Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ И ФОСФОРА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО СУДАНСКОЙ ТРАВЫ НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ И ФОСФОРА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО СУДАНСКОЙ ТРАВЫ НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ"

Л-ЗЧ ш

На правах рукописи

СКУДАЕВА Елена Анатольевна

ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ И ФОСФОРА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО СУДАНСКОЙ ТРАВЫ НА ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

06.01.04 — Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Омск 2004

Работа выполнена в Омском государственном аграрном университете.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, заслуженный деятель науки РФ Ю.И. Ермохин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор О.Т. Ермолаев; кандидат сельскохозяйственных наук H.A. Воронкова

Ведущая

организация - Тюменская государственная сельскохозяйст-vV4', % венная академия 'Ii*" v \

UV i;'V ' .

Защита диссертации дании диссертационного ном аграрном университете площадь, 2. ii J'-i

V-,\v ■ i v ■ ; У4-* . J r- .."v - * - t * 1

L»v>» ■>'■№" US

С диссертацией можно ознакомиться в библь^'Л'^' л^кого государственного аграрного университета. !/*;

Автореферат разослан 22 апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.П. Пьян ов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экологические проблемы агрохимии как часть обшей проблемы экологии стали возникать, когда резко возросли темны применения химических средств, в том числе минеральных удобрений и отходов производства в сельском хозяйстве. В связи с этим становится очевидной актуальность контроля применения минеральных удобрений, которое должно улучшать или,.по крайней мере, не ухудшал» биологическое качество продукции при увеличении урожая до возможных пределов.

Внесение удобрений является необходимым условием для получения высоких урожаев не только пи бедных почвах, по и на многих почвах; богагых общими запасами питательных веществ. Однако рост применения удобрений может давать побочный отрицательный результат, состоящий в увеличении содержания в почве тяжелых металлов (ТМ), в том числе №.

Никель является одним из элементов, которому в последнее время уделяется большое внимание исследователей. Так, из литературных источников известно, что никель является, с одной стороны, биологически важным микроэлементом, играюшим существенную роль в ферментативных процессах и оказывающим значительное влияние на метаболизм.и продуктивность растений. С ,фугой стороны, никель — опасный токсикант природных экосистем.

Накопление и распределение никеля в растениях зависит как от почвенных факторов, так и ствида растения. Исследовав содержание никеля в почве и в растениях в конкретных почвенпо-климагических условиях н изучив закономерности поведения данного элемента в системе почва - удобрения -- растения, появилась возможность регулировать его вредное воздействие.

Цель исследований. На основе изучения действия никеля и фосфорных удобрений в системе почва - удобрения — растения установить нормативные количественные агрохимические и физиологические показатели оптимального минерального питания суданской травы.

Задачи исследований:

— установить влияние никеля и фосфора на химический элементный состав почвы и растений, рост, развитие и урожайность суданской травы на лугово-черноземной почве Западной Сибири;

- изучить антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов (тяжелых металлов) при поступлении их в растения в зависимости от физиологической потребности растительного организма на разных стадиях, онтогенеза, наличие и соотношения химических элементов в почве;

— определить оптимальные уровни и соотношения основных элементов питания и тяжелых металлов в растениях суданской травы для определенных величин формирования урожая и его качества;

- дать опенку биоэнергетической эффективности применения никеля и фосфорных удобрений,

Научная новнзна исследований. Впервые получены данные о влиянии никеля на урожайность, химический состав, к

нество су;

фонд научной Риторатуры

скоП травы на луг )по-черноземнон почве Омской облает:!. Изучены процессы антагонизма и синергизма ионов тяжелых металлов (N1,2п, Си, СхЗ, РЬ) при поступлении их в растения данной кормовой культуры. Определены физиолого-агрохнмичсскне нормативы интенсивности действия ТМ на химический состав почвы и растений, позволяющие прогнозировать действие >о в снсясмс почва — растение и оптимизировать питание суданской травы на черноземах Западной Сибири. • ' ;

Практическая, значимость работы и реализации результатов нсследо-ианмй. Основные выводы и положения диссертации могут использоваться в федеральных государственных учреждениях агрохимической службы РФ и крестьянских (фермерских) хозяйствах при опенке обеспеченности растений никелем и фосфором с учетом химического анализа почв.

Полученные фщцолого-агрохимическнс количественные характеристики могут использоваться для создания модели прогноза действия никеля и других ТМ в системе почва — растение в конкретных агробиологических условиях и оптимизации питания суданской травы в условиях антропогенного загрязнения почв.

Результаты исследований прошли произволственную проверку и внедрены в ФГУ «Центр агрохимической службы "О чеки А"», а также используются в учебно!« процессе факультета агрохимии, почвоведения и экологии Омского государственного аграрного университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы излагались на ежегодных научно-практических конференциях ОмГЛУ (1998-2002), конференции молодых ученых, посвященной 400-летию земледелия Омского Прииртышья (Омск,.1999), межрегиональной научно-практической конферен-шш «Природа и природопользование на рубеже XXI в.» и опубликованы в четырех работах общим объемом 0,94 печ. л.

Объем п структура работы. Диссертация изложена на 170 страницах. Состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, включает в себя 37 таблиц, 9 рисунков и 14 приложений. Библиографический список содержит 171 источник, втом числе 16 раеот зарубежных авторов.

Объекты, условия и методика проведения исследований.

Объектами исследований являлись суданская трава (сорт Бродская-2), лу-гово-черноземные почвы, тяжелые металлы (N1), фосфорные удобрения.

Исследования проводили на опытном пате Омского государственного аграрного университета и в лаборатории диагностики питания растений кафедры агрохимии, Почва опытного поля лугово-черноземная среднсчошная средпегумусовая тяжелосутл инистая. Агрохимические показатели в среднем но голам исследований верхнего 30-сантиметрового слоя были следующие: рН водной вытяжки -6.5-7,1; гумус-б>5%; сумма поглощенных оснований—31-38 мг-экв/100 г почвы; N-N0) - 131-1,83; - 5,74-833; К50 - 9,75-11,88 мг/100 г почвы (2<!^ная уксусная кислота); содержание подвижных форм №-039-0,61;/!л —0,45-0,82; Си -0,26-0,37; С(1 - 0,0-14-0,052; РЬ - 0,53-1,43 мг/кг почвы (аисгагно-аммонийный буч^ер с рИ 4,8). . - • .

Климат района исследований континентальный. По метеорологическим условиям 3996 г. характеризовался как умеренно влажный и теплый, 1997 -умеренно влажный и прохладный, 1998- засушливый и жаркий, 1999— засушливый и теплый.

Опыты с удобрениями проводили в 1996-1999 гг. Микрополевые - в полиэтиленовых сосудах без дна глубиной 50 см, плошадь одного сосуда - 0,17 м1; полевые — на делянках размером 10 м1 по следующей схеме: 1 - контроль (без удобрений); 2 - Р*>; 3 - P,sc; 4- Р2„; 5 - Ni4; 6-Ni»;7-Nit0; S - Ni!:; 9 -NieP,i3; 10 - NiioPit«. Предшественник суданской травы - картофель.

Размещение вариантов с и сте магическое послед о нагельное, повторность четырехкратная. Удобрения вносили весной перед посевом. Фосфор — в виде гранулированного суперфосфата в сухом виде, никель — в виде раствора ацетата никеля Ni(CHjCOO)2.

При достижении растениями определенных фаз рззвшш (кушенне, колошение, цветение), а также в уборку производился огбор растительных образцов с целью проведения биометрических измерений, определения сухого вещества весовым методом, содержания обшеп> азота, фосфора и калия стандартными методами, гигроскопичной влаги (ГОСТ 27548-87), сырой золы - весовым методом (ГОСТ 26226-95), кальция - трилономггрическим методом (ГОСТ 26570-95), сырого жира - экстракцией с диттиловыч эфиром (ГОСТ 13496.15-97), сырой клетчатки-ГОСТ 13496.2-84.

Определение содержания тяжелых металлов в растительных обрашах и в почве проводили согласно методическим указаниям МСХ РФ (ЦИЛНО), 1992, 1993; РД (Методические указания, 1990), ГОСТ 30178-96 в Федеральном государственном учреждении «Центр агрохимической службы "Омский"«.

В почвенных образцах определяли нитратный азог, подвижный фосфор, обменный калий (2%-ная CHjCOOH вытяжка).

В лабораторных условиях ту чал и фснотипические реакции растений на. ранних этапах онтогенеза: влияние никеля на энергию прорастания, всхожесть семян, шпснсивностъ начального роста корешков и ростков суданской травы (ГОСТ 1203&-S4). Схема опыта предусматривала 5 вариантов: 1 - контроль (без Ni): 2 - Mi, (0,005%); 3 - Ni2 (0,01%); 4 - Nj3 (0,015%); 5 - Ni< (0,02%) в четырехкратной повгорности. Кроме этот, проведены исследования по изучению влияния никеля на процессы ншрификаиии в лугово-черноземной почве. В почву вносили никель в дозах - 12,5, 25, 50, 200, 800, 3200 мг/кг почвы. Определение тгтрагного азота проводили через 2, 4 и 8 недель от начала проведения эксперимента. По окончании исследований данные подвергали статистической обработке,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Влияние никеля па накопление нитратного азота в почве н на интенсивность прорастания семян суданской травы В лабораторных молельных опытах выявлено положительное влияние никеля на накопление нитратного азота в почве и на интенсивность начального роста растений суданской травы. Оптимальной дозой никеля, при которой наблюдается максимальное накопление нитратного азота в почве, является доза КЬо. Через восемь недель после внесения N1 содержание нитратного азота в почве было на 79,8% больше по сравнению с четырехнедельным сроком, на 140,6% - по сравнению с двухнедельным и составляло 164,4% к контролю. На варианте N¡¡0» также наблюдается интенсивное накопление нитратного азота в почве, определенное через восемь недель. При четырехнедельном сроке инкубирования № с почвой количество N03 иа 68,7% выше по сравнению с двухнедельным, а при восьминедельном - на 55,2% выше относительно четырехнедельного.

ОтттимальноЙ концентрацией никеля в водном растворе, влияюшей на скорость прорастания ссмян, появление всходов и длину ростка, является 0,01%. При этом наблюдается увеличение всхожести семян в среднем на 3,7%, длины ростка - на 9,0% больше, чем на ко[продьноад варианте. С увеличением концентрации никеля в питательном растворе до 0,015-0,02% усиливается угнетающее действие на рост и развитие ростков и корешков семян и интенсивность начального роста растений суданской травы.

Диагностика потребности суданской травы в никеле на основе полевого опыта Положительное влияние на формирование урожая суданской травы па лупо-во-черноземной почве в условиях Западной 0)бири оказал никель в дозе 8 кг/га. Такая доза никеля является оптимальной в данных условиях, она положительно сказывается на характере многих биохимических процессов в почве и растениях: происходит активация окнсл¡пелшо-восстановительньзх реакций в растительных клетках, тем самым улучшается обмен веществ и, в конечном счете, происходит увеличение урожая. Наибольшая эффективность' применения доз никеля под суданскую траву в среднем составила в микрополсвых опытах 36,2% (+527 г/сосуд), в полевых - 36,8% (+7,8 т/га) по сравнению с контролем., При внесении фосфорных удобрений наиболее высокая урожайность была в микрополевом опыте при дозе Р-м, (прибавка 26,0%, или 378 г/сосуд), В нолевом - при дозе р1М(27,8%, или 5,9 тЛа). При совместном применении фосфора и никеля фосфор резко снижал действие никеля в связи с образованием в почве малорастворимых солей, труднодоступных для растений (табл. 1-2).

Таблица ]

Влияние никеля к фосфора на урожайность суданской травы. Микронолевые опыты

Вариант Урожайность зеленой массы, г/сосул Прибавка

1 996 г. 1997 г. 1998 г. Средняя ■ г/госуд %

0 (контроль) 953 1144 2268 1455 - -

Р*> 1373 1568 2558 1833 378 26,0

Рш 1045 1147 2611 1601 146 10,0

Рг;о 1075 1140 . . 2757 1656 201 13,8

N¡4 1248 1178 2635 1687 232 15,9

N1« 1503 1618 2825 1982 527 '36,2

1298 1175 2688 1720 265 18,2

1146 1134 2537 1606 151 10,4

1231- 1281 2202 1571 116 8,0

1333 1315 2286 1645 190 13,1

НСРг5 189,2 108,4 117,4

Таблица 2

Влияние никеля и фосфора на урожайность суданской травы. Полевые опыты

Вариант Урожайность зеленой массы, т/га Прибавка

1998 г. 1999 г. Средняя т/і~а %

0 (контроль) 26,3 16,0 21,2 - -

26,6 17,5 22,1 0,9 4,2

Р.м 27,9 • 26,2 27,1 5,9 27,8

Рі70 23,0 21,8 22,4 1,2 5,7

№. 28,0 26,5 ' 27,3 6,1 28,5

30,9 27,0 29,0 7,8 36,8

N1x0 29,6 26,0 27,8 6,6- 31,1

Мі« 24,3 23,2 23,8 2,6 12,3

27,3 19,6 23,5 23 10,8

25,8 20,5 • 23,2 2,0 9,4

НС Роз 1,5 2,9

В условиях проведенного эксперимента рассчитан коэффициент интенсивности «Ь» действия едишшы поступившего никеля в слой 0-30 см на изменение содержания его в почве (0,017 ± 0,008). '

Дозы удобрений (Д) являются функцией (0 содержания элементов питания почвы (П)

Д-М1. (1)

Эта зависимость обрапюпропорциональная, математически выражается следующей формулой (2):

Д0- Х.-Д.* (2)

гд; Д, - установленная доза N1 (кг/гс» при соответствующем содержания (мг/кг) элемента в почве (X»);

Д„ ~ предполагаемая доза N1 (кг/га) при содержании соответствующего элемента (мг/кг) в почве конкретного ноля (Х„).

Отсюда предложена формула дл* определения ориентировочных доз применения никеля под суданскую траву:

Д^К,Л . (3)

Использование формулы (3) позволяет отойти от простого эмпиризма с применением удобрений и ориентироваться на конкретные дозы с учетом содержания доступного элемента в почни1.

Биометрическая диагностика иеличнны урожая суданской травы

Никель и фосфор влияют не только на величину урожайности суданской травы, но и на биометрические показатели данной культуры. Установлено, что на высоту растений никель к фосфор оказывают более значительное влияние, чем на облиственность.

При статистической обработке результатов была выявлена корреляционная связь между урожаем и высотой растений суданской травы, которая выражается следующими уравнениями регрессии (4-5); ■

У1 = 14,58* - 354,5; г - 0,91 (микрополевой опыт) (4) У2 ~ 0,31х -17.8; т - 0,74 (полевой опыт), (5)

где У|-урожайность растений (г/сосуд), У2 - урожайность растений (т/га),

х—высота растений суданской -травы (см).

Таким образом, используя уравнения (4) и (5), но высоте растений можно ориентировочно прогнозировать величину урожайности суданской травы (табл. 3).

Таблица 3

Прогноз урожайности суданской травы по высоте растений

Вариант Микрополеиой оггьгг (1996-1 Молевой опыт (199К-1999)

Высота Урожайность Ошибка Высота Урожайность Ошибка

Дсм) (г/сосуд) прогноза (см) (т/га) прогноза

Факт, Прогноз (%) Факт, Прогноз (%)

0 127,6 1455 1506 3,5 133,4 21,2 23,5 10,8

Ро(к 153,6 1833 1885 2,8 141.3 22,1 26,0 17,6

135,3 1601" 1618 1,1 140,9 27,1 25.9 4,4

137,0 1656 1635 1,3 1303 22,4 22,6 0,9

№4 146.0 1687 1774 5,2 142,4 27,3 26,3 3,7 ■

153,5 1982 1883 5.0 149,1 29,0 . 28,4 2,1

N¡,0 139,5 1720 1671 2,8 145,9 27,8 27,4 1.4

129,8 1606 1530 4,7 128,0 23,8 21,9 8,0

N¡5? ио 135,7 1571 1624 3,4 139,9 23,5 25,6 8,9

ЬНюРто 133,9 1645 1598 2,9 136,6 23,2 24,5 5,6

Влияние никеля н фосфорных удобрений на химический состав растении суданской трапы

Содержание никеля, пинка, меди, кадмия и свшша и растениях суданской травы зависит от уровня и соотношения химических элементов в почве, фазы роста и развития растений и метеор алогических условий года. Установлено, что в процессе минерального питания растений существует зависимость между всеми логлошенными элементами, характер которой опреде;ыется преимущественно степенью отклонения концентраций в занмодейстну ют их элементов от оптимальной концентрации во внешней среде (Ю.И, Ермохин, 1997). Данные исследования позволяют вьгявнп, определенные закономерности и на их основе прогнозировать изменения химического состава суданской травы в результате дополнительного поступления никеля и фосфора к почву.

При математической обработке результатов исследований в системе почва -удобрение - растение была установлена высокая корреляционно-регрессионная связь между дозами внесения никеля (Х], кг/га), ею содержанием в почве (х;, мг/кг) и в растениях суданской травы в период уборки [уравнения (б, 7)]:

М1-9,66х2-3,17;г-0,90 (6)

N10,]64Х] 4 1,76; г - 0,91 (7)

Выявлено, что каждый килограмм поступившего никеля в почву увеличивает ею содержание в слое 0-30 см на 0,017 мг/кг, а в растениях - на 0,164 м1/кг. Установлено, что каждый миллиграмм №/кг почвы (определенный в ацетатно-аммонийном буфере с рН - -1,8) увеличивает его в растениях на 9,66 мг/кг [уравнение (6)]. Следовательно, действие корневых выделений суданской травы на почву позволяет поглотать растением менее подвижные формы N1 почвы, чем те, которые выявлены метолом почвенной диагностики.

Применение фосфора и никеля способствует в целом изменению потребности макро- и микроэлементов (тяжелых металлов) для создания единицы товарной продукции и вы носа'у рожаем суданской травы. Так, в среднем для получения одной тонны суданской травы в;период физиологической зрелости растений (неудобренный вариант) требуется 5,65 кг азота, 2,3 фосфора (Р^О*) и 5,65 кг калия (КаО). Внесение в почву никеля в доле 8 кг/га увеличивает потребление основных элементов питания для формирования единицы товарной продукции суданской травы соответственно до 7,1; 2,55; 6,15 кг/т.

В целом за годы исследований содержание таких микроэлементов, как Си, РЬ и Сй, в растениях суданской травы к периоду уборки не превышало предельно допустимой конистрални, в то же время в отдельные годы отмечены случаи превышения 1ЩК по 7л и №, чате всего это наблюдалось при внесении повышенных доз никеля - Ы]]э п а также при совместном внесении никеля и фосфора - (габл. 4).

• ■ - Таблица 4

Содержание тяжелых металлов и растениях суданской трапы в период физиологической зрелости растений (в среднем за 1996-1999 гг.)

Вариант № 7л • Си С(1 РЬ

0 (контроль) 1,99 19,1 5,38 0,16 ( 1,34

1,42/ -28,6* 15,7/-17,8 4,67/-13.2 0,15/-6,3 1,44 / +7,5

Рт 1,65 /-17,1 16,5 /-13,6 5,83/+8,4 - 0,13/-18,8 1,53/+14,2

Риз 2,31 /+16,1 18,9/-1,1 5,93/+10,2 0,12 "/-25,0 1,79/+33,6

N¡4 2.22/-»-11,6 19,5/+2,1 4,35 /-19,1 0,13/-18,8 1.81 /т35,Ь

№* 2,58 / +29,7 30,1/^57,6 5.50 / +2,2 0,15 /-6,3 2,25/+67,9

3,79/+90,5 34,8/+82.2 7,23/+34,4 0,17/4 6,3 1,96/+46,3

N¡11 3,80/+91,0 29,8/+5б,0 6.76 / +25,7 0.17/+6.3 1,80/+34,3"

^(Рто 2,78/+39,7 22,05/+15,5 4,61/-14.3 0,12/-25.0 1.98/+47,8

3.68 / -84,9 32,4/+69,6 4,88/-9,4 0,16/0 2,46/+83,6

ПДК, мг/кг 1 3,0 50,0 30,0 0,3 5,0

* В числителе - содержание элемента в растениях суданской травы (мг/кг сухого вещества), а знаменателе — изменения по сравнению с контролем (%).

К периоду физиологической зрелости растений зависимость между внесенными лозами никеля (хО и фосфора (х;) в почву н содержанием тяжелых металлов в растениях суданской травы ныражастся математическими уравнениями (7-16).

№ - 0,164х) + 1,76; г ^ 0,91 (7) № "4Е -0,5хг:-0,009x2- 1,97; т) - 0,98 (8)

'¿п-Мбх^О.ОЗх,^ 17,6;п-=0,77 (9) 2п~0,0СЮ2хгг-0,05.х2 + 19,0;П^0,96 (10) Си-0,032х11-0,21х1 + 5,2;т)'=0,73 (11) Си-0,007х2 + 4,22;т-0,89 (12)

СсД — 0,0007х|г- 0,007x1+ 0,16; ц — 0,74 (13) С(1 = 0,16-0,С002хг; г --0,99 (14) РЬ-0,21х,-0,ОЫхЛ*" 1,3;11^0,90 (15) РЬ = 0,002x1-1-1,31; г"0,96 (16)

На процессы усвоения микроэлементов растительным организмом влияет не только концентрация и форма соединения, в которой он поступает, но и весь комплекс минеральных элементов, с которыми данный микроэлемент вступает в антагонистические и синергические взаимоотношения. Взаимное влияние элементов может усиливать или уменьшать фитотокснчностъ тяжелых металлов. В результате исследований выявлены синергические и антагонистические отношения между отдельными парами ионов макро- (М, Р, К) и микроэлементов (N1, '¿п, Си, С(1. РЬ), вызванные различными концентрациями никеля и фосфора в почве, а также степенью потребности растения в данных элементах. Синергизм ионов при их поступлении в растения переходил в антагонизм и наоборот, следствие этого - изменение внутреннего баланса химических элементов в растительном организме (табл. 5).

Таблица 5

Взаимодействие макро- и микроэлементов при их поступлении в растения суданской травы к периоду уборки растений

Элемент | Синергизм Си н ер гш« — антагонизм Антагонизм

№ I 2п, С<1 М.Си К,РЬ

7.п . 1 N1, Си N. К, С<1, РЬ Р

Си 1 N. К, ¿п, С(1, РЬ N1 Р

С(1 N1. Си, РЬ N. К, 2п Р

РЬ | И, К. Си. С(1 2л Р, №

Проведенные нами чешрехлетние исследования позволили установить он-тнмальиые уровни содержания N, Р, К, №, 7п, Си, Сд, РЬ в надземной массе суданской травы в течение вегетационного периода, характерные для высоких урожаев (табл. 6),

Таблица б

■ Оптимальное содержание элементов питания в растениях суданской трапы

(в среднем за 1996-1999 гг.)

Фаза развития Содержание основных ! Содержание тяжелых металлов элементов питания (г/кг) | (мг/кг)

N Р К \ № 1 7л1 Си 1 С(1 РЬ

Кущение 36,2 ±6,2 4,3*0,2 28,6 ±6,3 | 3,89 1 33,07 10,26 0,34 3,55

Колошение 22,4 ±1,7 3,4 ± 1,1 243 ± 1,0 1 3,70 | 29,70 7,27 0,23 2,81 К90~

Уборка 19,1 ±4,7 3,0 ±0,2 14Д± 0,8 ¡2,03 ¡22,76 5,07 0,14

Установлены также оптимальные соотношения макро- и микроэлементов в растениях суданской травы, характеризующие уравновешенное питание, в фазы кущения [соответственно равенства (17) и (18)], колошения {равенства (19) и (20)], атакже в период физиологической зрелости растений (21) и (22).

N 8,4 Р « 1,3 К (17); № - 0,12 2п - 0,38 Си = 11,4 С<1 -1.1 РЬ (18);

N " 6,6 Р " 0,9 К (19); №=«0,12 7п = 0,51 Си "16,1 С«1«1,ЗРЬ (20);

N«6,3 Р« и К (21); N1 - 0.09 7.п- 0,40 Си - 14,5 С<1 - 1,1 РЬ (22).

Анализ уравнений (17-22) показывает, что доля Р относительно содержания N в растениях в течение вегетации увеличивается, а доля К относительно N остается неизменной. Доля Си и РЬ по отношению к содержанию N1 в растениях суданской травы в начале и в конце вегстаинонного периода (иластся на одном уровне. Доля 7п к концу вегетации увеличивается, а кадмия —уменьшается.

Оптимальные уровни потребления микроэлементов для формирования единицы урожая суданской травы на лугово-черноземной почве составили (г/т): нн-

келя-0,97 ±0,13; иинка- 10,97 ± 2,7; меда- 1,92-ь 0,62; кадмия - 0,055-= 0,016; свшша- 0,77 ± 0,3. * , ' . '

Коэффициенты использования макро- и микроэлементов т почвы и удобрений растенними суданской травы Известно, что химические элементы поступают в растение не только из естественных запасов почвы, но и в результате дополнительного попадания в лочву в связи с антропогенной деятельностью. Поэтому необходимо выявить способность растения использовать тот элемент, который поступил в почву.

Коэффициенты использования растениями элементов из почвы могут изменяться в зависимости от применения удобрений. Исследования показали, что внесение фосфорных удобрений/и-солей никеля в почву влияет не только на продуктивность растений суданской травы, но и изменяет ее способность усваивать химические элементы почвы, .что сказывается в дальнейшем на обшем балансе элементов в системе почва - растение {табл. 7).

Таблица 7

Влияние фосфора и никеля на процент использования химических элементен ш почвы растениями суданской травы

Применяли Изменения по сравнению С контролем (%)

N Р к- № 7м Си са РЬ

(-6,2 +25,9 '0 +28,2 +23,2 -15,8 + 30,0

? —» t Ж V ■

N1 +9,1 4 31,4 1 +33,9 Г' +80,2 Т -57,0 л. г -23,4. +65,0

N1 на фоне применения Рг05 -8,6 —36,5 . +27,6 Л. • 1 +38,5 т. +69,8 ■ -г 40,1 1 -31,2 1 +95,0 1

Примечание. Т - увеличение свыше 10%; —* - в пределах ± 10%; 4- - снижение свыше 10%.

■ На основании опытных данных были рассчитаны коэффициент использования элементов из удобрений (КИУ) и показатель эффективности удобрений (Г1ЭУ). Величина ПЗУ является'более точной, так как при ее расчетах учитывается не только вынос питательного элемента (Ву),'но н урожайность на данном варианте (У), а также "прибавка урожая (П) по сравнению с контролем и лоза удобрений Щ):

ПЭУ-

в, ■ 300 У-Д

(23)

Анализ полученных данных показывает, что для никеля и фосфора показатель эффективности использования (ПЗУ) ниже, чем КИУ, ОН также уменьшается с повышением дозы внесенного элемента (табл. 8).

Таблш/а 8

Коэффициенты использования никеля и фосфора из удобрений суданской травой (%)

Никель Фосфор

Доза (кг/га) КИУ ПЭУ Дога (кг/га) КИУ ПЭУ

4 0,07 0,09 90 4,2 2,2

8 0,13 0,08 ISO 13,5 S,S

10 0,12 0,06 270 2,0 1,0

12 0,05 0,02

Влияние никеля н фосфора на качество зеленой массы суданской травы

Установлено, что внесение никеля и фосфора оказывает многостороннее влияние на биохимический состав растений суданской травы. Так, дозы Nig и Рцо оказывают положительное влияние на биосинтез сухого вешества, увеличивал данный показатель к периоду уборки на 8,6 и 8,0%.

Бносшгтез каротина зэвиагг от концентрации никеля в почве: небольшая доза Ni« увеличивает данный показатель всреяксм на 28,8%. Никель в дозе 8 кг/га практически не оказывает влияния на содержание каротина в растениях суданской травы. Повышенные дозы N¡¡0 и Nin в штм снижают данный показатель.

При внесении никеля-усиливается npottccc нитрификации в почве, следствием этого является повышение содержания общего азота, белка, протеина, а также нитратов в растениях. Необходимо отметить следую шее; несмотря на то, что доза Ni, увеличивает содержание общего азота и белка во все годы исследований, содержание нитратного азота на этом вариаше ниже по сравнению с контрольными растениями на 22,'7i'o. Увеличение концентрации никеля в почве до 12 кг/га приводит к резкому снижению нитратного азота в зеленой массе суданской травы (табл. 9).

Таблица 9

Влияние никеля н фосфора на содержание нитратов & зелепоА массе суданской травы в период уборки

Вариант Содержание нитратов (мг/кг) Изменения по сравнению с контролем (%)

1998 г. 1999 г. Среднее

0 (коїггроль) 282,9 - '322,6 30л.7 —

Роя 252.7 321,9 287,3 -5,1

Pipo 286,5 399,3 342,9 НЗЗ

Р27Э 230,0 452,6 341,3 ■И 2,7

NÍ4 167,0 1 300,8 233,9 -22,7

Ni* 466,8 274,3 370.5 +22.4

Ni is 262,1 425,0 343,5 -13,5

Ni» 152,8 196.6 174,7 -423

NitPt'w 298,6 305,1 - 301,8 -0,3

Nii^Pjso 362,0 266.7 314,3 +3.8

Фосфорные удобрения в дозах 90 и 180 кг л .в 7га оказывают положительное влияние на содержание белка, клетчатки и переваримого протеина, снижая при атом содержание жира и безазотистых экстрактивных веществ. Установлено, что в срезмем за все годы исследований максимально высокое содержание питательных веществ в одном килограмме зеленой массы суданской травы отмечено на варианте биоеннтез белка и переваримого протеина был выше на 25,5%; жира - 36,0; клетчатки — 7,9; БЭВ -2,9% по сравнению с неудобренными растениями (табл. 10), ' '

Таблица 10

Плнннне никеля и фосфора на питательную ценность зеленой массы ж суданской травы

Вариант Содержание в 1 кг зеленой массы (г) Корм. ОЭ ел. МДж Переварим, протеин (г)

Белек Жир Клетчатка ' юв Переварим, протеин на I кг зеленой массы па t корм, ед. на 1 МДж ОЭ

0 35,86 4,45 87,88 153,53 28.93 0,26 і 3,12 І И13 9.27

39.22 3,66 97,90 133,46 31,63 0.24 і 3.01 і 131,8 10,51

Річо 38,10 3.32' 98,72 154,10 30,73 0.27 і 3.24 ! 113,8 9,49

NÍ4 39,38 3,17 87,07 13931 31,76 0.24 ¡ 2,96 ¡ 1323 10,73

Ni* 145,00 6.05 94,80 157,98 36,29 0.28 j 3,36 ¡ 129,6 10,80

Ni,» ¡44,98 5,86 92,02 139,04 36,27 0,26 ) 3,11 і 139,5 11,66 6,42

Nf.a і 25,46 3,96 91,68 166.65 20,53 0.27 1 3,20 j 76.0

В среднем за все голы исследований максимальное количество кормовых единиц {0,28) отмечено на вариант« Nit, содержание обменной анергии в 1 кг зеленого корча суданской травы изменялось от 2,96 (Nu) до 3,36 (Nij) МДж. Известно, что для удовлетворения потребности животных в белках рационы должны додержать в расчете на 1 корм. сл. не менее 105-110 г пере вари мого протеина (в опытах контрольного варианта растения содержали 111,3 г). Применение фосфорных удобрений в дозе увеличивает данный показатель до 131,8 г, а внесение никеля в дозе Niw-до 139,5 г. Дальнейшее увеличение дозы никеля до 12 кг/га приводит к отрицательному результату. Аналогичное влияние никель и фосфор оказывают на содержание протеина на 1 МДж обменной энергии.

Биоэнергетическая оценка использования фосфорных удоПрепиЛ и солей никеля пол суданскую траву

Применение никеля в дозах 4, 8, 10 кг/га и фосфорных удобрений в дозе 180 кг/га под суданскую траву на лугово-черно земных почвах энергетически эффективно, так как энергоотдача превышает единицу (табл. 11).

Таблица II

Биоэнергетическая эффективность применен ля фосфора и никсли под суданскую траву

Вариант ольгга. Прибавка (г/та) Содержание энергия Vb (МДж) 4J фаты энергии Л, (МДж) Прибавка энергии (МДж) Ьиохюрге-тнческий КНДч(«Д).

Різд 5,9 19352 4168,7 15183,3 4,6

Ni* 6,1 20003 2133,1 17874,9 9,4

NU 7,8 25584 2976,9 22607,1 8.6

Ni« . * 6,6 21648 2798,2 18849,8 7,7

Установлено, что на единицу энергетических затратна применение N¡3 и Р^ получено 8,6 И 4,6 единиц энергии, содержащихся в прибавке урожая. Количество энергии (МДж/га). накопленной в основной продукции суданской травы, полученной от применения никеля и фосфора составило, соответственно 88,4 и 78,5'! о, а затраты невозобновимой энергии- 11,6 и 21,5%,

выводы

1. Установлено, что при содержании в пахотном слое луго во-чернозем ной почвы южной лесостепи Западной Сибири подвижных форм (мг/кг) никеля 0,51, фосфора - 68 (2%-ная CHjCOOH вьггяжка) наибольшая эффективность применения никеля в дозе 8 кг/га под суданскую траву составила в полевых опытах 36,8% (-7,8 т/га) и фосфора» дозе 180 кг/га-27,8% (+5,9 т/га) по сравнению с контролем. Предложена формула для расчета доз никеля в зависимости от уровня данного элемента в почве, что позволяет отойти от простого эмпиризма с применением данного удобрения. Каждый килограмм внесенное в почву никеля давал дополнительно 0,97 т, а 1 кг фосфора - 0,33 ц зеленой массы. При совместном применении фосфора и никеля резко снижается действие никеля в свя1и с образованием в почве маяорастворимых солей. Установлены математические зависимости между урожайностью суданской травы и биометрическими показателями данной сельскохозяйственной культуры.

2. В модельных опытах выявлено положительное влияние никеля на накопление нитратного азота в почве и на интенсивность прорастания семян суданской травы. Установлено, что внесение в почву никеля в концентрации 50 мг/кг способствует усилению процесса нитрификации » почве. Оптимальной концентрацией никеля в иолном растворе, влияющей на скорость прорастания семян, появление всходов и длину ростка, является 0,01%. С увеличением концентрации никеля в шггатслыюм растворе до 0,015-0,02% усиливается угнетающее действие па рост н развитие ростков и корешков семян и интенсивность начально! о роста растений суданской травы,

3. Определен коэффициент интенсивности «Ь» действия никеля на химический состав лугово-чернозем ной почвы - 0,017 * 0,008 мг/кг. Установлена количественная математическая связь между поступлением никеля в почву и содержанием Ni, Zn, Cu, Cd, Pb в растениях суданской травы в различные периоды роста и развития, что позволило получить нормативы (коэффициент «Ъ») интенсивности действия единицы поступившего Ni в почву на химический состав растений и предложить формулы (7-16) для предварительного прогнозирования содержания химических элементов в растениях в случае их применения или техногенного загрязнения. Определены оптимальные уровни содержания и уравновешенный баланс макро- и микроэлементов в растениях суданской травы на разных этапах развитая растений [уравнения (17-22)], характерные для высоких урожаев. " .

4. Содержание фосфора, азота, калия, никеля, цинка, мели, кадмия в растениях суданской травы зависело от уровня и соотношения этих элементов в почве,'фазы роста и развития ■ растений и метеорологических устоит и года. Наибольшее содержание наблюлается-в ранние фазы развитая суданской травы. Ряды поглощения микроэлементов суданской травой можно представить так: Zn > Си > Ni > Pb > Ctl.

5. Изучены взаимодействия макро- и микроэлементов при их поступлении в растения суданской травы, выявлены синергнческис и антагонистические от-

ношения между отдельными парами ионов N. Р, К, N1,7л, Си, Сё, РЬ, оСусл селенные физиологической потребностью растительного организма на разных стадиях онтогенеза, наличием и соотношением химических элементов в почве, которые описываются математическими уравнениями.

6. Определено влияние никеля и фосфора на вынос химических элеметов суданской травой и потребности для формирования единицы товарной продукции. В связи с этим, установлены коэффициенты использования макро- и микроэлементов (КИП, КИУ) и показатели эффективности удобрений (ПЭУ).

7. Установлено, что никель и фосфор, поступающие в почву, многосторонне действуют на биохимический состав растений суданской травы и, в конечном счете, на их кормовые качества. В среднем за все годы исследований питательная ценность зеленой массы суданской травы ог применения N¡3 была пылю: белка и переваримого протеина - на 25,5%; жира - 36,0; клетчатки - 7,9; БЭВ — 2,996 по сравнению с неудобренными растениями. Никель в лозе 8 кг/т способствовал процессу биосинтеза сухою вещества, увеличивал содержание кормовых единиц, обменной энергии в 1 кг зеленой массы суданской травы. Применение никеля усиливает процесс нитрификации в почве, что способствует повышению содержания общего азота, в том числе нитратов в растениях, по сравнению с контролем.

8. Применение никеля и фосфора в дозах 8 и 180 кг/га на лугово-черноземной почве под суданскую траву с энергетической точки зрения эффективно, так как на единицу энергетических затрат на применение никеля и фосфора получело 8,6 и 4,6 единиц энергии, содержащихся в прибавке урожая. Количество энергии (МДж/га), накопленной в основной продукции суданской травы, полученной от применения никеля и фосфора, составило соответственно 88,4 и 78,5%, а затраты невозобновимой энергии - 11,6 и 21,5%.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выявленные закономерности действия никеля в системе почва — удобрение - растение и их количественные характеристики (коэффициенты «Ь», КИП, КИУ, 11ЭУ, вынос М, Р, К, 7п, Си, РЬ, С(3) позволили предложить формулы расчета лоз никеля под суданскую траву и прогнозировать питательную ценность корма.

2. Установленные физнолого-биохимнческие характеристики химического состава растений суданской травы (оптимальные уровни и уравновешенный баланс элементов питания) позволяют проводить постоянный агрохимический и санитарно-гигиенический контроль за содержанием N1, ¿п, Си, РЬ, СЙ в почвах н растениях в случае их применения или техногенного загрязнения.

3. Создание сбалансированного питательного режима почвы и растений на основе расчетных доз № под суданскую траву обеспечивает высокие прибавки урожая и бполо! ичсски качественную растениеводческую продукцию.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Скудаева Е.А. Влияние никеля и фосфора на содержание нитратов в почве и урожай суданской травы / Е.А. Скудаева, Ю.И. Ермохнн, Н.К. Труби и а // Молодые ученые Сибирского региона — аграрной науке: Тез. докл, конф. молодых ученых.-Омск, 2000.-С. 64-66. .

2. Скудаева Е.А, Влияние различных уровней минерального питания на содержание и соотношение никеля, кадмия,' меди, марганца и свиниа в растениях суданской травы /Е.А, Скудаева, Н.К. Трубина //Юбилейный сборник научных работ. - Омск, 2002. - С 83-85.

3. Скудаева Е.А. Диагностика потребности,суданской травы в никеле на основе полевого опьгга/ Е.А. Скудаева // Вестник ОмГАУ.—2002,— -С. 51-55,

4. Скудаева ЕЛ, Влияние никеля на качество зеленой массы суданской травы / П.Л. Скудаева, Н.К. Трубина // Естественные науки в ОмГАУ: Сб. ст. преподавателей факультета МЕНД.~ Омск, 2003. — С. 14-17.

Per. № 57. Сдано'в набор 08.04.04. Подписано в печать 16.04.04 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнтура «Тайме». Печать на ризографе. Усл. печ л, 0,93! Уч-нзд. л. 1.25. Тираж 110 экз. Заказ 34.

Издательство ФГОУ ВПО ОмГАУ. 644008, Омск, ул. Сибаковская, 4, тел. 65-35-18. *

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии ИП МакшеевоЙ Е.А.

PI 1 6 В 1