CC BY
6БИОЛОГИЯ
УДК 581.55:576.8(470.67) Н.И. Рамазанова, З.Н. Ахмедова Круговорот микроэлементов в посевах пшеницы на лугово-каштановой почве
Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, salichov 72@mail.ru
Приведены материалы по содержанию и запасу химических элементов в надземной и подземной биомассе растений. Определены величины полного потребления, выноса и скорости оборота микроэлементов в экосистеме агроценоза.
Ключевые слова: круговорот, микроэлемент, лугово-каштановая почва, агроценоз, продукционный процесс.
The materials on content of chemical elements in elevated and underground biomass of vegetation are presented. The values of whole consumption, taking ant and speed of microelements turn in agrocae-nosis ecosystem are defined.
Keywords: circulation, microelement, meadow-chestnut soils, agrocaenosis, produktsion process.
Одним из основных показателей функционирования биогеоценоза является продукционный процесс и неразрывно с ним связанный круговорот химических элементов. На продукционный процесс существенное влияние оказывает ежегодный вынос из агроценозов рассеянных химических элементов [1-4].
Цель настоящей работы - изучение круговорота химических элементов бора и молибдена в агроценозе с озимой пшеницей.
Бор и молибден играют важную физиологическую и экологическую роль [5, 6], но круговорот этих элементов в посевах пшеницы мало исследован.
Изучены динамика содержания бора и молибдена и их запасы в отдельных органах и частях пшеницы по фазам онтогенеза с целью выявления сезонной ритмики их потребления и параметров биологического круговорота в системе почва -растение.
Изучение биогенного круговорота бора и молибдена в агросистеме проводилось на основе динамического подхода для выяснения состояния их динамики в процессе развития пшеницы.
Методы и материалы. Исследования проводили на лугово-каштановой почве на участке полустационарного типа в окрестностях Махачкалы в 2007-2008 гг. Полевые исследования проводили с апреля по июнь. Изучалась динамика запасов растительного органического вещества в блоках агроценоза (по фазам развития). Одновременно определяли динамику почвенной влажности, гумуса и нитратного азота в почве. Учет запасов надземной фитомассы осуществляли укосным методом в пятикратной повторности с площадок размером 1 м . Учет запасов подземной фитомассы проводили в пробах почвенных монолитов с площадок размером 10х20 см на глубину 0-20 см по фазам развития пшеницы: кущение, колошение, молочная и полная спелость (на воздушно-сухое вещество).
Бор определяли с хинализарином, Мо - цинк-дитиоловым методом [7].
Результаты исследований: Почва характеризуется средней обеспеченностью подвижными формами азота, фосфора и высокой - обменным калием [2]. Изучено содержание бора и молибдена в лугово-каштановой почве агроценоза. В пахотном горизонте почвы в среднем содержится 1,215 мг/кг бора и 0,08 мг/кг молибдена (табл. 1).
Таблица 1. Физико-химические показатели почвы под агроценозом (разрез 69)
Глубина, см Полевая влажность, % Гумус, % Водный Рн Бор Молибден
0-10 6,4 2,17 8,15 1,3 0,08
15-25 12,6 1,86 8,40 1,12 0,08
35-45 15,1 1,38 8,30 1,15 0,1
Таблица 2. Динамика содержания бора и молибдена (мг/кг) в почве агроценоза по фазам вегетации озимой пшеницы
Глубина, см Фазы развития пшеницы
Кущение Трубкование Молочная спелость Полная спелость
В Мо В Мо В Мо В Мо
0-10 1,2 008 1,0 0,1 1,4 0,12 1,9 0,12
10-20 1,1 0,08 1,0 0,12 1,2 0,13 1,6 0,13
20-30 1,5 0,07 1,3 0,11 1,5 0,09 1,6 0,09
Весной, в начале вегетации, растения потребляют основную долю элементов питания, что приводит к снижению их уровня в почве. Осенью, после вымывания микроэлементов из надземных органов осадками и выделения микроэлементов при жизни растений корнями, а также в результате разложения мортмассы содержание их несколько возрастает в почве. В течение вегетационного периода содержание водорастворимого бора в почве меняется от 1,0 до 1,9 мг/кг, молибдена - от 0,07 до 0,13 мг/кг (табл. 2).
Поступление микроэлементов в растения зависит от потребности по фазам вегетации и количества подвижных соединений микроэлементов в почве.
Мы наблюдаем изменения в содержании бора и молибдена у вегетативных и генеративных органов, что и обусловлено разным их потреблением по фазам развития растений.
На ранних фазах развития пшеницы микроэлементы концентрируются в листьях и стеблях. В конце вегетации, при образовании урожая, молибден переходит в формирующиеся репродуктивные органы, а наибольшее количество бора сконцентрировано в соломе.
При трансформации растительного вещества от зеленых частей к ветоши содержание В и Мо снижается. Максимум их обнаружен в фазе молочной спелости, когда в ветошь переходят все листья и стебли (табл. 3).
Изучение сезонной динамики запасов микроэлементов показало, что в течение периода вегетации происходит их перераспределение в структуре фитомассы аг-роценоза пшеницы, обусловленное изменением как фитомассы в блоках системы, так и содержанием элементов в них (табл. 4). Максимальный запас бора и молибдена в зеленой фитомассе пшеницы приходится на фазу полной спелости, когда они сосредоточены главным образом в зерне и соломе.
Максимальные запасы изученных элементов в корневой массе наблюдались в фазу молочной спелости пшеницы. В этот период происходит интенсивный прирост корней. В фазу полной спелости запасы элементов в корнях снижаются в ре-
зультате начинающегося их отмирания, что особенно заметно по уровню содержания бора.
Таблица 3. Динамика содержания бора и молибдена в структуре фитомассы
озимой пшеницы, мг/кг
Структура фитомассы Фазы развития пшеницы
Кущение Колошение Молочная спелость Полная спелость
В Мо В Мо В Мо В Мо
Листья 4,0 0,8 4,2 0,82 - 0,2 - -
Стебли 1,0 0,52 1,2 0,64 1,2 0,37 - -
Колосья - - 3,4 0,50 4,5 0,92 - -
Зерно - - - - - - 4,2 2,0
Ветошь 0,8 0,5 1,9 0,67 2,0 1,1
Солома - - - - - - 10,8 0,68
Полова - - - - - - 3,65 0,99
Надземная фитомасса 5,8 1,82 10,7 2,68 7,7 3,29 8,93 3,67
Корни 3,2 0,8 3,1 0,93 2,05 0,95 2,59 0,55
Мортмасса 6,5 0,75 6,0 1,05 5,6 1,15 4,6 0,96
Вся фитомасса 9,7 1,55 9,1 1,98 7,65 2,10 6,6 1,51
В фазу полной спелости запасы изученных микроэлементов распределились по фракциям фитомассы пшеницы следующим образом: запасы бора и молибдена в надземной фитомассе выше, чем в корнях (0-20 см) и составляют соответственно 77 и 72 % от запасов во всей фитомассе.
Таблица 4. Сезонная динамика запасов В и Мо в структуре фитомассы озимой
пшеницы, мг/м2
Структура фитомассы Фазы развития пшеницы
Кущение Колошение Молочная спелость Полная спелость
В Мо В Мо В Мо В Мо
Листья 0,24 0,094 1,18 0,245 - 0,062 - -
Стебли 0,04 0,045 0,46 0,251 0,35 0,109 - -
Колосья - - - - - 0,403 - -
Зерно - - - - - - 0,76 0,525
Ветошь 0,02 0,014 0,23 0,085 0,32 0,178 0,42 -
Солома - - - - - - 2,05 0,167
Полова - - - - - - 0,33 0,094
Надземная фитомасса 0,30 0,153 1,87 0,581 0,67 0,752 3,56 0,768
Корни 1,18 0,045 0,2 0,063 0,28 0,105 0,24 0,070
Мортмасса 1,0 0,116 1,08 0,191 1,69 0,348 1,07 0,223
Вся фитомасса 2,24 0,161 1,28 0,254 1,97 0,453 1,31 0,293
Примечание: табл. 3 и 4 прочерками (-) отмечены варианты без анализов.
Значительные запасы изучаемых микроэлементов содержались в мертвых растительных остатках, а также в корневой массе, расположенной ниже слоя 0-20 см, нами не учитываемой.
Полное потребление микроэлементов за период вегетации рассчитывали по сумме приращений запасов на основе динамики запасов микроэлементов в структуре фитомассы пшеницы. За вегетационный период в среднем за 2 года потреб-
2 2
лено из почвы 4,75 мг/м бора и 1,245 мг/м молибдена; из них надземной биомас-
22 сой соответственно 3,49 и 1,140 мг/м , а корнями 1,26 и 0,105 мг/м (табл. 5).
Таблица 5. Основные показатели биологического круговорота бора и молибдена в агроценозе озимой пшеницы сорта «юбилейная»
Показатели круговорота В Мо
Средний запас в фазу полной спелости, мг/м2 в фитомассе
агроценоза пшеницы: 3,38 0,853
надземная, в т. ч. зерно 3,14 0,786
корни в слое 0-30 см 0,24 0,525
В подземной мортмассе в слое 0-20 см 1,07 0,223
Всего в агроценозе 4,45 1,076
Потреблено, мг/м , период 4,75 1,245
надземной биомассой пшеницы 3,49 1,140
корнями 1,26 0,105
Поступило в почву с пожнивными и корневыми остатками, мг/м2, период 1,31 0,856
Отчуждение / потребление 0,66 0,630
Время оборота запаса элемента, год 0,71 0,860
Как видно из таблицы 5, полное потребление элементов за сезон выше, чем их запас в фитомассе в фазу полной спелости. Разница между потреблением и запасом бора и молибдена составляла соответственно 28 и 39 %.
Из сформированных к концу сезона запасов бора и молибдена часть отчуждается с зерном и побочной продукцией и теряется для агроценоза, часть остается в составе пожнивных и корневых остатков, с которыми они поступают в почву, частично компенсируя потребленное количество элементов. Если принять потребление элемента за 100 %, то отчуждение бора составляет 66 %, а молибдена 63 %. С урожаем из агроценоза в среднем выносится В - 3,14 мг/м2, Мо -0,786 мг/м . Из этого следует, что ориентировочный баланс бора и молибдена для агроценоза озимой пшеницы оказался отрицательным.
Для оценки состояния запасов изученных элементов в почве сравним запасы их подвижных форм и ежегодный вынос урожаем озимой пшеницы. Так, судя по запасам подвижного бора 3,12 кг/га, а молибдена - 1,25 кг/га, а также принимая во внимание вынос их с урожаем, можно сделать вывод о сравнительно высоких потенциальных запасах этих элементов в почве. Для эффективного использования созданных человеком агроценозов, следует соблюдать все меры сохранения биологического круговорота - фундамента жизни любой экосистемы, что лежит в основе интенсивного земледелия.
Весьма важным показателем биологического круговорота является время оборота химических элементов, за которое в агросистему поступает количество эле-
мента, равное его среднему запасу. Этот показатель определяется как отношение запаса химического элемента в фитомассе агроценоза к его полному потреблению за вегетационный сезон (год). По нашим данным, время оборота запасов бора равно 0,71, а молибдена 0,86. Механизм причин относительно быстрого обновления запасов бора и молибдена в системе агроценоза нуждается в конкретизации.
Литература
1. Заболоцкая Т.Г. Биологический круговорот элементов в агроценозах и их продуктивность. - Л.: Наука, 1985. - 175 с.
2. Титлянова А.А., Тихомирова Н.А., Шатохина Н.Г. Продукционный процесс в агроценозах. - Новосибирск: Наука, 1982. - 185 с.
3. Титлянова А.А. О режимах биологического круговорота в надземных биогеоценозах // Почвоведение. 1989. № 6. - С. 71-81.
4. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л.: Наука, 1974. -322 с.
5. Протасова Н.А. Микроэлементы: биологическая роль, распределение в почвах, влияние на распространение заболеваний человека и животных // СОЖ (Соросовский образовательный журнал). 1998. № 12. - С. 32-37.
6. Методические указания ЦИНАО по определению микроэлементов в почвах. - М., 1977. - С. 30-33.
