Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА КОРНЕВОЕ ПИТАНИЕ ЯЧМЕНЯ В УСЛОВИЯХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА КОРНЕВОЕ ПИТАНИЕ ЯЧМЕНЯ В УСЛОВИЯХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ"

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УДОБРЕНИЙ И АГРОПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМЕНИ Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА КОРНЕВОЕ ПИТАНИЕ ЯЧМЕНЯ В УСЛОВИЯХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ

(СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 06.01.04 — АГРОХИМИЯ)

На правах рукописи

АХМАДЕЕВА Альфира Камаевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА—1977

IХ-ъц^смл - У о ¿> ЫьШ.

< і

Работа выполнен;! во Всесоюзном научно-исследовательском институте удобрений л а гр оп о ч в оведен м я мм. Д. И. Пряииш шжова.

Научный руководитель —доктор сельскохозяйственных наук Н. 3. Станков.

Официальные оппоненты — заслуженный деятель наук РСФСР, профессор, доктор биологических наук 3. И. Журбиикий и кандидат биологических паук Л1. С. Ягодина.

Ведущее предприятие — Горьковский сельскохозяйственный институт.

Защита состоится ^5~--в — часов па заседании Совета по присуждению ученых степеней Всесоюзного научю-исследо-

вательского института удобрений л агропочвоведепия пм. Д. Н. Прянишникова.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 125008, Москва, А-8, ул. Прянишникова, 31. ВИУА, ученому секретарю Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИУА.

Автореферат разослан 1977 года.

Ученый секретарь Совета — доктор биологических наук Н, Т^1'1 ловская.

і г*

ы ...г ,э8

І: и ¡''

рО; __ „..ад/аг^О»«.;'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В резолюциях VIII Международного конгресса по минеральным удобрениям говорится, что одно из основных направлений дальнейшего развития науки и практики в области применения минеральных удобрений должно быть сосредоточено на совершенствовании теории минерального питания растений и применения удобрений, исследовании особенностей изменения почвенного плодородия в связи с возрастающим уровнем применения туков.

Минеральным удобрениям, поставка которых сельскому хозяйству страны увеличится к 1980 году в 1,5 раза, принадлежит ведущее место в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Разработка наиболее эффективных систем применения удобрений зависит от достижений агрохимической науки, почвоведения, физиологии растений и, в частности, от знаний природы корневого питания сельскохозяйственных культур. Для обоснования приемов внесения минеральных туков и рационального размещения удобрений в почве по отношению к растению необходимо знать влияние удобрений на формирование и развитие корневой системы.

Удобрения — сильное средство воздействия на плодородие почвы и растения. В выступлениях И. И. Синягина (1976) подчеркивалось, что далеко недостаточно изучены еще вопросы о влиянии удобрений на окружающую среду и мероприятия по устранению нежелательных последствий применения удобрений в высоких дозах. Известно, что в зависимости от складывающихся условий растение может в определенной степени приспосабливаться к изменяющимся факторам среды. Однако приспособительные возможности даже у лучших сортов ограничены (В. Д. Панников, 1966; Б. П. Строганов и др., 1970; А. В. Соколов, J974). Для установления допустимого максимума внесения

í

минеральных удобрений, наряду с другими вопросами, предстоит и выяснить вопрос о том, какова адаптация корней культурных растений к изменяющимся почвенным условиям.

Задачи исследований. В задачу наших исследований входило решение следующих вопросов:

1. Изучить рост, развитие и поглотительную деятельность корневой системы ячменя в зависимости от доз применения удобрений и площади питания на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве.

2. Выяснить роль первичных и вторичных корней в процессах минерального питания ячменя.

3. Определить величину и изменение сосущей силы корней ячменя в условиях применения возрастающих доз минеральных туков.

Место, время и условия проведения исследований. Исследования проводили в течение 1968—1974 гг. в Центральных районах Нечерноземной зоны. С 1968 по 1971 г. эксперименты проводили в Новосельском опытном хозяйстве ВИУА (Сухиничский район Калужской области), в 1971 —1972 гг.— в лаборатории физиологии питания растений ВИУА и в 1973—1974 гг.—на Смоленской опытной станции ВИУА. Почва опытных участков — дерново-подзолистая среднесуглинистая слабоокультуреииая (табл. I), Перед закладкой опыта участки известковали по полной гидролитической кислотности.

Сумма осадков за май — август, определяющая урожай ячменя, в наиболее влажные годы (1969 и 1974) была выше средней многолетней нормы на 66—159 мм, в сухие (1968, 1970 и 1971)—соответственно, ниже средней многолетней на 67— 120 мм, в 1973 г.— была близкой к норме.

Методика исследований. Использованы методы полевого и вегетационного опыта. Изучали в опытах влияние повышенных (возрастающих) доз простых удобрений: аммиачной селитры (М— 34,6%), суперфосфата гранулированного (Р2О5—19,5%), хлористого калия (Кг.О — 57,2%) на рост и поглотительную деятельность корней ячменя. ¡Минеральные туки вносили под предпосевную культивацию. Удобрения применяли при различных площадях питания растений, поэтому опыт размещали методом расщепленных делянок. В опытах испытывали нормы высева ячменя от 3,3 до 7,7 млн. всхожих зерен/га.

Агрохимические показатели почвы определяли по методикам, установленным для дер ново-подзол истых почв: фосфор — по Кирсанову, калий ■— по Масловой, азот нитратный — с использованием днсульфофеиоловой кислоты, рН солевой вытяжки — ло-тенциометрически. Определение равномерности распределения

питательных веществ в почве проводилось путем анализа единичных почвенных проб, взятых в 10 точках метровой площадки после внесения удобрений.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почв» опытных участков

Место Прои«* л с нлл опыта Материнская порода рН солевой вы* тяжки Гндрол, кислотность Р£09 по Кирсанову К,0 по Маслоэой

мг*эка/ДО г ыг/КЮ г м г/100 г

Новосельское покровный 4,3 4,7—5,0 9,4—12,5 13,9—16,6'

опытное хо- суглинок эяЯство ВИУА

Смоленская моренный 4,3—4,5 4,2 2,5—5,5 6,8—11,0

опытная суглинок станция ВИУА

Определение поглотительной деятельности корневой системы ячменя проводили полевыми, вегетационными и лабораторными методами, 'Для получения общего представления о расположении корней в дерново-подзолистой почве использовали траншейный метод Д. Уивера (по Н. 3. Станкову, 1964). Длину корней ячменя определяли по методу Н. II. Саввинова в видоизменении Н. 3. Станкова (1964). Пробы корней из пахотного слоя почвы для количественного учета и химического анализа брали методом почвенного монолита.

Сосущую силу корней ячменя измеряли по методу Н. 3. Станкова и Т. П. Ладониной (1971). Результаты анализов обработали методом вариационной статистики (Е. В. Аринушкина, 1970). Математическую обработку результатов учета урожая проводили по В. Н. Перегудову (1965).

В исследованиях корней применяли морфо-анатомические методы. Размеры коры и проводящих тканей у различных частей корневой системы ячменя определяли с помощью микроскопа с линейным окуляр-микрометром. Одновременно препараты фотографировали способом микросъемки, -

Научная новизна результатов исследований и значение для 1еории и практики. В Центральных районах Нечерноземной зоны на слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах в условиях полевых опытов изучена поглотительная деятельность

корневой системы ячменя б зависимости от доз удобрений и площади литания растений. В результате исследований установлена взаимосвязь между мощностью развития корней ячменя в пахотном слое дерново-подзолистой почвы, способностью корневой системы к поглощению элементов питания и величиной урожая растений.

Установлено, что дозы удобрений N40— воРбО— 12оКда—во> внесенные под предпосевную культивацию, способствуют интенсивному росту и развитию корней ячменя в удобренном слое 0—15 см, увеличению сосущей силы и росту поглотительной деятельности корней.

Вскрыто угнетающее действие на формирование корней и их сосущую силу единовременного внесения под культивацию повышенных доз простых удобрений порядка М16оРшК[бо, тормозящее рост урожаев. Выносится предложение к пересмотру дайной технологии внесения под ячмень высоких доз простых удобрений.

Установлено, что влияние удобрений на поглотительную деятельность корней зависит от площади питания. В работе определена предельная плотность насыщения дерново-подзолистой почвы корнями — около 100 м в 1 куб. дм "почвы, при которой замедляется и прекращается рост корней, особенно при высокой густоте стояния растений. Объем почвы, пронизанный корнями ячменя, резко уменьшается при низкой густоте стояния растений, что ведет к развитию корней сорных растений, уменьшению продуктивности посевной площади и снижению эффективности действия удобрений.

Выяснено значение отдельных частей корневой системы ячменя (первичных и вторичных корней) в процессах поглощения веществ. Показано, что при применении удобрений значительно возрастает роль в питании вторичных корней, развивающихся в фазу кущения — цветения в верхних слоях почвы (0—15 см). Внесением удобре ИНН N40—£0^60—120^40—80 ^ ЭТИ СЛОИ ПОЧВЫ МОЖНО стимулировать рост вторичных корней, развитие которых увеличивает поглощающую поверхность корня и способствует повышению урожая растений.

Впервые обнаружены с помощью микроскопических наблюдений и мнкронзмерений существенные различия в строении коры первичных и вторичных корней ячменя. Показано, что эти различия связаны с условиями существования корней и обусловливают различный характер контактирующей поверхности в системе корни — почва.

Полученные и обоснованные в диссертационной работе данные II предложения производству могут быть использованы при разработке приемов внесения удобрений и установлении допустимого максимума применения минеральных туков.

Выявленные физиологические различия между первичными и вторичными корнями ячменя являются ступенью к раскрытию природы поглощения и могут быть использованы в целях регулирования корневого питания.

При определении оптимальной площади питания растений на дерново-подзолистой почве предлагается учет не только развития надземной массы, но и корневой системы растений, в частности, определение плотности насыщения почвы корнями по методу Н. И. Саввинова в видоизменении Н. 3. Станкова.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены я обсуждены на конференции молодых ученых ВИУА, посвященной 100-летию со дня рождения В, И. Ленина (1970 г.) на конференции, посвященной 40-летию Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова (1972 г.), и на научно-технической конференции ВИУА в 1971 г. Диссертационная работа рассматривалась на заседании научно-технического совета лаборатории физиологии питания растений ВИУА (1973 г.), на иаучно-тех-ническнх совещаниях Новосельского опытного хозяйства ВИУА и Смоленской опытной станции ВИУА (1975 г.).

Публикация. Основные результаты исследований опубликованы в 8 статьях общим объемом 2,07 п. л.

Объем работы. Диссертация написана на русском языке. Она изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы, 19 рисунков и микрофотографий, сделанных через микроскоп, 26 таблиц в приложении и состоит из введения, обзора литературы, пяти глав по экспериментальным исследованиям, выводов и предложений. Список использованной литературы включает 315 наименований, в том числе 40 иностранных.

Содержание работы. В главе по обзору литературы излагаются данные результатов исследований отечественных и зарубежных ученых по вопросам влияния удобрений на свойства почвы, развитие корневой системы и урожай растений.

В первой главе экспериментальной части описаны условия и методика проведения полевых и лабораторных исследований.

Вторая и третья главы содержат результаты изучения влияния минеральных удобрений на агрохимические свойства дерново- подзол истой почвы, процессы корневого питания ячменя и урожай растений.

Таблица 2

Насыщенность почвы корнями ячменя в зависимости от доз удобрений и площади питании растений (длина корней в м на I дм почвы, 1971 год)

Бео удобрений | N4.1 м 1

С.ЮЙ ПОЧВЫ, 1) С1< Число растений к л 1 К 8. И

4!'0 240 130 «0 2-Ю Ш 490 2-10 130

0- 5 6,8 3^5 4,6 88,6 22,5 4,6 4,8 П,3 4,1

5-10 18,3 14,6 6,0 61,4 20,4 15,2 29,1 41,1 6,6

10-15 И,2 28,1 5,0 13,4 6.2 10,4 50,5 60,7 15,3

15—20 28,7 14,8 2,0 3,6 7,4 8,1 22,2 30,3 11,4

20-25 18,9 13,8 4,8 10,4 3,8 3,9 0,7 16,1 15,0

25—30 32,8 8,3 1,4 2,4 2,5 3,6 8,5 7,3 1,1

В четвертой и пятой главах рассмотрено влияние удобрений и площади питания растений на формирование корней, создание урожая и раскрыта физиологическая роль отдельных частей корневой системы в питании ячменя.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЕ ДОЗ УДОБРЕНИИ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ЯЧМЕНЯ

Почвенные разрезы, сделанные нами для изучения" роста и распространения корней ячменя, показали, что корневая система растений на дерново-подзолистой почве сосредоточена в основном в пахотном слое 0—24 см. В нижележащий малоплодородной подзолистый слой проникает незначительное количество корней и лишь отдельные из них уходят на глубину до 1,5 м.

Определение одного из важнейших показателей развития деятельной части корней— общей их длины (протяженности) показало, что и в пахотном слое дер ново-подзол истой почвы без применения удобрений корневая система ячменя развивается слабо, насыщенность корнями верхнего слоя 0—10 см составляет около 10—20 метров на 1 куб. дм почвы, против 60—80 м в почве с''удобрением (табл. 2), Недостаток в почве доступных растениям питательных веществ приводит к слабому развитию корневой системы, незначительному поступлению элементов питания в растение и созданию низкого урожая растений.

Таблица 3

Урожай зерна ячменя (ц/га) в зависимости от доз удобрений и площади питания растений (Новосельское опытное хозяйство)

Без удобрений N60 РеоКзо МщРосКдо

1969 год

Густота стояния растений на 1 кв. м

13,4 24.0

23,3

480

10,6 9,9

11.4

23.5 25,4

373

12,1 14,0

12,6 21,0 22,7

186

8,4 10,1

1971 год

Густота стояния растений на 1 кв. м

490 240 130

Без удобрений 13,2 — 9,5 — 4,8 —

МеоРеоКбо 18,7 5,5 12,4 2,9 7,8 3,0

ЫмР«Кэо 18,3 5,1 13,3 3.8 8,0 3,2

Г^оРг-юК^о 23,8 10,6 18,0 8,5 9,2 4,4

Результаты статистической обработки

1969 г. Для удобрений

Для густоты стояния 1971 г. Для удобрений;

Для густоты стояния

Р = 6,41%; ЗЕ=2Л2 ц/га; Р=6,41%; ЗЕ=Э,78 ц/га. Р=7,94%; ЗЕ=4,18 ц/га; Р=7,94%; ЗЕ = ЗД 1 и/га.

Исследования, проведенные нами, показывают, что функцию поглощения питательных веществ корневая система осуществляет тем успешнее, чем обширнее ее контакт с почвой, чем лучше развита корневая система. Применение удобрений на дерново-подзолистой слабоокультуренной почве способствует интенсивному росту к развитию корневой системы, усилению поступления элементов питания и созданию мощной надземной массы растений. При этом рост и развитие корней активируется в тех слоях почвы, где имеются удобрения. На опытах В Новосельском хозяйстве удобрения В дозе ЫэоРбоКэо вызывали усиленный рост корней ячменя в удобренном слое почвы 0— 10 см (табл,'2). Увеличение поглощающей поверхности корней способствовало росту урожая зерна ячменя на 5—10 и/га (табл. 3). В других опытах на Смоленской опытной станции удобрения в дозах Ы^-воРво-иоК-ю-зо также вызывали увеличение длины корней ячменя в слое почвы 0—5 см с 23 м на контроле— до 50—70 м (табл. 4).

Оценка влияния удобрений на накопление органической массы корней показала, что удобрения в дозах Ы^о-зоРео-тК^о-Бо способствуют накоплению воздушно-сухой массы корней в слое почвы 0—25 см до 10 ц на гектар против 5,7 в варианте без удобрений, что обеспечивает получение надземной массы ячменя 90 ц против 42 ц на контроле без удобрений (табл. 5). При этом коэффициент продуктивности корней увеличивается до 11 против 7 на контроле без удобрений.

Влияние удобрений на рост и развитие корней и надземной массы растений зависит от их дозы. При увеличении доз удобрений до N160Р240К160 (при внесении всей дозы под предпосевную культивацию) рост корней и коэффициент их продуктивности несколько снижаются (табл. 4, 5), На варианте с дозой удобрений ^4оР24оКз<1£ь внесенной в пахотный слой почвы 0—10 см, наблюдалось возрастание насыщенности корнями нижних слоев 10—15 см н 15—20 см (табл. 2). Здесь проявляется отрицательный хемотропизм: корни «переходят» из зоны с высокой концентрацией солей в окружающие слои почвы.

Развит не корневой системы ячменя в зависимости от возрастающих доз удобрений (в м на 1 куб, дм почвы). Смоленская опытная станция В ПУЛ, 1674 год

Варианты опыта

е -а €

я 5 5 а О Я & ^г £ ** * к £ и г 1 >

Рч 2 £ 5 — г

££ Ш а. Я? г г 2 г

0- 5 23.7 46,3 56,3 76,1 50,6 56,8 50,3 37,1 34,8

5—10 20,7 24,8 25,7 22,1 18,5 24,3 20,3 21,7 16,4

10—15 13.9 17,4 20,2 16.0 15,8 15,5 15,3 14,1 10,9

15—20 15,2 15,1 19,4 16,2 20,0 17,0 8,2 13,0 8,4

Таблица 5

Накопление органической массы корней и коэффициент продуктивности корней ячменя в зависимости от возрастающих доз удобрений (Смоленская опытная станция, 1974 год, фаза цветение)

Варианты опитч Вес сырой расти гель-мой массы, И Г.1 Вое возлушно-сухой масса, ц/га Коэффициент продуктивности

надземной корней п сл 'К' 0—25 см надземной корней в слое 0—25 см

Без удобрений 147,5 74.3 42,1 5,7 7,4

N20 РэоКго 259,8 110,7 70,1 7,6 9.2

Г^оРооК«! 327,3 108,9 86,1 9.3 9,3

№»Рэ1>Км 353,9 126.8 88,3 9,6 9.2

Кв0Р 1 ¡оКво 551,5 122.3 90,4 8,1 11,2

КцмРшКн» 486,8 159,8 119,1 11.4 10,4

Ь|2оР|8оК|20 704.7 153,1 125,7 10.8 11,6

^«РгюКно 498,4 121,7 82,2 7,9 10,4

М|й)РлоК16С| 559,7 164,5 101,4 11,0 9,2

Удобрения вносят в пахотный слой, что активизирует рост корней растений и повышает насыщенность корнями пахотного слоя. Нами установлено, что степень насыщения почвы корнями имеет свои пределы. Например, при повышении густоты стояния с 570 до 1120 растений на I кв. м, то есть почти в 2 раза, насыщенность корнями слоя почвы 0—10 см возросла на 29%, с 69 до 89 м на 1 куб. дм почвы. Опыты показали, что, несмотря на завышенную густоту стояния растений, насыщенность почвы корнями составляет около 100 м корней на 1 куб. дм почвы. При увеличении густоты стояния растений сверх оптимальной насыщенность почвы корнями достигает предела, задерживается рост корней, растения угнетаются, урожай снижается.

Отрицательно влияет па урожай ячменя также и значительное увеличение площади питания растений. Хотя при увеличении площади питания заметно возрастают длина корней н урожай зерна на одно растение, но урожай, собираемый с определенной площади, снижается (табл. 6). Так, если каждому растению предоставлять большую площадь, то на 1 га их будет мало, и общий урожай невелик. При этом часть почвы не используется растениями, что способствует развитию корней сорных растений и снижает эффективность использования земли. В 1971 году в варианте ЫооРэоКэо при уменьшении густоты стояния растений с 490 до 240 на 1 кв. м насыщенность корнями слоя почвы 5—10 см снизилась с 61,4 до 20,4 м на 1 куб. дм поч-ьы, а урожай ячменя уменьшился с 18,8 до 13,3 ц/га.

Благоприятные условия для роста корней при использовании удобрений на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве создавались при повышении густоты стояния ячменя до 490 растений на 1 м2, или 5,5—6,0 млн, всхожих зерен/га при средней выживаемости растений 80%. При увеличении площади питания растений не полностью используется прикорневой слой почвы, что снижает валовой урожай зерна (табл. 3),

Таблица 6

Урожай зерна ячменя в зависимости от площади питания и роста корней (в варианте М»РмКео> 1971 год)

Варианты по гтлошали ті та ни я На 1 растение

число растс* инй на і кв. м площадь питания, кв. см іліша корне м в слос почвы 0-30 см урожай зерна, г Насыщенность ггочвы корнями, м/куб. дм в ело« 5-Ю см Урожаї! зерна с гектара, ц/га

490 20,4 12,5 1,4 61,4 18,3

240 41,7 75,3 1,8 20,4 13,3

130 77,0 26,9 3,4 15,2 8,0

Примечание: длина корней определялась в фазу цветения ячменя с учетом числа растений в квадрате взятия проб,

РОЛЬ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ КОРНЕЙ В ПИТАНИИ ЯЧМЕНЯ

На удобренной почве поступление элементов питания в растение усиливается не только из-за увеличения поглощающей поверхности корней, что связано с размерами корней, но и благодаря активному росту и развитию отдельных частей корневой системы, в частности первичных и вторичных корней. .

Наши опыты показали, что физиологическая роль первичных и вторичных корней в питании ячменя зависит от условий роста растений. При прорастании зерна первыми в рост трогаются первичные (зародышевые) корни. В период формирования узла кущения при наличии благоприятных условий начинают развиваться вторичные корни. На неудобренной дерново-подзолистой почве вторичные корни развиваются слабо или остаются недоразвитыми (табл. 7, 8). Отрицательно влияет на образование вторичных корней и иссушение верхнего слоя почвы.

Поэтому на неудобренной почве и в засушливых условиях возрастает значение первичных корней, в формировании урожая. В условиях же хорошей влагообеспеченности и наличия в почве питательных веществ значительная роль в создании более высокого урожая принадлежит вторичным корням.

Показано, что число первичных корней первого порядка у ячменя сорта «винер» составляет 7 и не изменяется при внесении удобрений. В отличие от первичных число вторичных корней 1-го порядка возрастает с увеличением доз удобрений с 14 до 22 при низкой густоте стояния растений и с 7 до 11 при повышенной (табл. 7). Развитие большого числа вторичных корней способствует созданию более мощной надземной массы и урожая растений.

Таблица 7

Количество первичных и вторичных корней 1-го порядка на 1 растение ячменя в зависимости от удобрений и площади питания (1971 год, фаза цветение)

Варианты опыта

Периишше

Вторичные

Густота стояния растений на 1 кв. м 130—490 130 240 490

Без удобрений 7 14 13 7

МюРддКао 7 13 15 10

МиоРмоКи« 7 22 19 11

На сл а боо культу ре иной дерново-подзолистой почве Смоленской опытной станции удобрения в дозе ЫеоР^оКво увеличивали число вторичных корней, на 100 растений ячменя, до 1280, вместо 242 в варианте без удобрений. Это повышало поглощающую поверхность корня, способствовало усилению поглотительной деятельности корневой системы и росту урожая (табл. 8). При удвоении доз удобрений с М80Р|2оК®о до М160Р240К,60 наблюдалось некоторое снижение интенсивности развития вторичных корней, сопровождающееся уменьшением урожая растений.

Действие каждого вида удобрений на рост вторичных корней зависит от наличия других питательных элементов. Фосфорные и калийные удобрения при раздельном внесении увеличивают число вторичных корней незначительно, до 325—613 на 100 растений, против 204 в варианте без удобрений.

Таблица 8

Развитие вторичных корней и биологический урожай ячменя в зависимости от доз удобрений (фага молочной спелости, Смоленская опытная станция)

1073 год 1974 год

Варпанги опыта число вторичных корней все снроК надземной массы, г число ВТО» рПЧНЫХ корней вое сырой надземной массы, г

не 100 растений ма 100 растений

Без удобрений 242 122 202 258

ИвдРцаКм 1280 956 525 568

^«РлоКко 790 750 308 739

При одностороннем действий азота вторичные корни ячменя развиваются интенсивнее, до 854 на 100 растений, и растения создают урожай больший, чем при одностороннем действии калия или фосфора. При совместном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений рост корней и урожай растений резко возрастают.

Для изучения поглотительной деятельности первичных и вторичных корней ячменя мы использовали микроскопические наблюдения и микроизмерения. С помощью многочисленных микросъемок, приводимых нами в диссертации, обнаружено наличие существенных различий в строении коры и проводящих тканей между первичными и вторичными корнями ячменя. Кора, окаймляющая поверхность корня, первой участвует в процессе поглощения. С помощью микроизмерений было установлено, что при неблагоприятных условиях внешней среды слабо защищенная кора первичных корней отмирает, и корень выполняет только проводящую роль,

У вторичных корней обнаружен ряд приспособлений для защиты их от отрицательного воздействия окружающей среды. В частности, в коре вторичных корней, в отличие от первнчных, развивается механическая ткань— многослойная экзодерма, выполняющая не только поглощающую, но и защитную функцию.

Полученные данные позволяют предполагать, что отсутствие падежной механической защиты внешней поверхности первичных корней от действия окружающей среды обусловливает

большую чувствительность их к высоким концентрациям солей, чем вторичных корней,

ИЗМЕНЕНИЕ СОСУЩЕЙ СИЛЫ КОРНЕЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ УДОБРЕНИИ

Внесение больших доз простых минеральных туков радикально изменяет свойства почвы и условия питания растений. Действие их неоднозначно: являясь для растений дополнительным источником азота и зольных элементов, при увеличении доз удобрений возрастает осмотическое влияние солей на растения (Н. 3. Станков и др., 1973).

Проведенные нами опыты показали, что при внесении простых удобрений как вручную (на делянках), так и разбрасывателем РУМ-3 (на хозяйственных посевах) отдельные виды минеральных солей распределяются в почве неравномерно. Неравномерное распределение удобрений указывает на то, что в почве наблюдаются большие перепады концентраций солей, которые усугубляются наличием значительных балластных солей в простых удобрениях. Корни растений вступают в контакт с очагами повышенной концергтрацни солей и поглощают элементы питания. Наши полевые и вегетационные опыты показали, что при внесении удобрений в почву растения, произрастающие па ней, повышают сосущую силу корней.

В полевых опытах в Новосельском опытном хозяйстве установлено (табл. 9), что в фазу цветения ячменя минеральные удобрен ия в дозе ЫэоРеоКво увеличивают сосущую силу у первичных корней с 2,4 до 5,3 атм, а у вторичных — с 3,5 до 7,5. Причиной увеличения сосущей силы корней является увеличение осмотического давления в микрозонах почвенного раствора вокруг удобрительных гранул. Возрастание сосущей силы корней до определенного предела благоприятно влияет на минеральное питание растений и их рост. В засушливых условиях 1970 года удобрения в дозах ЫздРвоКво увеличили сосущую силу корней растений, что сопровождалось прибавкой зерна ячменя в 4 ц/га. При увеличении доз удобрений с ИзоРмКао до МгмРг-гоКгш, или почти в три раза, сосущая сила корней увеличилась незначительно, она не превышала 11 атм. Данные показали, что корни обладают ограниченными возможностями адаптации к высоким дозам удобрений.

В полевых опытах на Смоленской опытной станции также установлено, что при внесении удобрений усиление минерального питания и роста растений сопровождается увеличением сосущей силы корней. Например, при ежегодном (в течение 5 лет)

1а

применении средних доз удобрений порядка ЫеоРтКво наблюдалось увеличение сосущей силы корней ячменя, по сравнению с контролем, на 2,8 атм (табл. 10), которое благоприятно влияло на процессы минерального питания и способствовало интенсивному росту растений (табл. 5).

Таблица 9

Сосущая сила корней ячменя (атм) в полевом опыте (1970)

Цлегение Молочна л спелость

Вирнллты о ли га

первичные вторичные перпичнме вторичные

Без удобрений 2,4 3,5 3,1 3,6

3,6 6.3 3.4 4,5

МмРвоКвд 5,3 7,5 7,7 7,7 ■

При увеличении ДОЗ удобрений ДО 1\Г|60р24аК!60 II внесении в почву всей дозы под предпосевную культивацию проявилось отрицательное действие данного способа внесения удобрений на корневое питание растений и их рост. Отмечалось уменьшение сосущей силы корней по сравнению со средними дозами (табл. 10), сопровождающееся полеганием растений и ухудшением условий формирования урожая зерна. Высокие дозы удобрений Г^боРадК^о, при разовом внесении их под предпосевную культивацию, ие дали существенного прироста урожая, несмотря на удвоение их доз (табл. 5).

Проявление депрессии в росте растений и падение сосущей силы корней указывает на то, что отрицательное действие данного способа внесения высоких доз удобрений обусловлено вызываемым избытком солей повышением осмотического давления ь микрозонах почвенного раствора и связанными с ним затруднениями в поглощении воды и элементов питания. Более детальное изучение этого важного вопроса остается пока задачей будущего.

При испытании действия доз трех видов удобрений—аммиачной селитры, суперфосфата, хлористого калия выяснилось, что из них высоким осмотическим действием на растения обладает хлористый калнй. Сосущая сила первичных корней в варианте К¡20 достигает предельного значения 12,0 атм, а сосущая сила вторичных корней падает до 4,5 атм. Снижение сосушей силы вторичных корней при высокой концентрации хлористого калия в почве может обусловливать «прорыв проницаемости» для ионов калия и выход их наружу, так как большая часть калия в растении находится в клеточном соке и извлекается водой.

Нами установлено, что в засушливом 1973 г. сосущая сила корней ячменя на удобренной почве достигала 10,0 атм, а во влажном 1974 г.— лишь 6,5 атм. Следовательно, в засушливые годы на удобренной почве растения добывают воду из почвенных растворов, имеющих более высокое осмотическое давление.

Таблица 10

Сосущая сила корней ячменя в зависимости от доз удобрений (Смоленская опытная станция ВНУА, 1974 г.)

Варманть) опыта Сосущая сила, атм

куше ii■■ J модочмаи сполосгь

Без удобрений 3.5 3,8

N40 PeoKjo 5,5 4,5

NboPIÍOKÍO аз 5,3

NisoPjsoKia) 5.3 6,5

N 16oPí4oKieO 4,0 4,5

Сравнивая действие различных доз удобрений на урожай ячменя на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве, можно видеть (табл. 3), что удобрения NsoPeoKeo увеличивали урожай зерна до 24 ц/га при урожае на контроле (без удобрений) 13 ц/га. Увеличение доз удобрений в 4 раза (с N6oP6oK<so ДО N2J|0P24gK24o) , при внесении всей дозы под предпосевную культивацию, не давало значительной прибавки зерна — урожаи возрастали лишь в 1,2 раза.

Обобщение результатов многофакторных полевых опытов, проведенное В. Н. Перегудовым (1970), показало, что кривые урожая ячменя в зависимости от возрастающих доз удобрений (максимальная N160P240K160) имеют вид параболы, что связано с неравномерным распределением возрастающих доз простых удобрений.

В многолетних опытах, проведенных нами на Смоленской опытной станции, удвоение доз азотных удобрений с N6o до N120 на фоне РК, при внесении их целиком под предпосевную культивацию, не повышало урожая зерна ячменя (табл. П). Хотя результаты опыта показывали высокую отзывчивость ячменя на азотные удобрения: — так, уменьшение дозы азота с N6o до N3o приводило к снижению урожая зерна на 4 ц/га. Отмеченное явление наблюдалось и на почвах, обогащенных фосфором.

Опыты, проведенные в производственных условиях Новосельского хозяйства, показывают, что невозможно добиться дальнейшего значительного роста урожайности зерновых культур лишь за счет повышения доз удобрений, не изменяя способы их внесения, В первые годы применения удобрений, когда общий

уровень культуры земледелия был невысок и содержание элементов питания в почве находилось в минимуме, увеличение их доз давало положительный эффект. Урожайность зерновых за десятилетие {с 1959 по 1969 год) повысилась в опытном хозяйстве с 5 ц/га до 28 ц/га. В последующие годы значительного роста урожая не было, хотя на поля вносили повышенные дозы минеральных туков, в среднем по 8,5 ц на 1 га.

Таблица И

Урожай зерна ячменя (ц/га) в зависимости от доз удобрений (Смоленская опытная станция)

Варианты опыта 1973 Г0.1, поле 2 гол, поле 3

урожай прибавка у рожа ft ГфііСзгка

Без удобрений 2],5 — 17,2 —

NM 28,6 7,1 21,7 4.5

NjoKco 34,4 12,9 22, J 4.9

NSOPGOKAG 36,5 15,0 ■ 25,0 7,8

37,1 15,6 21,2 4,0

МзоРсоКго 32,0 10,5 21.0 3.8

NaoPeoKgo 38,3 J 6,8 22,0 4.8

NiM-РбоКэо 36,0 14,5 25.0 7,8

Р = 3.1% Р = 7,0%

3E=3,0 ц/га ЗЕ=4,8 ц/га

Примечание: посев ячменя сопровождался рядковым внесением суперфосфата Р]0.

На основании проведенных нами исследований можно заключить, что одной из причин, сдерживающих формирование высокого урожая зерна при внесении повышенных доз простых удобрений, является неравномерное внесение в почву возрастающих количеств минеральных туков, содержащих более половины балласта н проявление при этом депрессии от осмотического действия солей.

выводы

1. Основная масса корней ячменя, возделываемого на дерио-ьо-подзолистой елабоокультуренной почве, сосредоточивается в пахотном слое 0—24 см. В нижележащий малоплодородный подзолистый горизонт проникает незначительное количество корней.

2. В пахотном слое дерново-подзолистой почвы без применения удобрений корневая система ячменя развивается слабо, насыщенность корнями верхнего слоя 0—10 см составляет око-

до 10—20 метров на 1 куб. дм почвы. Слабый рост корней прп недостатке элементов питания приводит к созданию низкого урожая ячменя.

3. Внесение удобрений N00P90K90 стимулирует рост корней ячменя, насыщенность почвы корнями возрастает до 60—80 м на 1 куб. дм почвы при густоте стояния 490 растений иа 1 м5. Наличие в почве питательных веществ и усиление поступления элементов питания в связи с ростом поглощающей поверхности корней обеспечивают прибавку урожая зерна ячменя до 5 центнеров с гектара,

4. Удобрения в дозах N^eoPeo-isoK^o-eo способствуют накоплению воздушно-сухой массы корней в слое почвы 0—25 см до 10 ц на гектар по сравнению с 5,7 ц/га в варианте без удобрений, что обеспечивает получение надземной массы ячменя 90 ц против 42 ц на контроле без удобрений.

5. Опыты с возрастающими дозами удобрений показали, что в условиях конкретной технологии внесения туков существует критическая норма применения удобрений, при превышении которой начинают проявляться физиологические нарушения в процессах роста растений. При внесении простых удобрений вразброс— под культивацию, это норма порядка NSo-100Р1 го-150Kso-юп-При увеличении ДОЗ удобрений ДО N]6oP24oKieo подавляется рост корней ячменя и снижается продуктивность их работы,

6. На удобренной почве увеличение площади питания при уменьшении густоты стояния растений с 4£Ю до 240 на I м2 способствует увеличению длины корней и продуктивности одного растения, но в связи с уменьшением числа растений приводит к снижению общего урожая с посевной площади,

7. Применение удобрений и увеличение густоты стояния растений до определенных размеров благоприятно сказывается ira росте урожая. С увеличением густоты стояния ячменя с 240 до 490 растений на I м2 возрастает насыщенность почвы корнями растений более чем в 3 раза, что повышает эффективность использования засеваемой площади и способствует увеличению урожая ячменя до 5 ц с гектара.

8. Проведенные нами опыты показали, что излишне высокая густота стояния растений при использовании удобрений может вызвать перенасыщение верхнего слоя почвы корнями растений. Предельная плотность насыщения почвы корнями ячменя достигает 100 м в 1 куб. дм почвы пахотного слоя. При этой плотности рост корней замедляется и прекращается, особенно при малой площади питания, что угнетает рост и развитие растений.

3 Заказ КЬ 2734

17

9. Большим резервом в улучшении корневого питания ячменя является регулирование ростом и развитием первичных и вторичных корней. Внесением удобрений К40-80Р60-120К4£>-80 в верхние слои почвы можно стимулировать рост вторичных корней, развитие которых способствует повышению урожая растений.

10. Установлены существенные различия в строении коры первичных и вторичных корней ячменя. Выявлено, что эти различия связаны с условиями существования корней и обусловливают различный характер контактирующей поверхности в системе корни — почва,

11. Минеральные удобрения, внесенные в почву, изменяют условия среды, повышая осмотическое давление в микрозонах почвенного раствора вокруг удобрительных гранул, что ведет к изменению сосущей силы корней. Удобрения в дозе Ыаор12оКйо увеличивают сосущую силу корней ячменя до 10 атм, что способствует улучшению роста и жизнедеятельности растений. Данные полевых опытов показывают, что при определенном максимуме доз удобрений, порядка Г^боРиоК^о. наступает снижение сосущей силы корней, и удобрения не дают прибавки урожая.

12. При разовом внесении всей дозы МкзоРя^оКтбо простых минеральных туков под культивацию проявляется отрицательное действие этого способа внесения удобрений на рост и поглотительную деятельность корней ячменя. При внесении ЭТОЙ ДОЗЫ удобрений в несколько слоев (осенью — под вспашку, весной — локально и в рядки), по-видимому, может ослабить депрессивное действие солей. Применение высококонцентрированных комплексных удобрений с низким балластом и необходимым соотношением N : Р : К также, надо полагать, положительно скажется на жизнедеятельности корневой системы ячменя.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На дер ново-подзол истой слабоокультуренной почве простые удобрения в норме NвoP^2oK8o^ в случае внесения тукод под предпосевную культивацию, обеспечивают благоприятные условия для корневого питания и создания урожая ячменя. Применение высоких норм удобрений порядка Ь^еоР^оК^О при данном способе внесения туков нецелесообразно, так как при этом проявляется депрессивное действие удобрений на урожай ячменя,

2, Основная масса корней ячменя, в том числе узловые (вторичные) , обладающие большой отзывчивостью на удобрення, развиваются в верхней части пахотного слоя 0—15 см. Поэтому кроме поверхностного внесения удобрений необходима заделка части нормы их под зяблевую вспашку.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Содержание элементов питания в почве и рост корней и связи с применением удобрений. Бюллетень ВИУА, выпуск 15, 1972 г.

2. Прямое и косвенное действие минеральных удобрений. Агрохимия, № I, 1973 г, (в соавторстве).

3. Роль первичных и вторичных корней ячменя в поглощении солей из почвы. Сельскохозяйственная биология, № 6, 1973 г.

4. Поглотительная деятельность корневой системы ячменя. Бюллетень ВИУА, № 17, М., 1974 г.

5. Распределение в почве корней и удобрений. Химия в сельском хозяйстве, № 5, 1974 г, (в соавторстве).

6. Потенциальные возможности корней в поглощении удобрений. Бюллетень ВИУА, № 17, М., 1974 г.

7. Высокие урожаи и обеспечение их минеральными удобрениями. Агрохимия, № 3, 1975 г. (в соавторстве).

8. Высокие дозы минеральных удобрений и урожай. Вестник сельскохозяйственной науки, № 8, 1975 г. (в соавторстве).

Тираж 150 экз. Зак. 2734,

Типография им. Смирнова Смоленского облуправления издательств, полиграфии и книжной торговли, г, Смоленск, пр. им. Ю. Гагарина, 2.