Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние калийных и микроудобрений на устойчивость, величину и качество урожая озимой ржи и ярового ячменя

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Хисамеева, Фания Абдулловна, Казань

-6/78-0

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 631.83.

631.81.095. 633.1.

ВЛИЯНИЕ КАЛИЙНЫХ И МИКРОУДОБРЕНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ, ВЕЛИЧИНУ И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ ОЗИМОЙ РЖИ И ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

Хисамеева Фания Абдулловна

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: Доктор с.-х. наук, профессор, член-

корр. АН РТ Гайсин И.А.

Казань -1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Обзор литературы 6

1.1. Содержание элементов питания в почве 6

1.1.1. Калий в почве 6

1.1.2. Микроэлементы в почве 12

1.2. Реакция растений на влияние неблагоприятных условий среды 19

1.2.1. Устойчивость растений к биотическим стрессам 21

1.2.2. Устойчивость растений к абиотическим стрессам 25

1.3. Оценка генетического риска факторов окружающей среды 28

2. Условия и методика исследований 31

2.1. Почвенно-климатические условия Республики Татарстан 31

2.2. Метеорологические условия в годы проведения опытов 34

2.3. Методика проведения полевых опытов 39

3. Результаты исследований 44 3.1. Влияние калийных и микроудобрений на урожай озимой ржи и ярового ячменя 44

3.1.1. Динамика содержания макро- и микроэлементов в почве 44

3 Л .2. Устойчивость растений к патогенам 49

3.1.3. Водный режим растений 54

3.1.4. Продуктивность зерновых культур 61

3.1.4.1. Урожайность зерновых культур 61

3.1.4.2. Структура урожая зерновых культур 63

3.1.5. Химический состав растениеводческой продукции 67

3.1.5.1. Содержание основных макроэлементов в урожае зерновых культур 67

3.1.5.2. Содержание основных макроэлементов в растениях озимой

ржи по основным фазам роста и развития 68

3.1.6. Использование основных макроэлементов урожаем зерновых культур 71

3.2. Влияние предпосевной обработки семян микроэлементсодержа-

щими составами на урожай озимой ржи 74

3.2.1. Восприимчивость растений к патогенам и прирост надземной

массы озимой ржи 74

3.2.2. Продуктивность озимой ржи 76

3.2.3. Химический состав урожая озимой ржи 77

3.2.4. Использование основных макроэлементов урожаем озимой ржи 78

3.2.5. Экономическая эффективность применения микроэлементсодер-

жащих составов 79

3.3. Оценка генетического риска применения медьмолибденсодержа-

щего жидкого удобрительно-защитного состава 80

3.3.1. Анализ действия ЖУЗС на митотический режим клеток ярового ячменя 80

3.3.2. Оценка мутагенных свойств веществ, содержащихся в урожае ячменя, полученного от предпосевной обработки семян ЖУЗС 83

3.3.3. Оценка антимутагенных свойств веществ, содержащихся в

урожае ячменя, полученного от предпосевной обработки семян ЖУЗС 87

ВЫВОДЫ 90

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 92

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 93

ПРИЛОЖЕНИЯ 114

ВВЕДЕНИЕ

Дхтуальность. Приоритетными задачами сельского хозяйства являются повышение объемов производства зерна, получение полноценных и экологически безвредных продуктов питания и кормов. Повышение урожайности зерновых культур связано с применением минеральных и органических удобрений. Создание оптимального уровня питания растений способствует формированию физиологически здоровых растений, которые способны противостоять неблагоприятным условиям среды. В решении этой задачи важное место занимает обеспечение растений макро- и микроэлементами. Будучи важнейшим элементом механизма устойчивости растений, калий способен в значительной мере нивелировать воздействие неблагоприятных внешних факторов, микроэлементы являются дополнительной существенной гарантией получения приемлемого урожая зерновых культур с оптимальным элементным составом.

В настоящее время стало известно, что наряду с токсическим действием ряд химических соединений оказывают генетический эффект на растения, животных и человека. Оказалось, что некоторые препараты в дозах, не оказывающих сильного токсического воздействия, обладают генетическим эффектом, так как, во-первых, вызывают мутации и хромосомные аберрации, во-вторых, могут способствовать изменению популяционного и видового состава окружающей флоры и фауны. Поэтому поиск удобрений и препаратов, повышающих урожай, улучшающих его качество и обеспечивающих токсическую и генетическую безопасность для человека, является весьма актуальным. Перспективным направлением в этом поиске является использование новых микроэлементсодержащих удобрительно-защитно-стимулирующих составов.

Цель исследований - изучить влияние калийных и микроудобрений на устойчивость, величину и качество урожая озимой ржи и ярового ячменя предусматривало решение следующих задач:

1 .Исследование влияния корневого внесения калийных и микроудобрений на динамику содержания элементов питания в почве, восприимчивость растений к патогенам, водный режим растений, продуктивность культур, химический состав основной и побочной продукции и использование основных элементов питания урожаем;

2.Изучение влияния предпосевной обработки семян различными микроэлементсодержащими составами на восприимчивость растений к патогенам, продукционные возможности, химический состав и использование основных элементов питания урожаем озимой ржи, а так же, определение экономической эффективности применения испытуемых составов;

3.Оценка генетического риска применения медь-молибденсодержащего состава предусматривала анализ действия испытуемого состава на митотический режим клеток меристемы первичных корешков обрабатываемых семян и оценку мутагенных и антимутагенных свойств веществ, содержащихся в урожае.

Научная новизна. Впервые получены экспериментальные данные по эффективности форм калийных удобрений, сочетания хлористого калия с микроэлементами и новых микроэлементсодержащих удобрительных составов на серых-лесных почвах, характеризующихся средним уровнем обеспеченности обменным калием. Проведена оценка генетического риска применения медь-молибденсодержащего удобрительно - защитного состава.

Практическая значимость. Выявленные особенности применяемых удобрений использованы при разработке практических рекомендаций по использованию этих удобрений и внедряются в хозяйствах Республики Татарстан.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Содержание элементов питания в почве.

1.1.1. Калий в почве

Калийный режим почвы во многом определяется ее мобилизационной и фиксирующей способностью в отношении этого элемента. Десорбция и фиксация калия в почвах может сильно различаться (Кулаковская Т.Н., 1980; Забавская K.M., Панкова Н.К., Чебан В.Н., 1981; Касицкий Ю.И., 1990; Лебедева Л.А., 1993; Grant С.A., Bailey L.D., 1994 и т.д.) в зависимости от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, направленности почвообразовательных процессов, а также внешних факторов: климатических условий, уровня агротехники и т.д.).

Изучению фиксирующей способности почв посвящены многочисленные исследования, которые показали, что процент необменнопоглощенного «К» удобрений в различных опытах сильно варьирует.

В работах, выполненных на типичных черноземах и серых лесных почвах (Никитишен В.И., Никитишина И.А., 1978; Никитишен В.И., 1984; Никитишен В.И., Дмитракова Л.К., Заборин A.B., 1994) было показано, что в условиях систематического внесения в севообороте азотного и фосфорного удобрений формирование высокого уровня продуктивности сельскохозяйственных культур может обеспечиваться за счет мобилизации почвенных ресурсов калия.

Предполагается, что усиленное потребление посевами почвенных запасов калия в условиях оптимальной обеспеченности азотом и фосфором по прошествии определенного времени приводит к их истощению (Кудзин Ю.К., 1973).

Очевидно, при отрицательном балансе калия возможности активного функционирования системы: калий обменнопоглощенный <-» калий

почвенного раствора; поддерживающей на высоком уровне концентрацию его в почве в усвояемой форме, не безграничны. Под влиянием интенсивного использования этого элемента питания на формирование высокопродуктивных агроценозов подвижное состояние равновесия между формами его соединений сдвигается в сторону снижения размеров мобилизации водорастворимого калия.

Многие обедненные калием почвы фиксируют его так интенсивно, что повышение урожая культур начинается только после многолетнего усиленного удобрения (Носко Б.С., Бабынин В.И., Д.Абубакар, 1997). В других опытах ценность внесенного калия не снижалась и со временем, когда в почве не наблюдалось фиксирование этого элемента (Кук Дж.У., 1970). Данные длительных опытов Ш.И.Литвак, Э.А.Бабариной, Л.В.Никитиной (1991) показывают, что по мере истощения малоудобряемых почв, эффективность калийных удобрений возрастает. Некоторые авторы (Пчелкин В.У., 1966) считают одним из наиболее действенных факторов, усиливающих фиксацию калия, попеременное намачивание и высушивание почвы; в исследованиях же A.J.Maclean (1962) процент фиксации внесенного калия в подобных случаях не отличается от тех, когда образцы держали во влажном состоянии в течение года, а затем высушивали до воздушно-сухого состояния.

По данным В.Н.Якименко (1995) большая часть калия, внесенного с удобрениями, была зафиксирована в первый же день. Возможно, что это поглощение происходило уже при перемешивании почвы с удобрениями (Maclean A.S., 1962; Авакян Н.О., 1971). В течении нескольких месяцев содержание необменно фиксированного калия практически не менялось, в дальнейшем почва вновь стала интенсивно фиксировать калий. Это связано, по-видимому, с качественными изменениями, происшедшими с минеральной основой почвы при длительном периодическом намачивании и высушивании (агрегация коллоидов и т.п.).

По данным Аксенова С.М., Кузнецовой H.H. (1990) для нормального функционирования биохимических процессов сельскохозяйственных культур требуется меньшее количество калия, чем обычно вносится с удобрениями, даже при очень низком содержании обменного калия в почве.

Чуян С.И. (1990) утверждает, что с повышением содержания почвенного калия, увеличением дозы удобрений на типичных черноземах сужается соотношение между необменными и обменными формами калия различной подвижности.

Содержание гумуса в почве может по-разному влиять на необменное поглощение калия. По одним данным гумус понижает фиксацию, т.к. связывает калий только в обменной форме (Пигарева H.H., 1992), по другим (Пчелкин В.У., 1966) - гуминовая кислота способствует закреплению калия за счет образования пленок-гелей на поверхности почвенных частиц. В опыте В.Н.Якименко (1995) содержание гумуса не оказало влияния на фиксирующую способность.

Систематическое внесение калийных удобрений в дерново-подзолистых почвах обогащает их подвижным калием лучше, чем черноземные, в которых калий накапливается преимущественно в необменной форме (Кореньков Д.А., 1990).

Гранулометрический состав почвы - важная характеристика, влияющая на использование растений питательных элементов как из почвы, так и из вносимых удобрений. Например, на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава при одинаковых запасах обменного калия, его усвояемая доля выше, чем в суглинистых разновидностях (Чириков Ф.А., 1957; Кулаковская Т.Н., 1970; Важенина И.Г., 1975; Bayer J., Bystra L., 1977; Кулаковская Т.Н., 1978; Барсова Н.Ю., Прокошев В.В., Соколова Т.А., 1992).

Дерново-подзолистые почвы, сформировавшиеся на флювиогляциальных песках, характеризуются значительным содержанием калия и основная часть в

недоступной для растений форме. Внесение органического и минерального калийного удобрения способствует накоплению обменных и необменных форм калия в глинистой фракции средне- и хорошо окультуренных почв (Коротков A.A., Сахарцев В.П., 1990).

Объем необменного поглощения внесенного калия определяется не только емкостью фиксации почвы, зависящей от содержания глины, ила и гумуса, но и насыщенностью поглощающего комплекса этим элементом. Почвы, имеющие высокую емкость фиксации, могут не поглощать калий вследствие высокой им насыщенности, а почвы бедные этим элементом не фиксируют повышенные его дозы из-за низкой емкости поглощения.

Как считает ряд авторов (Важенин И.Г., Карасева Г.И., 1959; Петербургский A.B., Янишевский Ф.В., 1959; Коротков А.А.,Агапова А.П., 1980; Жукова JIM., 1982; Гомонова Н.Ф., Панникова И.В., 1983) подвижность калия сильно зависит от минералогического состава почвы, так как связана с первичными и вторичными минералами и особенностями их внутрипочвенных превращений (Орел А.Н., Романюк В.Н., 1996).

Так, катионы, сорбированные каолинитом и хлоритом значительно более подвижны по сравнению с катионами, поглощенными монтмориллонитом и вермикулитом. В других исследованиях (Maclean A.J., Brydon J.E., 1963) различия в освобождении и фиксации калия были не связаны с содержанием различных минералов в почве.

Определенную роль в изменении скорости десорбции калия играет степень развития подзолообразовательного процесса, влияющего на катионный состав почвенного поглощающего комплекса (Середина В.П., 1984).

Имеющиеся в литературе данные о восстановительной способности почвы в отношении калия довольно противоречивы. В опытах K.M. Забавской, Н.К. Панковой, В.М.Чебана (1981) после удаления вытяжкой обменного калия на выщелоченном черноземе за 6 месяцев восстановилась одна треть от

первоначального количества, а на подзолистой почве пятая часть. В исследованиях Н.О. Авакян (1971) на различных почвах за 2 месяца-восстановилось от 10 до 40% вытесненного калия, причем самой низкой возобновляющей способностью отличались почвы с высоким содержанием его обменной формы.

На фиксацию калия почвами сильное влияние оказывает реакция среды: подкисление ослабляет фиксацию, повышает подвижность калия в почве и доступность его растениям (Кореньков Д.А., 1990).

Почвы с щелочной реакцией не только задерживают калий, но и фиксируют его, закрепляют в необменной форме. Вступая в поглощающий комплекс почвы, калий вытесняет в раствор эквивалентное количество других катионов и в первую очередь кальция. В кислых почвах в обмен на ионы калия почвенный раствор насыщается ионами водорода, алюминия и марганца, неблагоприятно воздействующими на растения (Мосолов И.В., 1979). Поэтому на кислых почвах систематическое внесение калийных солей должно сочетаться с внесением извести (Прокошев В.В., 1971; 1984).

В работах Szymkiewicz-Dabrowska Danuta, Drabent Zygmunt (1989) изучалось влияние форм калийных удобрений на растворимость кальцийфосфатов в водном растворе.

Растворимость СаНР04 • 2Н20 резко возрастает в присутствии KCl, KN03 и K2S04, а в присутствии этих соединений растворимость Са3(Р04)2 повышалась незначительно. Растворимость Са(Н2Р04)2 • Н20 при KCl и K2S04 повышалась очень слабо, а в присутствии KN03 понижалась.

Эффективность калийных удобрений зависит также от доз внесения азота (Pétrie L., 1989). По данным С.М. Лукина, H.A. Шиловой, Л.И. Ермаковой (1997) потребность в калийных удобрениях повышается при использовании в севообороте, относительно бедных калием, органических удобрений.

С увеличением обеспеченности растений основными элементами питания (NPK) повышается потребность растений в микроэлементах. В свою очередь микроэлементы играют большую роль в повышении эффективности макроэлементов и в их поступлении в растения. Так, по данным Б.А. Ягодина (1989) поступление в растения калия снижалось под влиянием меди, марганца, никеля, цинка, молибдена, железа и бора и возрастало при внесении хлора. В свою очередь, положительный эффект от калийных удобрений на фоне NP возможен лишь после устранения дефицита микроэлементов (Ильин В.Б., Смирнов Н.В., 1994).

Анализ применения калийных удобрений по регионам России показал, что их вносят в явно недостаточном количестве и их недооценка может привести к заметному снижению потенциальной продуктивности пахотных почв (Шафран С.А., Авдеев Ю.С., Прошкин В.А., 1994).

Высокая эффективность калийных удобрений - результат совместного действия различных факторов, среди которых большое значение имеет не только содержание обменного калия в почве, но и потребность в калии той или иной культуры (Магницкий К.П., 1971; Сапожников H.A., Корнилов М.Ф., 1977; Кулаковская Т.Н., 1990; Дерюгин И.П., Прокошев В.В., 1991).

Роль анионного состава минеральных удобрений в жизни растений изучена сравнительно мало, а между тем анионы в качестве компонентов, сопутствующих основным элементам питания, вносятся в почву в больших количествах, нередко значительно превышающих дозы азота, фосфора и калия. В связи с этим характер действия удобрений может быть обусловлен не только, а иногда и не столько тем элементом, ради которого они даются, сколько ионом, в комплексе с которым последний вносится (Мосолов И.В., 1979).

Так, например, при отсутствии сернокислых солей приходится вносить хлористые калийные удобрения, но чтобы избежать вредного действия хлора, их обычно вносят с осени во влажную почву в расчете на вымывание хлора как

аниона, не поглощаемого почвой (Петухов М.П., Панова Е.А.,Дудина Н.Х., 1985).

1.1.2. Микроэлементы в почве

В 1981-1994 гг. в Российской Федерации обследов