CC BY
117
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (151-152), 2012
АНТАГОНИЗМ СЕРЫ И МОЛИБДЕНА В РАСТЕНИЯХ СОИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЙ
В.И. Голов,
доктор биологических наук
Учреждение Российской академии наук, Био лого-почвенный институт Дальневосточное отделение РАН,
690022, Владивосток-22, Проспект Столетия Владивостока, 159 golov@ibss.dvo.ru
Ключевые слова: соя, сера, молибден, антагонизм элементов питания
УДК 631.811:633.34
Введение. Выбор упомянутых в заголовке питательных элементов далеко не случаен. В свое время (в 60-80-е годы минувшего столетия) именно этим элементам питания в нашей стране было посвящено большое количество статей, монографий, методических рекомендаций. И тем не менее, удобрения, содержащие эти элементы, несмотря на их высокую эффективность, не стали такими же популярными и востребованными, как азот, фосфор и калий. Данному явлению способствовало несколько причин, которые мешали внедрению упомянутых разработок как у нас в стране, так и за рубежом. Для России основным тормозом послужила перестройка экономических отношений, следствием которой явилось падение промышленного производства, в том числе и производства удобрений. Затянувшийся кризис способствовал уходу поколения ученых и практиков, владевших этими знаниями, что неминуемо привело к тому, что продуктивность растениеводства и особенно животноводства вернулась к уровню столетней давности. В немалой степени этому способствовало весьма скудное финансирование как фундаментальной науки, которая не может существовать без государственной поддержки, так и сельскохозяйственной, где ситуация сложилась еще более плачевной. За два последних десятилетия мы утратили многие направления и научные школы, которые были ведущими в мире. Так случилось и с тематикой, которой посвящена предлагаемая статья.
Так, например, наши постоянные контакты с китайскими учеными, начавшиеся еще в 80-е годы минувшего столетия, свидетельствуют о том, что широко и основательно с молибденовыми удобрениями в Китае начали работать всего лет 2030 назад, а с серными удобрениями только в последние 10-15 лет. В нашей стране молибденовые удобрения применялись под бобовые уже в 50-е годы, а под сою на Дальнем Востоке широко применялись с 60-х годов. Многое было известно и об
эффективности серных удобрений в посевах ведущих культур, возделываемых на юге Дальнего Востока [4; 8]. В эти же годы был обнаружен антагонизм между ионами серы и молибдена при традиционном внесении под сою удобрений, содержащих эти элементы. Были намечены пути решения этой проблемы, но начавшаяся «перестройка» и последовавший за нею развал экономики и науки помешали довести их до логического конца. И только в последние годы нам удалось вернуться к этим исследованиям и получить первые обнадеживающие результаты. За эти годы количество публикаций в Китае по перспективным удобрениям, включая серные и молибденовые, выросло в несколько раз.
В настоящее время дефицит серы практически вырос в глобальную проблему. В первую очередь это касается стран Азии, а также южной и северной Америки, в которых применялись и применяются повышенные дозы минеральных удобрений [11]. Этому способствовало, в первую очередь, увлечение производством и применением высококонцентрированных и безбалластных удобрений, не содержащих серу и другие примеси (мочевина, карбоаммофоска, двойной суперфосфат и др.), объемы производства и применения которых к концу 80-х годов составили в нашей стране около 90 %, а за рубежом более 70 % [7]. Уменьшению поступления серы в агрофитоценозы способствовало резкое сокращение выбросов благодаря замене на газ угля и нефти, долгие годы служивших источником энергии для тепловых электростанций. Этому способствовало также более широкое освоение атомной энергии и энергии текучей воды. Так, например, в Польше за последние 15-20 лет поступление серы из атмосферы уменьшилось на 40-60 %, а во всей северной Европе в 10 раз (со 100 кг/га до 10 кг/га) [10; 12].
Потребность сои, как и всех бобовых культур, в сере и молибдене значительно больше, чем у других полевых культур.
Это объясняется тем, что сера входит в состав трех важнейших аминокислот -цистина, цистеина и метионина, поэтому для накопления белка в семенах сои серы поглощается относительно больше, чем у других культур, у которых белок не является приоритетным запасным веществом. Высокая потребность сои в молибдене обусловлена его активным участием в процессах связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями. Этот элемент входит в состав двух ключевых ферментов метаболизма азота в бобовых растениях - нитратредуктазы и нитроге-назы, поэтому накапливается большей частью в клубеньках, а затем по мере их отмирания, в генеративных органах [3].
При интенсивном выращивании сои, а на Дальнем Востоке она долгое время занимала около 40 % пахотных почв, сера и молибден со временем стали лимитирующими факторами урожайности этой культуры.
Применение молибденовых удобрений в целом по стране и на Дальнем Востоке под бобовые по разным причинам еще в 80-е годы резко сократилось, хотя эффективность этого элемента в частности под сою на Дальнем Востоке зачастую намного превосходила таковую, получаемую от основных элементов питания [2].
В последние годы в мировой практике земледелия резко возрос интерес к питанию культурных растений «второстепенными», как их долгое время считали, элементами Mg, Si и др.), а также микроэлементами (Мо, В, Zn, Se и т.д.). Нарушение питания названными элементами, как его сейчас называют («скрытый голод»), довольно широко распространено и касается примерно 2 млрд. человек. Недостаток в пище этих элементов приводит к ослаблению здоровья и потере работоспособности, поэтому в настоящее время данное направление в аграрной науке стало наиболее востребованным. В связи с этим на сегодняшний день важно не только прилагать усилия в направлении увеличения продуктивности выращи-
ваемых культур, но и не менее важно повышать качество получаемой продукции путем оптимизации питания растений [13].
Результаты исследований. Как уже
отмечалось, на Дальнем Востоке в прошлые годы была отмечена высокая эффективность серных и молибденовых удобрений при выращивании сои [1; 6]. Обработка семян сои молибденом считалась обязательным приемом в существовавших тогда зональных системах земледелия. Тогда еще успешно функционировали рудники по добыче молибдена и других металлов в Хабаровском и Приморском краях, которые на сегодня прекратили свою деятельность. Кроме того, на химическом комбинате «Бор» в Даль-негорском районе Приморского края скопились огромные запасы отходов (борогипса), содержащих в достаточном количестве такие полезные элементы питания для сои, как сера (15 % в расчете на элемент), бор (до 1 %), кальций (20-30 %) и 0,6 % магния. Эти «хвосты» до сих пор, как показывают регулярно проводимые нами анализы, не потеряли своих удобрительных свойств и в любой момент могут быть пущены в дело при благоприятных обстоятельствах.
В период интенсивного изучения эффективности серных и молибденовых удобрений под сою мы столкнулись с явлением антагонизма между этими элементами при внесении их традиционными методами. Молибден, как правило, применяли методом смачивания семян сои раствором молибдата аммония перед посевом, а серу в форме борогипса вместе с основными удобрениями в почву.
Антагонизм возникает как между катионами, так и анионами, причем в этом случае, сказывается величина их валентности: одновалентные катионы менее конкурентоспособные, кроме водорода, чем двухвалентные. Антагонизм сильнее проявляется между одноименно заряженными ионами, и особенно в тех случаях, когда концентрация одного иона в рас-
творе значительно превышает концентрацию другого. По-видимому, определенную роль в конкуренции имеет величина ионного радиуса. Классическими примерами антагонистических отношений может служить подавление поступления калия при высокой концентрации натрия в почвенном растворе и наоборот, или магния и марганца. Аналогичные взаимодействия, хотя и менее выраженные, существуют между ионами магния и кальция, нитратов и фосфатов и других элементов питания. Несколько позже ученые столкнулись с антагонизмом сульфат-ионов и молибдат-ионов [9]. Внесение кальция (извести), напротив, увеличивает подвижность молибдена в почвенном растворе и, соответственно, поступление его в растения (явление синергизма), что можно проиллюстрировать проведенными нами исследованиями на сое (табл. 1). Как видно из представленных в таблице 1 данных, внесение серы оптимальными дозами (30 кг/га в почву) резко снизило содержание молибдена, который применяли методом смачивания семян.
Таблица 1
Влияние элементарной серы и извести на поступление молибдена в семена сои
Вариант Содержание Мо, мг/кг сухого вещества
Контроль (фон ^0Р60К60) 6,2 ± 0,3
Сера элементарная, 15 кг/га 1,6 ± 0,1
СаСО3 - (2 г.к., 17 т/га) 7,8 ± 1,0
СаСО3, 17 т/га + сера, 15 кг/га 7,6 ± 1,0
Дополнительное внесение извести практически восстановило его содержание. Однако внесение извести не всегда бывает оправданным и рентабельным в посевах сои. Так, например, на луговых черноземовидных почвах Амурской области, на которых сосредоточены основные посевы этой культуры, известь практически неэффективна, т. к. данные почвы имеют слабокислую среду.
Необходимо отметить, что применение молибдена методом смачивания семян,
несмотря на его эффективность и популярность, нельзя назвать совершенным. Так, например, в одном из опытов, проведенных Ю.Н. Казачковым на луговой черноземовидной почве, применение молибдена в засушливый год методом смачивания семян дозой 100 г/га, снизило урожай зерна сои на 2-6 ц/га [5]. Причем, минимальная величина снижения урожая от избытка молибдена была на варианте с внесением серы, которая, как известно, препятствует его поглощению. Следовательно, резкий недостаток влаги в начале вегетации, что довольно часто случается в Приморье и Приамурье, увеличивает риск неблагоприятного действия молибдена, применяемого методом обработки семян. Кроме значительного увеличения концентрации молибдена в семядолях и оболочке семян (в 100-1000 раз), при этом способе внесения молибдена оболочка, как правило, деформируется в процессе смачивания и последующего набухания, и зачастую теряется вместе с молибденом. Меньшее же количество применяемого раствора (менее 1 л/100 кг семян), которое не приводило бы к деформации оболочки, не гарантирует равномерного его внесения (смачивания семян).
Поэтому нами был предложен новый метод применения молибдена, который мы назвали методом предварительного или естественного накопления молибдена семенами сои. Его можно применять и для других крупносемянных бобовых культур, таких, как люпин, фасоль, бобы и донник. Ранее нами было отмечено, что при внесении молибдена под сою, этот элемент накапливается в семенах до концентрации, которая бывает достаточной для нормального бездефицитного по молибдену роста и развития сои в следующей генерации. Была установлена концентрация молибдена в семенах сои, необходимая и достаточная для нормального развития этой культуры (от 5 мг/кг и выше). Допосевной обработкой семян молибденом дозой 25-50 г/га можно дос-
тичь в получаемом урожае семян концентрации этого элемента 5-10 мг/кг, которой вполне достаточно для следующей генерации семян. Концентрацию 10 мг/кг следует считать предельной в продовольственных посевах сои.
Но поскольку накопленный в семенах молибден не передается в последующие поколения (генерации) семян, сколь бы высокой не была его концентрация в исходных семенах, применять его таким путем необходимо через год. Здесь уместно провести аналогию с методом получения гибридных семян, которые проявляют ге-терозисные свойства в течение одного поколения и во втором его теряют.
Обогащать семена сои до нужных концентраций можно как внекорневым путем, так и обработкой семян. Исследованиями Ю.Н. Казачкова [5] было показано, что в случаях применения повышенных доз молибдена (50 и более г/га д.н.) коэффициент усвоения его значительно выше при смачивании семян, нежели при опрыскивании растений. Несмотря на уменьшение при последнем способе коэффициента усвоения молибдена, его можно с успехом применять для предварительного обогащения семян сои этим элементом, если по каким-то причинам нет возможности провести обработку семян.
Таким образом, минимальная доза молибденовых удобрений, которую необходимо применить для получения семян с достаточным количеством молибдена в семенах следующей репродукции (5 мг/кг и выше) при внесении его методом смачивания исходных семян является доза 50 г/га, а при опрыскивании растений - 200 г/га. При получении обогащенных семян с помощью внекорневой подкормки обычно используют раствор, содержащий 200 г молибдата аммония (гектарная норма) в 500-1000 литрах воды.
Способ предварительного (естественного) накопления молибдена в семенах сои избавляет производителей от необхо-
димости ежегодной предпосевной обработки семян сои раствором молибдата аммония и, следовательно, от необходимости приобретать, и содержать машины, удобрения и оборудование для влажной обработки семян. Производство обогащенных молибденом семян целесообразнее организовать в семеноводческих хозяйствах, специализирующихся на размножении элитных семян. Получаемые здесь семена первой репродукции будут содержать, после обогащения любым из указанных выше приемов, необходимое количество молибдена и реализовываться непосредственно производителям товарного зерна для посева. При такой схеме производства обогащенных семян упрощается контроль над их использованием.
Несмотря на высокую эффективность молибденовых удобрений, их популярность с течением времени была потеряна и в настоящее время, как и многое другое, сошла на нет. Предлагаемый нами метод позволит избавить производителей от необходимости заботиться о внесении этого вида удобрений и, безусловно, будет способствовать росту их популярности. Конечно, это станет возможным, при условии нормальной работы семеноводческих хозяйств, производящих элитные семена, которые сейчас влачат жалкое существование.
Разработанный нами метод, таким образом, позволяет благополучно решить проблему антагонизма серы и молибдена при поглощении растениями. Сера и молибден поглощаются растениями в виде анионов, которые имеют одинаковый заряд и близкий ионный радиус. Поэтому при традиционном и одновременном применении серных и молибденовых удобрений подавляется их взаимное поступление в растения, что в свою очередь снижает урожай и ухудшает его качество [9]. Причем потребность в этих элементах в большинстве случаев возникает одновременно.
Таким образом, во избежание явления антагонизма в процессе питания растений
этими элементами, в частности бобовых, мы предлагаем вносить молибден описанным выше методом предварительного насыщения семян, а серные удобрения вносить как обычно в почву, под урожай, который получают от обогащенных молибденом семян. В этом случае не происходит конкуренции между ионами серы и молибдена, т.к. последний элемент уже находится в белковой фракции семян и не является в этом случае конкурентом серы.
Та бл и ц а 2
Эффективность совместного действия серы и молибдена на урожай зерна сои в условиях полевого и вегетационного опытов на луговых черноземовидных почвах
Вариант Полевой опыт Вегетационный опыт Содержание белка, %
опыта урожайность, ц/га прибавка, ц/га ур°- жай-ность, г/сосуд прибавка, г/сосуд
Контроль (фон РбоКбо) 21,8 20,8 38,5
Фон + сера
элементарная, 15 кг/га 26,6 4,8 40,9 20,4 39,0
Фон + молиб-
ден, 25 г/га
(смачивание
семян) 23,9 2,1 - - -
Фон + сера,
15 кг/га + мо-
либден, 25 г/га
(смачивание семян) 25,7 3.9 42,2 21,7 40,2
Фон + сера + молибден, уже
накопленный
в семенах, - 5,6
мг/кг 28,6 6,8 47,2 26,7 42,5
Sх, % 1,53 3,14
НСР05 1,23 ц/га 3,2 г/сосуд
Для иллюстрации сказанного приводим данные полевого и вегетационного опыта, где молибден вносили различными способами. Как видно из приведенных в таблице 2 данных, традиционный метод применения молибдена (смачивание семян перед посевом) одновременно с серой (в почву) в полевом опыте даже снизил урожайность зерна сои по сравнению с одной серой, а применение его путем предварительного биологического накопления дало дополнительный, при-
чем, весьма достоверный положительный эффект.
Аналогичные результаты получены в вегетационном опыте, с той лишь разницей, что депрессирующий эффект от совместного применения серы и молибдена не наблюдался, но прибавка урожая от разновременного способа применения очевидна и достоверна.
Таким образом, предварительное обогащение семян сои молибденом, позволяет избежать антагонизма его с серой при совместном внесении удобрений, содержащих эти элементы и достичь дополнительной прибавки урожая зерна сои. Следует, кроме этого, напомнить, что содержание молибдена в семенах, как показали наши многолетние наблюдения, является наиболее объективным и потому наиболее приемлемым диагностическим показателем потребности посевов сои в молибденовых удобрениях. Причем анализ семян провести и организовать намного проще, чем почвы, для которой до сих пор нет приемлемой вытяжки для определения его доступных форм.
Список литературы
1. Голов, В.И. Применение борогипса в качестве серного и борного удобрения на почвах Дальнего Востока / В.И. Голов // Агрохимия. - 1996. - № 4. - С. 68-78.
2. Голов, В.И. Круговорот серы и микроэлементов в основных агроэкосистемах Дальнего Востока / В.И. Голов. - Владивосток: Дальнаука, 2004. - 316 с.
3. Голов, В.И. Поступление молибдена в растения сои и его последействие при внесении молибденовых удобрений на почвах Дальнего Востока / В.И. Голов, Ю.Н. Казачков // Агрохимия. - 1973. - № 10. - С. 103109.
4. Голов, В.И. Об эффективности серных удобрений на почвах Дальнего Востока / В.И. Голов, Т.К. Прокопова // Пути повышения продуктивности растениеводства на Дальнем Востоке. - Владивосток, 1981. - С. 44-56.
5. Казачков, Ю.Н. Оценка результатов и корректировка применения молибдена под сою / Ю.Н. Казачков // Пути повышения продуктивности растениеводства, кормопроизводства и садоводства на Дальнем Востоке. -Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. - С. 4957.
6. Куркаев, В.Т. Методические указания по применению молибдена под сою / В.Т. Куркаев, В.И. Голов. - Благовещенск: Амурское кн. изд-во, 1961. - 23 с.
7. Макаренко, Л.Н. Интенсификация применения минеральных удобрений / Л.Н. Макаренко // Обзорная информация. - М.: ВНИИТЭСХ, 1987. - 48 с.
8. Салтанов, М.Д. Влияние серы на химический состав и урожай сои на некоторых почвах Приамурья / М.Д. Салтанов, Г.А. Цел-ковский // Науч.-техн. бюл. ВНИИ сои. -Новосибирск, 1976. - Вып. 2. - С. 58-68.
9. Фомин, П.И. Влияние сульфата кальция на агрохимические свойства почвы и поступление серы и молибдена в растения / П.И. Фомин, О.Г. Фомина // Агрохимия. - 1976. -№ 9.- C. 107-111.
10. Касzor, A Adam. Wplyw kwasnych opadow na agroekosystemy / Касzor A Adam, Kozlowska Jolanta // Folia Univ. agr. Stetin. Agr. - 2000. - 81. - С. 56-58.
11. Messick, D.L. Global sulfur requirement and sulfur fertilizers : Report "Sino-German Workshop on Aspects of Sulfur Nutrition of Plants, Shenyang, 23-27 Mai, 2004" /D.L. Messick, M.X. Fan, de Brey C. // Land-bauforsch. Volkenrode. - 2005. - Sonderh. 283. - С. 97-104.
12. Schnug, Ewald. Sino-German Workshop on Aspects of Sulfur Nutrition of Plants, Shenyang, 23-27 Mai, 2004 / Ewald Schnug, Silvia Haneklaus // Landbauforsch. Volkenrode. -2005. - Sonderh. 283. - С. 131-135.
13. Welch Ross, M. A new paradigm for world agriculture: Meeting human needs. Productive, sustainable, nutritious / Ross M. Welch, Robin D. Graham // Field Crops Res. - 1999. -60, № 1-2. - С. 1-10.
