CC BY
132
ш
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛ ЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
УДК 631.8:631.84 DOI: 10.24411/2587-6740-2019-15073
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТИОСУЛЬФАТА АММОНИЯ В СМЕСИ С КАС-32
Э.Н. Аканов1, М.М. Визирская2, Н.И. Аканова1
1ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова», г. Москва 2ООО «ЕвроХим Трейдинг Рус», г. Москва, Россия
В условиях вегетационного опыта в лабораторном фитотроне с контролируемыми параметрами внешней среды проведены исследования влияния смеси жидких азотсодержащих удобрений КАС-32 и тиосульфата аммония (ATs) в различных соотношениях компонентов на формирование продуктивности растений яровой пшеницы. Выявлено преимущество серосодержащего азотного удобрения ats. Использован оригинальный метод определения почвенного дыхания, с помощью которого оценено и установлено отсутствие угнетающего действия этих видов удобрений на биологическую активность почв. Представлены результаты по влиянию различных способов применения жидких азотных удобрений на формирование продуктивности растений. Показано, что проведение подкормки растений пшеницы смесью КАС-32 и ats в соотношении 4:1 в фазе кущения приводит к частичному поражению посева — на 17-23%%. Однако по истечении 14 дней после подкормки вегетирующая масса посева восстанавливается на 90-100%%. Для выявления фактической эффективности ats и разработки нормативов его применения необходимо проведение полевых исследований как в различном соотношении в смеси с КАС-32, так и как отдельного агрохимического средства в системе питания сельскохозяйственных растений с количественным определением потерь азота в процессе нитрификации. Особое значение приобретают исследования роли серы в питании культур при внесении ATs и уточнения рекомендаций по применению s-содержащих азотных удобрений.
Ключевые слова: продуктивность, азотный режим, азотсодержащие жидкие удобрения, биологическая активность почвы, КАС-32, тиосульфат аммония, сера.
Проблема азота всегда была и сейчас остается одной из центральных в земледелия, а изучение различных ее аспектов является важнейшей задачей агрохимической науки. Эффективность азотных удобрений в основном определяется их формой, дозой, способом и сроком внесения. Соблюдение сроков внесения в период интенсивного потребления азота повышает эффективность азотных удобрений и улучшает экологическое состояние агроценоза, предотвращая потери азота. С повышением доз азотных удобрений, как правило, увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур, однако может наблюдаться ухудшение качества продукции, снижение устойчивости к болезням и вредителям. Эффективность форм азотных удобрений во многом зависит от почвенно-кли-матическихусловий и биологических особенностей культур. В последнее время, в связи с выявленным дефицитом серы в почвах Российской Федерации, перспективны серосодержащие азотные удобрения, способствующие не только увеличению урожайности культуры, но и улучшению качества ее продукции.
Весьма эффективны жидкие азотные удобрения, особенно при подкормке всех сельскохозяйственных культур. При этом возможно существенное увеличение коэффициента использования азота удобрений. В мировой практике имеется широкий спектр жидких азотных удобрений, например КАС, которые находят широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Такие удобрения могут применяться в смесях с другими жидкими удобрениями и со средствами защиты растений [1, 2, 3].
Выбор удобрения из имеющегося ассортимента должен сводиться к определению такой
формы азота, применение которой будет экономически выгодно и обеспечит получение максимальной прибавки урожая, стоимостью превышающей затраты на использование данного удобрения, и не ухудшит экологического благополучия агроэкосистемы. Одним из путей решения этой проблемы является применения жидких азотных удобрений КАС-32 и тиосульфата аммония.
Методика проведения опыта
Тиосульфат аммония (ATS) — (NH4)2S2O3, производства Тессендерло Груп представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, не содержит азота в нитратной форме, весь азот находится в аммонийной форме:
Наименование показателя Норма
Массовая доля общего азота (N1), % В том числе аммонийный азот, % не менее 12 не менее 12
Массовая доля серы, %, не менее 26
В задачу исследований входило:
• исследовать влияние КАС-32 и ATS в различных соотношениях на формирование продуктивности растений яровой пшеницы;
• установить и оценить возможное сопутствующее токсическое воздействие удобрений на почву и растения;
• исследовать влияние различных способов применения жидких комплексных удобрений на формирование продуктивности растений.
Исследования проведены в условиях вегетационного опыта в лабораторном фитотроне ФГБНУ «ВНИИА» в регулируемых условиях: освещенность, температура и влажность воздуха, заданный пищевой режим почвы по NPK, влажность почвы.
В связи с поставленными задачами в лабораторных условиях была проведена серия опытов, в которых изучалось:
1. Эффективность влияния различных форм азотных удобрений на питательный режим и микрофлору почвы, формирование биомассы растений пшеницы.
Схема опыта состояла их 4 вариантов: 1. Контроль (без удобрений); 2. Р9)К9) + N120 (NH4NO3); 3. Р,оК,о + N120 (КАС-32); 4. Р^ + N120 (ATS).
Условия проведения опыта: фотопериод 16 часов, мощность облучения ~120-150 мкмоль/м2-сек (11-12 клк), температура воздуха «днем» 23-250С, «ночью» 18-190С, влажность воздуха 50-70%, влажность почвы 60-70% от ПВ. Для создания фона РК использовали суперфосфат и хлористый калий из расчета по 90 кг/га по д.в. Суммарная доза азота во всех вариантах опыта из расчета 120 кг/га по д.в. Способ применения агрохимиката: внутрипочвенное и опрыскивание вегетирующих растений (подкормка). Почва окультуренная дерново-подзолистая легкосуглинистая (ПВ=34%).
2. Влияние КАС-32 и ATS в различных соотношениях на продуктивность яровой пшеницы. Эти агрохимикаты применяются в промышленных интенсивных технологиях для выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе зерновых. Особенно эффективно их действие при внесении в почву весной под вспашку и/или культивацию и в подкормку.
4 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 5 (371) / 2019
www.mshj.ru
Схема опыта состояла из 6 вариантов: 1. Контроль (без удобрений); 2. Фон — Р90К90 (суперфосфат + хлористый калий); 3. Р90К90 + N12o (NH4NO3); 4. Р9Д0 + N120 [ATS (20%) + КАС-32 (80%)]; 5. Р90К90 + N120 [ATS (30%) + КАС-32 (70%)]; 6. Р90К90 + N120 [ATS (40%) + КАС-32 (60%)].
0. Эффективность ATS и КАС-32 в различных соотношениях при внесении в почву и при некорневой подкормке в фазе кущения на посеве яровой пшеницы.
Схема опыта включала 5 вариантов: 1. Контроль (без удобрений); 2. Фон — Р90К90 (суперфосфат + хлористый калий); 3. Р90К90 + N80 [ATS (20%) + КАС-32 (80%)] + N40 [ATS (20%) + КАС-32 (80%)]; 4. Р90К90 + N80 [ATS (30%) + КАС-32 (70%)] + N40 [ATS (30%) + КАС-32 (70%)]; 5. Р90К90 + N80 [ATS (40%) + КАС-32 (60%)] + N40 [ATS (40%) + КАС-32 (60%)].
70% общей дозы азота в виде смеси КАС-32 и ATS в разных соотношениях было внесено в почву при посеве и 30% в подкормку на 21 день вегетации в фазе кущения во время формирования четвертого листа.
Во всех опытах объектом исследований была яровая пшеница Triticum aestivum L. сорта Злата, селекции НИИСХ ЦРНЗ РФ, производства 2016 г.
С целью определения биологической активности почвы измеряли ее дыхание перед и после внесения азотных удобрений. Для измерений навеску почвы помещали в герметичный контейнер с размещенным внутри ИК- сенсором (0-3000 ppm СО2), сопряженным с датчиками температуры (0-500С), влажности (30-100%) и ЖК-дисплеем, фиксирующим с 5-минутным интервалом с нарастающим итогом концентрацию СО2 внутри контейнера [4]. Этот прибор — портативный почвенный респирометр, имеющий автономное питание и алгоритм расчета дыхания (патент РФ № 2660380). Внешний вид конструкции представлен на рисунке 1. Продолжительность измерения показателя составляет 30-40 минут.
Обсуждение результатов
Опыт № 1. Почвенное дыхание, как функция поддержания (обеспечения энергией) биологической активности почвенных микроорганизмов и корневой системы растений, осуществляется за счет притока О2 в почву и эмиссии СО2 из почвы в атмосферу. Основными центрами (участками) поглощения О2 и продуцирования СО2 являются микробные клетки и корни растений, максимальное число которых находится в верхних горизонтах почвы.
Почвенное дыхание контролируется температурой, влажностью, запасом питательных веществ, содержанием органического вещества, и в регионах умеренного климата с дерново-подзолистыми окультуренными почвами может изменяться в пределах: 4-24 гСО2/м2сут [2].
Проведенные измерения показали, что интенсивность почвенного дыхания контрольного образца (без удобрений) оказалась равной в среднем 11,5 гСО2/м2сут, в то время как в результате внесения высоких доз азота — N120, дыхание почвы оказалось заметно ниже: 6,5 гСО2/м2сут на фоне NH4NO3, 10,5 гСО2/м2сут на фоне КАС-32 и 6,5 гСО2/м2сут на фоне ATS.
Снижение дыхания представляет собой адаптивную реакцию, вызванную разбалансировани-ем почвенного соотношения CN в пользу азота, типичный уровень которого в разных регионах умеренного климата в сельскохозяйственных почвах является примерно одинаковым и равным примерно 10/1 [5, 6]. Чтобы проверить обратную реакцию на изменение соотношения CN в
пользу углерода в почву добавили дозу глюкозы. Для проверки гипотезы опыт продолжили, и в уже удобренные образцы почв дополнительно внесли глюкозу в 10-кратно увеличенной дозе по отношению к ^20 [7].
Результаты измерений были статистически обработаны с использованием критерия Стью-дента на 5% уровне значимости. Полученные результаты с указанием соответствующих доверительных интервалов приведены на рисунке 2.
Как видно из данных рисунка 2, после корректировки дисбаланса СМ дыхание стабилизировалось на новом более высоком уровне, соответственно по вариантам:
22,0 гСО2/м2сут на фоне NH.N0,,
24,0 гСО2/м2сут Выявленные
■ КАС-32, 15,0 гСО2/м2сут — ATS. закономерности2 позволяют сделать вывод, что дыхательная реакция во всех испытанных вариантах была обратимой, клеточный дыхательный метаболизм бактерий, будучи ингибирован воздействием концентрированных агрохимикатов, восстанавливался после глюкозной корректировки. В природе вели-
чина этого отношения регулируется, главным образом, за счет изменения биологической активности клеточно-бактериальной массы, которая адаптируется к конкретным почвенным условиям.
Установлено, что жидкие удобрения КАС-32 и АТS в различных соотношениях не угнетают биологическую активность почвы. Проявились индивидуальные различия в дыхательных реакциях в зависимости от вида удобрения. По-видимому, это связано с разным содержанием основных форм азота в них (нитратной, амидной и аммиачной) и разной динамикой влияния этих форм на бактериальный метаболизм.
Опыт № 2. В ходе опыта была прослежена особенность формирования продуктивности растений пшеницы. Динамика биометрического контроля показала, что соотношение АТS и КАС-32 в смеси существенно отражается на структуре растения и накоплении им биомассы. Основные результаты, полученные в ходе регулируемого выращивания растений яровой пшеницы, представлены в таблице 1.
Рис. 1. Конструкция портативного почвенного респирометра
=
£ 25 ^
и
-S 20
0
Ч !5
1
CQ
? 10
о =
<и
Я 5 Ж
м *
контроль NH4NO3 КАС-32
■ б/глюкозы I с глюкозой
ATS
0
Рис. 2. Адаптивная дыхательная реакция почвенной микрофлоры на внесение в почву ats, КАС-32 и nh4no3 в эквивалентной дозе n120 и обратной реакции при добавлении в почву глюкозы
Таблица 1
Основные биометрические показатели растений яровой пшеницы (возраст — 32 дня, фаза развития — трубкование)
Вариант опыта Число листьев, шт. Флаговый лист Надземная масса растений, г/сосуд Число растений в сосуде
длина, см ширина, мм площадь, дм2
1-Контроль 3-4 38,1 5,7 0,13 14,2 11
2 4 34,1 5,3 0,11 14,2 11
3 4 33,3 5,7 0,11 15,2 11
4 4 35,1 6,2 0,13 17,5 11
5 4 35,2 5,7 0,12 15,7 11
6 4 35,8 5,3 0,11 15,6 11
НСР05' Г 3,31
- 5
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5 (371) / 2019
ш
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица 2
Результаты дисперсионного анализа
Дисперсия Сумма квадратов Степень свободы Средний квадрат FOS
Общая 6S,8S 17 -
Вариантов 24 S 8,8 2,S1 3,11
Остаток (ошибка) 41,8S 12 3,S
Рф < f05
Ошибка опыта 1,08 г
Ошибка разности средних 1,52 г
НСР05= t05-1,52= 2,18 ■ 1,52 = 3, 31 г
Таблица 3
Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы при внесении Ats и КАС-32
Вариант опыта Показатели
рнШ n-nh4 N-NO3 P О 2 5 N . , % общ.'
мг/кг
Контроль(без удобрений) 6,2±0,2 0,8±0,3 28,2±4,2 280±31 0,1S±0,02
Фон - Р90К90 (суперфосфат + KCl) 6,1±0,2 0,9±0,3 29,0±3,7 320±36 0,1S±0,02
Р90К90 + N120 (NH4N03) S,9±0,2 1,1±0,2 36,4±S,3 31S±39 0,17±0,02
Р90К90 + N120 [ATS (20%) + КАС-32 (80%)] S,8±0,2 1,2±0,3 41,7±6,S 34S±42 0,19±0,02
Р90К90 + N120 [ATS (30%) + КАС-32 (70"%)] S,8±0,2 1,1±0,3 49,0±7,4 3S0±47 0,17±0,02
Р90К90 + N120 [ATS (40%) + КАС-32 (60%)] S,7±0,2 1,3±0,2 S1,4±8,6 3S7±61 0,18±0,02
Таблица 4
Краткосрочное и пролонгированное действие листовой подкормки смесью КАС-32 и ats на вегетацию яровой пшеницы
Вариант опыта Масса (сырая) 1 растения*, г % поражения
21 день 24 дня З2 дня З5 дней
1 - - 1,29 -
2 - - 1,29 -
3 0,80 0,66 - 0,83 18
4 0,73 0,49 - 0,6S 33
S 0,69 0,S3 - 0,63 23
*Влажность растительной массы 17%.
В таблице 2 представлены средние значения соответствующих показателей. Для оценки значимости результатов надземной массы растений выполнен дисперсионный анализ.
Наиболее продуктивным (увеличение на 23%) и статистически подтвержденным с вероятностью 95% по сравнению с контролем оказалось совместное действие удобрений ATS и КАС-32 в соотношении 1:4, положительный эффект наблюдался также в сравнении с вариантом с NH4NO3.
Анализ почвенных образцов показал, что применение АTS в смеси с КАС-32 достоверно влияет на агрохимические параметры дерново-подзолистой почвы (табл. 3). Внесение тиосульфата аммония оказывает подкисляющее действие на почву, что может положительно сказаться на доступности фосфатов. Наибольшие изменения были выявлены по содержанию нитратного и аммиачного азота в почве.
Опыт № 3. В этом опыте, чтобы оценить возможность репарации, было использовано для опрыскивания растений 10-кратное разбавление тиосульфата аммония. Опрыскивание провели на 21 день после посева и на 3 день после опрыскивания фиксировали размер повреждения растения. Полученные результаты приведены в таблице 4.
Смесь КАС-32 + ATS, использованная для опрыскивания, была во всех вариантах одинаковой, изменялось лишь их соотношение. Внешние условия (температура и влажность воздуха, солнечное освещение) во время опрыскивания не отличались от рекомендованных. Одинаковой была также внесенная в почву основная доза азота — N80.
Во всех вариантах проявился эффект пролонгированного действия процесса репарации растений. К 35-дневному возрасту в значительной степени — от 90 до 100% восстановилась ве-
гетирующая масса растений. Можно заключить, что биологический потенциал репарации, накопленный растительным организмом за период, предшествующий достаточно «жесткому» опрыскиванию, оказался способным восстановить активную вегетацию, но при этом нужно, конечно, иметь в виду, что на относительно короткий срок произошел «сбой», потеря темпа в продукционном процессе.
Выводы
Полученные результаты по а гроэкологи ческой эффективности использования жидких азотных удобрений КАС-32 и ATS в максимальной смесевой дозировке из расчета 120 кг/га по д.в. на фоне фосфорных и калийных удобрений из расчета по 90 кг/га по д.в. и в сравнении с твердыми минеральными удобрениями NH4NO3 свидетельствуют о том, что такой прием может найти широкое применение в практике сельскохозяйственного производства с целью оптимизации азотного и серного режимов питания растений, повышения их продуктивности и улучшения качества растениеводческой продукции.
Совместное применение КАС-32 и ATS способствует улучшению усвоения азота растениями, что обусловливает сокращение потерь азота из почвы, способствует увеличению содержания аммиачной и нитратной форм азота, увеличивает подвижность фосфатов и улучшает структуру дерново-подзолистой почвы. Применение тиосульфата аммония может быть экономически, экологически и агрономически высокоэффективным в различных типах оросительных систем.
Показано, что дополнительная к основному внесению внекорневая подкормка смесью КАС-32 и ATS в соотношении 4:1 с 10-кратным разбавлением в фазе кущения приводит к частичному поражению посева — на 17-23%. Однако по истечении 14 дней после подкормки вегетирующая масса посева восстанавливается на 90-100%.
Литература
1. Wolder D. Tanrmischungen im Getreide: Was geht, was geht nicht. Top Agrar. 2000. No. 2. Pp. 70-71.
2. Fychs M., Wozniak H. Kombination von N-Flussig-dünger und Pflanzenschutzmitten. Neue Landwirtschaft. 1999. No. 1. Pp. 52-54.
3. Mauch-Mani B., Metraux I.P. Salicilyc acid and systemic acquired resistance to pathogen attack. Annals of Botany. 1998. Vol. 82. Pp. 535-540.
4. Аканов Э.Н. Процессы фотосинтетического и дыхательного газообмена при загрязнении почвы нефтепродуктами // Доклады РАСХН. 1998. № 4. С. 18-20.
5. Макаров Б.Н. Динамика газообмена между почвой и атмосферой в течение вегетационного периода под различными культурами // Почвоведение. 1952. № 3. С. 271-277.
6. Макаров Б.Н. К методике определения интенсивности выделения СО2 из почвы // Почвоведение. 1970. № 5. С. 139-143.
7. Макаров Б.Н. Упрощенный метод определения дыхания почвы и биологической активности // Почвоведение. 1957. № 9. С. 119-122.
8. Роуэлл Д.Л. Почвоведение: методы и использование. Научное издание. М.: Колос, 1998. 48б с.
9. Шарков И.Н. Определение интенсивности продуцирования СО2 почвой абсорбционным методом // Почвоведение. 1984. № 7. С. 135-143.
Об авторах:
Аканов Эдуард Николаевич, кандидат технических наук, главный научный сотрудник лаборатории агрохимии органических удобрений, ORaD: http://orcid.org/0000-0002-4312-3102, [email protected]
Визирская Мария Михайловна, кандидат биологических наук, руководитель отдела агрохимического сервиса в России и СНГ, ORaD: http://orcid.org/0000-0002-4030-845X, [email protected]
Аканова Наталья Ивановна, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории известковых удобрений и химической мелиорации, ORaD: http://orcid.org/0000-0003-3153-5740, [email protected]
б
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № S (З71) / 2Ol9
www.mshj.ru
AGRI-ENVIRONMENTAL EVALUATION OF AMMONIUM THIOSULFATE WITH UAN-32
E.N. Akanov1, M.M. Vizirskaja2, N.I. Akanova1
1All-Russian research institute of agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, Moscow 2OOO "EuroChem Trading Rus" Moscow, Russia
The trial on assessment of effectiveness of mixture fertilizer contain UAN-32 and ammonium thiosulfate (ATS) in different ratio was carried out in the condition of controlled laboratory. The advantage of sulfur-containing nitrogen fertilizer ATS was revealed. As test crop was used spring wheat. The original method determination of soil respiration was used, with the help of which was determinated the ATS inhibitory effect on the soils biological activity. In the research was presented the influence of various application methods of liquid nitrogen fertilizers on the formation of plant productivity. It is shown that the fertilizing of wheat plants with a mixture of UAN-32 and ATS in a ratio of 4:1 in the tillering phase leads to a rapid defeat of plant — by 17-23%. However, after 14 days after fertilizing, the vegetative mass of the crop is recovered by 90-100%. To identify the ATS actual effectiveness and to develop standards for its application it is necessary to conduct field trials in various mixing ratios with UAN-32 or as a separate product in the nutrition system of agricultural plants, as well it is necessary to analyze nitrogen losses in the process nitrification. Of particular importance is the study of the role of sulfur in the nutrition of crops when making ATS and clarifying the recommendations for the use of S-containing nitrogen fertilizers. Keywords: productivity, nitrogen, nitrogen liquid fertilizer, soil biological activity, UAN-32, ammonium thiosulfate, sulphur.
References
1. Wolder D. Tanrmischungen im Getreide: Was geht, was geht nicht. Top Agrar. 2000. No. 2. Pp. 70-71.
2. Fychs M., Wozniak H. Kombination von N-Flussig-dünger und Pflanzenschutzmitten. Neue Landwirtschaft. 1999. No. 1. Pp. 52-54.
3. Mauch-Mani B., Metraux I.P. Salicilyc acid and systemic acquired resistance to pathogen attack. Annals of Botany. 1998. Vol. 82. Pp. 535-540.
4. Akanov E.N. The processes of photosynthetic and respiratory gas exchange in soils polluted with oil products. Doklady RASKHN = Reports of the RAAS. 1998. No. 4. Pp. 18-20.
5. MakarovB.N. Dynamics of gas exchange between soil and atmosphere in the vegetation period under different crops. Pochvovedenie = Soil science. 1952. No. 3. Pp. 271-277.
6. Makarov B.N. On the method of determining the intensity of CO2 release from the soil. Pochvovedenie = Soil science. 1970. No. 5. Pp. 139-143.
7. Makarov B.N. Simplified method for determining soil respiration and biological activity. Pochvovedenie = Soil science. 1957. No. 9. Pp. 119-122.
8. Rowell D.L. Soil science: methods and use. Scientific publishing. Moscow: Kolos, 1998. 486 p.
9. SharkovI.N. Determination of intensity of CO2 production by soil absorption method. Pochvovedenie = Soil science. 1984. No. 7. Pp. 135-143.
About the authors:
Eduard N. Akanov, candidate of technical sciences, chief researcher of the laboratory of agrochemistry and organic fertilizer, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4312-3102, [email protected]
Mariya M. Vizirskaya, candidate of biological sciences, head of the department of agrochemical service in Russia and the CIS, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4030-846X, [email protected]
Natalia I. Akanova, doctor of biological sciences, professor, chief researcher of the laboratory of agrochemistry and lime fertilizer and melioration, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, [email protected]
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5 (371) / 2019
