Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эвапорация и транспирация как факторы абиогенного и биологического круговорота питательных веществ в агроценозах Северного Кавказа

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Эвапорация и транспирация как факторы абиогенного и биологического круговорота питательных веществ в агроценозах Северного Кавказа"

ГЕХАЕВ ТАУС ЯПУЕВИЧ

На правах рукописи

ЭВАПОРАЦИЯ И ТРАНСПИРАЦИЯ КАК ФАКТОРЫ АБИОГЕННОГО И БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В АГРОЦЕНОЗАХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность 06 01.04 - агрохимия 03.00.12 - физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 2008

003168373

Работа выполнена на кафедре пищевых производств Грозненского государственного нефтяного института им акад М Д Миллионщикова

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Аканова Наталья Ивановна, доктор биологических наук Любимов Валерий Юрьевич, доктор сельскохозяйственных наук Федотова Людмила Сергеевна

Ведущая организация: Горский государственный аграрный университет

Защита состоится 15 мая 2008 г в 14— часов на заседании диссертационного совета Д006 029 01 во Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии им Д Н Прянишникова по адресу 127500, Москва, ул , Прянишникова 31 а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИА Автореферат разослан « » & 2008 г

диссертационного совета

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Круговорот питательных минеральных веществ имеет в природе очень важное значение В земледелии он нарушается вследствие отчуждения из почвы части элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур, в результате эрозионных процессов и нисходящего выведения из почвенного профиля Отдельными и малоизученными процессами в природных условиях и при возделывании сельскохозяйственных культур является абиогенная миграция ионов в результате испарения с поверхности почвы (эвапорация) и транспирация растительными организмами (биогенная миграция) В комплексе оба эти процесса, влияющие на перемещение питательных веществ объединяются в единое понятие - эвапотранспирация Изучение этого явления позволит глубже подойти к познанию баланса биофильных элементов в почве, прогнозированию и миграции ионов питательных веществ в системе почва - растение - атмосфера Эвапотранспирация является важным фактором в круговороте минеральных веществ в природе и имеет не только научное, но и прикладное значение при балансовых расчетах в качестве расходной статьи Изучение этого вопроса необходимо как для понимания природных процессов, так и для рационального использования естественных ресурсов и решения народно-хозяйственных проблем в аграрном секторе

Целью исследований является изучение ионного состава почвенных и транспирационных паров и выявление потерь минеральных веществ при этих процессах в агроценозах Северного Кавказа

Для решения поставлены следующие задачи

1 Определить ионный состав почвенных и транспирационных паров при возделывании различных сельскохозяйственных культур,

2 Изучить миграцию ионов с парами воды в разное время суток,

3 Установить влияние орошения на миграцию ионов при эвапотранспи-рации,

4 Выявить действие удобрений на ионный состав почвенных и транспирационных паров,

5. Определить величину потерь минеральных веществ в различных агро-ценозах

Научная новизна и прикладное значение. Изучена миграция ионов минеральных веществ, транспирационными парами овощных культур, а также содержание их в эвапотранспирационных парах кормовой свеклы, озимой пшеницы и люцерны, озимого ячменя, кукурузы, подсолнечника и других культур В работе впервые исследованы эколого-агрохимические аспекты потерь ионов минеральных веществ, мигрирующих из растений с транспирационными парами

Установлено, что растение капусты при орошении за время вегетации, испаряя 500 мм воды, теряют из почвы с парами 14,3, томаты - 15,4, огурцы -15,5 и лук - 13,0 кг/га ионов Потери ионов растениями подсолнечника, кормовой свеклы, люцерны, кукурузы, сахарной свеклы, сои, озимого ячменя и озимой пшеницы равны соответственно 3,06, 3,1, 3,87, 3,6, 4,0, 4,8, 5,1 и 5,6 мг/л Полученные данные могут быть использованы для суждения о балансе дефицитных и более распространенных минеральных веществ, потребляемых растениями из вегетирующими растениями в системе «атмосферные осадки - почва -растение» Это позволит, более глубоко понять процессы жизнедеятельности растений и учитывать потери ионов почвой и растениями с парами воды, которые до сих пор не принимались во внимание Накопление и анализ данных по данному вопросу помогут разработать мероприятия по рациональному использованию удобрений, питательных веществ из почвы и активному воздействию на метаболизм растений, а также иметь более глубокое представление о солевом обмене в природе. Кроме того, при создании оптимального уровня минерального питания и оптимума влажности почвы учет потерь ионов позволяет устанавливать истинный уровень питания растений основными элементами, как необходимое условие для получения высокого, в том числе запрограммирова-ного урожая

Положение, выносимое на защиту: 1. Ионный состав конденсата паров воды из почвы

2 Ионный состав конденсатов транспирационных паров различных сельскохозяйственных культур

3. Влияние агротехнических факторов на катионный и анионный состав канденсатов почвенных и транспирационных паров

4 Размер потери элементов питания при эвапотранспирации в различных агроценозах

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Межвузовской научно-практической конференции, посвященной 20-летию Чеченского госпединститута (Грозный, 2001), Международной конференции, посвященной 125-летию Казанского государственного педагогического университета (Казань, 2002), Региональной межвузовской научно-практической конференции (Грозный, 2002), Международной конференции, посвященной 10-летию Ингушского государственного университета (Магас, 2003), Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального использования растительных ресурсов» (Владикавказ, 2004), Северо-Кавказской региональной конференции (Владикавказ, 2005), Международной конференции, посвященной 75-летию СтГАУ и 65-летию агрономического факультета «Проблемы производства продукции растениеводства на мелиорированных землях» (Ставрополь, 2005), Межвузовской студенческой научно-практической конференции, посвященной 85-летию Грозненского государственного нефтяного института (¡Грозный, 2006), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 85-летию Грозненского государственного нефтяного института (Грозный, 2006) Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 работ Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 278 страницах машинописного текста, содержит 52 таблицы, 7 рисунков, 5 приложений и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, включающего 534 наименований, в том числе 55 иностранных Место и методика проведения исследований.

Для решения поставленных задач были проведены исследования на Кировском сортоиспытательном участке Северной Осетии, в учебно-опытном хозяй-

стве Серноводского сельскохозяйственного техникума, на Урус-Мартановском госсортоучастке в Чечне, в овощном севообороте на маломощном карбонатном черноземе.

Конденсация почвенных паров (эввапорация) производилась по методике, предложенной Г Е Немерюком, под колпаками из плексигласа пли плотного полиэтилена на каркасе из алюминиевых угольников, накрывающих 0,56 м2 почвы Колпаки снабжались кондиционерами, охлаждаемыми извне сухим льдом где, пары воды конденсировались в виде инея Жидкий конденсат выводили наружу через резиновую трубку в мерную мензурку Конденсаты хранились в полиэтиленовых сосудах Нитрат и сульфат аммония вносили поверхностно и в почву на глубину 7-8 см

Перед улавливанием транспирационных паров сельскохозяйственных культур с широкими междурядьями (кукуруза, подсолнечник) почву хорошо закрывали полиэтиленовой пленкой, а затем растения накрывали колпаком с конденсатором В опытах с соей и сахарной свеклой этими культурами под колпаком конденсировались как транспирационные, так и почвенные (эвапорационные) пары Большую часть (90%) конденсатов паров, собранных над этими культурами, можно отнести к транспирационным, так как в междурядиях, оставались незакрытыми только небольшие пространства между растениями в рядке В опытах с пшеницей, ячменем и люцерной почву не закрывали, но при этом старались выбрать участки с оптимальной густотой стояния растений

Химические анализы конденсатов провдили стандартными методами, позволяющих анализировать раствор с содержанием ионов от 1 до 20 мг/л

Ионы кальция определяли с помощью 0,001 н трилона В присутствии индикатора мурексида при рН 12,5, чувствительность метода - 0,1 мг/л, ошибка -около 5% Сумму ионов кальция и магния определяли также с помощью трилона в присутствии индикатора хромогена черного и аммиачной буферной смеси Содержание ионов магния вычисляли по разности Ионы натрия и калия определяли на пламенном фотометре после 10-кратного концентрирования конденсатов путем выпаривания, с последующим колориметрированием на ФЭК-Н-57

с применением реактива Несслера Если содержание аммония в конденсате было велико, его разбавляли водой При определении иона хлора применяли мер-куриметрический метод с использованием спиртового раствора После концентрирования конденсата в 20 раз и более, путем выпаривания в термостойких стаканчиках, добавляли 2 мл этилового спирта Доводя рН до нужной величины, титровали 0,005 н раствором азотнокислой ртути, титр которой устанавливали в идентичных условиях При определении хлора этим методом важное значение имеет величина рН титруемого раствора Применение смешанного индикатора, в состав которого входят дифенилкарбазон и бромфеноловый синий, позволяет установить в испытуемом растворе необходимый рН, равный 3,0-3,5 Сульфатные ионы определяли нефелометрически с помощью ФЭК-Н-57 Исследуемый образец конденсата объемом 50-100 мл выпаривали досуха в термостойких стаканчиках. К сухому остатку добавляли 5 мл дистиллированной воды и 5 мл реактива-осадителя, хорошо перемешивали содержимое в стаканчике стеклянной палочкой и по истечении 3 мин проводили нефелометриро-вание Осадитель состоял из 3 объемов этиленгликоля, 1 объема 5%-ного ВаС12 и 3 объемов 96%-ного этилового спирта Величину рН этой смеси доводили соляной кислотой до 2,5-2,8 Метод достаточно чувствителен и по точности не уступает другим методам Гидрокарбонатные ионы определяли ацидиметриче-ски с обратным титрованием избытка 0,002 н НС1 и 0,002 н бурой после 10-минутного продувания воздухом, лишенным углекислого газа В качестве индикатора применяли метиловый красный, чувствительность метода - высокая -0,1 мг/л, ошибка - 0,5-3% Нитратные ионы определяли колориметрически с помощью дифениламина, нитритные - с применением реактива Грисса Дигид-рофосфатные ионы также определяли колориметрически с помощью молибде-новокислого аммония и свежеприготовленного хлористого олова Образец конденсата концентрировали в 5-10 раз путем выпаривания Концентрацию водородных ионов определяли на ламповом потенциометре со стеклянным электродом ЛПУ-01 Данные обрабатывали дисперсионным методом

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Ионный состав эвапорационных паров, выделяемых из почвы Без полива и внесения удобрений. В связи с тем, что в севообороте предшественником овощных является озимая пшеница, опыты проведены на убранном поле и затем после его вспашки

Данные опытов, проведенных на стерне, показали, что потери ионов с парами снижаются до 0,45 мг/л общего содержания катионов, т е почти в два раза в сравнении с полем, занятом этой культурой в период вегетации (табл 1) При этом на долю аммония, происхождение которого связано с жизнедеятельностью микроорганизмов, приходится 41,6% от суммы мг/литр На пахоте потери аммиака в 3,5 раза ниже по сравнению с потерями из невспаханной почвы, что вполне закономерно, т к на поверхности пашни микроорганизмов меньше, чем в верхних слоях почвы на стерне

Таблица 1

Содержание ионов в конденсатах паров воды из почвы _ без полива и внесения удобрений, мг/л___

Дата Состояние поля nh; К+ Na+ Са2+ Mg2* X катионов без NH; СГ so нсо~ £ ионов

22 VII стерня 0,28 0,04 0,20 0,15 0,06 0,45 0,52 0,38 0,55 2,18

21 VIII пахота 0,08 0,05 0,13 0,27 0,10 0,55 0,70 0,32 0,79 2,44

10 V наруш почва 0,19 0,08 0,19 0,30 0,19 0,76 0,58 0,17 1,46 3,16

26 VII -II- 0,25 0,10 0,14 0,38 0,14 0,76 0,87 0,42 0,35 2,65

27 VII -II- 0,38 0,09 0,06 0,41 0,19 0,75 0,71 0,80 1,24 3,88

22 VI -II- 0,04 0,05 0,19 0,33 0,12 0,69 0,57 0,55 0,26 2,71

29 VIII 0,09 0,06 0,12 0,30 0,12 0,60 0,65 0,50 0,98 2,82

27 X -II- 0,06 0,04 0,44 0,50 0,06 1,04 0,30 0,24 0,25 1,89

среднее 0,17 0,06 0,18 0,33 0,12 0,70 0,61 0,42 0,81 2,71

Следует отметить, что и в отсутствии азотных удобрений из почвы с парами воды постоянно выделяется аммиак, как продукт микробиологических процессов минерализации органических веществ в почве Так как это связанно с влажностью, температурой почвы, воздуха и освещением, то вполне понятны коле-

бания содержания аммиака в конденсатах паров воды над почвой в различные периоды в пределах от 0,04 до 0,38 мг/л Относительно более стабильными являются потери почвой кальция, который в конденсатах эвапорационных паров количественно преобладает над другими катионами Содержание кальция колеблется в пределах 0,15-0,50 мг/л при общем содержании всех катионов от 0,45 до 1,04 мг/л

В среднем содержание катионов в конденсатах паров воды, из неполитой и неудобренной почвы, располагаются в следующем убывающем порядке Са2+> Ыа+ > ЫН; > Мдг+>К*

Приведенные данные показывают, что почва теряет кальция относительно интенсивнее, чем другие катионы Среди анионов в конденсатах паров наиболее резким колебаниям подвержено содержание ионов хлора - 0,30-0,87 и сульфатных ионов 0,17-0,80 мг/л Общее содержание ионов колеблется в пределах от 1,89 до 3,88, в котором на долю калия приходится в среднем 0,06 мг/л Следует отметить, что почва при любой влажности и интенсивности испарения воды непрерывно теряет ионы

Внесение удобрения на разную глубину. Как показали исследования, парующая почва так же, как и растения, непроизводительно теряет часть ионов минеральных веществ, которые в ней содержатся Это явление имеет определенное значение в связи с тем, что значительная часть площади в междурядьях под овощными и другими культурами находится в открытом состоянии

Наряду с изучением потерь ионов почвой при испарении воды в условиях орошения, обращено внимание на изучение потерь азота в зависимости от способов внесения удобрений и влажности почвы В полевых опытах в качестве азотного удобрения применяли аммиачную селитру и в одном случае сульфат аммония для сравнения величины потерь аммония, связанного с различными анионами Результаты анализов показали, что в случае применения аммиачной селитры потери аммиака были примерно в два раза меньше, чем при внесении сульфата аммония Одновременно с этим изучалось влияние влажности почвы и глубины заделки удобрения на потери ионов

В результате установлено, что с поверхности удобренной и неудобренной почвы с парами воды теряются не только ионы летучих соединений (аммиак, окислы азота), но и ионы металлов, которые содержатся в почве (табл 2) При этом в случае внесения аммиачной селитры на поверхность почвы в конденсатах в наибольшем количестве содержится аммоний При внесении указанного удобрения на глубину 7-8 см содержание аммония в конденсатах значительно уменьшается и колеблется в тех же пределах, что и на неудобренной почве

Таблица 2

Содержание катионов в конденсатах паров воды из __почвы_

К* Ыа+ Са2+ М82+

% от % от % от % от % от X ка-

Дата мг/л суммы мэкв мг/л суммы мэкв мг/л суммы мэкв мг/л суммы мэкв мг/л суммы мэкв тионов

Внесение нитрата аммония на поверхности почвы

8 VI 17,0 94,02 0,14 0,35 0,28 1,21 0,44 2,20 0,27 2,22 18,13

9 VI 17,50 94,68 0,06 0,15 0,16 0,67 0,43 2,10 0,30 3,40 18,45

10У1 11,60 91,59 0,05 0,18 0,20 1,22 0,49 3,49 0,30 3,52 12,64

19У1 3,85 83,15 0,13 1,28 0,20 3,35 0,30 5,84 0,20 6,38 4,68

20У1 2,53 79,68 0,07 1,03 0,10 2,44 0,38 10,38 0,13 6,07 3,21

Внесение нитрата аммония на глубину 7-8 см

8 VI 0,64 37,52 0,08 2,12 0,19 8,67 0,60 31,72 0,23 19,97 1,74

9 VI 0,77 38,43 0,04 0,90 0,15 5,04 0,48 21,60 0,46 34,03 1,90

10У1 0,56 33,75 0,05 1,36 0,24 10,91 0,47 24,66 0,34 29,38 1,66

19 VI 0,50 37,33 0,10 3,50 0,26 15,23 0,34 22,91 0,19 21,19 1,39

20У1 0,41 27,05 0,07 2,14 0,29 14,96 0,58 34,40 0,22 21,46 1,57

Неудобренная почва

1 VI 0,71 53,25 0,05 1,75 0,18 10,54 0,23 15,54 0,17 18,92 1,34

2 VI 0,61 50,82 0,03 1,20 0,13 3,43 0,23 17,25 0,18 22,26 1,18

При внесении нитрата аммония на поверхность почвы наблюдается повышение содержания в конденсатах не только аммония, но и гидрокарбоната, на долю этого аниона приходится до 96% от суммы мэкв Почти эквивалентное соотношение 1ЧН4+ и НСО'з свидетельствует о том, что эти ионы образуются в присутствии паров воды в результате взаимодействия аммиака и двуокиси углерода Вероятно, что еще в почве эти газы переходят в ионное состояние и по-

том мигрируют с парами воды Присутствие указанных компонентов повышает рН и общую минерализацию конденсатов (табл 3)

Таблица 3

Содержание анионов в конденсатах паров воды из почвы

Дата СГ N0, НС03" рн X анионов

мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв

Внесение нит} зата аммония на поверхности почвы

8 VI 0,90 2,34 0,37 0,56 0,50 0,96 63,50 96,14 8,08 65,27

9 VI 0,83 2,76 0,41 0,78 0,53 1,30 49,20 95,16 7,87 50,97

10 VI 0,74 4,18 0,79 2,54 0,45 1,88 27,89 91,40 7,77 29,87

19 VI 0,98 11,95 0,14 0,95 0,52 4,68 11,62 82,42 6,72 13,26

20 VI 0,68 12,64 0,06 0,66- 0,23 3,16 7,74 83,54 7,00 8,71

Внесение нитрата аммония на глубину 7-8 см

8 VI 0,82 60,79 0,09 3,68 0,50 35,53 не обн - 5,20 1,41

9 VI 0,90 70,16 0,12 5,25 0,53 24,59 необн - 5,00 1,55

10 VI 0,70 55,81 0,18 8,22 0,45 35,97 не обн - 5,10 1,33

19 VI 1,08 59,27 0,14 4,34 0,52 15,18 0,64 20,51 5,40 2,38

20 VI 1,11 60,54 0,10 3,10 0,23 16,63 0,72 19,73 5,40 2,16

Неудобренная почва

1 VI 0,70 61,37 0,11 5,60 0.51 33,03 не обн - 5,73 1,32

2 VI 0,62 56,26 0,08 4,18 0,59 39,18 не обн - 5,33 1,29

Общее содержание всех ионов в конденсатах испарения почвы при поверхностном внесении нитрата аммония колеблется в пределах от 11 до 83 мг/л Этот показатель для вариантов без полива и удобрений и после внесения азотных удобрений с заделкой их в почву и последующим поливом соответственно составлял от 1,89 до 3,88 и 3,67-5,49 мг/л В варианте без удобрений после полива общее содержание всех ионов в эвапорацинонных парах колеблется в пределах - 2,38-6,39 при средней величине 3 38 мг/л

После полива Данные, представленные в таблице 4, показывают, что при поливе количество ионов в парах воды над почвой в среднем возрастает на 24,8% в сравнении с неполитыми участками, а при полной полевой влагоемко-сти на 47% и более По мере высыхания почвы количество мигрирующих катионов уменьшается

Таблица 4

Ионный состав конденсатов паров воды почвы без внесения удобрений ____ после полива, мг/л___

| Дата Состояние почвы Влажность Ш4 + К+ Са2+ мв2+ £ катионов без ш; СГ БО2- нщ пионов

18 VII пар ППВ 0,21 0,10 0,21 0,45 0,17 0,93 0,46 0,77 0,40 2,77

19 VII пар ППВ 0,13 0,12 0,17 0,51 0,23 1,03 0,67 0,50 1,00 3,33

19 VII го же -II- 0,37 0,06 0,10 0,44 0,14 0,74 0,55 0,52 0,34 2,52

20 VII го же -II- 0,50 0,12 0,16 0,64 0,10 1,02 0,60 0,80 0,12 3,04

21 VII го же -II- 0,35 0,15 0,13 0,36 0,12 0,76 0,42 0,72 0,26 2,51

21 VII го же -II- 0,40 0,09 0,15 0,38 0,13 0,75 0,50 0,43 0,30 2,38

26 VII то же -II- 0,23 0,17 0,26 0,46 0,18 1,07 0,80 0,35 1,56 4,01

27 VII то же -II- 0,37 0,15 0,30 0,63 0,31 1,39 0,71 1,28 2,64 6,39

Среднее 0,32 0,12 0,18 0,48 0,16 0,95 0,60 0,68 0,83 3,38

На политой почве потери аммиака колеблются от 0,13 до 0,50 мг/л и в среднем почти удваиваются, достигая 0,32 мг/л в сравнении с неполитой почвой Удваивается также в среднем и содержание ионов калия, достигая 0,12 мг/л Количество кальция колеблется в пределах от 0,36 до 0,64, натрия - 0,10-0,30, магния - 0,10-0,31 мг/л Сумма катионов при средней величине 0,95 изменяется от 0,74 до 1,39 мг/л По средним данным катионы располагаются в следующем убывающем порядке Са2+>КН*>Ма+>М§2+>К'', т е ионы аммония перемещаются на второе место в сравнении с расположением их в парах неполитой почвы Содержание НСО; изменяется от 0,12 до 2,64, БО," - 0,35-1,28, С1~ - 0,420,80 мг/л По средним величинам они располагаются в следующем убывающем порядке НС0;>50^ >СГ Общее содержание всех ионов колеблется в пределах 2,38-6,39 при средней величине 3,38 мг/л Эти колебания зависят от величины влажности почвы

После полива и внесения удобрений. Опыты по изучению потерь соединений азота, фосфора и других ионов проведены после внесения аммиачной селитры на поверхности почвы и на глубину 7-8 см в опытном хозяйстве Серно-водского сельскохозяйственного техникума Чеченской республики

Данные химического анализа конденсатов (табл 5) показывают, что при внесении аммиачной селитры в почву, увлажненную до полной полевой влаго-емкости, потери аммиака достигают 13,0 мг/л По мере высыхания почвы на четвертый день потери уменьшаются в пять раз, но и в этом случае они значительно больше тех, которые наблюдаются при внесении удобрения на глубину 7-8 см

Высокое содержание в конденсатах ионов аммония при поверхностном внесении его солей находится в сопряженном состоянии с гидрокарбонатными ионами Они образуются в результате взаимодействия аммиака, двуокиси углерода и воды, вследствие чего на их долю приходится до 94% от суммы при общем максимальном содержании 46,7 мг/л На выделение аммиака из удобренной почвы может оказывать влияние обменный процесс между гидрокарбонатом кальция и аммиачной солью

Окислы азота, содержащиеся в конденсатах в виде нитратных и нитритных ионов, теряются из почвы с парами воды в значительно меньших количествах, чем аммиак Потери этих веществ также уменьшаются с глубиной заделки удобрения

Соединения фосфора в пересчете на дигидрофосфатный ион теряются с парами воды в небольших количествах

Потеря калия на порядок выше потерь соединений фосфора, они колеблются в пределах 0,04-0,20 мг/л После полива и дождя в мае и июне они повышаются до 0,11-0,26 мг/л, а осенью мало отличаются от средней величины Полив в большей степени сказывается на потерях натрия, кальция и магния

Общее содержание их в конденсатах в среднем равно 1,27 мг/л, или на 0,64 мг больше, чем на неудобренной и неполитой почве В весовом соотношении при орошении в потери ионов наблюдается следующий убывающий порядок

ЫН;>Са2+Жа+>МВ2+Ж+ и НСО; >С1" >Б05" >N0; > ш;> н2ро;.

Таблица 5

Содержание ионов в конденсатах паров из почвы различной влажности при _внесении удобрений на различную глубину, мг/л

Дата

Глубина заделки удобрения

Влажность

Удобрение кг/га

ки:

К+

Са2

Е катионов без

ш;

С1"

НСО:

N0:

N0:

нгР0;

Е ионов

8 V

поверх

ППВ

МЩМОз-ЭС

13,05

0,18

0,85

0,65

0,36

2,04

0,60

0,34

23,94

0,34

0,10

0,01

40,42

11 V

4( <<

2,16

0,15

0,48

0,36

0,20

1,19

0,58

0,27

5,89

0,21

0,04

не опр

10,34

; V

7-8 см

ППВ

-90

0,27

0,11

0,29

0,67

0,40

1,47

0,58

0,19

2,20

0,02

¡опр_

0,02

4,75

11 V

0,13

0,10

0,28

0,30

0,17

0,85

0,58

0,15

2,95

;опр

0,01

не опр

3,67

17 VI

поверх

после дожд

-"—60

5,23

0,20

0,68

1,89

0,60

3,37

1,35

1,55

17,93

0,27

0,04

29,74

18 VI

6,48

0,26

0,32

0,75

0,25

1,58

1,28

1,05

19,50

0,15

0,02

30,06

19 VI

5,77

0,13

0,35

0,31

0,07

0,86

0,58

0,45

15,06

0,30

0,12

0,01

23,15

17 VI

поверх

сильн дожд

(Ш^О,, -60

16,70

0,07

0,18

0,50

0,23

0,98

1,66

0,54

30,00

не опр

0,07

0,02

49,97

19 VI

13,00

0,14

0,23

0,46

0,17

1,00

1,60

0,54

26,11

0,26

0,01

42,52

20 X

под культ

после полива

—90

0,12

0,09

0,25

0,39

0,16

0,89

0,48

0,43

0,24

не опр

0,01

2,17

25 X

>ез полив;

0,20

0,06

0,24

0,46

0,16

0,92

0,71

0,28

0,84

0,07

0,01

3,03

25 X

после полива

0,34

0,13

0,30

0,83

0,46

1,72

0,90

1,06

3,60

0,06

0,03

7,71

25 X 29 X 31 X 29 X 31 X

>ез полив

поверх

7-8 см

0,70 1,03 1,45 0,25 0,15

0,04 0,06 0,05 0,09 0,07

0,22 0,31 0,31 0,66 0,33

0,36 0,37 0,32 1,21 0,73

0,13 0,16 0,15 0,46 0,32

0,75 0,90 0,83 2,42 1,45

0,81 0,50 0,44 0,67 0,92

0,17 0,30 0,35 0,61 1,01

1,32 2,88 2,96 1,48 1,16

0,10 0,13 0,06 0,03 0,08

0,01 0,08 0,01 0,03 0,02

3,86 5,82 6,10 5,49 4,79

Утечку азота в виде аммиака можно подсчитать Так, если 8 мая за сутки, согласно данным опыта испарилось 21,7 м3/га воды, которая содержала 13,0 мг/л ЫН,, то потери выражаются в 220 г/га азота в течение суток, или около 0,7% азота, внесенного с аммиачной селитрой Это количество азота соответствует 1,26 кг аммиачной селитры В условиях отдельных хозяйств потери азота могут быть и не столь велики, но на миллионах гектаров они превращаются в существенную величину

Пользуясь данными об испарении воды из парующей почвы и количестве ионов, мигрирующих с ее парами за вегетацию, общие потери их без орошения равняются 8,1, а при орошении до 14,5 кг/га В первом случае потери К* равны 0,16, Ыа* - 0,49, Са2+ - 0,89, Мё2* - 0,32, СГ - 1,65, БО2' - 1,14 и НСО; - 2,19, во втором соответственно 0,52, 0,77, 2,11, 0,69, 2,58, 2,92 и 3,57 кг/га с апреля по ноябрь при испарении из почвы за этот период без орошения и при орошении соответственно 3000 и 4300 м3/га воды

По нашим данным поступление ионов Иа+, К*, , НСО;, БО^ и

СГ с атмосферными осадками составляет соответственно 0 75, 0 60, 1 20, 0 30, 0 60, 3 18, 1 50 и 0 90, а всего - 9 03 кг/га Следовательно, разница между потерями ионов при испарении из почвы и поступлением с атмосферными осадками составляет 5,5 кг/га (без учета выноса при транспирации растениями)

Состав транспирационных и эвапотранспирационных паров различных сельскохозяйственных культур Овощные культуры. Конденсаты транспирационных паров овощных культур содержат одни и те же ионы, которые они извлекают корневой системой из почвы (табл 6) и часть их теряют с испаряющейся водой, вступая таким образом в обмен с окружающей газообразной средой Последняя, в свою очередь, может быть источником для них не только кислорода и двуокиси углерода, которые растения поглощают через листовую поверхность, но также паров воды (Л Н Бабушкин, 1970, В М Свешникова, 1972 и др ), а возможно, и ионов минеральных солей

Таблица 6

Содержание ионов в конденсатах паров овощных культур (мг/л)

Кучьтура т; К* Ма* Са~* Сумма катионов мг/л Сумма мэкв катионов сг 5042- нсо; рН С\мча анионов Сумма мэкв анионов Сумма ионов

Капуста 0,19 0,07 0,17 0,22 0,12 0,77 0,0400 0,57 0,47 0 68 5,45 1,75 0,0374 2,52

Томаты 0,17 0,08 0,17 0,29 0,16 0,87 0,0473 0,66 0,39 0 96 5,54 2,02 0,0482 2,89

Огурцы 0,25 0,09 0,18 0,23 0,13 0,88 0,0473 0,64 0,33 1,09 5,60 2,06 0,0425 2,94

Лук 0,20 0,05 0,09 0,17 0,09 0 60 0,0344 0,58 0,34 0,55 5,50 1,52 0,0333 2,12

Постоянной составной частью конденсатов транспирационых паров является аммиак, который растения поглощают из почвы в виде ионов В связи с тем, что этот ион не только поглощается, но и образуется в растениях из нитратов при окислительно-восстановительных процессах и распаде органических азотсодержащих соединений, содержание его в транспирационных парах подвержено значительным кочебаниям

Как видно из данных таблицы 6, катионы и анионы в конденсатах транспирационных паров капусты в среднем располагаются в таком убывающем ряде Са21'>ЫН^>М§2+Ж*и НСОРСГ^О,' Общее содержание всех ионов в конденсатах паров капусты колеблется в пределах 1,96-3,86 при средней величине 2,52 мг/л Зная количество испарившейся воды, можно рассчитать общие потери ионов растениями В опытах с капустой за сутки из растений испарилось 24,8 м3 /га воды Следовательно, общие потери ионов составили 62,5г/га

Среди овощных культур наибольшее количество ионов с парами воды теряют огурцы и томаты Повышенная концентрация ионов в конденсатах этих культур обусловлена, главным образом, высоким содержанием в них гидрокарбонатных ионов, содержание которых подвержено наибольшим колебаниям в соответствии с величиной рН Чем ниже значение рН, тем меньше в растворе гидрокарбонатных ионов Содержание хлоридных и сульфатных ионов в пробах конденсатов транспирации менее подвержено колебаниям, но концентрация первых почти в два раза выше концентрации последних

В конденсатах транспирации в наибольшем количестве содержатся ионы кальция, хотя в ряде случаев первое место занимают ионы аммония Содержание ионов магния почти в два раза меньше, чем ионов кальция Концентрация ионов натрия несколько выше, чем ионов магния

Несмотря на большое сходство химических свойств натрия и калия, концентрация ионов натрия в конденсатах испарения более чем в два раза превышает концентрацию ионов калия Это указывает на избирательный переход ионов из растений в атмосферу с парами воды Наименьшее количество ионов натрия содержалось в конденсатах испарения на луковичном поле

Следует отметить, что конденсаты, собранные над луком, отличаются меньшим содержанием всех катионов, кроме аммония, в сравнении с конденсатами испарения других культур

В процессе проведения опытов установлено, что в ночное время в среднем испарялось 38,2% валового расхода воды, а потери ионов с парами составили 27,0% от общего их количества, мигрировавшегося в атмосферу за сутки Из этого следует, что ночью растения теряют ионов относительно меньше, чем днем

Одновременно проведенные опыты на парующей почве показали, что из нее за сутки в среднем испарилось 10,0 м3/га, или 28,7% от валового расхода воды, потерянной почвой растениями капусты, равного 35,0 м3/га Испарение воды из почвы тесно связано с температурой воздуха Максимальная дневная температура (18-20/VII) составившая 32,7-34,6°С, была примерно в два раза выше минимальной в ночное время Аналогичным образом изменяется и количество испарившейся воды

Благодаря транспирации растений, потери воды из почвы возрастают примерно в два раза Так, днем воды испарялось 73-82%, в среднем 77% валового ее расхода растениями Следовательно, количество испаряющейся воды определяется отношением площадей парующей и занятой растениями почвы В опытах, проведенных на участках, занятых капустой, огурцами и томатами, на долю почвы приходилось около 30% испарившейся воды При этом необходимо учитывать, что почва, так же как и растения, теряет с парами воды ионы В указанном выше опыте с капустой установлено, что из 91,9 г/га ионов, потерянных капустой и почвой за сутки, на долю почвы приходится 36,2 г/га, или 39,3%

Таким образом, при изучении потерь ионов важно знать количество воды, потерянное отдельно растениями и почвой В указанных опытах в этом случае принято испарение из почвы, равным 40%, а из растений - 60% валового расхода воды за вегетационный период в (500мм) Это среднее соотношение взято из

тех соображений, что в начальной стадии вегетации капусты основная масса воды испарялась из почвы, а затем до 70% -из хорошо развитых растений

На основании средних данных о содержании ионов в конденсатах паров, испаряющихся из орошаемой почвы и растений, подсчитаны общие потери ионов (табл 7)

За вегетационный период растения капусты теряют ионов аммония 0,57, почва - 0,64, а в сумме - 1,21 кг/га Всего при орошении из почвы за время вегетации капусты при испарении 500 мм воды с парами переходит в атмосферу 14,3 кг/га различных ионов Для определения величины потерь ионов с парами воды с поля, занятого томатами, можно использовать показатели, равные водо-погреблению для капусты, так как расход воды на полив их был одинаков Используя средние данные анализа конденсатов транспирационных паров томатов и эвапорационных паров почвы, рассчитаны потери катионов за вегетацию Из почвы через растения в атмосферу мигрируют катионы в таких величинах, которые позволяют расставить их в следующий убывающий ряд ИН4+ >Са2*>Ыа*> ю Однако эти потери составляют небольшую часть

катионов, накапливающихся в растениях Средний урожай томатов составил 220 ц/га, а содержание катионов в сухом веществе равно 5% Следовательно, в плоды томатов из почвы поступило (кг) Ю- 46,8, Са2+ - 4,9 и 3,4, т е калия поглощается соответственно в 9,6 и 13,6 раза больше, чем кальция и магния В транспирационных парах, наоборот, кальция и магния находится соответственно в 3,5 и 2 раза больше, чем калия Количественные потери этих ионов с транспирационными парами равны К*— 0,5, Са2+- 17,3 и М§2' - 14,0% по отношению к количеству, накопленному в плодах При учете потерь ионов с парами воды из почвы эти величины возрастают и имеют соответственно следующие значения 1,0, 37,4 и 23,0% В этом случае поле томатов теряет с парами кальция относительно больше в сравнении с полем капусты, т к в плодах томатов его накапливается меньше, чем в кочанах капусты При среднем урожае огурцов в 152 ц/га содержится К*- 43, Ма+ - 3, Са2+- 5, М§2+- 3 кг Отношение количества калия к этим элементам соответственно составляет 15 и 16

Табпща 7

Колнчеаво ионов, мигрировавших за вегегациоииый период из почвы и растений (кг/га)

Куитура Исючник коичснсатоа Испаритесь поты, м К' Са2' I катионов сг БО;" нсо; X анионов

Катета Почва 2000 0,24 0,36 098 0,32 1,90 1,20 136 1,66 4,22

Растения 3000 0,21 0,51 0.63 0,36 1,71 1,71 1,47 2,04 5,22

Всего 5000 045 0,87 1,61 0,68 3,61 2,91 2 83 3 70 9,44

Гочагы Почва 2000 0,24 036 0,98 0,32 1,90 1,20 1,36 1,66 4,22

Растения 3000 0 24 0,54 0,84 0,48 2 10 1,98 1 17 2,88 6,03

Вию ЮОО 0,48 0,90 1 82 0,80 4,00 3,18 2,53 4,54 10,25

(Ьрцы Почва 2000 024 036 0,98 032 1,90 1,20 1,36 1,66 4,22

Растения 3000 0,27 0,54 0,69 0,39 1 89 1,83 0,99 3,27 609

Весч о 5000 051 0,90 167 0,71 3,79 3 03 2 35 4,93 10 31

Лук Ранения 1> ка 3000 015 0 27 0 51 0,27 1,20 1,74 102 165 4,41

Почва с растениями 5000 0 39 063 149 0,59 3,10 2,94 2,38 3,31 863

Интенсивность накопления в плодах указанных элементов убывает в следующем порядке К>>Са2*>Ыа*>Мв2'', а потери с парами воды составляет -Са2+>Ыа+ >М§!,>Г

При сопоставлении данных, полученных в опытах с огурцами и томатами, следует отметить, что последние с парами воды теряют больше кальция и магния, чем огурцы Потери аммиака в виде МН4+ из почвы и растений на огуречном поле равны 1,4 кг/га Всех ионов за вегетационный период огурцов теряется 15,5 кг/га

С урожаем лука (луковиц) в среднем 170 ц/га отчуждается из почвы Са2+-26,5 и Ка+- 4,1 кг Если при образовании урожая испарилось 500 мм воды в том числе за счет транспирации 60% (300 мм), то при этом с парами воды мигрирует в атмосферу следующее количество катионов К*"- 0,15, 0,27, Са2+— 0,51, 0,27, а в сумме - 1,20 кг/га

Приведенные данные свидетельствуют о том, что растения лука теряют с парами катионов меньше, чем растения огурцов, томатов, капусты и почвы

В меньшей мере наблюдаются потери ионов калия и магния В целом из растений лука с парами выделяется почти одинаковое количество хлоридных и гидрокарбонатных ионов При этом соотношение ионов аналогично показанным выше для других растений, с которыми проводились опыты С поля, занятого луком, за вегетацию теряется 1,24 кг/га аммиака, а всех ионов - 13,0 кг/га

Озимый ячмень. Средний урожай озимого ячменя на поле, где проводились опыты, составил 35 ц/га Предшественником была озимая пшеница В опытах с озимым ячменем почву не закрывали, но при этом старались выбрать участок с оптимальной густотой стояния растений

Из данных таблицы 8 видно, что с эвапотранспирационными парами ячменя мигрирует значительное количество ионов Среди катионов преобладающими являются ионы кальция Миграция их в среднем равна 0,85 мг/л Среди анионов больше всех мигрируют ионы НСО," Среднее содержание их в конденсатах равно 1,11 мг/л

Тсютца 8

Содержание ионов в конденсатах, собранных на noie озимого ячменя, чг/л

Дата л'я; /Г Na* С а1* Mg- I катионов сг SO; ЯШ, I МО- НОВ pll

15-16 V 90 сутки 0,62 0,13 0 59 0,78 0,48 2,60 0,91 0 67 1 06 5,24 5,10

15-16 V 90 с\пи 0,63 0,16 0,54 0,85 0,45 2,63 0,97 0,64 1,10 5,34 5,30

15-16 VI 90 с\i ки 0,43 0,15 0,56 0,80 0,40 2,34 0,90 0,53 1 17 4,94 5,42

15-16 VI 90 сутки 045 018 0,57 0,89 0,47 2,56 0,88 0,58 1,21 5,23 5,50

8-9 VI 91CVTMI 0,37 0,20 0,48 0,95 0,50 2.50 0,94 0.55 1 20 5,19 5,65

8-9 VI 91 сутки 0,48 0,15 0,64 0 80 0,44 2,51 0,80 0,60 1,03 4,94 5,20

19-20 VI 91 с>iки 0,39 0,16 0,47 0,86 0,48 2 36 0,83 0,63 100 4,82 5,25

Среднее 0.48 0 16 0,55 0 85 046 2,50 0 89 0 60 1.11 510 5 34

Табтца 9

Содержание ионов в конденсатах, собранных на поле подсолнечника, чг/л

Дата NH¡ К* Na* Саи мг* Z катионов СГ SO¡- нсо: I попов pll

26 VI92 г - день 032 0,10 035 0,40 0,18 135 0,60 0,52 0,83 3,30 5 50

26 VI92 г - ночь 0,29 0,09 0.30 0,37 0,15 1,20 0,55 0,50 0,72 2,97 5,55

28-29 VI92 г - сутки 0,26 0,09 0.29 0,32 022 1,18 0,67 0,56 0,66 3,07 5,60

29-30 VI92 г - иупкн 0,21 0,11 0,31 0,43 0,17 123 0,61 0,47 0,70 3,01 562

1 VIH 92 г - сутки 0,25 0,08 028 0,33 0,14 1,08 0,64 0,57 0,69 2,98 5 57

Среднее 0,26 0,09 0.30 0,37 0,17 1,21 0,61 0,52 0,72 3,06 5,57

Мигрирующие ионы с парами воды из ячменя располагаются в следующем порядке Са2* > > ш; > Мд2+ > К* НСО, > СГ> ЭО^

На основании полученных данных, можно констатировать, что с поля озимого ячменя вместе с эвапотранспирационными парами теряется в среднем 5,10 мг/л ионов

При среднем урожае озимого ячменя в 35 ц/га суммарный расход воды составил 4500 м3/га При таком валовом расходе воды полем, общие потери ионов равны 22,9 кг/га, в том числе 2,1 кг/га ЫН,

Подсолнечник. Перед улавливанием транспирационных паров подсолнечника почву хорошо закрывали полиэтиленовой пленкой, а затем растения накрывали колпаком с конденсатором Опыты проводили или раздельно - день-ночь по 12 часов, или непрерывно в течение суток В первом случае это делалось для того, чтобы знать разницу в количестве транспирационных паров, выделяемых растениями в дневное и ночное время Длительный промежуток времени необходим для получения достаточное количество конденсата в аналитических целях (350-500 мл)

Из таблицы 9 следует, что количественно катионы в среднем располагаются в убывающем порядке Са2+ > Ш* > МН; > М§2+ > К*, а анионы - НСО^ > СГ> БО2- Общее содержание ионов в конденсатах подсолнечника колеблется в пределах 3,3-4 мг/л

При водопотреблении растениями 5000 м3 воды за вегетацию потери ионов с транспирационными парами составят в 15,3 кг/га Если учесть испарение из почвы, не занятой растениями, которая тоже теряет в среднем 3,5 мг/л ионов и допуская, что из нее испарилось 2000 м3, то общие потери ионов с эвапотранспирационными парами за вегетацию будут достигать 22,0 кг/га

Сахарная свекла. Для проведения опыта на поле сахарной свеклы выбирали площадки с полной густотой стояния растений Изолирование почвенной поверхности междурядий не представляло затруднений, но все же между отдельными растениями в рядке и пленкой оставались небольшие щели Поэтому

здесь, как и на поле, занятом луком, можно считать транспирационными 90% конденсатов

Из таблицы 10 видно, что преобладающими среди катионов на свекловичном поле являются ионы кальция Миграция их в среднем равна 0,41 мг/л Колебание концентрации этих ионов кальция в эвапотранспирационных парах сахарной свеклы находится в пределах 0,16-0,90 мг/л

Высокое содержание ионов кальция (0,90 и 0,77 мг/л) в конденсатах обнаружено после полива На втором месте по количеству мигрирующих с парами катионов стоят ионы аммония Среднее содержание их в конденсатах равно 0,27 мг/л Колебание концентрации ионов МН; в эвапотранспирационных парах сахарной свеклы находится в пределах 0,20-0,35 мг/л Ионов натрия и магния содержится одинаковое количество - 0,22 мг/л, а калия - меньше всех катионов 0,14 мг/л

Среди анионов преобладающими являются гидрокарбонатные Их содержание в парах в среднем равно 1,63 мг/л и колеблется от 0,55 до 2,90 мг/л Содержание ионов БСг," и СГ мало отличаются друг от друга В наименьшем количестве среди анионов в конденсатах содержатся ионы БО^" - 0,42 мг/л

Существенной разницы в концентрации конденсатов, собранных в дневное и ночное время не наблюдалось (0,69-0,85 мг/л и 1,70-2,03 мг/л для катионов) Для всех ионов в суммарном выражении без полива соответственно имели 2,202,36 мг/л и 5,55-6,45 мг/л при поливе Следовательно количество ионов, теряемых через растения сахарной свеклы, зависит в основном от объема испарившейся воды в различное время суток

Ионы, мигрирующие с парами воды из сахарной свеклы, располагаются в следующем порядке Са2+ > N1^ > = 1у^2+ > К", НСО;> СГ > БО^

При водопотреблении растениями сахарной свеклы 4500 м3/га потери ионов за вегетационный период с транспирационными парами могут доходить до 18,2 кг/га С учетом потерь ионов при испарении с поля, не занятого растениями, которое также теряет в среднем 3,4 мг/л и допуская, что испарение из почвы

Содержание ионов в конденсатах, собранных на поле сахарной свеклы, мг/л

Таб ища 10

Даы NH; К+ Na* Са1* Mg2i Y. катионов С Г SO;' //со; "0 55" Z ионов рн

20 VII 90-день 0 23 0 10 0,13 021 0 18 0,85 0,65 0,31 2 36 5,60

20 VII 90-ночь 0 20 0,09 0,11 0,16 0,13 0,69 0 52 0,35 0 64 2 20 5 56

20 VII 90-день при по шве 0,35 0,17 0 28 0 90 0,33 2,03 1,00 0 52 2,90 6,45 5,70

20 VII 90-ночь при по шве 0,27 0,14 0 25 0,77 0,27 1,70 0,66 048 2,71 5 55 5 63

11-12 VI 41 - сутки без П01ИВЛ 0,25 0,13 021 0,25 0,16 1,00 0,77 0,34 2,06 4 17 5.45

13-14 VI 91 - сутки без но шва 0,30 0,15 0,29 0,28 0,17 1,19 0,75 0,40 1,35 3,69 5,50

14-15 VII 91 сутки при по гаве 0,32 0,15 0 27 0,32 0,28 1,34 0,88 0 52 1,62 4,36 5,64

16-17 VII 91 сутки при мотиве 0,28 0,16 0,23 0,37 0,23 1,27 0,67 0,47 1,20 3,61 5 65

Среднее 0,27 0,14 0,22 0,41 0,22 1,26 0,74 042 1,63 4,05 5 60

ы

!Л

Таблица I1

Содержание ионов в конденсатах транспирационных паров кукурузы, ш/л

Дата А7/; Г Са- М- Ека-1 ионов сг нссх Е ионов рН

10 VI 89-день 0,40 0,13 0,30 0,47 0,30 1,60 0,69 0,48 0,90 3,67 5,45

10 VI 89-ночь 0,35 0.10 0.26 0,39 0,26 1,36 0,62 0,53 0,86 3,37 5 50

12 VI 89-день 0,37 0,12 0,40 0,52 0,42 1.83 0,76 0,55 0,98 4,12 5,60

12 VI 89-ночь 0,33 0,14 0,37 0,50 0,40 1,74 0,73 0.51 0,93 3,91 5,53

15 VI 89 - сутки 0,43 0.13 0,42 0,48 0,52 1,98 0,81 0,57 0.82 4,08 5,62

16 VI 89-сутки 0,40 0,15 0,40 0,56 0.50 2,01 0,78 0,54 0,95 4,28 5,54

Среднее 0,38 013 0,36 0,48 0,40 1,75 0,71 0.53 0,90 3,91 5,54

Татица 12

Содержание ионов в конденсатах транспирации паров сои (мг/л)

Дата ж; Г Ма Са2+ Е катионов сг НС(1 I ионов рН

18 VI 89-день 068 0,18 0.37 0.53 0,46 2,22 088 0,60 1,28 4,98 5,55

18 VI89 — ночь 0,63 0,15 0,33 0,50 0,40 2,01 0,83 0,55 1,12 4,51 5,50

19 VI89 - сутки 0,74 0,20 0,35 046 0,44 2,19 0,85- 0,61 1,21 4.86 5.53

Среднее 0,68 0,18 0,35 0,52 0,43 2,16 0,85 0,58 1,20 4,80 5,52

составит 2700 м3/га, можно утверждать, что суммарные потери ионов могут достигают 27, 3 кг/га за вегетацию

Кукуруза. В опытах с кукурузой в камеру заключали 4 растения, почву тщательно закрывали полиэтиленовой пленкой Сбор конденсатов и их измерение производили, как описано ранее

Из таблицы 11 видно, что в наибольшем количестве среди катионов с транспирационными парами кукурузы мигрируют в атмосферу ионы кальция -0,48 мг/л

На втором месте по количеству мигрирующих с парами катионов стоят ионы магния - 0,40 мг/л В наименьшем количестве наблюдались потери ионов калия-0,13 мг/л

В целом, содержание ионов, теряемых с парами воды из растений кукурузы, выразилось следующим рядом Са2+> М§2+> N114 > > НСО; > СГ > БО^. Суммарное содержание ионов было в пределах 3,37-4,28 мг/л. При водо-потреблении растениями кукурузы 5000 м3/га потери ионов с транспирационными парами могут доходить до 19,6 кг/га за вегетацию

При учете испарения воды (3000 м3 /га) из почвы, не занятой растениями, (в среднем 3,38 мг/л) общие потери ионов элементов минерального питания при эвапотранспирации на посевах кукурузы могут достигать 29,7 кг/га за вегетацию

Соя. Анализы конденсатов транспирационных паров растений сои, полученных в условиях замкнутых камер, позволили обнаружить, что в атмосферу мигрирует значительное количество питательных веществ Переход элементов питания в атмосферу из почвы за вегетационный период с соевого поля в дневное время суток не отличается по концентрации ионов, но количество конденсата транспирации днем было в два раза больше, чем ночью

Как видно из таблицы 12, больше всего с транспирационными парами из растений сои мигрируют в атмосферу ионы аммония (0,68 мг/л) На втором месте находятся ионы кальция Их среднее содержание в конденсатах было равно 0,52 мг/л Потери ионов калия составляют 0,18 мг/л

Количество ионов, теряемых с парами воды из растений сои, выражаются следующим рядом > Са2+ > > Иа+> К\ НСО; > СГ > 80^ Их суммарное содержание находится в пределах 4,51-4,98 мг/л

При водопотреблении растениями сои 5000 м3/га, потери ионов с транспи-рационными парами могут достигать 24,0 кг/га за вегетацию

Если учесть испарение из почвы, не занятой растениями в начале вегетации, которая также теряет по результатам наших исследований в среднем 3,38 мг/л ионов, при испарении 3000 м3/га воды, то их общие потери за вегетационный период при эвапотранспирации с соевого поля могут достигать 34,1 кг/га

Озимая пшеница после полива. В опытах с пшеницей почву не закрывали, но при этом старались выбрать участки с оптимальной густотой стояния растений

Из таблицы 13, следует, что с эвапотранспирационными парами этой культуры мигрирует в атмосферу значительное количество всех изучаемых ионов Среди катионов преобладают ионы аммония со средним содержанием 0,60 мг/л На втором месте по количеству миграции с парами стоят катионы кальция, их концентрация в конденсатах варьирует в пределах от 0,40 до 0,58 мг/л По содержанию ионы калия составляет 0,15 мг/л

Из анионов в большей мере мигрируют гидрокарбонатные ионы НС03 Среднее содержание их в конденсатах составляет 1,94 мг/л с колебания 1,682,35 мг/л На втором месте находятся ионы хлора, среднее содержание которых равно 0,85 мг/л По количеству ионы хлора уступают гидрокарбонатным, а по колебания концентрации их в парах пшеницы в разное время вегетации составляет 0,71-0,96 мг/л

Среднее содержание в парах пшеницы нитратных ионов равно 0,21 мг/л и подвержено колебаниям в довольно широких пределах - 0,12-0,33 мг/л В наименьшем количестве содержатся дигидрофосфатные ионы Н2РО^, в среднем 0,12 мг/л и варьируют во время вегетации от 0,09 до 0,18 мг/л

Табпща И

Содержание ионов в конденсатах эвапотранспирационных паров озимой пшеницы

при поливе (80%ПВ, в мг/л)

Дата ш; Г Иа+ Са1+ чг I катионов сг 50;- нсо: Щ- н2ро; I анионов I ионов рН

9 VI93-день 0,73 0,17 0,45 0,58 0,24 2,17 0,96 0,68 2,35 0,33 0,18 4,50 6,67 6,00

10 VI93-ночь 0,62 0,20 0,48 0,45 0,27 2,02 0,90 0,63 1,93 0,19 0,12 3,77 5,79 5,40

19 VI93-сутки 0,57 0,13 0,42 0,49 0,20 1,81 0,71 0,52 1,80 0,20 0,09 3,32 5,13 5,30

20 VI93-сутки 0,48 0,10 0,37 0,40 0,17 1,52 0,83 0,57 1,68 0,12 0,09 3,29 4,81 5,30

Среднее 0,60 0,15 0,43 0,48 0,22 1,88 0,85 0,60 1,94 0,21 0,12 3,72 5,60 5,50

Количество мигрирующих с парами воды из пшеницы ионов располагаются в следующем убывающем порядке КН^ > Са21 > 1\;а+ > > К*", НСО^ > СГ

> 805- > ш; > Н2РО;

Таким образом, с поля озимой пшеницы вместе с эвапотранспирационными парами теряется в среднем 5,60 мг/л различных ионов

В наших опытах на орошаемых землях госхоза «Горец» Урус-Мартановского района Чеченской республики суммарный расход воды при урожае 46 ц/га зерна составил 5000 м3/га При таком расходе воды полем, занятым озимой пшеницей, потери катионов выражаются следующими величинами -0,75, Ыа+ -2,15, Са2+ -2,40, М£2+ - 1,10 кг/га, анионов СГ -4,25, БО2" -3,00, НСО~ - 9,70, N0, - 1,05 и НгР04 - 0,60 кг/га Общие потери ионов равны 28,0 кг/га, в том числе 3,0 кг/га N11^

Люцерна при орошении. Суммарный расход воды на поле люцерны за весь период вегетации в разных районах колебался в пределах 7500-9000 м3/га Многолетними опытами Ставропольской ОМС, Сунженского ОМП Чеченской Республики и других, установлено, что для получения высокого урожая сена люцерны (100-140 ц/га) за 4 укоса необходимо, поддерживать влажность почвы в слое 0-100 см до 70-75% ПВ Для этого требуется 5-8 поливов При урожае сена 200 ц/га люцерна расходует порядка 6000-8000 м3/воды

Известно, что транспирационный коэффициент ее составляет 700-900 мм Урожай сена люцерны сорта Синяя гибридная на Урус-Мартановском гос-сортучастке Чеченской республики составил 160 ц/га

Из таблицы 14 следует, что средние показатели содержания ионов в конденсатах, полученных над растениями люцерны, имели различные значения с суммой катионов - 1,30, анионов - 2,90 и всех ионов - 4,20 мг/л

Из катионов в наименьшем количестве мигрировали ионы калия Среднее содержание их в конденсатах было равно 0,10 мг/л, что меньше, чем ионов натрия, в 3,8 раза В отличие от других культур, в конденсатах, больше других содержалось ионы натрия Из анионов в наибольшем количестве мигрировали гидрокарбонатные и меньше - дигидрофосфатные ионы

Табтиа 14

Содержание ионов в конденсатах эвапотранспирашюнных паров люцерны при орошении (мл/л)

Дата отбора проб Щ К* Са2+ X кати онов сг ЬО* нсо; N0," Н,Р04 I анионов I ионов рН

день 15 05 93 0,33 0,12 0,42 0,33 0,15 1,35 0,62 0,46 169 0.13 0,05 2,95 4,30 5 50

ночь 15 05 93 0,25 0,10 0,35 0,30 0,13 1,13 0,56 0,40 1,61 0,10 0,03 2,70 3,83 5,45

день 17 05 93 0,30 0,11 0,37 0,35 0,21 1,34 0,66 0,45 1,74 0,14 0,04 3,03 4,37 5,60

ночь ¡705 93 0,28 0,08 0,14 0,28 0,20 1,18 0,5В 0,42 1,66 0,09 0,03 2,78 3.96 5,53

сутки 20 05 93 0,35 0,09 0,43 0,36 0,26 1,49 0,61 0,48 1,78 0,15 0,06 3,08 4,57 5,64

сутки 2105 93 0,29 0,10 0,37 0,30 0,25 1,31 0,57 0,43 1,72 0,11 0,03 2.86 4,17 5,52

среднее 0,30 0,10 0.38 0,32 0,20 130 0,60 0,44 1,70 0,12 0,04 2,90 420 5,54

Учитывая, что при выращивании люцерны на сено проводят несколько поливов и скашивании, которые периодически изменяют испарение, можно считать, что при валовом расходе воды Ютыс м3 на долю растений приходится 60% и почвы - 40% этого количества (Марченко, 1967) В результате потери катионов с парами воды из растений при транспирации выражались следующими величинами Ж; ~ 1 80, К* - 0 60, Ыа+- 2 28, Са2+- 1 92, 1.20, анионы СГ - 3 60, 2 64, НС03~- 10 20, N0;- 0 72 и Н2РО; - 0 24 за вегетацию В сумме все ионы составляют 25,2кг/га, в том числе катионы - 7, 8 и анионы- 17,4 кг/га

Если учесть, что с поверхности почвы, не занятой растениями, при испарении также теряется в среднем 3,4 мг/л ионов и из нее испарилось 40% от валового расхода воды, то потери почвой составили 13,5 кг/га различных ионов за вегетационный период люцерны

В итоге можно констатировать, что из почвы поля, занятого люцерной, за один год отчуждается в атмосферу с парами воды минеральных веществ до 38,7 кг/га, а при трехлетнем культивировании их количество может достигать 116 кг/га

ВЫВОДЫ

1 Эвапорация и транспирация является важным звеном солевого обмена веществ в природе через атмосферу, поскольку пары воды представляют собой не дистиллят, а молекулярные или ионные растворы В результате эвапорации удобренная почва теряет ионы аммония в большей степени, чем неудобренная Потери почвой аммонийных удобрений зависят от природы анионов, входящих в состав солей Нитратные соли аммония теряют катионы слабее, чем сульфатные

2 Конденсаты эвапорации и транспирации растений представляют собой сложные дисперсные системы, содержащие различные ионы Их количество на протяжении вегетационного периода под действием ряда факторов среды, а также биологических особенностей растений колеблется В конденсатах эвапо-рационных паров общее содержание ионов без полива составляло 1,89-3,88,

после внесения азотных удобрений с заделкой их в почву и последующим поливом - 3,67-5,49 При поверхностном удобрении с таким же увлажнением -5,82-40,42 мг/л В последнем случае большая потеря минеральных веществ наблюдалась в мае при высокой температуре, а малая - при похолодании в конце октября Суммарное количество ионов в конденсатах транспирации разных культур в среднем составляло 2,12-5,60 мг/л

3 В процессе вегетации овощные культуры с транспирационными парами теряют катионы в атмосферу в следующем убывающем порядке Са2+ > > Ыа* >М§2+ > К", а в сумме - 0,60-2,50 мг/л и анионы НСО; > СГ > БО2" > N0" > КО; > н2РО; В сумме это составило- 1,63-3,72 мг/л

4 По возрастанию среднего количества теряемых ионов полевые культуры располагаются в следующем порядке (мг/л) лук - 2,12, капуста - 2,52, озимая пшеница - 2,82, томаты и огурцы соответственно 2,89-2,94, подсолнечник -3,06, кормовая свекла - 3,59, люцерна на богаре - 3,87, кукуруза - 3,91, сахарная свекла - 4,05, люцерна при орошении - 4,20, соя - 4,80, озимый ячмень -5,10 и озимая пшеница после полива - 5,60 мг/л При учете затраченной воды на выращивание урожая и по количеству теряемых минеральных веществ указанные выше культуры располагаются в таком же порядке

5 После сбора урожая, в процессе его хранения, также наблюдаются потери не только воды, но и минеральных веществ, в частности, соотношение ионов в плодах овощных культур почти такое же, что и в транспирационных парах, выделяемых растениями во время вегетации Из этого следует, что содержание минеральных солей в сухом веществе ниже, чем в свежесобранном урожае, особенно высокооводненных плодов

6 Химический состав конденсатов свидетельствует об изменении количественного соотношения отдельных ионов в конденсатах в сравнении с их содержанием в растении В частности, отмечено относительное увеличение ионов натрия, концентрация которых в конденсатах испарения значительно превышает концентрацию ионов калия Избирательный переход ионов натрия объясним с точки зрения теории натриевого «насоса» и биологической избирательности

растений Кроме этого количество данного элемента в поливной воде гораздо выше, чем других ионов

7 Поверхностное внесение азотных удобрений приводит к большим потерям азота в виде аммиака и нитратного азота, чем при заделке в почву Для лучшего сохранения азота аммиачные удобрения следует вносить с обязательной заделкой в почву Под пропашные культуры удобрения лучше вносить не по всему полю, а локально, с целью более полного их использования растениями

8 При расчете баланса элементов потери ионов не учитываются как расходная часть питательных веществ Данные исследования могут быть использованы для конкретного суждения о балансе минеральных веществ, потребляемых растениями из почвы в процессе вегетации

9 Исследование биологического круговорота дает возможность для прогнозирования баланса питательных веществ и их миграции в системе атмосферные осадки - почва - растение Они позволяют учитывать потери ионов почвой и растениями с парами воды, что является важным компонентом круговорота, который до сих пор не принимали во внимание Накопление и анализ данных по этому вопросу помогут разработать мероприятия по рациональному использованию удобрений, а также иметь более глубокое представление о солевом обмене в природе

10 При программировании продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо учитывать эвапотранспирационные потери питательных веществ из почвы и удобрений с учетом особенностей форм азота

И Вынос ионов из почвы без растений при эвапорации 14,5 кг/га не компенсируется приносом их с атмосферными осадками 9,0 кг/га На конкретных полях, занятых культурными растениями, она имеет различные значения Например, на луковичном поле (наименьшая миграция ионов) - 4 кг/га, на озимой пшенице (наибольшая миграция ионов) - 19 кг/га

12 Потери ионов в орошаемом земледелии в процессах эвапотранспирации должны учитываться при разработке нормативов минеральных удобрений при возделывании различных сельскохозяйственных культур

список опубликованных работ по теме диссертации

1 Гехаев Т Я Изучение миграции ионов из почвы и растений в целях геосистемного мониторинга, Труды ГГНИ Вып 1. Грозный, 2001. С 80-81

2 Гехаев Т Я Исследование конденсатов эвапотранспирации с поля озимого ячменя в целях природохозяйственного (геосистемного) мониторинга Грозный, 2001 Чеченский государственный педагогический институт Мезвузовская научно-практическая конференция Материалы конференции С 119-120

3 Гехаев Т Я Миграция ионов из растений кормовай свеклы при транспира-ции Там же С 121-123

4 Гехаев Т Я Потери Элементов питания при транспирации Труды ГГНИ Выпуск № 1, Грозный, 2001 С 82-83

5 Веселяева Л С, Гехаев Т Я Изучение миграции ионов из почв и растений в целях мониторинга Грозный 2001 Мезвузовская научно-практическая конференция Материалы конференции С 123-124

6 Гехаев Т Я Исследование конденсатов транспирации и эвапорации в целях геосистемного мониторинга Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий Казанский государственный педагогический университет Казань, 2002 С 34-36.

7 Гехаев Т Я Исследование конденсатов транспирации растений подсолнечника в целях мониторинга ГГНИ, Материалы Всероссийской научно-практическойконференции «Наука, образование и производство» , Грозный, 2003 С 51-52

8 Гехаев Т Я Изучение миграции ионов с поля сахарной свеклы в целях мониторинга ГГНИ, Материалы Всероссийской научно-практическойконференции «Наука, образование и производство» Грозный, 2003 С 52-53

9 Гехаев Т Я Исследование конденсатов эвапорации и транспирации в целях природохозяйственного мониторинга Труды ГТНИ, Грозный, 2003 С 28-30

10 Гехаев Т Я О миграции веществ в природе Труды ГГНИ, вып 4, 2004 С 34-37

11 Гехаев Т Я К вопросу о биогенном круговороте веществ в природе Труды ГГНИ, вып №4 2004, С 27-29

12 Гехаев Т Я Эвапотранспирация как фактор аэральной миграции ионов Труды ГГНИ, вып № 4, 2004 С 30-33

13 Гехаев Т Я Аэральная миграция ионов при транспирации. Материалы V Северо-Кавказской региональной конференции Владикавказ, 2005 С 11612 0

14 Гехаев Т Я Переход ионов из растений в атмосферу при испарении // Плодородие 2005 №2 С 15-16

15 Гехаев Т Я Транспирация как фактор минерального питания растений Сборник научных трудов по материалам Международной конференции. Ставрополь, 2005 С 296-299

16 Гехаев Т Я Мониторинг биогенной миграции ионов в природе // Плодородие, 2005 №5 С 18

17 Гехаев ТЯ , Асхабова 3 С , Исмайлова М С Миграция ионов в фитоцено-зах Материалы межвузовской студенческой научно-практической конференции Грозный, 2005 С 41-43

18 Гехаев Т Я , Батуева Р М , Седиева М Б Потери питательных веществ растениями при транспирации Там же С 56-59

19 Гехаев Т Я, Исаева П А, Ковраева Л X Анализ конденсатов звапотранс-пирации Там же С 134-137

20 Гехаев Т Я , Сангириева Л И, Гулаева М А Миграция ионов в агроэкоси-стемах Там же С 166-167

21 Гехаев Т Я , Мусаева Э М , Эльдербиева П X Исследование агроэкосистем в целях мониторинга Там же С 168-171

22 Гехаев Т Я Миграция ионов в природе, существенная для мониторинга Там же 2005 С. 114-116

23 Гехаев Т Я Анализ конденсатов транспирации растений кукурузы в целях экологического мониторинга // Агрохимия, 2006, №4 С 62-65

24 Гехаев Т Я Миграция ионов в агроэкосистемах // Плодородие, №3, 2006 С 14-15

25 Гехаев Т Я Содержание ионов в конденсатах эвапотранспирации с поля озимой пщеницы //Известия МСХА, вып №2 2006 С 109-112

26 Гехаев Т Я Содержание ионов минеральных питательных веществ в конденсатах эвапотранспирации // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, №2 2006 С 20-22

27 Гехаев Т Я, Остриков Н В Анализ конденсатов транспирационных паров культурных растений Материалы Всероссийской научно-практической конф «Наука, образование и производство», Грозный 2006 С 50-53

28 Гехаев Т Я Изучение миграции ионов в природе в целях мониторинга // Вестник института проблем образования и науки Чеченской республики Вып №4 Грозный, 2006 С 81-83

29 Гехаев Т Я , Остриков Н В Переход ионов из почвы в атмосферу при эвапотранспирации Там же С 78-81

30 Гехаев Т Я О миграции ионов из почвы при испарении Там же С 54-60

31 Гехаев Т Я Изучение биогенной миграции веществ в фитоценозе люцерны // Агрохимия, 2007, №3 С. 57-60

32 Гехаев Т Я Абиогенная миграция ионов из почвы в атмосферу при внесении азотных удобрений//Агрохимия, № 4, 2007 С 51-54

33 Гехаев Т Я Изучение миграции веществ при эвапотранспирации культурных растений для целей геосистемного мониторинга Вестник ЧГУ, вып № 1,2007 С 111-114

34 Гехаев Т Я , Остриков Н В Миграция ионов из почвы при транспирации Сборник материалов республиканской научно-практической конф , посвященной 60-летию ЧГНИИСХ Грозный, 2007 С 66-70

35 Гехаев Т Я , Остриков Н В Мониторинг круговорота веществ в земледелии Сборник материалов республиканской научно-практической конф, посвященной 60-летию ЧГНИИСХ Грозный, 2007 С 70-72

Работа по изданию выполнена в редакционно-издательском отделе

ВНИИА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР 040919 от 07 10 98 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 53-468 от 13 08 99 Подписано в печать 02 04 2008 Формат 60x84/16 Заказ №6

Уел печ л 2,4 Тираж 100

127550, Москва, ул Прянишникова, 31 А Тел 976-25-01