Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Диагностика и оптимизация минерального питания пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Диагностика и оптимизация минерального питания пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири"

На правах рукописи

Шойкин Олжас Даулетжанович

Диагностика и оптимизация минерального питания пустырника пятилопастного (Ьеопигив сципциеЫши^ вШЬ.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири

06.01.04 - агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 4 МАР 2013

005050471

Тюмень-2013

005050471

Работа выполнена на кафедре агрохимии Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Ермохин Юрий Иванович

Официальные оппоненты: Грехова Ираида Владнмировна,

доктор биологических наук, доцент, профессор Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Совриков Андрей Борисович,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Алтайского государственного аграрного университета

Ведущая организация: Сибирский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится «27» марта 2013 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу:

625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7.

Тел./факс: (3452) 46-87-77; E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан «26» февраля 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук

Литвиненко Наталья Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лекарства из растений с каждым годом приобретают все большую популярность, так как растения не обладают вредным побочным действием, менее токсичны, как правило не вызывают аллергических явлений. В связи с эти надо расширять производство лекарственных средств с целью бесперебойного снабжения лечебно-профилактических учреждений. В настоящее время с ростом спроса на натуральные лекарства ежегодная потребность российских заводов в лекарственном сырье составляет 48 тыс. тонн. Следовательно, возникает необходимость повышения урожайности лекарственных трав, которое можно добиться за счет удобрений.

В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы диагностики и оптимизации минерального питания лекарственных растений, в том числе пустырника пятилопастного (Ьеопигш quinqueIobatus СИЛ.), с использованием метода почвенно-растителыюй оперативной диагностики «ПРОД».

Цель исследований: Разработка научно-обоснованного применения удобрений с использованием системы «ПРОД» под пустырник пятилопастный (ЬеопигиБ qu¡nquelobatus СШЬ.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири.

Задачи исследований:

- выявить действие и последействие расчетных доз удобрений на урожайность и качество пустырника пятилопастного;

- установить взаимосвязь между химическим составом почвы, растений, дозами удобрений, величиной и качеством пустырника пятилопастного;

- разработать оптимальные уровни и соотношения основных элементов питания в лугово-черноземной почве и в растениях пустырника в период онтогенеза для диагностики потребности его в удобрениях;

- определить нормативные количественные показатели выноса основных элементов питания урожаем, коэффициенты использования питательных веществ из почвы (КИП), показатели эффективности удобрений (ПЭУ) и интенсивности действия единицы удобрений на содержание основных элементов питания в почве и растениях;

- дать оценку биоэнергетической и экономической эффективности применения удобрений на основе комплексного метода диагностики минерального питания пустырника пятилопастного.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Западной Сибири на лугово-черноземных почвах выявлены математические закономерности в действии расчетных доз минеральных удобрений на урожайность пустырника пятилопастного. Установлено оптимальное содержание и уравновешенный баланс основных элементов питания в почве и растениях по фазам роста и развития пустырника пятилопастного. Выявлена функциональная зависимость величины урожая пустырника пятилопастного от содержания элементов питания в исследуемых растениях на ранних этапах развития. Определены нормативные показатели: вынос основных элементов питания и коэффициенты их использования из почвы и удобрений, накопления доступного азота под растениями. Установлены показатели интенсивности действия единицы удобрений на содер-

жание основных элементов питания в почве и растениях на лугово-черноземных почвах Западной Сибири.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- оптимальные научно-обоснованные дозы и сочетания удобрений под пустырник пятилопастный;

- оптимальные уровни и соотношения азота, фосфора, калия в почве и в растениях пустырника пятилопастного по фазам роста и развития;

- математические модели режима питания пустырника пятилопастного с использованием основных принципов системы «ПРОД».

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе агрохимических и физиологических исследований почв и растений получены математические модели, отображающие взаимосвязи содержания N1, Р, К в системе «почва-растение», что дает возможность оперативно, с достаточной точностью определять дозы минеральных удобрений для основного внесения и для коррекции режима питания культуры в период вегетации. Полученные модели позволяют в процессе онтогенеза пустырника пятилопастного диагностировать потребность в элементах питания, разработать рекомендации по рациональному применению удобрений и тем самым избегать чрезмерной концентрации химических веществ в почве и растениях, а также снизить затраты на применение удобрений.

Результаты исследований используются в учебном процессе Омского государственного аграрного университета и в работе ФГБУ ЦАС «Омский».

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения работы были представлены па: ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ (Омск, 20102012); VII Областной научно-практической конференции аспирантов и молодых соискателей (Омск, 2010); Всероссийской научно-практической конференции (Омск, 2010); III Всероссийской молодежной научно-технической конференции (Омск, 2010), II Региональной молодежной научно-технической конференции (Омск, 2011), Всероссийских конкурсах на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (Новосибирск, 2011; Орел, 2011; Омск, 2012); Международных научно-практических конференциях (Омск, 2010; Кокшетау, 2012).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 13 работах, в том числе 3 в ведущем научном журнале определенном ВАК. Объем работ 1,48 п.л.

Личный вклад соискателя. Разработка программы и методики исследований, закладка многолетних полевых опытов, химический анализ почвы и растений, учеты и наблюдения в процессе онтогенеза, статистическая обработка данных, их интерпретация проводилась лично соискателем.

Объем и структура диссертации. Материал изложен на 187 страницах. Состоит из введения, семи глав, выводов, рекомендаций производству, содержит 50 таблиц, 36 рисунков, 18 приложений. Библиографический список включает 182 источника, из них 18 на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность за методическое руководство и всестороннюю помощь профессору Ю.И. Ермохину, а также за ценные советы при проведении исследований и поддержку доценту Н.К. Трубиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Биологические особенности пустырника пятнлопастного и диагностика минерального питания растений (обзор литературы)

В обзоре литературы рассмотрены биологические особенности и диагностика минерального питания пустырника пятнлопастного, сопряженные с этим проблемы дефицита, избытка и несбалансированности содержания азота, фосфора, калия в почве и пути решения оптимизации минерального питания лекарственной культуры. Показаны подходы к нормированию содержания и действия макроэлементов на основе разработанной системы почвенно-растительной оперативной диагностики «ПРОД».

2 Условия, объекты и методика проведения исследовании Объект исследования - пустырник пятилопастный (Leonurus quinquelobatus Gilib.), почва, минеральные удобрения, связанные в едином комплексе агротехнических мероприятий и метеорологических условий.

Исследования проводили в 2010-2012 гг. на опытном поле ФГБОУ ВПО ОмГАУ на лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжёлосуглини-стой почве. Агрохимические показатели почвы опытного участка были следующие: содержание гумуса - 5,8%; рН водной вытяжки - 6,6-6,9; сумма поглощенных оснований - 25,1-28,3 мгэкв/100 г; N-N03 - 10, Р205 - 78, и К20 -180 мг/кг слоя почвы 0-30 см (2%-ная уксуснокислая вытяжка).

Климат района исследований характеризуется как резко-континентальный. Погодные условия в годы проведения исследований складывались по-разному: 2010 г. - теплый и засушливый, 2011 г. - прохладный и влажный, 2012 г. - засушливый и теплый.

Схема опыта: 1. Контроль; 2. N32P32K17; 3. N49P32K17; 4. N16P54K17; 5.N32P54K17; 6. N49P54K17; 7.N32P32; 8.N32K17;9.N32P8b L0.N«,. Опыты с расчетными дозами удобрений 2010-2012 гг. закладывали с учетом элементов питания в почве и проведенных ранее (2006-2008 гг.) полевых опытов с удобрением пустырника пятилопастного. Предшественником культуры был чистый пар. Посев пустырника пятилопастного проводили в третьей декаде мая. Размер и учетная площадь делянки в опыте 10 м2, повторность четырехкратная. Размещение вариантов рендомизированное в два яруса. Формы удобрений: аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлористый калий, способ внесения - вручную с последующей заделкой в почву на глубину 15 см ручным культиватором в период всходов (2010 г.). В 2012 г., в период отрастания культуры, проводилась азотная подкормка всех вариантов, используя метод почвенной диагностики.

Учеты и наблюдения за ростом и развитием растений, отбор растительных образцов и уборка пустырника пятилопастного были приурочены к основным фенологическим фазам развития культуры (период отрастания, фазы бутониза-

ции, цветения (уборка), осеннее отрастание). Содержание сухого вещества определяли весовым методом, уборку проводили вручную сплошным способом с учетной площадки.

Отбор почвенных и растительных образцов в опыте проводили в период весеннего и осеннего отрастания, а также в начале цветения растений. В почвенных образцах содержание N-N03, подвижного Р2О5 и обменного К20 определяли из одной вытяжки (2%-ная СН3СООН): нитратный азот - с дисульфофе-ноловой кислотой по Грандваль-Ляжу, фосфор - фотоколориметрически, калий на пламенном фотометре. В растениях по фазам роста и развития определяли содержание валовых форм азота, фосфора и калия из одной вытяжки после ускоренного мокрого озоления по Гинзбургу (ГОСТ 26107-84). В свежих растительных образцах нитратный азот неорганический фосфор (Рн) и свободный калий (Кс) определяли с помощью 2%-ной уксуснокислой вытяжки по методу Магницкого в модификации Ермохина. С помощью прибора Ы-тестера получена информация о состоянии питания растений азотом.

Из показателей качества пустырника пятилопастного определяли содержание: витамина С - по Мурри, дубильные вещества (ГОСТ 24027.2-80), каротина и рутина (13496.17-95), общую зольность по методике Государственной фармакопеи (1987). Обработку данных проводили методами дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализов с использованием статистических программ для персонального компьютера. Экономическую и биоэнергетическую оценку действия удобрений на урожайность пустырника пятилопастного проводили по Ю.И. Ермохину, А.Ф. Неклюдову (1994).

3 Диагностика потребности пустырника пятилопастного в удобрениях на основе полевого опыта

3.1 Влияние минеральных удобрений на урожайность пустырника пятилопастного. Изучение действия (2010 г.) и два года последействия (2011-2012 гг.) удобрений пустырника пятилопастного на лугово-черноземной почве Западной Сибири показало высокую отзывчивость растений на удобрения.

Анализ урожайных данных полевых опытов с удобрениями за 2010-2012 гг. показал, что расчетные дозы удобрения обеспечили существенные прибавки урожая от применения азотных удобрений в дозах от 16 до 49 кг д.в./га на фоне Р54К17 (табл. 1). По годам они составили: 42,9-90,5% (2010 г.), 3,9-26,5% (2011 г.), 50-78,9% (2012 г). Средняя максимальная урожайность пустырника пятилопастного за все годы исследований была получена при внесении минеральных удобрений в сочетании И^^К-п и N49P54K.1v, соответственно 7,5 и 7,9 т/га, что выше урожая на не удобренном варианте на 38,9 и 46,3%. В сумме за три года она составила 22,6-23,7 т/га, что выше урожая контрольного варианта на 40,447,2%. Применение повышенных доз фосфора (Р54-81) на фоне азота и азота-калия увеличивало урожайность на 0,8 и 0,9 т/га (на 12,3 и 13,6%). Эффективность калийных удобрений на фоне ОТ отсутствовала, что обусловлено высоким содержанием обменного калия в почве. Если полученные прибавки урожайности от внесения расчетных доз удобрений связать с окупаемостью одного

кг д.в. урожаем, то максимальное значение этого показателя (63,1-63,3 кг) было при внесении азотно-фосфорных удобрений в дозах ^г^дРмКп-

Таблица 1 — Урожайность абсолютно сухого вещества пустырника пятилопастного и окупаемость удобрений урожаем в зависимости

Варианты опыта Урожайность общей биомассы, т/га Средняя урожайность, т/га Суммарная урожайность за 3 года, т/га Прибавка Окупаемость 1 кг д.в. урожаем, кг

Годы исследований

2010 2011 2012 т/га %

Контроль 2,1 10,2 3,8 5,4 16,1 - - -

^РзгКп 2,9 11,4 5,5 6,6 19,8 3,7 23,0 45,7

Ы49Рз2К17 2,9 10,7 6,1 6,6 19,7 3,6 22,4 36,7

1^|бР54К17 3,0 10,6 5,7 6,4 19,3 3,2 19,9 36,8

И32Р54К17 3,6 12,2 6,8 7,5 22,6 6,5 40,4 63,1

^9Р54К,7 4,0 12,9 6,8 7,9 23,7 6,8 47,2 63,3

И32Р32 2,9 11,6 5,1 6,5 19,6 3,5 21,7 54,7

М32к17 2,8 11,2 5,4 6,5 19,4 3,3 20,5 67,3

3,0 13,0 5,8 7,3 21,8 5,7 35,4 50,4

N60 2,9 11,0 5,2 6,4 19,1 3,0 18,6 50,0

НСР05 0,31 0,42 0,6

Примечание: в 2011 г. урожайность представлена суммарная с двумя укосами, доля первого укоса составляет от 76,7 до 80,4%.

Статистическая обработка данных исследований показала наличие зависимости биосинтеза сухого вещества (У, т/га) от расчетных доз удобрений (уравнения 1-8):

а) год действия удобрений:

У = 2,24 + 0,039Ы; г = 0,96 (1) У = 2,88 + 0,005Р; г = 0,20 (2)

б) первый год последействия удобрений:

У = 10,03 + 0,06Ы; г = 0,95 (3) У = 10,99 + 0,023Р; г = 0,92 (4)

в) второй год последействия удобрений:

У = 4,28 + 0,06Ы; г = 0,84 (5) У = 5,5 + 0,01Р; г = 0,24 (6)

г) суммарное действие за три года удобрений:

У= 16,56+0,16Ы; г = 0,96 (7) У = 19,37 + 0,037Р; г = 0,66 (8) По результатам исследований можно сделать вывод, что за три года жизни пустырника пятилопастного суммарное применение 1ЛЧ[+Р+К=120 кг д.в./га (в сочетании 3:3:1) увеличивает урожайность сухого вещества биомассы: от применения азота (фон Р54К17 и Р32К17) на 0,05 и 0,018 т/га; от применения фосфора (фон МзгКп) - на 0,012 т/га.

Эффективность доз вносимых удобрений (Д) зависит от ряда факторов и, в первую очередь, является функцией содержания элементов питания в почве: Д = Г • (Хп). Зависимость между дозой удобрений и элементами питания в почве обратно пропорциональная — чем выше величина содержания азота, фосфора и

калия в почве, тем ниже дозы внесения удобрений. Математически это можно выразить следующей формулой:

Д0-Х0=ДП-ХП, (9)

д ' х

следовательно: Дп= 0 0 (10)

Хп

где: До и Дп - установленные оптимальные и прогнозируемые дозы удобрений (кг д.в./га) при соответствующем содержании элементов питания в почве перед посевом (Х0) и соответствующего полевого опыта (Хп), мг/кг.

Основываясь на оптимальном варианте полевого опыта С^,?;,,^) при внесении удобрений, нами предлагаются следующие формулы для расчета доз:

490 пп = 4212 (12)

" ЛГ-МЛ,л<г/кг РгО,,мг/кг

Разработанные формулы позволяют предложить ориентировочные дозы удобрений с учетом содержания доступных элементов в почве.

3.2 Оценка доли участия элементов питания (¡V, Р, К) в форлтровании прибавки урожайности пустырника пятилопастного. Представлена схема действия каждого элемента питания на урожайность в зависимости от фона в парных и тройных сочетаниях и доля его участия в создании максимальной прибавки урожая на данной почве и о взаимодействии удобрений.

3.3 Определение соотношения питательных веществ в почве на основе взаимозависимости между урожаями удобренных вариантов. Показана методика установления наиболее эффективных доз и сочетаний удобрений под пустырник, при которой, используя максимальный урожай, можно определить уровень азота, фосфора, калия в контроле (без применения удобрений) и в вариантах с применением других доз и соотношений минеральных удобрений.

Используя две величины, характеризующие питание пустырника с количественной и качественной стороны (баланс элементов или сумму азота, фосфора и калия - 8 и относительное содержание N. Р, К в сумме Б, увязывая с урожаем), можно прогнозировать действие того или иного удобрения на величину урожайности.

3.4 Продуктивная влага и урожайность пустырника пятилопастного. В Западной Сибири пашня в основном располагается в зоне недостаточного увлажнения. Урожайность пустырника повышается, если он в важнейшие периоды роста и развития не испытывает недостатка в воде. Коэффициент водопо-требления зависит от уровня минерального питания и соотношения элементов питания в почве и растениях, погодных условий. Установлено, что при оптимизации минерального питания пустырника пятилопастного с помощью внесения минеральных удобрений (Ы49Р54К|7) коэффициент водопотребления растением снижался по сравнению с контрольным вариантом от 27 до 75% по годам жизни культуры.

4 Почвенная диагностика как метод определения потребности пустырника пятилопастного в удобрениях

4.1 Влияние минеральных удобрений на содержание элементов питания в почве. Статистическая обработка данных о применяемых расчетных дозах удобрений (кг д.в./га) в полевых опытах 2010-2012 гг. и химического анализа почвы (х, мг/кг) позволила разработать математические модели связи конечного результата (накопление N-N03 (Ун, мг/кг), подвижного фосфора (УР, мг/кг) в почве) с действующими величинами (количеством внесения удобрений в почву) по годам исследования (уравнения 13-18):

Год использования:

Первый Ук = 0,25х + 4,8; г = 0,99 (13) У Р = 0,28х + 32,3; г = 0,99 (14) Второй Ун = 0,012х + 2,4; г = 0,60 (15) У Р = 0,30х + 44,9; г = 0,99 (16) Третий Ум = 0,012х + 0,8; г = 0,96 (17) УР = 0,28х + 60,3; г = 0,98 (18)

Из уравнений следует, что действие азотных и фосфорных удобрений на химический состав почвы зависит от года использования культуры. В первый, второй и третий годы произрастания пустырника пятилопастного разовое применение каждого килограмма азотных и фосфорных удобрений повышает содержание в почве: N-N03 - на 0,25; 0,012; 0,012 мг/кг, а Р205 - на 0,28; 0,30; 0,28 мг/кг почвы, соответственно.

4.2 Связь урожайности пустырника пятилопастного с содержанием элементов питания в почве. С помощью статистического метода анализа исследуемой системы (средние данные за 2010-2012 гг.) нами получены эмпирические уравнения регрессионного типа зависимости урожайности пустырника пятилопастного (У, т/га) от содержания в слое почвы 0-30 см N-N03 (Х|) и Р205 (х2) (уравнения 19-20):

У = 3,89 + 0,59x1; г = 0,98 (19) У = 4,22 + 0,047х2; г = 0,70 (20)

Уравнения показывают, что при увеличении содержания N-N03 и Р205 в слое почвы 0-30 см на 1 мг/кг урожайность сухого вещества увеличивается на 0,59 и 0,047 т/га. Эти количественные характеристики позволяют в конкретных почвенных условиях прогнозировать величину урожая (табл. 2).

Таблица 2 - Прогноз урожайности пустырника пятилопастного в зависимости _от содержания элементов питания в почве (2010-2012 гг.)__

Содержание в почве, мг/кг Фактическая урожайность, т/га Прогноз урожайности по уравнениям, т/га

(19) (20)

Ы-ЫОз на фоне РмК.7 р2о5 на фоне по N-N03 по р2о5 т/га ошибка, % т/га ошибка, %

2,7 48,1 5,4 6,5 5,48 -1,48 6,48 0,30

4,1 54,4 6,5 6,6 6,31 2,92 6,68 -1,21

5,7 60,8 7,5 7,5 7,25 3,34 7,08 5,60

7,0 68,6 7,9 7,3 8,02 -1,52 7,44 -1,92

В исследовании были получены количественные характеристики эквивалентности 1 мг N-N03, Р205 - в одном кг почвы: 4 кг азота, 3,6 кг фосфора удобрений отсюда, зная оптимальные (С0пт , мг/кг) и фактические (СФАк., мг/кг) уровни содержания N-NO3, Р205 в почве, согласно почвенной диагностики системы «ПРОД», можно рассчитать потребность растений в удобрениях для основного внесения (формулы 21-22):

Дм-моэ = (Сопт- - СФАК.) ■ 4.0, кг/га Дм-noi = (С0пт- - СФАК.) / 0,25, кг/га (21) Др205 = (Соггг- - Сфак.) • 3,6, кг/га ДР205 = (С0пт. - СФАК.) /0,28, кг/га (22) Статистическая обработка данных химического анализа почвы, величин урожая и окупаемости применяемых удобрений позволила определить в период весеннего отрастания оптимальные уровни содержания и соотношения элементов питания в слое почвы 0-30 см для пустырника пятилопастного (табл. 3).

Таблица 3 - Оптимальные уровни содержания и соотношения элементов ____минерального питания в слое почвы 0-30 см, мг/кг__

Год использования пустырника Оптимальный уровень, мг/кг Оптимальное соотношение

2%-ная СНзСООН вытяжка Стандартный метод 2%-ная СНзСООН вытяжка Стандартный метод

N-NO3 Р2О5 N-N03 р2о5

I 16-17 48-50 12,813,6 173180 Р205 = 2,9-3,1N-NO3 = 0,2 К20 Р205 = 13-14 N-NOj = 0,3 к2о

II 3,2-3,5 68-70 2,5-2,7 245252 Р205 = 20-22 N-NO3 ~ 0,5 К гО Р205~ 93-101 N-NO3 ~ 0,6 к2о

III 1,2-1,3 70-72 0,9-1,0 252259 Р205= 55-60 N-NO3 = 0,7 К20 P2O5 = 259-288 N-NO3 = 0,8 К20

4.3 Диагностика минерального питания пустырника пятилопастного и расчет доз удобрений. Для определения потребности в элементе Ю.И. Ермохин (2005) предложил использовать коэффициент действия в элементе (Кд), который дает возможность определить величину отклонения фактического содержания элемента в почве от оптимума и установить первый минимум. Коэффициент указывает, в какой мере не удовлетворены потребности растений в питании:

т. оптимальный ,

Кд =-уровень элемента в почве, мг/кг (23)

фактический

С помощью этой формулы решается проблема абсолютного дефицита. Кд позволяет прогнозировать действия применяемых удобрений. При Кд>1 — растения нуждаются в элементе, если Кд<1 - не нуждаются.

В 2010 г. результаты исследований почвы показали, что коэффициенты действия (Кд) по азоту составили - 3,3, по фосфору - 1,5; в 2011 г. Кд по азоту -1,2, по фосфору - 1,5; в 2012 г. Кд(азот) = 1,3 мг/кг и Кд (фосфор) = 1,2, что указывало на высокую эффективность азотно-фосфорных удобрений и подтверждалось фактическими данными эксперимента.

Из выше сказанного рекомендуется формула (24) расчета доз удобрений под пустырник пятилопастный, с учетом коэффициентов действия удобрений (Кд), КИУ и планируемой прибавки урожая (П, т/га).

кд-пн /га КИУ

где Н — потребность в питательном элементе, кг/т.

4.4 Нормативные агрохимические показатели для определения потребности пустырника пятилопастного в элементах питания. Установлено, что для получения 1 т сухого вещества общей биомассы пустырника пятилопастного на лугово-черноземной почве необходимо в среднем азота - 23,0; фосфора - 7,7; калия — 29,6 кг. Коэффициенты использования элементов питания из почвы (КИП) составили для азота - 93; фосфора - 19; калия - 37%. Установлен показатель эффективности удобрений (ПЭУ): N - 75; Р - 38%.

Полученные количественные характеристики позволяют осуществить контроль за питанием пустырника пятилопастного и рассчитывать дозы удобрений в основное внесение с учетом планируемых урожаев или прибавок.

4.5 Величина накопления доступного азота в почве и его практическое использование. Определение оптимальных параметров содержания доступного азота почвы в ответственные фазы развития позволяет определить потребность в азотных удобрениях методом элементарного баланса. Накопление доступного азота в почве под растением (Им, кг/га) пустырника пятилопастного составило в период уборки - 177,2 кг/га, Бм - 203 кг/га.

4.6 Почвенная диагностика питания и эффективности подкормки пустырника пятилопастного. Продуктивность пустырника составляет не более 3-х лет, при дальнейшем возделывании необходимо проводить подкормку. Коррекция в виде подкормок расчетными дозами азотных удобрений проводилась в опытах 2012 г. по формуле Ю.И. Ермохина (25) и показала положительные результаты:

Ды = (Эопт:, мг/кг - ЭФАК„ мг/кг) ■ Ь, кг/га, (25)

Дн = (17 1,0-1,4) • 4,2 = 66-67 кг д.в ./га

Прибавка урожая фитомассы пустырника пятилопастного составила в пределах от 2,6-39,5% по сравнению с растениями не удобренных вариантов.

5 Растительная диагностика как метод определения потребности пустырника пятилопастного в удобрениях

5.1 Связь химического состава целых растений, почвы и удобрений. Уровень элементов в растениях является мерой наличия и потребления растениями физиологически доступных питательных веществ из почвы. Поэтому основная задача при разработке методов химической диагностики применительно к любой сельскохозяйственной культуре состоит в том, чтобы вскрыть зависимость продуктивности растений от их химического состава (Магницкий, 1972; Ермохин, 1983).

В результате исследований данных системы «удобрение-растение», с помощью статистического метода анализа были получены математические моде-

ли действия минеральных удобрений (х, мг/кг) на содержание валового азота и фосфора (%) в растениях пустырника пятилопастного по фазам роста и развития:

Отрастание N = 0,024х + 2,75; г = 0,97 (26) Р = 0,002х + 0,40; г = 0,97 (27) Бутонизация N = 0,014х + 3,25; г = 0,96 (28) Р = 0,001х + 0,35; г = 0,92 (29) Цветение N = 0,02х + 1,53; г = 0,96 (30) Р = 0,001х + 0,30; г = 0,89 (31)

Уравнения (26-31) показывают величины интенсивности действия 1 кг внесенных азотных и фосфорных удобрений на химический состав растений, которые позволяют наиболее полно диагностировать и рассчитывать дозы удобрений при коррекции питания пустырника пятилопастного в период онтогенеза, используя формулу листового анализа (33) Ю.И. Ермохина (1995) (табл. 4). Знание коэффициентов «Ъ» дает возможность прогнозировать содержание азота и фосфора в растениях пустырника пятилопастного (Хп, %) в результате применения удобрений по формуле (32):

Х„=Х0+Д-Ь (32)

где Хо - фактическое содержание элемента питания в контрольных растениях %;

Д-доза удобрений, кг д.в./га;

Ь - коэффициент интенсивности действия единицы внесенного удобрения на химический состав растения, %.

Таблица 4 - Расчет доз удобрений (Д, кг д.в./га) под пустырник пятилопастный __по формуле растительного анализа_

Фаза развития «Ьм» «Ьр» Формула расчета доз удобрений

Отрастание Цветение 0,024 0,017 0,002 0,0007 (Э -Э„)2 ь-эа

Примечание: Эо и Эф - оптимальное и фактическое содержание азота и фосфора в растениях для конкретных фаз роста и развития пустырника пятилопастного.

Поскольку удобрения влияют на растения через почву можно сделать вывод о наличии тесной взаимосвязи между химическим составом почвы и растениями пустырника пятилопастного (табл. 5).

Таблица 5 — Взаимосвязь между содержанием общего азота и фосфора в растениях пустырника пятилопастного (%) по фазам роста и развития от содержания элементов питания в почве (х, мг/кг) (2010-2012 гг.)

Фаза развития В почве, (х) Уравнение регрессии

Отрастание N-N03 Р2О5 %Ы = 0,265х + 2,03; г = 0,98 (34) %Р = 0,008х + 0,04; г = 0,96 (35)

Бутонизация Ы-Ш3 Р2О5 %Ы = 0,276х + 2,48; г = 0,85 (36) %Р = 0,001х + 0,33; г = 0,56 (37)

Цветение N-N03 Р2О5 %Ы = 0,49х + 0,31; г = 0,79 (38) %Р = 0,003х - 0,07; г = 0,68 (39)

Полученные уравнения и коэффициенты регрессии («6») позволяют ориентировочно прогнозировать химический состав растений в зависимости от содержания элементов питания в надземной массе растения (%) при изменении их концентрации на 1 мг/кг.

5.2 Тканевая диагностика питания в практике применения удобрений. В таблице 6 проведена оценка химического состава растений с учетом формирования продуктивности пустырника пятилопастного.

Таблица 6 - Математические модели связи урожайности сухого вещества

(У, т/га) с содержанием элементов питания в растениях пустырника _пятилопастного (2010-2012 гг.)__

Фаза развитая Уравнение регрессии

Неорганические формы (Ын; Рн, мг/100г)

Весеннее отрастание У = 0,074№1 - 4,58; г = 0,95 (40)

У = 0,098Рн + 3,87; г = 0,92 (41)

Бутонизация У = 0,0391Чн- 2,07; г = 0,90 (42)

У = 0,14Рн + 1,69; г = 0,96 (43)

Цветение У = 0,045Лн- 1,31; г = 0,98 (44)

У = 0,14Рн + 2,08; г = 0,82 (45)

Валовые элементы питания (Ы и Р, %)

Весеннее отрастание У = 2,1914-0,46; г = 0,95 (46)

У = 6,74Р + 3,74; г = 0,84 (47)

Бутонизация У = 3,58Ы - 6,05; г = 0,92 (48)

У = 13,82Р + 1,55; г = 0,84 (49)

Цветение У = 3,13Ы + 0,73; г = 0,99 (50)

У=19,44Р + 0,56; г = 0,91 (51)

В связи с этим предложены оптимальные уровни содержания и соотношения минеральных форм элементов питания в растениях пустырника пятилопастного с учетом возрастных изменений растительного организма (табл. 7).

Таблица 7 — Оптимальные уровни содержания и соотношения элементов питания в растениях пустырника пятилопастного по фазам развития

Фаза развития N Р Оптимальное соотношение

1 ! 2 | 3 1 1 2 | 3

Валовое содержание, % абс. сухом веществе

Отрастание 3,76 4,43 3,27 0,59 0,68 0,59 % N и 7 Р = 1,0 К

Бутонизация 2,91 4,94 2,88 0,35 0,51 0,54 ~ 9 Р = 1,6 К

Цветение 1,91 2,53 2,38 0,29 0,37 0,51 %Ы = 6Р= 1,0К

Содержание неорганических форм, мг/100 г

Отрастание 148 224 | 135 43 44 25 1% = 4,7 Рн ~ 0,32 Кс;

Бутонизация 233 285 141 47 37 26 N,1 = 5,9 Рн = 0,47 Кс;

Цветение 272 198 144 51 38 27 Ин ~ 5,4 Рн = 0,50 Кс;

Примечание: 1 - первый, 2 - второй, 3 - третий годы использования культуры.

Разработанная модель диагностики и оптимизации минерального питания пустырника пятилопастного по системе «ПРОД» позволяет прогнозировать

действие и последействие удобрений, величину урожая, нагрузку на почву и растения.

5.3 Экспресс-метод химической диагностики питания растений. В исследованиях использован портативный прибор Ы-тестер. Полученные математические уравнения показывают зависимость между содержанием общего азота в растениях и показаниями Ы-тестера, что позволяет прогнозировать уровень азота в листьях пустырника пятилопастного (табл. 8).

Таблица 8 — Математические модели связи общего азота в растениях (% К1) пустырника пятилопастного с показаниями 1Ч-тестера (N7) по

_годам исследований_

Фаза развития Уравнение регрессии

Первый год

Бутонизация %N = 0,004Nt + 0,18; r = 0,93 (52)

Цветение (уборка) %N = 0,0032NT - 0,27; r = 0,85 (53)

Второй год

Бутонизация %N = 0,007NT + 0,60; r = 0,80 (54)

Цветение (уборка) %N = 0,0 184Nt- 7,59; r = 0,82 (55)

Третий год

Цветение (уборка) %N = 0,0125Nt- 5,88; r = 0,99 (56)

Использование N-тестера позволяет без предварительного химического анализа растений диагностировать эффективность азотных удобрений с дополнительным использованием сбалансированного питания азота и фосфора.

6 Диагностика качества урожая пустырника пятилопастного

В растениях (фаза цветения) была установлена зависимость содержания дубильных веществ (Ц, %) и витамина С (С, %) от доз азотных удобрений (х, кг/га), в пределах 49 кг д.в./га по фону Р^Кп (уравнения 57-62):

а) в год действия удобрении (2010):

Д = 9,51 +0,028х; г = 0,78 (57) С = 6,42 + 0,053х; г = 0,91 (58)

б) в первый (2011) и второй (2012) годы последействия:

Д = 4,77 + 0,023х; г = 0,92 (59) Д = 6,36 + 0,03 lx; г=0,85 (60) С = 9,70 + 0,08х; г = 0,87 (61) С = 8,05 + 0,03х; г=0,51 (62)

Существует тесная связь между общим азотом в растениях пустырника пятилопастного (х, %) и процентным содержанием дубильных веществ в надземной массе в фазу цветения (уравнения 63-66):

а) в год действия удобрений (2010):

Д = 4,55 + 3,263х; г = 0,73 (63)

б) в первый (2011) и второй (2012) годы последействия:

Д = 2,63 + 1,264х; г = 0,83 (64) Д = 4,79+1Д8х; г = 0,89 (65)

в) в среднем за годы исследований (2010-2012):

Д = 4,57 + 1,534х; г = 0,90 (66)

Установлено, что с увеличением азота в растениях в фазу цветения на 1% - увеличивается содержание дубильных веществ на 1,53%. Следовательно, используя дан-

ное уравнение (66) можно прогнозировать содержание дубильных веществ в растениях к периоду цветения в зависимости от обеспеченности его азотом.

Применяемые дозы и сочетания удобрений в процессе действия и последействия не способствовали увеличению общей золы в растениях пустырника пятилопастного по сравнению с контролем, что является положительным.

Исследование показало, что лекарственное сырье богато витамином С (7,57-10,54 мг%), дубильными веществами (4,9-11,2%), рутином (10,4-21,7%) и каротином (до 43,5 мг/кг).

Прогноз биологического качества урожая является третьим звеном разработанной системы почвенно-растительной оперативной диагностики («ПРОД»). Использование данного метода позволяет диагностировать и управлять процессом минерального питания и биологическим качеством растениеводческой продукции.

7 Биоэнергетическая и экономическая оценка эффективности применения минеральных удобрений под пустырник пятнлопастный

Применение удобрений энергетически эффективно, так как энергоотдача превышает единицу (КПД). На лучших вариантах N32^54^1? и ^Г^К^ получено 1,6 и 1,4 единицы энергии, содержащейся в прибавке урожая от действия минеральных удобрений.

Дозы азотных удобрений на повышенном фосфорном фоне (Р54) способствовали увеличению урожайности пустырника пятилопастного, вследствие чего максимальная прибыль (152697 руб/га) при самом высоком уровне рентабельности (255%) получена на варианте Ы^Д^Кп, на втором месте вариант Ы32Р54К17 (124958 руб/га), уровень рентабельности составил 233%. В целом практически все применяемые расчетные дозы и сочетания минеральных удобрений были экономически выгодными и целесообразными.

ВЫВОДЫ

1. На лугово-черноземной почве в условиях Западной Сибири установлены оптимальные дозы минеральных удобрений С^дРзцК^) под пустырник пятнлопастный (Ьеопигив ци^ие1оЬаШз СлНЬ.), при содержании в слое почвы 0-30 см нитратного азота - 1,2-17,0; подвижного фосфора - 48-72; обменного калия -115-144 мг/кг (2%-ная СН3СООН вытяжка). Суммарная урожайность за 20102012 гг. от действия и последействия азотно-фосфорно-калийных удобрений на этом варианте составила 23,7 т/га, что выше контрольного на 47,2%. Каждый килограмм внесенного азота и фосфора в почву дополнительно давал 63,3 кг урожая сухого вещества пустырника пятилопастного. Установлено, что однократное внесение расчетных доз и сочетаний минеральных удобрений продолжает оказывать свое положительное последействие на урожайность пустырника в течение двух лет, и позволяет получить дополнительно сбор сухого вещества от 2,7-3,0 т/га. Проведение необходимой азотной подкормки (третий год жизни культуры) на основе почвенной диагностики увеличивало урожайность от 0,7 до 2,9 т/га.

2. На основе выявленной математической связи в системе «почва-удобрение» установлены коэффициенты интенсивности действия единицы поступившего элемента удобрений на химический состав почвы, «¿»> мг/кг («¿м» - 0,25 ; «¿Р20з» - 0,28), и на основе этого предложены формулы (19, 20) для прогнозирования содержания N-N03, Р2О5 в почве и расчета доз удобрений.

3. Установлена зависимость формирования урожайности общей биомассы пустырника пятилопастного от содержания подвижных форм азота и фосфора в слое почвы 0-30 см (уравнения 21, 22), что создало предпосылки к разработке оптимальных уровней содержания и соотношения N-N03, Р205 в почве для конкретных величин урожая с учетом возрастных изменений культуры.

4. Разработаны агрохимические и физиологические характеристики эффективности применения азотных и фосфорных удобрений под лекарственную культуру - пустырник пятилопастный на лугово-черноземной почве: коэффициенты использования элементов из почвы (КИП, %): N-N03 - 93; Р205 - 20; К20 - 37; показатель эффективности удобрений (ПЭУ, %): N - 75,0; Р - 38,0; нормативы потребления (кг/т зеленой массы) N - 23,0; Р205 - 7,7; К20 - 29,6; показатель обогащения почвы биологическим азотом в процессе онтогенеза (Ым - 177,2 кг/га); коэффициенты интенсивности действия поступивших элементов питания в почву на химический состав растений, мг/кг: «¿>м» — 0,18; «¿>Р» — 0,003. Использование данных характеристик позволяет прогнозировать действие удобрений на химический состав растений и проводить коррекцию в питании, используя формулу листового анализа.

5. Установлены оптимальные уровни содержания азота, фосфора, калия в почве, растениях и листьях пустырника пятилопастного, как агрохимические и физиологические характеристики сбалансированного оптимального питания растений при получении качественной продукции.

6. Применение азотно-фосфорных удобрений под пустырник пятилопастный с учетом содержания элементов питания в почве и потребности растительного организма в них способствует формированию высокого урожая в количественном и качественном отношении. Выявленные функциональные зависимости между дозами удобрений, дубильных веществ, витамина С, содержанием азота в растениях (листьях) в фазу цветения позволяют по формулам растительного анализа прогнозировать содержание их в урожае.

7. Установлена высокая биоэнергетическая эффективность применения минеральных удобрений под пустырник пятилопастный (тр 1,4-1,6). Не смотря на высокие затраты, связанные с применением удобрений, использование нормативных агрохимических и физиологических показателей комплексной системы «ПРОД» при внесении удобрений — прибыль за счет удобрений составила 152,697 тыс. руб., рентабельность на лучших вариантах от 233 до 255%.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для получения максимальных урожаев высокого качества пустырника пятилопастного на лугово-черноземной почве используя комплексный метод поч-венно-растительной оперативной диагностики (система «ПРОД») следует:

- обеспечить оптимальный состав и соотношение элементов питания в почве:

а,) N-N03 - 16-17; Р205 - 48-50 мг/кг; б,) Р205 = 2,9-3,1 N-N03 = 0,2 КгО; а2) N-N03 - 3,2-3,5; Р205 - 68-70 мг/кг; б2) Р205 = 20-22 N-N03 == 0,5 К20; а3) N-N03 - 1,2-1,3; Р205 - 70-72 мг/кг; б3) Р205 = 55-60 N-N03 = 0,7 К20, где: аі и б[ - первый, а2 и б2 - второй, а3 и б3 - третий годы жизни культуры;

- учитывать коэффициенты использования из почвы: N-N03 = 93; Р205 = 20; К20 = 37% и нормы потребления элементов питання, кг/т зеленой массы азота - 23,0; фосфора - 7,7; калия - 29,6;

- поддерживать оптимальные уровни содержания и уравновешенный баланс (Ы, Р, К) в растениях пустырника пятилопастного по фазам развития:

Фаза развития N Р Оптимальное соотношение

1 | 2 | 3 _.._!.. ..1.2 I 3

Валовое содержание, % абс. сухом веществе

Отрастание 3,76 4,43 3,27 1 0,59 0,68 0,59 %N = 7P = 1.0К

Бутонизация 2,91 4,94 2,88 0,35 0,51 0,54 %N = 9 Р ~ 1,6 К

Цветение 1,91 2,53 2,38 1 0,29 0,37 0,51 %N = 6P = 1,0 К

Содержание неорганических форм, мг/100 г

Отрастание 148 224 135 43 44 25 NH = 4,7 Рн ~ 0,32 Кс;

Бутонизация 233 285 141 47 37 26 NH = 5,9 Рн = 0,47 Кс;

Цветение 272 198 144 51 38 27 NH = 5,4 Рн ~ 0,50 Кс;

Примечание: 1 - первый, 2 - второй, 3 - третей годы использования культуры.

Использовать формулы расчета доз удобрений, кг/га:

- для основного внесения:

Дм-моз = (Сопт- - Сфак-) / 0,25, кг/га

Дрго! = (Сопт- - Сфак.) / 0,28, кг/га

- для коррекции питания в период вегетации:

П — Оопг. ~ Э-МА' ) JJ _ ~ ^(МУ.) . таш~ 0,024 ; 0,002 '

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Ермохин Ю.И. Показатели связи между химическим составом растений и урожаем пустырника пятилопастного / Ю.И. Ермохин, О.Д. Шойкин, В.М. Красницкий //Плодородие. 2012. № 4 (66). С. 35-37.

2. Ермохин Ю.И. Реальные и практические связи доз применяемых удобрений с химическим составом почвы при возделывании лекарственного пустырника пятилопастного / Ю.И. Ермохин, Н.К. Трубина, О.Д. Шойкин // Омский научный вестник. 2012. № 1 (108). С. 154-155.

3. Ермохин Ю.И. Установление наиболее эффективных доз и сочетания минеральных удобрений под пустырник пятилопастный (Leonurus quinqueloba-tus Gilib.) / Ю.И. Ермохин, О.Д. Шойкин // Омский научный вестник. 2012. № 1 (108). С. 156-158.

Публикации в других изданиях

4. Журавкина О.С. Агроэкологическая оценка влияния минеральных удобрений на урожайность пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus) / О.С. Журавкина, О.Д. Шойкин, Н.К. Трубина // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: Мат. Всерос. молодеж. конф. Омск, 2009. Кн. 5. С. 105-109.

5. Шойкин О.Д. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество пустырника пятилопастного / О.Д. Шойкин // Студент и аграрная наука: Мат. пятого университетского конкурса на лучшую науч. работу. Омск, 2009. С. 242-245.

6. Шойкин О.Д. Влияние минеральных удобрений на урожайность пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) / О.Д. Шойкин, Е.И. Тиде // Современные проблемы агрохимии, почвоведения и экологии Омской области: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 45-летию фак-та агрохимии, почвоведения и экологии. Омск, 2010. С. 44-47.

7. Шойкин О.Д. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качественный состав пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) / О.Д. Шойкин // Диагностика и управление минеральным питанием растений: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию со дня рождения д. с.-х. н., заслуженного деятеля науки РФ Ю.И. Ермохина. Омск, 2010. С. 268-272.

8. Шойкин О.Д. Оптимизация минерального питания - способ интенсификации возделывания лекарственных трав в культуре / О.Д. Шойкин [и др.] // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: Мат. III Всерос. молодеж. науч.-техн. конф. Омск, 2010. Кн. 2. С. 238-241.

9. Шойкин О.Д. Оптимизация минерального питания - способ промышленного выращивания лекарственных трав / О.Д. Шойкин, С.С. Каспирович, Ю.И. Ермохин, Н.К. Трубина // Омский регион - месторождение возможностей: Мат. науч.-техн. конф. Омск, 2011. С. 343-344.

10. Ермохин Ю.И. Методика оптимизации минерального питания при выращивании многолетних лекарственных трав: Ин. листок № 55-036-12 / Ю.И. Ермохин, О.Д. Шойкин // Ом. ЦНТИ. Омск, 2012. 4 с.

11. Шойкин О.Д. Диагностика потребности пустырника пятилопастного в удобрениях на основе полевого опыта / О.Д. Шойкин // Инновационные технологии и разработки в агропромышленном комплексе: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 50-летию КГУ им. Ш. Уалиханова и памяти Смагула Са-дуакасова. Кокшетау, 2012. С. 95-98.

12. Шойкин О.Д. Эффективность использования расчетных доз азотных удобрений на урожайность общей биомассы пустырника пятилопастного / О.Д. Шойкин, В.В. Шушмарченко // Экологическая безопасность живых систем: Мат. науч.-практ. семинара. Омск, 2012. С. 75-78.

13. Ермохин Ю.И. Применение математических моделей связи в системе «почва-удобрение-урожай» пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) в условиях Омского Прииртышья / Ю.И. Ермохин, О.Д. Шойкин // Проблема безопасности. Технологии и управления: Мат. науч.-практ. конф. Омск, 2012. С. 71-75.

Подписано в печать 22.02.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 063. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шойкин, Олжас Даулетжанович, Омск

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ П.А.СТОЛЫПИНА»

Диагностика и оптимизация минерального питания пустырника пятилопастного (Ьеопигив quinquelobatus СШЬ.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири

На правах рукописи

Шойкин Олжас Даулетжанович

06.01.04 - агрохимия

чаем

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Ю.И. Ермохин

Омск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.........................................................................................5

1 Биологические особенности пустырника пятилопастного и диагностика минерального питания растений (обзор литературы)...........11

1.1 Ботаническое описание и биологические особенности

пустырника пятилопастного.................................................................13

1.2 Комплексный метод диагностики минерального питания растений.....21

2 Условия, объекты и методика проведения исследований......................31

2.1 Объекты и методика проведения исследования.............................31

2.2 Почвенно-климатические условия..............................................40

2.3 Метеорологические условия в годы проведения исследований..........44

3 Диагностика потребности пустырника пятилопастного в удобрениях

на основе полевого опыта..................................................................48

3.1 Влияние минеральных удобрений на урожайность пустырника пятилопастного.................................................................................50

3.2 Оценка доли участия элементов питания (Ъ1, Р, К) в формировании прибавки урожайности пустырника пятилопастного.....................................59

3.3 Определение соотношения питательных веществ в почве на основе взаимозависимости между урожаями удобренных вариантов.......................63

3.4 Продуктивная влага и урожайность пустырника пятилопастного.......68

4 Почвенная диагностика как метод определения потребности пустырника пятилопастного в удобрениях............................................71

4.1 Влияние минеральных удобрений на содержание элементов питания

в почве...........................................................................................72

4.2 Связь урожайности пустырника пятилопастного с содержанием элементов питания в почве.................................................................77

4.3 Диагностика минерального питания пустырника пятилопастного и расчет доз удобрений.........................................................................88

4.4 Нормативные агрохимические показатели для определения потребности пустырника пятилопастного в элементах питания....................92

4.5 Величина накопления доступного азота в почве и его практическое использование.................................................................................99

4.6 Почвенная диагностика питания и эффективности подкормки пустырника пятилопастного................................................................107

5 Растительная диагностика как метод определения потребности пустырника пятилопастного в удобрениях.........................................112

5.1 Связь химического состава целых растений, почвы и удобрений......114

5.2 Тканевая диагностика питания в практике применения удобрений.... 129

5.3 Экспресс-метод химической диагностики питания растений............137

6 Диагностика качества урожая пустырника пятилопастного...............142

7 Биоэнергетическая и экономическая оценка эффективности применения минеральных удобрений под пустырник пятилопастный....158

Выводы.......................................................................................165

Рекомендации производству............................................................167

Библиографический список.............................................................169

Приложения.................................................................................187

Основные обозначения и сокращения

ПРОД - почвенно-растительная оперативная диагностика

ПД - почвенная диагностика

РД - растительная диагностика

ГФ - государственная фармакопея

N-N03 - нитратный азот

N-N114 - аммонийный азот

Р2О5 - подвижный фосфор

К20 - обменный калий

КИП - коэффициент использования элементов питания из почвы

ПЭУ - показатель эффективности удобрений

N1^ - азот мобилизации

Р„ - фосфор неорганический

Кс - калий свободный

д. в. - действующее вещество

ЭМП - элементы минерального питания

ПДС - предельно допустимое содержание

БАВ - биологически активные вещества

г. - год

гг. - годы

Введение

Актуальность темы. Лекарственные растения имеют важное значение в жизни человека. Около 40% всех медикаментов изготавливают из растительного сырья или имеют в своем составе действующие вещества, получаемые из лекарственных растений. До возникновения развитой химико-фармацевтической промышленности потребность страны в лекарственном сырье удовлетворялась за счет заготовок дикорастущих лекарственных растений. Однако этот источник не удовлетворял нужды здравоохранения. В связи с этим, естественно, стал вопрос о широком введении в культуру наиболее важных для народного здравоохранения лекарственных растений.

Одной из таких культур является пустырник пятилопастный (Leonurus quinquelobatus Gilib.) - это многолетнее травянистое растение семейства яснотковых. Применяется при лечении тяжелых хронических заболеваний: сердечно-сосудистых неврозах, дистрофии миокарда, заболеваниях печени, почек, рекомендуется при истерии, невралгии, сердечной слабости и одышке. Препараты пустырника обладают более сильными седативными свойствами, чем препараты валерианы, регулируют функциональное состояние центральной нервной системы, понижают артериальное давление, замедляют ритм и увеличивают силу сердечных сокращений (Жуков H.A., Брюханова Л.И., 1983).

Следует отметить, что лекарственное и эфиромасличное растениеводство сравнительно молодые отрасли сельского хозяйства. Для получения больших урожаев высококачественного лекарственного сырья необходимо применять правильную агротехнику, минеральные удобрения, механизировать работы по посеву, уборке, сушке. Многолетние исследования показали, что большая роль в повышении урожайности многолетних трав принадлежит удобрениям (Губанов В.Г., Губанова В.М., 2003; Кожевина М.Н., Белкина C.B., Ермохин Ю.И., 2005; Krol В., Berbec S., 2004). Следует отметить, что минеральное питание является одним из наиболее доступных факторов для регулирования жизнедеятельности растений. С помощью тех или иных видов удобрений

можно не только изменить направленность процессов обмена веществ в желаемую сторону с целью повышения урожайности, но и воздействовать на химический состав, который определяет качество урожая, то есть усиливать накопление в растениях ценных веществ (Ермохин Ю.И., Неклюдов А.Ф.,1994).

Широкое использование в медицине веществ природного происхождения связано с тем, что сейчас одной из актуальных проблем здравоохранения в мире стала проблема появления «лекарственных болезней», обусловленная проникновением на фармацевтический рынок недоброкачественных (фальсифицированных) лекарственных средств, биологически активных добавок (БАД) и высокой биологической активностью лекарств. В результате у пациентов появилось множество побочных реакций, вызванных применением лекарств. А вот препараты на основе растений, по сравнению с синтетическими, имеют ряд преимуществ: они содержат много ингредиентов, которые придают им ценные свойства и обеспечивают многостороннее действие на организм, более сильное, чем действие каждого из них в отдельности (Хабриев Р.У., Ягудина Р.И., Аладышева Ж.И., 2000).

Несмотря на то, что посевные площади пустырника пятилопастного в России составляют около 200 га, действие минеральных удобрений на эту культуру в настоящее время практически не изучено, поэтому, данная тема приобретает актуальность (Жученко A.A., 2003). Кроме того, губернатором Омской области было издано постановление «О расширении и развитии производства лекарственных средств на 2000-2003 гг. (Омское лекарство)» с целью бесперебойного снабжения аптечных и лечебно-профилактических учреждений лекарственными средствами местного производства путем развития и реконструкций существующей фармацевтической базы (Постановление от 22 февраля 2000 г. № 58-п). Следовательно, возникает необходимость производства качественного лекарственного сырья, увеличение урожайности лекарственных трав. Неоспоримым аргументом является и то, что потребность в расширении сырьевой базы лекарственных растений испытывает

не только Россия, но и зарубежные страны (Живчикова Р. И., 2004; Huang J., Pei Sh., Long Ch., 2004).

В связи с этим возникает необходимость внедрения системы «ПРОД» (почвенно-растительной оперативной диагностики) при возделывании лекарственных растений и установления функциональных зависимостей, связывающих урожайность и качество продукции с количеством применяемых удобрений.

Цель работы: Разработка научно-обоснованного применения удобрений с использованием системы «ПРОД» под пустырник пятилопастный (Leonurus quinquelobatus Gilib.) на лугово-черноземной почве Западной Сибири.

Задачи исследований:

- выявить действие и последействие расчетных доз удобрений на урожайность и качество пустырника пяти лопастного;

- установить взаимосвязь между химическим составом почвы, растений, дозами удобрений, величиной и качеством пустырника пятилопастного;

- разработать оптимальные уровни и соотношения основных элементов питания в лугово-черноземной почве и в растениях пустырника в период онтогенеза для диагностики потребности его в удобрениях;

- определить нормативные количественные показатели выноса основных элементов питания урожаем, коэффициенты использования питательных веществ из почвы (КИП), показатели эффективности удобрений (ПЭУ) и интенсивности действия единицы удобрений на содержание основных элементов питания в почве и растениях;

- дать оценку биоэнергетической и экономической эффективности применения удобрений на основе комплексного метода диагностики минерального питания пустырника пятилопастного.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Западной Сибири на лугово-черноземных почвах выявлены математические закономерности в действии расчетных доз минеральных удобрений на урожайность пустырника

пятилопастного. Установлено оптимальное содержание и уравновешенный баланс основных элементов питания в почве и растениях по фазам роста и развития пустырника пятилопастного. Выявлена функциональная зависимость величины урожая пустырника пятилопастного от содержания элементов питания в исследуемых растениях на ранних этапах развития. Определены нормативные показатели: вынос основных элементов питания и коэффициенты их использования из почвы и удобрений, накопления доступного азота под растениями. Установлены показатели интенсивности действия единицы удобрений на содержание основных элементов питания в почве и растениях на лугово-черноземных почвах Западной Сибири.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- оптимальные научно-обоснованные дозы и сочетания удобрений под пустырник пятилопастный;

- оптимальные уровни и соотношения азота, фосфора, калия в почве и в растениях пустырника пятилопастного по фазам роста и развития;

- математические модели режима питания пустырника пятилопастного с использованием основных принципов системы «ПРОД».

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

На основе агрохимических и физиологических исследований почв и растений получены математические модели, отображающие взаимосвязи содержания 1\Г, Р, К в системе «почва-растение», что дает возможность оперативно, с достаточной точностью определять дозы минеральных удобрений для основного внесения и для коррекции режима питания культуры в период вегетации. Полученные модели позволяют в процессе онтогенеза пустырника пятилопастного диагностировать потребность в элементах питания, разработать рекомендации по рациональному применению удобрений и тем самым избегать чрезмерной концентрации химических веществ в почве и растениях, а также снизить затраты на применение удобрений.

Результаты исследований используются в учебном процессе Омского государственного аграрного университета и в работе ФГБУ ЦАС «Омский».

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения работы были представлены на: ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ (Омск, 20102012 гг.); VII Областной научно-практической конференции аспирантов и молодых соискателей «Методология в науках агропромышленного комплекса» (Омск, 16 апреля 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Методология научных исследований» (Омск, 27-28 мая 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Диагностика и управление минеральным питанием растений» (Омск, 16 июля 2010 г.); III Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 18 ноября 2010 г.); II Региональной молодежной научно-технической конференции «Омский регион - месторождение возможностей » (Омск, 14-17 апреля 2011 г.); II этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по Сибирскому федеральному округу, секция «Сельскохозяйственные науки» (Новосибирск, 28 апреля 2011 г.); III этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза России, номинация «Сельскохозяйственные науки» (Орел, 24-26 мая 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и разработки в АПК» (Кокшетау, 16-17 февраля 2012 г.); II этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по Сибирскому федеральному округу, секция «Биологические науки» (Омск, 24 апреля 2012 г.) и опубликованы в 13 работах, в том числе 3 в ведущем научном журнале определенном ВАК. Общий объем работ 1,48 п.л.

Изучаемая тема была изложена в международной программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») в 2011 г. и выигран тендер на проведение исследований.

Автор работы выражает огромную благодарность за методическое руководство, помощь при подготовке диссертационной работы своему учителю, научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ, академику Российской и Международной академии аграрного образования, лауреату премии имени академика Д.Н. Прянишникова Юрию Ивановичу Ермохину, а также за регулярную помощь при проведении исследований и большую поддержку кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Надежде Константиновне Трубиной. За помощь в проведении лабораторных исследований автор благодарит студентов, лаборантов, в частности Людмилу Юрьевну Котельникову и преподавателей кафедры агрохимии Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина.

1 Биологические особенности пустырника пятилопастного и диагностика минерального питания растений (обзор литературы)

Несмотря на бурное развитие химии и создание новых высокоэффективных синтетических лекарственных препаратов, лекарственные растения продолжают занимать видное место в арсенале лечебных средств. Особенно часто их используют в домашних условиях. Применять растения для лечения болезней и укрепления здоровья начали в глубокой древности. Еще первобытные люди пользовались дарами «живой аптеки» - природы. Однако бурное развитие лекарственного растениеводства, широкие поиски новых растений и всестороннее их изучение началось после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1921 году был издан Декрет о сборе и культуре лекарственных растений. Большое значение для развития исследований лекарственных растений и создание лечебных препаратов из них имела организация в 1931 году Всесоюзного научно-исследовательского института лекарственных растений (ВИЛР). Многочисленные экспедиции, организованные институтом в поисках лекарственных растений и по определению их естественных запасов, изучение биологии и введение в культуру многих из этих растений, проводимые в лабораториях института и на его зональных станциях в различных районах страны, позволили пополнить медицинский арсенал новыми средствами борьбы с различными болезнями (Жуков H.A., Брюханова Л.И., 1983; Минаева В.Г., 1991).

В настоящее время крупные научно-исследовательские учреждения, изучающие лекарственные растения и создающие из них новые лечебные препараты, имеются во многих городах Российской Федерации.

Все лекарственные и технические растения - ценное сырье для пищевой, вкусовой, ликероводочной промышленности, отходы переработки травянистого сырья используют�