CC BY
38
28. Химические элементы в системе 29. Schulte Guido. Nahrstoffverarmung «почва-растение. " ' ”
1982.- 109 с.
; ГГ. Морковкин, А,В. Бояринцева
Новосибирск: Наука, durch okologischen Landbau? // Bio-Land.
- 1996. - № 3. - R 26-27.
СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА АЗОТА И ФОСФОРА В СИСТЕМЕ ПОЧВА-ЯРОВАЯ ПШЕНИЦА В УСЛОВИЯХ УМЕРЕННО-ЗАСУШЛИВОЙ КОЛОЧНОЙ СТЕПИ
АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Основой функционирования любой экосистемы, в том числе и агроценоза являются поток энергии и круговорот химических элементов. Биогеохимиче-ский круговорот химических элементов представляет собой совокупность обменных процессов между всеми структурными единицами экосистемы, в конкретном случае: системы почва-яровая пшеница. Конечным результатом изучения обменных процессов является построение баланса, который позволяет определить содержание химических элементов в каждом блоке экосистемы и дает возможность оценки их соотношений для последующей оптимизации. Балансовые методы внесли существенные коррективы в представление об использовании растениями минеральных удобрений, особенно азотных. Методология и методика построения баланса веществ в агроценозах яровой пшеницы рассматриваются в работах Ф.И. Левина (1964), А.В. Петербургского (1979), А.А. Титляновой (1982). Для построения баланса растительного органического вещества исходными данными служат величины чистой первичной продукции и интенсивности разложения растительных остатков. Основой для расчета баланса элементов минерального питания и азота является баланс растительного вещества и концентрации химических элементов в его различных фракциях. Изучение полного баланса химических элементов, оценка связи различных циклов между собой, разработка представлений об устойчивости и “запасе прочности” круговоротов - необходимые условия для создания научных основ построения скомпенсированных циклов химических элементов в агроценозах.
В связи с этим целью данной работы явилось изучение составляющей биогео-химического круговорота азота и фосфора на примере агроценоза яровой пшеницы в условиях умеренно-засушливой колоч-ной степи Алтайского края.
Яровая пшеница - требовательная к условиям минерального питания культура. Поступление в растение азота и зольных элементов начинается с первых дней его жизни. Наиболее интенсивно яровая пшеница поглощает питательные вещества из почвы начиная от фазы кущения до молочной спелости зерна Однако критическим периодом, от которого во многом зависит урожайность зерна, является время от посева до фазы трубкования. В этот период молодые растения поглощают небольшое количество питательных веществ, но концентрация их внутри растений должна быть очень высокой [Ильин, 1977]. В течение вегетативного периода, по мере накопления сухого вещества, в растениях пшеницы увеличивается количество поступивших из почвы азота и фосфора. Интенсивное поступление элементов минерального питания сменяется уменьшением поглощения до фазы колошения. Несколько позже, перед началом молочной спелости, замедляется поступление азота. Исключение составляет лишь фосфор, который продолжает накапливаться в растении до полного созревания. Накопление азота в растениях пшеницы находится в прямой зависимости от концентрации доступных форм этого элемента в корнеобитаемом слое почвы (Гамзиков, 1981 Фосфор почвы способствует усиленном\ росту корневой системы. Особенно сильнс влияние этого элемента питания ощуща-
ется в ранние фазы развития растений. Значение азота для растений пшеницы определяется прежде всего тем, что азот входит в состав белка, хлорофилла, витаминов, ферментов, нуклеиновых кислот. Фосфор входит в состав протоплазмы и клеточных ядер в виде нуклеотидов. Кроме того, фосфор - необходимый компонент липидов, фитина, ферментов, витаминов. Как отмечает А.И. Бараев (1978), азотное и фосфорное питание имеет тесную связь. Недостаток или избыток фосфора по отношению к азоту приводит к серьезном)' нарушению белкового обмена в растениях. В особенно сильной степени это явление наблюдается при недостатке фосфора и Избытке азота.
Агрохимические свойства черноземных почв характеризуются следующим. Оподзоленные черноземы имеют относительно высокое содержание подвижного фосфора, недостаточно обеспечены подвижным азотом и калием; обыкновенные черноземы хорошо обеспечены калием, мало- азотом и фосфором; южные черноземы с избытком обеспечены минеральным азотом и подвижным калием, имеют дефицит подвижного фосфора. При этом отмечается динамичность содержания подвижных форм азота и фосфора по периодам вегетации (Петербургский,
1979).
Почва опытного участка - луговочерноземная выщелоченная среднемощная малогумусная среднесуглинистая с содержанием гумуса в пахотном горизонте 4.22 %. Морфологическая характеристика почвы:
А 0-19 см. Серый, увлажненный, лег-косуглинистый, мелкозернистый, рыхлый с обилием корней.
А 19-30 см. Серый, свежий,легкосуглинистый, крупно-зернистый, уплотненный, пронизан корнями.
АВ 30-41 см. Светло-серый, свежий, крупно-комковатый, ореховатый, уплотненный.
В( 41-57 см. Серо-бурый, свежий, глыбисто-комковатый, плотный.
В 57-77 см. Бурый с серым оттенком, '.влажненный, глыбисто-комковатый, плотный.
ВСк 77-106 см.Темно-бурый, влажный, комковатый, уплотненный, карбонаты в виде псевдомицелия. и
ВСк 106-154 см. Темно-бурый с охристыми вкраплениями, влажный, комковато-плитчатый, уплотненный, карбонаты в виде псевдомицелия, наличие окиси железа. &
ВС^ 154-165 см. Темно-бурый, влажный, охристо-сизоватый, комковато-плит-чатый, уплотненный, содержит вкрапления окисного и закисного железа. т' "
СК 165 см и более. Темно-коричневый, влажный, комковато-плитчатый, уплотненный, карбонаты кальция в виде пропитки.
На опытном участке выращивалась яровая пшеница сорта “Алтайская-50” Норма высева - 200 кг/га. Основным фактическим материалом для определения составляющей биогеохимического круговорота азота и фосфора в системе почва-яровая пшеница служат данные о динамике запасов всех фракций растительного вещества. В связи с этим в нашем исследовании основу метода составило изучение сезонной динамики запасов растительного вещества. Запасы надземного и подземного растительного материала, согласно методике А . А. Тигля-новой (1982), учитывали один раз в сезон (фаза полной спелости).
Надземную массу определяли укосным методом, размер площадок 1м-, повторность 10-кратная. Выделяли следующие фракции: зерно, полова, стебли и листья, сорняки, подстилка (отмерший и перешедший на почву растительный материал).
Подземную массу определяли в этот же срок до глубины 100 см методом монолитов. Размер монолитов 25 х 20 20 см (повторность 3-х кратная).
Азот и фосфор анализировали путем мокрого озоления с последующим колориметрическим определением.
Отбор образцов почв для определения содержания элементов проводили в фазы фенологического цикла (кущение, выход в трубку, колошение, молочная, восковая и полная спелость) из почвенных слоев 0-20 и 20-40 см в 3-х повторностях и на глубину 2 м в фазе полной спелости.
В почвенных образцах определяли нитратный азот колориметрическим методом с дисульфофеноловой кислотой; аммиачный азот колориметрическим методом с реактивом Несслера; подвижный фосфор методом Чирикова; легкодоступный фосфор методом Францесона.
В первую половину периода вегетации происходит интенсивное нараста-
-ЭАШВГ?*
ние листовой поверхности, т.к. продукты фотосинтеза используются на рост и развитие растительной массы [Ильин, 1977]. Наибольшая площадь листьев отмечена в фазу выхода в трубку - 41,3 тыс см2/м2 (табл.1). Последующее уменьшение листовой поверхности обусловлено оттоком органических веществ на формирование зерновок.
Таблица 1
Интенсивность нарастания ассимиляционного аппарата и биомассы
яровой пшеницы
Фазы фенологического цикла Число стеблей, шт/м2 Высота стеблей, см Площадь листьев, см2/м2 % нарастания площади листьев Биомасса, г/м2 % нарастания биомассы
кущение 21 июня 612 29 26,7 • 103 64,6 186 15
выход в трубку 6 июля 592 43 41,3 • 103 100 363 30
колошение 20 июля 573 68 34,2 ■ 103 82,8 659 54
цветение 7 августа 386 67 24,7- 103 59,8 861 70
молочная спелость 18 августа 385 67 14,4- 103 34,9 1225 100
восковая спелость 24 августа 382 66 9,8 ■ 103 23,7 1125 92
полная спелость 4 сентября 380 65 4,2 • 103 10,1 933 76
Характер сезонной динамики общих запасов надземного растительного вещества пшеницы имеет следующие особенности: увеличение запасов биомассы вплоть до стадии молочной спелости, снижение при переходе к фазе восковой спелости, обусловливаемое, по-видимому, главным образом транслокацией веществ в подземные органы. Максимальный запас наблюдался в период молочной спелости (1225 г/м2) (табл.1), что связано с благоприятными климатическими условиями и питательным режимом. К концу фазы восковой спелости запас биомассы понизился до 1125 г/м2 вследствие расхода массы растений пшеницы на дыхание при сниженном фотосинтезе и оттока в подземные органы. Средний запас надземного растительного вещества в фазу полной спелости достиг 933 г/м2. Запас живых корней подземной массы в этот пе-
риод (273 г/м2). Общие запасы надземного и подземного (живые корни) растительного вещества пшеницы в фазу полной спелости составили 1206 г/м2.
Проведенные исследования по определению содержания подвижных форм азота и фосфора в почве показали, что изменение содержания этих элементов происходило следующие образом (табл.2). В период посева отмечалась низкая обеспеченность нитратным азотом (7,2 мг/кг), затем в период всходов при достаточном увлажнении наблюдалась активизация мобилизации нитратов. В этот период, несмотря на повышенное потребление молодыми растениями в почве происходило его накопление (18,3 мг/кг) и к концу вегетации вновь падение его содержания (5,7 мг/кг) за счет выноса с урожаем и вымыванием нитратов в более глубокие слои почвы.
Таблица 2
Сезонная динамика подвижных форм азота и фосфора в почве
Фазы фенологиче-| ского цикла N-N03, мг/кг N-N11, мг/кг Р70, , мг/ 2 5 чириков7 1 иОг Р205Фра„цесон- МГ/ ЮОг
0-20см 20-40см 0-20см 20-40см 0-20см 20-40см 0-20см 20~40см.
посев 7,2 6,4 21,4 18,1 12,1 10,6 2,0 1,4
всходы 18,3 17,2 10,3 8,6 19,4 17,7 5,1 4,3
кущение 16,1 14,0 9,4 7 3 17,6 16,2 4,7 3,4
выход в трубку 6,7 5,3 14,2 12,9 16,3 . . . 13 _ 15,6 3,9 3,2
колошение 7,0 5,5 16,8 15,2 14,2 12,8 3,2 2,3
молочная спелость 6,4 4,8 15,3 13,8 12,5 11,3 2,4 1,7
восковая спелость 5,9 4,1 11,7 9,3 12,2 10,9 2,0 1,4
полная спелость 5,7 4,0 10,2 8,9 11,8 10,4 1,7 1,3
Содержание азота аммония в период зсходов было максимальным (21,4 мг/кг). В ечение вегетации происходит постепенное снижение до 10,2 мг/кг в фазе полной целости. Такое изменение содержания •южно объяснить процессами аммонификации азотсодержащих органических ^единений и процессами биологического : осстановления нитратов. Постепенное меньшение аммонийного азота являет-я следствием нитрификации, [Бородай,
. *92].
Весной наблюдалась повышенная обе-г.еченность почвы подвижными формами : осфора (12,1 мг/100г), изменение содер-
жания которых в течение вегетационного периода незначительным. Наибольшее значение содержания отмечено в период всходов (19,4 мг/100г).
Содержание элементов питания в растительном веществе в период уборки (табл. 3) показывает, что наибольшая доля общих запасов азота и фосфора в наземной массе приходится на зерно: азота 64,04%, фосфора 41,13%. Доля подземной массы (живые корни) к общей составила для азота 7,99%, для фосфора 11,32%. В побочной продукции (сорняки) содержится 0,87% азота и 0,10%.
Таблица 3
л*
Содержание и запасы азота и фосфора в надземной и подземной Ь&Щ
массе растительного материала
Составляющие структуры растительного материала Показатели Азот Фосфор
Содержание, % 3,12 1 ’ 0,31
Зерно Запас, г/м2 10,26 1,02
Доля от общих запасов, % 64,04 41,13
Содержание, % 0,92 0,15
Полова Запас, г/м2 1,11 0,18
Доля от общих запасов, % 6,93 7,26
Содержание, % 0,43 0,15
Лист + стебель Запас, г/м2 2,08 0,73
Доля от общих запасов, % 12,98 29,44
Содержание, % 0,87 0,10
Сорняки Запас, г/м2 1,09 0,13
Доля от общих запасов, % 6,80 5,24
Содержание, % 0,21 0,12
Подстилка Запас, г/м2 0,20 0,12
Доля от общих запасов, % 1,25 4,84
Содержание, % 0,47 0,11
Корни Запас, г/м2 1,28 0,30
Доля от общих запасов, % 7,99 12,10
Растительная масса, Запас, г/м2 16,02 2,48
всего Общая доля запасов, % 100 100
Результаты исследований позволяют рассчитать коэффициенты использования растительным материалом азота и фосфора из почвы в течение вегетативного периода. Данный коэффициент показывает долю его потребления по отношению к общему содержанию подвижной формы элемента в пахотном слое (Ягодин, 1989).
В начале вегетативного периода в почве содержалось 12,42 г/м2 подвижногс азота (табл. 4). С урожаем удалено 14,7-г/м2, коэффициент использования равеь 118,68 %. Запас подвижных форм фосфор.; на начало вегетации составил 53,12 г/м-При этом на урожай израсходовано 2,15 г/м2. Коэффициент использования составил 4,10 %.
Таблица -
Интенсивность использования азота и фосфора биомассой растений из почвы
Составляющие баланса Азот Фосфор
Потребление в фазу полной спелости, г/м2
с наземной растительной массой 14,74 2,18
с массой корней 1,28 0,30
Итого в фитомассе 16.02 2,48
Запас элемента в почве на начало вегетации, г/м2 12,42 53,12
Коэффициент использования элемента
из почвы урожаем, % 118,68 4,10
из почвы общей фитомассой, % ' 128,99 4,67
Баланс химических элементов в системе почва - яровая пшеница нескомпенси-рован, поскольку часть растительного вещества и элементов питания отчуждается с урожаем. Этот недостаток отрицательно влияет на продукционный процесс и приводит к снижению потенциального плодородия почв. Расчет полного баланса позволит определить оптимальное соотношение подвижных питательных веществ в почве.
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. - М.; Наука, 1975. - 656 с.
2. Бараев В.Б. Яровая пшеница. - М.: Колос, 1978. - 429 с.
3. Бородай Ю.Г. Вопросы азотного режима в посевах яровой пшеницы в разных зонах Алтайского края // Сб. науч. тр. АГАУ
- Барнаул, 1992. - С. 107-115.
4. Бурлакова Л.М., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Почвы Алтайского края.
- Барнаул, 1988. - 70 с.
5. Гамзиков Г П. Азот в земледелии Западной Сибири. - М.: Наука, 1981. - 152
6. Ильин В.Б., Степанова М.Д., Трей-ман А. А. Ассоциации элементов-биофило:-в вегетирующей массе и плодах злаковы и бобовых растений // Этюды по биогеохимии и агрономии элементов-биофилон
- Новосибирск: Наука, 1977. - С. 90-99.
7. Ковда В. А. Биогеохимия почвенног покрова. - М.: Наука, 1985. - 263 с.
8. Левин Ф.И. Методика количественного учета органической массы сельско-хозяйственных культур и изучение бис-логического круговорота азота и зольных элементов // Ботанический журнал. - 196^
- Т. 49. - № 8. - С. 1180-1183.
9.Петербургский А.В. Круговорот баланс питательных веществ в земледелии. - М.: Наука, 1979. - 168 с.
Ю.Титлянова А.А. Изучение биологического круговорота в биогеоценозах
- Новосибирск, 1971. - 31 с.
11. Титлянова А.А., Тихомирова Н.А Шатохина Н.Г Продукционный процесс :■ агроценозах. - Новосибирск: Наука, 1981 -185 с.
12. Ягодин Б.А. Агрохимия. -М: Агрс-промиздат, 1989. - 639 с.
