Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Использование фосфатов пониженной растворимости и соединений кремния при выращивании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Использование фосфатов пониженной растворимости и соединений кремния при выращивании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв"

На правах рукописи

ЛЯКИНЛ ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОСФАТОВ ПОНИЖЕННОЙ РАСТВОРИМОСТИ И СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ почв

Специальность: 06.01.04 - Агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ими 20(2

Москва-2012

005018857

005018857

Работа выполнена на кафедре технологии переработки сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВПО «Смоленская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Самсонова Наталия Евгеньевна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация: ГНУ Смоленский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится "21" мая 2012 года в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева». Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49. Ученый совет РГАУ -МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан " о'^/л^с^и^ 2012 года Ученый секретарь

диссертационного совета Игнатьева СЛ.

Зубкова Валентина Михайловна

доктор биологических наук, профессор Российский государственный аграрный заочный университет, кафедра агрохимии, ботаники и физиологии растений, профессор

Шаманаев Виктор Анатольевич

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник,

ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА», кафедра агрономии и экологии, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях бедности почв Нечерноземной зоны РФ подвижными фосфатами, ограниченности ресурсов высококонцентрированного фосфатного сырья для получения удобрений, дороговизны и ограниченных объемов их использования в земледелии, актуальным является поиск альтернативного фосфатного сырья и технологических схем его переработки, позволяющих получать эффективные и более дешевые, чем традиционные, фосфорные удобрения. Таким сырьем могут быть фосфориты малых месторождений, а технологической схемой переработки - энерго- и ресурсосберегающее неполное кислотное разложение с получением сложных азотно-фосфорных удобрений.

В районах с достаточной обеспеченностью почв потенциально доступными растениям формами фосфатов актуальным является поиск путей их мобилизации, среди которых перспективным является использование соединений кремния.

Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы было изучение эффективности комплексных азотно-фосфорных удобрений, полученных на основе фосфоритного сырья, и различных способов применения кремнийсодержащих соединений неорганической (аэросил, силикат натрия, кремниевая кислота, силикат натрия) и органической природы (Мивал-Агро) при возделывании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв Смоленской области.

В задачи исследований входило:

• выяснить возможность использования конкреционных фосфоритов для получения комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента, изучить их состав;

• установить эффективность фосфорных удобрений разной растворимости, полученных на основе неполного кислотного разложения фосфоритов и смешивания с физиологически кислыми солями, при выращивании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв;

• изучить способы использования соединений кремния и определить их роль в формировании урожайности сельскохозяйственных культур;

• выявить влияние соединений кремния на химический состав урожая, размеры реутилизации питательных элементов, вынос и усвоение их из удобрений;

• дать агрономическую и экономическую оценку использования Мивала-Агро и комплексного азотно-фосфорного удобрения в технологии выращивания зерновых культур.

Научная новизна. Предложен энерго- и ресурсосберегающий метод получения комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента с использованием в качестве сырья конкреционных фосфоритов местных месторождений, изучен их состав, характер влияния на формирование урожаев, качество сельскохозяйственных культур с оценкой экономических параметров их использования.

Дано агрохимическое обоснование эффективности кремнийсодержащих соединений при раздельном и совместном использовании с фосфорными удобрениями. Выяснена эффективность предпосевной обработки семян кремнийсодержащими соединениями при выращивании растений на разных фонах минерального питания.

Определен характер воздействия фосфатов пониженной растворимости и кремния на реутилизацию сухих веществ, азота и фосфора в растениях.

Получены новые данные об эффективности борофоски в условиях дерново-подзолистых почв.

Практическая значимость. Получение фосфорных удобрений из местных фосфоритов путем неполного кислотного разложения (комплексное азотно-фосфорное удобрение) и смешивания фосфоритов с физиологически кислыми удобрениями позволит снизить напряженность фосфатно-сырьевой проблемы за счет экономии сырьевых ресурсов (апатитовый концентрат, серная, азотная, фосфорная кислота), а также стоимость удобрений (на 20-30% и более), объемы отходов производства, расширить ассортимент фосфорных удобрений.

Применение кремнийсодержащих соединений дает возможность активизировать метаболические процессы в растениях, увеличить рост урожаев, ускорить формирование качества продукции, повысить усвоение питательных элементов из удобрений, что приведет к сокращению объемов используемых минеральных удобрений.

Положения, выносимые на защиту.

1. Возможность получения эффективных комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента на основе неполного кислотного разложения местных фосфоритов.

2. Зависимость эффективности кремнийсодержащих соединений от способов и условий их использования.

3. Мобилизующее действие кремния на усвоение питательных элементов растениями.

4. Агрохимическая и экономическая эффективность фосфатов пониженной растворимости и соединений кремния.

Реализация результатов исследований. Рекомендуемые фосфорные удобрения и кремнийсодержащее соединение Мивал-Агро прошли производственные испытания на дерново-подзолистых почвах Смоленской области на общей площади 50 га. По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе одна - в рекомендованном ВАК издании.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях «Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации» (г. Минск, Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, 2006 г.), «Проблемы и перспективы развития аграрного производства» (г. Смоленск, СГСХА, 2007 г.), «Агрохимия и экология: история и современность» (г. Н.Новгород, НГСХА, 2008 г.), «Активизация роли молодых ученых - путь к формированию инновационного потенциала АПК» (г. Смоленск, СГСХА, 2009 г.), «Почва, удобрение, урожай» (г. Горки, БГСХА, 2009, 2010, 2011 гг.), «Научное обеспечение аграрного производства в современных условиях» (г. Смоленск, СГСХА, 2010 г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и предложений производству, изложена на 16) страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 12 рисунков и 45 приложений. Список использованной литературы включает 193 наименований, в том числе 18 иностранных авторов.

Исследования проводились в соответствии с программой фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2006-2010 гг.:02.03.02 «Разработать приемы управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур агрохимическими средствами в системе почва - растение с целью повышения окупаемости удобрений и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур».

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.Е. Самсоновой за всестороннюю помощь и поддержку в процессе проведения исследований и написания диссертации; доктору сельскохозяйственных наук, профессору кафедры физиологии, биотехнологии растений и кормопроизводства ФГОУ ВПО «ОрелГАУ» Н.Е. Новиковой за помощь в постановке и решении вопросов, касающихся физиологии растений; доктору сельскохозяйственных наук, профессору кафедры агрономии и экологии ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА» В.А. Шаманаеву, кандидатам сельскохозяйственных наук В.В. Рассохиной, С.И. Паукштис и Ю.В. Козлову, а также лаборантам и студентам участвовавшим в закладке опытов и проведении наблюдений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Агрохимические и агроэкологические аспекты фосфора и кремния в земледелии: проблемы, пути решения (обзор литературы)

Приведен анализ работ отечественных и зарубежных авторов по изучению роли фосфора и фосфорных удобрений в земледелии, о состоянии фосфатно-сырьевой базы России, роли кремния в жизни растений, его влиянии на плодородие почвы, урожайность и качество продукции, а также на устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды, роли кремнийсодержащих соединений в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур.

Глава 2. Экспериментальная часть 2.1 Условия и методы проведения исследований

Исследования проводились в 2006-2009 гг. на пахотных дерново-подзолистых почвах Смоленской области (таблица 1). Методической основой решения поставленных задач были лабораторные исследования, полевые и вегетационно-полевые опыты, сопровождавшиеся химическими анализами почвы и растений.

Таблица 1 - Агрохимическая характеристика дерново-подзолистых легкосуглинистых почв_

Опыт ГЧ-мус, '% рНвд Б Нг! Е V, % Р205 К20 Степень подвижности, фосфатов, мг/л

мэкв / 100 г мг/кг

Опыт 1, микрополевой 1,8 5,3 8,0 1,2 9,2 87 57 85 0,13

Опыты 2, 3 вегетациоино- полевые 1,8 5,3 5,9 1,2 7,13 78 57 85 0,13

Опыт 4 производственный 2,0 5,7 7,8 2,0 9,8 76 68 75 Не опред.

Опыт 5 производственный 2,2 5,6 12 1,4 13.4 * 89 85 112 Не опред

Полевые и вегетационно-полевые опыты проводили на опытном поле ФГОУ ВПО «Смоленская ГСХА» и в СПК «40 лет Октября» Шумячского района Смоленской области.

Опыт М1 (микрополевой, 2006-2009 гг.) по изучению влияния фосфатов пониженной растворимости и аэросила при раздельном и совместном использовании на урожайность и химический состав сельскохозяйственных культур.

Азросил или белая сажа представляет собой аморфный БЮ; с удельной поверхностью 300 м2/г. который был внесен при закладке опыта в 2006 г. в дозе 2 т/га. Фосфорные удобрения были представлены борофоской и ЧНФ, действие которых сравнивали с действием двойного суперфосфата.

Схема опыта: 1) N90^ (фон); 2) фон + Б1; 3) фон + Рсд; 4) фон + РБф; 5) фон + ЧНФ; 6) фон + Рсд + 7) фон + РБФ + ; 8) фон + ЧНФ + 51. Размещение вариантов - рендомизированное, повторность - 4-х кратная, учетная площадь опытной делянки - 1 кв. м,

Фоном служили аммиачная селитра и хлористый калий (К90К90). Фосфорные удобрения вносили в дозе, соответствующей 80 кг/га Р205.

В опыте последовательно возделывали: 2006 г. - овес сорт Скакун, посев был проведен 4 мая, уборка - 29 августа; 2007 г. - однолетние травы были высеяны 3 мая, уборка на зеленую массу проводилась 4 июля; 2008 г. - ячмень сорт Новичок высевали 29 апреля, уборку проводили 3 сентября; 2009 г. - овес был высеян 28 апреля, уборка проводилась - 7 сентября. Норма высева овса и ячменя составила 7 и 6,5 млн.шт/га всхожих семян, соответственно.

Опыт 2 (вегетационно-полевой, 2006-2009 гг.) по изучению влияния предпосевной обработки семян (ПОС) соединениями кремния на продуктивность и усвоение питательных элементов сельскохозяйственными культурами при выращивании их на разных фонах минерального питания.

Опыт проводили во вкопанных в почву полиэтиленовых сосудах без дна (40*40*30 см) площадью 1600 см2 и глубиной 30 см, вкопанных в почву. Повторность - 4-х кратная, размещение вариантов систематическое. Фонами служили РК, Ж и ЫРК в дозах N - 2,6, Р205 - 1,9 и К,0 - 3,4 г/сосуд (аммиачная селитра, двойной суперфосфат, хлористый калий соответственно).

Предпосевную обработку семян проводили растворами силиката натрия (0,2%), Мивалом-Агро и водной суспензией аэросила.

Схема опыта: 1) РК; 2) РК + аэросил; 3) РК + N328103; 4) РК + Мивал-Агро; 5) Ж; 6) Ж + аэросил; 7) Ж + N328103; 8) Ж + Мивал-Агро; 9) ЖК; 10) ЖК + аэросил; 11) ЖК + Ыа;8Ю3; 12) ЖК + Мивал-Агро.

Опытными культурами были: 2006 г. - кукуруза гибрид РОСС 197 АМВ (посев проводился - 26 мая, уборка - 13 сентября); 2007 г. - кукуруза гибрид Аурика (посев - 23 мая, уборка - 30 августа); 2008 г. - ячмень сорт Новичок (посев - 7 мая, уборка - 3 сентября); 2009 г. - яровая пшеница сорт Лада (посев - 29 апреля, уборка - 25 августа).

При выращивании кукурузы к уборке оставляли по два растения на сосуд. Норма высева всхожих семян ячменя - 104 шт./сосуд, что соответствует - 6,5 млн.шт./га; яровой пшеницы - 115 шт./сосуд, что соответствует 7,5 млн.шт./га.

Опыт № 3 (вегетационно-полевой, 2006-2009 гг.) по изучению влияния кремниевой кислоты и силиката натрия на урожайность и химический состав сельскохозяйственных культур. Ежегодно вносили М^К-^ г/сосуд (аммиачная селитра, хлористый калий). Размер сосудов, опытные культуры, период их вегетации, нормы высева семян, аналогичны вегетационно-полевому опыту № 2. Схема опыта: I) КК - фон; 2) Ж + Рсд; 3) ЫК + Рсд (капсулир.); 4)1МК + Н45Ю4; 5) N[<1 + Рсд + Н45Ю4.

Фосфорные удобрения были представлены двойным суперфосфатом (42% Р2О5) и суперфосфатом, капсулированным силикатом натрия. Капсулированный суперфосфат был получен в лабораторных условиях путем обработки гранул двойного суперфосфата 20%-ным водным раствором силиката натрия. Силикатная оболочка в конечном продукте составила 26,5%, содержание Р205 -30%, ЯЮ; - 19,4%. Кремниевая кислота была получена из жидкого стекла по Карякину и Ангелову и соответствовала квалификации ЧДА.

Опыт 4 (производственный, 2008 г.) по изучению эффективности действия фосфатов разной растворимости (ЧНФ, Рбф и Рсд) на урожайность и химический состав ячменя сорта Гонар. Схема опыта: 1) 1\'К - фон; 2) ЧНФ + К; 3) Борофоска + К; 4) КК + Рсд.

Минеральные удобрения применяли в дозах Ы90Р90К105. В качестве азотно-калийного фона использовали аммиачную селитру и хлористый калий. При определении их количеств в вариантах с ЧНФ и борофоской учитывали содержание в них азота и калия.

Учетная площадь опытной делянки 25 кв.м. Повторность -четырехкратная, размещение вариантов - рендомизированное. Посев проводили 5 мая (норма высева 6,5 млн.шт/га), уборку - 30 августа. Агротехника возделывания ячменя - принятая в хозяйстве.

Опыт 5 (производственный, 2009 г.) по изучению эффективности обработки семян яровой пшеницы кремнийсодержащим препаратом -регулятором роста Мивалом-Агро. Схема опыта: 1 - контроль; 2 - ЫРК; 2 -№К+Мивал-Агро. Семена обрабатывали с увлажнением рекомендуемой нормой расхода Мивала-Агро - 20 г/т.

Учетная площадь опытной делянки 50 м2. Повторность 4-х кратная. Размещение вариантов - систематическое 2-х рядное.

В опыте выращивали яровую пшеницу сорт Лада. Фоновым удобрением являлась азофоска (Ы45Р45К45). Посев проводили 29 апреля, уборку - 25 августа. Норма высева всхожих семян - 8 млн.шт./га. Способ посева узкорядный. Агротехника возделывания пшеницы в период вегетации -принятая в хозяйстве.

Учет урожая в полевых опытах проводили поделяночно, сплошным методом. Статистическую обработку урожайных данных и основных результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985), при обработке результатов химических анализов использовали метод определения стандартного отклонения с использованием программного комплекса Microsoft Office Excel. Содержание кремния в растениях определяли фотометрически с использованием молибденовокислого аммония (Айлер, 1982). Содержание сырой клетчатки, кальция, магния, микроэлементов определяли на инфракрасном анализаторе кормов - «NIR-4250», остальные химические анализы проводили по принятым в агрохимической практике методам (Практикум по агрохимии, 1987).

Кроме того, был проведен лабораторный опыт по изучению влияния кремнийсодержащих соединений (аэросила, Мив&ч-Агро) на всхожесть и развитие проростков кукурузы сорта РОС 197 АМВ с использованием рулонов из фильтровальной бумаги по ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур: Методы определения всхожести».

2.2 Результаты исследований 2.2.1 Приготовление и состав удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента

Объектами наших исследований были желваковые фосфориты Сожского (Смоленская область) и Полпинского (Брянская область) месторождения, средний химический состав которых приведен в таблице 2.

По указанным показателям фосфориты не пригодны к переработке в суперфосфат из-за превышения допустимых пределов отношения Fe^Oj/P^Os в 1,6-2,0 раза и содержания R203 - на 11-33 %.

Таблица 2 - Средний химический состав фосфоритов, %

Месторождение РА СаО MgO СО; Fe2Oj RA* F MgÜ Pfii Уе:Ох

Полпинское (Брянская обл.) 1315 32 1,4 4,2 1,9 3.3 2,5 9 13

Сожское (Смоленская обл.) 1416 22 1,2 га о 2,8 4,0 1,1 9 22

* суммарное содержание оксидов алюминия и железа

На базе сожских фосфоритов (содержание Р2О5 - 15%) в лабораторных условиях был получен продует их неполного (на 50%) разложения азотной и фосфорной кислотами с получением комплексного азотно-фосфорного удобрения,

названного частичным нтрофосом (ЧНФ), в котором отношение азота к фосфору составило 1:1.

Химический анализ ЧНФ (таблица 3) показал, что по сравнению с исходным фосфоритом содержание усвояемого фосфора оказалось в 3,9 раза выше, главным образом за счет образования водорастворимой фракции, доля которой в структуре усвояемого составила 68 %. Содержание усвояемого фосфора в ЧНФ составило 69 % от общего. Кроме того, 31 % общего фосфора присутствовало в виде недоразложенного остатка фосфорита.

Таблица 3 - Содержание фосфора в удобрениях

Удобрение Р205, % Отношение, %

общий водорастворимый лимонно-раствор. усвоя-мый Г/А Б/А Б/Г

А~~ Б В г

Рф (сож) 15,0 - 2,3 2,3 15 -

ЧНФ 12,9 6,1 2,1 8,9 69 47 68

Рсд 49,0 - - 48,0 98 -

«Борофоска» - гранулированная комплексная удобрительная смесь фосфоритной муки Полпинского месторождения, хлористого калия и борной кислоты, которая производится на ЗАО «АИП Фосфаты» (г. Брянск).

Технология получения продуктов неполного кислотного разложения фосфоритов может быть отнесена к ряду энерго-, ресурсосберегающих и экологически выдержанных, так как позволяет существенно экономить кислоту, высококонцентрированное апатитовое сырье, использовать широко распространенные в России низкопроцентные фосфориты, сократить объемы твердых (фосфогипс), жидких (некондиционные фторсодержащие растворы) и газообразных (выхлопные газы) отходов производства. В связи с уменьшением расхода фосфорной кислоты снижаются удельные капиталовложения в производство фосфорной и серной кислот и себестоимость продукции.

2.2.2 Влияние фосфорных удобрений разной растворимости и кремния на биометрические показатели, химический состав и урожайность сельскохозяйственных культур

Изучение влияния фосфорных удобрений и аэросила при раздельном и совместном внесении на высоту растений овса и ячменя показало, что эффективность зависела от растворимости удобрений и располагалась в последовательности: Рсд>ЧНФ > РБф Действие аэросила на высоту растений,

как при самостоятельном, так и при совместном с фосфорными удобрениями внесении было несущественным.

Площадь листовой поверхности является определяющей продуктивность посевов. Между суммарной площадью листьев и площадью одного, обычно самого большого листа существует тесная зависимость. Площадь флагового листа растений ячменя, определенная в фазе колошения, изменялась в зависимости от условий питания растений: с ростом растворимости фосфорных удобрений (Рсд>ЧНФ>РБФ) отмечено ее увеличение. Аэросил по сравнению с ЫК-фоном достоверно не изменил численное значение этого показателя, а сочетание его с борофоской и ЧНФ дало положительный результат, чего не отмечено при сочетании его с суперфосфатом.

Формирование биомассы растений зависит и от степени доступности им фосфора из удобрений разной растворимости. Наиболее интенсивный прирост биомассы растений ячменя и овса отмечен в межфазный период выход в трубку -колошение, за который она в среднем увеличилась на 63 и 65% соответственно. В дальнейшем темпы прироста биомассы резко сократились. К полной спелости ячменя она оказалась наибольшей в варианте с ЧНФ и двойным суперфосфатом. У овса формирование биомассы определялось уровнем питания фосфором: чем выше была растворимость удобрения в воде, тем выше отмечен эффект. Совместное внесение фосфорных удобрений с аэросилом на ячмене не привело к положительному эффекту, однако сам аэросил на 12% увеличат биомассу растений по сравнению с фоновым вариантом. Внесение кремния в виде аэросила оказало статистически доказуемое положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечив в зависимости от их видовых особенностей прибавку урожая 7-12% по отношению к Ж-фону (таблица 4).

Таблица 4 - Эффективность фосфорных удобрений и кремния при раздельном

и совместном использовании

Вариант У рожайность, ц/га Доля участия в уроже, %

овес (зерно), 2006 г. травы (зел.м.), 2007 г. ячмень (зерно), 2008 г. овес (зерно), 2009 г. в сумме за 4 года, к.е.*

Р, Р+51

1МК-фон 22,2 184,5 24,7 35,6 145,9 - -

По фону: 24,0 203,5 27,7 38,2 159,8 8,7

Рея 34.2 219,5 42,6 53,9 194,0 24,8

Рбф 27,8 196,5 30,3 45,0 167,3 12,8

ЧНФ 27,5 198,5 33,9 46,4 173,6 16,0

Рсд + 51 30,9 212,3 43,4 51.8 191,0 23,6

Р£Ф+ 51 23,6 200,0 39,8 47,0 177,6 17,8

ЧНФ+81 25,4 208,8 41,1 48,6 182,5 20,0

НСР0< 1,7 5.5 1.6 1.8

* с учетом соломы зерновых культур

В сумме за 4 года прибавка к фону составила 9,5 %. Доля участия аэросила в формировании урожая составила 8,7 %.

Эффективность фосфатов разной растворимости в сумме за четыре года позволила расположить их в следующем убывающем порядке, совпадающем с содержанием в них усвояемых форм фосфатов: Рсд > ЧИФ > РБФ. Действие ЧНФ оказалось на уровне 89% от действия суперфосфата, борофоски - 86%. В этих вариантах доля участия фосфора в формировании суммарной урожайности составила 16 и 12,8%, соответственно, при 24,8% - в варианте с суперфосфатом.

Эффект от совместного внесения аэросила с фосфорными удобрениями в первый год был отрицательным, а в последующие - были получены устойчивые прибавки урожаев при сочетании его только с фосфатами пониженной растворимости (ЧНФ и борофоской). За счет аэросила доля участия фосфора ЧНФ и борофоски в формировании суммарного за четыре года урожая увеличилась соответственно в 1,25 и 1,4 раза.

Внесение аэросила в сочетании с фосфорными удобрениями оказало положительное влияние на содержание сырого протеина в зерне ячменя и сухой массы однолетних трав. При выращивании овса этого не наблюдалось.

На размеры усвоения азота фосфора и калия оказали влияние, как фосфорные удобрения, так и аэросил (таблица 5). Вынос КРК урожаем определялся как величиной урожая, так и изменением его химического состава.

Таблица 5 - Вынос азота, фосфора и калия урожаями и коэффициент использования фосфора из удобрений в сумме за 2006-2008 гг._

Вариант Вынос, кг/га КИУ р,о5, %

N р205 К20

Ж-фон 189,4 61,7 169,3 -

81 235,6 68,5 179,6 -

Рсд 345,2 105,3 232,4 18,2

РБФ 260,9 82,5 189,3 8,7

ЧНФ 294.6 85,2 1_ 219,2 9,8

Рсд+81 333,2 103,5 231,6 17,4

Рбф + 8! 303,0 86,8 196,3 10,5

ЧНФ + 81 308,1 91,3 205,5 12,3

Так, внесение аэросила в почву, по-видимому, привело к мобилизации запасов питательных элементов и большему усвоению их растениями, особенно азота, вынос которого в сумме за три года оказался на 24% больше, чем на Ж-фоне. Важно, что кремний положительно повлиял и на усвоение фосфора: его вынос урожаями увеличился на 11% по отношению к фону.

Фосфорные удобрения способствовали более полному использованию азота и калия, причем, их стимулирующее действие снижалось с уменьшением растворимости удобрений.

Совместное внесение суперфосфата с кремнием не изменило размеров усвоения питательных элементов растениями, а сочетание с ЧНФ и борофоской привело к заметному увеличению выноса азота и фосфора. Размеры выноса фосфора определялись растворимостью фосфорных удобрений, как при раздельном, так и при совместном с аэросилом внесении: Рсд > ЧНФ > борофоска.

Расчет коэффициентов использования фосфора из удобрений разностным методом показал увеличение их значений при сочетании только с фосфатами пониженной растворимости.

Размеры поступления кремния в растения ячменя в полевых условиях были связаны, прежде всего, с величиной урожая: с ее ростом повышался вынос (таблица 6).

Относительное содержание кремния в тканях растений практически не зависело от используемых фосфорных удобрений, и оно было несколько выше в соломе, чем в зерне. Внесение аэросила привело к некоторому снижению относительного содержания кремния в зерне и соломе по сравнению с остальными вариантами.

Таблица 6 - Содержание общего БЮ? в зерне и соломе ячменя и вынос его урожаем__

Вариант БЮг, % в сухом веществе Вынос БЮл урожаем, кг/га

зерно солома зерно солома общий

Ж-фон 1,40 1,59 34,6 33,5 61,1

По фону: 1,12 1,19 31,0 25,7 56,7

Рсд 1,31 1,77 55.8 63,4 119.2

ЧНФ 1,31 1,81 44,4 51,0 95,4

Рсд + 81 1,54 1,66 66,8 62,6 129,4

ЧНФ+51 1,34 1,74 55,1 39,3 94,4

Вынос кремния урожаем был связан с питанием растений фосфором. В варианте с суперфосфатом за счет более высокого урожая размеры усвоения 81 были на 25% выше, чем в варианте с ЧНФ и почти в 2 раза - чем на Ж-фоне. При совместном внесении суперфосфата и ЧНФ с аэросилом вынос 81 либо не изменился (ЧНФ+БО, либо несколько увеличился (на 8,5% - Рсд+БО, хотя это и не привело к росту урожайности.

Таким образом, внесение соединений кремния оказывает положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Сочетание с фосфорными удобрениями целесообразно только в случае пониженной их растворимости (ЧНФ, борофоска). Кремний и фосфор оказывают влияние на поступление питательных элементов в растения: не изменяя относительное содержание их в тканях растений, соединения кремния оказывают мобилизующее действие на усвоение азота и фосфора, а фосфорные удобрения способствуют лучшему усвоению азота и кремния.

2.2.3 Реутилизация элементов питания как фактор формирования

урожайности

Реутилизация веществ вегетативных органов является механизмом саморегуляции растений и в значительной мере определяет напряженность донорно-акцепторных отношений в растениях.

Расчеты показали, что максимальное содержание сухих веществ, азота и фосфора в вегетативной массе ячменя было в фазе цветения. С переходом от фазы цветения к полной спелости содержание азота в вегетативной массе снизилось на ЫК-фоне в 3,5 раза, в остальных вариантах - в среднем в 3,7 раза, фосфора - соответственно в 4,0 и 2,7 раза, сухих веществ - в 1,76 и 1,97, что само по себе свидетельствует о связи донорно-акцепторных отношений с условиями минерального питания растений.

Следует отметить, что кратность убыли запаса сухих веществ в вегетативной массе ячменя под действием аэросила при его совместном внесении с фосфорными удобрениями была выше, чем без него. В отношении азота этого не отмечено, а фосфора - была выше только при совместном внесении $1 с ЧНФ и борофоской.

Так как после цветения корневое питание растений постепенно затухает и прироста вегетативной массы практически нет, то зерно является единственным акцептором ассимилятов, запасенных в вегетативной массе. На Ж-фоне вклад сухих веществ, азота и фосфора, накопленных в вегетативных органах, в формирование урожая зерна ячменя составил соответственно 70, 58 и 45% (таблица 7).

С изменением условий питания численные значения размеров реутилизации сухих веществ и азота преимущественно возросли и достигли в среднем 71,3, и 58,4% соответственно, что в целом свидетельствует об интенсификации донорно-акцепторных отношений в растениях.

Внесение самого растворимого фосфорного удобрения - суперфосфата привело к снижению размеров реутилизации сухих веществ азота и фосфора по сравнению с фоновым вариантом. При этом улучшение питания растений

фосфором в меньшей степени оказало влияние на снижение размеров реутилизации фосфора, чем сухих веществ и азота.

Таблица 7 - Вклад реутилизации сухих веществ, азота и фосфора в формирование урожая зерна ячменя, %_

Вариант Вклад реутилизации, %

сухих веществ азота фосфора

КК-фон 70,3 58,3 45,0

По фону: 76,2 75,7 48,0

Рсд 61,6 55,9 43,0

Рбф 49,1 52,4 33,3

ЧНФ 51,6 64,4 37,1

Рсд + Б! 82,3 58,4 44,4

Рбф + 51 94,5 65,7 58,0

ЧНФ + 5| 85,0 65,4 44,4

Внесение кремния привело к существенному росту размеров реутилизации сухих веществ, фосфора и особенно азота. Сочетание фосфорных удобрений с кремнием также усилило процессы реутилизации, которая имела тем большие значения, чем менее растворимым было фосфорное удобрение (Рбф+Б!- > ЧНФ+51 > Рсд^О.

Таким образом, кремний оказывает заметно« влияние на донорно-акцепторные отношения в растениях, интенсифицируя их в условиях недостаточного питания фосфором.

2.2.4 Эффективность предпосевной обработки семян зерновых культур соединениями кремния при выращивании их на разных фонах минерального питания

Действия предпосевной обработки семян зависит от полевой всхожести и зашитно-приспособительных возможностей растений к повреждающим воздействиям абиотических и биотических факторов (заморозков, засухи, болезней и др.), а также к условиям минерального питания.

Предпосевная обработка семян кремнийсодержащими соединениями по-разному сказывается на темпах ростовых процессов в начальные фазы развития: Мивал-Агро стимулирует их на всех фонах минерального питания, аэросил - только на РК и ^К фонах, а силикат натрия либо не меняет линейный рост растений (ЫРК-фон), либо приводит к его депрессии, и только на ячмене на РК-фоне отмечен его положительный эффект. Более высокий стимулирующий эффект Мивала-Агро на линейный рост растений объясняется

сочетанием в его составе ауксиноподобного вещества крезацина с кремнийсодержащим веществом силатраном (760 г/кт крезацина и 190 г/кг 1-хлорметилсилатрана).

Так же как и высота растений, площадь листьев была связана с уровнем обеспеченности азотом и сбалансированностью минерального питания в целом. Площадь фотосинтезирующего аппарата яровой пшеницы и ячменя в фазе колошения оказалась наибольшей при выращивании растений на №К - фоне, как без предпосевной обработки семян, так и с обработкой.

Использование Мивала-Агро для обработки семян ячменя и яровой пшеницы позволило увеличить площадь листьев в среднем на 30-37% в зависимости от фона минерального питания с максимальным эффектом на ЫРК-фоне. Аэросил также способствовал росту фотосинтезирующей поверхности растений в среднем для этих культур на 7-29% с минимальным результатом на МК - фоне, где был получен отрицательный результат и от обработки семян силикатом натрия.

Таким образом, действие ПОС на формирование площади листовой поверхности растений было наименьшим при отсутствии в составе фонового удобрения фосфора (Ж-фон).

Учет урожая показал, что абсолютная масса всех культур была наибольшей на фоне полного минерального удобрения (таблица 8).

Гак, на кукурузе в среднем за два года на фоне №К растения по отношению к РК-фону имели на 44-64% большую массу, а по отношению к N К-фону - всего на 1-14%. По сравнению с РК-фоном во всех вариантах Ж-фона масса кукурузы также была больше (на 28-53 %).

За 4 года эксперимента на ЫРК-фоне было получено в 1,5 раза больше суммарной продукции, выраженной в кормовых единицах, чем на РК-фоне, и на 11% - чем на Ж-фоне.

При выращивании кукурузы в среднем за два года эффект от ПОС был наибольшим на Ж- и ЖК-фонах, где было получено соответственно 20-38 и 22-26% прибавки урожая, причем все препараты оказались эффективными. При выращивании ячменя и яровой пшеницы не эффективной оказалась обработка семян аэросилом.

В сумме за четыре года ПОС силикатом натрия и Мивалом-Агро была наиболее результативной при выращивании растений на Ж-фоне, где было обеспечено получение 19-20% дополнительного урожая. Это обстоятельство имеет положительное значение в условиях дефицита фосфорных удобрений. Обработка семян аэросилом при выращивании растений на РК-фоне оказалась не эффективной, а на Ж- и №К-фонах обеспечила прибавку урожая 12 и 8% соответственно.

Обработка Мивалом-Агро оказала положительное влияние на выполненность зерен ячменя и яровой пшеницы на всех фонах минерального питания, увеличив массу 1000 зерен в среднем на 6%. От аэросила и силиката натрия заметный эффект проявился только на Ж-фоне (5,6 и 4%, соответственно). В целом выполненность зерен была большей при выращивании растений на фоне полного минерального удобрения.

Таблица 8 ~ Продуктивность сельскохозяйственных культур

Вариант Урожай, г/сосуд Прибавка, %

кукуруза ячмень (зерно), 2008 г.* яровая пшеница (зерно), 2009 г.» в сумме за 4 года, к.е. **

2006 г. 2007 г. ЫРК к РК ЫРК к ЫК ЫК к РК к фону

РК 494 335 24/30 39/56 364 - - - -

РК+ аэросил 520 369 26/29 34/56 351 - - - -

РК+ N338103 520 441 30/32 46/57 407 - - - 12

РК+Мивал -Агро 514 435 32/34 47/58 377 - - - 4

ЫК 482 582 30/35 38/57 492 - - 35 _

аэросил 657 622 31/37 40/57 501 - 43 12

1МК+ Ыа^Юз 763 709 32/38 48/58 589 - - 45 20

ЫК+ Мивал- Агро 654 722 30/44 60/67 586 55 19

ЫРК 605 J 592 36/42 59/65 548 51 11 _ _

ЫРК+ аэросил 718 742 35/44 58/69 589 68 18 - 8

1МРК+ Ыа^Юз 744 739 40/46 59/72 573 41 -3 - 5

№К+ Мивал- Агро 773 732 41/53 63/76 621 65 6 13 1 1

НС Роз 23,6 17,4 2,2/2.7 5,5/4,6 1

* перед чертой - зерно, за чертой - солома; ** с учетом соломы зерновых

Вынос питательных элементов урожаем определялся преимущественно его величиной. Содержание азота в суммарном урожае на ]ч!К- и №К-фонах было в 1,6-1,7 раз выше, чем на безазотном фоне, фосфора - в 1,4, калия - в 1,2-1,6 раза (таблица 9).

Предпосевная обработка семян кремнийсодержащими препаратами оказала мобилизующее действие на усвоение питательных элементов

растениями. В зависимости от препарата вынос азота суммарным за четыре года урожаем увеличился по отношению к соответствующему фону на 19-52%, фосфора - на 5-37 и калия - на 19-96%.

Таблица 9 - Вынос питательных элементов урожаями сельскохозяйственных культур, г/сосуд (2006-2009 гг.)_____

Вариант Вынос, г/сосуд

N Р:05 К,О

РК 7,9 6,3 8,6

РК+аэросил 10,8 6,8 11,5

РК-Ка_,$Ю, 9,5 6,6 11,1

РК+Мивал-Агро 11,1 7,2 10,2

КК 13,3 8,8 10,1

ЫК+аэросил 15,8 9,4 15,2

Ж+КазБЮз 18,1 12,1 19,8

ЫК+Мивал-Агро 19,0 11,9 19,5

ЫРК 12,7 9,0 13,4

N РК+аэросил 16,4 11,1 17.6

17,3 11,6 17,7

N РК+Мивал-Агро 19,3 11,8 18,6

На фоне полного минерального удобрения действие всех препаратов на усвоение фосфора и калия было практически равноценным, а по действию на усвоение азота - заметное преимущество было на стороне Мивала-Агро на всех фонах минерального питания.

На РК-фоне действие ПОС на усвоение фосфора оказалось наименьшим. При его отсутствии в удобрении (МК-фон) или изменении соотношения с азотом (№К-фон) влияние соединений кремния на вынос фосфора урожаями было заметно более сильным. По убыванию мобилизующего действия на усвоение азота и фосфора препараты располагались в следующий ряд: Мивал-Агро > силикат натрия > аэросил.

Таким образом, предпосевная обработка семян кремнийсодержащими соединениями обеспечивает получение более высоких урожаев сельскохозяйственных культур и их действие связано с общим фоном минерального питания. В условиях недостатка фосфорных удобрений можно использовать обработку семян Мивалом-Агро или силикатом натрия, которые обеспечивают заметный рост урожаев, более высокую выполненность зерна, оказывает мобилизующее действие на усвоение растениями азота, фосфора и калия.

2.2.5 Эффективность введения кремния в состав фосфорного удобрения

Результаты наблюдений за растениями кукурузы, ячменя и яровой пшеницы показали, что в целом капсулированный суперфосфат не имел преимуществ перед обычным суперфосфатом по влиянию на биометрические показатели и развитие растений.

Не привело к повышению эффективности и совместное внесение промышленного двойного суперфосфата с кремниевой кислотой. В целом во всех вариантах с суперфосфатом были получены примерно одинаковые результаты, что позволяет заключить, что отсутствие эффекта кремния в составе удобрения или в сочетании с ним определялось наличием фосфора.

Внесение в почву кремниевой кислоты оказало положительное влияние на рост и развитие растений кукурузы. К уборке в среднем за два года прирост растений в высоту составил 9%, фотосинтетическая поверхность листьев у величилась на 19%, ускорилось развитие растений. Однако действие кремниевой кислоты было заметно ниже, чем суперфосфата. Аналогичная картина наблюдалась при выращивании ячменя и яровой пшеницы.

При использовании кремниевой кислоты интенсивность нарастания листовой поверхности была сопоставима с действием суперфосфата.

Учет урожая показал достаточно высокую эффективность кремниевой кислоты, которая обеспечила в год внесения (2006 г) 36%-ную прибавку урожая к МК-фону (таблица 10). В последействии она постепенно снижалась.

Таблица 10 - Продуктивность растений и вынос питательных элементов урожаем________________

Вариант Урожай, г/сосуд Вынос в сумме за 4 года, г/сосуд

кукуруза, зеленая масса ячмень, 2008 г. яровая пшеница, 2009 г. в сумме за 4 года, к.е.

2006 г. 2007 г. N РА К20

Ж-фон 1035 969 30,5 73,2 569 10,6 4,1 7,0

По фону: Рсд 1560 1356 34,3 104,5 812 17,8 6,2 12Д

Рсд(кап.) 1525 1368 36,1 101,9 803 16,7 6,1 11,9

адю., 1404 1200 33,0 79,2 706 13,3 5,4 9.4

Рсд +-Н^Ю., 1686 1365 34,3 102,0 850 17,9 6,8 12,9

НСР05 36 39 2,9 2,7

Таким образом, в сумме за 4 года прибавка к фону в этом варианте составила 24%, а урожайность по отношению к варианту с двойным суперфосфатом оказалась на уровне 87%.

С капсулированным суперфосфатом за 4 года было внесено 4,8 г/сосуд 8102, который не оказал влияния на эффективность фосфорного удобрения: действие капсулированного суперфосфата было на уровне обычного Рсд и определялось содержанием в удобрениях фосфора.

Совместное внесение Рсд с Н45Ю4 в дозе 25 г/сосуд дало положительный результат лишь в год прямого ее действия: прибавка урожая к варианту с одним суперфосфатом составила 8% и была достоверной; в сумме за 4 года она составила лишь 4,6%, которую нельзя признать существенной.

Вынос питательных элементов урожаем определялся величиной самого урожая. По сравнению с фоновым вариантом он повысился и был наиболее выраженным в вариантах с использованием суперфосфата. При этом капсулирование суперфосфата силикатом натрия и совместное внесение двойного суперфосфата с кремниевой кислотой существенно не повлияло на вынос питательных элементов и коррелировало с величиной суммарного урожая.

По сравнению с фоном вынос азота, фосфора и калия в варианте с внесением одной кремниевой кислоты оказался соответственно на 25, 32 и 24% выше, что свидетельствует о стимулирующем действии кремния на усвоение питательных элементов растениями.

Таким образом, результаты исследований подтверждают проявление эффективности кремния лишь в условиях недостаточной обеспеченности растений фосфором. Поэтому введение кремния в состав водорастворимых фосфорных удобрений и совместное использование его с ними не имеет смысла.

2.2.6 Агрономическая и экономическая эффостивность применения фосфатов пониженной растворимости и Мивала-Агро

Внесение суперфосфата и ЧНФ привело к достоверному (на 33 и 28%) росту урожайности зерна ячменя по отношению к азотно-калийному фону (таблица 11).

Действие ЧНФ по отношению к двойному суперфосфату было статистически равноценным и составило 96%. Доля участия фосфора в формировании урожая составила 22% (ЧНФ) и 25% (Рсд).

Эти результаты, а также приведенные выше (опыт №1) итоги исследований в микрополевом опыте, свидетельствуют о том, что при производстве фосфорных удобрений нет необходимости переводить весь фосфор сырья в водорастворимую форму. При содержании в удобрении всего лишь половины общего фосфора в водорастворимой форме (при наличии 69% его в усвояемой форме) эффективность его сравнима с действием двойного суперфосфата.

Таблица 11 - Эффективность фосфатов пониженной растворимости при

выращивании ячменя на дерново-подзолистой почве

Вариант Урожайность, ц/га Прибавка урожая Доля участия фосфора в формировании урожая, % Чистый энергет. доход, ГДж/га Коэффициент энергетической эффективности Энергетическая себестоимость 1 ц урожая, МДж

ц/га %

N К - фон 18,0* 21,0 — - - 21,0 2,4 479

По фону: ЧИФ 23.0 25,5 5,0 28 22 28.1 2,9 425

Рбф 18,5 21.0 0,5 3 3 20,7 2,1 528

Рсд 24.0 27.1 6,0 33 25 29,7 3,0 407

НСР05 2,7

* над чертой - зерно, под чертой - солома

Положительного эффекта от борофоски в этих условиях не получено, так как кислотность почвы, по-видимому, не способствовала растворению ее фосфатного компонента. Внесение остальных фосфорных удобрений повышало и энергетическую эффективность выращивания ячменя: на 34-41% увеличился чистый энергетический доход, на 11-15% снизилась энергетическая себестоимость урожая зерна. Фосфорные удобрения практически не оказали влияния на содержание в тканях растений питательных элементов, поэтому их вынос был обусловлен главным образом величиной урожая (таблица 12).

Таблица 12 - Содержание, вынос питательных элементов урожаем и коэффициент использования фосфора из удобрений__

% в сухом веществе * вынос урожаем кг/га КИУ

Вариант N Р2О5 К20 N Р_>0< К,О р20}, %

Ж - фон 1.59 0.72 0,55 37,2 15,7 32,4 _

0,41 0,13 1,07

По фону: ЧИФ 1,70 0.77 0,52 52,9 21,5 38,2 6,5

0,54 0,15 1,03

Рбф 1.58 0.71 0,55 38,1 16,1 7Г 0,4

0,42 0,14 1,06

Рсд 1.60 0.78 0,55 53,0 23,6 42,5 8,8

0,54 0.18 1,08

* над чертой - зерно, под чертой - солома

В вариантах с фосфорными удобрениями (кроме борофоски) по сравнению с азотно-калийным фоном отмечен более высокий вынос урожаем

не только фосфора, но и азота и калия, что еще раз свидетельствует о мобилизующем их действии на усвоение растениями этих элементов.

Коэффициент использования фосфора из ЧНФ и Рсд был невысоким (6,58,8%) с наибольшим значением в варианте с суперфосфатом, что объясняется практически 100%-ной его растворимостью в воде, тогда как в ЧНФ лишь около половины всего фосфора (47%) находилось в водорастворимой форме, что не помешало получению урожая, сравнимого с урожаем в варианте с суперфосфатом. Из борофоски фосфор практически не усваивался, что объясняет отсутствие в этом варианте прибавки урожая ячменя. Весь фосфор в этом удобрении был представлен нерастворимой в воде и недоступной для ячменя формой.

Таким образом, целесообразно вовлечение в сферу получения удобрений широко распространенных в России месторождений фосфоритов с переработкой их по энерго- и ресурсосберегающей схеме неполного (на 50%) кислотного разложения азотной и фосфорной кислотами.

Анализ эффективности предпосевной обработки семян яровой пшеницы показал (таблица 13), что лучшим вариантом по урожайности оказался вариант ЖК + Мивал-Агро, где за счет ПОС получено дополнительно 15,7% урожая, стоимость прибавки урожая полностью перекрыла затраты, связанные с использованием Мивала-Агро, что обеспечило в 36% прибавку чистого дохода, более высокую рентабельность производства, а себестоимость единицы урожая оказалась в 1,1 раза ниже, чем на №К-фоне.

Таблица 13 - Экономическая эффективность предпосевной обработки семян яровой пшеницы Мивалом-Агро

Показатель Вариант

контроль КРК ЖК+ Мивал-Агро

Урожайность, ц/га 14,3 19,8 22,9

Денежная выручка, тыс. руб./га 6,44 8,91 10,31

Затраты на обработку семян, руб./га - - 223

Затраты на доработку дополнительного урожая, руб./га - 230 266

Всего затрат, тыс. руб./га 4,97 7,38 8,00

Чистый доход, тыс. руб./га 1,47 1,53 2,08

Себестоимость продукции, руб./ц 347 373 349

Рентабельность, % - 20,7 26,0

Окупаемость 1 руб. затрат на проведение обработки семян, руб. - - 2,08

выводы

1. В условиях ограниченности запасов высокосортного фосфатного сырья для производства фосфорных удобрений целесообразно использование конкреционных фосфоритов с переработкой их по энерго- и ресурсосберегающей схеме неполного (на 50%) разложения азотной и фосфорной кислотами с получением комплексного азотно-фосфорного удобрения с пониженной растворимостью фосфатного компонента.

2. При содержании в структуре общих фосфатов азотно-фосфорного удобрения 47% водорастворимого и 69% усвояемого фосфора эффективность его в среднем за 5 лет исследований находилась на уровне 92% от действия двойного суперфосфата, что свидетельствует о нецелесообразности перевода всего фосфора сырья в водорастворимую или усвояемую форму, что имеет место при производстве суперфосфатов.

3. Эффективность борофоски на дерново-подзолистых почвах зависит от их кислотности: при близкой к нейтральной реакции среды она отсутствует, на слабокислых почвах - эффективность составила 86% от действия двойного суперфосфата.

4. Эффект кремния связан с обеспеченностью растений фосфором: при среднем содержании фосфатов в почве и низкой степени их подвижности аэросил обеспечил прибавку урожая сельскохозяйственных культур 7-12% по отношению к МК-фону; сочетание аэросила с суперфосфатом не дало эффекта, а с фосфорными удобрениями пониженной растворимости (ЧИФ и борофоска) - привело к повышению за четыре года доли их участия в формировании урожая соответственно на 25 и 40%. Таким образом, сочетание 51 с фосфорными удобрениями целесообразно только в случае пониженной их растворимости.

5. При хорошем снабжении растений фосфором повышаются размеры усвоения ими азота и кремния, а соединения кремния способствуют лучшему питанию растений азотом и фосфором, что выражается в большем его выносе урожаем и росте самого урожая. Это свидетельствует о взаимосвязи фосфора и кремния в питании растений.

6. Кремний в условиях недостаточного питания растений фосфором интенсифицирует в них донорно-акцепторные отношения. При совместном внесении 51 с фосфорными удобрениями размеры реутилизации сухих веществ, азота и фосфора выше, чем без него, причем, чем менее растворимо фосфорное удобрение, тем выше роль кремния в этих процессах (Рбф+51 > ЧНФ+81 > Рсд+БО, что в целом согласуется с результатами учета урожая и в определенной мере их объясняет.

7. Кремний в сочетании с фосфатами пониженной растворимости способствует повышению усвоения из них фосфора.

8. Введение кремния в состав водорастворимых фосфорных удобрений и совместное использование его с ними не имеет смысла, так как фосфор сглаживает эффект 81, что является дополнительным свидетельством взаимосвязи фосфора и кремния в питании растений.

9. Предпосевная обработка семян кремнийсодержащими соединениями (Мивал-Агро, силикат-натрия) органической и минеральной природы обеспечивает получение более высоких урожаев сельскохозяйственных культур и их действие связано с общим фоном минерального питания. В условиях недостатка фосфорного питания (ЫК-фон) обработка семян этими препаратами обеспечила наибольший рост урожаев и выполненность зерна.

10. Применение Мивала-Агро для предпосевной обработки семян зерновых культур оправдано не только с агрономической, но и с экономической точки зрения. В производственных условиях обработка семян яровой пшеницы Мивалом-Агро и последующее выращивание ее на №К-фоне, привело к увеличению урожайности зерна на 15,7%, при росте чистого дохода в 1,34 раза, рентабельности производства - с 20,7 до 26% и снижении себестоимости зерна на 6,4 %.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В современных условиях острого дефицита фосфорных удобрений, обусловленного нехваткой высококачественного фосфатного сырья и высокой энергоемкостью их производства, рекомендуется вовлечение в сферу получения удобрений широко распространенных в России месторождений фосфоритов с переработкой их по энерго- и ресурсосберегающей схеме неполного (на 50%) кислотного разложения азотной и фосфорной кислотами. Полученное таким путем азотно-фосфорное удобрение на слабокислых дерново-подзолистых почвах по эффективности сравнимо с действием двойного суперфосфата.

2. Для повышения производственных и экономических показателей в растениеводстве рекомендуется кремнийсодержащий препарат Мивал-Агро для предпосевной обработки семян зерновых культур из расчета 20 г/т.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Самсонова Н.Е., Паукштис С.И., Лякина O.A. Фосфорные удобрения пониженной растворимости и фосфатное состояние дерново-подзолистой почвы // Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., поев. 75-летию Института почвоведения и агрохимии HAH Беларуси, и III съезда почвоведов. Минск, 2006. - С. 230-232.

2. Родченков С.Н., Лякина O.A. Влияние фосфатов пониженной растворимости и кремния на урожайность овса и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы // Исследования молодых ученых -аграрному производству: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., Смоленск, 2007. - С. 92-95.

3. Лякина O.A., Родченков С.Н., Самсонова Н.Е. Агрохимическая эффективность фосфатов пониженной растворимости и кремния // Проблемы и перспективы развития аграрного производства: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., Смоленск, 2007. - С. 119-121.

4. Лякина O.A., Козлов Ю.В. Самсонова Н.Е. Влияние обработки семян кукурузы соединениями кремния и регуляторами роста на лабораторную всхожесть и развитие проростков // Проблемы и перспективы развития аграрного производства: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., Смоленск, 2007. - С. 106-108.

5. Козлов Ю.ВЛякина O.A., Самсонова Н.Е., Кузьминская В.А. Влияние предпосевной обработки семян кукурузы на показатели начального развития растений и накопление биомассы // Агрохимия и экология: История и современность: мат. Междунар. науч.-практ. конф. Т.2. -Н.Новгород, 2008. С. 109-113.

6. Самсонова Н.Е., Лякина O.A., Зыков H.A., Родченков С.Н. Агрохимическая эффективность сложных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента // Агрохимия и экология: История и современность: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф. НГСХА Т.2. - Н.Новгород, 2008. - С. 41-44.

7. Лякина O.A., Капустина М.В., Самсонова Н.Е. Влияние фосфатов пониженной растворимости и кремния на рост, развитие и продуктивность ячменя // Активизация роли молодых ученых - путь к формированию инновационного потенциала АПК: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., поев. 70-летию проф., засл. деят. науки РФ Гордеева A.M. Смоленск, 2009.

8. Ликина O.A., Самсонова Н.Е. Формирование урожая кукурузы под воздействием соединений кремния на разных фонах минерального питания // Научное обеспечение аграрного производства в современных условиях: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., поев. 35-летию ФГОУ ВПО «Смоленская ГСХА». Ч. 1. Смоленск, 2010.-С. 222-226.

9. Самсонова Н.Е., Лякина O.A. Использование фосфорных удобрений пониженной растворимости при выращивании ячменя на дерново-подзолистой почве // Научное обеспечение аграрного производства в современных условиях: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф., поев. 35-летию ФГОУ ВПО «Смоленская ГСХА». 4.1. Смоленск, 2010. - С. 202-205.

10. Самсонова Н.Е. Лякина O.A. Предпосевная обработка семян кремнийсодержащими соединениями и ее эффективность на разных фонах минерального питания // Почва, удобрение, урожай: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф. БСХА. Горки, 2010.-С. 167-169.

11. Лякина O.A., Самсонова Н.Е., Новикова Н.Е. Влияние фосфатов пониженной растворимости и кремния на продуктивность и химический состав сельскохозяйственных культур // Вестник ОрелГАУ. 2010. №3 (24). С. 12-16.

12. Лякина O.A., Самсонова Н.Е. Действие кремниевой кислоты на продуктивность и вынос питательных элементов растениями // Почва, удобрение, урожай: сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф. БСХА. Горки, 2011.

Подписано в печать 30.03.2012 г. Формат бумаги 60x84/16 Печ. л. 1,39. Тираж 100 экз. Заказ № 0003

Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА» 214000, Смоленск, ул. Козлова, 3 А

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Лякина, Ольга Александровна, Москва

61 12-6/416

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Смоленская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

/ (АЛ/ .......

Лякина Ольга Александровна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОСФАТОВ ПОНИЖЕННОЙ РАСТВОРИМОСТИ И СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ почв

Специальность: 06.01.04-Агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук профессор Н.Е. Самсонова

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................4

I Агрохимические и агроэкологические аспекты фосфора и кремния в земледелии: проблемы, пути решения (обзор литературы)......................11

1.1 Фосфор - элемент жизни...........................................................................12

1.2 Фосфор в почве и фосфорные удобрения......................................16

1.3 Фосфатно-сырьевая база России.......................................................22

1.4 Кремний в почве и растениях. Действие кремнийсодержащих соединений на растения и почву................................................ 28

II Экспериментальная часть................................................................................42

2.1 Условия и методы проведения исследований..........................................42

2.1.1 Объекты, методы исследований и характеристика почв................42

2.1.2 Агрометеорологические условия вегетационных периодов сельскохозяйственных культур в годы проведения опытов..............52

2.2 Результаты исследований..........................................................................55

2.2.1 Приготовление и состав удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента..........................................................55

2.2.2 Влияние фосфорных удобрений разной растворимости и кремния на биометрические показатели, химический состав и урожайность сельскохозяйственных культур.................................................................60

2.2.3 Реутилизация элементов питания как фактор формирования урожайности........................................................................75

2.2.4 Эффективность предпосевной обработки семян зерновых культур соединениями кремния при выращивании их на разных фонах минерального питания............................................................80

2.2.5 Эффективность введения кремния в состав фосфорного удобрения..............................................................................93

2.2.6 Агрономическая и экономическая эффективность применения

фосфатов пониженной растворимости и Мивала-Агро..................100

Выводы.................................................................................................................105

Предложения производству................................................................................107

Список использованной литературы.................................................................108

Приложения..........................................................................................................126

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос сохранения и повышения плодородия почвы является делом государственной важности. Еще Ю. Либих (1803-1873) указывал: «Причина возникновения и падения нации лежит в одном и том же. Расхищение плодородия почвы обусловливает гибель государств и наций, поддержка плодородия почв - их жизнь, богатство и могущество» (цит. по: П. Кошель Биология, 2003).

Следствием резкого снижения применения удобрений и химических мелиорантов в России в последние два десятилетия является деградация почвенного плодородия, снижение продуктивности полей, ухудшение качества урожая. 52 млн. га пахотных почв Нечерноземной зоны России имеют избыточную кислотность, более 18 млн. га - сильно- и среднекислые и требуют первоочередного известкования (Чумаченко, Тимченко, 2000). Доля пахотных почв с недостаточной обеспеченностью подвижными фосфатами составляет 65-70%, из них на 35-40% сохраняется низкое и очень низкое их содержание (Алиев, Дышко, Сушеница, 2004).

В соответствии с Федеральной целевой программой "Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы и на период до 2012 года" планируется провести известкование 2037,5 тыс. га кислых почв, фосфоритование - 475 тыс. га почв, внести 18,4 млн. т действующих веществ минеральных удобрений, 645 млн. тонн органических удобрений.

Одним из важнейших показателей окультуренности и плодородия почв, от которых зависит устойчивость растениеводства, степень проявления экологических стрессов, является обеспеченность их фосфором. Являясь единственным и незаменимым энергоносителем в жизнедеятельности растений и животных организмов, фосфор представляет собой

стратегический питательный элемент сельскохозяйственного производства. Пополнение запасов фосфатов в почве возможно только за счет фосфорсодержащих удобрений, с производством и использованием которых в России складывается особенно напряженная обстановка.

В силу высокой стоимости и практически неограниченного экспорта фосфорных удобрений средняя обеспеченность ими пахотных почв России в настоящее время составляет 5-7 кг/га по действующему веществу, тогда как в развитых странах Европы вносят 150-180 кг/га. В Беларуси в среднем вносится 44 кг/га промышленных фосфатов при соотношении во вносимых удобрениях N:P:K=2,0:1,0:2,6 (Лапа, 2007). Научно обоснованная потребность земледелия России в фосфорных удобрениях составляет 9-10 млн.т Р205 в год (Уточкин, Чумаченко, Сушеница, 1998).

Для производства водорастворимых фосфорных удобрений Россия располагает единственным действующим высококонцентрированным сырьевым источником - Кольскими апатитами. Однако по сравнению с периодом до распада Советского Союза в настоящее время производство апатитового концентрата снизилось в 4 раза, что привело к снижению выпуска фосфорсодержащих удобрений, прежде всего - суперфосфатов.

На этом фоне возросло внимание к производству фосфоритной муки -наиболее дешевого и экологически безопасного фосфорного удобрения. Остается актуальным поиск методов удешевления производства фосфорных удобрений и путей мобилизации запасов почвенных фосфатов. К таким методам можно отнести:

- вовлечение в сферу производства фосфорных удобрений широко распространенных в России местных фосфоритов с переработкой их по энергосберегающим схемам;

- использование кремнийсодержащих соединений, повышающих доступность растениям почвенных фосфатов, оказывающих на растения антистрессовое воздействие, активизирующих процессы метаболизма, что

способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур и повышению ее сохранности.

Изучение этих вопросов легло в основу проведения полевых, вегетационно-полевых и лабораторных опытов, результаты которых представлены в данной работе.

Исследования проводились в соответствии с программой фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2006-2010 гг.:02.03.02 «Разработать приемы управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур агрохимическими средствами в системе почва - растение с целью повышения окупаемости удобрений и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур».

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.Е. Самсоновой за всестороннюю помощь и поддержку в процессе проведения исследований и написания диссертации; доктору сельскохозяйственных наук, профессору кафедры физиологии, биотехнологии растений и кормопроизводства ФГОУ ВПО «ОрелГАУ» Н.Е. Новиковой за помощь в постановке и решении вопросов, касающихся физиологии растений; профессору кафедры агрономии и экологии ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА» В.А. Шаманаеву, кандидатам сельскохозяйственных наук В.В. Рассохиной, С.И. Паукштис и Ю.В. Козлову, а также лаборантам и студентам, участвовавшим в закладке опытов и проведении наблюдений.

Актуальность проблемы. Фосфор является одним из ключевых элементов питания, определяющих устойчивость земледелия, что требует увеличения масштабов применения фосфорных удобрений. В условиях бедности почв Нечерноземной зоны РФ подвижными фосфатами, ограниченности ресурсов высококонцентрированного фосфатного сырья для получения удобрений, дороговизны и ограниченных объемов их

использования в земледелии, актуальным является поиск альтернативного фосфатного сырья и технологических схем его переработки, позволяющих получать эффективные и более дешевые, чем традиционные, фосфорные удобрения.

Таким сырьем могут быть фосфориты малых месторождений, а технологической схемой переработки - энерго- и ресурсосберегающее неполное кислотное разложение с получением сложных азотно-фосфорных удобрений.

В районах с достаточной обеспеченностью почв потенциально доступными растениям формами фосфатов актуальным является поиск путей их мобилизации, среди которых перспективным является использование соединений кремния.

Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы было изучение эффективности комплексных азотно-фосфорных удобрений, полученных на основе фосфоритного сырья, и различных способов применения кремнийсодержащих соединений неорганической (аэросил, силикат натрия, кремниевая кислота, силикат натрия) и органической природы (Мивал-Агро) при возделывании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв Смоленской области.

В задачи исследований входило:

• выяснить возможность использования конкреционных фосфоритов для получения комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента, изучить их состав;

• установить эффективность фосфорных удобрений разной растворимости, полученных на основе неполного кислотного разложения фосфоритов и смешивания с физиологически кислыми солями, при выращивании сельскохозяйственных культур в условиях дерново-подзолистых почв;

• изучить способы использования соединений кремния и определить их роль в формировании урожайности сельскохозяйственных культур;

• выявить влияние соединении кремния на химическии состав урожая, размеры реутилизации питательных элементов, вынос и усвоение их из удобрений;

• дать агрономическую и экономическую оценку использования Мивала-Агро и комплексного азотно-фосфорного удобрения в технологии выращивания зерновых культур.

Научная новизна. Предложен энерго- и ресурсосберегающий метод получения комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента с использованием в качестве сырья конкреционных фосфоритов местных месторождений, изучен их состав, характер влияния на формирование урожаев, качество продукции сельскохозяйственных культур с оценкой экономических параметров их использования.

Дано агрохимическое обоснование эффективности

кремнийсодержащих соединений при раздельном и совместном использовании с фосфорными удобрениями. Выяснена эффективность предпосевной обработки семян кремнийсодержащими соединениями при выращивании растений на разных фонах минерального питания.

Определен характер воздействия фосфатов пониженной растворимости и кремния на реутилизацию сухих веществ, азота и фосфора в растениях.

Получены новые данные об эффективности борофоски в условиях дерново-подзолистых почв.

Практическая значимость. Получение фосфорных удобрений из местных фосфоритов путем неполного кислотного разложения (комплексное азотно-фосфорное удобрение) и смешивания фосфоритов с физиологически кислыми удобрениями позволит снизить напряженность фосфатно-сырьевой проблемы за счет экономии сырьевых ресурсов (апатитовый концентрат, серная, азотная, фосфорная кислота), а также стоимость удобрений (на 2030% и более), объемы отходов производства, расширить ассортимент

фосфорных удобрений.

Применение кремнийсодержащих соединений дает возможность активизировать метаболические процессы в растениях, увеличить рост урожаев, ускорить формирование качества продукции, повысить усвоение питательных элементов из удобрений, что приведет к сокращению объемов используемых минеральных удобрений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Возможность получения эффективных комплексных азотно-фосфорных удобрений с пониженной растворимостью фосфатного компонента на основе неполного кислотного разложения местных фосфоритов.

2. Зависимость эффективности кремнийсодержащих соединений от способов и условий их использования.

3. Мобилизующее действие кремния на усвоение питательных элементов растениями.

4. Агрохимическая и экономическая эффективность фосфатов пониженной растворимости и соединений кремния.

Реализация результатов исследований. Рекомендуемые фосфорные удобрения и кремнийсодержащее соединение Мивал-Агро прошли производственные испытания на дерново-подзолистых почвах Смоленской области на общей площади 50 га. По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 1 в рекомендованном ВАК издании.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях «Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации» (г. Минск, Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, 2006 г.), «Проблемы и перспективы развития аграрного производства» (г. Смоленск,

СГСХА, 2007 г.), «Агрохимия и экология: история и современность» (г.

% Н.Новгород, НГСХА, 2008 г.), «Активизация роли молодых ученых - путь к формированию инновационного потенциала АПК» (г. Смоленск, СГСХА, 2009 г.), «Почва, удобрение, урожай» (г. Горки, БГСХА, 2009, 2010, 2011 гг.), «Научное обеспечение аграрного производства в современных условиях» (г. Смоленск, СГСХА, 2010 г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и предложений производству, изложена на 161 страницае машинописного текста, содержит 29 таблиц, 12 рисунков и 45 приложений. Список использованной литературы включает 193 наименования, в том числе 18 иностранных авторов.

I АГРОХИМИЧЕСКИЕ И АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОСФОРА И КРЕМНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ: ПРОБЛЕМЫ,

ПУТИ РЕШЕНИЯ (обзор литературы)

Одним из путей решения проблемы обеспечения страны продовольственным сырьем является повышение плодородия почвы. К числу основных условий получения высокого и качественного урожая растительной продукции относится научно-обоснованное использование минеральных и органических удобрений, содержащих необходимые для роста и развития растений питательные элементы. Одним из них является фосфор - элемент, ответственный за формирование урожая и его качество, существенно смягчающий действие экстремальных погодных условий.

Проблема фосфора в земледелии является узловой и все еще недостаточно изученной. Она включает в себя необходимость познания форм фосфора в почвах, путей мобилизации их запасов для растений, изучение условий рационального использования фосфорных удобрений, поиск новых сырьевых источников для их производства и расширения ассортимента и изучение новых форм фосфорных удобрений в системе почва-растение.

В последние годы внимание отечественных и зарубежных исследователей обращено на изучение кремния, который по распространенности в природе занимает второе место, играет колоссальную роль в биогеохимическом круговороте веществ, выполняет природоохранные функции, контролирует многие геохимические и почвенные процессы, оказывает влияние на формирование агрохимических, агрофизических свойств почвы, позволяет заметно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, но при этом остается чрезвычайно мало изученным питательным элементом.

1.1 Фосфор - элемент жизни

Определение А.Е.Ферсмана: "Фосфор - элемент жизни и мысли" находит повсеместное подтверждение. Это один из важнейших биогенных элементов, необходимый для жизнедеятельности всех организмов. Он является составной частью многих веществ, имеющих первостепенное значение в разнообразных процессах метаболизма живой клетки и определяющих общий уровень метаболической деятельности растений (Середин, 1982; Полевой, 1991; Тильба, 1994). В процессе биологической эволюции именно фосфорные соединения стали основными, универсальными хранителями генетической информации (цит. по: Ермолаев, 1978) и переносчиками энергии во всех живых системах.

В растении этот элемент находится преимущественно в органической форме и в небольших количествах - в неорганической. Главные функции при этом выполняет фосфор, входящий в состав органических соединений. К их числу относятся сахарофосфаты, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, фосфатиды, фитин, нуклеопротеиды.

Первостепенное значение для жизнедеятельности клетки имеют нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), участвующие в процессах роста и деления клеток, оплодотворения, синтеза белков, передачи наследственных свойств (Розанов, 1983; Петербургский, 1997). Нуклеиновые кислоты содержатся во всех органах и тканях, в любой �