Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. (литературный обзор) 9
1.1. Биологические особенности озимой пшеницы 9
1.2. Влияние систематического применения удобрений на урожай и качество зерна озимой пшеницы 14
1.3. Методы определения оптимальных норм удобрений 25
Глава 2. Объект и методы исследования 30
2.1. Почвенно-климатические и метеорологические условия проведения исследований 30
2.2. Методы исследований 35
Глава 3. Влияние систематического применения удобрений на изменение пищевого режима и некоторых агрохимических показателей чернозема выщелоченного 38
3.1. Изменение содержания гумуса под влиянием систематического применения органических и минеральных удобрений 38
3.2. Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве 45
3.3. Динамика содержания подвижного фосфора 54
3.4. Динамика содержания обменного калия 62
3.5. Показатели почвенной кислотности 68
Глава 4. Эколого-агрохимическая оценка состояния микроэлементарного состава почвы и растений при применении доз удобрений, рассчитанных разными методами, под озимую пшеницу 73
4.1. Влияние доз удобрений, рассчитанных разными методами, на изменение валового содержания микроэлементов в почве 73
4.2. Влияние различных доз удобрений на изменение содержания микроэлементов в растениях озимой пшеницы 79
Глава 5. Влияние удобрений на урожай и качество зерна озимой пшеницы 85
5.1. Влияние удобрений на структурные показатели и урожайность озимой пшеницы 85
5.2. Влияние удобрений на качественные показатели зерна озимой пшеницы 90
Глава 6. Влияние удобрений на накопление элементов питания озимой пшеницей и вынос их с урожаем 94
6.1. Особенности накопления нитратов в растениях озимой пшеницы 94
6.2. Влияние удобрений на накопление элементов питания и вынос их сурожаем 98
Глава 7. Экономическая эффективность применения удобрений под озимую пшеницу 104
Выводы 108
Предложения производству 112
Список использованных источников 113
Приложения 132
- Влияние систематического применения удобрений на урожай и качество зерна озимой пшеницы
- Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве
- Влияние различных доз удобрений на изменение содержания микроэлементов в растениях озимой пшеницы
- Влияние удобрений на качественные показатели зерна озимой пшеницы
Введение к работе
Актуальность. Отечественный и мировой опыт показывает, что одно из ведущих направлений роста производства сельскохозяйственной продукции - рациональное использование удобрений. В условиях интенсивного земледелия растения должны обеспечиваться питательными веществами в течение всего периода вегетации в количествах и соотношениях, необходимых для получения высоких урожаев.
Современная система земледелия предполагает использование оптимальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, включающих комплексное рациональное применение минеральных и органических удобрений и средств защиты растений, которые являются основой расширенного воспроизводства плодородия пахотных почв и создания устойчивых урожаев высокого качества.
Для современного этапа развития агрохимии характерен комплексный подход к изучению взаимодействия удобрений с почвой и растениями и оценки эффективности удобрений не только с точки зрения агрономической и экономической, но и с точки зрения экологической, то есть с позиций воздействия их на окружающую среду в агроценозе, а также рассмотрения аспектов энергосбережения.
В настоящее время очевидным и бесспорным является тот факт, что удобрениям (органическим и минеральным) принадлежит решающая роль в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур и улучшении качества продукции. По данным американских ученых удельный вес удобрений в урожае среди управляемых факторов составляет 60-70%, французских 50-70% и российских 40-50%, т.е. мнения ученых разных стран весьма близки.
С другой стороны, применение необоснованно завышенных или несбалансированных доз удобрений могут приводить к ухудшению показателей плодородия почвы и накоплению токсических веществ в растительной продукции.
Поэтому в настоящее время особенно актуальна задача выбора такого метода определения доз удобрений под ту или иную сельскохозяйственную культуру, который бы обеспечивал наряду с агрономической высокую экономическую эффективность и кроме того не происходило бы нарушения экологической обстановки в системе почва - растение.
Постоянно растущая потребность в высококачественных продуктах питания и сырье для промышленности вызывает острую необходимость разработки и внедрения научно обоснованных приемов, обеспечивающих непрерывное повышение плодородия почв, урожая и качества сельскохозяйственной продукции и высокоэффективное использование удобрений.
На современном этапе химизации земледелия первостепенное значение в повышении эффективности органических удобрений и промышленных туков отводится зональным системам удобрения, обеспечивающим в конкретных агроэкологических условиях реализацию потенциальной продуктивности интенсивных сортов и гибридов полевых культур, снижение энергоемкости продукции при одновременном воспроизводстве плодородия почвы и сохранения чистоты окружающей среды.
При систематическом длительном применении удобрений происходит закономерная смена минимумов питательных веществ, а, следовательно, и эффективности отдельных видов удобрений. В черноземах данный минимум переходит от фосфора к азоту, а при достижении требуемого или высокого уровня фосфатов в почве - к азоту и калию. Оптимизация минерального питания полевых культур с учетом этой закономерности требует уточнения природы действия азотных, фосфорных и калийных удобрений при длительном систематическом их применении в интенсивных севооборотах на важнейшие физико-биохимические процессы и обоснование приемов эффективного их использования на черноземных почвах.
Результаты многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов свидетельствует о том, что в связи с интенсивным применением азотных удобрений, особенно при нарушении соотношения элементов пита-
ния в почве, наблюдается множество случаев избыточного накопления нитратов в растениях. В этой связи изучение размеров и закономерностей накопления нитратов в продукции при интенсивном применении удобрений, регулирование этих процессов с целью повышения качества продукции - одна из важнейших задач современного земледелия.
Кроме нитратного азота, загрязнение почвы и растений может происходить различными токсичными элементами - тяжелыми металлами, т.е. металлами с атомной массой более 40. Одним из источников поступления тяжелых металлов в почву могут являться удобрения.
При решении этих проблем достоверную информацию получают в результате многолетних стационарных полевых опытов с длительным применением удобрений в типичных севооборотах, проведение которых основано на комплексном подходе к изучению закономерностей взаимодействия удобрений с почвой и растениями в зональном аспекте.
Озимая пшеница - важнейшая сельскохозяйственная культура, с высокой потенциальной урожайностью и высоким содержанием в зерне питательных компонентов: углеводов, белков, аминокислот, минеральных солей и тд.
Цель данной работы: изучить сравнительную эффективность разных методов определения доз минеральных удобрений, применяемых на фоне навоза под озимую пшеницу на черноземе выщелоченном и их влияние на накопление в почве и растениях нитратов и тяжелых металлов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Установить влияние доз минеральных удобрений, установленных разными методами, при их применении под озимую пшеницу на физико-химические свойства почвы.
Изучить влияние органических и минеральных удобрений на некоторые агрохимические показатели почвенного плодородия.
Выявить влияния изучаемых доз удобрений на поступление питательных веществ в растения, их вынос с урожаем и коэффициенты использования из удобрений.
Сравнить эффективность доз удобрений, рассчитанных различными методами по влиянию на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы.
Определить зависимость накопления нитратов и тяжелых металлов в зерне и соломе озимой пшеницы от доз удобрений, установленных разными методами.
6. Дать экономическую оценку применения удобрений под озимую
пшеницу в условиях лесостепи ЦЧР.
Научная новизна: Впервые в условиях лесостепи ЦЧР изучена сравнительная эффективность разных методов определения доз минеральных удобрений, применяемых на фоне навоза, под озимую пшеницу на черноземе выщелоченном и их влияние на накопление в почве и растениях нитратов и тяжелых металлов.
Защищаемые положения:
Комплексное применение органических и минеральных удобрений на черноземе выщелоченном позволяет снизить темпы минерализации гумуса, стабилизировать его содержание, способствует увеличению содержания в почве минерального азота, подвижного фосфора и обменного калия.
Интенсивное использование чернозема выщелоченного приводит к ухудшению показателей почвенной кислотности.
Применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний существенно не изменило валовое содержание изучаемых тяжелых металлов, превышения содержания тяжелых металлов ориентировочно допустимой концентрации не отмечалось.
Самая высокая урожайность отмечена на варианте с внесением двойных доз минеральных удобрений, а максимальное содержание белка и клейковины отмечено на варианте с внесением 1,5 NPK (метод полевого опыта).
5. Применение удобрений способствовало большему накоплению нитратов в растениях озимой пшеницы по сравнению с контролем. Однако накопления нитратов в зерне и соломе выше предельно допустимых концентра-
ций не отмечалось.
6. Применение минеральных удобрений во всех рекомендуемых дозах экономически оправдано, но самые лучшие варианты с точки зрения экономических затрат - варианты, глее дозы рассчитывались методом полевого опыта.
Практическая значимость работы: полученный материал может быть взят за основу при определении доз минеральных удобрений под озимую пшеницу на черноземе выщелоченном лесостепи ЦЧР.
Апробация работы и публикации: Материалы диссертации докладывались на научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2004 -2006 гг, а также на IX международной научно-производственной конференции в 2005 году, г. Белгород. По теме диссертации опубликовано 4 статьи.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, и рекомендаций производству. Она изложена на 171 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц, 4 рисунка, 31 приложение. Список литературы состоит из 191 источника, в том числе 21 иностранного.
Личный вклад автора. В работе использовались материалы, полученные автором в ходе проведенной работы. С помощью руководителя была разработана программа исследований, лично автором проведен сбор полевого материала, выполнена экспериментальная работа, теоретическое обобщение и сделаны выводы.
Диссертационные исследования проводились в соответствии с программой НИР кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки на 2000-2005 гг. № 01.200.1003985 «Агро-экологический мониторинг при длительном применении агрохимических средств в севооборотах ЦЧЗ».
Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры агрохимии за помощь в проведении исследований.
Влияние систематического применения удобрений на урожай и качество зерна озимой пшеницы
Химизация земледелия как неотъемлемая часть интенсификации сельского хозяйства призвана обеспечить дальнейший рост производства, сохранение и улучшение качества сельскохозяйственной продукции, повышение эффективности сельскохозяйственного производства путем квалифицированного применения удобрений, химических средств защиты растений, мелиорантов, ретондантов, ингибиторов и др. при переходе на интенсивную технологию возделывания важнейших культур. Как органические, так и минеральные удобрения представляют сильное средство воздействия на почву (ее химические, физические и биологические свойства) и растения - их питание, рост и развитие, устойчивость к неблагоприятным условиям, урожай и его качество. Крайне существенно то, что содержание в почве различных элементов питания растений далеко не одинаково, а это, в свою очередь не может не влиять на баланс питательных веществ, складывающийся в итоге их круговорота. Динамика питательных веществ в почве имеет большое значение для растений. Но превращение многих элементов питания культур зависит от микробиологических процессов в почве. Необходимые растениям питательные вещества растения усваивают из воздуха (углекислый газ) и почвы (минеральные соединения азота и зольные вещества). Почва содержит в доступном растениям состоянии лишь очень малую часть общего запаса питательных элементов. Содержание этой усвояемой части, в свою очередь, подвержено сильным колебаниям в зависимости от хода микробиологических и химических процессов в почве, ее реакции среды (рН), влажности, аэрации и теплового режима, а также и от динамики потребления соответствующих ионов растениями и микроорганизмами. Недостаток того или иного питательного вещества для возделываемых растений в почве восполняется внесением удобрений.
Будучи в первую очередь средством химического воздействия на растения, удобрения заметным образом влияют на микрофлору почвы, а значит, и на интенсивность биологических процессов в ней. Одновременно удобрения действуют на поглотительную способность, реакцию и буферность почвы, содержание в ней усвояемых веществ и ее физические свойства, под влиянием удобрений может возрастать даже содержание гумуса в почве. Д.Н. Прянишников отмечал, что удобрение - самый сильный рычаг агрохимии при ее вмешательстве в круговорот веществ. Без него невозможно направлять процессы питания растений, изменять качество урожая и влиять на почвенное плодородие. С удобрением в почву поступают не только все без исключения элементы питания растений, но и значительное количество органических соединений, что имеет положительное значение для физических свойств почвы и новообразования в ней гумуса. А с навозом, кроме того, в почву попадает много микроорганизмов, что усиливает в ней микробиологические процессы. Конечной целью возделывания сельскохозяйственных культур является получение определенных веществ: белка, жира, крахмала, сахара, клетчатки, витаминов и тд., которые используются как продукты питания для человека, животных или как сырье для промышленности. При внесении удобрений изменяется не только общая масса урожая, но и его химический состав. Правильное применение удобрений позволяет получать большие урожаи высокого качества. Таким образом, удобрение может содержать питательные вещества для растений, усиливать мобилизацию питательных веществ в почве, повышать энергию жизненных процессов в ней и изменять свойства самой почвы. Озимая пшеница - одна из основных продовольственных культур Центрально - Черноземной зоны России. Основными предшественниками для этой культуры являются чистые и занятые пары, что позволяет хозяйствам выращивать озимую пшеницу без применения удобрений, так как в этом случае черноземы способны обеспечить высокую урожайность культур за счет почвенных ресурсов питательных элементов. Вместе с тем в условиях ЦЧЗ этот прием не всегда обеспечивает получение зерна озимой пшеницы высокого качества. Эффективным средством решения этой проблемы является применение удобрений (Богомазов Н.П., Шильников И.А, Нетребенко И.И., 1997; Бровкин В.И., 1999,2000; Лисовой Н.В., Филатов В.П., Ревенко О.Ф., 2001). Наиболее полная информация об эффективности удобрений может быть получена при систематическом их применении в севообороте на базе стационарных полевых опытов. Так на базе стационарного опыта Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства было установлено, что на контрольном варианте озимая пшеница сформировала 29,8 ц/га зерна, под воздействием навоза 40 т/га- 35,7 ц/га. Совместное использование органических и минеральных удобрений увеличивало урожайность при дозе N60P60K60 до 43,0 ц/га; N100P120K120- 40,0 ц/га (Котлярова О.Г., Доманов М.Н.,2002). На опытном поле Центрально- Черноземного филиала ВИУА Белгородской области в почвозащитном севообороте было установлено, что наибольший урожай ценного по качеству зерна озимой пшеницы (до 47 ц/га) обеспечивался на смытом выщелоченном черноземе со средним содержанием подвижного фосфора при внесении N150P150K150, а с повышенным - при внесении Ni5oPiooK5o- (Рындыч Л.П., Явтушенко В.Е., 1989). Исследован эффект удобрений на полях Донского ЗНИИСХ в стационаре, заложенном в 1975 году.
Как показали результаты исследований, максимальная урожайность озимой пшеницы по пару (прибавка 13,2-13,5 ц з. е./га- 28%) достигнуты от использования ив 1-й и во 2-й ротациях минеральных удобрений в повышенной дозе (N180P180K180), органических - в одинарной дозе (20 т/га навоза) и от внесения минеральных и органических удобрений в повышенных дозах (40 т/га навоза + N180P180K180). Несколько ниже урожай озимой пшеницы (прибавка 10,1-11,5 ц. з. е./га - 21%) был на варианте, где азотные удобрения вносили в меньших дозах (20 т/га навоза + N40P90K90) (Шапошникова И.М., 1990). В. И. Бровкин (1999, 2000) в стационарном опыте Тульской области на черноземе выщелоченном среднесуглинистом по завершению четвертой ротации севооборота установил, что определяющее влияние на продуктивность озимой пшеницы оказали азотные удобрения. Оптимальным уровнем азотного питания озимой пшеницы по однолетним травам являлась доза N90 на уровне систематического внесения РК - фоне. При этом урожай озимой пшеницы увеличился на 74,6%. Уровень урожая зерна в опыте на NK - фоне был незначителен. Практически в четвертой ротации севооборота не наблюдали положительного влияния суперфосфата и фосфоритной муки. Известь на фо
Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве
Роль азота в питании растений велика и общеизвестна. Еще Д.Н. Прянишников (1945) писал: «Вся история земледелия в Западной Европе свидетельствует о том, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом». Проблема азота в земледелии является одной из центральных не только благодаря его первостепенному значению в повышении урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, но и в связи с негативным воздействием продуктов трансформации азота почвы и удобрений на окружающую среду (Макаров Р.Ф., 1989; Лебедева Т.В., Надеркин СМ., Надеждина Е.В., 1996; Носко B.C., Котвицкий Б.Б., Бердников A.M., Юнакова Т.А., 1997). В процессе совершенствования системы удобрения сельскохозяйственных культур особое значение отводится проблеме оптимизации азотного питания. Оптимизация азотного питания растений возможна лишь на основе комплексного подхода к изучению процессов превращения азота во внутри-почвенном цикле и агроценозе в целом, а также количественной оценке их направленности в конкретных почвенно-климатических условиях. Азот отличается от других элементов питания особенностями своего поведения в почвах, высокой мобильностью, большим разнообразием форм, способностью к сравнительно быстрой трансформации, которая определяется водным и тепловым режимом почвы, характером растительного покрова, уровнем применения удобрений и мелиорантов.
Превращение азота в почвах, динамика содержания его минеральных соединений в значительной степени определяют условия минерального питания растений на протяжении вегетационного периода, эффективность удобрений, уровень урожая сельскохозяйственных культур и его качество (Макаров Р.Ф., 1989; Лебедева Т.В., Надер-кин СМ., Надеждина Е.В., 1996; Носко Б.С., Котвицкий Б.Б., Бердников А.М., Юнакова Т.А., 1997). Ю. Д. Кушниренко (1973), проводя исследования на черноземных почвах Южного Урала, пришел к заключению: в годы с дождливой и прохладной осенью, поздней и холодной весной запасы нитратов перед посевом яровых культур не могут с достаточной надежностью характеризовать действие азотных удобрений не только из-за слабой нитрификации, но и из-за глубокого вымывания нитратов. Во влажные годы в условиях Челябинской области имеет место повышенное содержание аммонийного азота. Аммиак в свободном виде содержится в высших растениях обычно в незначительных количествах; чрезмерное накопление его ведет к отравлению растений. При недостаточном количестве углеводов аммиачный азот, поступивший в растения из почвы и образовавшийся при восстановлении нитратов, присоединяется к органическим кетокислотам, образуя первичные ами-нокислоты-аспарагиновую и глутаминовую. Азот является не только важнейшим питательным элементом для растений. Его роль так же огромна в ряде физико-химических и биологических процессов, постоянно протекающих в почве и обуславливающих ее питательный режим (Турчин Ф.В., 1964; Леонтьев А.К., 1965; Макаров Р.Ф., 1989; Найденов А.С., Солдатенко А.Г., Терехова С.С., 1991; Лебедева Т.В., Надеркин СМ., Надеждина Е.В., 1996; Волынкин В.И., Волынкина О.В., 1996; Храмцов И.Ф., Безвиконный Е.В., 1997). Азот отличается от других элементов питания особенностями своего поведения в почвах, высокой мобильностью, большим разнообразием форм, способностью к сравнительно быстрой трансформации, которая определяется водным и тепловым режимом почвы, характером растительного покрова, уровнем применения удобрений и мелиорантов.
Превращение азота в почвах, динамика содержания его минеральных соединений в значительной степени определяют условия минерального питания растений на протяжении вегетационного периода, эффективность удобрений, уровень урожая сельскохозяйственных культур и его качество (Макаров Р.Ф., 1989; Лебедева Т.В., Надеркин СМ., Надеждина Е.В., 1996; Носко Б.С, Котвицкий Б.Б., Бердников А.М., Юнакова Т.А., 1997). Трансформация соединений азота в почве определяется, прежде всего, уровнем ее микробиологической активности и соотношением процессов синтеза и разложения органических веществ. Сравнительный анализ состава азотных соединений в черноземах ЦЧЗ показывает, что количество преобладающих в почве органических соединений азота находится в соответствии с запасами в почвах гумуса и азота. При этом на долю азота аминокислот приходится 19-31% общего азота, содержание аминосахаров 6-10% и на аммонийный азот приходится 12-24% (Щербаков А.П., Чуян Г.А., Виноградов Ю.А., 1990). Увеличение поступления в биосферу азота минеральных удобрений усиливает интенсивность круговорота этого элемента в почве. Внесение азотных удобрений повсеместно повышает урожай сельскохозяйственных культур (Кудеяров В.Н., Благодатский С.А., Ларионова А.А., 1990).
Количество нитратного и аммонийного азота в почве является результатом взаимодействия двух противоположных процессов, постоянно проте кающих в почве: минерализации азота органического вещества и закрепления минерального азота в форме органических соединений. На характер протекания этих процессов в почве оказывают влияние различные факторы: свойства почвы, система ее обработки, погодные условия, внесение органических и минеральных удобрений и другие (Макаров Р.Ф., 1989; Лебедева Т.В., Надеркин СМ., Надеждина Е.В., 1996; Шпедт А.А., 1997). Основная часть азота содержится в почве в виде сложных органических соединений (94-95%) или в форме аммония, необменно - фиксируемого глинистыми минералами (3-5%), недоступно или труднодоступно растениям только малое количество азота (около 1%). Основным показателем общего плодородия всех почв, являются запасы гумуса и общего азота (Пискунов А.С., 1994). Д. Н. Прянишников указывал на то, что процессы прироста и убыли азота в почвах всегда проходят параллельно с изменениями в них количества органического вещества и конечными продуктами, положительно влияющими на урожайность, являются аммиак и нитраты (Прянишников Д.Н.,1945). Общеизвестно, что питание растений осуществляется за счет минерального азота и, казалось бы, достаточно определить сумму аммонийного и нитратного азота, чтобы судить о потребности растений в этом элементе. Однако содержание нитратов и аммонийного азота в почве зависит от почвенно-климатических условий, оно мобильно по временам года в зависимости от предшественника, возделываемой культуры и других факторов, поэтому не во всех зонах страны количественное определение азота нитратов и аммония дает корреляционную связь с урожайностью (Комиссарова И.Ф., Белосороб-ко B.C., Коваленко А .А., 1996) Ряд авторов считают, что количество минерального азота в почвах подвержено значительным изменениям под влиянием гидротермических факторов и не может быть использовано в качестве постоянной характеристики почвы в отношении обеспеченности ее усвояемым азотом (Коробцев И.И., Пигорева Н.Н., 1977).
Влияние различных доз удобрений на изменение содержания микроэлементов в растениях озимой пшеницы
Химический состав растений отражает элементный состав почвенной среды. Однако на эту закономерность оказывают влияние многие факторы. Поэтому содержание тяжелых металлов в растениях очень изменчиво и на незагрязненных почвах колеблется в широких интервалах. Почвенная среда -основной источник элементов питания для растений. В большинстве случаев скорость поглощения элементов положительно коррелирует с содержанием их доступных форм. Поэтому определение зависимости между степенью загрязнения почвы тяжелыми металлами (ТМ) и интенсивностью их поступления в растения является сложной задачей. Не все растения обладают одинаковой способностью накапливать ТМ. Это свойство связано с наличием у растений в разной степени выраженности различных физико-биохимических защитных механизмов, препятствующих поступлению токсичных элементов.
В настоящее время установлено, что избыток ТМ в почве оказывает неблагоприятное воздействие на почвенные микроорганизмы, тормозит процессы минерализации органического вещества, аммонификации и нитрификации. (Pasuna D.M., Hausstn D.T., 1984). Согласно наблюдениям многих авторов урожай и качество различных сельскохозяйственных культур могут снижаться вследствии загрязнения ТМ. (КовдаВА., 1989). ТМ, начиная с определенной концентрации, тормозят процесс фотосинтеза и уменьшают трансформацию растений. Самым важным, однако, является воздействие загрязнения растений металлами на биологию, здоровье человека и животных. (Bazzaz F.A., Rolfe G.Y., 1974).
Растения являются промежуточным резервуаром, через который ТМ переходят из почв в человека и животных, поэтому их способность накапливать высокие концентрации металлов может представлять большую опасность для здоровья людей, т.к. допускается проникновение загрязнителей в пищевые цепи. Подсчитано, что 75-85% ТМ поступает в организм человека с растительной пищей. (Pasuna D.M., Hausstn D.T., 1984). В настоящее время установлено, что фитотоксичность ТМ, устойчивость к ним растений и содержание этих элементов в растениях зависит от многих факторов. Известно, что есть растения, способные концентрировать отдельные металлы без видимых признаков угнетения. На фитотоксичность металлов большое влияние оказывают такие свойства почвы как уровень реакции среды, емкость катионного обмена, содержание органического вещества. Концентрация металлов в растениях может сильно меняться в зависимости от многих условий.
По данным В.Б. Ильина (1985) на расстоянии 1 км от металлургических комбинатов содержание цинка, свинца и кадмия в картофеле, и особенно в овощных культурах сильно увеличивалось. Например, содержание кадмия в растениях возросло в картофеле - в 4,8 раза, в томатах - в 60 раз, моркови - в 21 раз и луке - в 12 раз. Обобщенные данные большого числа авторов показали (таблица 10), что диапазон как нормальных, так и токсичных концентраций ТМ для растений очень широкий (Jones J.B., 1972; Петрушина И.С., 1974; Bergman W., at. al., 1977; Алексеев Ю.Н., 1987; Кабата - Пендиас А., Пендиас П., 1989; Ильин В.Б., 1991; Овчаренко М.М., 1997; Лукин СВ., Явтушенко В.Е., Солдат И.Е., 2000). Авторы приведенных в таблице 10 обобщенных материалов подчеркивают, что указанные интервалы концентраций микроэлементов имеют очень приближенное значение для конкретных систем почва- растение. Таким образом, точную границу между нормальным и избыточным количеством ТМ в растениях провести трудно, так как граница между безвредным и токсическим действием на метаболизм растений часто бывает близкой. Цинк выполняет важные функции в метаболизме растений. Положительная роль цинка установлена многими исследователями (Парибок Т.А., 1968; Lindsay W.L., 1972; Школьник М.Я., 1974). Растворимые формы цинка доступны для растений и по имеющимся данным потребление цинка возрастает с повышением его концентрации в питающем растворе и в почвах. Скорость поглощения цинка сильно колеблется в зависимости от вида растений и условий среды роста (Moore D.P., 1972; Loneragan J.F., 1975). По данным ряда авторов фототоксичной считается содержание его в растениях 150-400 мг/кг. В нашем опыте содержание цинка (таблица 11) на контроле и удобренных вариантах в зерне и соломе озимой пшеницы не превышало избыточного содержания и составило 29,8-34,7 мг/ кг сухой массы в зерне и 50,4-51,3 мг/кг в соломе. Свинец. К настоящему времени выявить какую либо роль свинца в метаболизме не удалось. Обзор по этому вопросу показал, что если свинец необходим для растений, то его концентрация в кормах не должна превышать 10 мг/кг (Вгоуег Т.К., et.al., 1972; Алексеев Ю.Н., 1987). Как видно из представленных данных, исследуемые растения не накапливали этот элемент выше токсичного уровня (10-300 мг/кг). Содержание свинца в зерне озимой пшеницы находилось на уровне 1,76-1,81 мг/кг, в соломе 1,82-1,98 мг/кг. Кадмий. Среди ТМ является самым опасным токсикантом. Картофель и овощи загрязняются им значительно чаще, чем другими ТМ (Ильин В.Б., 1991; Лукин СВ., Явтушенко В.Е., Солдат И.Е., 2000). По обобщенным данным минимальное снижение урожайности на 5-8% наступает при содержа ний в зерновых кадмия 5 мг/кг, кукурузе 7 мг/кг, травах 11 мг/кг (Овчаренко М.М., 1997; PasynaD.M., HaussenD.E., 1984). Как показали результаты наших исследований, содержание кадмия в основной и побочной продукции озимой пшеницы было ниже порогового значения (5-30 мг/кг).
Важно отметить, что кадмий больше накапливался в соломе, чем в зерне (в соломе 0,60-0,65 мг/кг, в зерне 0,38-042 мг/кг). Медь. Дефицит меди отражается на физиологических процессах, а следовательно, и на продуктивности растений (Школьник М.Я., 1974). По данным ряда авторов нормальное содержание меди колеблется от 3 до 20 мг/кг сухой массы. В наших опытах содержание меди в основной продукции озимой пшеницы не превышало 4,03 мг/кг и 3,56 мг/кг в побочной, таким образом, токсичного накопления этого элемента в исследуемой культуре не происходило. Никель. В литературе существует большое количество сообщений о положительном влиянии микродоз никеля на рост и ферментативную активность растений (Mcllveen W.D., et. al., 1994). Избыток никеля приводит к нарушению метаболизма азота, изменению концентраций аминокислот в растениях (Dalton D.A., Russel S.A., Evans H.J., 1988; Brown P.H., Welch R.M., Madison J.L., 1990). В общем случае границы чрезмерных или токсичных уровней никеля для большинства растений по данным ряда авторов изменяются в очень широких пределах, от 3 до 100 мг/кг (таблица 10). Как видно из представленных данных, никель концентрируется как в
Влияние удобрений на качественные показатели зерна озимой пшеницы
Как известно, удобрения являются не только средством повышения урожайности сельскохозяйственных культур, но и мощным фактором, оказывающим влияние на их качество. На Хмельницкой сельскохозяйственной опытной станции навоз и одинарные дозы минеральных удобрений слабо влияли на улучшение качества урожая. Увеличение содержания белка в зерне в основном наблюдалась на вариантах с повышенными дозами минеральных удобрений и при сочетании их с навозом. Главная роль при этом принадлежала азоту (Войтенко СИ., Иванова В.И., Андрийченко Е.А., 1990). Один из важных показателей качества зерна пшеницы - содержание белка, которое определяет его технологические свойства. Этот показатель существенно варьирует в зависимости от сорта и условий выращивания: места культуры в севообороте, нормы ее высева, вида, доз и соотношения элементов питания, а также характера их использования (Саранин К.И., 1973, Проценко Д.Ф, Кириченко Ф.Г., Мусиенко Н.Н, Славный П.С., 1975). В составе белкового комплекса зерна наиболее выражены фракции белка, выделяемые с помощью разных растворителей: альбумины, глобулины, глиадины и глютенины.
Эти фракции неравнозначны в отношении технологического свойства муки. Для хлебопечения наиболее ценные из них -клейковинные белки глютенин и глиадин, которые составляют большую часть всех белков зерна (Саранин К.И., 1973, Проценко Д.Ф., Кириченко Ф.Г., Мусиенко Н.Н, Славный П.С., 1975,, Мироненко Ф.А., 1981, Соколов И.Д., Шелихов П.В., Седова В.Т., Кирпичев И.В., 1991, Абдугалиева А.И.. 1993). Содержание белковых веществ - один из важнейших показателей качества зерна. В большинстве стран мира он является определяющим при установлении цены зерна на внутреннем и внешних рынках (Pentz W.,1991, Zim merman G., 1991, Stratmann R., 1992, Spandau P., 1993, Stratmann R., 1993). Например, в Канаде дифференциация качества зерна предусматривает содержание белка от 10 до 16 %, клейковины от 18 до 37 %. Отдельно выделен экстра - класс, с наличием 28-29 % сырой клейковины. Аналогичные стандарты приняты в других странах - производителях пшеницы. При этом стандарты на качество и цены меняются в зависимости от разной конъюнктуры рынка (Соколов И.Д., Шелихов П.В., Седова В.Т., Кирпичев И.В., 1991, Со-лохинаЕ.И.,2002). Важнейшими показателями качества зерна пшеницы является содержание белка и клейковины. Чем больше в зерне белка, тем выше его пищевая ценность. Для получения хорошего хлеба желательно иметь не менее 14% белка в зерне. Качество клейковины должно соответствовать первой группе при содержании ее в зерне не ниже 28% (Толстоусов В.П., 1989). В таблице 14 приводятся данные, характеризующие качество зерна озимой пшеницы в зависимости от применения удобрений в среднем за годы исследований. На контроле без удобрений содержание белка и клейковины в зерне озимой пшеницы составляло 11,6 и 23,3 % соответственно.
Анализ полученных результатов показывает, что внесение удобрений способствовало повышению содержания белка и клейковины в зерне озимой пшеницы. Содержание белка увеличивалось на 0,9-2,5 %, клейковины - 1,3-4,2 % по сравнению с контролем. Внесение полуторной дозы минеральных удобрений в среднем за три года повышало содержание белка в зерне озимой пшеницы на 2,5 % и клейковины на 4,2 % по сравнению с контролем. Увеличение дозы удобрений в два раза способствовало некоторому снижению качества зерна. На этом варианте по сравнению с контролем содержание белка было больше на 2,0%, а клейковины на 3,6% по сравнению с контролем. На вариантах, где нормы удобрений рассчитывались по выносу (варианты 6 и 9) было отмечено увеличение содержания белка и клейковины по сравнению с контролем на 1,5% и 2,9% (вариант 6) и на 1,9% и 3,3% (вариант 9) в среднем за три года. Таблица 14 - Влияние доз удобрений, рассчитанных разными методами, на содержание белка и клейковины в зерне озимой пшеницы (среднее за 2003-2005 гг.) Внесение дефеката (вариант 13) существенного влияния на увеличение содержания белка и клейковины не оказало, содержание белка и клейковины увеличивалось на 0,9% и 1,3% по сравнению с контролем. Наименьшее содержание белка и клейковины было отмечено на варианте, где было внесено только 40 т/га навоза. Содержание белка на этом варианте составило 12,4% и 24,1% клейковины в среднем за три года. Для 2003 года характерно самое высокое содержание белка и клейковины. На контроле было получено зерно с содержанием белка 12,2% , клейковины 25,2%. Максимальное содержание белка и клейковины отмечалось на варианте, где вносились полуторные нормы NPK, и оно составило 14,9 и 28,9 % соответственно (Приложение Н). В 2004 году содержание белка и клейковины было низким, что вероятно связано с избыточным количеством осадков, выпавших в июле, а также высокой урожайностью озимой пшеницы. На контроле в зерне озимой пшеницы в этом году содержалось 11,2 % белка и 22,1 % клейковины. На лучшем варианте (1,5 NPK) содержание белка составило 13,4 %, клейковины 26,4 % (Приложение М). Сельскохозяйственной продукции без нитратов не бывает, поскольку они являются основным источником азота в питании растений. Для получения не только высоких, но и качественных урожаев необходимо вносить в почву минеральные азотные удобрения и органику.
Потребность растений в азоте зависит от многих факторов: вида, сорта, погодных условий, свойств почвы и количества ранее применявшихся удобрений (Черников В.А., 2000). Направление поиска условий, ведущих к получению продукции с минимальным содержанием нитратов, базируется на исследованиях значения различных факторов в процессе накопления нитратов. Широкий диапазон в содержании нитратов зависит не только от биологических особенностей культур, но и от агротехнических условий выращивания и в первую очередь от применения азотных удобрений. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что в связи с интенсивным применением азотных удобрений наблюдается множество случаев избыточного накопления нитратов в растениях (Панников В.Д., 1987; ЦерлингВ.В., 1988). На содержание нитратов в растениях кроме доз азота влияет степень сбалансированности его с другими элементами (Церлинг В.В., 1988). О роли фосфора и калия в процессе накопления нитратов в растениях в настоящее время нет единого мнения. Некоторые исследователи считают, что недостаток фосфора в почве может быть лимитирующим фактором роста и развития растений и косвенно способствовать накоплению нитратов, а внесение фосфорных удобрений снижает уровень NO3. (Анспок П.И., Краулере Я.К., Симень А.Я., 1985).
