Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Литературный обзор 8
1.1 Значение фосфора в жизни растений 8
1.2 Формы фосфора и их доступность для растений 11
1.3 Трансформация фосфора в почве 17
1.4 Фосфатный режим дерново-подзолистых почв 18
1.5 Изменение фосфатного режима почв под действием фосфорных удобрений 23
1.6 Значение калия в жизни растений 26
1.7 Содержание и формы калия в почве, их доступность для растений 28
1.8 Калийный режим дерново-подзолистых почв 31
1.9 Влияние калийных удобрений на доступность элементов из пахотного и подпахотных горизонтов почв 35
1.10 Роль подпахотных горизонтов почв в обеспечении растений фосфором и калием 38
ГЛАВА II Объекты и методы исследования 55
2.1 Характеристика объектов исследования 56
2.1.1 Агрохимические свойства дерново-подзолистых почв 56
2.1.2 Биологические особенности опытных культур
1.1.1 Особенности питания и удобрения ячменя 58
1.1.2 Особенности питания и удобрения овса
2.2 Схемы вегетационного и модельного опытов по изучению доступности растениям фосфора и калия различных горизонтов дерново-подзолистой почвы 66
2.3 Методика, постановка и техника проведения вегетационного и модельного опытов 2010 г 70
2.4 Схемы вегетационных и модельного опытов 2011 г 77
2.5 Методы определения агрохимических показателей почв и растений 79
ГЛАВА III Результаты и обсуждения 81
3.1 Агрохимические показатели дерново-подзолистых почв 81
3.2 Доступность растениям фосфора и калия пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности. Вегетационный опыт № 1 (2010-2011 гг.) 83
3.2.1 Влияние биологических особенностей растений и степени окультуренности дерново-подзолистых почв на урожай биомассы растений .83
3.2.2 Доступность растениям фосфора из пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности. 86
3.2.3 Доступность растениям калия из пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности. 90
3.3 Доступность растениям фосфора и калия пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности. Модельный опыт (2010-2011 гг.) 96
3.3.1 Урожай биомассы растений модельного опыта 96
3.3.2 Хозяйственный вынос и коэффициенты использования растениями модельного опыта фосфора из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности 98
3.3.3 Хозяйственный вынос и коэффициенты использования растениями модельного опыта калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв .102
3.4 Влияние известкования на использование овсом фосфора и калия подпахотных горизонтов дерново-подзолистой почвы. Вегетационный опыт № 2 (2011 г.) 106
3.4.1 Влияние известкования почвы на урожай биомассы овса 106
3.4.2 Влияние известкования на использование овсом фосфора различных горизонтов дерново-подзолистой почвы 108
3.4.3 Влияние известкования на использование овсом калия различных горизонтов дерново-подзолистой почвы 110
Выводы 113
Заключение
- Изменение фосфатного режима почв под действием фосфорных удобрений
- Биологические особенности опытных культур
- Влияние биологических особенностей растений и степени окультуренности дерново-подзолистых почв на урожай биомассы растений
- Хозяйственный вынос и коэффициенты использования растениями модельного опыта калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв
Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение сельскохозяйственных культур необходимым количеством питательных элементов в виде удобрений является одним из обязательных условий получения высоких урожаев. Но в современных экономических условиях, в связи с диспаритетом цен на удобрения, применение их в нашей стране резко сократилось. Это касается как фосфорных, так и калийных удобрений. В результате, баланс фосфора и калия в земледелии страны является отрицательным, с превышением выноса этих элементов урожаями сельскохозяйственных культур над поступлением в почву (Державин Л.М., 1998; Прокошев В.В., 2004; Адрианов С.Н., 2004; Сушеница Б.А., 2006; Кидин В.В., 2014; Шафран С.А., 2015). В сложившихся условиях необходимо учитывать все потенциальные возможности почв в снабжении сельскохозяйственных культур элементами питания. Следует уделять повышенное внимание почвенным ресурсам, которые на сегодняшний день играют решающую роль в обеспечении растений этими элементами. Известно, что существенные запасы элементов питания сосредоточены не только в пахотных, но и в подпахотных горизонтах почв, однако использование их растениями до настоящего времени мало изучено.
Степень разработанности темы. Изучением роли подпахотных горизонтов в обеспечении сельскохозяйственных культур фосфором и калием на протяжении многих лет занимались такие видные ученые, как К.К Гедройц, Д.Н. Прянишников, А.Т. Кирсанов, Б.А. Ганжа, Х.А. Кярблане, А.А. Малеина, Е.А. Бабакишиева, В.В. Кидин, В.И. Кобзаренко, А.С. Башков и другие. Но, оценка почв по обеспеченности растений основными питательными элементами проводится агрохимической службой страны только по их содержанию в пахотном горизонте (0-25 см), не учитывая потенциалы подпахотного слоя. В настоящее время изучение доступности растениям фосфора и калия из различных горизонтов почв актуально и заслуживает внимания ученых.
Цель и задачи. Целью диссертационного исследования являлось изучение доступности растениям ячменя и овса фосфора и калия подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв.
Ставили следующие задачи исследования:
-
Определить агрохимические показатели различных горизонтов дерново-подзолистых почв, используемых в опытах.
-
Выявить влияние фосфора и калия подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв на продуктивность ячменя и овса.
-
Определить влияние известкования, степени окультуренности почвы и биологических особенностей культур на содержание фосфора и калия в урожае ячменя и овса.
-
Определить хозяйственный вынос фосфора и калия урожаями опытных культур из пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв.
5. Определить коэффициенты использования фосфора и калия
опытными культурами из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв.
Научная новизна. Установлены размеры потребления ячменем и овсом фосфора и калия из различных горизонтов (пахотного и подпахотных) дерново-подзолистых почв. Полученные результаты могут быть в дальнейшем учтены при разработке системы удобрений этих культур.
Теоретическая и практическая значимость работы. В настоящее время почвенная диагностика минерального питания сельскохозяйственных культур проводится без дифференциации доступности элементов питания из разных горизонтов почвы. Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что превращение соединений фосфора и калия в подпахотных горизонтах имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при разработке способов рационального применения удобрений с учетом биологических особенностей культур, степени окультуренности дерново-подзолистых почв.
Методология и методы диссертационного исследования. Результаты получены на основании вегетационного метода исследования и общепринятых лабораторных методик агрохимического анализа почв и растений.
Положения, выносимые на защиту:
-
Установлены размеры выноса ячменем и овсом фосфора и калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности.
-
Определены коэффициенты использования фосфора и калия из пахотных и подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв при возделывании ячменя и овса.
-
Рекомендована методика и техника проведения модельного опыта по изучению доступности растениям фосфора и калия из подпахотных горизонтов почв.
-
Определены факторы, влияющие на доступность растениям фосфора, калия подпахотных горизонтов: биологические особенности опытных культур, степень окультуренности почвы, известкование почв.
Степень достоверности. Степень достоверности результатов
проведенных исследований подтверждается детальной проработкой
литературных источников отечественных и зарубежных авторов по теме диссертации, постановкой вегетационных опытов, обоснованным выбором необходимого количества повторностей при планировании экспериментов, применением современных инструментальных методов анализа, публикацией основных положений диссертации. Для математической обработки результатов исследований использованы прикладные компьютерные программы Microsoft Excel 2010 и Statistica 6.0.
Апробация результатов исследования. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД факультета почвоведения, агрохимии и экологии РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева (2009, 2010, 2011, 2012, 2015). Также результаты исследований представлялись на
Всероссийской научной конференции: XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (Санкт-Петербург, 2011 г.) и Международной научной конференции: 45-ая Международная научная конференция молодых ученых и специалистов "Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур" (Москва, 2011 г.).
Публикации. По результатам диссертационных исследований
опубликовано 5 работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов кандидатских диссертаций (Кобзаренко В.И. и др., 2011; Бельдяева К.Ю., 2011; Бельдяева К.Ю., 2011; Кидин В.В. и др., 2015; Бельдяева К.Ю., 2015).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов экспериментов и их оценки, выводов, заключения, списка литературы, приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 7 рисунков, приложения (13 таблиц и 5 рисунков). Список литературы включает 199 источников, в том числе 16 на иностранном языке.
Изменение фосфатного режима почв под действием фосфорных удобрений
Валовое (общее) содержание фосфатов в почве является показателем характеризующим уровень потенциального плодородия почв, и в значительной мере определяется минералогическим составом почв и содержанием в них гумуса, чем легче почва и чем меньше в ней гумуса, тем меньше в ней и фосфорной кислоты. А.Л. Иванов (1991) приводит следующие данные по содержанию валовых запасов фосфора: 0,05-0,15 % в дерново-подзолистых почвах; 0,10-0,20 % в серых лесных; 0,15-0,30 % в черноземах; 0,10-0,20 % от сухой массы в каштановых почвах. Однако высокие показатели общих запасов фосфора в почве далеко не всегда свидетельствуют о его высокой доступности растениями. Им доступны преимущественно подвижные формы фосфатов. Поэтому в традиционном агрохимическом обследовании почв определяются только подвижные соединения фосфора, то есть эффективное плодородие почв. В обобщенных данных Географической сети ВНИИА по содержанию подвижного фосфора в дерново-подзолистых, серых лесных, черноземах выщелоченных, типичных, обыкновенных, карбонатных и южных, каштановых почвах наблюдается прямая зависимость содержания подвижного фосфора в почве и урожайности зерновых культур. На всех этих почвах изменение степени обеспеченности P2O5 от низкого до высокого уровня способствовали увеличению урожайности зерновых культур (озимой пшеницы, яровой пшеницы, ярового ячменя) практически в 2 раза (Сдобникова О.В., 1985; Шафран С.А., 2015).
Несмотря на приведенные данные, ученые все чаще склоняются к мнению, что для объективной оценки фосфатного уровня почв целесообразно учитывать созданные запасы менее подвижных форм, которые могут использовать сельскохозяйственные культуры в перспективе (Афанасьев Р.А. и др., № 2, 2013). Таким образом, создание оптимального фосфатного уровня и направленного регулирования фосфатного режима дерново-подзолистых почв требует знания всех форм фосфорных соединений, содержащихся в почве. А также изучения степени их доступности растениям, и представление о том какие изменения претерпевают внесенные в почву фосфорные удобрения (Соколов А.В., 1976; Кулаковская Т.Н. и др., 1978, 1990; Касицкий Ю.И. и др., 1980, 1985; Кирпичников Н.А., 1989; Никитишен В.И. и др., 2000).
Почвенный фосфор можно разделить на четыре группы: 1) фосфор, присутствующий в виде ионов в почвенном растворе; 2) фосфор органического вещества почвы; 3) фосфор, адсорбированный на поверхности неорганических компонентов почвы; 4) фосфор, входящий в состав аморфных и кристаллических минералов (Барбер С.А., 1988).
Органические соединения служат важным резервом в снабжении сельскохозяйственных культур фосфором. Содержание органофосфатов зависит от количества гумуса, условий увлажнения, гранулометрического состава, степени мелиоративного воздействия, интенсивности биологической деятельности высших и низших организмов (Войтович Н.В., 1997, Седых В.А. и др., 2011). В почве существует две различные по природе группы органических соединений фосфора: продукты биологического синтеза и продукты гумусообразования (Гинзбург К.Е., 1981). На долю органофосфатов приходится от 10-40% всех запасов фосфора почвы (Фокин А.Д., 1975, 1996; Baker R.T., 1977; Kowalenko C.G., 1978). В основном органофосфаты почв входят в состав фульвокислот – гумусовых веществ специфической природы (Орлов Д.С., 1985). Около 1 % органических соединений фосфора в почве представлено в виде фосфолипидов, 3 % инозитолфосфатами и нуклеиновыми кислотами, кроме того идентифицированы фосфопротеины, сахарофосфаты, фитин и фосфолирированные карбоновые кислоты (Безуглая Ю.М., 1969; Гинзбург К.Е. и др., 1976).
Ф.Х. Хазиев (1976) считает, что доступность растениям почвенных органических фосфатов определяется условиями их минерализации и зависит от биологической активности почвы. Известно, что различные бактерии, актиномицеты и грибы способны растворять минеральные формы фосфорных соединений в почве. Такая способность микроорганизмов связана с выработкой кислот, или же с продуцированием ферментов (фосфатаз).
Благодаря деятельности почвенной биоты, образующей симбиотические ассоциации с высшими растениями, улучшается фосфорное питание растений в особенности, если в почве недостаточно доступного фосфора (Никитишен В.И. и др., 2007). Ряд исследователей занимается изучением путей химического воздействия на почву минеральными и органическими кислотами с целью мобилизации труднодоступных фосфатов (Сушеница Б.А., 2009). Особое внимание уделяется культурам эндомикоризных грибов. Установлено положительное влияние этих грибов на урожай овса, ячменя, сои и вики и поступление фосфора в растения. Исследования микробиологической трансформации фосфора в почве, разработка новых бактериальных препаратов, способных переводить сложные фосфорорганические соединения в доступные для растений формы, является одним из актуальных направлении в агрохимии фосфора (Сычев В.Г. и др., 2009; Емнова Е.Е. и др., 2014).
Следует помнить, что с деятельностью микроорганизмов связано не только растворение и минерализация соединений фосфора, но и обратный процесс – биологическое закрепление фосфора в почве (Елешев Р.Е., 1984).
Качественно новый этап в изучении фосфатов почвы связан с появлением методов их разделения. (Гинзбург К.Е. и др., 1971; Chang S.C., Jackson M.L., 1957). Методы разделения фосфора на фракции позволили выявить, что превращение фосфора в почве зависит от типа почв и особенностей почвообразовательных процессов (Шконде Э.И., 1960; Кудеярова А.Ю. и др., 1982; Ефимов В.Н., 1986).
Минеральные формы фосфора в почвах представлены вторичными соединениями фосфора в виде солей кальция, магния, железа, алюминия, а также остатками первичных минералов (такими, как апатиты, фосфориты, варисциты, вивианиты) (Кудеярова А.Ю., 1981; Коротков А.А. и др., 1983). Фосфаты полуторных окислов преобладают в кислых почвах, таких как дерново-подзолистые, а фосфаты кальция в нейтральных и щелочных почвах (Альтшулер З.С., 1977; Ebert K., Schneider E.P., 1971). Встречающиеся в почве соли ортофосфорной кислоты и одновалентных катионов (NH4+, Na+, K+) и однозамещенные соли двухвалентных катионов [Са(H2PO4)2 и Mg(H2PO4)2] растворимы в воде и хорошо усваиваются растениями, но концентрация их в почвенном растворе незначительна. Двузамещенные соли двухвалентных катионов нерастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах. Таким образом, растения способны извлекать фосфор из этих соединений с помощью кислых корневых выделений, образующихся в процессе жизнедеятельности растений. То есть они также являются хорошими источниками фосфора (Державин Л.М., 1992). Большая же часть минеральных соединений фосфора в почвах представлена слаборастворимыми соединениями: трехзамещенными фосфатами двух- и трехвалентных катионов. В связи с этим, доступность их растениям определяется, прежде всего, их способностью переходить в почвенный раствор (Чумаченко И.Н., 2003; Орлов Д.С. и др., 2005). Перераспределение фосфатов из твердой фазы в почвенный раствор и наоборот – это динамично изменяющийся процесс, зависящий от таких факторов, как: остаточное количество фосфора удобрений; емкость поглощения почв в отношении фосфат-ионов; запас природных фосфатов в почве; условия трансформации фосфатов (температура, влажность и т.д.); активность корневой системы растений (Сушеница Б.А., 2007).
Биологические особенности опытных культур
Яровой ячмень – важнейшая продовольственная и зернофуражная культура многоцелевого использования. Это типичный самоопылитель, цветение и оплодотворение которого часто происходит до выколашивания. Он хорошо кустится, особенно на высоком фоне плодородия, давая до 3-4 стеблей на растение. Стебель – соломина, полая, достигающая 130-135 см в высоту. Корневая система ячменя мочковатая. Первичных корней у ячменя бывает от 5 до 8 и растут они быстрее, чем у пшеницы или овса. Однако общая их длина и поглотительная способность уступает таким культурам, как овес и пшеница. Поэтому ячмень больше других зерновых нуждается в легко доступных элементах питания (Коданев И.М., 1964; Бахтеев Ф.Х., 1995).
По мнению ряда авторов при возделывании ячменя необходимо высевать его в ранние сроки, так при поздних сроках посева в результате воздействия высоких температур у растений ячменя образуется менее развитая корневая система, так как во время кущения обычно недостает влаги для развития узловых корней. Что приводит к снижению урожайности растений ячменя (Борисоник З.Б., 1974). При посеве в поздние сроки Ячмень самая скороспелая культура, он созревает раньше других яровых культур, является хорошей покровной культурой для многолетних трав. Продолжительность вегетационного периода составляет 80-100 дней. Относится к растениям длинного дня.
Требования к температуре воздуха. Яровой ячмень – культура умеренных температур. Семена ячменя начинают прорастать и при температуре 1-2С, поэтому их можно высевать ранней весной. Однако при температуре 5-10С всходы появляются медленно, на 14-18-й день. Более дружно всходы ячменя прорастают при температуре воздуха 14-18С. Всходы переносят заморозки до -4С. В период выхода в трубку – колошения наиболее благоприятна среднесуточная температура 20-22С, созревания – 23-24С. Короткий вегетационный период и невысокая требовательность к теплу растений ячменя способствует тому, что его возделывают в самых северных и высокогорных районах земледелия. Для полного развития растениям ячменя необходима сумма активных температур для скороспелых сортов – 1000-1500С и для позднеспелых – 1800-2000С. Ускоренный темп развития делает эту зерновую культуру ценной и для засушливых южных районов.
Требования к влаге. В степных районах юга нашей страны ячмень дает более высокие урожаи, по сравнению с овсом, что объясняется экономным расходом влаги на образование единицы сухого вещества. Среди хлебных злаков ячмень является самой засухоустойчивой культурой (Верниченко И.В. и др., 2015).
Для прорастания зерна ячменя требуется воды от 48 до 70 % от веса сухих семян. За весь период вегетации на 1 га посева ячменя необходимо примерно 1,8-2,0 тыс. т. воды, а для пшеницы и овса 2,6-2,7 тыс. т. Наибольшее количество воды растениями ячменя потребляется в периоды выхода в трубку и колошения. Образованию и росту вторичной корневой системы способствует повышенная влажность и умеренная температура. Вместе с тем, ячмень чувствителен к избыточному увлажнению.
Требования к почве. Общая протяженность корневой системы ячменя может достигать 25 м. Длина и масса корней у растений ячменя практически в 2 раза меньше, чем длина корней овса. Таким образом, корневая система ячменя относительно слаборазвита и обладает низкой усваивающей способностью. Поэтому ячмень предъявляют повышенные требования к уровню почвенного плодородия. Яровой ячмень возделывают на различных почвах, однако он плохо растет на кислых почвах. Особенно страдают от повышенной кислотности молодые растения, у которых под действием повышенной кислотности происходит задержка в развитии, кончики листьев желтеют вследствие нарушения процесса синтеза органических веществ и образования хлорофилла. Лучшими для растений ячменя являются плодородные структурные почвы с нейтральной реакцией (рН сол. 6,5-7,5). Кислые заболоченные, а также песчаные и солонцеватые почвы без соответствующего улучшения для ячменя непригодны (Смеян Н.И и др., 1989; Коренев Г.В. и др., 1990).
Особенности поглощения питательных веществ. Растения ячменя характеризуются коротким вегетационным периодом и особенностями потребления питательных элементов из почвы, по сравнению с другими зерновыми культурами. Наиболее активное поглощение элементов питания приходится на период кущения и выхода в трубку до колошения. К периоду выхода в трубку ячмень усваивает около 2/3 количества калия, потребляемого за весь вегетационный период, до 46 % фосфора, и существенное количество азота. Ко времени начала цветения данная культура практически заканчивает поглощение каких-либо питательных веществ (Беляков И.И., 1990; Бахтеев Ф.Х., 1995). На формирование 1 т зерна и соответствующего количества побочной продукции ячмень потребляет примерно такое же количество элементов питания, как и другие зерновые культуры: 25-30 кг N, 10-12 кг P2О5 и 20-25 кг К2О (Белоусов В.П. и др., 1979; Кидин В.В., 2009).
Удобрения. Ячмень хорошо отзывается на внесение органических и минеральных удобрений, весьма отзывчив на известкование. Он нуждается в азоте больше всего в период от начала кущения до выхода в трубку. Недостаток азота приводит не только к снижению урожая, но и нарушению образования генеративных органов. Фосфор необходим растениям ячменя в течение всего периода жизни. Наибольшее количество калия ячмень потребляет в начальный период своего роста и развития. Калийные удобрения под ячмень в большинстве случаев эффективны только в случае одновременного внесения с фосфорными и азотными удобрениями (Неттевич Э.Д. и др., 1980).
Использованный в наших опытах ячмень сорта Михайловский был выведен в Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева (Коновалов Ю.Б. и др., 1998). Включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Данный сорт двурядного ярового ячменя рекомендован к возделыванию в Северо-Западном, Волго-Вятском, Центральном и Уральском регионах страны.
Разновидность nutans. Куст прямостоячий. Ячмень этого сорта среднерослый, высота растения составляет 70-90 см. Стебель растения толщины и прочности средней. В период кущения у листьев наблюдается слабый восковой налет, опушены они короткими, редкими волосками. Колос средней длины 6-8 см, цилиндрический, рыхлый, с восковым налетом. Имеются ости. Они длиннее колоса, зазубренные, параллельные колосу. Колосковая чешуя с остью среднего размера длиннее зерновки. Зерно очень крупное, соломенно-желтой окраски, ромбическое. Масса 1000 зерен составляет от 35 до 48 г. Сорт отличается сравнительно высокой и относительно стабильной урожайностью. Средняя урожайность в регионах допуска составляет около 34,2 ц/га, на уровне стандартов. Максимальная урожайность равнялась 73,4 ц/га и была получена в Центральном регионе. Сорт среднеспелый, вегетационный период от 72 до 92 дня. Восприимчивость к болезням: к мучнистой росе, темно-бурой пятнистости, стеблевой ржавчине и к пыльной головне средневосприимчив. Устойчивость к засухе и полеганию средняя. Зерно обладает высокими технологическими качествами. Данный сорт входит в списки пивоваренных и ценных по качеству сортов ячменя по Российской Федерации (Бикбатыров Ф.Е., 2007).
Влияние биологических особенностей растений и степени окультуренности дерново-подзолистых почв на урожай биомассы растений
После подготовки почвы, когда она была просеяна, и в ней были определены влажность, влагоемкость, агрохимические показатели, подготовлены сосуды, навески удобрений, приступили к набивке сосудов.
Оптимальной влажностью почвы для набивки сосудов считается 40 -50 % от полной влагоемкости.
Набивка сосудов проводилась согласно набивочной ведомости. В ней указывалась тема опыта, название, дата закладки, культура, влажность и навеска почвы в сосуде, номер сосудов по каждому варианту схемы опыта и соответствующие ими количества растворов удобрений.
К навеске почвы в соответствии со схемой опыта добавлялись удобрения/питательная смесь и тщательно перемешивались. Первые части почвы в сосуде помещались более плотно, последующие равномерно уплотнялись слой за слоем по всему диаметру и высоте сосуда, в особенности у стенок сосуда. Уровень почвы в сосуде оставался ниже края на 2 см. Сосуды набивались, начиная с вариантов без удобрений, одним человеком, в связи с тем, что уплотнение во всех сосудах должно было быть одинаковым. Подготовка семян и посевов. Посев семян проводился на следующий день после набивки. Посев производили пророщенными семенами. Перед посевом стеклянной палочкой с пробкой делали лунки на глубину 1 – 2 см с помощью шаблона, обеспечивающего равномерное распределение семян по поверхности сосуда. Семена отбирали пинцетом и укладывали в лунки, при этом отбирались семена с одинаковой длиной корней. В каждый сосуд с ячменем было посеяно по 30, в каждый сосуд с овсом по 20 пророщенных семян.
Уход, уборка и учёт урожая. После появления всходов, когда растения достаточно развились (начало кущения), когда миновала опасность их гибели, производили прореживание во всех сосудах опыта, оставляя наиболее выровненные, близкие по развитию растения, и удаляя как отставшие, так и сильные растения, по возможности, сохраняя равномерное распределение растений на поверхности сосуда. В каждом сосуде оставляли строго одинаковое число растений: по 20 растений в сосудах с ячменем и 15 растений в сосудах с овсом. Удаляемые растения выдергивали с корнями и помещали в пронумерованные в соответствие с сосудами пакеты и взвешивали.
Сосуды поливали до пролива. Воду из поддона сливали обратно в сосуд, чтобы устранить потери питательных элементов. Полив проводили ежедневно один раз в день в вечернее время. При достижении высоты растений 40 см в сосуды были поставлены колышки с кольцами и проведена подвязка растений, чтобы предохранить их от полегания и поломок.
В период вегетации растений проводились биометрические и фенологические наблюдения. В журнале фиксировали число и месяц наступления фенологических фаз: начало всходов, полные всходы, появление 2-го листа, появление 3-го листа, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, молочная спелость. В фазу выхода в трубку проводили подкормку аммиачной селитрой 0,05 г д.в. N на 1 кг почвы.
За несколько дней до уборки полив растений был прекращен. Следует отметить, что летом 2010 г. в г. Москве наблюдались высокие среднемесячные температуры (таблица 2.8). Таблица 2.8 – Средняя декадная температура воздуха (С) и суммы осадков (мм) за 2010-2011 гг. (по наблюдениям Метеорологической обсерватории имени В.А. Михельсона, РГАУ-МСХА)
Среднемесячные данные по температуре воздуха (климатические нормы), вычисленные за период 1961-1990 гг. по наблюдениям Метеорологической обсерватории имени В.А. Михельсона РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, составляют за июнь – 16,8 С, за июль - 18,3 С, за август - 16,6 С. В 2010 и 2011 гг. температура воздуха значительно превышала климатические нормы.
В связи с этим в г. Москве сложилась неблагоприятная климатическая обстановка, долгое время не было дождей, горели торфяники. Что негативно сказалось на развитии растений в наших опытах, в особенности это касается растений овса.
Растения убирали в начальную стадию молочной спелости. Укладывали растения в пакеты с указанием номера сосуда, высушивали до постоянной массы при 60С, затем взвешивали, все результаты записывали в журнал и сохранили массу растений для анализов. Растения размалывали в воздушно-сухом состоянии. В высушенных и размолотых растительных образцах определяли фосфор и калий. 2.4 Схемы вегетационных и модельного опытов 2011 г.
В мае 2011 г. были заложены вегетационный опыт № 1 и модельный по изучению доступности растениям овса фосфора и калия различных горизонтов дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы. Объектами исследования вегетационного и модельного опытов 2011 г. являлись различные горизонты дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы (ДП-2) и опытная культура – овес сорта Привет. Схемы опытов, техника закладки, методика наблюдения за растениями опытов 2010 и 2011 гг. были идентичны и соответствовали требованиям вегетационного метода.
Также был заложен вегетационный опыт № 2 по изучению влияния известкования на использование овсом фосфора и калия подпахотных горизонтов дерново-подзолистой почвы. В данном опыте использовалась дерново-подзолистая слабоокультуренная почва 2010 г. 2-го года использования. Схема вегетационного опыта № 2 представлена в таблице 2.9. Сосуды набивали почвенными горизонтами Апах или А1А2, или В согласно схеме опыта (по 5,5 кг почвы в каждом сосуде). Известь вносили из расчета 1,5 г.к. в виде жженой извести (СаО). В почву вносили удобрения из расчета 0,1 г д.в. N, 0,1 г д.в. P2O5, 0,1 г д.в. K2O на 1 кг почвы: аммиачная селитра (раствор), хлористый калий (раствор), простой гранулированный суперфосфат – в гранулах. Таблица 2.9 – Схема вегетационного опыта № 2 по изучению влияния известкования на доступность растениям овса фосфора и калия подпахотных горизонтов дерново-подзолистой почвы (2011 г.)
Постановка опытов, техника закладки, методика наблюдения за растениями опытов, уборка и учёт урожая культур 2010 и 2011 гг. были идентичны и соответствовали требованиям вегетационного метода. 2.5 Методы определения агрохимических показателей почв и растений
Определение органического вещества исследуемых почв. Определение гумуса проводили в соответствие с ГОСТом 26213-91 Определение органического вещества (гумуса) по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. Метод основан на окислении органического вещества двухромовокислым калием в концентрированной серной кислоте с последующим определением трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества в почве, на фотоэлектроколориметре КФК-2.
Определение кислотности почвы. Определение реакции среды почвы проводили потенциометрическим методом. Обменные катионы извлекали из почвы 1 М раствором хлористого калия при соотношение почвы и раствора 1:2,5. Измерения рН проводились на потенциометре с использованием электрода с точностью не ниже 0,1 единицы рН.
Определение суммы поглощенных оснований. Сумму обменных оснований определяли по методу Л. Каппена – Н. Гильковица. Навеска почвы обрабатывалась 0,1 М раствором соляной кислоты при соотношении почвы и раствора 1:5. Определенная часть кислоты расходуется на вытеснение поглощенных оснований, оставшуюся часть оттитровывают 0,1 М раствором гидроксида натрия. По окончании титрования проводят соответствующие расчеты.
Хозяйственный вынос и коэффициенты использования растениями модельного опыта калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв
Хозяйственный вынос овсом калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы в условиях модельного опыта составил: из горизонта А1А2 равен 90 мг/сосуд, горизонта В – 83 мг/сосуд. Потребление овсом калия из подпахотных горизонтов среднеокультуренной и слабоокультуренной дерново-подзолистых почв было практически одинаковым. Сравним коэффициенты использования растениями калия подпахотных горизонтов вегетационных опытов № 1 и модельных (рисунок 5). В модельном опыте при расчете коэффициентов использования растениями калия из подпахотных горизонтов из общего выноса варианта исключали стартовую дозу калия, внесенную в песок, которая составляла в вариантах с подпочвой – 33 мг/сосуд (11 мг/кг на 3 кг песка).
Отчетливо видно, что коэффициенты использования калия из подпахотных горизонтов значительно в 1,5 – 2 раза возросли в модельном опыте по сравнению с вегетационным опытом № 1. Причем не только овес, но и ячмень в модельном опыте активно использовали калий из этих горизонтов.
Таким образом, внесение калия в стартовой дозе и смоделированный пахотный горизонт в виде песка с питательной смесью оказали положительное влияние на развитие растений. Полученные результаты модельного опыта по доступности растениям калия из подпахотных горизонтов дерново-подзолистой почвы, по всей вероятности, в большей степени приближены к фактической доступности этих элементов в естественных, полевых условиях, чем данные полученные в вегетационном опыте № 1.
В таблице 3.11 и в приложении таблице А.11 представлены результаты вегетационного опыта, в котором изучали влияние известкования дерново-подзолистой почвы на урожай овса. Известкование проводилось во всех слоях почвенного профиля с учетом вариантов с внесением полного минерального удобрения (NPK) и без внесения фосфора и калия. При оценке урожайности данных полученных без известкования и на фоне извести выявлены следующие закономерности.
Установлено, что прибавку урожая обеспечило внесение полного минерального удобрения, как на неизвесткованных почвах, так и при внесении извести во всех горизонтах почвы. Причем общая масса урожая в этих вариантах была практически одинаковой и не зависела от глубины горизонта. Исключение калия из питания растений не приводило к снижению урожая зеленой массы овса, как на вариантах без известкования, так и на фоне извести. На вариантах без внесения фосфора на кислой почве отмечается заметное снижение продуктивности зеленой массы овса, особенно в иллювиальном горизонте В почти в 1,5 раза.
Известкование дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы привело к существенному повышению урожайности овса по фону NK. В пахотном горизонте урожайность овса по этому фону возросла с 7,7 г/сосуд до 10,7 г/сосуд; в горизонте А1А2 с 7,0 до 10,4 г/сосуд; в горизонте В с 4,8 до 10,9 г/сосуд. Причем существенных различий урожайности овса по фону NK между известкованными пахотным и подпахотными горизонтами не наблюдалось.
Доказано, что при внесении извести как в пахотный, так и в подпахотные горизонты повышается доступность растениям овса соединений фосфора из дерново-подзолистой почвы, усиливается мобилизация фосфатов в особенности из подпахотных горизонтов и улучшается питание растений фосфором.
Следует отметить, что хотя прибавка урожая по фону NK была значительна на известкованной почве по сравнению с вариантом без внесения извести, но она не превышала урожайности по фону NPK. Это подтверждает литературные данные о том, что прибавка урожая от извести и минеральных удобрений при совместном их внесении значительно выше суммы прибавок от раздельного использования этих удобрений.
Содержание фосфора в зеленой массе овса, произраставшем на неизвесткованной дерново-подзолистой слабоокультуренной почве 2-го года использования, изменялось в пределах от 0,29 до 0,53 % (рисунок 6 и Приложение таблица А.12). Рисунок 6 – Содержание фосфора (%) в зеленой массе овса. Вегетационный опыт № 2
Наибольшее содержание фосфора в биомассе овса, произраставшем на неизвесткованной почве, было отмечено на пахотном горизонте варианта NPK – 0,53 %. В горизонте А1А2 варианта NPK происходило существенное снижение содержания фосфора в зеленой массе овса на 0,09 % по сравнению с пахотным горизонтом и составило 0,44 %. В горизонте В варианта NPK содержание фосфора в биомассе овса было равно 0,39 %. Существенное снижение содержания фосфора в растениях наблюдалось в вариантах NK без внесения фосфорных удобрений: в горизонтах Апах и А1А2 составило 0,37 %, в горизонте В – 0,29 %.
Содержание фосфора в биомассе овса на известкованной почве изменялось в пределах 0,27-0,65 % (Приложение таблица А.13). Наибольшее содержание отмечено в пахотном горизонте варианта NPK – 0,65 %. В горизонте А1А2 варианта NPK было равно 0,60 %, горизонта В этого же варианта – 0,46 %. Существенно снизилось содержание фосфора в биомассе овса по фону NK: в пахотном горизонте – 0,31 %, А1А2 – 0,27 %, В – 0,32 %.
Таким образом, доступность фосфора выше при возделывании овса на пахотном и подпахотных горизонтах известкованной дерново-подзолистой почвы, чем из неизвесткованной.
Хозяйственный вынос овсом фосфора из дерново-подзолистой слабоокультуренной неизвесткованной почвы 2-го года использования по фону NK колебался в пределах 14 – 29 мг/сосуд (таблица 3.12).
Таблица 3.12 – Хозяйственный вынос и коэффициенты использования овсом фосфора из различных горизонтов дерново-подзолистой почвы. Вегетационный опыт № Почва ДП-12-й годиспользования(горизонт) СодержаниеP2O5 вбиомассерастений, % Урожай, г/сосуд ВыносP2O5,мг/сосуд Вынос P2O5, мг/кг СодержаниеподвижногоP2O5 в почве,мг/кг КоэффициентиспользованияP2O5 из почвы,%
Наибольшее потребление фосфора растениями из неизвесткованной дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы отмечено из пахотного горизонта и составило 29 мг/сосуд. Вынос овсом фосфора из горизонта А1А2 был на 3 мг/сосуд ниже, чем из пахотного горизонта, и равен 26 мг/сосуд. Потребление фосфора из горизонта В неизвесткованной почвы ниже практически в 2 раза по сравнению с пахотным горизонтом и равен 14 мг/сосуд. Коэффициенты использования овсом фосфора из неизвесткованной дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы были равны: из пахотного горизонта – 10 %, из горизонта А1А2 – 11 %, из горизонта В – 6 %.
Наибольший хозяйственный вынос овсом фосфора из известкованной дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы 2-го года использования был отмечен из пахотного горизонта – 33 мг/сосуд и из горизонта В – 35 мг/сосуд. Вынос фосфора растениями из подпахотного горизонта А1А2 был равен 28 мг/сосуд. Таким образом, внесение извести привело к увеличению доступности и усвояемости, не только подвижных, но и труднорастворимых фосфатов почвы, в особенности это касается подпахотного горизонта В, вынос фосфора из этого горизонта по сравнению с неизвесткованной почвой увеличился практически в 2,5 раза.
Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что внесение извести может усиливать усвояемость фосфатов не только пахотного горизонта, но и подпахотных горизонтов дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы.