Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние бора и цинка на физиологические процессы и продуктивность растений 9
1.1 Функции бора и цинка в растениях (общие сведения) 9
1.2 Бор и цинк в почвах 14
1.3 Действие бора и цинка на урожайность сельскохозяйственных культур 19
2. Объекты, методы и условия проведения исследований 28
2.1 Почвенные условия 28
2.2 Метеорологические условия 30
2.3 Характеристика объекта исследований 35
2.4 Методика исследований..'.'. ... 36
Экспериментальная часть
3. Содержание и динамика подвижных форм бора и цинка в лугово-чернозёмной почве 44
4. Влияние бора и цинка на урожайность и качество семян капусты 52
4.1 Диагностика потребности семенников капусты в боре и цинке на основе полевого опыта 52
4.2 Оценка посевных качеств семян, полученных в опытах с микроудобрениями 60
4.3 Характеристика рассады капусты из семян семенников, удобренных бором и цинком 63
4.4 Влияние предпосевной обработки семян на показатели их прорастания 68
5. Влияние бора и цинка на химический состав семенных растений капусты 76
5.1 Содержание и распределение бора и цинка
в семенниках капусты белокочанной 76
5.2 Коэффициенты использования бора и цинка семенниками капусты из почвы и удобрений 85
5.3 Влияние бора и цинка на содержание азота, фосфора и калия в вегетативных органах семенников капусты 87
5.4 Содержание N, Р, К, протеина и жира в репродуктивных органах капусты второго года жизни в условиях применения удобрений 98
5.5 Вынос основных элементов питания и коэффициенты их использования семенниками капусты из почвы и удобрений 103
6. Содержание резервных форм элементов питания в рассаде капусты 107
7. Оценка эффективности применения бора и цинка в семеноводстве капусты белокочанной 113
Общие выводы. 116
Рекомендации производству 119
Литература
- Бор и цинк в почвах
- Характеристика объекта исследований
- Оценка посевных качеств семян, полученных в опытах с микроудобрениями
- Коэффициенты использования бора и цинка семенниками капусты из почвы и удобрений
Бор и цинк в почвах
От содержания бора и цинка в почвах в значительной степени зависит продуктивность сельскохозяйственных культур. Для определения необходимости применения микроудобрений важно учитывать не только общее содержание этих микроэлементов в почве, но и, главным образом, их усвояемые формы. Известно, что бор в почве находится в виде разнообразных соединений, обладающих различной растворимостью. Легкоусвояемыми для растений формами микроэлемента в почве являются борная кислота и её соли, растворимые в горячей воде (Я.В. Пейве, 1961). Трудно доступен или вообще недоступен растениям бор минералов (турмалин, датолит, улексит и др.) и органических соединений (В.А. Ковда, 1985).
Содержание микроэлемента неодинаково в разных типах почв. Наиболее бедны бором тундровые, дерново-подзолистые почвы. Сравнительно много его в чернозёмах, максимальные концентрации характерны для солонцов и солончаков. В целом, содержание бора в почвах бывшего СССР возрастает при движении с севера на юг (М.В. Каталымов, 1965; П.И. Анспок, 1990).
На распределение бора в различных типах почв, а также непосредственно внутри отдельного типа оказывают влияние грансостав, реакция среды, содержание гумуса. Установлено, что: - элемент имеет тенденцию накапливаться в гумусовых горизонтах за счёт образования непрочных комплексов с органическим веществом почвы (Я.В. Пейве, 1961; Н.Г. Зырин, 1974; В.Б. Ильин, 1973; Я.М. Пейсахов, 1973); - содержание валового и водорастворимого бора выше в почвах тяжёлого грансостава (В.Б. Ильин, А.П. Аникина, 1977); - почвы с реакцией среды близкой к нейтральной богаче подвижным бором в сравнении с кислыми и щелочными (П.И. Никиткина, 1960; А.С. Щетинина, 1982).
Детальное изучение бора в ландшафтах юга Западной Сибири было проведено в ИПА СО АН СССР (А.П. Аникина, 1971, 1977; В.Б. Ильин, 1973, 1988). На этой территории В.Б. Ильиным (1973) были выделены биогеохимические округа с различной концентрацией бора в почве. Отмечено, что на юге Западной Сибири сформировалась обширная область борного засоления, которая охватывает южную часть Омской области.
Среднее содержание подвижного бора в почвах - 1,2, в перегнойно-аккумулятивном горизонте - 1,5 мг/кг. Наибольшее содержание подвижного бора (2-4 мг/кг) обнаружено в гидроморфных и засоленных почвах, наименьшее - 0,3 мг/кг - в дерново-подзолистых (В.Б. Ильин, 1973; В.А. Ковда, 1985). Подвижная фракция микроэлемента в зональных почвах Западной Сибири составляет 1-3%, в засоленных - 8-10% его валового количества (М.Г. Сеничкина, Н.Е. Абашеева, 1986). Э.Д. Орлова, А.А. Неупокоев (1979, 1990) установили, что основные закономерности распределения микроэлемента в различных типах почв Омской области соответствуют общероссийским. Максимальное количество как валового, так и водорастворимого бора найдено в солонцах (55-105 мг/кг и 7,7-27,9 мг/кг соответственно). Сравнительно много валового и подвижного бора в чернозёмах: в пахотном слое 43,3 мг/кг валового и 0,8-2,5 мг/кг водорастворимого. По мнению исследователей (Э.Д. Орлова, А.А. Неупокоев, 1979, 1990), положительное действие бора на продуктивность растений можно ожидать прежде всего на дерново-подзолистых почвах. Известкование таких почв усугубляет недостаточность в них бора. Причина этому - адсорбция микроэлемента AI2O3 и Fe203 (Hateher et.al, 1967) и образование труднодоступных для растений борорганических соединений (М.В. Каталымов, 1965).
Для оптимизации питания сельскохозяйственных культур необходим учёт количества элемента в почве и его влияния на растения. Границы между концентрациями бора, обеспечивающими нормальное развитие растений и концентрациями, являющимися уже токсичными часто очень узки (Ю.А. Азаренко, 1996). По данным В.В. Ковальского (1969), содержание валового бора в почвах более 30 мг/кг приводит к избыточному поступлению его в растения и, как следствие, энтеритам животных. По утверждению Э.Д. Орловой (1989) пороговая концентрация для каждого элемента - величина относительная, так как она зависит от условий выращивания и биологических особенностей культур. Э.Д. Орловой, А.А. Неупокоевым (1990) установлены ПДК по бору для зерновых, бобовых и свёклы. Оптимальной концентрацией подвижного бора в почве согласно Я.В. Пейве (1963), М.В. Каталымову (1965) следует считать 0,5 мг/кг. В настоящее время градации почв по содержанию подвижных форм микроэлементов дифференцированы с учётом особенностей почв различных зон (Б.А. Ягодин, 1989). В.М. Красницким (1999) опубликованы данные агрохимического обследования почв Омской области и отмечено, что на значительной площади пашни содержание бора в почве высокое, в соответствии с общероссийскими градациями (табл. 1).
Характеристика объекта исследований
Капуста белокочанная (В. Capitata Lizd.) относится к роду Brassica, семейству Cruciferae (крестоцветные). Это двулетнее растение в первый год жизни образует розетку листьев и кочан, а на второй год формирует цветоносный стебель и семена. Семя у капусты округлое, со слабомелкоячеистой поверхностью. Окраска от коричневой до чёрной. Процесс получения семян капусты состоит из трёх основных звеньев: выращивание маточников, хранение их в зимний период, выращивание семенников. Фазы развития семенников капусты: 1. отрастание (20-25 дней) 2. цветение (20-40 дней) 3. плодообразование и созревание семян (60-65 дней) Продолжительность фаз сильно зависит от погодных условий. Обычно общий период вегетации семенников (от посадки до уборки) составляет 100-125 дней (И.А. Прохоров, 1981).
Отношение семенных растений к внешним условиям Температура: Оптимальной для роста взрослых растений является температура воздуха 17-18С. Длительное воздействие высоких температур угнетает растение, приводит к деформации цветков, их стерильности. Устойчивость семенников к отрицательным температурам резко падает с началом цветения (И.В. Костецкая, 1967).
Влага: Из-за крупных размеров (h - 1,2-1,7 м) и слаборазвитой корневой системы, находящейся на глубине менее 35 см, семенники капусты нуждаются в бесперебойном снабжении влагой в течение всего периода вегетации. Благоприятными являются влажность почвы 70-80% ПВ, воздуха 60-90%.
Свет: Капуста второго года жизни относится к группе растений длинного дня (17-18 часов) и нуждается в достаточном освещении (И.Е. Китаєва, В.И. Орлова, 1988). Почва: Семенники размещают на плодородных, хорошо проветриваемых участках со слабо кислой реакцией почвенного раствора: рН =6 (Пособие агронома-семеновода, 1983). Характеристика сорта
Сорт Сибирячка 60 относится к виду - капуста кочанная, подвиду - европейский, сортотипу - Белорусская (Каталог мировой коллекции ВИР, 1989; Руководство по апробации овощных культур и кормовых корнеплодов, 1982). Выведен на Западно-Сибирской овощекартофельной опытной станции путём скрещивания сортов Слава алтайская 157 и Белорусская 455. Районирован в Омской области с 1976 г. (Рекомендации по возделыванию сортов сельскохозяйственных культур и результаты сортоиспытания в Омской области за 2000 год). Сорт среднеспелый, среднеурожайный и урожайный (340-860 ц/га). Выход товарных кочанов 89-96%. Устойчив к растрескиванию, вкусовые качества хорошие и высокие. Холодостойкий, лёжкий. Кочаны крупные, бело-зеленоватой окраски, 18-24 см в диаметре, плотность средняя и хорошая (3,3-4,0 балла). Химический состав: сухое вещество - 6,7-9,1%, сумма Сахаров - 3,05-4,78%, содержание аскорбиновой кислоты - 30-35 мг%». Назначение - для использования в свежем виде в осенне-зимний период и для квашения.
Эксперимент проводился согласно схеме представленной на рисунке 3 Для решения поставленных задач было проведено 12 опытов, из них 4 полевых, 3 микрополевых, 2 производственных, 3 лабораторных. В ходе исследований выполнялись агрохимические анализы почв и растений.
Полевые опыты с удобрениями проводили на лугово-чернозёмной сред-немощной среднегумусовой тяжелосуглинистой почве, типичной для данного региона. Площадь делянок составляла от 10 до 50 м . Расположение делянок двухъярусное, ступенчатое с систематическим расположением вариантов в каждом ярусе. Повторность опыта - 4-х кратная. Бор и цинк вносили в почву перед посадкой растений совместно с макроудобрениями: N90P90K45 (1985, 1987, 1988 гг.), NQO в 1986 году. Заделывали удобрения культиватором КПС-4,0. Некорневые подкормки 0,05% растворами Н3ВО3 и ZnS04-7H20 проводили опрыскивателем в фазу цветения растений. Расход растворов составлял 300-400 л/га. В качестве макроудобрений в опытах использовали аммиачную селитру, суперфосфат, хлористый калий. Бор применяли в виде борной кислоты (17,5% В) в дозе 0,5 и 1,0 кг, цинк в виде сульфата (21,5% Zn) по 2 и 4 кг д.в./га. Перед посадкой растений проводили отбор почвенных образцов с целью получения агрохимической характеристики почвы опытного участка. Среднепочвенный образец состоял из 5 проб, взятых тростевым буром из разных мест делянки на глубину до 30 см. Применение азотных и цинкосодержащих удобрений было оправдано низким содержанием азота и цинка в почве. Учитывая, что наибольший положительный эффект от микроэлементов в большинстве случаев наблюдается на высоких минеральных фонах (Э.Д. Орлова, 1989), в опытах кроме азотных, использовались также фосфорно-калийные туки. Применение борной кислоты обусловлено поставленной целью; приняты во внимание потребность культуры в микроэлементе и его положительная роль в процессах генеративного развития растений.
Высаживали растения вручную, число растений на гектаре 21600, на делянке от 23 до 108 штук, площадь питания растений 70x70 см.
В течение вегетации семенников в опытах проводили агротехнические мероприятия: полив, рыхление, прополка. Видовой состав сорняков: лебеда садовая (Atriplex Hortensis L.), вьюнок полевой (Convolvulus arvense L.), щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus L.), осот полевой (Sonchus arvensis L.), петушье просо (Echinochloa crusgally L.). Полив осуществлялся согласно графику хозяйства с учётом влажности почвы, поливная норма 200-400 м /га.
В основные фазы развития растений (отрастание, цветение, созревание), а также после дозаривания семенников с каждой делянки отбирали растительные образцы. В качестве индикаторного органа использовали листья второго яруса, в ткани которых в лабораторных условиях определяли содержание минеральных форм азота, фосфора и калия (Ю.И. Ермохин, 1982). В высушенных и размолотых растительных образцах определяли общую концентрацию NPK, содержание нитратного азота и неорганического фосфора, а также содержание бора и цинка. В течение вегетационного периода во всех опытах проводили сопутствующие наблюдения («Методические указания по проведению полевых опытов с удобрениями овощных культур в открытом грунте», 1975; «Полевой опыт», 1968). В программу сопутствующих исследований входили: учёт метеорологических факторов и наблюдения за влажностью почвы.
Оценка посевных качеств семян, полученных в опытах с микроудобрениями
Благоприятные погодные условия мая позволили провести посадку маточников в полевом опыте №4 в оптимальные сроки, что, по мнению Ванько-вой Н.Н. (1975), приводит к формированию более крупных семян с хорошими посевными качествами. Макро- и микроудобрения, используемые в опытах, не оказали существенного влияния на массу 1000 семян капусты. Отметим, что литературные сведения по вопросу влияния бора и цинка на массу 1000 семян немногочисленны и противоречивы (М.В. Каталымов, 1965; Ч.Ч. Бобинас, 1980).
Результаты определения всхожести и энергии прорастания семян капусты, полученных в опытах, выявили наличие отклонений в значении этих показателей по годам, что следует связывать с погодными условиями в период налива и созревания семян (И.А. Прохоров, 1981).
Основное внесение макроудобрений (фон) привело к достоверному повышению всхожести и энергии прорастания семян только в условиях низких температур вегетационного периода 1985 г- опыт №1 - (табл. 4.6). В последующие годы (1986-1988 гг.) влияние фона на энергию прорастания и всхожесть семян не проявилось (табл. 4.6; 4.7).
В отношении бора и цинка установлено, что они влияют на всхожесть и энергию прорастания семян при их предпосевном обогащении этими микроэлементами, эффективность микроэлементов зависит от их дозы, а также видовых особенностей растений (А.З. Ламбин, 1952). Сведений о действии бора и цинка, внесённых в почву, на посевные качества семян капусты практически нет. Известны только результаты опытов на выщелоченных чернозёмах (цит. по Б.А. Ягодину, 1964), где бор и цинк (бура - 20 кг/га, ZnS04 - 25 кг/га) при основном внесении под семенники капусты повысили энергию прорастания и всхожесть семян.
В наших исследованиях действие бора на посевные качества семян было существенным в двух годах из четырёх (опыты №1, 3). В опыте №1 при внесении микроэлемента по 0,5 кг/га всхожесть семян капусты повысилась на 4,7% (табл. 4.6). У семян капусты, полученных в варианте фон+В10, наблюдалось снижение энергии прорастания на 12, а всхожести на 8,7%. Заметим, что содержание бора в этих семенах на 2,1 мг/кг ниже, чем в семенах, полученных в фоновом варианте (прил. Е).
В полевом опыте №3 применение бора в дозе 0,5 кг/га увеличило энергию прорастания семян на 6,2, всхожесть - 8,0%; а в дозе 1 кг/га - на 9 и 8% соответственно (табл. 4.7). Положительный результат по нашему мнению может быть связан с максимальной за годы исследований концентрацией микроэлемента в семенах - 20,4 мг/кг. В опытах №2 и 4 посевные качества семян капусты под влиянием бора не изменились. Следовательно, действие бора на энергию прорастания и всхожесть семян капусты неустойчиво и зависит от уровня обеспеченности семян микроэлементами.
Использование цинка в дозах 2 и 4 кг/га не повлияло на посевные качества семян (табл. 4.6; 4.7), но отразилось на показателях роста проростков (табл. 4.8), что можно объяснить участием цинка, содержащимся в семенах, в аукси-новом обмене в растениях.
В результате анализа представленных данных, еле дует оценить полученные в опытах семена как кондиционные, по посевным качествам не ниже норм I и II класса. Бор в дозах 0,5 и 1,0 кг/га не изменяет массы 1000 семян; влияет неустойчиво на их энергию прорастания и всхожесть, что связано с концентрацией этого элемента в семенах. Положительное влияние бора наблюдается при повышении его концентрации в семенах за счёт основного внесения до 20,4 мг/кг.
Цинк в дозах 2,0 и 4,0 кг/га не оказывает воздействия на посевные качества семян капусты, но, аккумулируясь в семенах (прил. Ж), способствует появлению лучше развитых проростков.
Коэффициенты использования бора и цинка семенниками капусты из почвы и удобрений
Бор и цинк - необходимая составная часть каждого растительного организма (М.Я. Школьник, 1974). Содержание микроэлементов в растениях различно и зависит от биологических особенностей, фазы развития и условий произрастания культур (М.В. Каталымов, 1965; Б.Р. Гладилович, Г.Г. Антонова, 1971; В.Я. Журовска, 1972; А.Л. Ковальский, 1972; П.И. Анспок, 1990). Литературные сведения о концентрации бора и цинка в семенных растениях капусты весьма скудны. В тоже время, рациональное применение микроудобрений под семенники капусты возможно лишь при использовании региональных данных о содержании бора и цинка в растениях, а также количественных характеристик потребности культуры второго года жизни в микроэлементах.
В результате проведённых нами исследований установлено, что содержание бора в семенниках капусты в 4-5 раз превышает содержание микроэлемента в зерновых культурах, выращенных в сопоставимых условиях (Т.Б. Дегтярёва, 1987). Отмечена неравномерность распределения бора по органам семенников (рис. 5.1, прил. К).
Больше всего бора содержится в листьях и кочерыге, ниже концентрация элемента в стручках, стеблях и семенах. Однако, в сравнении с семенами зерновых культур (пшеница, ячмень), где бора 2-3 мг/кг, концентрация микроэлемента в семенах капусты белокочанной значительна. По этому показателю семена капусты белокочанной находятся в одном ряду с семенами клевера и люцерны (Т.Б. Дегтярёва, 1987; П.И. Анспок, 1990). Такое распределение микроэлемента по органам семенников указывает на связь бора с важнейшими процессами в жизнедеятельности растений, а именно фотосинтезом и образованием семян. Известно, что бор не способен к реутилизации в связи с чем от его недостатка прежде всего страдают молодые органы растений (М.В. Каталымов, 1965).
Отмечено, что количество бора в листьях второго яруса, используемых для диагностических целей, зависит от фазы развития растений. Согласно данным таблицы 5.1, листья капусты в фазу цветения содержали в 1,4 раза больше бора, чем во время уборки. Однако, и на момент уборки растений концентрация микроэлемента в листьях была высокой, то есть растения испытывают потребность в боре в течение всей вегетации, но особенно сильно в первую её половину, что следует связывать с развитием их вегетативной массы и репродуктивных органов (В.В. Церлинг, Е.В., Бобко, 1963; Я.М. Пейсахов, 1973). Минеральные удобрения не привели к существенным изменениям концентрации микроэлемента в листьях, ботве, семенах.
В отношении бора заметим, что по окончании формирования семян, потребность растений в этом элементе снижается (М.Я. Школьник, 1974) и аккумуляция бора в репродуктивных органах культуры идёт уже в меньшей степени, чем прежде. В опыте №1 это повлекло за собой уменьшение концентрации бора в семенах и увеличение его содержания в листьях культуры, однако, при этом содержание микроэлемента в общей массе ботвы не изменилось. Подчеркнём, что вообще концентрация бора в ботве ниже его содержания в листьях, поскольку при анализе ботвы в образцы входили все органы культуры, за исключением семян. Нами отмечено, что содержание бора в ботве различно в разные годы, причем диапазон колебаний широк: lim 30,3-51,6 мг/кг (прил. Е). Последнее мы склонны объяснять известной в литературе зависимостью содержания бора в растениях от метеоусловий (М.В. Каталымов, 1965). Концентрация бора в семенах более стабильна и в среднем составляет 14,5±0,6 мг/кг (lim 13,3-15,6 мг/кг). В варианте Фон+В10 (опыты №2-4) она достоверно выше фоновой, коэффициенты накопления микроэлемента - 1,2-1,3. Согласно обобщённым за годы исследований результатам, применение минеральных удобрений под семенники капусты белокочанной не изменило существенно содержание микроэлемента в семенах и ботве культуры. Внесение бора в дозе 1 кг/га не оказало влияния на его концентрацию в ботве растений, но в среднем на 25% увеличило содержание микроэлемента в семенах (табл. 5.2).
Совместное применение бора (1 кг/га) и цинка (4 кг/га) сопровождалось резким снижением (62%) концентрации бора в семенном материале капусты. Отметим, что совместное использование микроэлементов с целью увеличения выхода семян было нецелесообразным (табл. 4.1). Вероятно, результат в данном случае объясним антагонистическими отношениями между бором и цинком, на существование которых указывается в работах Singh I.P. с соавторами (1990), И.В.Аштаб(1994).
По результатам исследований были рассчитаны нормативные показатели потребности семенников капусты в боре: вынос микроэлемента, а также его затраты на формирование одного центнера семян. Установлено, что вынос бора семенниками капусты на лугово-чернозёмной почве составляет 183-284 г/га (прил. Е). Согласно литературным источникам (М.В. Каталымов, 1965; П.И. Анспок, 1990, Э.Д. Орлова, 1989), вынос бора зерновыми культурами значительно ниже: 20-40 г/га, а отзывчивыми на бор сахарной и столовой свёклой: 140-270 г/га, то есть сопоставим с полученными в наших исследованиях показателями.
