Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы. марганец в жизни растений и применение марганцевого удобрения в рисоводстве 8
1.1. Марганец в почвообразующих породах, природных водах, растениях 8
1.2. Агрохимическая и физиологическая роль марганца в растениях 11
1.3. Применение марганцевых удобрений в рисоводстве 15
2. Условия и методика проведения исследований 25
2.1. Почвенно-климатические условия 25
2.2. Методика проведения исследований 29
3. Результаты исследований и их обсуждение 34
3.1. Влияние внесения марганцевого микроудобрения в почву нарост, развитие и продуктивность риса 35
3.1.1. Динамика содержания в почве подвижного марганца, минерального азота, подвижного фосфора и обменного калия в зависимости от внесения в нее марганцевого микроудобрения 36
3.1.2. Влияние марганцевого микроудобрения, внесенного в почву на полевую всхожесть семян и густоту стояния растений риса 45
3.1.3. Влияние внесения в почву марганцевого микроудобрения на рост органов растений риса 49
3.1.4. Фотосинтетическая деятельность растений риса под влиянием марганцевого микроудобрения, внесенного в почву 59
3.1.5. Содержание марганца, азота, фосфора и калия в надземных органах растений риса в зависимости от доз марганцевого микроудобрения, внесенного в почву 62
3.1.6. Урожайность риса и формирование его структурных элементов и качество зерна под влиянием марганцевого микроудобрения, внесенного в почву 73
3.2. Влияние обработки семян риса марганцевым микроудобрением на ростовые и формообразовательные процессы 78
3.2.1. Влияние обработки семян сульфатом марганца на полевую всхожесть и густоту стояния растений риса 79
3.2.2. Влияние обработки семян перед посевом марганцевым микроудобрением на показатели роста органов растений риса 83
3.2.3. Влияние обработки семян риса марганцевым микроудобрением на фотосинтетическую деятельность растений 92
3.2.4. Влияние обработки семян марганцевым микроудобрением на содержание марганца, азота, фосфора и калия в надземных органах растений риса 96
3.2.5. Влияние обработки семян перед посевом марганцевым микроудобрением на урожай зерна и формирование его структурных элементов, на качество риса-зерна 106
3.3. Урожайность риса, формирование его структурных элементов и технологические показатели качества в зависимости от некорневой подкормки растений марганцевым микроудобрением 112
3.4. Сравнительный анализ способов применения марганцевого микроудобрения на рисе сорта Лиман при возделывании его в
условиях левобережья реки Кубани 120
4. Биоэнергетическая оценка эффективности применения Марганцевого микроудобрения на посевах риса 125
Выводы 129
Рекомендации производству 131
Литература 132
Приложения 148
- Марганец в почвообразующих породах, природных водах, растениях
- Применение марганцевых удобрений в рисоводстве
- Почвенно-климатические условия
- Влияние внесения марганцевого микроудобрения в почву нарост, развитие и продуктивность риса
Марганец в почвообразующих породах, природных водах, растениях
Марганец принадлежит к довольно распространенным химическим элементам, составляя 0,1% земной коры (Конова Н.И., Летунова СВ., 1991). Он относится к элементам VII группы периодической системы Менделеева; порядковый номер его 25, атомная масса - 54,94. Впервые он получен в 1774 году шведским химиком ЮГ. Ганом. В природе известно более 150 минералов, содержащих марганец, из которых наиболее распространены пиролюзит, марганец, марганцевый шпат, псиломелан, браунит и черная охра (Иванов ГМ., 1978). Почвообразующие породы по содержанию марганца различаются почти в 20 раз (Ковальский В.В., 1982). По содержанию марганца среди почвообразующих пород резко выделяются базальты, для которых характер-ны наибольшие величины - 15D10" %. Количество этого элемента в гранитах в среднем вдвое меньше и составляет 7,2010"2%. Еще меньше марганца в известняках - 5,9310" 2% и особенно в песках - 2D 10"2% (Ковальский В.В., Андрианова Г.А., Журавлева Е.Г., 1970).
Содержание марганца в почвах составляет 600 мг/кг, изменяясь в глобальном масштабе от 10 до 9000 мг/кг (Добровольский ВВ., 1983). В различных почвах бывшего СССР содержание валового марганца колеблется от 100 до 4200 мг/кг (Каталы-мов MB., 1965). Наиболее бедны марганцем песчаные и подзолистые почвы, мало его содержится и в болотных почвах. Сравнительно хорошо обеспечены этим элементом черноземы. Высоким запасом валового марганца характеризуются сероземы, красноземы и каштановые почвы (Пейве ЯВ., 1980).
В почвах марганец находится в составе различных минеральных, органомине-ральных и органических соединений в следующих формах: 1) водорастворимой; 2) адсорбированной; 3) труднорастворимых солей - фосфатов, карбонатов; 4) окислов и гидроокислов; 5) в составе органического вещества; 6) в структуре кристаллических решеток почвенных минералов (Пейве ЯВ., 1980).
По данным В.А. Ковды, ИВ. Якушевской и АН. Тюркжанова (1959), в почвах бывшего СССР в среднем на долю подвижного марганца приходится 40-50% его валового содержания. Эта доля становится меньшей в черноземах и их засоленных разновидностях и, напротив, увеличивается в почвах болотного типа. В последних почти весь марганец, по мнению авторов, может находиться в подвижной форме.
Следует подчеркнуть, что количество подвижного марганца в почвах не является сколько-нибудь постоянной и устойчивой величиной. Оно в значительной степени изменяется от окислительно-восстановительных процессов, проходящих в почве, а также реакции ее среды (Зырин Н.Г., Зборощук ЮН., 1981). Несмотря на то, что марганец может быть двух-, шести- и семивалентньм, в почвах он присутствует только в форме двух-, трех- и четырехвалентных соединений (Макеев О.В., 1973). Вместе с тем, как отмечает МБ. Каталымов (1965), соединения трехвалентного марганца являются сравнительно нестойкими. Поэтому в почве присутствуют, в основном, образования двух- и четырехвалентного марганца. При усилении в почве восстановительных процессов происходит восстановление трех- и четырехвалентного марганца с образованием наиболее растворимых и подвижных соединений двухвалентного марганца (Каури-чев И.С., Орлов Д.С., 1982). При усилении же окислительных процессов, наоборот, содержание подвижных форм его уменьшается в связи с образованием более окисленных труднорастворимых соединений (Костенков НМ., 1987). Подкисление почвы способствует увеличению содержания в ней подвижного марганца, а подщелачивание -стимулирует образование гидрата марганца, трудно усвояемого растениями (Чагина Е.Г., Берхин ЮН, Хацевич Н.В., 1986).
Подвижность марганца в пахотном слое определяется буферностью почв по отношению к кислотам. При высокой буферности почв подвижность этого элемента уменьшается, при низкой, наоборот, повышается (Орлов Д.С., 1985). Подвижность этого элемента значительно возрастает при внесении в почву физиологически кислых минеральных удобрений. Причиной, в данном случае, считается подкисление почвенного раствора (Синягин И.И., 1980). Известкование кислых почв, снижая кислотность, наоборот уменьшает подвижность марганца (Козловский Е.В., Небольсин АН., Алексеев ЮВ. и др., 1983). На трансформацию соединений этого элемента определенное влияние оказывают также и микроорганизмы (Кулаковская ТЛ, Смеян Н.И., Шаталов Р.В. и др., 1984). В анаэробных условиях они способны его восстанавливать, используя для своего развития кислород из двуокиси марганца (Минеев ВГ., Ремпе EX., 1990).
Содержание марганца в природных водах колеблется от тысячных до десятых долей миллиграмма на 1 литр (Трейман АА., 1971). При этом не наблюдается больших различий между содержанием марганца в поверхностных и подземных водах. Г.С. Коновалов (1959), исследовавший содержание микроэлементов в водах главнейших рек бывшего СССР, отмечает, что концентрация в них марганца неодинакова: больше его в Оби (42,2 мг/л) в сравнении с реками Европейской части (Волга - 10,9 мг/л, Нева - 2,9, Кубань - 3,7, Терек - 12 мг/л) и Средней Азии (Сырдарья - 4,6, Аму-дарья - 4,8 мг/л). В оросительных и грунтовых водах Узбекистана содержание марганца колеблется от следовых количеств до 5 мг/л (Круглова Е.К., Алиева И.М., Коб-зеваГ.И.идр., 1984).
Впервые марганец был обнаружен в 1788 году в золе дикого тмина и различных древесных растений. Первые указания на содержание марганца в растениях были сделаны швейцарским физиологом Н.Т. Соссюром в 1804 году. В 1871 году этот элемент экспериментальньм путем был обнаружен Э. Вольфом в растениях водяного ореха. Дальнейшие исследования показали, что марганец содержится у растений всех видов (Bertrand G., Rosenblatt М., 1921). В ряде работ (Успенский Е.Е., 1915; Vinogradov V.A., 1953; Bertrand G., Silberstein L., 1955; Бойченко E.A., 1968), однако, было продемонстрировано, что различные систематические группы растений сильно отличаются одна от другой в отношении содержания марганца.
Применение марганцевых удобрений в рисоводстве
К исследованиям по отзывчивости риса на марганец приступили еще в самом начале текущего столетия. В 1902 году С. Нагаока первым отметил значительное увеличение урожайности зерна риса под воздействием этого микроэлемента. К. Аз о (1906) показал положительное влияние марганца на рост и развитие растений риса. В 1911 году М. Роксас опубликовал результаты вегетационного опыта по изучению отзывчивости риса на микроэлементы. Им, наряду с бором, кобальтом, медью и цинком был применен марганец. Все названные микроэлементы, в том числе и марганец, оказали положительное действие. Тем не менее, автор очень осторожно отнесся к результатам своих исследований, считая их сомнительными. Он по укоренившимся в то время убеждениям, предполагал, что эти элементы, скорее всего, являются стимуляторами, чем необходимой частью минерального питания для риса. Примерно такого же мнения придерживался ФМ. Штургис, который в 1928 году опубликовал результаты своих ис 16 следований по изучению отзывчивости риса на содержание марганца в питательной среде. Однако, Г. Самульс и С. Пайпер (1928) показали необходимость этого элемента для роста и развития риса. В их опытах растения, совершенно не получившие марганца, погибали уже через несколько дней после начала прорастания, а получившие незначительное его количество заболевали серой пятнистостью. В России первые опыты по применению марганцевых микроудобрений под рис были поставлены в начале 30-х годов текущего столетия на бывшей Кубанской рисовой опытной станции ЕЯ. Бандурко (1937). В его опытах растения, получившие марганец, лучше кустились, имели большую листовую поверхность и отличались от контроля более темно-зеленой окраской листьев. Прибавка урожая зерна риса в зависимости от внесенной дозы марганцевого удобрения при этом изменялась от 28 до 63%. Несмотря на столь ранние работы, широкое внимание исследователей к применению марганцевых удобрений в рисоводстве было обращено по существу лишь в середине 50-х годов.
АЛ. Джулай, Е.П. Алешин и Е.Б. Величко (1980) считали необходимым для интенсивного роста растений и получения высоких урожаев риса, наряду с другими макро- и микроудобрениями, иметь в почве достаточное количество марганца. Последнее оказывает положительное влияние при его использовании в оптимальных дозах с учетом содержания в почвах рисовых полей. По содержанию валовых форм марганца почвы рисовых полей существенно не отличаются от их богарных аналогов (Тонконожен-ко Е.В., 1973; Попов Г.Н., Егоров Б.Н., 1987). Однако, специфические условия, имеющиеся в рисовом поле, в значительной степени влияют на подвижность марганца и его доступность растениям (Шеуджен А.Х., 1992; Шеуджен А.Х., Штуц ЕР., Досеева О А. и др., 1993). Внесение марганцевых удобрений обогащает почву доступными растениям формами марганца и оказывает положительное влияние на ее агрохимические показатели и биологическую активность. Так, А.Х. Шеуджен, Е.П. Алешин и О.А. Досеева (1991) показали положительное влияние марганцевых микроудобрений на ферментативную активность, азотный, фосфорный, калийный и марганцевый режимы, а также нитрификациошгую и аммонифицирующую способность лугово-черноземной почвы под рисом в условиях Краснодарского края. Аналогичные данные получены А. Багда-саровым (1991) и в условиях зоны рисосеяния Узбекистана.
Хозяйственный вынос марганца с урожаем основной и побочной продукции рисом с 1 га при урожае 70-75 ц/га зерна и соответствующего количества соломы составляет в среднем 1190 г (Тищенко И.В., 1975; Багдасаров АГ., 1977). Значительные колебания выноса марганца рисом объясняются как различием урожайности, так и изменениями его содержания в растениях. В зерне риса содержание марганца колеблется в пределах от 8,0 до 112,0 мг/кг, в корнях - 120-4200, в надземной массе - 100-800 мг/кг сухой массы (Тищенко И.В., 1975; Багдасаров АГ., 1991; Шеуджен АХ, 1992). Поступление марганца в растения риса значительно изменяется на протяжении вегетации. Максимум его содержания в вегетативных органах риса приурочен к фазе кущения, минимум - к фазе полной спелости зерна. Разница в содержании марганца в вегетативных органах риса между названными фазами может колебаться в 2-3 раза (Тхай Фам Динь, Обухов А.И., 1985). Недостаток марганца в почве ослабляет рост растений, снижает продуктивность риса, а в отдельных случаях приводит к его специфичным заболеваниям (Багдасаров АГ., Местер ИМ., 1988). Причем марганцевая недостаточность у риса выявлена практически во всех рисосеющих странах. Согласно опубликованным в литературе данным, содержание доступного растениям марганца в почве 4 мг/кг считается критическим, ниже которого проявляются внешние признаки марганцевой недостаточности у риса (Гаюндрагадкар Г.С. и др., 1987). Последнее проявляется в виде хлороза листьев и значительного уменьшения роста растений (Pay РА., 1977).
Снижение продуктивности риса имеет место не только при недостатке марганца в почве, но и при его избытке. Здесь содержание доступных растениям форм этого элемента не должно превышать 150-200 мг/кг (С. Патнайк и др., 1965). Изучению влияния повышенных концентраций марганца в питательной среде на рис в литературе уделено большое внимание. Однако полученные разными авторами результаты существенно расходятся. Так, в опытах И. Вламиса и Д.Е. Вильямса (1964) отрицательное действие этого элемента имело место при содержании в питательном растворе 5 мг/л. И. Ишизука, А. Танака и О. Фунта (1961) констатировали отрицательное влияние марганца только при содержании 10 мг/л. Согласно исследованиям М. Имоно и И. Катаги-си (1966) угнетающее действие его наблюдали при содержании 65 мг/л.
Почвенно-климатические условия
Исследования проводились на лугово-черноземных почвах. Лугово-черноземные почвы в своем развитии прошли ряд стадий - от болотных до лугово-черноземных, сохранив при этом в нижних горизонтах признаки заболоченности. Признаки лугового процесса у этих почв выражены вполне ясно, по сравнению с луговыми почвами они занимают более повышенные равнинные места. Почвообра-зующие породы представлены преимущественно тяжелыми аллювиально-озерными глинами, а на прирусловых понижениях аллювиальными средними и тяжелыми суглинками. Глубина залегания грунтовых вод колеблется от 2 до 3 м. Лугово-черноземные почвы отличаются от луговых дальнейшим ослаблением гидроморфных признаков. Водно-растворимых солей они содержат от 0,04 до 0,11%, поглощенного натрия от 3 до 5%. Согласно классификации ИН. Антипова-Каратаева (1953) почвы опытного участка по содержанию обменного натрия относятся к слабо- и среднесолон-цеватым.
Гранулометрический состав лугово-черноземных почв обычно глинистый. По вертикали он почти однородный, или же наблюдается наибольшее снижение глинистых частиц в подпахотных горизонтах. В рассматриваемых почвах преобладающей фракцией является физическая глина. Ее содержание по профилю колеблется от 62 до 78%, илистая фракция преобладает над фракцией пыли (Блажний Е.С., 1971).
В естественных условиях минеральный состав почв имеет гидроморфный характер. Однако при длительном бессменном возделывании риса лугово-черноземные почвы переходят в группу лугово-болотных (рисовых). Физические свойства этих почв вполне пригодны для возделывания риса. Объемная масса пахотного горизонта равна 1,25-1,40 г/см2, сложение плотное, структура глыбистая, с глубиной объемная масса почвы увеличивается.
Агрохимическая характеристика лугово-черноземных почв, составленная на основе выполненных перед закладкой опытов анализов, представлена в таблице 1.
Таблица 1. - Агрохимическая характеристика лугово-черноземной почвы рисосовхоза «Прикубанский» Тахтамукайского района, Р. Адыгея (данные 1997 г.)
Приведенные в таблице 1 данные показывают, что агрохимическая характеристика лугово-черноземной почвы изменяется существенно в зависимости от глубины ее горизонта. Так, реакция рН почвенного раствора в верхнем пахотном горизонте 0-20 см в среднем составляет 7,15, книзу этот показатель возрастает и в горизонте 40-60 см равен 7,52.
Количество гумуса в верхних горизонтах (0-20 см) составляет 3,70%, в подпахотных горизонтах заметно снижается - до 1,79% (в горизонте 40-60 см). Значительно изменяется и содержание форм азота (общего и обменного), подвижного фосфора, обменного калия и подвижного марганца. В горизонте 0-20 см значения рассматриваемых показателей составили соответственно в среднем 0,27%, 1,97 мг/100 г почвы, 22,16 мг, 28,31 и 37,61 мг/100 г почвы, в подпахотном горизонте (20-40 см) содержание форм элементов питания резко снижается (общего азота - 0,20%, NH4 обменного - 1,57 мг/100 г почвы, Р2О5 подвижного - 14,61 мг/100 г почвы, КгО обменного - 26,70 мг/100 г почвы и Мп подвижного - 26,08 мг/100 г почвы); в более низких горизонтах (40-60 см) содержание рассматриваемых элементов питания снижается еще больше (0,20%, 1,20 мг/100 г почвы, 11,93 мг, 21,95 мг и 20,03 мг/100 г почвы соответственно)
Таким образом, лугово-черноземные почвы, используемые в опыте, характеризуются средним уровнем плодородия, но для возделывания риса вполне пригодны и являются характерными для левобережной зоны рисосеяния Республики Адыгея.
КЛИМАТ И ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ. По климатическим условиям рисосовхоз «Прикубанский» расположен в умеренно-континентальной зоне Республики Адыгея, в зоне неустойчивого увлажнения. По многолетним данным среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах 10,7-10,9С. Самым холодным месяцем является январь со средней температурой - -2,3С. Абсолютный минимум достигает -33 - -36С, абсолютные температуры летом - +40С. Самые высокие среднемесячные температуры наблюдаются в июле - до +23,2С.
Продолжительность безморозного периода составляет 180-195 дней. Он начинается в апреле и заканчивается в середине октября. Сумма активных температур за вегетационный период составляет 3000-3500С. В среднем за год выпадает 600-700 мм атмосферных осадков. Наибольшее количество осадков выпадает в период май-июль, а высокие значения относительной влажности воздуха наблюдаются в зимний период. Поэтому дефицит влаги, образующийся осенью после уборки предшествующих культур ликвидируется весной.
Лето наступает в первой декаде мая, когда среднесуточная температура воздуха переходит через 15С в сторону повышения. Примерно в этот период производится посев риса. Для его прорастания необходима среднесуточная температура не ниже 10С. Сумма температур за вегетационный период составляет 2900-3600С, что вполне достаточно для всех возделываемых в Краснодарском крае и Республике Адыгея сортов риса. Данные погодных условий представлены в таблице 2 и приложениях 1, 2 и 3.
Влияние внесения марганцевого микроудобрения в почву нарост, развитие и продуктивность риса
Основные количества микроэлементов вносят в почву. Основная заправка почвы микроудобрениями позволяет обеспечить питание растений на протяжении всего периода вегетации. Целесообразно использовать их на почвах, где содержание микроэлементов ниже необходимого уровня (Кореньков ДА., Гаврилов К.А., Шильни-ков И А., Васильев В.А., 1980).
Для эффективного использования в земледелии микроудобрений необходимо исключить возможность их передозировки. Превышение необходимых концентраций микроэлементов в почве может привести к увеличению их содержания в сельскохозяйственной продукции и различным негативным последствиям (Dueck ТА., 1984).
На поступление микроэлементов в растения оказывают влияние катионная обменная способность почвы, ее гранулометрический состав, кислотность и влажность, содержание гумуса, концентрация и соотношение элементов в почве, биологический вид культуры и т.д. (Минеев В Г., 1987).
Фитотоксичным считается такое содержание элемента в почве, которое снижает гфодуктивность растений на 10% или ведет к превышению концентрации этого элемента в растении выше ПДК, установленной для продуктов питания. Фитотоксичность марганца наблюдается в основном на кислых почвах или, наоборот, переизвесткованных, со щелочной реакцией. В этих условиях избыточное содержание марганца в растениях может достигать 700 мг на 1 кг сухой массы (Алексеев Ю.В., 1987).
При изучении условий оптимизации минерального питания исследователями установлено, что изменение концентрации ионов в питательном растворе приводит либо к их антагонизму и уменьшению поступления в растения одних ионов, либо к синергизму и увеличению поступления других. Так, при недостатке марганца происходят изменения содержания макро- и микроэлементов в растении (Ягодин Б А., 1980). Агрохимическая и физиологическая роль микроэлементов в развитии растений очень важна и многогранна. При обеспечении почвы азотом, фосфором, калием, кальцием, магнием и серой и недостатке микроэлементов невозможно получить высокий урожай (Каталымов МБ., 1965). Поэтому для получения качественной сельскохозяйственной продукции решающее значение имеет сбалансированность всех элементов питания растений в течение вегетационного периода их развития (Панников В Д., Ми-неевВГ., 1987).
Динамика содержания в почве подвижного марганца, минерального азота, подвижного фосфора и обменного калия в зависимости от внесения в нее марганцевого микроудобрения
Марганец является одним из жизненно-необходимых микроэлементов для растений, в том числе и для риса. Основным источником марганца следует считать почву и, в зависимости от условий окисленности или восстановленности почвы марганец в почве находится в разнообразных соединениях (Анспок ГОІ, 1978; Попов Г.Н., Егоров Т., 1987)
Растениям, и рису в частности, доступны лишь 2-х валентные формы марганца в почве. Другие формы марганца (3-х - 4-х валентные) растения риса усваивать не могут (БагдасаровАГ., 1988).
Несомненный интерес представляет динамика подвижного марганца в почве при различном уровне обеспеченности ее марганцевым микроудобрением.
Анализ представленных в таблице 3 данных указывает на тот факт, что, как в контрольном варианте (без внесения марганцевого удобрения), так и в опытных (с внесением разных доз марганцевого удобрения), количество подвижного марганца в пахотном 0-20 см слое почвы возрастало до фазы выметывания риса, затем (после уборки) резко снижалось. При этом, до фазы кущения риса темпы нарастания содержания марганца в почве были достаточно высоки (в контроле - с 50,4 мг/кг до 59,8, в опытных вариантах - с 50,4 мг/кг почвы до 62,6-75,2 мг), с фазы кущения до выметывания количество подвижного марганца в почве повысилось незначительно (в контроле - с 59,8 до 60,5 мг/кг, в опытных вариантах - с 62,6-75,2 мг до 62,7-75,4 мг/кг).
Влияние внесения в почву марганцевого микроудобрения на динамику содержания в ней подвижного марганца, мг/кг почвы (1997 -1999 гг.)
Одинаковый характер нарастания подвижного марганца в динамике по всем вариантам, очевидно, свидетельствует о том, что в условиях затопления часть почвенного марганца восстанавливается до подвижного (двухвалентного) состояния. Снижение темпов нарастания содержания его в почве в период кущение - выметывание связано с максимальным потреблением в этот период марганца растениями риса. Кроме того, в эти сроки происходит перераспределение марганца по рельефу и профилю почвы в условиях анаэробиозиса и связанные с этим потери, что хорошо согласуется с установленными А.Г. Багдасаровым и др. (1988) выводами.
Однако, внесение в почву марганцевого удобрения способствовало значительному повышению содержания подвижного марганца в почве. Причем, чем большую дозу марганцевого удобрения вносили в почву, тем большее количество подвижного марганца в ней содержалось (в фазе кущения: при внесении в почву 2 кг/га сульфата марганца содержалось 62,6 мг/кг, 4 кг/га - 65,5 мг/кг, 6 кг/га - 75,2 мг/кг; в фазе выметывания - 62,7,66,1 и 75,4 мг/кг почвы соответственно).
