Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Бор в почвах солонцовых комплексов лесостепи Западной Сибири и влияние его на растения

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Бор в почвах солонцовых комплексов лесостепи Западной Сибири и влияние его на растения"

На правах рукописи

ОД , ,

АЗАРЕНКО Юлия Александровна

БОР В ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ВЛИЯНИЕ ЕГО НА РАСТЕНИЯ

06.01.04 —«Агрохимия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ОМСК 1998

Работа выполнена в Омском государственном афарном унивсрситсгс

Научные руководители - доктор с.-х. наук, профессор Нрмохмн Ю.И., кандидат биологических наук, доцент Парфенов Л И.

Официальные оппоненты: доктор с.-х. наук, профессор Трофимов И.'Г., кандидат с.-х. наук, с.н.с. Бсзвиконный И В.

. Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства

Защита состоится 4 нюня 1948г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 120.19,01 в Омском государственном афарном университете

Адрес. 644008, г. Омск, Институтская площадь, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского 1'АУ

Автореферат разослан 14 апреля 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Пьянов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бор является незаменимым элементом питания растений, так как регулирует углеводный, фенольный, ауксиновый , белковый обмены, деление клеток, дыхание, фотосинтез (Бобко Ii.В., 1963; Каталымов М.В., 1965; Школьник М.Я., 1974; Анспок П.Я., 1990 и др.).В то же время установлено, что высокие концентрации бора в почве (>5 мг/кг подвижной формы) снижают урожай растений , приводят к избыточному его накоплению в кормах и вызывают борные энтериты животных (Ковальский В В., 1974; Алиханова О.И., 1980; Орлова Э.Д., Неупокоев A.A., ! 990).

Известно, что на юге Западной Сибири существует обширная область борного засоления почв(Ильин В.Б., Аникина А.П., 1974). Избыточное количество бора присуще солонцовым почвам, площадь которых в Западно-Сибирском регионе составляет 8,8 млн.га, половина из них находится в пашне. Очевидно, что причиною низкого плодородия солонцов является не только поглощенный натрий, щелочная реакция среды, плохие водно-физические свойства, но и очень высокое содержание в них подвижного бора. Следовательно, необходима корректировка системы земледелия и мелиоративных мероприятий на солонцовых почвах с учетом содержания в них бора. Между тем, при выращивании сельскохозяйственных культур на этих почвах не учитывается степень их борного засоления и влияние его на урожай и качество растений, не разработаны шкала бороустойчивости растений и способы снижения избыточного количества бора в почве. Поэтому потребовалось детальное изучение распределения бора в почвах солонцовых комплексов и влияния избыточных его концентраций на растения.

Работа является составной частью научно-исследовательской темы лаборатории по мелиорации солонцов ОмГАУ (номер государственной регистрации 01.9.40001037).

Цель и задачи исследований, Цель работы заключалась в установлении закономерностей распределения бора в почвах солонцовых комплексов лесостепи Западной Сибири, изучении бороустойчивости возделываемых на них культур и выявлении способов снижения токсического воздействия избытка бора на растения.

В задачи исследований входило:

• определить содержание бора в почвах и грунтовых водах солонцовых комплексов;

• установить содержание бора в различных растениях в зависимости от его уровня в почвах;

• изучить влияние высоких концентраций бора в почве на поступление бора и Ca в растения ячменя, костреца, донника и их продуктивность;

• изучить действие химических мелиорантов на содержание бора в солонцах и выращенных на них растениях;

• дать оценку биоэнергетической эффективности применения мелиорантов иа помпах с избыточным содержанием бора.

Научная попита:

• - впервые в разных геоморфологических районах в условиях лесостепи Омской области установлены закономерности содержания валового и подвижного бора в разных видах солонцов различных типов засоления и в почвах, залегающих с ними в комплексе;

• определены коэффициенты водной миграции бора в грунтовых водах и коэффициенты биологического поглощения бора растениями на почвах с разным уровнем его содержания;

• разработаны агрохимические нормативные характеристики содержания бора в почвах и растениях, соотношения Са:В в растениях ячменя, костреца и донника, выноса и коэффициентов использования бора культурами из почвы (КИП);

• изучено влияние мелиорантов на содержание бора в солонцах и выращенных на них растениях.

Практическая значимость. Результаты исследований необходимы при разработке рекомендаций по освоению почв солонцовых комплексов и выращиванию на них сельскохозяйственных культур, для прогнозирования накопления в них бора, для биогеохимического районирования и оценки экологического состояния территории Омской области.

Защищаемые положения:

• почвам и грунтовым водам солонцовых комплексов Ишим-Иртышской, Омь-Иртышской, Барабинской и Курумбельской равнин присуще борное засоление;

• высокое содержание подвижного бора в почвах солонцовых комплексов является одной из причин их низкого плодородия, снижения урожайности и качества растений в зависимости от их биологических особенностей, возраста, способности к накоплению бора и кальция;

• применение гипса и фосфогипса приводит к существенному снижению количества бора в солонцах и растениях.

Апробация работы и реализация результатов исследований. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОмГАУ п 1994, 1995, 1996, 1997 годах, на Международной конференции по экологии "Роль России и Сибири в развитии экологии на пороге XXI века" (г.Омск, 1997). По результатам исследований опубликовано тесть работ. Исследования прошли производственную проверку в учхозе №1 ОмГАУ на

80 га и показали положительные результаты по эффективности влияния мелиорантов на плодородие почв, величину и качество урожая сельскохозяйственных культур с одновременным снижением борного засоления солонцов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, рекомендаций производству, приложений. Изложена на 248 страницах, содержит 73 таблицы, 10 рисунков, 36 приложений. Список литературы включает 179 названий, в том числе 25 работ иностранных авторов.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение содержания бора в почвах солонцовых комплексов проводили на территории Ишим-Иртышской, Барабинской и Курум-бельской равнин. Валовой бор определен в 14 почвенных разрезах, подвижный бор - в 9 разрезах зональных почв, в 26 разрезах и 7 скважинах почв солонцовых комплексов. Содержание микроэлемента установлено в 60 пробах грунтовых вод, 49 образцах естественной растительности.

Для изучения бороустойчивости растений была проведена серия вегетационных и микрополевых опытов на искусственно засоленной бором лугово-черноземной среднемощной среднесуглинистой почве с высоким уровнем содержания подвижного фосфора и обменного калия и низким нитратного азота. Исходное содержание подвижного бора составило 2,4 -3,0 мг/кг. Бор вносили в почву в виде борной кислоты, а в опытах с ячменем также в виде буры в концентрациях, часто встречаемых в солонцах: от 5 до 15 мг/кг.

С 1989 по 1995 годы проведено 7 вегетационных опытов с ячменем сорта Целинный -5. В них изучали влияние высоких концентраций бора на продуктивность растений, накопление ими бора в зависимости от уровня элемента в почве и содержания хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия. В опытах использовали пахотный слой лугово-черноземной почвы, немелиорированного и мелиорированного коркового солонца. Действие высоких концентраций бора на кострец безостый сорта СибНИИСХоз - I и донник желтый сорта Омский изучали в микрополевых опытах на опытном поле ОмГАУ. Для создания определенного уровня бора в почве ею вносили на глубину 0-20 см. С 1992 по 1995 годы было проведено 12 опытов с культурами . В почве определяли содержание бора весной и осенью в слое 0-20 и 20-40 см, в растениях - в основные фазы их развития. За это время проанализировано около 500 почвенных и растительны* образцов.

Погодные условия в годы экспериментов сильно варьировали но основным параметрам: осадкам и температуре. Нолевой сешн 1<)'>2 I оыл

прохладным и сухим (сумма осадков составила 89% к норме), 1993 и 1994 I г. - теплыми и влажными, 1995 г. - теплым и сухим ( осадков выпало 91%).

Во пссх объектах исследований (помпах, водах, растениях) количество бора устанавливали колориметрическим методом с азометином - 11. Подвижный бор извлекали из почвы кипящей водой. Валовой бор в почве определяли после сплавления её с содой при температуре 900° С. Содержание бора в растениях устанавливали после их сухого озоления. Остальные анализы выполнены общепринятыми методами. Урожайные и аналитические данные обработаны методами математической статистики (Вольф В.Г., 1966; Доспехов Б.А., 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БОР В ПОЧВАХ И ГРУНТОВЫХ ВОДАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Разнообразие условий почвообразования явилось причиной большой пестроты почвенного покрова и определило контрастное распределение в нем бора . В целом, содержание бора возрастает при продвижении с севера на юг территории, что связано с уменьшением промытости почв. Наименьшее количество бора (13,3 -21,0 мг/кг валового и 0,22 -0,38 мг/кг подвижного) находится в подзолистых, несколько больше в серых лесных почвах. Чернозёмам присуще более высокое содержание валового (34,1 -50 мг/кг) и подвижного (1,5 - 3,0 мг/кг) бора. Доля подвижного бора от валового наименьшая в подзолистых почвах : I -2 %, более высокая в серых лесных почвах и черноземах (2,5 - 8,7%).

Ковда В.А. (1937, 1985) относил бор к числу элементов, вызывающих засоление почв. Как показали наши исследования, в почвах солонцовых комплексов уровень содержания валового и подвижного бора значительно выше, чем в зональных почвах (табл. 1,2). В немалой степени этому способствовали природные условия: резкая континентальность климата, дефицит атмосферного увлажнения и малая дренированность территории, при которых соединения бора вместе с хлоридами, сульфатами и содой накапливались в засоленных почвах, Среди почв солонцовых комплексов наименьшее количество валового бора находится в солонцеватых и солончакопатмх разностях лугово-черноземных и луговых почв, существенно больше бора содержится в солончаках , максимальное накопление члеменга присуще солонцам. Установлено, что содержание валового бора как в зональных, так и в ингразональных почвах сущее 1 пенни зависит от уровня его в породе (г 0.68i0,I3) и содержания ч.тщ.'п.1ч часпщ (г 0,67+0,08).

1. Содержание валового бора в почвах солонцовых комплексов

А В С

Почва 15 ± гп , мг/кг V, X + т , мг/кг V, х + т мг/кг V, %

Нт % Пт % Пт

Лугово-черкозёмные

солонцеватые и солон- 61.7+8.0 22,3 59.7+2.0 5,8 57,5+2,8 8,4

чаковатые, луговые 51,6-77,5 59,0-62.9 52,2-64,2

солонцеватые и солон-

чаковатые

Солончаки 97,2 - 61,0 - 49,7 -

Солонцы 69.4+7.5 50,4-126,1 32,3 78.1+5.4 50,4-130,3 29,2 1Ш.1 52,2-118,3 27,3

Значительная доля бора в почвах приходится на его подвижные формы : 7-15% в солонцеватых и солончаковатых почвах, 10-22,6% в солончаках, 13,6 -19,2% в солонцах. Содержание подвижного бора в почвах солонцовых комплексов часто превышает уровень 5 мг/кг, что указывает на наличие в них борного засоления.

В пахотном слое лугово-черноземных и луговых солонцеватых почв количество водорастворимого бора изменяется от 3,8 до 5,3 мг/кг , постепенно увеличивается с глубиной и достигает максимума в породе (7,9 -9,3 мг/кг). Содержание элемента в солончаковатых почвах выше; в горизонтах А 4,9 -9,4 мг/кг, в нижней части В и С до 10,9 - 22 мг/кг. Корреляционный анализ показал, что уровень подвижного бора в солонцеватых и солончаковатых почвах существенно зависит от валовых запасов элемента (г =0,86± 0,08), степени засоления (г =0,59+ 0,22), количества Ыа +(г =0,72+0,18) и С1' (г =0,76±0,17).

Для солончаков присуще накопление валового и подвижного бора в верхней части профиля, в то время, как в породе количество элемента значительно ниже. Содержание бора в солонцах зависит от их видовой принадлежности. Наиболее высокое количество элемента содержится в солонцах корковых ( в А 57,3 - 130,3мг/кг валового и 4,4 - 23,7мг/кг подвижного). Максимум накопления бора отмечается в иллювиальных горизонтах, играющих роль физико-химического и механического барьеров, благодаря их тяжёлому грансоставу, высокой плотности, содержанию оксидов железа и алюминия, адсорбирующих микроэлемент. В надсолонцовых горизонтах и породе бора несколько меньше.

В глубоких солонцах количество валового бора в 1,3-1,5 раза меньше, чем в корковых, распределение его по горизонтам довольно равномерное с тенденцией к увеличению содержания бора в породе. Уровень подвижного бора в надсолонцовом горизонте мелких, средних и

2. Вариационно-статистические показатели содержания подвижного бора в почвах солонцовых комплексов Омской области

А, Апах (0-20) В1 (20-40 см) В2.ВЗ.В4 (60-80см) С(> 140 см)

Почва Бор, мг/кг V, Бор, мг/кг V, Бор, мг/кг V, Бор. мг/кг V,

х+т 11т % Х±Я1 Нт % Нт % х+т Нт %

Солонцеватые и солончаковатые лугово- чериозёмные, луговые солонцеватые и солончаковатые 5,4±0,8 3,8-9,4 41,7 7,1 ±2,0 4,9-16,3 69,0 10,4+2,8 4,7-22,2 72,1 8,1+2,8 5,0-10,9 25,3

Солончаки 17,4+5,0 7,4-22,0 50,0 7,6+0.4 7,4-7,8 10,0 6,3+0,1 6,2-6,4 1,6 6,5+0,4 5,3-8,0 15,3

Солонцы 9,5±1,3 4,0-23,7 60,1 15,0+2,1 3,5-37,2 63,7 15,8±1,8 4,0-27,6 46,1 10,8±0,5 4,5-15,9 26,5

Солод» 8,6+1,3 6,3-10,9 26,7 1,5+0,5 1,0-2,6 48,3 2,0+0,3 1,6-2,6 28,0 2,4±0,4 1,6-3,0 30,0

Примечание: Токсический уровень содержания подвижного бора для ряда сельскохозяйственных культур > 5 мг/кг почвы (Алиханова О.И.,1980, Орлова Э.Д., Неупокоев А.А.,1990)

глубоких солонцов составляет 4,5-4,7 мг/кг, увеличиваясь с глубиной до 11,3-15,8 мг/кг.Установлено, что в солонцах, содержащих соду, количество бора значительно больше, чем в хлоридных и сульфатных солонцах. Выявлена достоверная зависимость содержания подвижного бора в солонцах от количества валового бора (г=0,71± 0,08), рН (г 0,73+ 0,05), суммы СО,2' +НСОГ(г-0,66± 0,05), количества ила (г-0,70±

0,04).Среди почв солонцовых комплексов наименьшее количество бора имеют солоди: в горизонтах Ао , А) до 10,9 мг/кг, во всей нижней части профиля . содержание микроэлемента значительно ниже токсического уровня.

Статистическая обработка аналитических данных для совокупности исследованных почв показала, что уровень подвижного бора в почвах солонцовых комплексов существенно зависит от валовых запасов элемента (г=0,75± 0,06) и рН среды (г=0,74±0,04).

Таким образом, исследования показали, что почвам солонцовых комплексов присуща различная степень борного засоления, которую необходимо учитывать при выращивании сельскохозяйственных культур.

БОР В ГРУНТОВЫХ ВОДАХ ПОЧВ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

Исследования, проведённые на территории стационаров проблемной лаборатории по мелиорации солонцов ОмГАУ, показали, что в почленно-грунтовых водах солонцовых комплексов концентрация бора выше, чем в поверхностных . Так, в пресной воде Оми содержание бора составляло 0,17 -0,26 мг/л, в воде болота 0,25 мг/л. В то же время количество бора в грунтовых водах солонцов и солонцеватых почв достигало 1,2 и 1,08 мг/л соответственно, превысив предельную концентрацию - 0,5 -0,7 мг/л (Коллингс Г.Х., 1960, Панкова Е.И., Айдаров И.П., 1995), что свидетельствует об их борном засолении. Поэтому грунтовые воды при близком залегании к поверхности являются одним из источников поступления бора в почву и фактором перераспределения элемента в почвенном профиле. Величина коэффициента водной миграции бора (КВМ) изменялась в поверхностных водах от 8,0 до 20,0, в грунтовых - от 0,4 до 5,5, что характеризует его как легкоподвижный водный мигрант. Среднее значение КВМ бора составило 4,4, что соответствует данным Ильина В.Б. (1973), установленным для юга Западной Сибири. Чёткой связи содержания бора в водах со степенью их минерализации не обнаружено (г=0,43±0,13; п=47). Наиболее обогащены бором воды содового и гидрокарбонатного типов засоления, между количеством бора и суммой СОз2' +НСОГ установлена существенная связь (г=0,54± 0,13).

ПОСТУПЛЕНИЕ БОРА В РАСТЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ЕГО В ПОЧВЕ

Известно, что бор является элементом с высоким потенциалом накопления, а избыток его в биомассе растений снижает их урожайность и представляет опасность для животных (Ковальский B.C., Ананичев А.А., Шахова И.К.,1965; Липкинд И.М., Алиханова О.И.,1973; Ильин В.Б., Аникина А.П.,1977). В связи с этим было изучено содержание бора в культурах, выращиваемых на засоленных почвах, а также в естественной растительности, являющейся важным источником корма для животных.

Кор в естественной растительности. Как показали исследования, содержание бора в растениях зависит от их видовой принадлежности, возраста, содержания бора в почве. Наименьшее количество бора имеют злаки (в среднем 8,3 мг/кг сухой массы), коэффициенты биологического поглощения ими (КБП) невелики : 1,1 - 4,0. Растения из семейств сложноцветных, крестоцветных, губоцветных содержат бора значительно больше: 23,9-51,8 мг/кг, КБП = 3,8-10,9. Высокая интенсивность биологического поглощения бора (20,5-49,0 мг/кг, КБП=8,8-14,6) характерна для бобовых растений. Растения галофиты : полыни, кохия опушенная, астра солончаковая, клоповник мусорный, накапливая значительные концентрации бора (25,9-51,9 мг/кг, КБП=3,6-Ю,9), обладают высокой адаптационной способностью к избытку бора в среде.

Естественные сенокосы и пастбища на юге Западной Сибири часто располагаются на солонцовых почвах, содержащих много бора. Как показали исследования, уровень бора в почве оказывает существенное влияние на поступление его в растение . Количество бора во всех видах растений на солонцах с высокой степенью борного засоления было выше, чем на лугово-чернозёмной почве с нормальным уровнем элемента. Наибольшую интенсивность накопления бора имеют одуванчик, клоповник мусорный, донник. Коэффициент интенсивности действия «в» I мг/кг бора почвы на содержание его (мг/кг) в растениях составил соответственно 0,87; 0,55; 0,43. Злаки в ранние фазы развития поглощают бор очень интенсивно ( в фазу выхода в трубку "в" = 1,05), взрослые растения накапливают невысокие количества элементов. Следовательно, на почвах с борным засолением растения, особенно в молодом возрасте, накапливают бора больше, чем на не засоленных почвах, поэтому необходим контроль за содержанием микроэлемента в растительности на почвах солонцовых комплексов

Содержание бора в ячмене .Вопрос о способности злаков накаи-лнвлп, бор дтшелыше время являлся дискуссионным Кокатьскпп В В.

(1957) считал, что злаки не накапливают много бора, а борные биогеохимические провинции должны стать злаковым поясом. Исследования Ильина В.Б., Аникиной А.Щ1977), Орловой Э.Д., Неупокоева А.А. (1990) показали, что в зависимости от концентрации бора в почве злаковые растения могут поглотать его » очень большом количестве. Это нашло подтверждение в наших исследованиях, фрагменты которых приведены в реферате, В вегетационных опытах на искусственно засоленной бором (8,0-17,0 мг/кг) почве было установлено, что. концентрация бора в вегетативной массе ячменя в фазу колошения увеличивается пропорционально содержанию его в почве в 5-18 раз и достигает очень высоких величин - 829-1350 мг/кг. Интенсивность накопления бора колосьями намного ниже, содержание его при борном засолении почвы возрастает всего в 2,5-3,6 раз. Между содержанием бора в почве и надземной массе ячменя была установлена тесная корреляционная связь: г = 0,94±0,09.

В специальном вегетационном опыте растения выращивали на почвах с разным естественным уровнем бора . Было установлено, что накопление бора в растениях зависит от содержания его в почве. Наименьший уровень бора находился в ячмене, выращенном на лугово-чернозёмной почве, а на солонцах его было в 2-4 раза больше и достигало значительной величины. Максимальная интенсивность накопления бора растениями наблюдалась при искусственном борном засолении почвы. Несмотря на одинаковое количество подвижного бора в солонце и засоленной бором лугово-чернозёмной почве, поступление элемента в растения на солонцах проходило в 4-9 раз слабее, а коэффициенты "в" интенсивности действия бора в этих условиях были минимальными. Меньшая интенсивность накопления бора в растениях на солонцах связана с их неблагоприятными физико-химическими и водио-физическими свойствами, при которых корневая система растений угнетена. Было предположено, что одной из причин слабого использования бора ячменём на солонцах может быть антагонизм борат-иоиов с ионами легкорастворимых солей почвенного раствора. Результаты специальных вегетационных опытов подтвердили это предположение и показали, что хлориды, сульфаты натрия и сода, содержащиеся в почве, сокращают поступление бора в растения.

Кострец безостый и донник жёлтый. Исследования показали , что кострец безостый, как и ячмень, имеет слабый механизм защиты от избыточного содержания бора в почве. Интенсивность поступления бора в растения зависит от концентрации его в почве, возраста растений и условий выращивания (табл. з).

ч

3. Влияние повышенных концентраций бора в почве на поступление его в

Бор н слое почки 0-20 см. мг/кг Нор в сухой массс растений, мг/кг, в укосах " в "

первый | второй первый | второй

1 ГОД ЖИЗНИ *

2,6 14.2 ± 1,0 14,1± 1,0 - -

6,(> 60,2 ±4.9 59,8 ± 2,9 11,1 9.7

Н.5 118 ± 3,2 121± 5.2 17,6 18,1

12.5 204 + 2,9 201+ 10,0 13,5 13,3

2 год житии, 1993 г

2,(> 7.4 ± 1,0 12,1 ± 0,4 - -

<1,2 10,5 ±0,6 18.2 ±0,4 1.2 2,3

7.3 17.6 ±0.5 25,8 ±2,7 23 3,1

8.7 25,0 ±2,1 30,7 ± 1.2 3.7 3.9

*1 укос - выход в трубку, остальные укосы - колошение.

Наиболее интенсивное поглощение бора культурой наблюдалось в первый год сё жизни. При содержании элемента в почве 6,6-12,5 мг/кг количество его в растениях возрастало в 4,2-14,4 раза, а коэффициенты "в" достигали значительных величин. Кострец второго года жизни в фазу колошения поглощал бор значительно меньше ("в"=1,2-3,9), несмотря на высокое содержание подвижного бора в почве. Это объясняется "эффектом разбавления" концентрации бора в тканях костреца второго года жизни, имеющем о более высокую продуктивность, чем в первый год, проникновением корневой системы в незаселенные бором слои почвы, снижением концентрации элемента в слое 0-20 см. В опытах 2 и 3 были получены аналогичные результаты. Корреляционный анализ выявил тесную существенную зависимость между содержанием бора в культуре (у, мг/кг) и количество подвижной формы элемента в почве (х,мг/кг): г~0,85-0,99. На основании обобщённых данных выведены уравнения регрессии, позволяющие по данным анализа почвы на содержание в ней бора ориентировочно прогнозировать накопление его в растениях в разные фазы развития: для культуры первого года жизни в фазу выхода в трубку -

у~7,8х - 2,0 (I); для костреца второго года жизни в фазу кущения -

у 7,1x1 11.1 (2): в фа<у колошении - у- 1,9 < 3,2ч (3)

Накопление бора в надземной массе костреца в фа 1\ колошения на солошыч в ее юс] ненны\ условиях было невысоким 12-13 мг/кг. Более

п>

интенсивного поступления элемента в культуру можно ожидать в ранние фазы её развития при достаточном увлажнении.

Донник жёлтый, как бобовая культура, имеет большую потребность в боре, чем злаки. Установлено, что высокие концентрации бора в почве способствуют усилению накопления его в надземной массе донника, однако интенсивность пою процесса значительно ниже, чем у костреца (табл.4).

4. Содержание бора в надземной массе донника в зависимости от

концентрации ею в почве ( опыт 2,1993-1994гт.)

1 ГОДЖ1ПНН 2 год житии

бор в почве, мг/кг" ветвление 1 укос, цветение бор в почве, мг/кг 1 укос 2 укос

Кор в растениях, мг/кг

2,6 45,4± 3,3 34.0± 1.5 2.6 40 6+ 1 8 41,8± 0 5

6,6 61,(>±5.8 4(1,4± 4 5 6 2 45,5± 1,7 45.1 ±0,5

8.5 88,5± 2,5 45.8+ 0,1 7.3 51,7± 1.7 47,2± 1.0

! 2,5 47,1± 1,7 56 2+ 1,6 8 7 66,2± 5,0 5б.2± 1 2

Коэффициент «в»

6.6 4.0 0.3 6.2 1.4 0,9

8.5 7,3 1.1 7.3 2,4 1 1

12.5 5.2 1 7 8.7 4.2 2 4

Наиболее интенсивно донник поглощает бор в ранние фазы (ветвление). В фазу цветения степень накопления бора донником как первого, так и второго годов жизни, значительно снижалась, а содержание его в культуре при наиболее высоком уровне элемента в почве не превышало 56,2-66,2 мг/кг. Меньшая степень поглощения бора донником по сравнению с злаками обусловлена биологическими особенностями культуры: значительной концентрацией в её тканях Са, препятствующего избыточному поступлению элемента в растения. Тесная существенная связь между уровнем микроэлемента в почве (х, мг/кг) и надземной массе донника (у.мг/кг) подтверждается высокими коэффициентами корреляции (г 0,70-0,96). Для практического использования предложены уравнения пропкна накопления бора в надземной массе донника в зависимости от содержания его в почве:

в фазу ветвления - у 34.8• 5,0х (4);

в фазу цветения -у 32,3>3,3х (5)

"СООТНОШЕНИЯ КАЛЬЦИЯ И ЬОРА В РАСТЕНИЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ЬОРПОГО ЗАСОЛЕНИЯ ПОЧВ Ижестио, что нормальное развитие растений обеспечивается при строгом балансе в жанях между кальцием и бором (Школьник М.Я , 1'>7-1; Чсрнавииа И А ,|970) Но пому было изучено влияние бора на солержание

Са.в растениях. Установлено, что злаки (ячмень, кострец) содержат немного Са: 0,27-0,82%, а Са:В в них составляет для ячменя в фазу колошения 155-197, для костреца в разные фазы 227-449. Повышенные концентрации бора в почве приводили к увеличению содержания Са в злаках, однако его защитная роль против избытка бора в питательной среде была слабой Соотношение Са:В в растении резко нарушалось: в ячмене до 7-37, в костреце до 69-263. При этом на растениях наблюдались признаки борного токсикоза, приводящие к снижению их урожайности.

Содержание Са в доннике в несколько раз выше (1,39-2,94%), чем в •злаках. Резкое нарушение отношения Са:В в культуре наблюдалось только в фазу ветвления (с 536 до 377). В фазу цветения соотношение Са:В в доннике уменьшалось не столь значительно, как в злаках (с 313 до 251), что определяет высокую бороустойчивость культуры.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ БОРА В ПОЧВЕ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ Ячмень. Результаты исследований показали, что высокие концентрации бора в питательной среде в значительной степени снижают урожайность растений (табл.5).

5.Влияние бора на продуктивность ячменя в фазу колошения __ (вегетационные опыты)_

Вариант Нор в почве мг/кг 1989г , опыт 1 | 1090 г , опыт 2

Общая сухая масса Засохшие листья

г/со с % г/с ос % г/с ОС %

^пиРлц.Кгпо-фОН 2,6 6,6 100 7,7 100 0,8 2,2

фон+В5 8.0 5.7 86 5,5 71 1,2 5,6

фон+Вщ 13,0 5,3 80 5,0 65 1,9 14,0

фон+Вю* 13,1 4,2 55 1,7 13,3

фон+Вц 17,0 3,0 45 - - - -

НСР« 0,4 0.8

Признаки токсичности бора проявлялись на растениях в виде бурых пятен и краевых ожогов на листовых пластинках, их засыхания н скручивания, что в конечном итоге негативно отразилось на продуктивности культуры. При содержании бора в почве 8,0 мг/кг надземная масса ячменя уменьшалась на 14-29%, при концентрации 17 мг/кг почвы - на 55%. Степень снижения продуктивности ячменя не зависела от химической природы соединений бора и в вариантах с борной кислотой и бурой была одинаковой. Следовательно, содержание подвижного бора в почве >8 мг/кг является токсичным для ячменя.

Кострец безостый и донник жёлтый. Кострец безостый, как и ячмень, оказался весьма чувствительным к избытку бора в почве, о чём свидетельствуют результаты проведённых исследований. В качестве примера представлены результаты только одного из опытов (табл.6).

Таблица 6. Влияние высоких концентраций бора в почве на продуктивность костреца безостого и донника жёлтого_

Бор в почве, мг/кг Сухая масса,i/m" Сухая масса, % к

контролю

1 год 2 год 1 тол 2 ГОД Ж1П1Ш 1 год 2 год жизни

жични жизни

1 укос 1 vkoc 1 2 укос 1 укос 1 укос | 2 укос

Кострец

2,6 2,6 109 390 500 - - -

6,6 6.2 100 398 484 92 102 97

8.5 7,3 49,5 356 465 45 91 93

12,5 8.7 49,6 34Х 435 46 89 87

НСР„< 9.0 34.0 30,0

Sx,% 3.9 2,9 2,1

Донник, фаза цветения

2,6 2.6 493 516 264 - - -

6,6 6,2 473 4°6 244 96 94 92

8,5 7,3 466 494 204 95 94 77 "

12,5 8,7 426 434 200 86 84 76

НСР„5 30 23 26

Ss.% 2,2 2,4 3,7

*1укос - выход в трубку, остальные укосы - колошение.

Наиболее сильно от борного токсикоза страдали растения I года жизни. В вариантах с борным засолением почв всходы растений были изрежены, на листьях наблюдались хлороз и краевые ожоги, в игоге продуктивность культуры фазы выхода в трубку снизилась уже при концентрации бора в почве в 6,6 мг/кг, а дальнейшее возрастание степени борного засоления почвы приводило к сокращению урожайности на 5455%. Растения второго года жизни более устойчивы к избытку бора в среде, снижение продуктивности культуры при борном засолении почвы составило 7-13%. Сходные результаты были получены в опытах 2 и 3. Таким образом, предельным является содержание подвижного бора а почве для растений первого года жизни 6 мг/кг, второго - 8 мг/кг.

Исследования, проведённые с донником, показали, что при сильном борном засолении почвы продуктивность культуры также значительно снижается (табл. 6). Однако, визуальные признаки токсичности бора наблюдались у донника только в фазу всходов, а продукжвноаь ею снижалась при содержании бора в почве 12,5 мг/кг. Следова1ельно. донник более устойчив к избытку бора в среде, чем ячмень и кострец

Обобщённые данные по продуктивности растений в зависимое!» <ч уровня <"х>р;| в почпс и п н,т;нсмной массе прелскт.тены в юб.т 7

п

7.11родуктивность растений в зависимости от уровня бора в почве __( обобщённые данные)_

Бор, мг/кг Снижение

н почве | в растениях продуктивности, %

6.6 Кострец, 1 год жизни, выход в трубку 54.3 16

8,5 114 34-55

12.5 202 37-54

Донник, 1 год жизни, цветение

12,5 66,6 20

Ячмень, колошение

13,0 805-964 29-45

Сопоставление продуктивности растений с содержанием подвижного бора в почве, общего бора и его соотношения с Са в надземной массе

этих

позволило установить оптимальные и критические значения показателей для растений разного возраста (табл.8).

8.Оптимальные и критические уровни подвижного бора в почве,

Фаза Содержание бора, мг/кг Са:В

в слое почвы 0-20 см в растениях

оптимальное кри ги-ческое оптимальное критическое оптимальное критическое

Ячмень

4-5 листьев 2,5 8,0 13-40 240 не определяли

Колошение 2,5 8.0 40-60 300 155-197 <40

Кострец,! год жизни

Кущение 2,6 6,6 14 42,5 227 < 120

Выход в 2,6 6,6 16 54,3 421 < 130

трубку

Колошение 2,6 8,5 14 50,0 не определяли

Донник, 1 год жизни

Ветвление 2,6 12.5 50,1 81,5 536 <370

Цветение 2,6 12,5 48.6 66,6 311 <290

ВЫНОС И КОЭФФИЦИЕНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БОРА РАСТЕНИЯМИ НА ПОЧВАХ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ ЕГО СОДЕРЖАНИЯ

Вынос бора ячменём составляет на лугово-чернозёмной почве 12-13 г/га. Значительно больше отчуждается бора из лугово-чернозёмной почвы кострецом: 49-93 г/га и донником: 277-351 г/га. Из за низкой урожайности вынос бора изученными культурами на солонцах значительно ниже, чем на лугово-чернозёмной почве: ячменём 3-14 г/га, кострецом 13 г/га, донником 63 г/га.

Коэффициенты использования бора из почвы (КИП) злаками незначительны, у донника выше. Полученные данные пошолякн утверждать, что донник можно использовать для деконтамннацни загрязнённых бором почв.

ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАНТОВ НА СОДЕРЖАНИЕ БОРА В СОЛОНЦАХ И ВЫРАЩЕННЫХ НА НИХ РАСТЕНИЯХ Широкое распространение почв с избыточным содержанием бора поставило задачу поиска путей детоксикацин элемента. Для мелиорации солонцов региона широко применяются гипс и фосфогипс, в связи с чем возник вопрос об их влиянии на содержание подвижного бора в солонцах. Многолетние стационарные исследования в АО «Измайловское» показали, что под действием гипса в дозах 35 и 60 т/гз содержание подвижного бора в мелиорированных солонцах существенно ( на 26-61%) уменьшилось. Выявлена тесная связь между содержанием подвижного бора в слое 0-20 см солонцов (у, мг/кг) и дозой гипса (х, т/га): гг-0,70 ±0,25. По резульгагам полевых опытов выведено уравнение:

у = 11,6 - 0,7х (6)

В полевых опытах, проведённых методом изолированных призм, количество подвижного бора значительно уменьшилось под влиянием фосфогипса, применённого в дозах 45 и 65 т/га (табл.9 ).

9. Влияие фосфогипса на содержание подвижного бора _в солонце корковом__

Глубина, Бор, мг/кг

см 1993 г . 1994 г 1995 г х± т Ч

июнь июнь 1 август ((,„'2,6)

0-10 22,4 Контроль 18.8 21.7 25.0 22,0± 1,3

10-20 32,1 27,4 40,2 42.2 35,5± 3,5

20-30 39,1 35,6 46.7 44,8 41,6± 2.6

0-10 не опр Фосфогипс,45 т/га 19,2 16.5 12,5 16.|± 1,9 2.6

10-20 не опр 28.9 18.1 21,4 22,8± 3,2 2,7

20-30 не опр 30,3 30.6 33.9 31,6± 1.2 3.4

0-10 15.3 Фосфогипс. 65 т/га 16,3 12.5 15.1 14.8± 0.8 4.8

10-20 20.4 17.4 22.7 15.0 21.4± 1,6 1,7

20-30 40,1 27,7 30.1 31,3 32.! + 2.7 2Л

Выявлена тесная зависимость уровня бора в соломпач . мгм) ш ло!ы фосфогипса <\, I 1а1 г -П. 77±0,20. выражаемое уравнением V 29.1-0.15ч (7)

И

. Установлена существенная связь между содержанием подвижного бора в мелиорированных солонцах и количеством водорастворимых Ыа (г- 0,73±0,17; п = 30) и Са (г=-0,70±0,19; п =16).

Данные о снижении подвижности бора под действием мелиорантов подтвердили результаты лабораторных опытов, проведённых при оптимальном увлажнении почвы. На основании специальных исследований было высказано предположение о том, что механизм снижения подвижности бора при мелиорации солонцов не сводится только к его химическому осаждению. Вероятно происходит усиление адсорбции бора под действием Са глинистыми минералами и оксидами полуторных окислов.

Содержание бора в растениях, выращенных на мелиорированных солонцах ниже, чем на контроле: в зерне и соломе ячменя в 1,7 и 1,9 раза, соответственно, в надземной массе костреца в 1,6 -2,1 раза. В доннике уменьшение концентрации бора было незначительным. Сокращение концентрации подвижного бора в солонцах и уменьшение поступления его в растения является одной из причин повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на мелиорированных солонцах.

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕЛИОРАНТОВ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА ПОЧВАХ С ИЗБЫТОЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ БОРА.

По данным лаборатории солонцов ОмГАУ применение фосфогипса в дозе 25 т/га в течение 10 лет обеспечивало ежегодную прибавку урожая зерновых культур и многолетних трав 19 ц к.ед. с га. Применение фосфогипса снижало содержание подвижного бора в почве в среднем на 29% или на 4,6 мг/кг. Согласно опытным данным прибавка урожая, полученная за счёт мелиоранта, ориентировочно на 15% обусловлена снижением концентрации в почве подвижного бора и составила 2,9ц к.ед. га. Установлена высокая энергетическая эффективность применения фосфогипса ( г| = 2,46), при этом 15% энергии прибавки урожая было обусловлено снижением степени борного засоления солонцов.

ВЫВОДЫ

1. В почвах солонцовых комплексов содержится высокое количество валового (50,4-126,1 мг/кг) и подвижного (5.4-17,4 мг/кг) бора, что свидетельствует об их борном засолении. По содержанию бора почвы солонцовых комплексов можно расположить в следующий ряд: солоди <лугово-чернозёмные и луговые солонцеватые <лугово-чернозёмные солончаковатые < солончаки <солонцы. Максимальное накопление элемента наблюдается в солонцах корковых.

2. Уровень подвижного бора в почвах солонцовых комплексов зависит от валового его количества (г=0,75±0,06) и рН (г= 0,74±0,04).

Кроме этих показателей, в солонцеватых и солончаковатых почвах обнаружена связь подвижного бора со степенью, а в солонцах - с типом засоления. В содовых солонцах бора значительно больше, чем в солонцах хлоридных и сульфатных.

3. В грунтовых водах почв солонцовых комплексов содержится много бора (до 1,2 мг/л). Коэффициент водной миграции его (К1Ш)? равный 4,4 характеризует бор как активный водный мигрант. Засоленные бором грунтовые воды являются источником поступления его в почву.

4. Гипс и фосфогипс существенно снижают содержание бора в солонцах (на 26-61%) и в выращенных на них растениях (на 37-52%). Содержание подвижного бора в мелиорированных солонцах зависит от количества водорастворимого Ыа ( г= 0,73± 0,17)и Са (г= -0,70+ 0,19), Применение одной тонны мелиоранта вызвало снижение концентрации бора в слое 0-20см солонцов на 0,07-0,15 мг/кг, в растениях на 0,03-0,3 мг/кг.

5. Наименьший КБГ1 бора имеют злаки: 1,1-4,0, значительно больше сложноцветные, крестоцветные, губоцветные (КБ11-3,8-10,9), максимальный КБП бора у бобовых : 8,7-14,6 .

6. Между количеством бора в почве и в биомассе растений в разные фазы развития установлена тесная существенная связь: для ячменя г- 0,94, костреца 0,84-0,98, донника 0,70-0,96. При борном засолении почвы злаки (ячмень, кострец) поглощают бор более интенсивно (коэффициент накопления КН 1,4-14,4), чем донник (КН=2,5). Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать накопление бора в растениях по содержанию подвижного бора в почве.

7. Высокие концентрации бора в почве значительно снижают продуктивность растений: костреца на 10-55%, донника на 19-20%. Критическим является содержание бора в почве для ячменя и костреца 6-8 мг/кг, для донника 8-12 мг/кг. Для диагностирования токсического воздействия бора на растения установлены критические уровни бора в вегетативной массе культур.

8. При борном засолении почвы резко нарушается отношение Са:В в вегетативной массе злаков. Донник способен сохранять относительно постоянное отношение Са:В при избытке бора в почве, что является одной из причин его высокой бороустойчивости. Установлены огпнмап.ные и критические значения Са В для ячменя, костреца и донника.

9. Установлены вынос и КИП бора растениями на рашых почвах. Донник отчуждает бор из почвы в 4,4-24 раза больше, чем злаковые культуры и способствует борному рассолению солонцов.

10. Энергетический коэффициент применения фосфопшса в ;кче 25 т га при выращивании зерновых культур и многолетних фав па солонцах

составил 2,46. При этом 15% энергии прибавки было получено за счёт снижения степени борного засоления почвы.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При возделывании растений на почвах солонцовых комплексов необходимо учитывать их бороустойчивость. Ячмень и кострец рекомендуется выращивать при содержании подвижного бора не более 8 mi/кг почвы. На почвах с концентрацией подвижного бора 8- 12 мг/кг целесообразно выращивать донник.

2. Для системы контроля разработаны оптимальные • и критические уровни содержания бора и соотношения его с кальцием в ячмене, костреце и доннике. Предложены уравнения прогноза за накоплением бора в растениях по данным анализа почвы на содержание в ней подвижной формы элемента.

3. Для снижения избыточных концентраций бора в солонцах рекомендуется применение гипса и фосфогипса.

4. При освоении и использовании солонцовых комплексов необходим контроль за содержанием бора в почве, грунтовых водах, естественной растительности и сельскохозяйственных культурах.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Бор в растениях, выращенных на почвах с разным его содержанием // Изменение свойств почв чериоземио-солонцового комплекса Западной Сибири в результате мелиоративного освоения: Сб. науч. тр. / Ом. с.-х. ин-т. - Омск, 1992. - С. 9-14 ( в соавторстве с Орловой Э.Д., Клигшертом A.A.)

2. Влияние гипса на содержание бора в корковых солонцах: Информ. листок №5- 95 / Ом. ЦНТИ,- Омск, 1995 - Зс. (в соавторстве с Парфеновым А.И., Неупокоевым A.A.).

3. Содержание бора в растениях на почвах Омской области // Почвы, удобрения, урожай:Сб. науч. тр. / Ом. гос. агр. ун-т. - Омск, 1996.-С.25-28.

4. Особенности геохимии бора в почвах солонцового комплекса Омской области // Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: Сб. науч. тр. / Ом. гос. агр. ун-т. -Омск, 1997.-С.19-27.

5. Влияние высоких доз бора на поступление его в растения и продуктивность костреца и донника // Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: Сб. науч. тр. / Ом. roc агр. ун-т. - Омск, 1997. - С. 32-37. (в соавторстве с Орловой Э.Д.)

6. Экологические аспекты геохимии бора в ландшафтах Омской области // Роль России и Сибири в развитии экологии на пороге XXI века: Материалы международ, конф. по экологии, 27-28 мая 1997, г Омск. - Омск, 1997. - С. 170-171. (в соавторстве с Орловой ') Д )