Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы микроэлементов в агрохимии 11
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 39
2.1 Характеристика природных условий Омского Прииртышья 39
2.2 Методика проведения исследований 46
Глава 3. Оценка фонда прочносвязанных форм микроэлементов в почвах агроценозов 60
Глава 4. Оценка фонда подвижных форм микроэлементов и закономерности их содержания в почвах 87
Глава 5. Особенности поглощения микроэлементов растениями агроценозов 168
5.1 Содержание микроэлементов в растениях разных почвенно-климатических зон 169
5.2 Биологическое поглощение и оценка потенциала поступления микроэлементов в растения 196
Глава 6. Влияние бора на продуктивность растений в агроценозах Омского Прииртышья 221
6.1 Влияние высокого содержания бора в почве на поступление его в растения и их продуктивность 222
6.2 Бор в системе «почва-растения» при мелиорации солонцов гипсом и фосфогипсом 250
Глава 7. Оценка потребности растений в микроэлементах 274
7.1 Оценка содержания подвижных форм микроэлементов в почвах и по требности в них растений 274
7.2 Пути оптимизации питания растений микроэлементами 302
Глава 8. Биоэнергетическая и экономическая эффективность мероприятий по оптимизации питания растений микроэлементами 315
Выводы 325
Предложения производству 329
Список литературы 331
Приложения 373
- Современное состояние проблемы микроэлементов в агрохимии
- Содержание микроэлементов в растениях разных почвенно-климатических зон
- Влияние высокого содержания бора в почве на поступление его в растения и их продуктивность
- Биоэнергетическая и экономическая эффективность мероприятий по оптимизации питания растений микроэлементами
Современное состояние проблемы микроэлементов в агрохимии
В результате значительного количества экспериментальных исследований в России и за рубежом доказано, что многие микроэлементы являются жизненно необходимыми для растений, животных и человека, т.к. выполняют разнообразные каталитические и регуляторные функции в метаболических процессах. В связи с этим учение о микроэлементах занимает особое место в агрохимии, а также почвоведении, экологии, физиологии растений и животных, медицине (Вильмс, Турчанинов, 2010; Ковальский, 1974; Школьник, 1974; Ягодин, 1988, 2002; Zapadnyuk, 1993; и др.).
Актуальность проблемы микроэлементов в агрохимии обусловлена тем, они являются одним из факторов, определяющих продуктивность и качество сельскохозяйственных культур в агроценозах (Применение макро- и микроудобрений …, 2003). Первые сведения о физиологической роли микроэлементов были получены еще во второй половине 19-го, начале 20 вв. в исследованиях Ж. Ролена, К. А. Тимирязева, П. Бертрана, Мазе, Бренчли, Агюлона, Уоринг-тона, Соммера и Липмана и других ученых, показавших жизненную необходимость для растений цинка, марганца, бора, меди и других элементов (Школьник, 1974, 1976; Ринькис, 1989).
Значительный вклад в развитие учения о микроэлементах внесли классические труды о геохимической планетарной роли живого вещества В. И. Вернадского (1967), положенные в основу биогеохимической концепции, плодотворно развитой А. П. Виноградовым (1952, 1957) и В. В. Ковальским (1970, 1974). В основу ее положена идея тесной взаимосвязи химического состава объектов окружающей среды и живых организмов, предопределившая дальнейшее развитие учения о микроэлементах.
В Советском Союзе первые опыты по изучению необходимости для жизни растений меди, марганца, молибдена, бора и их удобрительной ценности начали проводить в первой половине ХХ в. (Виноградов, 1952; Бобко, 1963; Ката-лымов, 1965; Власюк, 1969; и др.).
Работы по изучению микроэлементного состава почв, пород, растительности, вод были начаты в европейской части СССР исследованиями Я. В. Пейве, В. А. Ковды, П. А. Власюка, М. А. Глазовской, Н. Г. Зырина, К. В. Веригиной, М. В. Каталымова и др. (Ковда, 1973, 1985).
В Сибири исследования микроэлементов в почвах, водах, растениях получили широкое развитие в 60-70-е годы ХХ в. Содержание микроэлементов было изучено в почвах Алтайского края Я.Г. Барканом (1973), Красноярского края – Н. А. Токовым, Томской области – Г.Е. Пашневой, Иркутской – А.С. Мартыно-вой, О.В. Макеевым (1974), Новосибирской – В.Б. Ильиным (1973), А.П. Аникиной (1971), В.К. Бахновым (1971), А.А. Трейман (1971), Тюменской – И.А. Павленко, И.П. Гавриловой, Кемеровской – Т.И. Хохловой (1967), Омской – Г.П. Гамзиковым (1967), Э.Д. Орловой (1968), Якутии – А.Д. Егоровым (Сеничкина, 1986).
В. Б. Ильиным (1973), О. В. Макеевым (1974), М. А. Мальгиным (1977, 1978) были выявлены основные закономерности миграции Mn, Cu, Zn, Mo, I, B, Со в почвообразующих породах, почвах, водах, растениях, разработаны принципы биогеохимического районирования обширной территории Сибири. Одновременно работы в этом направлении были развернуты во многих регионах страны. Наиболее детальные исследования в Западной Сибири были проведены по агрохимии и биогеохимии Mn, Cu, Mo и B (Ильин, 1973). В частности, было установлено, что почвенный покров юга Западной Сибири отличается более высоким содержанием бора и меди, и меньшим содержанием марганца и молибдена по сравнению с почвами Русской равнины.
В последние годы лабораторией биогеохимии и агрохимии почв института почвоведения и агрохимии СО РАН были получены новые данные о закономерностях распределения большого числа химических элементов в почвах и почвообразующих породах Западной Сибири (Ильин, 1985, 1991, 2000, 2003, 2006, 2012; Ильин, Сысо, 2001, 2004; Конарбаева, 2004; Сысо, 2007). На данный период имеется достаточно много данных по содержанию микроэлементов в почвах и растениях Сибири и других регионов России (Панин, 1971; Волошин, 2004, 2015; Кудашкин, 2009; Убугунов, Кашин, 2012; Кашин, 2012, 2013, 2014, 2018; Куликова, 2014; Просянников, 2014; Водяницкий, 2015; Протасова и др., 2015; Панасин и др., 2015, 2017; Аристархов, 2016; Побилат, Волошин, 2016, 2017; Лукин, 2016, 2018; Сергеев, 2017; Динамика содержания …, 2018).
К настоящему времени доказано участие микроэлементов в важных физиологических процессах, происходящих в организмах растений, животных и человека. Они входят в состав ферментных систем, участвуют в процессах поглощения, транспорта и обмена веществ, окисления-восстановления, дыхания, биосинтеза органических соединений, передаче генетической информации. Многие микроэлементы являются частью активных центров ферментов антиок-сидантной защиты. В связи с этим велика роль микроэлементов в обеспечении устойчивости живых организмов к воздействию стрессоров: засухи, низких и высоких температур, инфекций и др. неблагоприятных факторов (Бобко, 1963; Каталымов, 1965; Власюк, 1969; Чернавина, 1970; Школьник, 1976; Удовенко, 1977; Удовенко, Гончарова, 1982; Битюцкий, 2011; Влияние микроудобрения…, 2012; Верниченко, 2014; Berger, 1949; A biological assay…, 1964; Boron deficiency…, 1967; Bergmann, 1984; Effect of molybdenum…, 2007; Mendel, 2011).
Необходимость микроэлементов Mn, Cu, Zn, Mo, Со для животных и человека раскрыта в работах В.И. Георгиевского и др. (1979), В.В. Ковальского (1971), Б.А. Скуковского (1978). Физиологическая роль бора для животных и человека, заключающаяся в его влиянии на метаболизм множества соединений макроэлементов, обмен триглицеридов, глюкозы, аминокислот, белков, состояние скелета, мозга, иммунной системы, была доказана сравнительно недавно (Nielsen, 1997; Shaaban, 2010).
Согласно классификации элементов, основанной на их физиологической роли, Mn, Cu, Zn, Mo и B являются необходимыми элементами для растений, Со отнесен к полезным элементам (Битюцкий, 2011). Обеспеченность именно этими микроэлементами в первую очередь учитываются при решении вопросов оптимизации питания растений. По имеющимся современным данным роль микроэлементов в биологических системах многообразна и заключается в следующем.
Марганец играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, фотосинтезе, участвует в синтезе аминокислот, обмене белков и ауксинов. Входит в состав ферментов (Mn-СОД (супероксиддисмутаза), Mn-белок) и активирует множество других ферментов (Чернавина, 1970; Битюцкий, 2011; Кидин, Торшин, 2018).
Цинк выполняет каталитическую и структурную функции. Входит в состав карбоангидразы, рибулозобисфосфаткарбоксилазы, дегидрогеназы, CuZnСОД, щелочной фосфатазы, РНК-полимеразы, активирует множество других ферментов. Участвует в реакциях карбоксилирования/декарбоксилирования, влияет на активность фотосинтеза, связан с метаболизмом ауксинов. Тесно связан с синтезом белка, является структурным компонентом рибосом. Как структурный компонент биологических мембран, Zn играет важную роль в их интеграции и проницаемости (Битюцкий, 2011; Sadeghzadeh, 2013; Noulas et al., 2018).
Медь в растениях входит в состав медьсодержащих белков, в первую очередь пластоцианина, а также в состав ферментов: цитохромоксидазы, полифе-нолоксидазы, изофермента CuZnСОД, аскорбатоксидазы, аминоксидазы и других соединений. Вместе с Zn осуществляет реакцию дисмутации супероксидного радикала. Элемент активирует процессы фотосинтеза, образования хлорофилла, биосинтеза лигнина, алкалоидов, меланоидов, участвует в белковом обмене и формировании клеточных стенок (Чернавина, 1970; Битюцкий, 2011).
Основные биохимические функции молибдена связаны с его способностью изменять валентность и участвовать в реакциях комплексообразования. В растениях Мо входит в состав нитратредуктазы, нитрогеназы, дегидрогеназы, аль-дегидоксидазы, играя важную роль в восстановлении азота. Оказывает антистрессовое действие и криопротекторную функцию (Анспок, 1990; Sigel, 2002; Molybdenum improves …, 2012).
Содержание микроэлементов в растениях разных почвенно-климатических зон
Все рассматриваемые в данной работе микроэлементы выполняют важную биологическую роль в организме растений, животных и человека, являясь необходимыми компонентами их минерального питания. Поскольку микроэлементный состав растений находится в определенной зависимости от свойств почв, нами была дана оценка содержания микроэлементов в растениях, произрастающих в разных почвенно-геохимических условиях, изменяющихся по природным зонам.
При оценке уровней содержания микроэлементов в биомассе растений были использованы критерии, разработанные В. В. Ковальским (1974), В. Н. Баш-киным и др. (1993). Следует отметить, однако, что разработанные градации оценки содержания элементов в растениях имеют условный характер, т.к. потребность растений и животных в микроэлементах зависит от физиологических особенностей, периода или фазы развития и сопутствующих факторов окружающей среды.
Содержание микроэлеменов в растениях южной тайги и северной лесостепи. Данные обследований ФГБУ САС «Тарская» свидетельствуют о небольшом уровне содержания микроэлементов в тканях растений природных травостоев и сельскохозяйственных культур, выращенных на почвах южной тайги и северной лесостепи. Следует учесть, что растения были проанализированы в конце вегетации, в связи с чем общий уровень содержания всех микроэлементов в них мог быть меньше, чем в ранние фазы развития растений (таблицы 47-49).
Содержание марганца в исследованных растениях на разных почвах варьировало в пределах от 11,6 до 94 мг/кг. Для растений симптомы марганцевой недостаточности могут проявляться при концентрациях 20-30 мг/кг сухой массы, дефицит элемента для животных может наблюдаться при концентрации его в корме менее 50 мг/кг. Согласно приведенным критериям содержание марганца в растениях часто оценивалось как недостаточное.
Средний уровень содержания марганца в растительности сенокосно-пастбищных угодий южной тайги (32,8 мг/кг) был несколько больше по сравнению с содержанием элемента в растительности на почвах северной лесостепи (25,3 мг/кг) (таблица 48). Содержание меди в растениях на почвах южной тайги и северной лесостепи варьировало от 1,17 до 4,15 мг/кг (таблицы 47-49).
Среднее содержание меди в растительности природных травостоев в условиях южной тайги и северной лесостепи составляло 2,54 и 2,74 мг/кг, соответственно, и существенно не различалось (таблица 48).
Наибольшее содержание меди в зерне и соломе пшеницы и овса находилось на черноземе выщелоченном, который существенно не отличался от серой лесной и дерново-подзолистой почв концентрацией элемента. Не наблюдалось и зависимости между содержанием меди в растениях и меди в почве, определенной в 1н HCl, максимальное содержание которой наблюдалось в серых лесных почвах. Слабая связь содержания меди в почве и растениях обусловлена значительным влиянием на ее поступление в растения реакции среды, содержания илистых частиц, гумуса, сопутствующих химических элементов. Кроме того, уровень концентрации меди в растениях связан с особенностями ее поглощения растениями. Так, А. Л. Ковалевский (1991) относил медь к элементам с барьерным типом поглощения растениями. Это положение нашло подтверждение в опытах Э.Д. Орловой (1971) с пшеницей на дерново-подзолистой и серой лесной почвах, свидетельствующих о том, что даже при высоком содержании элемента в питательной среде медь накапливается в растениях до определенного уровня. Более подробно эта проблема рассматривается нами далее.
Содержание цинка в растениях южной тайги и северной лесостепи изменялось в пределах от 12 до 26,8 мг/кг. При этом нормальный уровень содержания элемента в кормовых растениях должен составлять 30-60 мг/кг. Дефицит цинка для растений наблюдается при концентрации его в тканях 10-20 мг/кг. Наименьшее содержание микроэлемента наблюдалось в овсяно-гороховой смеси (14,2-18,9 мг/кг), укосах естественной травянистой растительности (14,2-21,8 мг/кг) (таблицы 47-49). В зерне овса и пшеницы содержание цинка варьировало от 11 до 22, в соломе от 12 до 29 мг/кг (таблица 50). Не смотря на высокие концентрации подвижных форм микроэлемента в почвах содержание его в растениях южной тайги и северной лесостепи находилось на уровне нижнего предела биологической нормы.
Важнейшее значение для качества растительного корма имеет концентрация кобальта, которая должна составлять не менее 0,25 мг/кг. Наибольшую потребность в нем имеют жвачные животные. Содержание кобальта в исследованных растениях изменялось от очень низкого в мятликовых (0,01 мг/кг) до среднего (0,39 мг/кг) в бобовых растениях. Минимальное содержание элемента наблюдалось в зерне и соломе овса, овсяно-гороховой смеси (0,01-0,06 мг/кг). В укосах травянистой растительности концентрации кобальта были также низкими и варьировали в пределах 0,03-0,14 мг/кг. При этом в растительности сено-косно-пастбищных угодий южной тайги кобальта было существенно меньше (0,08 мг/кг), чем в растениях на почвах северной лесостепи (0,12 мг/кг). Это может быть обусловлено зависимостью поглощения кобальта от реакции среды и наличия сопутствующих катионов. Установлено, что оптимум рН для поглощения кобальта составляет 7-9. Поглощение элемента растениями подавляется катионами меди, цинка, марганца (Битюцкий, 2011).
Содержание молибдена во всех растениях также было очень низким (0,01-0,11 мг/кг) (таблицы 47,48). Это связано с недостаточным содержанием его подвижных форм в почвах и влиянием повышенных концентраций подвижного марганца, алюминия, железа, связывающих микроэлемент в кислой среде в труднорастворимые формы (Корякина, 1974; Пейве, 1980). Отмечается, что дефицит молибдена в кормовых растениях наблюдается довольно редко, более опасным для животных является потребление корма с высоким содержанием элемента (Георгиевский и др., 1979). Для нормальной жизнедеятельности животных и растений важное значение имеет соотношение Cu : Mo, в корме оно не должно быть менее 4 : 1. С этой точки зрения растительность северных районов Омского Прииртышья не представляет опасности для животных. Однако рассчитанные соотношения Cu : Mo свидетельствуют о вероятном дефиците молибдена для растений (таблица 47).
Содержание бора в растениях было низким в связи с дефицитом его подвижных форм в почве (таблицы 47, 48). Максимальная концентрация элемента наблюдалась в клевере, однако, она была ниже среднего значения содержания бора в бобовых культурах. В естественных травах содержание микроэлемента составляло всего 1,2-2,3 мг/кг. В зерновых культурах бора также было немного, наименьшие концентрации элемента находились в соломе овса и гороха (0,3-0,8 мг/кг). Уровень содержания микроэлемента в растениях свидетельствует о вероятном его дефиците, что может приводить к нарушению ряда важнейших физиологических процессов и баланса между химическими элементами, снижению продуктивности и качества растений, снижению пищевой ценности корма.
Таким образом, исследования показали, что растения на почвах южной тайги и северной лесостепи характеризуются небольшим, часто недостаточным уровнем их содержания. Это согласуется с ранее проведенными исследованиями, которыми установлено, что сено, силос, солома, концентрированные корма, корне- и клубнеплоды в северной зоне Омской области имеют недостаточное содержание меди, кобальта, в ряде кормов марганца, в результате чего у крупного рогатого скота нарушается обмен веществ, возникает малокровие и остеодистрофии (Коровин, 1967). Для агрохимической характеристики потребления микроэлементов растениями были установлены значения их выноса и коэффициентов использования из почвы (таблица 51).
Влияние высокого содержания бора в почве на поступление его в растения и их продуктивность
Токсическое действие бора на растения было выявлено на самых ранних этапах исследований по установлению его физиологической роли. Исследователи (Геккель, 1875; Архангели, 1885), применявшие растворы бора в концентрациях от 0,1 до 1,25 % отмечали полную потерю всхожести или заметное угнетение прорастания семян кукурузы, льна, вики, люпина и других культур. В опытах Коллингса (1927) концентрация бора 10 мг в 1 л песка уже затрудняла прорастание семян сои, которые полностью теряли всхожесть при дозе элемента 250 мг. Аналогичные результаты были получены и многими другими учеными, применявшими, как тогда казалось, очень маленькие дозы бора. В 1910 г. Агюлон провел обстоятельные исследования по влиянию бора на рост высших растений и установил, что в малых концентрациях борная кислота оказывает на них стимулирующее действие. Далее это подтвердилось Бренчли (1914) на Ро-тамстедской опытной станции с ячменем и горохом, Мазе в опытах с кукурузой (1915, 1919), в исследованиях Уорингтон (1923) (цит. по [Школьник, 1974]).
Впоследствии выяснилось, что растения обладают различной степенью толерантности по отношению к избытку бора в питательной среде. По устойчивости к токсическому воздействию бора растения Е. Р. Пэрвис разделил культуры на очень чувствительные (горох, картофель, тыква, арбуз); устойчивые (капуста, лук, перец, редис, шпинат) и очень устойчивые (свекла, горчица, цветная капуста, томаты, турнепс) (цит. по [Каталымов, 1965]).
По данным K. V. Paliwal, K. K. Mehta (1973) рис в разные фазы развития имеет неодинаковую бороустойчивость: прорастание семян происходит при концентрации бора 40 мг/кг, в то время как всходы испытывают угнетение при количестве элемента 5 мг/кг. Установлено, что признаки токсичности бора для 14-дневных растений подсолнечника проявляются при концентрации бора 1,9 мг/л почвенного раствора (Aitken, McCallum, 1988).
Согласно данным И.М. Липкинд, О.И. Алихановой (1973), О.И. Алихано-вой (1980), уровень токсичности бора в почве для пшеницы ниже 5 мг/кг, для хлопчатника избыточным является содержание бора 10 мг/кг, для подсолнечника – 20 мг/кг. Исследования в Калифорнии показывают, что высокие концентрации бора в почве являются лимитирующим фактором для урожайности дыни (Effect of high boron…, 2003). В Израиле в полевых опытах полив дыни и тыквы водой с высокими концентрациями бора приводил к интенсивному поступлению элемента в биомассу. В старых листьях концентрация бора повышалась от 171- 249 до 1651-2877 мг/кг (Boron and salinity…2005). Установлено, что токсическое влияние бора на растения зависит от видовой специфики и сорта культуры, температуры воздуха и влажности почвы (Nable, 1988; Boron toxicity…, 1995; Phytotoxic doses…, 2011).
Исследования, проведенные в ОмСХИ, показали, что наиболее чувствительными к избытку бора являются горох и просо, снижающие урожайность при содержании бора в питательной среде 3-4 мг/кг. Зерновые культуры испытывали угнетение и снижали продуктивность при содержании подвижного бора в почве 4-5 мг/кг. При этом для томатов токсичной оказалась концентрация микроэлемента 12-15 мг/кг, для люцерны 15-20 мг/кг, столовая свекла не снижала урожайность при концентрации элемента 22 мг/кг (Орлова, Неупокоев, 1990; Азаренко, Орлова, 2000; Азаренко, 2007).
Представленные в литературе критические уровни элемента в надземной массе культур, существенно снижающие их продуктивность, изменяются в широких пределах (от 50 до 330 мг/кг) в зависимости от вида и возраста растений, свойств почвы и погодных условий (Анспок, 1990; Церлинг, 1990; Davis et al., 1978; Sherell, 1983).
Таким образом, при довольно узком диапазоне микроэлемента, благоприятном для живых организмов, вариабельность содержания бора в почвах очень высокая. В целях изучения бороустойчивости растений, факторов, определяющих ее, и разработки приемов, снижающих негативное воздействие избыточных концентраций бора на растения, нами была проведена серия вегетационных и полевых опытов с разными культурами.
Опыты проводили на лугово-черноземной почве с разными уровнями борного засоления, созданного внесением борной кислоты или буры в концентрациях от 5 до 20 мг/кг. Как выяснилось, разные растения имеют неодинаковую степень устойчивости к бору и разную способность к накоплению элемента в биомассе (таблица 75).
В главе 5 было показано, что среди изучаемых нами микроэлементов бор имеет наиболее высокий потенциал поступления в растения. Уровень накопления элемента растениями зависит от их биологических особенностей, фазы развития, условий выращивания. Наиболее высокие концентрации бора обнаружены в растениях, выращенных при искусственном борном засолении в условиях вегетационных опытов. Наибольшим потенциалом накопления элемента обладали мятликовые культуры. Вопрос о способности мятликовых накапливать бор длительное время считался дискуссионным. Так, В. В. Ковальский, Е.М. Коробова (1978) считали, что мятликовые обладают специальным механизмом защиты против избытка бора в питательной среде и не накапливают его в больших количествах, поэтому борные биогеохимические провинции должны стать «злаковым поясом». Дальнейшие исследования свидетельствовали об обратном и указали на тесную зависимость между содержанием бора в мятлико-вых растениях и почве (Ильин, Аникина, 1977; Орлова, Неупокоев, 1990). Это положение нашло подтверждение в наших опытах, в которых установлено, что при высоком содержании бора в почве в условиях оптимального увлажнения в злаковых растениях концентрация элемента достигает очень высокого уровня. В зависимости от степени борного засоления, концентрация микроэлемента возрастала в ячмене в 7-34 раза, в суданской траве в 4-32 раза по сравнению с растениями на незасоленной бором лугово-черноземной почве (таблица 75). Для более полного представления о влиянии высоких доз бора на растения ячменя приводим данные вегетационных опытов (таблица 76).
Результаты опытов показали, что уже доза бора 5 мг/кг негативно влияла на рост и развитие ячменя. На всходах растений наблюдались признаки токсического влияния бора в виде пожелтения листьев, по мере роста появлялись краевые ожоги листовых пластинок, их побурение и дальнейшее засыхание. Высокие концентрации бора в почве приводили к резкому уменьшению массы корневой системы (на 38-68 % по отношению к контролю). Корневая система растений слабо задерживала поступление бора в растения, величины его коэффициентов накопления в корнях были значительно меньше, чем в надземной массе (рисунок 18).
Биоэнергетическая и экономическая эффективность мероприятий по оптимизации питания растений микроэлементами
Применение удобрений при возделывании культур должно оцениваться с агрономических, экономических и биоэнергетических позиций. Агрономическая и экономическая оценка являются традиционными и характеризуют эффективность применения агрономических приемов возделывания культур по величине прибавки урожайности, показателям себестоимости, чистой прибыли и рентабельности производства. Энергетическая оценка проводимых мероприятий основана на концепции воспроизводства затраченной в сельскохозяйственном производстве энергии, сопоставлении ее источников и их распределения в агроэкосистемах (Методика биоэнергетической…, 1983; Булаткин, 2008). По мнению Г.А. Сатарова (2015) «биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства». Кроме того, оценка всех агрохимических мероприятий должна проводиться с учетом воспроизводства плодородия почвы.
Анализ биоэнергетической и экономической эффективности мероприятий по оптимизации питания растений микроэлементами проводили в полевых опытах (1999-2001 гг.) на лугово-черноземных почвах Омского района (южная лесостепь), в которых апробировали результаты исследований по применению кобальтовых и цинковых микроудобрений. Также проводили энергетическую оценку влияния химической мелиорации солонцов фосфогипсом на содержание в них подвижного бора (учхоз №1 ОмГАУ, 1997 г.).
Биоэнергетическая оценка мероприятий по оптимизации питания растений микроэлементами. Основой биоэнергетического анализа эффективности удобрений является сопоставление энергетических затрат на их применение (А0, МДж/га) и количества энергии, накопленной в прибавке сельскохозяйственной продукции (Vf0, МДж/га). Показателем энергетической эффективности применения удобрений является коэффициент , рассчитываемый как отношение величин Vf0 и А0 (Ермохин, Неклюдов, 1994).
Оценка применения кобальтового микроудобрения под ячмень. В опытах на лугово-черноземных почвах изучали влияние основного внесения Со (в форме сульфата, Со – 20 %) в дозах 0,4, 0,6 и 0,8 кг д.в /га на фоне азотных и фосфорных удобрений (в форме мочевины и суперфосфата двойного) по 90 кг д.в/га на урожайность ячменя Омский-89. Схемы опытов, агрохимическая характеристика почвы, данные по урожайности культуры по вариантам опытов представлены в приложениях 26, 27. Исходное содержание подвижного Со в почве, установленное методом Крупского и Александровой, было низким (0,11-0,12 мг/кг). Предшественником для ячменя была пшеница. В годы последействия удобрений после ячменя возделывали рапс на зеленую массу (1 год последействия) и яровую пшеницу (2 год последействия). Агротехника в опытах была общепринятой для лесостепной зоны.
В результате проведенных исследований было установлено положительное влияние макроудобрений и кобальта на продуктивность ячменя. Оптимизация условий питания культуры при внесении в почву азота и фосфора обеспечило прибавку урожайности зерна культуры на 23% (таблица 110).
Каждый кг действующего вещества азотных и фосфорных удобрений окупался получением дополнительного количества зерна – 0,004 т. Внесение кобальта в почву по азотно-фосфорному фону приводило к повышению урожайности ячменя. Существенное увеличение массы зерна отмечалось в вариантах с дозами микроэлемента 0,6 и 0,8 кг/га при максимальном его значении (29% к фону) в варианте N90P90 + Co0,6. Окупаемость удобрений урожаем в этом варианте была наибольшей – 1,92 т на 1 кг д.в.
Положительное влияние кобальта на урожайность ячменя объяснялось увеличением его потребности в микроэлементе на сбалансированном по азоту и фосфору минеральном фоне в условиях рационального применения агротехнических приемов. Проявлению высокой эффективности кобальтового удобрения способствовали благоприятные погодные условия и достаточное количество осадков в фазы всходов, кущения и начала выхода в трубку культуры. В вариантах с кобальтом растения лучше использовали запасы калия почвы (КИП больше на 20-60% по сравнению с фоном), а также азота и фосфора удобрений (на 43 и 17%, соответственно). Повышение урожайности зерна под действием кобальта происходило за счет увеличения массы 1000 зерен семян и доли зерна в общей массе на 18-25%. Аналогичные закономерности наблюдались в опыте, проведенным в АО «Надеждино», там же отмечалось увеличение продуктивной кустистости растений на 60% под действием кобальта в дозе 0,6 кг/га (приложение 27). То есть питание растений ячменя кобальтом оказало благоприятное влияние на развитие его генеративных органов. Следует отметить, что об отзывчивости ячменя на кобальтовые удобрения также сообщается в ряде работ (Аристархов и др., 2010, 2012; Рак и др., 2015).
В первый год последействия удобрений увеличения зеленой массы рапса по азотно-фосфорному фону не отмечалось. Однако в вариантах с дозами Со 0,4 и 0,6 кг/га урожайность культуры была больше на 21-22% по сравнению с контролем и на 17-18% по сравнению с фоном, что свидетельствует о положительном влиянии последействия микроудобрения. Кобальт, внесенный в почву, обеспечивал питание им рапса, а также, как и при выращивании ячменя, способствовал лучшему усвоению растениями азота и фосфора удобрений в 5,0-6,5 и 1,7-2,7 раза, соотвтественно. На второй год последействия макро- и микроудобрений при выращивании пшеницы существенных изменений урожайности зерна культуры не наблюдалось (приложение 27).
Оценку энергетической эффективности применения удобрений проводили по методике (Ермохин, Неклюдов, 1994), порядок расчетов приведен в приложении 41. Учитывали затраты энергии на внесение удобрений и на уборку дополнительного количества урожая. Наибольшая доля энергетических затрат приходилась на внесение азотных, меньше – фосфорных и кобальтовых удобрений. В вариантах с кобальтом энергия, используемая на получение прибавки урожайности, была больше на 4-17% по сравнению с фоном за счет дополнительных затрат на внесение микроудобрения и уборку дополнительной продукции (таблица 111).