракций минерального фосфора следующие: кислые фосфаты кальция, магния (Са-Р1) с глубиной уменьшаются, фосфаты кальция типа Са РП и Са-РШ повышаются, а фракции А1-Р и Fe-P остаются почти без измене ния (рис. 8). Растворимость фосфатов кальция оценивали по отношению Са PI + Са-РП/ Са-РШ, с глубиной она уменьшается. Согласно исследованиям П.Г. Адерихина (1970) у черноземов карбонатных поглощение фосфора происходит, главным образом, химическим путем, и между количеством карбонатных солей и величиной поглощения наблюдается прямая связь. В черноземе обыкновенном карбонатном содержание карбонатов кальция в пахотном горизонте в среднем 0,6 %, в нижнем - 15 %. Многократными исследованиями установлено, что в карбонатных почвах и почвах насыщенных кальцием, большая часть фосфора находится в форме кальциевых фосфатов, почвы тяжелого гранулометрического состава содержат больше фосфора, чем легкие. Проведенные исследования показали, что верхние горизонты чернозема обыкновенного карбонатного ере дне мощного среднесу глинистого содержат 88 мг/100 г минерального фосфора (рис. 8, приложение 3). Вниз по профилю постепенно количество минеральных фосфатов увеличивается и достигает 103,3 мг/100 г в горизонте С. Фракционный состав представлен преимущественно фосфатами кальция. На их долю приходится около 86% от суммы минеральных фосфатов (рис. 7). При этом необходимо отметить, что в верхних горизонтах преобладают фосфаты 1 и 2 групп. Количество их составляет 49%. В эту группу входят фосфаты щелочных металлов и аммония, свежеосажденные и вторично образованные фосфаты Са и Mg. A Чернозем обыкновенный мощный тяжелосуглинистый характеризовался меньшим количеством минерального фосфора. При этом нужно отметить, что сумма минеральных фосфатов отличалась несущественно у обоих почв. Однако состав фосфатов был неодинаков. В составе фосфатов мощного тяжелосуглинистого чернозема преобладали прочносвязанные трех замещенные фосфаты кальция, количество же доступных, рыхлосвязанных фосфатов почти, что в 2 раза ниже, чем в черноземе среднемощном среднесуглинистом.
Для сохранения плодородия почв в южном регионе России приоритетное значение имеет оптимизация их фосфатного режима, что установлено многими исследованиями (Куделина А.Г., 1969; Шапошникова и др., 1980). Способность почв обеспечивать растения фосфором, тесно связана с устойчивостью взаимодействия различных форм фосфатов на фоне различных аг-рогенных и антропогенных нагрузок. Однако этот вопрос еще изучен недостаточно.
Термодинамические показатели фосфатного состояния при внесении удобрений
Различный уровень агротехники и, следовательно, окультуренно-сти почв на полях госсортоучастка и базовых хозяйств определяет различие в фосфатном состоянии почв, оказывающем значительное влияние на урожайность выращиваемых культур.
Сельскохозяйственное освоение целинных почв приводит к существенным изменениям экологии почвообразования, в том числе и фосфатного состояния почв. Количество минеральных фосфатов на неорошаемой пашне чернозема обыкновенного карбонатного понижается по всем генетическим горизонтам, наиболее существенно в горизонте А (на 15,5 мг/100 г почвы или 23 % в сравнении с целиной). Отмеченное уменьшение происходит за счет одно- и двузамещенных фосфатов кальция.
Главной задачей в области орошения является повышение экономической эффективности использования орошаемых земель. Однако орошение не может рассматриваться только как прием пополнения недостающих растениям запасов влаги в почве. Дополнительное количество воды может коренным образом изменять сложившийся ход почвообразовательных процессов (Костяков, 1951). Наиболее резко запасы влаги в почве может изменять содержание доступных растениям минеральных питательных веществ, соотношение окислительно-восстановительного процесса и др. С водой в почву могут поступать как элементы минерального питания растений: азот, фосфор, калий, так и вещества отрицательно влияющие на растения либо непосредственно, либо через почву. В значительной степени характер этих и других путей воздействия оросительной воды на почву и растения зависит от режима орошения и техники полива. Минеральные удобрения при орошении лучше растворяются в почве, легче проникают в зону распространения корней, полнее усваиваются растениями. Все это позволяет осуществить направленное влияние удобрений на биохимические процессы в растениях и, следовательно, на урожай и его качество. Орошение способствовало мобилизации почвенных фосфатов фракций Са-РП и Са-РШ. Что, вероятно, обусловлено высокой биологической активностью орошаемых черноземов, большим количеством пожнивных остатков и распределением их по почвенному профилю, переходом фосфатов в формы, способные мигрировать, привносом некоторого количества фосфатов с оросительной водой. При этом создается достаточный уровень наиболее доступных для растений фосфатов. Сумма Са-Р1 и Са-РИ в горизонтах Ап -35,9 мг /100 г, А - 37,8, В - 38,3, В2 - 38,6 на орошаемой пашне против 26,9, 23,4, 30,5, 32,0 мг соответственно по горизонтам на неорошаемой пашне. Подвижность фосфатов кальция (Са-Р1 + Са-РП/ Са-РШ) в результате орошения увеличивается с 0,9 до 1,4 в горизонте А и с 0,9 до 1,2 в горизонте В При орошении происходят минералогические, физико-химические преобразования почв, которые отражаются на фракционном составе минеральных фосфатов. На орошаемой пашне выявлены такие формы фосфатов, которые в целинных почвах имели ограниченное значение. Содержание фосфатов алюминия увеличиваются в среднем в 2 раза по всем генетическим горизонтам. Увеличение этой фракции можно объяснить и тем, что в данную вытяжку входят наряду с фосфатами алюминия низко основные фосфаты кальция.
Аналогичное явление отмечено при распашке чернозема южного в горизонтах ВС и С. Здесь же отмечено повышенное количество наиболее доступных для растений фосфатов (Са-РГ+Са-РП), что обусловлено интенсивным выносом их из горизонтов А и В, где сосредоточена основная масса корневых систем полевых растений.
Н.И. Болотиной (1960) изучено влияние орошения на динамику питательных веществ на предкавказских черноземах. Несмотря на высокое содержание валового фосфора (0,16%), применение орошения не приводило к повышению подвижности фосфатов почвы. Также отмечено, что орошение почти не повышает количество усвояемого фосфора, но усиливает поступлениє его в растения. Орошение на карбонатных почвах Северного Кавказа уменьшает количество подвижных фосфатов.
В неорошаемых почвах в слое 0 - 20 см отмечается значительное количество органических фракций, вглубь по профилю преобладают минеральные формы фосфатов. Вероятно, это связано с тем, что при орошении изменяется качественный состав гумуса: гуматы кальция в недонасыщенном состоянии мигрируют вниз по профилю (Пономарева, Плотникова, 1980). Данное предположение подтверждается тем, что основная часть органофос-фатов связана с гуминовыми кислотами, лишь одна четвертая — одна шестая часть с фульвокислотами.
На динамике содержания фосфатов в определенной мере сказывается поглощение фосфора микроорганизмами, количество которых при орошении возрастает во много раз. Высокая биологическая активность орошаемых почв - одна из возможных причин значительного преобладания органофос-фатов среди подвижных форм.
В условиях орошаемого земледелия на черноземе обыкновенном карбонатном мощном тяжелосуглинистом происходит увеличение абсолютного содержания рыхлосвязанных фосфатов алюминия, железа, кальция (Чума-ченко, 2003). В результате исследований было установлено, что содержание фракций А1 Р и Fe Р более высокое, чем на других почвах и практически не меняется вниз по профилю, в пределах от 10,25 до 12,35 мг / 100 г почвы и от 7,56 до 9,54 мг/ 100 г почвы соответственно. Содержание фракций Ca Р I и Ca Р III существенно ниже, чем на других исследуемых почвах. Фракция Ca Р II является доступной формой для растений, ее содержание повышается к горизонту В1 до 28,66 мг/ 100 г почвы, постепенно снижаясь к горизонту ВС до 23,49 мг/ 100 г почвы. В горизонте С вновь увеличивается и составляет 28,92 мг/ 100 г почвы (приложение 3).
Влияние цинка и свинца на фракционный состав фосфатов чернозема обыкновенного карбонатного
Ячмень - важная зерновая культура, используемая в нашей стране на кормовые и пищевые цели. В связи с необходимостью резкого увеличения производства кормов, в том числе и зернофуражных культур, возделыванию ячменя стало уделяться больше внимания. По биологическим особенностям ячмень отличается повышенным требованиям к уровню минерального питания, что объясняется очень коротким вегетационным периодом и чрезвычайно быстрым ходом потребления питательных веществ.
В последние годы увеличилась экологическая опасность антропогенного загрязнения пахотных почв рядом токсичных тяжелых металлов. Почва, является емким акцептором тяжелых металлов, в ней способно накопиться количество, превосходящее их концентрацию в естественных ландшафтах, что негативно отразится на качестве сельскохозяйственной продукции и здоровье человека.
Многочисленный экспериментальный материал свидетельствует, что чувствительность растений к изменению среды обитания, не фиксируемой инструментальными методами анализа почв, можно более точно установить только по критериям сбалансированности (Ельников, 2000).
Изменение сбалансированности питания растений под влиянием внешних воздействий подчиняется определенным физиологическим законам, в первую очередь, закону минимума. В соответствии с этим законом чувствительность растений к изменению условий произрастания будет тем выше (например к тяжелым металлам), чем сильнее испытуемые дозы будут влиять на доступность растениям лимитирующего элемента (или группы элементов). Соответственно лимитирующий элемент, поступивший в растение, будет оказывать более сильное, чем другие факторы, влияние на поступление других ионов, их взаимоотношение и распределение по органам растений. Следовательно, для диагностических целей достаточно сравнить влияние каждого из диагностируемых элементов на взаимоотношение других элементов в различных органах растений, чтобы определить те из них, которые находятся в наибольшем минимуме и требуют регулирования.
Проведенные исследования показали, что внесение тяжелых металлов приводит к нарушению минерального питания ярового ячменя. Внесение цинка в дозе — 300 мг/кг2 привело к снижению поступления фосфора и магния в растения (таблица 22), а так же к накоплению цинка в зерне ячменя. Дефицит фосфора, в свою очередь, отрицательно сказывается на синтезе углеводов, что приводит к ухудшению качества пивоваренного ячменя (Мине-ев, 1990). Глауконит, согласно полученным данным, снижал ингибирующее действие цинка. В варианте, где он вносился совместно с цинком отмечено избыточное поступление фосфора (iRp -1,3). Кроме того, в варианте Zn+глауконит в зерне не отмечено избытка цинка (iRZn= 1,1). Вероятно, это связано с физико-химическими свойствами глауконита. По литературным данным применение глауконитсодержащих песков улучшает не только физические, но и адсорбционные свойства тяжелых глинистых и суглинистых почв. Совместное их внесение с органическими и минеральными удобрениями повышает коэффициент усвоения элементов питания из удобрения.
Свинец оказывал отрицательное влияние, прежде всего на поступление калия и цинка в растения. Фосфор в варианте РЬ находился в небольшом избытке, однако индекс обеспеченности этим элементом был ниже, чем на контроле (таблица 22).
Сбалансированность питания растений некоторыми микроэлементами имеет прямое отношение к контролю толерантности ячменя к загрязнению почвы тяжелыми металлами или процессам деградации почв, усиливающим подвижность тяжелых металлов в почве. В диагностическом аспекте отмеченные выше связи представляют интерес, в первую очередь, для разработки критериев толерантности растений к избытку или недостатку микроэлементов или других тяжелых металлов в почве, а так же для оперативного прогноза качества продукции.
Обобщение как собственных, так и опубликованных данных по формулам ИСОД дают возможность рекомендовать в качестве такого критерия индекс разбалансированности фосфора (iRp) в зерне к содержанию следующих металлов Pb, Ni, Hg, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Co, этот параметр достоверно коррелирует с содержанием белка в зерне ярового ячменя (г=0,63, п=45). Если индекс разбалансированности по фосфору окажется ниже 1,0, то это свидетельствует о пониженном качестве зерна по содержанию белка или другим параметрам (Ельников, 2000).
При отсутствии данных по тяжелым металлам качество зерна можно спрогнозировать по индексам разбалансированности калия и азота в соломе при условии, что индексы рассчитаны по формулам ИСОД с включением следующих параметров: N, Р, К - в соломе, N, Р, К - в зерне (приложение 7).
Озимая пшеница — основная продовольственная культура Ростовской области. В силу биологических особенностей имеет значительные преимущества перед другими возделываниями зерновыми культурами. По урожайности эта культура имеет большие потенциальные возможности, успешно реализовать которые можно в случае разработки оптимальной системы питания на основе теоретических исследований, вскрывающих сущность процессов формирования максимальных урожаев высокачественной продукции.
Потребность в фосфоре у озимой пшеницы отмечается со времени появления всходов до выколашивания. Хорошее обеспечение фосфором положительно влияет на формирование генеративных органов растения, улучшает озерненность колоса, а недостаток приводит к его череззернице.
Изучено влияние системы показателей, характеризующих факторы количества, интенсивности и устойчивости фосфатного состояния чернозема обыкновенного карбонатного на продуктивность и качество озимой пшеницы, установлены количественные их зависимости и выражены в виде математической модели.
На почвах с применением удобрений выявлено, что по мере улучшения обеспеченности растений фосфором продуктивность озимой пшеницы в целом повышалась (приложение 10). При этом для получения более высокого уровня продуктивности требовалось и более интенсивное снабжение растений фосфором.
