Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ и состояние изученности вопроса (обзор литературы) 11
1.1 Химический состав растений - функция уровня минерального питания и состояния окружающей среды 11
1.2 Взаимодействие ионов при поступлении в растения 20
1.3 Сортовые особенности минерального питания культур 30
1.4 Диагностика обеспеченности растений минеральным питанием 33
2 Объекты, условия и методика проведения исследований 37
2.1 Агрохимическая характеристика почв 37
2.2 Климат и метеорологические условия в годы проведения исследований. 39
2.3 Общие сведения о методике полевых опытов 44
2.4 Методика лабораторных исследований 50
2.5 Условные обозначения. 51
3 Диагностика потребности растений в удобрениях на основе полевого опыта 52
4 Диагностика потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях на основе химического анализа почвы 64
4.1 Макроэлементы в почве 64
4.2 Микроэлементы в почве 69
4.3 Связь величины урожая культур с содержанием элементов питания в почве и уровни обеспеченности ими растений 81
4.4 Диагностика условий минерального питания и расчет доз удобрений при основном внесении 87
4.5 Использование химического анализа почвы в практике применения удобрений 92
4.5.1 Нормативные параметры минерального питания сельскохозяйственных культур 92
4.5.2 Влияние удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур... 114
5 Диагностика потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях на основе химического анализа растений ... 128
5.1 Макроэлементы в растениях 130
5.1.1 Содержание макроэлементов в растениях в зависимости от фазы развития и применяемых удобрений 131
5.1.2 Химический состав листьев растений в связи с применением удобрений 140
5.2 Микроэлементы в растениях 149
5.2.1 Микроэлементный состав растений 151
5.2.2 Отношение между азотом как источником питания и микроэлементами в растениях 171
5.2.3 Отношение между фосфором как источником питания и микроэле ментами в растениях 177
5.2.4 Отношение между калием как источником питания и микроэлемен тами в растениях 181
5.3 Взаимоотношения между азотом, фосфором и калием как источниками питания и кальцием, стронцием в растениях 188
5.3.1 Кальций и стронций в растениях 188
5.3.2 Отношение между фосфором как источником питания и кальцием, стронцием в растениях 201
5.3.3 Отношение между азотом и калием как источниками питания и кальцием, стронцием в растениях 208
5.4 Влияние расчетных доз удобрений на содержание и соотношение микроэлементов в растениях 212
5.5 Оптимальное содержание и соотношение элементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля 218
5.6 Использование химического анализа растений в практике применения удобрений 23 8
6 Удобрение и качество урожая 247
6.1 Содержание нитратов в кормовых и овощных культурах 247
6.1.1 Кормовые культуры 252
6.1.2 Овощные культуры 255
6.2 Влияние удобрений и сорта на накопление витамина С (на примере редиса) 261
6.3 Влияние удобрений и сорта на содержание крахмала в клубнях картофеля 264
6.4 Влияние удобрений на питательную ценность корма 266
7 Биоэнергетическая и экономическая оценка применения удобрений .. 272
Выводы 279
Предложения производству 281
Библиографический список 283
Приложения 324
- Диагностика обеспеченности растений минеральным питанием
- Климат и метеорологические условия в годы проведения исследований.
- Диагностика потребности растений в удобрениях на основе полевого опыта
- Связь величины урожая культур с содержанием элементов питания в почве и уровни обеспеченности ими растений
Введение к работе
Актуальность темы. Современное земледелие потребовало новых концептуальных подходов к решению проблемы регулирования питания растений. Многочисленные исследования и практика производства показывают, что среди факторов формирования урожая приоритетное значение принадлежит плодородию почвы и потенциальной продуктивности растений. При этом все факторы формирования урожая реализуются в конечном итоге через почву и в итоге через растения - поэтому почву и растения нужно рассматривать в неразрывном единстве/116/.
В настоящее время при разработке систем удобрения, с целью получения возможно высоких урожаев сельскохозяйственных культур, часто не учитываются возможные агрохимические и экологические проблемы. Одним из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроэкоси-стем является несбалансированное поступление в почву и растения микроульт-раэлементов, в том числе относящихся к тяжелым металлам. С процесса поглощения растениями химических элементов из почвы начинается движение минеральных веществ по цепи питания, заключительными звеньями которого являются животные и человек. При недостатке или избытке того или иного элемента снижается качество и количество продукции, что непосредственно отражается на здоровье животных и человека.
Промышленные макроудобрения наряду с основными элементами питания содержат ряд таких как стронций, свинец, кадмий, никель, цинк, хром и др., которые в литературе с научных позиций сегодняшнего дня получили название балластных и токсичных примесей. В период роста и развития растений эти элементы принимают участие в метаболических процессах, но вынос их не контролируется, хотя они влияют на продуктивность возделываемых культур. Таким образом, человек вовлекает в круговорот веществ такие элементы, которые в природной среде находятся в небольших концентрациях, а в биологическом отношении отличаются выраженными токсическими свойствами. Например, в
результате интенсивного применения фосфорных удобрений создаются условия для повышения содержания стронция и кадмия в почве и растениях.
Применение удобрений должно быть строго нормированным. Реализация этого принципа возможна лишь при наличии сведений по оптимальному содержанию и соотношению элементов питания в почве и растительной продукции, что позволяет оптимизировать минеральное питание с использованием методов почвенной и растительной диагностики.
Одним из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроценозов является несбалансированное поступление в растения макро- и микроэлементов. Химический состав и продуктивность культур являются функцией различных уровней плодородия почв и применяемых на них минеральных удобрений. В связи с этим в настоящее время для получения максимально высоких и биологически полноценных урожаев сельскохозяйственных культур требуется установление их связей и закономерностей в системе химического состава почвы-растения, представление их в математическом выражении с учетом почвенно-климатических условий, особенностей возделывания и реакции конкретной культуры и сорта.
Проблема определения сбалансированных доз удобрений, обеспечивающих высокие урожаи продукции в количественном и качественном отношении, является вопросом первостепенной важности. При применении удобрений нужно нести «дежурство», чтобы не нарушить равновесие элементов питания в почве и растениях. В связи с этим весьма актуальным является исследование закономерностей поступления макро- и микроэлементов в системе удобрение-почва-растение, их влияния на величину, биологическое качество растениеводческой продукции и их прогноз на основе почвенно-растительной оперативной диагностики («ПРОД»).
Изучение накопления макро- и микроэлементов сельскохозяйственными культурами является научной задачей, позволяющей решить комплекс следующих проблем: определение параметров видовых, морфологических, гено-
типических, возрастных особенностей химического состава и условий питания основными элементами питания культурных растений; изучение элементного состава растений для оценки современного состояния окружающей среды; оценку чувствительности разных видов растений к составу фона и обоснование выбора тестовых видов растений, химический состав которых определяет состояние окружающей среды; создание базы данных содержания в растениях химических элементов всей периодической системы Д.И.Менделеева (в том числе сбор первичной информации о концентрациях элементов, роль и значение которых в биосфере недостаточно исследованы ни физиологами растений, ни биохимиками); выявление аккумуляторных и индикаторных свойств растений; прогноз изменения состояния окружающей среды по данным мультиэле-ментного состава растений и др. Особенно актуально в настоящее время определение содержания химических элементов в растениях в связи с активным вовлечением их в геохимический круговорот в результате интенсификации процессов антропогенного воздействия /217, 245/.
Цель исследований - разработать агрохимические и физиолого-биохимические нормативные параметры для диагностирования минерального питания растений, оптимизации применения удобрений, агрохимической и агро-экологической оценки действия минеральных удобрений на содержание макро- и микроэлементов в сельскохозяйственных культурах, обеспечивающие получение высокого и качественного урожая на черноземных почвах Омской области. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
выявить действие удобрений на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур;
определить уровень содержания и соотношения макро- и микроэлементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в зависимости от видовых, генотипических, возрастных особенностей и условий минерального питания;
изучить антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов при поступлении их в растения в зависимости от уровня и соотношения макроэле-
ментов в почве и физиологической потребности растительного организма на разных стадиях онтогенеза;
установить оптимальные уровни содержания и соотношения макро- и микроэлементов в системе почва-растение с учетом возрастных изменений и сортовых особенностей растительного организма;
установить нормативные физиологические и агрохимические количественные показатели потребности растений в элементах питания, их использования из почвы и удобрений и интенсивности действия единицы удобрений на химический состав почвы и растений, что позволит диагностировать и прогнозировать эффективность удобрений, величину и качество урожая возделываемых культур;
дать оценку биоэнергетической и экономической эффективности применяемых на основе системы «ПРОД» удобрений.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях Западной Сибири выявлены математические зависимости действия минеральных удобрений на концентрацию и соотношение ряда макро- и микроэлементов в почве и растениях кормовых, овощных культур и картофеля, на основе которых предлагаются нормативные агрохимические характеристики (в т.ч. с учетом сортовой специфики), позволяющие оптимизировать минеральное питание растений на основе разработанных принципов системы «ПРОД». В работе выявлено действие удобрений на величину и качество урожая ряда культур; установлены оптимальные уровни содержания и соотношения макроэлементов в черноземных почвах; определены уровни содержания и соотношения 17 макро- и микроэлементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в зависимости от видовых, генотипических, возрастных особенностей и условий минерального питания; установлен антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов при поступлении их в растения в зависимости от уровня и соотношения макроэлементов в почве и физиологической потребности растительного организма на разных стадиях онтогенеза; определены закономерности содержания и отноше-
ния кальция и стронция в растениях и почве в зависимости от применяемых удобрений и возделываемой культуры; установлены нормативные физиолого-биохимические и агрохимические количественные показатели потребности растений в элементах питания, их использования из почвы и удобрений и интенсивности действия единицы удобрений на химический состав почвы и растений.
Защищаемые положения: закономерности действия минеральных удобрений на урожайность химический состав почвы и растений кормовых, овощных культур и картофеля с учетом сортовых особенностей; оптимальные уровни содержания и соотношение элементов питания в почве и растениях; физио-лого-агрохимические нормативные параметры потребности растений в элементах питания, коэффициентов использования и интенсивности действия удобрений на химический состав почвы и растений.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что выявленные закономерности дают возможность оптимизировать поступление макро- и микроэлементов в растения с помощью использования разработанных нормативных параметров системы «ПРОД», и тем самым управлять эффективным плодородием почвы, процессом формирования величины и качества урожая выращиваемых культур.
Установленные количественные связи основных агрохимических показателей почвы с видами и дозами удобрений, их эффективностью и урожайностью являются теоретической основой для построения экологичных систем удобрений с учетом потребности культур и сортов, уровня плодородия каждого поля и другими факторами.
Различия в чувствительности отдельных сортов к концентрации элементов питания в почве, называемые сортовой или генотипической спецификой минерального питания растений, обусловливают неодинаковое потребление и использование питательных веществ сельскохозяйственными культурами, что находит отражение в размере и химическом составе формируемой культурами
биомассы. От этого, в свою очередь, зависит качество получаемой продукции. В работе выявлена сортовая специфика минерального питания овощных культур и картофеля и разработаны нормативы для применения удобрений.
Комплексный метод оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур используется при внесении удобрений в качестве основного (до посева) и в период роста и развития растений. Данный метод позволяет нести «дежурство» в применении промышленных удобрений, чтобы не нарушить равновесие элементов питания в почве и растении.
Разработанные параметры режима минерального питания ряда сельскохозяйственных культур (по системе «ПРОД») позволяет создать гибкую систему удобрения полей для получения максимально возможных и экономически выгодных урожаев в условиях Западной Сибири.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ЗАО «Тепличное», «Заря» Омской области, АООТ им. Бородина и «Асыл-Тукум» Кустанайской области (приложения 66-69) на площади 607 га, экономический эффект составил 572 тыс. руб. Материалы исследований используются при подготовке специалистов агрономического, агрохимического и агроэкологического профиля, по дисциплинам «Агрохимия», «Система применения удобрений», «Оптимизация и моделирование минерального питания растений», «Физиологические основы растительной диагностики» (приложение 70).
Апробация исследований. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Современные проблемы оптимизации минерального питания растений» (Н. Новгород, 1998г.), на Всероссийской молодежной научной конференции «Растение и почва» (Санкт-Петербург, 1999 г.), на конференции молодых ученых, посвященной 400-летию земледелия Омского Прииртышья, на межрегиональной научно-практической конференции «Природа и природопользование на рубеже XXI века», на региональной научно-практической конференции «400 лет землепа-
шества Омского Прииртышья» (Омск, 1999 г.), на конференции ученых Сибирского региона, посвященной 30-летию Селекционного центра СибНИИСХ (Омск, 2000 г.), на конференции молодых ученых Сибирского региона (Омск, 2003 г.), на II, III, VI, VII, IX, X научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ (1996-2004 г.г.), опубликованы в 37 работах, в т. ч. в журналах «Агрохимия», «Доклады РАСХН», «Вестник РАСХН», «Плодородие» и в 3 монографиях.
Работа выполнена в Омском государственном аграрном университете. Исследования по теме диссертации проводились по плану научно-исследовательской работы кафедры агрохимии по темам: «Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур на основе комплексного метода почвенной и растительной диагностики» (№ госрегистрации 21.01.74025242), «Разработать теоретические модели и методологические основы повышения эффективности плодородия почв, режимов питания растений для получения экологически чистой продукции растениеводства» (№ госрегистрации 01.980007246), «Усовершенствовать интегральную систему почвенно-растительной диагностики минерального питания, эффективности удобрений, величины и качества. урожая сельскохозяйственных культур (система ИС-ПРОД-2)» (№ госрегистрации 01.2.00102531).
Автор выражает искреннюю благодарность за методическое руководство и всестороннюю помощь научному консультанту доктору с.-х. наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату государственной премии имени акад. Д.Н. Прянишникова РФ Ю.И. Ермохину. В проведении исследований большую помощь оказали сотрудники лаборатории диагностики минерального питания растений и кафедры агрохимии ОмГАУ Л.М. Лихоманова, Н.К. Тру-бина, В.П. Кормин, Г.Д. Аверина, А.Ф. Иванов и В.В. Лайшевских, за что автор выражает им глубокую благодарность. В связи с тем, что представленная работа является частью многолетних комплексных исследований, в ней использованы некоторые материалы исследователей, работавших совместно с автором.
Диагностика обеспеченности растений минеральным питанием
Оптимальные дозы минеральных удобрений для конкретных условий возделывания в основном были получены в результате постановки полевых опытов с удобрениями. Но в результате полевого эксперимента устанавливается только конечное действие удобрений на урожай. При этом полевой опыт имеет ряд недостатков - громоздкость, необходимость повторения во времени, сезонность и связанные с этим длительность и дороговизна исследований /24/. При больших схемах в полевых опытах начинают сказываться различия в почвенном покрове. При повторении опытов в течение ряда лет невозможно учесть изменения метеорологических условий.
Более прогрессивным в этом отношении является комплексный подход к проблеме: для диагностирования обеспеченности культур минеральным питанием используется анализ почвы и растений /46-48, 72, 96, 112, 116, 265, 266 и др./. В Западной Сибири под руководством Ю.И. Ермохина разработаны параметры почвенно-растительной оперативной диагностики минерального питания более чем для 20 культур /36-40, 106-108, 112, 190, 207, 225, 317 и др./.
Определение запасов доступных элементов питания в почве до посева позволяет установить потребность в удобрении при основном внесении. Для этого необходимо установить оптимумы содержания основных элементов питания в почве для конкретных культур и величину повышения содержания питательных веществ в почве от единицы внесенных удобрений.
Взаимосвязи между ионами в питании растений устанавливаются при химическом анализе листьев или черешков листьев и наблюдений за внешним видом растений в условиях полевых опытов. При этом чаще проявляются нарушения в питании растений в скрытой форме, когда растения испытывают недостаток в питании, а признаки не проявляются, но анализ растений указывает на отклонение от нормального питания /46-48, 116, 200, 329 и др./.
Химический анализ растений позволяет внести коррективы в процесс их питаниях помощью дополнительного внесения удобрений в определенные фазы развития, а также прогнозировать величину конечного урожая и его качество задолго до уборки. Контроль над питанием растений производится по установленным оптимальным уровням и соотношениям элементов питания в вегетативной массе. При этом также требуется знать закономерности варьирования химического состава культур от доз удобрений и используемых сортов.
Явление голодания растений наблюдается не только при недостатке того или иного элемента в почве, но также и в силу других причин, в частности при антагонизме ионов в растворе. Например, при избытке в почве кальция в растения плохо поступает железо, что внешне проявляется в виде хлороза /69/. По наблюдениям К.П. Магницкого /200/, на кислых песчаных и супесчаных почвах у картофеля часто наблюдаются одновременно на листьях признаки магниевого голодания, а на стеблях — признаки токсичности марганца. Внесение магниевых удобрений устраняет оба эта признака. Причиной этого является антагонизм между ионами магния и марганца. Когда почва бедна магнием, растения имеют низкое содержание его в листьях и в силу антагонизма марганец усиленно поступает в растения, что и вызывает появление признаков его вредного действия. Внесение магниевых удобрений изменяет соотношение между ионами в пользу магния, и оно ослабляет поглощение марганца.
Многими исследователями было установлено, что элементный состав растений меняется при переходе их от одной фазы онтогенеза к другой. Следовательно, оптимальные уровни элементов питания в листьях, тканях и целых растениях необходимо устанавливать для определенных фаз развития культур /53, 112, 116, 122, 200, 329, 398/.
Для диагностики потребности культур в минеральных удобрениях важным является и установление коэффициентов использования элементов питания из почв и удобрений, которые имеют региональный характер. Они зависят от вида культуры, сорта, уровня урожая, свойств почвы, климата, количества и вида применяемых удобрений, способов их внесения, химических методов исследования и других условий /24, 95, 171, 183, 224, 287, 339/.
Из сказанного выше следует, что для эффективного применения удобрений, своевременного и точного исправления условий питания, определения величины и качества урожая задолго до уборки культур необходимо применение комплексного метода почвенно-растительной оперативной диагностики, который включает в себя три момента /112/: 1) установление обеспеченности растений элементами питания до посева на основе химического анализа почвы и расчет доз удобрений для предпосевного внесения; 2) контроль над питанием растений в период их активного роста и развития с помощью тканевой диагностики и установление возможных нарушений в обеспечении культур элементами питания путем подкормок; 3) научное прогнозирование величины урожая и его качества по установленным формулам и связям на ранних стадиях развития растений.
Установление агрохимических параметров и закономерностей для данного метода, представление их в математическом выражении с учетом почвенно-климатических условий, особенностей возделывания культур и учета реакции конкретного сорта в настоящее время является необходимостью для получения максимально высоких и биологически полноценных урожаев кормовых, овощных культур и картофеля.
С практической точки зрения, выявленные закономерности должны быть использованы для диагностики минерального питания растений и правильного установления доз удобрений с учетом содержания и соотношения ионов в почве и растениях, как показателя оптимальных или несбалансированных доз удобрений или уровня содержания элементов в почве.
Климат и метеорологические условия в годы проведения исследований.
Территория Омской области расположена на юге Западно-Сибирской низменности, по среднему течению р. Иртыш. Поверхность области представляет собой пологоволниетую равнину с незначительным уклоном с юга на север. Плоскоравнинный характер поверхности способствует беспрепятственному проникновению холодных арктических масс воздуха с севера и теплых сухих - из Средней Азии. Это обуславливает формирование резко континентального климата. Климат зоны характеризуется суровой продолжительной зимой, короткими жарким летом, весною и осенью. Непродолжительный безморозный период - неблагоприятная черта климата территории /6, II. Температурный режим отличается резкими колебаниями по годам, по месяцам и даже в течение суток. Абсолютная годовая амплитуда температуры воздуха довольно значительна (80 - 90 С), что подчеркивает резкую континен-тальность климата. Характерна большая изменчивость средних температур. Так, средняя температура января - самого холодного месяца в г. Омске может варьировать в отдельные годы от - 30,6, до - 11,2 С при средней многолетней -18,9 С, а температура июля - самого жаркого месяца от + 14,9 до + 22,7, при среднемноголетней + 18,4 С. Неблагоприятной чертой климата являются поздние весенние и ранние осенние заморозки, что обуславливает короткий безморозный период. В районе г. Омска последний весенний заморозок отмечали 12 июня, а первый осенний - 22 августа. Переход среднесуточной температуры воздуха через 10 С происходит весной в середине мая, осенью в середине сентября. Помимо резких колебаний температуры в течение года, климат области отличается сухостью, недостатком осадков, малой облачностью /155/. По степени влагообеспеченности зона южной лесостепи Западной Сибири относится к районам неустойчивого увлажнения.
Среднегодовая сумма осадков составляет 300-350 мм, большая часть которых - 70-80 % годового количества - выпадает летом. Это сглаживает их недостаток для роста и развития сельскохозяйственных культур (таблица 2.1). Осадки в период вегетации выпадают крайне неравномерно. Максимум их наблюдается в июле. Отличительной особенностью зоны являются частые раннелетние, июньские засухи 111. Обилие света и тепла в течение вегетационного периода в значительной мере возмещает краткость периода с положительными температурами и ускоряет вегетацию растений. Это является положительной стороной климата. В годы проведения исследований сложились различные метеорологические условия (приложения 2 и 3, рисунки 3 и 4), количество осадков и температурный режим характеризовались типичным для зоны непостоянством. По метеорологическим условиям 1979, 1986, 1987 г.г. - характеризовались как влажные, 1977-1980, 1982 -1984, 2000, 2001 г.г. - умеренно влажные, а 1976, 1981, 1985, 1996-1999 г.г. как засушливые. В целом они отражали основные черты климата - недостаток влаги, высокие летние температуры и резкие их колебания. Изучаемые культуры имеют различную чувствительность к изменению погодных условий, что влияло на их продуктивность. Очень важен благоприятный температурный режим в первые две-три недели после посева, особенно таких культур как суданская трава, сорго-суданковый гибрид, кукуруза, столовая свекла, редис. Например, в 1999 г. в первую декаду июня температура была 16,3, во вторую 15,3, а в 2000 г., соответственно, 12,8 и 13,5 С. Это привело к замедленному развитию растений и понижению урожайности кукурузы в 2000 г. (приложение 7). В 1996 г. в результате значительного понижения температуры в августе (на 2,8С ниже среднемноголетней, таблица 2.2) растения сорго-суданкового гибрида вообще не сформировали урожай отавы.
К недостатку влаги чувствительны в той или иной степени все культуры. Особенно требователен к условиям увлажнения лук репчатый - из-за того, что его корневая система расположена в верхнем, часто пересыхающем слое. Самые засухоустойчивые из изучаемых культур являются сорговые. Так как овощные культуры и картофель выращивались при орошении, недостаток влаги сглаживался этим фактором. При выращивании на богаре запасы продуктивной влаги в слое почвы 0 -100 см перед посевами составили 95-175 мм (приложения 4 и 5) в значительной степени зависели от выпавших осадков и соответствовали среднемноголет-ним(120-150мм). Закладку опытов с удобрениями, все учеты и наблюдения проводили по общепринятым методикам /99, 210, 212, 213, 223, 329, 352, 359/. Оценку опытных данных и вьывление взаимосвязей в системе почва-растение-удобрение производили методами дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализов /99/. Учеты и наблюдения за ростом и развитием растений были приурочены к фазам развития, отбору растительных образцов и уборке культур: а) фенологические периоды развития растений отмечались тогда, когда не менее 70 % всех растений вступали в данную фазу; б) густоту стояния растений определяли в период всходов на закрытых площадках 0,5 м2 в трехкратной повторности на каждой делянке; в) нарастание зеленой массы и сухого вещества определяли срезами всех растений с площади 0,5 м в двукратной повторности; г) влажность почвы определяли через каждые 10 см до посева и после уборки на контрольном варианте. В ходе вегетации проводили: а) отбор почвенных образцов для определения нитратного азота, подвиж ного фосфора и обменного калия, микроэлементов. Средний почвенный обра зец, отобранный с каждой делянки двух несмежных повторностей, включал 30 проб, взятых тростевым буром из разных мест делянки на глубину до 30 см. В варианте без удобрений образцы отбирали на глубину до 1 м через 20 см; б) отбор растительных образцов в основные фазы развития. Растительные образцы (органы-индикаторы и целые растения) отбирали по диагонали деля нок с тех же повторностей, с которых брали почвенные образцы. Средние про бы составляли из 10 растений или 25 листьев.
Диагностика потребности растений в удобрениях на основе полевого опыта
Основным способом оценки потребности растений в удобрении служит полевой опыт, который позволяет установить роль отдельных элементов питания в повышении урожая культур, установить закономерности между содержанием элементов питания в почве, растениях, величиной и качеством урожая/24/.
Нами в полевых опытах (приложения 6-16) установлены лучшие дозы удобрений под кормовые, овощные культуры и картофель. Они получены для почв со средним и реже низким содержанием нитратного азота, низким и средним - подвижного фосфора и высоким - обменного калия. Результаты полевых опытов позволяют установить показатель взаимосвязи (коэффициент «Ь») между величиной урожая (у) и дозами удобрений (х), который показывает, на сколько в среднем изменяется величина одного признака (у, ц/га) при изменении другого (х, кг/га) по формуле.(1):.
Для определения количества необходимых удобрений под кормовые, овощные культуры и картофель следует располагать следующими данными: величиной прибавки урожая, коэффициентом интенсивности действия единицы удобрений на величину урожая («Ь») и соотношением N:P:K в удобрениях, определенных для каждой культуры (таблица 3.1).
Оценивая действие отдельных видов удобрений в условиях Западной Сибири на черноземных почвах, следует отметить, что урожайность культур определяется в основном уровнем азотного и фосфорного питания. Действие калийных удобрений на урожай было слабое (кроме корнеплодных растений).
Важным показателем при оценке агрохимических мероприятий является окупаемость 1 кг действующего вещества удобрений полученной дополнительной продукцией. Коэффициент «Ь», установленный в наших исследованиях фактически является нормативом, сравнивая с которым отдачу от удобрений в конкретной производственной обстановке, можно оценить эффективность внесения удобрений. Например, количество дополнительно полученной зеленой массы сахарного сорго на 1 кг удобрений реально в 0,47 ц или 47 кг, суданской травы - 44 кг, брюквы 71 кг и т.д. (таблица 3.1).
Разнообразие сортов культурных растений возникло в ходе селекции на продуктивность в разных почвенно-климатических условиях. При этом отбор чаще всего проводили либо непосредственно на продуктивность, либо на основе учета так или иначе связанных с продуктивностью косвенных морфологических признаков. В ряде случаев в качестве показателей учитывали результаты только физиологических опытов. Однако способность к поглощению и усвоению минеральных элементов у отбираемых форм непосредственно не определяли. Поэтому разнообразие в конечном итоге либо следствие отбора форм на продуктивность, либо результат естественной адаптации растений к заданным условиям корневого питания /156, 157, 380 и др./. Максимальную отдачу от удобрений можно установить изучив сортовые особенности минерального питания при использовании различных доз и сочетаний удобрений.
Нами в полевых опытах выявлены особенности минерального питания различных сортов редиса, определены прибавки урожая, коэффициентом интенсивности действия единицы удобрений на величину урожая («Ь») и соотношение N:P:K в удобрениях, определенных для каждого сорта или гибрида (таблица 3.2).
Располагая необходимыми данными, можно определить количество питательных элементов (Д), которое требуется для обеспечения запланированной прибавки урожая (таблицы 3.1-3.2). Его определяют по формуле (2):
Пример. Использование вышеизложенного метода расчета дозы удобрения с учетом сортовой специфики. В исследованиях выявлено, что среднюю прибавку урожая корнеплодов редиса сорта Жара можно получить 1,8 т или 18 ц/га. При этом наилучшим сочетанием является соотношение питательных веществ в удобрении (N:P: К)-2:1:1, т.е. в сумме число частей равно четырем. Коэффициент интенсивности действия 1 кг д.в. удобрений на величину урожая редиса Жара равен 0,10 (таблица 3.2).
Связь величины урожая культур с содержанием элементов питания в почве и уровни обеспеченности ими растений
Основной задачей почвенной диагностики является прогнозирование отзывчивости культур на удобрения в конкретных почвенных условиях. Известно, что урожайность культур на той или иной почве возрастает не беспредельно, а только в зависимости от биологии культуры и определенного уровня содержания питательных веществ в почве и растениях. Часто наблюдается, что при повышении концентрации химических элементов в почвенном растворе происходит прекращение роста урожая или даже его снижение.
В связи с вышесказанным нужно решить главную проблему - проблему нормирования содержания химических элементов в почве и растениях с учетом конкретных величин формирования урожая в конкретных природных условиях, что позволит управлять процессом развития растений, качеством формирующейся продукции и эффективным плодородием.
Для этого с помощью математических методов устанавливалась взаимосвязь между содержанием доступных элементов питания в почве и урожайностью различных культур и сортов. Это позволяет объективно оценивать экспериментальные данные и определять в конкретном случае условия питания растений. Наши многолетние исследования показали, что между динамичным химическим составом почвы (х) и величиной урожая (у) имеется тесная корреляционная зависимость (таблица 4.12) (г = 0,55-0,90 и 0,60-0,94 для азота и
фосфора соответственно). Коэффициент регрессии (R у/х) даёт суммарную характеристику этой связи в диапазоне от низкой до оптимальной обеспеченности посевов элементами питания. В данном случае при изменении в почве содержания нитратного азота или подвижного фосфора на 10 мг/кг почвы урожайность, например, зеленой массы суданской травы изменится за два укоса на 2,8 и 2,0, а сорго-суданкового гибрида- на 2,9 и 3,1 т/га. Знание этих количественных характеристик позволяет прогнозировать формирование продукции, действие удобрений на урожайность и разработать оптимальный химический состав почв.
Сорта изучаемых культур также индивидуально реагируют на химический состав почвы. Например, данные таблицы 4.13 показывают наличие корреляционной связи между химическим составом почвы (х) и величиной урожая различных сортов редиса (У). Наиболее тесная связь наблюдается между фосфором почвы и урожайностью (г = 0,66 - 0,93). Коэффициент регрессии (R у/х) дает количественную характеристику этой связи в диапазоне от низкого до оптимального уровня содержания и соотношения элементов питания в почве для каждого сорта редиса. При увеличении в слое почвы 0-30 см содержания N-N03, Р2О5 и К20 на 10 мг/кг урожайность корнеплодов редиса сорта Краса, Radius, Жара, Tarzan, Scharo, Дунганский, Rebel увеличивается, соответственно по сортам OTN, Р205 иК2Оэ на 0,8, 3,3, 1,6; 0,8, 1,1, 1,7; 1,4, 0,5, 0,7; 1,6, 0,4, 0,6; 1,6, 3,9, 3,0; 3,3, 19,1, 8,7; 3,1, 1,0 и 3,1 т/га. При этом сорт Дунганский более отзывчив на изменение содержания фосфора, калия в почве; наименее отзывчивы, соответственно, сорта Tarzan и Краса.
Ю.И.Ермохиным /112/ разработаны градации обеспеченности растений картофеля и овощных культур элементами питания в условиях черноземов Западной Сибири (таблица 4.14).
Но для каждой культуры существует свой оптимальный уровень содержания в почве того или другого элемента питания. Нами, с помощью математических методов, установлены взаимосвязи между содержанием питательных веществ в почве и величиной урожая и определены оптимальные уровни содержания элементов питания в лугово-черноземных почвах и обыкновенных черноземах Западной Сибири перед посевом и в ранние фазы развития растений (таблица 4.15). Данные показатели позволяют не только определять, но и регулировать условия питания конкретной культуры путем применения расчетных доз удобрений.
Из приведённых показателей оптимальных величин азота, фосфора и калия видно, что, например, суданская трава, сорго-суданковый гибрид и брюква предъявляют одинаковые требования к азотному питанию - оптимальное содержание нитратного азота впочве у них практически одинаковое (40 - 45 мг/кг). К уровню доступного фосфора суданская трава более требовательна, чем сорго-суданковый гибрид и брюква (оптимальное содержание его, соответственно, 80 и 62 мг/кг). Лук наиболее чувствительная культура к уровню азотного питания: увеличение содержания N-NO3 в почве более 15 мг/кг ведет к заметному уменьшению урожая луковиц.
Для диагностики микроэлементного питания сельскохозяйственных культур используются различные градации, одной из главных проблем является наличие различных методик определения микроэлементов в почве. Нами на основе градации Н.К. Крупского и A.M. Александровой /134, 211, 238 и др./ с учетом данных полевых опытов в условиях черноземов Западной Сибири предлагается следующая группировка черноземных почв по обеспеченности растений кормовых, овощных культур и картофеля микроэлементами (таблица 4.16). Она предполагает применение в качестве экстрагента ацетатно-аммонийного буфера с рН 4,8 - основного метода определения подвижных форм микроэлементов в почве в настоящее время.
Похожие диссертации на Оптимизация минерального питания кормовых, овощных культур и картофеля на черноземах Западной Сибири
