Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Цинк в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и влияние сульфата цинка на урожайность и качество яровой пшеницы

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Цинк в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и влияние сульфата цинка на урожайность и качество яровой пшеницы"

На правах рукописи

005017364

Сладкова Татьяна Викторовна

ЦИНК В ПАХОТНЫХ ПОЧВАХ СТЕППОЙ ЧАСТИ КУЗНЕЦКОЙ КОТЛОВИНЫ И ВЛИЯНИЕ СУЛЬФАТА ЦИНКА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

Специальность - 06.01.04 - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барпаул-2012

005017364

Работа выполнена в ФГУ ЦАС «Кемеровский» в отделе информационного обеспечения и прогноза совместно с ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» на кафедре почвоведения и агрохимии

Научный доктор сельскохозяйственных наук, профессор

руководитель: Просянникова Ольга Ивановна

Официальные Спицына Светлана Федоровна

оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Алтайский государственный аграрный университет, профессор кафедры химии

Балыкпн Сергей Николаевич

кандидат биологических наук,

Институт водных и экологических проблем СО РАН, с. н. е.,лаборатории биогеохимий

Ведущая организация:

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

Защита состоится 24 мая 2012 г. в 900 час. на заседании диссертационного совета Д.220.002.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет», 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98, тел/факс 8 (3852) 62-83-96. E-mail: arrow64@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «23» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. По данным крупномасштабного агрохимического обследования почв нашей страны на содержание подвижных форм микроэлементов во внесении цинковых удобрений нуждается 83 % пахотных земель (Аристархов и др., 1988). Площадь пашни в степной части Кузнецкой котловины составляет 274 тыс. га (около 20 %) и на 82 % площади пашни установлена низкая обеспеченность цинком, наиболее отрицательно сказывающаяся на продуктивности сельскохозяйственных культур.

Исследование пахотных почв степной части Кузнецкой котловины на содержание цинка крайне важно для производства зерна в Кемеровской области. Производство зерна яровой пшеницы в округе составляет 166,3 тыс. тонн, или 19,3 % от общего валового сбора Кемеровской области (860,4 тыс. тонн), и в современных экономических условиях требует поиска новых ресурсосберегающих технологий с целью получения более высоких и качественных урожаев.

Применение микроудобрений является неразрывной составной частью мероприятий по повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, поскольку многими исследованиями установлена необходимость цинка для высших растений, в том числе и для яровой пшеницы (Каталымов, 1965; Диброва, 1966; Ильин, 1973, 1985; Школьник, 1974; Ягодин, 1978; Алексеев, 1978, 1987, 2008; Пейве, 1961, 1980; Гамзиков, 1982; Анспок, 1990; Назарюк, 2002; Орлова, 2007; Минеев, 2004).

Удобрения с содержанием цинка повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений (Анспок, 1990; Каталымов, 1965; Ниловская, Осипова, 2009). В условиях степного ядра Кузнецкой котловины с недостаточной водообеспеченностью (360 мм) и низким содержанием цинка в почвах применение цинковых удобрений является актуальным.

Выявление влияния цинковых удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы — важная и актуальная задача, решение которой будет способствовать повышению урожая и качества возделывания яровой пшеницы в условиях степного ядра Кузнецкой котловины.

Цель исследований: изучить особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины, влияние сульфата цинка на урожайность и качество зерна яровой пшеницы.

Задачи исследований:

1. Создать базу данных по кислотности (рНс), содержанию гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и провести картографирование.

2. Определить уровни содержания и оценить обеспеченность цинком зональных пахотных почв, в т.ч. черноземов выщелоченных степной части Кузнецкой котловины.

3. Выявить особенности пространственного распределения цинка и проследить временную динамику подвижных форм цинка в пахотных почвах.

4. Изучить влияние агрохимических параметров черноземов выщелоченных на содержание подвижных форм цинка.

5. Выявить действие сульфата цинка на структуру, урожайность, качество зерна яровой пшеницы на черноземах выщелоченных, изучить баланс цинка в полевом опыте и земледелии степной части Кузнецкой котловины.

6. Определить биоэнергетическую и экономическую эффективность применения сульфата цинка.

Научная новизна: впервые проведено картографирование пахотных почв по валовому содержанию цинка и его подвижных форм степной части Кузнецкой котловины. Выявлены особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах, проведена оценка их обеспеченности цинком. Впервые в условиях степной части Кузнецкой котловины в полевом опыте установлено влияние предпосевной обработки семян и некорневой подкормки яровой пшеницы сульфатом цинка на урожайность и качество зерна. Доказано, что применение сульфата цинка при производстве зерна яровой пшеницы повышает агрономическую, биоэнергетическую и экономическую эффективность.

Практическая ценность работы. Атрибутивная информация и картографическое представление микроэлементного состава почв являются основой агрохимического районирования пахотных почв. Количественные параметры содержания и распределения цинка в почвах могут быть использованы для агрохимической оценки и являются базой для проведения периодического мониторинга, оценки и прогноза загрязнения черноземных почв. Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение 80 г сульфата цинка для предпосевной обработки 1 т семян и 100 г на га для некорневой подкормки посевов яровой пшеницы с учетом высокой экономической эффективности этих вариантов. Полученные данные использованы для подготовки методических рекомендаций по применению микроэлементов с целью увеличения урожайности и качества зерна яровой пшеницы в условиях степной части Кузнецкой котловины и учебных пособий по дисциплинам «Агрохимия», «Земледелие с основами почвоведения и агрохимии».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры почвоведения и агрохимии, а

также научно-практических конференциях молодых ученых, студентов и специалистов: «Алтай: экология и природопользование» (Бийск, 2010), на международной научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона» (Кемерово, 2009), на VIII Международной научно-практической конференции «Инновации - приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» (Кемерово, 2009). Основные положения работы докладывались и обсуждались на областных и районных агрономических совещаниях 2011 и 2012 гг.

Защищаемые положения:

1. Выявлена особенность пространственного распределения цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины.

2. Предпосевная обработка семян и некорневая подкормка сульфатом цинка яровой пшеницы по фону N30 способствует лучшему формированию элементов продуктивности яровой пшеницы и увеличению урожайности зерна.

3. Использование сульфата цинка для предпосевной обработки семян и некорневой подкормки яровой пшеницы по фону N30 способствует улучшению качества зерна яровой пшеницы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и приложений. Экспериментальный материал представлен в 52 таблицах, 47 рисунках и 16 приложениях. Список литературы включает 174 источника, в том числе 5 зарубежных авторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, одна из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Содержание работы

Глава I. Содержание цинка в почве и растениях,

его биологическое значение и эффективность цинковых удобрений

Проведен литературный анализ исследований российских и зарубежных авторов по содержанию, временной и пространственной динамики цинка в почвах и растениях. Оценена эффективность применения цинковых удобрений под сельскохозяйственные культуры.

Глава II. Почвенно-климатические условия района проведения исследований. Объекты и методы исследований

Степная часть Кузнецкой котловины занимает западную часть Кузнецкой котловины и относится к умеренно теплому, умеренно увлажненному

агроклиматическому району. Более 90 % пашни расположено на черноземах, из них черноземы выщелоченные составляют около 60 %.

Почвы округа характеризуются высоким содержанием гумуса, Р2О5, обменных Са и очень высоким К20, близкой к нейтральной реакцией почвенной среды, высокой степенью насыщенности основаниями. В состав степной части Кузнецкой котловины входят 4 административных района: Промышленновский, Ленинск-Кузнецкий, Беловский и Гурьевский. В структуре сельскохозяйственных угодий пахотные почвы занимают 75 %.

Объектами исследования являются черноземы выщелоченные степной части Кузнецкой котловины, яровая пшеница сорта Новосибирская 29, среднераннего, разновидность Лютесценс, вегетационный период 76-90 дней.

Материалами исследований послужили архивные данные агрохимического обследования в следующие периоды: 1 - 1966-1970 гг.; 2 -1971-1977 гг.; 3 - 1978-1985 гг.; 4 - 1986-1993 гг.; 5 - 1994-2001 гг.; 6 - 20022009 гг., наблюдения на контрольных участках 1994-2011 гг. и результаты полевого опыта 2009-2011 гг.

Агрохимическое обследование почв и наблюдения на контрольных участках проводились в соответствии с методическими указаниями (Методические указания..., 1993, 1995, 2004). Анализ почвенных образцов на содержание гумуса проводили с 1986 г., на валовое содержание цинка и его подвижных форм - с 1994 по 2011 г.

Изучение влияния рНс, содержания гумуса, Р2О5 и ВС Ъл на содержание ПФ Тл\ в черноземе выщелоченном основано на материалах наблюдений на контрольном участке за период 2004-2011 гг. Объем выборки п=38.

Полевой опыт для изучения влияния обработки семян и некорневой подкормки 2п804 на урожайность и качество зерна яровой пшеницы был проведен в ООО «Совхоз «Маяк» в 2009-2011 гг., который является типичным представителем степной части Кузнецкой котловины по структуре почвенного покрова.

Опыт содержит 9 вариантов в трех повторностях. Учетная площадь -3110,4 м2. Схема опыта: 1. Контроль. 2. N15. 3. N30. 4. Обработка семян гп804. 5. Ы|5+обработка семян ZnS04. 6. Ызо+обработка семян 2п804. 7. Обработка семян 2п804+пекор. подкормка 2п804. 8. ТЧ^+обработка семян 2п804+некор. подкормка 2п804. 9. Ызо+обработка семян 2п804+некор. подкормка 2п804. В качестве фонов на опыте была использована аммиачная селитра фон I — 15 кг д.в, фон II - 30 кг д.в.

Агрометеорологические условия в годы проведения опыта типичные для округа. Наименьшее количество осадков выпало в 2009 и 2011 гг., ГТК составил 1,03 и 0,8, что свидетельствует о недостаточном увлажнении

сельскохозяйственных культур. Наиболее благоприятные погодные условия для яровой пшеницы сложились в 2010 г., ГТК был равен 1,3.

Для предпосевной обработки семян яровой пшеницы использовали 80 г д.в. ZnS04 на 1 т совместно с протравливанием, для некорневой подкормки в фазу кущения - 100 г д.в. на 300 л воды на 1 га.

Наблюдения в полевом опыте и лабораторные анализы почвы, растений проводили в соответствии с ГОСТами и ОСТами, по общепринятым методикам: подвижные (доступные) формы Zn определены из ацетатно-аммонийной буферной вытяжки рН 4,8, валовое содержание получено химическим разложением почв смесью 1 н азотной кислоты и перекиси водорода и определено атомно-абсорбционным методом (Методические указания..., 1992, 1993).

Гумус - по Тюрину (ГОСТ 26213-91); гидролитическая кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-91); сумма поглощенных оснований - по Капнену (ГОСТ 27821-88); фосфор подвижный и калий обменный - по Чирикову (ГОСТ 26204-91). Качество зерна оценивалось в соответствии с ГОСТ Р 52554-06 Пшеница. Технические условия; количество и качество клейковины - ГОСТ 13586.1-68; масса 1000 зерен - ГОСТ 10842-89; влажность - ГОСТ 13586.5-93; белок-ГОСТ 10846-91.

Статистическая обработка результатов опыта, достоверность и надежность материалов исследований оценена по Б. А. Доспехову (1979) и Н. А. Плохин-скому (1970). Учет урожая оценивался после пересчета на 100 % чистоту семян и 14 % влажность зерна.

По результатам агрохимических исследований определяли среднеарифметические, средневзвешенные минимальные и максимальные значения параметров, ошибку среднего, моду, медиану, коэффициент вариации, то есть использовали параметрические методы статистического анализа.

Хср = х/ п; Хвз — x¡Sj/ S¡s¡;

Xmi„ = min { x¡} , i=l,2,...n;

Xm3X = rnax {x¡} , i=l,2,...n. a = (x¡-xcp)2/n; v = a/xcpx 100 %; m = a/Vn.

Здесь Xcp - среднеарифметическое, x¡ - i-e значение параметра, n - объем выборки, Хвз - средневзвешенное, s¡ - площадь пашни, характеризуемая i-м значением параметра, Xm¡„ - минимальное значение, Хтах - максимальное значение, a - среднеквадратическое отклонение, m - ошибка среднего, v -коэффициент вариации.

Для картосхемы распределения ВС Zn использовали группировку (мг/кг): 1 — <55; 2 — 55-110; 3 — >110. Картосхемы по распределению ВС Zn и его ПФ в пахотных почвах исследуемого почвенного округа были построены с использованием ГИС «ПОЛИС» (Чекмарев, Просянникова, Михайлов, Просянников, 2011) и банка агрохимических данных (Просянникова, Королев, и др., 1999).

В автореферате были использованы следующие сокращения: контрольный участок (КУ), валовое содержание (ВС), подвижные формы (ПФ), предпосевная обработка семян (ОС), некорневая подкормка растений (НП), коэффициент биологического поглощения (КБП), чернозем выщелоченный (Чв), микроэлемент (МЭ).

Результаты исследований

Глава III. Обеспеченность почв степной части Кузнецкой котловины цинком и их плодородие

Распределение и динамика Zn в почвах степной части Кузнецкой котловины. По ВС Zn 99,6 % площади пашни имеют содержание ниже ПДК (110 мг/кг). На северо-западе и южной части округа 6,2 % площади имеют самое низкое ВС Zn <55 мг/кг (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1 — Распределение площади пахотных почв степной части

Кузнецкой котловины по валовому содержанию Zn и его подвижных форм

Обследованная площадь, тыс. га Группировка валового содержания Zn, мг/кг Группировка содержания подвижных форм Zn, мг/кг

<55 55-110 >110 низкое <2,0 среднее 2,1-5,0 высокое >5,0

тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га % тыс. га %

216,6 13,5 6,2 202,3 93,4 0,8 0,4 189,1 87,3 17,8 8,2 9,7 4,5

Основная площадь пашни (93,4 %) по ВС Тп входит в группировку 55110 мг/кг. В восточной части округа на 0,4 % площади пашни отмечено превышение ПДК по ВС Хп.

По содержанию ПФ Zn более 87,3 % пахотных почв имеют низкое содержание Хп, 8,2 % - среднее. Превышение ПДК по ПФ 2п отмечено на 4,5 % площади пахотных почв в восточной части округа (табл. 1, рис. 2).

Высокое ВС Тп и его ПФ в восточной части степного ядра Кузнецкой котловины носит локальный характер и связано с деятельностью Беловского цинкового завода. По районам, входящим в степную часть Кузнецкой котловины, пределы варьирования ВС Zn представлены в таблице 2.

Район З/плс. га п Мин. Макс. Сред. т О" V, % Мода Медиана

Беловский 32,8 373 28,6 270 84,4 1,97 38,1 45,1 64,7 73,3

Гурьевский 18,9 177 31,6 84,6 69,0 0,89 11,8 20,3 64,0 61,8

Ленинск-Кузнецкий 77,3 358 15,1 144,0 69,5 0,64 12,0 17,3 60,2 67,3

Промышленновсга» 94,1 874 19,6 76,3 54,3 0,24 7,18 13,2 58,3 55,7

Градация

тип

\\\\\\\

Таблица 2 - Среднее валовое содержание цинка в пахотных почвах административных районов степной части Кузнецкой котловины

Рис. 1. Картосхема распределения валового содержания /п в степной част Кузнецкой котловины

Рис. 2. Картосхема распределения подвижных форм /п в степной час» и Кузнецкой котловины

Наибольшее ВС Ъа отмечено в Ведовском районе, пределы варьирования 28,6-270 мг/кг (ПДК 220 мг/кг при рНс >5,5). Накопление Ъл в почвах пашни некоторых хозяйств района (к-з «Россия» и ПФ «Инская») происходит в связи с техногенным влиянием. Пределы колебаний по содержанию ПФ Ъг\ в округе от 0,10 до 146,9 мг/кг (табл. 3).

Таблица 3 - Среднее содержание подвижных форм цинка в пахотных почвах административных районов степной части Кузнецкой котловины_

Беловский

Район

5, тыс. га

32,8

373

Мин.

0,24

Макс.

146,9

Сред.

8,55

0,86

16,7

195,0

Мода

7,57

Медиана

2,20

Гурьевский

18,9

177

0,15

1,4

0,57

0,02

0,2

34,5

0,75

0,57

Ленинск-Кузнещий

77,3

687

0,11

15,9

0,94

0,05

1,3

138,0

1,36

0,71

Промышленновский

94,1

1020

0,10

0,38

0,01

0,4

97,8

0,38

0,34

Наибольшее содержание ПФ Ъъ отмечено в Беловском районе - 0,24146,9 мг/кг. Высокое содержание ПФ Ъъ отмечено на почвах хозяйств к-з «Россия» и ПФ «Инская», попадающих в зону влияния цинкового завода. В Промышленновском районе отмечено самое низкое содержание ПФ Ъп — 0,10— 7,8 мг/кг.

Динамика содержания 7п. По годам наблюдения с 1994 по 2011 г. на черноземе выщелоченном КУ прослеживается статистически значимое изменение содержания ПФ Тп, степень связи средняя (г=0,61). В 1994-1998 гг. содержание ПФ Ъп составляло 0,38-0,40 мг/кг, с 1999 г. и по 2011 г. наблюдалось снижение содержания ПФ Ъп с 0,40 до 0,21 мг/кг, в среднем на 0,02 мг/кг. Снижение содержания ПФ Ът\ связано с недостаточной влаго-обеспеченностью, выносом с продукцией и незначительным объемом внесения органических удобрений.

Влияние агрохимических параметров на содержание Zn в черноземе выщелоченном. В работах В.В Ковальского и Г.А. Андриановой (1970), В.Б. Ильина (1973), О.В. Макеева (1973), Я.В. Пейве, (1980), Г.П. Гамзикова (1982), А. Кабата-Пендиас и X. Пендиас (1989), М.М. Овчаренко (Тяжелые металлы..., 1997), В.И. Панасина (2000), О.И. Просянниковой (2007), Ю.А. Ма-жайского (Нейтрализация загрязненных почв, 2008) показано влияние агрохимических параметров почвы на содержание ПФ Ъп.

Влияние содержания гумуса на ПФ не выявлено, степень связи слабая (р=0,14). Величина рНс оказывает влияние на содержание ПФ Ъл, степень связи слабая (г=0,24) (рис. 3).

При увеличении величины рНс на 0,1 в диапазоне содержания от 5,3 до 6,3, происходит уменьшение содержания ПФ Ъл на 0,01 мг/кг. По данным М. М. Овчаренко (1997), в кислом интервале рН образуются низкомолекулярные органические соединения, снижается катионная поглотительная способность почвы и возрастает мобильность Ъл. По мере нейтрализации почвенной кислотности увеличивается емкость катион-ного обмена; Бе, А1 и Мп превраща-

у = -0Д32х + 1,104 И2 = 0,057

Ряд1

Линейная (Ряд 1)

Рис. 3. Влияние рНс на содержание подвижных форм Zn в Чв

ются в нерастворимые гидроксиды, которые, как коллоиды, адсорбируют МЭ, в т.ч. Хп, тем самым снижая их доступность для растений.

Содержание фосфатов в почве по своему действию на доступность растениям металлов аналогично влиянию реакции среды, что связано со слабой растворимостью солей МЭ в форме ортофосфатов. С ростом содержания в почве подвижных соединений фосфора увеличивается содержание фосфатов металлов, которые труднодоступны для растений (Каталымов, 1965). Влияние Р205 на содержание ПФ Хп статистически значимое, степень связи средняя

ю

(г=0,44) (рис. 4). При увеличении Р205 на 10 мг/кг в диапазоне от 115 до 217 мг/кг содержание ПФ Ъа снижается на 0,01 мг/кг.

у =-0,001х+ 0,590 В2 = 0,208

♦ ♦♦

♦ ♦

Ряд1 -Линейная (Рнд1)

100

150

200 250 Р,05

Рис. 4. Влияние содержания Р205 на содержание подвижных форм 7м в Чв

у = 0.007х-0.083 Р2».0,273

Ряд1 -Линейная (Ряд1) 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Валовое содержание 7п, мг/кг

Рис. 5. Влияние валового содержания цннка на содержание его подвижных форм в Чв

Влияние ВС Zn на содержание его ПФ статистически значимое, связь средняя (г=0,52) (рис. 5). При увеличении ВС 2п на 10 мг/кг в диапазоне содержания от 35,0 до 70,0 мг/кг происходит увеличение его ПФ на 0,07 мг/кг.

Динамика агрохимических параметров пахотных почв. Отмечается снижение показателей почвенного плодородия в динамике за период 1966-2009 гг.

В черноземе выщелоченном степной части Кузнецкой котловины пределы колебаний содержания гумуса составляют 3,6-13,9 % и характеризуются средним уровнем изменчивости по величине коэффициента вариации (16,5 %).

На основе эмпирических рядов динамики кислотности почвенного раствора, содержания гумуса, Р205, К20 получены уравнения регрессии, динамика достоверно описана полиномиальной функцией 2-й степени. Снижение содержания гумуса в Чв по периодам обследования статистически значимое (г=1,0).

Пределы колебаний содержания Р205 в черноземах выщелоченных составляют 57,4-349,4 мг/кг и характеризуются повышенным уровнем изменчивости концентрации (V - 27 %). В пахотных почвах наблюдается снижение Р205 с 1966 по 2009 г. (1=0,82).

Кислотность почвенного раствора характеризуется очень низким уровнем изменчивости (V - 4,5 %), пределы колебаний рНс от 4,5 до 7,5 (от среднекислых до нейтральных).

Содержание К20 высокое и очень высокое - от 121 мг/кг и выше, размах варьирования 52,6^498,8 мг/кг и характеризуется высоким уровнем изменчивости концентрации (у - 37 %). Снижение К20 и увеличение кислотности почвенного раствора (рНс) в почвах округа статистически значимое, степень связи высокая (г=0,94 и 0,88 соответственно). В ходе проведенных исследований выявлено статистически значимое снижение почвенного плодородия, что может привести к снижению содержания Ъп и урожая яровой пшеницы.

Глава IV. Влияние 2п804 на урожайность и качество зерна яровой пшеницы

Действие 2п804 на урожайность яровой пшеницы. Результатами полевого опыта показано достоверное увеличение урожая яровой пшеницы от применения гп804 (НСР05=О,13) (рис. 6). В среднем за 2009-2011 гг. урожайность зерна яровой пшеницы составила на контроле 2,51 т/га.

■ Среднее за 3 г.

Рис. 6. Урожайность зерна яровой пшеницы за 2009—2011 гг.

Наибольшее увеличение урожая зерна яровой пшеницы в среднем за 3 года 0,60 т/га по сравнению с контролем получено в варианте 9 (ОС+НП+]М3о). На других вариантах опыта в среднем за 3 года прибавки урожая яровой пшеницы составили 0,20-0,43 т/га. Применение МН4Ы03 в варианте 2 (N15) не было эффективным, статистически значимая прибавка урожая зерна яровой пшеницы получена только в 2009 г. -0,15 т/га. Применение КН4Ы03 в варианте 3 (N30) способствовало увеличению урожая в среднем на 0,37 т/га.

Наибольшая урожайность получена в 2010 г. по фону N30 совместно с предпосевной обработкой семян и некорневой подкормкой растений 7п804 3,37 т/га, что на 0,26 т/га больше по сравнению с 2011 г. и на 0,49 т/га по сравнению с 2009 г.

Влияние 2п804 на элементы продуктивности яровой пшеницы. Применение 2п804 способствует улучшению структуры урожая яровой пшеницы, тем самым увеличивает ее урожай. Так, наибольшее увеличение длины колоса, количества зерен в нем в среднем за 2009-2011 гг. отмечено в варианте 8 (ОС+НП+М^): увеличение длины на 1,5 см, количества зерен - на 4,8 шт. Наибольшая прибавка количества продуктивных стеблей 14,4 шт/м2 в среднем за 3 года получена в варианте 9 (ОС+НП+М30).

Содержание белка и клейковины в зерне яровой пшеницы при обработке семян и растений 2п804. Получение хорошего качества сырья для производства муки является одной из важных задач при возделывании яровой пшеницы. От содержания в зерне белка и клейковины зависит качество получаемой продукции.

За 2009-2011 гг. проведения полевого опыта отмечено статистически значимое увеличение количества белка в зерне яровой пшеницы (табл. 4).

Увеличение количества белка отмечено почти во всех вариантах опыта, кроме варианта 2 (Ni5). В варианте 2 (N]5) за годы проведения опыта статистически значимого увеличения количества белка получено не было. Наибольшая прибавка количества белка в варианте 9 (ОС + НП + N30) на 2,28 % по сравнению с контролем.

Таблица 4 - Содержание белка в зерне Таблица 5 - Содержание клейковины в зерне яровой пшеницы в среднем за 2009-2011 гг. яровой пшеницы в среднем за 2009-2011 гг.

Вариант Средн., % Прибавка, %

2009 2010 2011 Средн.

Контроль 11,0

N„ 10,5 -0,22 -0,61 -0,56 -0,46

N30 12,6 0,92 2,53 1,35 1,60

ос 12,6 1,68 1,60 1,74 1,67

n„+ ос 11,9 0,25 2,26 0,34 0,95

n30 + oc 12,7 0,51 2,73 2,11 1,78

ос +НП )2,2 1,82 2,01 -0,03 1,27

nis ос + п 12,0 1,62 1,65 0,03 1,10

nj04oc + hn 13,2 2,22 2,20 2,43 2,28

нср„, 0,74

Вариант Средн., % Прибавка, %

2009 2010 2011 Средн.

Контроль 26,11

N,5 27,67 1,67 0,67 2,33 1,56

N10 28,78 1,67 2,00 4,33 2,67

ос 28,78 2,67 3,00 2,33 2,67

N„+ ОС 28,56 2,00 1,67 3,67 2,44

N3„.OC 28,89 3,00 2,00 3,33 2,78

ОС+НП 28,89 3,00 1,67 3,67 2,78

N1; ОС + НП 27,67 1,67 1,00 2,00 1,56

N30+OC + НП 29,33 3,33 2,67 3,67 3,22

НСРи 1,48

При внесении ЫН4К03 в варианте 3 (N30) количество белка увеличилось на 1,60%. В остальных вариантах опыта с применением ZnS04 количество белка в среднем увеличилось на 0,95-1,78 % по сравнению с контролем.

За 2009-2011 гг. проведения опыта отмечено статистически значимое увеличение количества сырой клейковины в зерне яровой пшеницы, степень связи высокая (табл. 5).

Наибольшее количество сырой клейковины по сравнению с контролем 26,11 % получено в варианте 9 (ОС+НП+К30) - 31,33 %, прибавка составила 3,22 %. Прибавка сырой клейковины от предпосевной обработки семян (вар. 4) оказалась равнозначной действию Ы30 (вар. 3) и составила 2,67 %. В остальных вариантах опыта с применением 2п504 количество сырой клейковины увеличилось от 2,44 до 2,78 %.

Увеличению количества сырой клейковины и белка в большей мере способствовали погодные условия. Наибольшее содержание сырой клейковины и белка было получено в 2011 г., который характеризовался наиболее оптимальной суммой положительных температур и минимальным количеством осадков в период налива и созревания зерна, что в значительной мере повлияло на содержание сырой клейковины и количества белка (ГТК=0,8).

Содержание Ъх\ и основных элементов питания в зерне яровой пшеницы при обработке семян и некорневой подкормки яровой пшеницы ZnS04. Внесение 2п804 не влияет на накопление 2л зерном пшеницы сорта Новосибирская 29 (НСР05=1,37).

Изменение содержания азота в зерне от применения удобрений, обработок семян и растений статистически значимое (НСР05=0,13). Наибольшее

увеличение азота до 2,32 % отмечено в варианте 9 (ОС+НПШ30), что на 0,4 % больше по сравнению с контролем (1,92 %). Применение предпосевной обработки семян 2п804 (вар. 4) равнозначно с применением N30 (вар. 3), содержание азота в зерне 2,21 и 2,20 % соответственно.

Обработка семян и посевов яровой пшеницы 2п804 не оказывает значимого влияния на содержание фосфора и калия в зерне яровой пшеницы (НСРо5=0,02). Содержание фосфора и калия в зерне яровой пшеницы по всем вариантам опыта равнозначное. Содержание фосфора в зерне в среднем по вариантам варьируется от 0,18 до 0,36 мг/кг. Содержание калия в зерне в среднем 0,31-0,32 мг/кг.

Разница по вариантам опыта в выносе элементов питания зерном яровой пшеницы несущественное, так как, по мнению В.Б. Ильина (1985), растения поглощают из среды только то количество элементов, которое им необходимо для нормального роста и развития. Так, при низкой концентрации элемента в растении проявляется способность концентратора для насыщения своих тканей дефицитными ионами нужного уровня. При избытке же этих элементов ограничивается их поступление в надземную часть или жизненно важные органы растения.

Коэффициенты биологического поглощения Хп и других микроэлементов зерном яровой пшеницы. По возрастанию КБП микроэлементов зерном яровой пшеницы составлен ряд: Мп<Со<№<Сс1<Си<РЬ<7п. Величина КБП составляет в среднем для Мп - 0,034; Со - 0,038; № - 0,164; С<1 - 0,197; Си - 0,253; РЬ - 0,257; Ъа. - 0,367.

По нашим данным, для яровой пшеницы 2п, РЬ, Си, Сс1 и № являются элементами среднего захвата, а Мп и Со - слабого захвата, но самый востребованный из них Т.п.

Применение 2пБ04 способствует снижению величины КБП Ъл в зерне яровой пшеницы по вариантам опыта с 0,375 до 0,360, т.к. дополнительная подкормка гп804 способствует увеличению концентрация Тп в зерне до необходимого уровня.

Глава V. Баланс Ъп и основных элементов питания в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины

При возделывании сельскохозяйственных культур необходимо обращать внимание на сбалансированность как макро-, так и микроэлементов.

В земледелии многих регионов России в последнее время отмечается дефицитный баланс всех биогенных элементов. Вынос питательных элементов с урожаем сельскохозяйственных культур происходит, как правило, за счет мобилизации потенциального плодородия почвы. Это может привести к серьезным негативным экологическим и экономическим последствиям в земледелии (Минеев, 2002).

Нами установлено, что баланс Zn в 2005-2011 гг. в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и в ООО «Совхоз «Маяк» при урожайности зерна яровой пшеницы 2,22-3,12 т/га складывался в среднем положительный — 2,02 г/га. Положительный баланс 2п на пашне с яровой пшеницей достигается за счет внесения соломы.

В полевом опыте положительный баланс 2п достигался в вариантах при совместной обработке семян и некорневой подкормке яровой пшеницы 2п804 в дозе 119,2 г д.в./га. Отрицательный баланс наблюдался в вариантах с применением N^N03 (N15 и N30) и с предпосевной обработкой семян 2п804.

Для создания бездефицитного баланса Тп при возделывании яровой пшеницы достаточно внесения соломы при уборке зерна.

Глава VI. Экономическая, агрономическая и биоэнергетическая эффективность применения под яровую пшеницу цинковых удобрений

Для оценки роли микроудобрений в интенсификации производства зерна необходимо помимо сведений о прибавках урожая и качестве продукции знать биоэнергетическую и экономическую эффективность. Без учета этих показателей нельзя делать выводы о пригодности использования удобрений (Минеев, 1993, 2004).

В наших исследованиях на черноземах выщелоченных степной части Кузнецкой котловины в ООО «Совхоз «Маяк» предпосевная обработка семян и некорневая подкормка растений сульфатом цинка по фону азотных удобрений N30 увеличила урожай зерна яровой пшеницы на 0,60 т/га.

Наивысшую биоэнергетическую эффективность при возделывании яровой пшеницы на черноземах выщелоченных в степной части Кузнецкой котловины в ООО «Совхоз «Маяк» обеспечили предпосевная обработка семян 2п804 и предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой 2п804, КПД в этих вариантах составил 9,6 (табл. 6).

Таблица 6 - Агрономическая, биоэнергетическая и экономическая эффективность применения 7п804 при выращивании яровой пшеницы

Вариант Урожайность, т/га Затраты на 1 га, руб Чистый доход на 1 руб. затрат Коэффициент биоэнергетической эффективности

Контроль 2,5

N,5 2,6 448,71 -0,47 2,17

N30 2,9 949,33 1,34 5,5

Обработка семян гп504 2,7 37,17 31,28 9,6

N15 +обработка семян 7,п804 2,7 484,09 1,85 6,0

N30 + обработка семян гп504 2,9 954,28 1,45 5,6

Обработка семян 7п504 + некор. подкормка 2,9 76,41 28,84 9,6

N15 + обработка семян 2пЭ04 ■+■ некор. подкормка 3,0 526,91 3,90 7,3

N30 + обработка семян гп304 +- некор. подкормка 3,1 993,52 2,44 6,5

Применение 2п8С>4 эффективно в любом сочетании - как при предпосевной обработке семян, так и при совместной предпосевной обработке семян и некорневой подкормке растений 2п504. Варианты с предпосевной обработкой семян и некорневой подкормкой растений 2п804 наиболее экономически эффективны, максимальный чистый доход на этих вариантах опыта составил 31,28 и 28,84 руб. на 1 руб. затрат.

Выводы

1. Почвы степной части Кузнецкой котловины характеризуются высоким плодородием: содержание гумуса - от 6,0 до 10,0 %, подвижного фосфора от повышенного до очень высокого — 101 мг/кг и выше, обменного калия высокое и очень высокое — 121 мг/кг и выше. Около 80 % площади пашни занимают почвы с близкой к нейтральной и нейтральной реакцией почвенной среды рНс. По периодам обследования за 1966-2006 гг. в черноземах выщелоченных степной части Кузнецкой котловины выявлено статистически значимое снижение содержания гумуса (г=1,0), обменного калия (г=0,94), подвижного фосфора (1=0,82) и величины рНс (г=0,88).

2. Во всех районах степной части Кузнецкой котловины в пахотных почвах пределы содержания валового цинка широкие и составляют в среднем от 15,1 до 144,0 мг/кг, в Беловском районе - от 28,6 до 270,0 мг/кг. Диапазон распределения подвижных форм цинка во всех районах степной части Кузнецкой котловины значительный и составляет в среднем от 0,10 до 15,9 мг/кг, а в Беловском районе — от 0,24 до 146,9 мг/кг. По содержанию подвижных форм цинка на 87,3 % площади пашни почвы имеют низкое содержание Ъп, 8,2 % -среднее.

3. Особенностью пространственного распределения валового содержания цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины является его содержание не более 55 мг/кг (I группа) на северо-западе и южной части округа на площади 6,2 % пашни (10 хозяйств). Основная территория пашни 93,4 % входит по содержанию цинка в группировку 55-110 мг/кг (II группа). В почвах восточной части округа на площади 0,4 % валовое содержание цинка выше ПДК (220 мг/кг). Содержание подвижных форм цинка в почвах пашни степной части Кузнецкой котловины на площади 87,3 % низкое и составляет 0,63 мг/кг, в восточной части округа на площади пашни 4,5 % - высокое и составляет 146,9 мг/кг.

4. Прослеживается статистически значимое изменение содержания подвижных форм цинка по годам наблюдения, степень связи средняя (г=0,61). С 1994 по 1998 г. содержание подвижных форм цинка составляет 0,38-0,40 мг/кг. В период с 1999 по 2011 г. наблюдается снижение содержания подвижных форм цинка с 0,40 до 0,21 мг/кг, в среднем на 0,02 мг/кг.

5. Агрохимические параметры чернозема выщелоченного оказывают влияние на содержание подвижных форм цинка. Установлена слабая степень

связи содержания подвижных форм цинка от реакции почвенной среды рНс в диапазоне 5,3-6,3 (г=0,24), средняя степень связи от влияния содержания подвижного фосфора (г=0,44) и валового содержания цинка (г=0,52). При увеличении величины рНс на 0,1 в диапазоне содержания от 5,3 до 6,3, происходит уменьшение содержания подвижных форм цинка на 0,01 мг/кг. При увеличении подвижного фосфора на 10 мг/кг в диапазоне от 115 до 217 мг/кг содержание подвижных форм цинка снижается на 0,01 мг/кг. При увеличении валового содержания цинка на 10 мг/кг в диапазоне содержания от 35,0 до 70,0 мг/кг происходит увеличение его подвижных форм на 0,07 мг/кг.

6. Наибольшее увеличение урожая зерна яровой пшеницы на 0,60 т/га, количества продуктивных стеблей на 14,4 шт/м2 происходит при предпосевной обработке семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnS04 по фону N30. Наибольшему увеличению длины колоса на 1,5 см, количества зерен в колосе на 4,8 шт. способствует предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой ZnS04 по фону N¡5. Большему увеличению количества белка и сырой клейковины в зерне яровой пшеницы способствует предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnS04 по фону N30 на 2,28 и 3,22 % соответственно.

7. Баланс цинка на пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины положительный - 2,02 г/га при урожайности зерна яровой пшеницы 2,223,12 т/га. Положительный баланс цинка в полевом опыте достигается при совместной обработке семян и некорневой подкормке посевов яровой пшеницы ZnS04 в дозе 119,2 г д.в./га.

8. Максимальные показатели биоэнергетической эффективности 9,6 на черноземе выщелоченном в степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы получены на вариантах при предпосевной обработке семян ZnS04 и предпосевной обработке семян совместно с некорневой подкормкой ZnS04. На черноземе выщелоченном в условиях степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы экономически выгодно применять как предпосевную обработку семян ZnS04, так и предпосевную обработку семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnS04, что позволяет получить доход 31,28 и 28,84 руб. на 1 руб. затрат соответственно.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Предлагаем в степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы на черноземах выщелоченных применять для предпосевной обработки семян сульфат цинка в дозе 80 г д.в. на 1 т семян, для некорневой подкормки растений — 100 г д.в. сульфата цинка на 1 га.

2. Данные агрохимического мониторинга содержания и распределения цинка и основных агрохимических параметров в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины рекомендуется использовать при оценке и прогнозе эколого-токсикологического состояния земель, составлении проектов

рационального землепользования, разработке систем применения удобрений, информационном обеспечении земельного кадастра.

3. На территориях локального загрязнения цинком, в восточной части округа, рекомендуется проведение постоянного мониторинга за его накоплением в почвах и растительности, разработка мероприятий по снижению подвижности цинка в почвах.

Основные положения диссертационного исследования, опубликованные в следующих работах:

1. Просянникова О.И. Изменение агрохимических свойств почв в условиях степного ядра Кузнецкой котловины / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.В. Сладкова // Инновации - приоритетный путь развития агропромышленного комплекса: материалы VIII Международной науч.-практ. конф. - Кемерово, 2009.-С. 130-132.

2. Сладкова Т.В. Агрохимическая составляющая адаптивно-ландшафтной системы земледелия в условиях степного ядра Кузнецкой котловины Кузбасса // Материалы Международной науч.-практ. конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона». - Кемерово, 2009. - С. 209-211.

3. Сладкова Т.В. Динамика содержания микроэлементов в пахотных почвах / Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Алтай: экология и природопользовании // Материалы IX российско-монгольской науч. конф. молодых ученых и студентов. -Бийск, 2010. - С. 210-211. ,

4. Просянникова О.И. Эколого-токсикологическая оценка содержания тяжелых металлов в зерне ярового ячменя Кемеровской области / О.И. Просянникова, Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии: материалы 44-й Международной науч. конф. молодых ученых и специалистов. - М., 2010. - С. - 257-259.

5. Просянникова О.И. Качество и безопасность зерна ярового ячменя в Кемеровской области / О.И. Просянникова, Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Вестник АГАУ. - Барнаул, 2010. - № 9. - С. 34-37.

6. Просянникова О.И. Почвенные условия для формирования качества зерна яровой пшеницы в Кемеровской области / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.В. Сладкова // Вестник РАЕН. - Томск, 20Ю.-№ 12.-С. 154-156.

7. Просянникова О.И. Влияние цинка на повышение качества и урожайности яровой пшеницы в условиях степной части Кузнецкой котловины / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.В. Сладкова // Вестник РАЕН. — Вып. 13. - Кемерово, 2011 - С. 154-156.

Подписано в печать 17.04.2012. Формат 60х84'/16. Бумага офсетная № 1.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 137

Адрес издательства и типографии: ООО «Издательство «Кузбассвузиздат». 650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел. 8 (3842) 58-29-34, т/факс 36-83-77. E-mail: 58293469@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Сладкова, Татьяна Викторовна, Кемерово

61 12-6/43/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное учреждение центр агрохимической службы «Кемеровский»

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» Кафедра почвоведения и агрохимии

ЦИНК В ПАХОТНЫХ ПОЧВАХ СТЕПНОЙ ЧАСТИ КУЗНЕЦКОЙ КОТЛОВИНЫ И ВЛИЯНИЕ СУЛЬФАТА ЦИНКА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ

На I :описи

УДК 631.92

СЛАДКОВА ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

Специальность - 06.01.04 - «Агрохимия»

Диссертация на соискание ученой

степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель Д.с.-х.н. О.И. Просянникова

Кемерово - 2012

Содержание:

Введение 3

Глава 1. Содержание цинка в почве и растениях, его биологическое 7 значение и эффективность цинковых удобрений (обзор литературы)

1.1. Содержание и формы цинка в почве 7

1.2. Физиологическая роль цинка в жизни растений 15

1.2.1. Значение цинка для растений 15

1.2.2. Особенности биологического поглощения цинка растениями 19

1.3. Применение цинковых удобрений при производстве зерна 22 Глава 2. Почвенно-климатические условия района проведения 31 исследований. Объекты и методы исследований

2.1. Почвенные условия района проведения исследований 31

2.2. Метеорологические условия в годы проведения опытов 38

2.3. Объекты и методы проведения исследований 45 Глава 3. Влияние агрохимических параметров на пространственное 58 распределение цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины

3.1. Распределение и динамика цинка в пахотных почвах 5 8

3.2. Влияние агрохимических параметров на содержание цинка в 69 черноземах выщелоченных

3.3. Агрохимическая характеристика пахотных почв степной части 76 Кузнецкой котловины

Глава 4. Влияние сульфата цинка на урожайность и качество зерна 90 яровой пшеницы

4.1. Действие сульфата цинка на урожайность яровой пшеницы 90

4.2. Влияние сульфата цинка на элементы продуктивности яровой 98 пшеницы

4.3. Влияние сульфата цинка на качество зерна яровой пшеницы 103 4.3.1 Содержание белка и клейковины в зерне яровой пшеницы при 103 обработке семян и растений сульфатом цинка

4.3.2. Содержание цинка и основных элементов питания в зерне яровой 109 пшеницы при обработке семян и некорневой подкормки яровой пшеницы сульфатом цинка

4.4. Коэффициенты биологического поглощения цинка зерном яровой 114 пшеницы

Глава 5. Состояние баланса цинка в земледелии степной части 118 Кузнецкой котловины

Глава 6. Экономическая, агрономическая и биоэнергетическая 131 эффективность применения под яровую пшеницу цинковых удобрений

Выводы 142

Рекомендации производству 144

Список литературы 145 Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. По данным крупномасштабного агрохимического обследования почв нашей страны на содержание подвижных форм микроэлементов во внесении цинковых удобрений нуждается 83 % пахотных земель (Аристархов и др., 1988). Площадь пашни в степной части Кузнецкой котловины составляет 274 тыс. га (около 20 %) и на 82 % площади пашни установлена низкая обеспеченность цинком, наиболее отрицательно сказывающаяся на продуктивности сельскохозяйственных культур.

Исследование пахотных почв степной части Кузнецкой котловины на содержание цинка крайне важно для производства зерна в Кемеровской области. Производство зерна яровой пшеницы в округе составляет 166,3 тыс. тонн, или 19,3 % от общего валового сбора Кемеровской области (860,4 тыс. тонн), и в современных экономических условиях требует поиска новых ресурсосберегающих технологий с целью получения более высоких и качественных урожаев.

Применение микроудобрений является неразрывной составной частью мероприятий по повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, поскольку многими исследованиями установлена необходимость цинка для высших растений, в том числе и для яровой пшеницы (Каталымов, 1965; Диброва, 1966; Ильин, 1973, 1985; Школьник, 1974; Ягодин, 1978; Алексеев, 1978, 1987, 2008; Пейве, 1961, 1980; Гамзиков, 1982; Анспок, 1990; Назарюк, 2002; Орлова, 2007; Минеев, 2004).

Удобрения с содержанием цинка повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений (Анспок, 1990; Каталымов, 1965; Ниловская, Осипова, 2009). В условиях степного ядра Кузнецкой котловины с недостаточной водообеспеченностью (360 мм) и низким содержанием цинка в почвах применение цинковых удобрений является актуальным.

Выявление влияния цинковых удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы - важная и актуальная задача, решение которой будет

способствовать повышению урожая и качества возделывания яровой пшеницы в условиях степного ядра Кузнецкой котловины.

Цель исследований: изучить особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины, влияние сульфата цинка на урожайность и качество зерна яровой пшеницы.

Задачи исследований:

1. Создать базу данных по кислотности (рНс), содержанию гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и провести картографирование.

2. Определить уровни содержания и оценить обеспеченность цинком зональных пахотных почв, в т.ч. черноземов выщелоченных степной части Кузнецкой котловины.

3. Выявить особенности пространственного распределения цинка и проследить временную динамику подвижных форм цинка в пахотных почвах.

4. Изучить влияние агрохимических параметров черноземов выщелоченных на содержание подвижных форм цинка.

5. Выявить действие сульфата цинка на структуру, урожайность, качество зерна яровой пшеницы на черноземах выщелоченных, изучить баланс цинка в полевом опыте и земледелии степной части Кузнецкой котловины.

6. Определить биоэнергетическую и экономическую эффективность при-менения сульфата цинка.

Научная новизна: впервые проведено картографирование пахотных почв по валовому содержанию цинка и его подвижных форм степной части Кузнецкой котловины. Выявлены особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах, проведена оценка их обеспеченности цинком. Впервые в условиях степной части Кузнецкой котловины в полевом опыте установлено влияние предпосевной обработки семян и некорневой подкормки яровой пшеницы сульфатом цинка на

урожайность и качество зерна. Доказано, что применение сульфата цинка при производстве зерна яровой пшеницы повышает агрономическую, биоэнергетическую и экономическую эффективность.

Практическая ценность работы. Атрибутивная информация и картографическое представление микроэлементного состава почв являются основой агрохимического районирования пахотных почв. Количественные параметры содержания и распределения цинка в почвах могут быть использованы для агрохимической оценки и являются базой для проведения периодического мониторинга, оценки и прогноза загрязнения черноземных почв. Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение 80 г сульфата цинка для предпосевной обработки 1 т семян и 100 г на га для некорневой подкормки посевов яровой пшеницы с учетом высокой экономической эффективности этих вариантов. Полученные данные использованы для подготовки методических рекомендаций по применению микроэлементов с целью увеличения урожайности и качества зерна яровой пшеницы в условиях степной части Кузнецкой котловины и учебных пособий по дисциплинам «Агрохимия», «Земледелие с основами почвоведения и агрохимии».

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры почвоведения и агрохимии, а также научно-практических конференциях молодых ученых, студентов и специалистов: «Алтай: экология и природопользование» (Бийск, 2010), на международной научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона» (Кемерово, 2009), на VIII Международной научно-практической конференции «Инновации - приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» (Кемерово, 2009). Основные положения работы докладывались и обсуждались на областных и районных агроно-мических совещаниях 2011 и 2012 гг.

Защищаемые положения:

1. Выявлена особенность пространственного распределения цинка в

пахот-ных почвах степной части Кузнецкой котловины.

2. Предпосевная обработка семян и некорневая подкормка сульфатом цин-ка яровой пшеницы по фону N30 способствует лучшему формированию элементов продуктивности яровой пшеницы и увеличению урожайности зерна.

3. Использование сульфата цинка для предпосевной обработки семян и не-корневой подкормки яровой пшеницы по фону N30 способствует улучшению качества зерна яровой пшеницы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и приложений. Экспериментальный материал представлен в 52 таблицах, 47 рисунках и 16 приложениях. Список литературы включает 174 источника, в том числе 5 зарубежных авторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, одна из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

ГЛАВА I. СОДЕРЖАНИЕ ЦИНКА В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ, ЕГО БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИНКОВЫХ

УДОБРЕНИЙ

Учитывая поступление микроэлементов в почву и растения в результате антропогенного воздействия, необходимо помнить, что микроэлементы - это элементы, которые необходимы растительным и животным организмам в незначительных количествах, но которые имеют огромное значение для жизненных процессов (Ягодин, 1964; Битюцкий, 2005).

1.1. Содержание и формы цинка в почве

Цинк - (лат. 2тсит), Ъп., химический элемент II группы периодической системы Д.И. Менделеева. Широко распространен в природе, встречается в небольших количествах в горных породах, почвах, водах рек, озер, океанов, в составе животных и растительных организмов (Каталымов, 1965).

Атомная масса цинка 65,4. В отличие от железа и марганца цинк (Xп) характеризуется полностью заполненным ё-подуровнем, удаление электронов из которого требует большой затраты энергии. Поэтому цинк, обладая типичными свойствами металла, проявляет стабильную валентность +2. Этот элемент характеризуется высокой комплексообразующей способностью (Битюцкий, 1999).

Концентрация цинка в почве различна и зависит от многих факторов. Среднее содержание Ъп в поверхностных слоях почв различных стран мира приблизительно 90 мг/кг (Во^^еп, 1979; Добровольский, 2003). Эти показатели могут рассматриваться как фоновые содержания Ъп. Кларк цинка в почвах равен 50 мг/кг. Известный геохимик А. Е. Ферсман средние значения относительного содержания химических элементов в земной коре и других глобальных и космических системах предложил называть кларками в честь

ученого, который наметил путь к количественной оценке распространения химических элементов. Кларк - весьма важная величина в геохимии. Анализ значений кларков позволяет понять многие закономерности распределения химических элементов на Земле, в Солнечной системе и доступной нашим наблюдениям части Вселенной. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять математических порядков (Добровольский, 2003).

Содержание цинка изменяется в широких пределах - от 10 до 300 мг/кг, в усвояемом состоянии от 0,03 до 20 мг/кг (Виноградов, 1957). В земной коре среднее содержание Ъп составляет 200 мг/кг (Ильин, 1991). В магматических породах цинк распределен довольно однородно. Наблюдаются лишь небольшое обогащение им метаморфических пород (80-120 мг/кг) и слабое обеднение кислых пород (40-60 мг).

Концентрации цинка в глинистых осадках и сланцах повышенные (до 80120 мг/кг), а в песчаниках и карбонатных породах значительно ниже - 10-30 мг/кг (Тяжелые металлы..., 1997). Его больше в почвах подзолистого типа и мало в карбонатных и нейтральных черноземах каштановых и бурых почвах, сероземах. Валовое содержание цинка в почвах бывшего СССР колеблется от I до 900 мг/кг (Обухов и др., 1995).

В зависимости от реакции среды содержание цинка в почве отличается. Так в почвах с нейтральной реакцией цинка содержится около 1 мг/кг почвы подвижных форм цинка. В кислых почвах растворимость цинка увеличивается, в щелочных - уменьшается.

Источники цинка в почвах. Источники поступления цинка можно разделить на природные и техногенные.

К природным источникам относят горные породы. Чаще всего микроэлементы в горных породах встречаются в форме сульфидов. Кроме того, к естественным источникам поступления микроэлементов относят термальные воды и рассолы, космическую и метеоритную пыль (Ковда, 1985; Глазовская, 1988; Ильин, 1991). Материнские породы - основной источник цинка в почве.

Так, цинка в песчаниках содержится 5,2-31 мг/кг, в глинистых сланцах от 55 до 120 мг/кг, а в карбонатных породах от 6,3 до 25 мг/кг (Тяжелые металлы..., 1997). Различное содержание цинка в песчаниках и глинистых почвах объясняет тем, что при выветривании коренных горных пород микроэлементы сохраняются в рыхлых образованиях, изменив форму и место присутствия (Ильин, 1991). В почве Ъа входит в состав первичных минералов (авгит, роговые обманки), а также адсорбционно связан глинистыми минералами.

Антропогенная деятельность - это главный фактор, оказывающий влияние на поступление микроэлементов в почву и растения. Поступление микроэлементов в почву, в том числе и цинка, может осуществляться различными способами.

К техногенным источникам относят: поступление микроэлементов с минеральными и органическими удобрениями, атмосферными осадками, с оросительной водой, выбросами автотранспорта, сжиганием различных отходов, добычей полезных ископаемых выбросами от заводов (Микроэлементы в некоторых почвах Советского Союза, 1973; Минеев, 2004; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991).

Внесение микроудобрений в почву, в том числе и цинковых - это необходимое мероприятие для восполнения этого элемента, который необходим для нормального роста и развития растений. Но прежде чем внести удобрения необходимо произвести учет потребности сельскохозяйственных растений, состава и свойств почв во вносимом элементе. Данные мероприятия позволяют избежать загрязнения почвы и грунтовых вод тяжелыми металлами, которые вызывают ухудшение состояния растений, приводят к появлению различных заболеваний (Анспок, 1978; Алексеев, 2008).

Некоторое количество цинка поступает в почвы с оросительной водой. Содержание цинка в речных водах колеблется от 0,5 до 15,5 мкг/л и в среднем составляет 8 мгк/л (Тяжелые металлы..., 1997). На речных поймах почвы получают цинк и другие микроэлементы из потока воды и оседающих частиц. Все из этих источников могут сильно отличаться по значимости и приводить к

тому, что в почвах будут широкие диапазоны содержания микроэлементов. (Судницын, Сашина, 2006; Maralina Habib, 2009).

С атмосферными осадками цинк также поступает в почву и растения. Содержание цинка в растениях (в зерне злаков) меняется в зависимости от метеорологических условий, в частности от количества осадков, выпадающих в период наибольшего роста растений. В годы с большим количеством осадков цинка в растениях содержится больше, чем в годы с малым содержанием осадков и высокой температурой (Анспок, 1978). Можно предположить, что это связано с выбросами в атмосферу различных аэрозолей пыли содержащих цинковые примеси, которые, попадая в атмосферу, выпадают на поверхность земли и растения с осадками. В воздухе цинк присутствует в виде аэрозолей. Аэрозоли цинка состоят из субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм.

Цинк в больших количествах накапливается на почвах вдоль транспортных магистралей и может превышать ПДК (предельно допустимые концентрации). По данным Я.М. Аммосовой и др. (1989) содержание цинка в почвах и растительности (особенно в моховом покрове) вдоль дорог на, расстоянии 15-20 м резко повышено по сравнению с фоновым содержанием. Такое превышение отрицательно сказывается на качестве сельскохозяйственной продукции, полученной вблизи дорог.

Формы цинка. В почве цинк присутствует в различных формах: водорастворимой, обменно-поглощенной, минеральными и органическими коллоидами, в виде труднорастворимых химических соединений цинка (гидроокиси, карбонаты, фосфиды и сульфиды), в составе органического вещества почвы, в кристаллической решетке почвенных минералов (Каталымов, 1965; Мокриевич, Шлавицкая, 1972). Поэтому, перегнойные горизонты почв обогащены цинком. Иллювиальные горизонты почв, обогащенные почвенными коллоидами, содержат цинка больше вследствие поглощения ими цинка, чем порода (Макеев, 1973).

По мнению М.М. Овчаренко (Тяжелые металлы..., 1997), в почвах наиболее подвижен ион Zn2+, но могут присутствовать и другие ионные формы.

В кислой среде Хп адсорбируется по катионно-обменному механизму, в щелочной среде - в результате хемосорбции. При низких значениях рН (<6) подвижность Хп1+ возрастает, что приводит к его выщелачивани