Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Микроэлементы в почвах Ульяновской области и эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений в полевых агроценозах

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Микроэлементы в почвах Ульяновской области и эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений в полевых агроценозах"

На правах рукописи

ЧЕРКАСОВ Евгений Андреевич

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВАХ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИКРОЭЛЕМЕНТСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛЕВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

2 г МАЙ 2014

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саранск-2014

005549015

005549015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина»

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук профессор

Куликова Алевтина Христофоровна

Официальные оппоненты: Лукин Сергей Викторович

доктор сельскохозяйственных наук профессор, заслуженный деятель науки РФ, почетный работник АПК России, академик РАЕН, директор ФГБУ «ЦАС «Белгородский»

Прокина Людмила Николаевна

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий отделом агрохимии ГНУ Мордовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Самарская государственная

сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 2 июля 2014 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.11 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» по адресу: 430904, г. Саранск, р.п. Ялга, ул. Российская, 31, ауд. 223.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва». Полный текст диссертации размещен на сайте университета: http://www.mrsu.ru/ru/diss/diss.php?IBLOCK_ID=2484

Автореферат разослан « 0&у> 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.И. Каргин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Оптимизация питательного режима почвы предполагает сбалансированное питание растений не только макро-, но и микроэлементами. Последние играют многогранную роль в физиолого-биохимических процессах, протекающих в живых организмах, низкая обеспеченность микроэлементами создает барьеры для поглощения растениями отдельных видов макроэлементов.

Основным источником микроэлементов для растительного организма служит почва, поэтому крайне важен мониторинг их содержания. Информация о распространении элементов в почвах необходима и для оценки их экологического состояния, так как такие элементы, как медь, цинк, бор, молибден при избыточных концентрациях становятся токсичными для живых организмов. Достоверная информация о распределении минеральных элементов в почвах является основой построения рациональных, экологически безопасных систем удобрений сельскохозяйственных культур в современном земледелии. Однако разработка эффективных систем удобрения невозможна без полевых исследований в конкретных почвенно-климатических условиях, так как подвижность (следовательно, доступность) элементов определяется множеством факторов (тип и подтип почвы, гранулометрический и минералогический состав, реакция почвенного раствора, содержание органического вещества и т.д.). При этом необходимо учесть, что в настоящее время сельскому хозяйству предлагается широкий спектр быстрорастворимых минеральных и органоминеральных удобрений, включающих полный комплекс основных макро- и микроэлементов, которые также требуют экспериментальной проверки в условиях, где предполагается их применять.

Исследование является составной частью плана научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина» (per. № 01.200.203529).

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлись оценка содержания подвижных соединений микроэлементов (Zn, Мп, Си) в пахотных почвах Ульяновской области и изучение эффективности комплексных микро-элементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур на черноземах Среднего Поволжья.

В задачи исследования входило:

- оценить содержание подвижных соединений микроэлементов (меди, марганца, цинка) в почвах Ульяновской области на основе сплошного агрохимического обследования и мониторинга их на реперных участках;

- изучить влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на свойства черноземов (агрохимические и биологические показатели);

- установить эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур (озимая пшеница,

яровая пшеница, подсолнечник);

- дать экономическую и биоэнергетическую оценку применения комплексных микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.

Научная новизна. Впервые создана база данных содержания подвижных соединений меди, марганца, цинка в почвах Ульяновской области и показано, что 98,6 % площади пашни обеспечены подвижным цинком в низкой степени; марганцем 67,7 % и медью 98,6 % - в средней и высокой степени. На основе мелкоделяночного и производственных опытов установлена эффективность микроэлементсодержащих удобрений Микромак, Страда N. Микроэл и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника. Экономически и энергетически обоснована целесообразность их применения в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.

Защищаемые положения:

- результаты сплошного мониторинга содержания в пахотных почвах Ульяновской области подвижных соединений цинка, марганца и меди;

- оценка динамики содержания подвижных Zn, Мп и Си за 1994 - 2012 гг. на основе мониторинга реиерных участков;

- эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений Микромак, Микроэл, Страда N и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника;

- применение микроэлементсодержащих удобрений в полевых агроцено-зах экономически и энергетически эффективно.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала, проведением полевых и производственных опытов в строгом соответствии с методическими требованиями, критериями математической обработки данных и положительными результатами при внедрении комплексных микроэлементсодержащих удобрений в хозяйствах Ульяновской области.

Практическая значимость. Полученная информационная база содержания подвижных соединений микроэлементов в почвах является основой для проектирования оптимальных систем удобрений сельскохозяйственных культур в Ульяновской области и позволяет рекомендовать сельскохозяйственным товаропроизводителям применение комплексных микроэлементсодержащих удобрений (Микромак, Страда N. 2пБ04). Результаты исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» при преподавании дисциплин: агрохимия, система удобрения сельскохозяйственных культур, агро-экологическая оценка земель и воспроизводство плодородия почвы.

Личный вклад соискателя. Под руководством и личном участии соискателя проведены мониторинговые исследования содержания микроэлементов

в почвах Ульяновской области; им самостоятельно разработаны программы и поставлены полевой мелкоделяночный и производственные опыты по изучению эффективности микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур; проведены анализ и обобщение результатов и подготовлены статьи к публикации. В статьях и материалах конференций, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит получение, систематизация и интерпретация экспериментальных данных. В работе использованы исходные данные содержания подвижных микроэлементов в почвах ре-перных участков, полученные «САС «Ульяновская» в 1994 г.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования апробированы в ООО «Хлебороб» Ульяновского района и ФГУП «Новоникулинское» Россельхозакадемии. Рекомендованные микроэлементсодержащие удобрения применяются в хозяйствах.

Апробация работы и публикации. Результаты исследования по теме диссертации докладывались и обсуждались на 45, 46 и 47-й Международных научных конференциях молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук в ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии (Москва, 2011, 2012, 2013); Международных научных конференциях в ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозакадемии (Ульяновск, 2010, 2011, 2012); Международных научно - практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина: «Актуальные вопросы агрономии, агрохимии и агроэкологии» (2012) и «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути решения» (2013); на ряде совещаний со специалистами сельского хозяйства Ульяновской области (2010 -2014 гг.). По результатам исследований опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству; включает 33 таблицы, 11 рисунков и 26-приложений, 166 источников использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Роль микроэлементов в формировании урожайности сельскохозяйственных культур

Проведен краткий анализ литературных сведений по изучаемой проблеме. Показана многогранная роль микроэлементов в живых организмах. Утверждается, что в настоящее время основным направлением оптимизации питания растений признано применение сложных комплексных водорастворимых удоб-

рений, включающих не менее 13-15 макро- и микроэлементов. Приведены данные об эффективности микроудобрений при возделывании сельскохозяйственных культур.

Глава 2. Природные условия Ульяновской области.

Объекты и методы исследования

В данной главе подробно рассмотрены почвенно - климатические условия Ульяновской области и показаны характерные их особенности. Климат области отличается выраженной континентальностью и неустойчивостью с резкими температурными контрастами и крайне неравномерным распределением осадков в течение вегетационного периода. Основу почвенного покрова сельскохозяйственных угодий составляют черноземы (выщелоченные, типичные и опод-золенные (64,6 %), а также серые лесные почвы (22,8 %).

Объектами исследований являлись: почвы Ульяновской области различного гранулометрического состава, сельскохозяйственные культуры: озимая и яровая пшеница, подсолнечник, а также микроэлементсодержащие удобрения Микромак, Страда Ы, Микроэл и сульфат цинка.

Полевой опыт по изучению эффективности комплексных микроэлемен-тсодержащих удобрений в технологии возделывания озимой пшеницы (сорт Харьковская 92) проведен в 2011 - 2013 гг. на базе ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозакадемии в 3-кратной повторности в севообороте с чередованием: чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница - овес. Схема опыта включала следующие варианты: 1. Без удобрений (фон 1); 2. Фон 1 + Микромак 2 л/т (предпосевная обработка семян); 3. Фон 1 + Страда N 3 л/га (некорневая подкормка посевов); 4. Ш0Р30К30(фон 2); 5. Фон 2 + Микромак; 6. Фон 2 + Страда М; 7. Навоз 20 т/га (фон 3); 8. Фон 3 + Микромак; 9. Фон 3 + Страда N. Посевная площадь делянок 50 м2 (2x25), учетная 40 (1,6 х 25), размещение их рендомизи-рованное. Предпосевную обработку семян Микромак проводили за 2 дня до посева (1 л/т Микромак А + 1 л/т Микромак В). Страдой N (3 л/га) обрабатывали посевы в фазу кущения - выхода в трубку. Навоз вносился один раз в чистом пару (апрель - май) и заделывался тяжелой дисковой бороной на глубину 10-12 см. Сложное минеральное удобрение (нитрофоска) вносилось под предпосевную культивацию. Почва опытного поля чернозем выщелоченный среднемощ-ный среднесуглинистый с содержанием гумуса 5,6 %, общего азота 0,26 %, валового фосфора 0,078 %, подвижных соединений фосфора и калия (по Чирико-ву) 215 и 103 мг/кг почвы, марганца 14,5 мг/кг, цинка 0,46 мг/кг, меди 4,6 мг/кг, рНКс1 6,6. Следовательно, обеспеченность почвы подвижными Р205 и К20 высокая, Мп - средняя, Ъп - низкая, Си - высокая.

Производственный опыт №1 по изучению эффективности Микромак, Страда М, Микроэл при возделывании подсолнечника (сорт Орешек) проведен в

2011 году в ООО «Новоспасский элеватор» Новоспасского района. Почва опытного поля - чернозем типичный среднесуглинистый с содержанием гумуса 5,5 % (среднее), подвижного фосфора 165 мг/кг (высокое), обменного калия 188 мг/кг (очень высокое), обменных: кальция 24,8 мг/кг (очень высокое), магния 3,6 мг/кг (высокое); микроэлементов: меди 4,6 мг/кг (высокое), марганца 14,5 мг/кг (среднее), цинка 0,49 мг/кг (низкое). Схема опыта состояла из 4-х вариантов: 1. Контроль; 2. Микромак; 3. Страда N; 4. Микроэл. Комплексными удобрениями обрабатывался посевной материал из расчета 2 литра на 1 тонну семян.

Производственный опыт № 2 в 2012 г. был заложен в ООО «Хлебороб» Ульяновского района, культура - яровая пшеница (сорт Кинельская 59). Схема опыта включала 4 варианта: 1. Контроль; 2. Микромак 2 л/т (предпосевная обработка семян); 3. Страда N 5 л/га (некорневая обработка посевов); 4. Микроэл 0,2 л/га (некорневая обработка посевов). В 2013 году к существующей схеме были добавлены три варианта: N15P15K15, обработка предпосевного материала сульфатом цинка (150 г д.в. по цинку на 1 т семян), некорневая подкормка посевов яровой пшеницы сульфатом цинка (30 г д.в. /га). Повторность опыта 3-кратная, размещение делянок систематическое. Почва опытного поля чернозем выщелоченный среднегумусный тяжело суглинистый с содержанием гумуса 6,2 %, подвижных соединений фосфора 113 мг/кг, калия 125 мг/кг; общего азота 0,47 %, нитратного 8,4 мг/кг и аммиачного 6,2 мг/кг, цинка 0,56 мг/кг, меди 4,2 и марганца 7,9 мг/кг.

Организация полевого и производственных опытов, лабораторные анализы осуществлялись по общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «САС «Ульяновская» (№ POCC.RU 0001 150 251). Учет фактического урожая культур в мелкоделя-ночных опытах проводился с площади всей учетной делянки с пересчетом на 100 % чистоту и 14 % влажность (ГОСТ 27548-97), в производственных опытах: подсолнечника с 120 м2, яровой пшеницы - 150 м2.

Экономическая оценка технологий возделывания культур с применением микроэлементсодержащих удобрений проводилась по системе натуральных и стоимостных показателей с использованием нормативов и расценок, принятых для производственных условий соответствующих хозяйств. Биоэнергетическая эффективность рассчитывалась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание сельскохозяйственных культур и накоплению потенциальной энергии в урожае основной продукции (Базаров Е.И., Глинка Е.В., 1983; Коринец В.В., 1986). Для математической обработки данных применялись методы дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов (Доспехов Б.А., 2011).

Глава 3. Содержание подвижных соединений микроэлементов в почвах Ульяновской области

Обеспеченность почв подвижными микроэлементами определялась по следующей градации: низкая -Ъл< 2,0, Си < 1,5, Мп < 10 мг/кг; средняя соответственно 2,1 - 5,0, 1,6 - 3,3, 10 - 20 мг/кг; высокая > 5, Си > 3,3, Мп > 20 мг/кг. Мониторинг содержания их в почвах Ульяновской области показал, что на всей площади пашни сельскохозяйственных угодий наблюдается резкий дефицит цинка: почвы с низким его содержанием на 01.01.2012 г. составили 98,6 % (рисунок 1).

□

низкое среднее высокое Рисунок 1 - Содержание подвижных микроэлементов в пахотном слое почв Ульяновской области, %. На 01.01.2012 г.

17,6 % пашни обеспечены доступным марганцем в низкой, 67,7 % - средней и 14,7 % - высокой степени. 98,6 % пахотных почв обеспечены медью в средней (20,2 %) и высокой (78,4 %) степени. Наблюдения на стационарных участках показали, что происходит резкое снижение содержания доступного марганца в почвах: в 13-и из 18-и реперных участков (67 %) почвы за 1994 - 2012 годы перешли в группу с низкой обеспеченностью данным элементом.

Глава 4. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на свойства чернозема выщелоченного 4.1. Биологическая активность. Изучение влияния на деятельность почвенных микроорганизмов комплексных микроэлементсодержащих удобрений (Микромак, Страда проводилось в мелкоделяночных опытах методом аппликации при применении как в чистом виде, так и на фоне ЮОРЗОКЗО и навоза 20 т/га. Результаты их показали, что Микромак оказывает значительное положительное влияние на целлюлозоразлагающую активность чернозема выщелоченного. Так, если на контроле она в 2011 г. составляла 35,6 %, то при посеве

обработанными Микромак семенами - 41,6 %, на фоне ЮОРЗОКЗО - 40,4 % и навоза (20 т/га) - 43,8 %. Микроэлементсодержащее удобрение Страда N в этом отношении преимущество не имело. Последнее, по - видимому, объясняется тем, что содержание в Микромак элементов питания значительно более сбалансированное, с другой стороны - способом их применения: Микромак непосредственно вносился в почву вместе с семенами, а Страда N применялся для некорневой подкормки и возможное влияние его на свойства почвы ограничено.

4.2. Агрохимические показатели. Содержание доступных макро- и микроэлементов в пахотном слое почвы приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание азота, фосфора, калия и микроэлементов в черноземе выщелоченном (0 - 30 см) (мг/кг, 2011 г, среднее за период вегетации)

N мг/кг

Няпмяит

п/п ОарИаП1 Р-ПКС1 N-N03 N-N1-14 р2о5 к2о Си Ъъ Мп

1 Без удобрений (фон 1) 6,1 16,5 8,7 242 110 4,8 0,40 8,2

2 Фон 1 + Микромак 6,0 19,9 8,9 242 98 4,7 0,44 8,8

3 Фон 1 + Страда N 6,0 19,4 7,1 238 94 4,5 0,41 8,2

4 ЮОРЗОКЗО (Фон 2) 5,9 19,2 7,8 252 115 4,7 0,42 10,0

5 Фон 2 + Микромак 5,8 26,8 9,1 257 110 4,7 0,45 10,5

6 Фон 2 + Страда N 5,7 18,9 13,2 259 108 4,8 0,43 8,9

7 Навоз 20 т/га (фон 3) 5,8 26,5 8,6 260 133 4,7 0,42 8,0

8 Фон 3 + Микромак 5,7 26,8 9,3 255 136 4,5 0,48 8,8

9 Фон 3 + Страда N 5,7 22,4 10,9 251 128 4,4 0,46 8,8

о Фактор А 0,2 1,1 0,9 8 7 0,3 0,03 0,5

с. о Фактор В 0,2 1,1 0,9 8 7 0,3 0,03 0,5

к Фактор АВ 0,2 1,8 1,5 14 13 0,3 0,03 0,9

Как указывалось выше, почва опытного поля (чернозем выщелоченный среднесуглинистый) имеет низкую обеспеченность подвижными соединениями цинка и марганца, высокую - меди. Применение Микромак (Ъа. 3,3 %) сопровождалось, хотя и незначительным, но достоверным повышением содержания цинка в пахотном слое. Отмечена также тенденция к увеличению количества марганца. В содержании доступной меди заметных изменений не произошло.

Применение микроэлементсодержащих удобрений Микромак на фоне ЮОРЗОКЗО и, особенно навоза 20 т/га, сопровождалось существенным улучшением азотного режима почвы: содержание минерального азота в пахотном слое увеличилось на 10,7 мг/кг при внесении нитрофоски, на 10,9 мг/кг - навоза; на 6,9 и на 8,1 мг/кг соответственно при совместном применении с Страда N. На содержание доступных форм фосфора и калия микроэлементсодержащие удобрения практически не оказали влияния, количество их в пахотном слое увеличилось только при внесении макроудобрения и навоза.

Производственные испытания подтвердили данные, полученные в мелко-деляночном опыте. При этом наиболее заметные изменения в содержании дос-

9

тупных соединений цинка и марганца произошли при использовании для предпосевной обработки семян сульфата цинка: содержание Zn повысилось на 0,7 мг/кг, Мп - на 1,2 мг/кг. Существенно увеличилось содержание минеральных форм азота, доступных же соединений фосфора и калия осталось практически на том же уровне.

Глава 5. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур 5.1. Озимая пшеница. Изучение эффективности микроэлементсодержащих удобрений в технологии возделывания озимой пшеницы на черноземе выщелоченном проведено в мелкоделяночном опыте (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние минеральных удобрений и навоза на урожайность озимой пшеницы, т/га (2011-2013 гг.)

Отклонение

Вариант 2011 г. 2012 г. 2013 г. Среднее от контроля

т/га %

1 Без удобрений (фон 1) 3,28 3,23 4,92 3,81 - -

2 Фон 1 + Микромак 3,57 3,37 5,10 4,01 +0,20 5,2

3 Фон 1 + Страда N 3,41 3,40 5,03 3,95 +0,14 3,7

4 ЮОРЗОКЗО (Фон 2) 3,93 3,32 5,19 3,95 +0,14 3,7

5 Фон 2+ Микромак 3,71 3,47 5,36 4,18 +0,37 9,7

6 Фон 2 + Страда N 3,53 3,50 5,34 4,12 +0,31 8,1

7 Навоз 20 т/га (фон 3) 3,79 3,34 5,21 4,11 +0,30 7,9

8 Фон 3 + Микромак 4,22 3,49 5,41 4,37 +0,56 14,7

9 Фон 3 + Страда N 4,15 3,51 5,29 4,32 +0,51 13,4

^ Фактор А 0,08 0,01 0,10 0,16

о. о Фактор В 0,08 0,06 0,10 0,16

Фактор АВ 0,14 0,11 0,17 0,27

Анализ результатов опыта свидетельствует о значительной роли комплексных микроэлементсодержащих минеральных удобрений в формировании урожайности зерновых культур, в том числе пшеницы: прибавка урожайности зерна в среднем за три года при обработке посевного материала Микромак составила 0,20 т/га, что превышает вариант с внесением ШОРЗОКЗО. Применение Микромак на фоне позволило повысить урожайность на 0,37 т/га, а совместно с навозом (20 т/га) - 0,56 т/га (15 %), где урожайность пшеницы в среднем за три года составила 4,37 т/га.

Последнее, прежде всего, обусловлено более оптимальным режимом питания растений в связи с многокомпонентностью элементного состава данного удобрения и значительным улучшением азотного режима при внесении как нитрофоски, так и навоза на фоне высокой обеспеченности доступными формами фосфора и калия (раздел 4.2). И, несомненно, немаловажна роль цинка, так как почва опытного поля имеет очень низкую обеспеченность Тп, а содер-

ю

жание его в Микромак наибольшее по сравнению с другими комплексными удобрениями (3,3 %). Тем более, что потребность растений в цинке увеличивается при высоком содержании доступных фосфора и азота в почве (Сычев В.Г. и др., 2009). Страда N по влиянию на формирование урожайности озимой пшеницы уступает Микромак, в том числе, по - видимому, в связи с меньшим содержанием в его составе цинка (0,122 %).

Важнейшим показателем, отражающим условия возделывания культур, наряду с продуктивностью, служит химический состав урожая, в частности, концентрация в зерне и соломе биогенных макро- и микроэлементов. В наших опытах внесение в почву вместе с семенами Микромак сопровождалось повышением накопления азота в зерне на 0,34 %, что сравнимо с применением N30. При использовании Микромак на фоне ИРК содержание азота в зерне составило 2,92 %, что выше контроля на 0,51 %. Существенно также увеличение азота в зерне при применении навоза и микроэлементсодержащих удобрений на его фоне, что повышает сбор белка с единицы площади (рисунок 2).

123456789 Варианты

Рисунок 2 - Сбор белка с 1 га, ц (2011 г)

Содержание всех трех микроэлементов (Xп, Си, Мп) в продукции невысокое и на контрольном варианте концентрация цинка в зерне составила 7,8, меди 1,3 и марганца 6,6 мг/кг; в соломе соответственно 2,3; 0,8 и 16 мг/кг. Применение микроэлементсодержащих удобрений Микромак и Страда N не привело к повышению накопления их в продукции. Однако совместное использование навоза, Микромак и Страда N сопровождалось достоверным увеличением выноса данных элементов с одного гектара. Например, вынос цинка зерном при этом увеличился с 29,7 г/га на контроле до 45 г/га на варианте с предпосевной обработкой семян на фоне навоза 20 т/га.

5.2. Яровая пшеница. Изучение системы удобрений яровой пшеницы с использованием микроэлементсодержащих удобрений проводилось в производственных условиях ООО «Хлебороб» Ульяновского района Ульяновской

области (таблица 3).

Таблица 3 - Урожайность и качество зерна яровой пшеницы, 2013 г.

У рожайность Показатели качества

№ п/п Вариант т/га отклонение от контроля Натура зерна, бе- клей- идк. масса 1000

т/га % г/л % на, % ед. зерен, г

1. Контроль(без удобрений) 1,10 - - 632 13,3 36,3 99 35,7

2. Ш5Р15К15 (фон) 1,30 +0,2 18 682 13,4 37,2 10 0 35,9

3. Фон + Микромак (обра ботка семян) 1,43 +0,33 30 687 13,4 37,4 97 37,2

4. Фон + Страда N (некорне вая подкормка) 1,23 +0,13 12 688 14,0 36,6 95 37,6

5. Фон + Микроэл (некорне вая подкормка) 1,35 +0,25 23 650 13,5 35,7 97 37,8

6. Фон + сульфат цинка (об работка семян) 1,57 +0,47 43 673 13,8 37,3 95 37,8

7. Фон + сульфат цинка (не корневая подкормка) 1,33 +0,23 21 683 14,3 37,3 97 37,7

НСР05 0,16 23 0,8 1,0 5 1,5

Исследования в производственных условиях подтвердили результаты, полученные в мелкоделяночных опытах: урожайность зерна пшеницы при использовании для предпосевной обработки семян Микромак в 2012 году повысилась на 0,29 т/га, или на 11 %, в 2013 г - на 30 %. Достаточно высокую эффективность показала и некорневая подкормка посевов Страда N5 прибавка зерна составила соответственно 0,27 и 0,13 т/га (11 и 23 %). Следует отметить, что эффективность данных удобрений была значительно выше в 2013 году, когда в течение вегетации зерновых культур наблюдалось неблагоприятное распределение осадков и температур, особенно при прохождении критических фаз развития культуры. Более эффективен был Микромак, который обеспечил повышение урожайности зерна пшеницы на 0,33 т/га, или на 30 %. Последнее косвенно свидетельствует о повышении устойчивости растений к неблагоприятным внешним факторам при применении микроэлементсодержащих удобрений. Однако наибольшую эффективность в 2013 году показала предпосевная обработка семян яровой пшеницы сернокислым цинком, прибавка урожайности зерна составила 0,47 т/га, или 43 % по отношению к контролю и 21 % по отношению к фону с минимальным внесением основного удобрения (Ш5Р15К15). По-видимому, высокая эффективность сульфата цинка при возделывании яро-

вой пшеницы обусловлена не только цинком, но и серой. По данным агрохимического обследования, 77,3 % площади имеет низкую обеспеченность серой и только на 18,1 % наблюдается среднее и на 4,6 % - высокое ее содержание. Почва опытного поля также обеспечена серой в низкой степени.

При использовании в технологии возделывания яровой пшеницы микро-элементсодержащих удобрений улучшились технологические показатели зерна: повысилась его натура, содержание клейковины и ее качество (хотя и незначительно). Существенных различий по содержанию микроэлементов как в зерне, так и соломе, кроме Ъп, не установлено: при обработке посевного материала Тп^Оа поступление цинка в зерно повысилось на 7 %.

5.3. Подсолнечник. В таблице 4 приведена урожайность подсолнечника и качественные показатели семян.

Таблица 4 - Влияние микроэлементсодержащих удобрений на урожайность и качество семян подсолнечника

№ п/п Вариант Урожайность, т/га Содержание масла, % Выход масла, т/га Кислотное число, мг КОН/г

1. Конроль 2,40 41,8 1,00 3,9

2. Микромак 2,95 41,6 1,23 3,2

3. Страда N 2,69 41,5 1,12 3,6

4. Микроэл 2,63 41,5 1,09 3,1

НСР05 0,27 зд 0,5

Как следует из данных таблицы, предпосевная обработка семян подсолнечника микроэлементсодержащими удобрениями (2 л/т) способствовала существенному повышению урожайности культуры: прибавка от применения Мик-ромак составила 0,55 т/га (23 %), Страда N 0,29 т/га (12 %). Значительным было повышение урожайности и от применения для предпосевной обработки семян Микроэл (0,23 т/га, или 10 %), однако разница от контроля оказалась несущественной по значению НСРо5-

Высокая эффективность Микромак при возделывании подсолнечника, по нашему мнению, обусловлена присутствием цинка в данном удобрении в значительном количестве, превышающем Страду N в 27 раз и Микроэл - в 2,4 раза. Прибавка урожайности семян подсолнечника от использования Страда N хотя и ниже, но она существенна и составляет 0,29 т/га. Последнее, по - видимому, обусловлено высоким содержанием в Страде N азота (27 %). Применяемые удобрения не оказали влияние на содержание масла в семенах подсолнечника, однако значительно увеличили выход масла с 1 - го гектара. И так же закономерно улучшилось качество масла: кислотное число при применении Микромак снижалось с 3,9 до 3,2 мг КОН/г.

Глава 6. Биоэнергетическая эффективность и экономическая оценка технологии возделывания сельскохозяйственных культур при использовании микроэлементов

6.1. Экономическая эффективность. Расчеты показали, что при возделывании озимой пшеницы наиболее экономически эффективным является применение для предпосевной обработки семян Микромак в дозе 2 л/т. Рентабельность производства зерна при этом составила 184 %. При применении ЮОРЗОКЗО и навоза 20 т/га в связи с увеличением затрат уровень рентабельности снижался. Однако при использовании данного удобрения он повышался на 7-8 %. Применение Страда N для некорневой подкормки посевов по эффективности было ниже контроля. Наиболее экономически целесообразным при возделывании яровой пшеницы являлось использование сульфата цинка для обработки посевного материала: уровень рентабельности при этом составил 44 % (на контроле 34, на других вариантах от 6 до 38 %). Применение микроэле-ментсодержащих комплексов повышает экономическую эффективность технологии возделывания подсолнечника на 7 - 25 %, наиболее рентабелен вариант с использованием Микромак для обработки семян в дозе 2 л/т (60 %).

6.2. Биоэнергетическая оценка. При возделывании озимой пшеницы наиболее эффективным являлся вариант с предпосевной обработкой семян Микромак (биоэнергетический коэффициент 3,68). Варианты с применением минеральных и органических удобрений заведомо являются более энергетически затратными. Тем не менее, на их фоне при использовании Микромак энергетическая эффективность технологии возделывания озимой пшеницы повышалась на 5 %. В технологии яровой пшеницы наиболее эффективна предпосевная обработка семян сульфатом цинка (2п804) с энергетическим коэффициентом 1,39 (на контроле 1,09). Расчеты показали высокую эффективность всех испытанных для предпосевной обработки семян подсолнечника микроэлемен-тсодержащих удобрений: биоэнергетические коэффициенты составили 3,80 (Микромак), 3,50 (Страда И), 3,43 (Микроэл) и 3,16 (контроль).

ВЫВОДЫ

1. в почвах Ульяновской области наблюдается острый дефицит содержания подвижного цинка: 98,6 % обследованной площади сельскохозяйственных угодий имеют низкую обеспеченность данным элементом. 17,6 % пашни обеспечены доступным марганцем в низкой, 67,7 % - средней и 14,7 % - высокой степени. Почвы области в медных удобрениях практически не нуждаются, так как 98,6 % площади обеспечены медью в средней (20,2 %) и высокой (78,4 %) степени.

2. Выявлено значительное снижение содержания доступных соединений марганца в почвах области независимо от их типа, подтипа и соответствующих

показателей, от которых зависит подвижность данного элемента: по наблюдениям на 18 стационарных участках, почвы 13 из них (67 %) перешли в группу низкообеспеченных. В содержании подвижных цинка и меди в пахотном слое почв заметных изменений за этот период не произошло.

3. Жидкое микроэлементсодержащее удобрение Микромак оказывает значительное положительное влияние на активность почвенных микроорганизмов как при применении в чистом виде, так и на фоне ЮОРЗОКЗО и навоза 20 т/га. Предпосевная обработка семян Микромак на фоне навоза при возделывании озимой пшеницы позволяет повысить целлюлозоразлагающую активность чернозема выщелоченного на 23 % (относительных). Удобрение Страда N не оказало существенного влияния на деятельность микроорганизмов почвы.

4. Применение микроэлементсодержащих удобрений и, особенно навоза (20 т/га), сопровождалось улучшением азотного режима почвы: содержание минерального азота в пахотном слое увеличивалось на 5,4 мг/кг при внесении нитрофоски, на 5,9 мг/кг- навоза, на 6,7 и 8,8 мг/кг соответственно при совместном их применении с Микромак. На содержание доступных соединений фосфора и калия микроэлементсодержащие удобрения не оказали влияния, их количество в пахотном слое почвы увеличивалось только при внесении макроудобрений и навоза.

5. Предпосевная обработка семян Микромак способствовала повышению урожайности зерна озимой пшеницы в среднем за 3 года на 0,20 т/га. Применение Микромак на фоне ЫЗОРЗОКЗО повысило ее на 0,37 т/га, навоза 20 т/га - на 0,56 т/га (на контроле 3,81 т/га). Страда N по влиянию на формирование урожайности озимой пшеницы уступала Микромак.

6. При использовании Микромак для обработки посевного материала наблюдалось достоверное повышение в зерне озимой пшеницы азота с 2,41 % на контроле до 2,75 % и до 2,92 % при применении на фоне ШОРЗОКЗО. В содержании фосфора в зависимости от применения комплексных микроэлементсодержащих удобрений заметных изменений не происходило; содержание калия существенно повышалось в соломе (на 0,1-0,49 %). Применение Микромак и Страда N не приводило к повышению концентрации Zn, Мп и Си в продукции, однако сопровождалось увеличением выноса их с урожаем.

7. В производственных условиях подтверждена высокая эффективность микроэлементсодержащих удобрений при возделывании яровой пшеницы: прибавка урожая зерна в 2012 году от использования Микромак составила 0,29 т/га (на контроле 2,59 т/га), Страда Т^- 0,27 т/га; в 2013 г соответственно 0,33 и 0,13 т/га (на контроле 1,1 т/га). Наиболее эффективна при возделывании яровой пшеницы обработка посевного материала сернокислым цинком: урожайность зерна при этом повысилась на 0,47 т/га (43 %). Микроэлементсодержащие удобрения способствовали улучшению качества зерна.

8. Обработка посевного материала подсолнечника Микромак, Страда N и

Микроэл повысила урожайность семян подсолнечника в производственных условиях на 0,55; 0,29 и 0,23 т/га соответственно (на контроле 2,40 т/га). При этом выход масла с 1 гектара увеличился на 0,23; 0,12 и 0,09 т/га (на 23,12 и 9 %).

9. Применение микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур экономически и энергетически эффективно.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

Рекомендуем сельхозтоваропроизводителям использовать при возделывании зерновых культур и подсолнечника жидкие комплексные микроэлемен-тсодержащие удобрения Микромак и Страда N, а также сернокислый цинк в следующих дозах и способах:

- Микромак для предпосевной обработки семян 2 л/т (Микромак А 1 л/т + Микромак В 1 л/т);

- Страда N для некорневой подкормки посевов в фазе кущения - выхода в трубку озимой и яровой пшеницы в дозе 3-5 л/т и обработки посевного материала подсолнечника;

- сернокислый цинк для предпосевной обработки семян яровой пшеницы в дозе 150 г д.в./т, или некорневой подкормки посевов в дозе 30 г д.в./га.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобриауки РФ

1. Черкасов, Е. А. Анализ плодородия почв Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов, С. Н. Немцев, С. Н. Никитин // Агрохимический вестник. - 2012. - № 4. - С. 26-29.

2. Черкасов, Е. А. Характеристика пахотных почв Ульяновской области по содержанию микроэлементов и эффективность применения микроэлементсодержащих препаратов / Е. А. Черкасов, В. А. Исайчев, Б. К. Саматов, С. Н. Никитин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. -№ 4 (20). - С. 30-34.

3. Черкасов, Е. А. Динамика содержания микроэлементов в почвах Ульяновской области / Е. А. Черкасов, А. X. Куликова, Б. К. Саматов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 4 (24). - С. 31-36.

Статьи в других изданиях

4. Черкасов, Е. А. Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственного назначения Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов, А. В. Карпов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции. -

16

Ульяновск. - 2010. - С. 160-165.

5. Черкасов, Е. А. Динамика кислотности пахотных почв Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов, А. В. Карпов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. -2011. -№ 3 (15). -С. 31-35.

6. Черкасов, Е. А. Применение удобрений в Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б.К. Саматов // Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Материалы 45-й Международной научной конференции молодых ученых и специалистов. -М. -2011. - С. 200-203.

7. Черкасов, Е. А. Распределение тяжелых металлов в почвах Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов // Экология, генетика, селекция на службе человечества». Материалы Международной конференции. - Ульяновск. - 2011. - С. 369-372.

8. Черкасов, Е. А. Распределение тяжелых металлов в почвах Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов // Агромир Поволжья. - 2011. - № 3 (3). — С. 53-55.

9. Куликова, А. X. Содержание микроэлементов в почвах Ульяновской области и эффективность минеральных удобрений при возделывании подсолнечника / А. X. Куликова, Е. А. Черкасов, Н. В. Маркова // Актуальные вопросы агрономии, агрохимии и агроэкологии. Материалы Международной научно-практической конференции. - Ульяновск. - 2012. - С. 89-95.

10. Черкасов, Е. А. Эффективность применения удобрений в Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов // Эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Материалы 46-й Международной научной конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук. - М. - 2012. -С. 209-211.

11. Черкасов, Е. А. Содержание микроэлементов в пахотных почвах Ульяновской области / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов, Е. Н. Малянов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути решения. Материалы 5 Международной научно-практической конференции. - Ульяновск. - 2013. -Т. 1.-С. 96-100.

12. Черкасов, Е. А. Почвы и их агрохимическая характеристика / А. Е. Черкасов // Адаптивно-ландшафтная система земледелия Ульяновской области. - Ульяновск.-2013.-С. 108-112.

13. Черкасов, Е. А. Содержание микроэлементов в почвах Ульяновской области и эффективность микроэлементсодержащих удобрений / Е. А. Черкасов, Б. К. Саматов, К. Б. Идиатуллов // Перспективы применения средств химизации в ресурсосберегающих агротехнологиях. Материалы 47-й Международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов. — М. - 2013. - С. 207-209.

ЛР 020402 25.12.97 Подписано в печать 29 .04. 2014. Формат 60x84 1/16. Бумага типографская №1. Ризограф УГСХА. Усл.печ.л. 1,0. Заказ № 27. Тираж 100 экз. 432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Черкасов, Евгений Андреевич, Ульяновск

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина»

На правах рукописи

04201459375

Черкасов Евгений Андреевич

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВАХ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСНЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛЕВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ

06.01.04 - Агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор с.-х. наук, профессор А.Х. Куликова

УЛЬЯНОВСК-2014

Содержание

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

Глава 1. Роль микроэлементов в формировании урожайности сельскохозяйственных культур.....................................................................................8

1.1. Физиологическая роль микроэлементов в растении...........................9

1.2. Влияние микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных

культур................................................................................................................16

Глава 2. Природные условия Ульяновской области. Объекты и методы исследования......................................................................................................23

2.1. Климат.........................................................................................................24

2.2. Почвенный покров.....................................................................................28

2.3. Объекты и методы исследования..............................................................36

Глава 3. Содержание подвижных соединений микроэлементов в почвах Ульяновской области........................................................................................43

3.1. Оценка содержания микроэлементов по данным агрохимических обследований......................................................................................................43

3.2. Динамика содержания микроэлементов на основе мониторинга

реперных участков.............................................................................................55

Глава 4. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений

на свойства чернозема выщелоченного..........................................................61

4.1. Биологическая активность.......................................................61

4.2. Агрохимические показатели.....................................................................65

Глава 5. Влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений

на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур.....72

5.1. Озимая пшеница.........................................................................................72

5.2. Яровая пшеница..........................................................................................80

5.3. Подсолнечник.............................................................................................85

Глава 6. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур........................................................................93

6.1. Экономическая эффективность.................................................................93

6.1.1. Озимая пшеница......................................................................................94

6.1.2. Яровая пшеница.......................................................................................96

6.1.3. Подсолнечник..........................................................................................98

6.2. Биоэнергетическая оценка.........................................................................99

6.2.1. Озимая пшеница......................................................................................101

6.2.2. Яровая пшеница.......................................................................................104

6.2.3. Подсолнечник..........................................................................................106

Выводы...............................................................................................................110

Предложение производству..............................................................................112

Список использованной литературы...............................................................113

Приложения........................................................................................................129

Актуальность проблемы. Оптимизация питательного режима почвы предполагает сбалансированное питание растений не только макро-, но и микроэлементами. Последние играют многогранную роль в физиолого-биохимических процессах, протекающих в живых организмах, низкая обеспеченность микроэлементами создает барьеры для поглощения растениями отдельных видов макроэлементов.

Основным источником микроэлементов для растительного организма служит почва, поэтому крайне важен мониторинг их содержания. Информация о распространении элементов в почвах необходима и для оценки их экологического состояния, так как такие элементы, как медь, цинк, бор, молибден при избыточных концентрациях становятся токсичными для живых организмов. Достоверная информация о распределении минеральных элементов в почвах является основой построения рациональных, экологически безопасных систем удобрений сельскохозяйственных культур в современном земледелии. Однако разработка эффективных систем удобрения невозможна без полевых исследований в конкретных поч-венно-климатических условиях, так как подвижность (следовательно, доступность) элементов определяется множеством факторов (тип и подтип почвы, гранулометрический и минералогический состав, реакция почвенного раствора, содержание органического вещества и т.д.). При этом необходимо учесть, что в настоящее время сельскому хозяйству предлагается широкий спектр быстрорастворимых минеральных и органоминеральных удобрений, включающих полный комплекс основных макро- и микроэлементов, которые также требуют экспериментальной проверки в условиях, где предполагается их применять.

Исследование является составной частью плана научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина» (рег. № 01.200.203529).

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлись оценка содержания подвижных соединений микроэлементов (Тп, Мп, Си) в пахотных поч-

вах Ульяновской области и изучение эффективности комплексных микроэлемен-тсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур на черноземах Среднего Поволжья.

В задачи исследования входило:

- оценить содержание подвижных соединений микроэлементов (меди, марганца, цинка) в почвах Ульяновской области на основе сплошного агрохимического обследования и мониторинга их на реперных участках;

- изучить влияние комплексных микроэлементсодержащих удобрений на свойства черноземов (агрохимические и биологические показатели);

- установить эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур (озимая пшеница, яровая пшеница, подсолнечник);

- дать экономическую и биоэнергетическую оценку применения жидких комплексных микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.

Научная новизна. Впервые создана база данных содержания подвижных соединений меди, марганца, цинка в почвах Ульяновской области и показано, что 98,6 % площади пашни обеспечены подвижным цинком в низкой степени; марганцем 67,7 % и медью 98,6 % - в средней и высокой степени. На основе мелкоде-ляночного и производственного опытов установлена эффективность микроэлементсодержащих удобрений Микромак, Страда Ы, Микроэл и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника. Экономически и энергетически обоснована целесообразность их применения в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.

Защищаемые положения:

- результаты сплошного мониторинга содержания в пахотных почвах Ульяновской области подвижных соединений цинка, марганца и меди;

- оценка динамики содержания подвижных Тп, Мп и Си за 1994 - 2012 гг. на основе мониторинга реперных участков;

- эффективность комплексных микроэлементсодержащих удобрений Мик-

ромак, микроэл, Страда Ы, и сульфата цинка при возделывании озимой и яровой пшеницы, подсолнечника;

- применение микроэлементсодержащих удобрений в полевых агроценозах экономически и энергетически эффективно.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала; проведением полевых и производственных опытов в строгом соответствии с методическими требованиями, анализов почвенных и растительных образцов в аккредитованных лабораториях по соответствующим ГОСТам; критериями математической обработки данных и положительными результатами при внедрении комплексных микроэлементсодержащих удобрений в хозяйствах Ульяновской области.

Практическая значимость. Полученная информационная база содержания подвижных соединений микроэлементов в почвах является основой для проектирования оптимальных систем удобрений сельскохозяйственных культур в Ульяновской области и позволяет рекомендовать сельскохозяйственным товаропроизводителям применение комплексных микроэлементсодержащих удобрений (Мик-ромак, Страда И, 2п804). Результаты исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» при преподавании дисциплин: агрохимия, система удобрения сельскохозяйственных культур, агро-экологическая оценка земель и воспроизводство плодородия почвы.

Личный вклад соискателя. Под руководством и личном участии соискателя проведены мониторинговые исследования содержания микроэлементов в почвах Ульяновской области; им самостоятельно разработаны программы и поставлены полевые мелкоделяночные и производственные опыты по изучению эффективности микроэлементсодержащих удобрений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур; проведены анализ и обобщение результатов и подготовлены статьи к публикации. В статьях и материалах конференций, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит получение, систематизация и интерпретация экспериментальных данных. В работе использованы исходные данные содержания подвижных микроэлементов в почвах реперных участков, по-

лученные «САС «Ульяновская».

Реализация результатов исследований. Результаты исследований апробированы в ООО «Хлебороб» Ульяновского района и ФГУП «Новоникулинское» Россельхозакадемии. Рекомендованные микроэлементсодержащие удобрения применяются в хозяйствах.

Апробация работы и публикации. Результаты исследования по теме диссертации докладывались и обсуждались на 45, 46 и 47 - й Международных научных конференциях молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук в ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии (Москва, 2011, 2012, 2013); Международных научных конференциях в ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозакадемии (Ульяновск, 2010, 2011, 2012); Международных научно-практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина: «Актуальные вопросы агрономии, агрохимии и агроэкологии» (2012) и «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути решения» (2013); на ряде совещаний со специалистами сельского хозяйства Ульяновской области (2009 - 2014 гг.). По результатам исследований опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложения производству; включает 32 таблицы, 11 рисунков и 26 приложений, 166 источников использованной литературы.

1. РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ФОРМИРОВАНИИ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Физиологическое значение минерального питания всеобъемлюще.

С.П. Костычев

Приведенные выше слова одного из выдающихся ученых рубежа 19-го и 20-го веков С.П. Костычева (1937) говорят о многогранной, всеобъемлющей роли не только макро-, но и микроэлементов в биологических процессах. Роль микроэлементов для нормальной жизнедеятельности как растительных, так и животных организмов огромна, так как они являются регуляторами всех жизненно важных процессов. В связи с этим дефицит микроэлементов может стать лимитирующим фактором урожайности сельскохозяйственных культур (Минеев В.Г., 1987; Коба-та - Пендиас А., Пендиас X., 1989; Христофорова Н.К., 2005; Битюцкий Н.П., 2005; Клышевская C.B., 2010; Надежкин С.Н., 2011).

Разработка теоретических основ применения микроэлементов в сельскохозяйственном производстве осуществляется в последние 100 лет, после того как частично была расшифрована физиологическая роль макроэлементов (прежде всего азота, фосфора и калия), которая связана с именами Е.В. Бобко и др. (1949), М.Я. Школьник (1950, 1957, 1974), O.K. Кедрова-Зихмана (1952), М.В. Каталымо-ва (1956, 1965), П.А. Власюк (1956, 1966), Я.В. Пейве (1968, 1980), В.В. Ильина (1973), П.И. Анспок (1978) и др.

В последующем данная проблема нашла отражение в работах Б.А. Ягодина (1975, 1981, 1995, 2002), В.Г. Минеева (1981), Н.С. Авдонина (1982), Г.И. Попова (1984), П.И. Анспок (1990), А.И. Подколзина и др. (2002), H.A. Протасовой и А.И. Щербакова (2003), C.B. Лукина (2006, 2011) и др., в том числе имеются обобщающие обзорные монографии (Сычев В.Г. и др., 2009). Ниже приводится анализ литературных сведений по изучению роли микроэлементов: марганца, меди и цинка, по содержанию которых в почвах Ульяновской области проводится

мониторинг.

1.1. Физиологическая роль микроэлементов в растении

Марганец. Физиологическая активность марганца, прежде всего, определяется особенностями строения самого атома данного элемента. Для него возможны разнообразные переходы:

Mn+2 ^ Мп+3 ^ Mn+4 ^ Мп+5 ^ Мп+6 ^ Мп+7,

каждый из которых может предопределять то или иное участие элемента в тех или иных окислительно-восстановительных реакциях, жизненно необходимых в растительном и животном организмах: фотосинтезе, дыхании, углеводных и белковых обменах и т.д. (Удельнова Т.М., 1969).

Убедительные доказательства участия марганца в процессах фотосинтеза приведены в обзоре М.Я. Школьника (1974). Так, он приводит результаты опытов D.J.Arnon (1958), в которых выявлено прямое участие марганца в фотосинтезе. Показано восстановление скорости процесса через 20 минут после добавления марганца у дефицитных по марганцу растений. Установлено участие марганца в системе выделения кислорода при фотосинтезе и в восстановительных реакциях фотосинтеза (цит. по Школьник М.Я., 1974).

Марганец при нитратном питании растений ведет себя как восстановитель, тогда как при аммиачном - окислитель. Благодаря этому с помощью марганца можно регулировать процессы сахарообразования и синтеза белков (Сатаров Г.А., 2009).

Марганец играет большую роль в активировании многих реакций, в том числе реакций превращения ди- и трикарбоновых кислот, образующихся в процессе дыхания. Предполагается, что он входит в состав фермента, синтезирующего аскорбиновую кислоту; усиливает гидролитические процессы, в результате чего нарастает количество аминокислот; способствует продвижению ассимилянтов, образующихся в процессе фотосинтеза, от листьев к корням и другим органам (Ягодин Б.Я., 1981).

В настоящее время известно 23 металлоферментных комплекса, активируемых марганцем, особенно тех, которые принимают участие в гликолизе и цикле Кребса: глюкокиназа, гексокиназа, фосфоглюкокиназа, фосфоглюкомутаза, фос-фоглицераткиназа, аденозинкиназа, аргининкиназа, НАД-киназа, дефосфо-КоА-киназа, глутаминсинтетаза, пируватдекарбоксилаза, пируватоксидаза, оксалоаце-таткарбоксилаза, изоцитратдегидрогеназа, а-кетоглутаровая оксидаза, конденсирующий фермент, дрожжевая фосфатаза, кислая и щелочная фосфатаза, аргиназа, лецитиназа, цистеминдесульфогидраза, дезоксилрибонуклеаза, пирофосфорилаза (Школьник М.Я., 1974; Ягодин Б.А., 1981). Трудно переоценить в этом отношении роль марганца, если учесть, что цикл Кребса является универсальным механизмом в растительном организме.

При недостатке марганца происходит задержка роста растения и его гибель. У различных видов растений это проявляется по-разному и имеет свои специфические названия. У злаков появляется серая пятнистость, в том числе у овса недостаток марганца обычно наблюдается через 3-4 недели после появления всходов. Характерные повреждения развиваются на втором и третьем листьях, после того, как они достигли нормальной величины. В нижней части этих листьев образуется поперечный участок межжилкового хлороза, а верхушки остаются зелеными. Затем на этих участках появляются неправильной формы серые и светло-коричневые пятна из отмерших тканей. Эти пятна распространяются к середине, что вызывает перегиб листа. Через 5-10 дней лист засыхает. Заболевание усиливается в сухую и жаркую погоду и его часто называют «выгоранием» посевов из-за недостатка влаги (Магницкий К.П., 1972) (рисунок 1).

У других злаковых (пшеницы, ячменя, ржи) заболевание менее выражено: листья становятся бледно-зелеными, с белесыми продолговатыми пятнами. У кукурузы на листьях появляются отдельные хлоротичные пятна, в дальнейшем расширяющиеся, что ведет к отмиранию пораженных участков на листьях.

Рисунок 1 - Марганцевое голодание у овса (Магницкий К.П., 1972)

У сахарной, кормовой свеклы оно называется пятнистой желтухой и проявляется в виде желтых хлоротичных участков между жилками листьев. Содержание марганца в тканях больных растений уменьшается и составляет лишь 13 мг/кг сухого вещества, тогда как в здоровом листе - 181 мг/кг (Сатаров Г.А., 2009). При недостатке марганца в почве листья картофеля приобретают желтую окраску с сохранением зеленого цвета и