CC BY
23
11. Положим A.B. Сем. ТШасеае-Липовые //.Флора Красноярского края. Томск: Изд-во Томск, гос. ун-та,-1977. Вып. 7. С. 18.
12. Прейн Я.П. Предварительный отчет об исследовании липы в окрестностях г. Красноярска // Изв. Вост.-Сиб. отд. РГО. Иркутск, 1895. Т. 25. № 4-5. С. 95-127.
13. Степанов Н.В. /Ботанический журнал 1993г., т.78, №3, -С. 137 - 144.
14. Хлонов Ю.П. Липа сибирская - Tiliasibirica Bayer// Биологические основы охраны редких и исчезающих растений Сибири. Новосибирск: Наука, 1990. С. 58 - 80.
15. Хлонов Ю.П. Липы и липняки Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1965. - 165 С.
16. ЧерепнинЛ.М. Флора южной части Красноярского края. Вып. 4//уч. зап. Педин-та. Красноярск, 1963. Т.24 № 4. С. 3 - 270.
СОРОКИН Александр Дмитриевич, аспирант кафедры прикладной экологии и природопользования. ГРИГОРЬЕВ Аркадий Иванович, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной экологии и природопользования.
Дата поступления статьи в редакцию: 29.09.2006 г. © Сорокин А.Д., Григорьев А.И.
УДК 631.423.3:[549.263+546.48+546.47]:635.1:631.42
Ю.И. ЕРМОХИН, Л.Н. АНДРИЕНКО, Н.К. ТРУБИНА
Омский государственный аграрный университет
ДИАГНОСТИКА МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ (1К N1, СО) КОРНЕПЛОДОВ НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПОЧВЫ
В условиях микрополевых опытов определена зависимость между дозами внесения кадмия, никеля, цинка и содержанием их в почве; содержанием подвижных форм элементов и урожайностью корнеплодов столовой свеклы и моркови, что позволило разработать оптимальные уровни содержания и соотношения микроэлементов [2п, N1, Сс1) в почве для конкретных величин урожая изучаемых культур.
Введение
В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной литературе широко используется термин «тяжелые металлы», который сразу же приобрел негативное звучание [2].
Этот термин заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, то есть относить к тяжелым металлам (ТМ) все металлы с относительной атомной массой более 40 [2].
Представление об обязательной токсичности ТМ является заблуждением, так как в эту группу попадают те элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано.
На наш взгляд, более правильное в агрохимии получили название микроэлементы, что связано с концентрациями, в которых они необходимы растениям и содержатся в них в тысячных, стотысячных долях процента [1].
Важным этапом в исследовании является разработка на региональном уровне простых и достаточно надежных прогностических моделей поведения микроэлементов (ТМ) в объектах «почва-растение» с целью прогнозов научнообоснованного нормирования применения, как удобрения и предотвращения их негативного действия.
Основная часть
Условия питания растений уже на ранних этапах органогене'за способствуют закладке основ количественных и качественных изменений, которые проявляются затем в течение вегетации и отражаются на конечном результате. Недостаток того или иного необходимого для растения микроэлемента в почве вызывает серьезные нарушения обмена веществ и приводит к заметному снижению урожая и качества продукции [3].
Почва как один из главных объектов загрязнения — сложная полидисперсная система. Она обладает обменно-катионной поглотительной способностью, буферностью концентрации солей и величины рН почвенного раствора. Микроэлементы при попадании в почву вступают в физические сорбционные процессы, химические реакции с элементами почвенного раствора и в физико-химические обменные реакции почвенного поглощающего комплекса.
Существующие нормативные показатели уровня содержания микроэлементов в окружающей среде (ПДК, ОДК) определяют их количественный состав, не оказывающий отрицательного влияния на здоровье человека. В России значения ПДК в почвах установлены только для 9 микроэлементов.
Каждый регион имеет свои особенности накопления и распределения микроэлементов в почвах. По
Омской области преобладающими микроэлементами в почвах можно считать: РЬ, Сс1, Си, Тп, Сг, Со [4].
Уровень валового содержания микроэлементов в пахотных почвах Омской области не высок и не превышает 0,5 ПДК по каждому из исследуемых элементов.
Особый интерес представляет изучение содержания подвижной формы элемента, поскольку именно она является наиболее доступной для растения.
В наших исследованиях изучено содержание валовых и подвижной форм микроэлементов до и после внесения кадмия, никеля, цинка в почву (в виде сухих ацетатных солей). В таблице 1 представлено содержание валовой и подвижной форм микроэлементов в лутово-черноземной почве (экстрагент -ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8).
Необходимо отметить, что внесение минеральных удобрений в дозе Г^43Р,10 в небольшой степени способствовало увеличению содержания валовых форм микроэлементов (Сс1 на 44; № — 13,1; гп — 24,4%) а также подвижной формы кадмия (на 78,4%), по сравнению с контролем. Это связано с тем, что микроэлементы в минеральных удобрениях содержатся в качестве примесей. Поэтому сравнение изменения содержания подвижной формы элементов опытных вариантах целесообразно проводить с фоновым вариантом.
Внесение кадмия в дозах 2,9; 5,8; 11,6; 17 кг/га способствовало увеличению подвижного кадмия по сравнению с фоном в среднем на 240,7; 1125,3; 2196,7; 3257,1 % соответственно. Применение никеля в дозах 5,4; 12,6; 23; 82 кг/га способствовало увеличению содержания подвижного никеля в среднем на 67,9; 86,8; 202,8; 1247,2% соответственно. При внесении цинка в дозах 41,4; 47,8; 82,8; 166 кг/га увеличивается содержание подвижного цинка на 150,5; 310,4; 376,7; 766,3 % соответственно по сравнению с фоном.
Зависимость между дозами применения кадмия, никеля и цинка (х, кг/га) и содержанием его валовых (Се!,, N1,, мг/кг) и подвижных (СЛ., 7л\г мг/кг) форм в почве выражена уравнениями регрессии (1 - 6);
Cd, = 0,37x4-0,13; г = 0,98 (1)
Cd.2 = 0,18x-0,02; г = 0,99 (2)
Ni, = 0,38x +20,73; г = 0,99 (3)
Ni2 = 0,08x-0,2; г = 0,99 (4)
Zn,= 0,18х + 41,85; г = 0,9 (5)
Zn2 = 0,09x4-2,11; г = 0,97 (6)
Из уравнения 2, 4, 6 следует сделать вывод, что коэффициент интенсивности действия ("в") единицы поступившего Сс1, N1, Тп в почву на содержание его в слое 0-30 см составляет Сс1 — 0,18; N1 — 0,08; гп — 0,09 мг/кг. Так, при поступлении 1 кг/га кадмия, никеля, цинка содержание подвижных форм этих элементов увеличивается соответственно, в среднем на 0,18; 0,08; 0,09 мг/кг (в среднем по вариантам) слоя почвы О-ЗОсм. Данный норматив может быть использован при прогнозировании действия кадмия, никеля и цинка на урожай корнеплодов, рассчитывая при необходимости рациональные дозы данных элементов с учетом содержания их в почве.
Одной из основных задач наших исследований является прогнозирование отзывчивости культур на внесение микроудобрений в конкретных почвенных условиях. Для этого мы с помощью математических методов установили взаимосвязь между содержанием доступных элементов питания в почве и урожайностью столовой свеклы и моркови.
Урожайность корнеплодов овощей на той или иной почве возрастает не беспредельно, а только до определенного уровня содержания микроэлементов. При дальнейшем повышении концентрации элемен-
тов в почвенном растворе происходит прекращение роста урожая или даже снижение.
Зависимость между содержанием подвижного кадмия, никеля, цинка (мг/кг) и урожайностью корнеплодов (Y, г/сосуд) свеклы (уравнение 7-9) и моркови (уравнение 10-12) выражена уравнениями регрессии:
У = -117,1 Cd2 + 373,5Cd + 1213,7; 1 = 0,87 (7)
У = -117,2Ni2 + 931,4Ni 4-791,4; Л = 0,98 (8)
Y = -5,77Zn24- 100,8Zn4-1133; Л =0,76 (9)
Y = -64,8Cd24-312,7Cd4-2691,9 Л = 0,88 (10)
Y = -32,5Ni2 4- 226,9Ni 4- 2350,4 Л = 0,7 (11)
Y = -8,8Zn24- 175,4Zn4- 1945,9 Л = 0,99 (12)
На основе многолетних исследований нами уста-
новлены оптимальные дозы кадмия, никеля и цинка под столовую свеклу (5,8; 23; 41,4 кг/га соответственно) и морковь (2,9; 30; 30 кг/га соответственно). Пользуясь уравнениями регрессии (2,4,6) зависимости между дозами применения элементов и содержанием его подвижных форм в почве, можем рассчитать оптимальные уровни содержания кадмия, никеля и цинка в почве.
Установленные оптимальные уровни содержания элементов в почве (Эо, мг/кг) и коэффициенты "в"
— интенсивности действия единицы внесенного удобрения на химический состав почвы (мг/кг) можно использовать при расчете доз удобрений по формуле (13) Ю.И. Ермохина.
_ Эо-Эф
Д=-— , мг/кг; (13)
в
где: Эо, Эф — оптимальное и фактическое содержание Сс1, №, 7.П в почве, мг/кг;
в — для С(1 в нашем конкретном случае 0,18 для N1 — 0,08; Ъп - 0,09.
Данная формула хорошо зарекомендовала себя при удобрении ряда овощных культур в производственных условиях Омской области.
Полученные нами данные по влиянию доступных элементов (Се!, N1, Ъп) на урожайность корнеплодов свеклы и моркови позволяют нам разрабатывать научно обоснованную, экономически выгодную систему удобрения культуры с соблюдением экологических требований. Выявленные нами зависимости между двумя переменными величинами — содержанием подвижных элементов в почве (х) и величиной урожая овощей (У) — дает основу количественному прогнозу действия удобрений и разработки «нормального» химического состава почвы. Благоприятное развитие растений в течение вегетации возможно только при гармоничном сочетании питательных веществ в почве, В наших исследованиях было установлено оптимальное соотношение между доступными цинком, никелем и кадмием в почве. Это соотношение выражается следующим равенством (14 — столовая свекла, 15 — морковь):
гпмг/кгх2,6Ы1мг/кг*5,1 Сёмг/ кг, (14)
1пыг/кг*1,т1м.г/кгъ5,ЗС(1мг/кг, (15)
Овощные растения страдают от дефицита питательных веществ в почве двух видов содержания: абсолютного и относительного. При абсолютном дефиците какого-либо микроэлемента в почве при выращивании столовой свеклы и моркови достаточно довести содержание его до оптимального уровня: Сс1 - 1,1 ±0,02; № - 2,14±0,22; - 5,6±0,1 мг/кг почвы; моркови - Сй - 0,950±0,03; № - 2,6±0,5; 2п
— 5,0 ±0,18 мг/кг почвы. Чтобы определить степень абсолютного недостатка того или иного элемента питания необходимо установить (Кд) по формуле (16).
_ оптимапьныйуровеньэлементавпочве, мг/кг
кд- —--———--.
фактическииуровеньэлементавпочве,мг/кг 1
Таблица 1
Химический анализ лугово-черноземной почвы, слой 0-30 см, мг/кг. Микрополевые опыты
Вариант Валовые кислоторастворимые Подвижные формы
Хг\ С<3 N1 Хп са №
До внесения микроэлементов 30,7 0,25 18,03 2,46 0,051 0,657
Фон(М4,Р„,) 38,2 0,36 20,4 1,87 0,091 0,53
Фон + С(1,„ 40,4 0,79 22,4 1,65 0,310 0,62
Фон + Сс1 38,5 2,08 20,0 2,26 1,115 0,58
Фон + Сс1,, „ 40,0 5,25 21,1 1,93 2,090 0,65
Фон + Сс1 „ 37,5 6,05 21,1 2,20 3,055 0,65
Фон + № 35,6 0,29 22,1 1,80 0,066 0,89
Фон + № „й 37,3 0,28 26,3 1,67 0,056 0,99
Фон + 37,5 0,28 29,8 1,91 0,033 1,61
Фон + N1 ю .35,4 0,29 51,5 . 1,94 0,035 7,14
Фон + гп4Ы 45,5 0,30 22,0 4,69 0,039 0,71
Фон + 2пл7я 59,2 0,29 21,0 7,68 0,046 0,68
Фон + Тптя 50,1 0,31 19,3 8,92 0,034 0,69
Фон + Хп 1И, 70,0 0,33 20,3 16,20 0,034 0,80
ОДК/ПДК 22,0 2,0 80 23,0 - 4,0
При относительном недостатке элементов питания в почве, то есть нарушения сбалансированного соотношения необходимо определить недостающий элемент для уравновешенного баланса и при помощи внесения микроудобрений восстановить равновесие. В этом случае Кд (коэффициент действия удобрений) определяется по формуле (17):
2п\Ы'г,2п\ Сс1; : 0/(оптим)
КД =-• (171
гл:М;2л:СЛ;№:С^(фактич)' 11"
где в числителе — оптимальные (уравнение 14,15), в знаменателе - фактические соотношения микроэлементов в почве.
Коэффициент действия удобрений (Кд) показывает, на сколько необходимо увеличить содержание недостающего элемента или элементов в почве для создания гармоничного сочетания, необходимых растениям микроэлементов, для их наилучшего роста и развития.
Чем больше Кд, тем меньше фактическое содержание элемента питания в почве по сравнению с оптимальным. Очередность внесения питательных элементов определяется по наибольшему Кд, так как урожайность определяется, согласно закону минимума, тем фактором, который находится в первом минимуме.
Заключение
Таким образом, зная количество поступившего микроэлемента (Ъп., N1, Сс1) и коэффициента «в» интенсивности действия единицы поступившего элемента на химический состав почвы на основе выявленной
нами математической связи можно прогнозировать количество доступного растениям кадмия, никеля, цинка в почве. Зная содержание подвижных форм кадмия, никеля и цинка в слое почвы О-ЗОсм (уравнения 7-12) с помощью математических моделей связи можно прогнозировать урожайность корнеплодов столовой свеклы и моркови, а также это позволило разработать оптимальные уровни содержания и соотношения микроэлементов (Тп, Сс1) в почве для конкретных величин урожая изучаемых культур.
Библиографический список
1. Агрохимия : учебник / под ред. Б. А. Ягодина, — М, : Колос. 1982. - 574 с.
2. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. - Л. : Агропромиздат, 1987,- 142 с.
3. Ермохин Ю. И. Диагностика питания растений / Ю. И. Ермохин. - Омск : Изд-во ОмГАУ, 1995.-207 с.
4. Красницкий В. М. Агрохимическая и экологическая характеристики почв Западной Сибири: монография / В. М. Красницкий. - Омск: Изд-во ОмГАУ, 2002. - 144 с.
ЕРМОХИ!^ Юрий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии. АНДРИЕНКО Лидия Николаевна, ассистент кафедры почвоведения.
ТРУБИНА Надежда Константиновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии.
Дата поступления статьи в редакцию: 01.09.2006 г. © Ермохин Ю.И., Андриенко Л.Н., Трубина Н.К.
Книжная полка
Коренные еловые леса: биоразнообразие, структура, функции / К. С. Бобкова, Э. П. Галянко, С. В. Зати-рова; отв. ред. К. С. Бобкова, Э. П. Галенко; Ин-т биологии. — СПб,: Наука, 2006. — 20 л.
В монографии изложены результаты многолетних стационарных и маршрутных исследований коренных еловых лесов. Охарактеризованы их основные типы в притундровой зоне, северной и средней подзонах тайги Европейского Северо-Востока. Охарактеризованы механический состав, химические свойства почв, радиационный режим, температура, влажность воздуха внутри фитоценоза и др.
Для специалистов — экологов, биологов, работников лесного хозяйства, физиологов растений, студентов университетов и лесных вузов.
