CC BY
15
УДК 633.2/.4:631.86
ВКЛАД РАЗЛИЧНЫХ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР В БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВЫНОС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ ИЗ ПОЧВЫ
ПАКШИНА СМ.,
доктор биологических наук, профессор кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
ЧЕСАЛИН С.Ф.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
ШАПОВАЛОВ В.Ф.,
доктор сельскохозяйственных наук, доцент, кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
СМОЛЬСКИЙ Е.В.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
Реферат. В работе рассмотрены особенности биовыноса элементов питания (N, P, K, Ca, Mg) из дерново-подзолистой песчаной почвы посевами кормовых культур, относящих к двум семействам (Fabaceae и Gramineae), пяти родам и видам: Lupinus luteus L. (люпин жёлтый), Avena sativa L. (овёс посевной), Lolium multiflorum Lаm. (райграс однолетний), Panicum milaceum L. (просо посевное), Sorghum sudanense Pers. (суданская трава). Для раскрытия механизмов, вызывающих специфические особенности биовыноса элементов питания была использована математическая модель процесса переноса ионов из почвы к корневой системе растений, которая в отличие от ранее разработанных моделей, кроме диффузии и конвекции, учитывала миграционный поток ионов под действием напряженности электростатических полей корневой системы и почвы и число Пекле (Pe). Модель позволила объяснить влияние видовых различий культур, обусловленных природной средой их обитания, свойств ионов, скорости потока почвенного раствора к корневой системе растений на своеобразие процессов биовыноса элементов питания, которое необходимо учитывать при возделывании разных видов культур в севооборотах.
Ключевые слова: дерново-подзолистая песчаная почва, кормовые культуры, элементы питания, биологический вынос, математическая модель, закономерность, параметр биовыноса, поверхностная плотность зарядов корней и почвы, число Пекле.
PAKSHINA S.M.,
Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology FSBEI HE Bryansk State Agrarian University.
CESALIN S.F.,
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology FSBEI HE Bryansk State Agrarian University.
SHAPOVALOV V.F.,
Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology FSBEI HE Bryansk State Agrarian University.
SMOLSKY E.V.,
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology FSBEI HE Bryansk State Agrarian University.
Essay. The work deals with the features of biological carry-out of food elements from sod-podzolic sandy soil by crops of fodder crops, which belong to two families (Fabaceae and Gramineae), five genera and species: Lupinus luteus L., Avena sativa L., Lolium multiflorum Lam., Panicum milaceum L., Sorghum sudanense Pers. A mathematical model of the process of transferring ions from the soil to the root system of plants, which, unlike earlier models other than diffusion and convection, took into account the migration flow of ions under the influence of the stress of the electrostatic fields of the root system and the soil and the Pecle number, was used to reveal the mechanisms that cause specific features of the biological removal of the food elements. The model made it possible to explain the influence of species differences of crops due to their natural habitat, properties of ions, speed of soil solution flow to the root system of plants on the specificity of biological removal of food elements, which should be taken into account when cultivating different types of crops in crop turns.
The result of the analysis of the obtained experimental data during cultivation of different types of fodder crops on sod-podzolic sandy soil allowed to reveal the peculiarities of the process of biological removal of food elements by the root system of the plant. The root system of each kind of culture forms on its surface an electrostatic field of certain intensity, the vector of which is directed to the negatively charged surface of the roots and causes the flow of soil solution, increasing the availability of moisture and food elements to plants; Linear direct-flow relationship between electrostatic field stress, soil moisture availability and crop yield is established. According to the intensity of electrostatic field, availability of moisture and yield types of crops are placed in the following sequence: Lupinus luteus L. > Sorghum sudanense Pers. > Panicum milaceum L. > Avena sativa L. > Lolium multiflorum Lam. This sequence is observed for the biological removal of phytomass herbs nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, which depends not only on the intensity of the electrostatic field of the root system, to-step soil moisture, but also on the number of Pecle. There is a linear straight-line relationship between biologic food pattern and Pecle number. It follows from the dependence that when convection increases in the total flow of soil solution to the root system, nitrogen and potassium are transferred in the largest amount, and magnesium and phosphorus are transferred in the smallest amount. It has been found that the availability of food elements to the root system of plants depends on the strength of the electro-static field, the availability of soil moisture, the number of Pecle, as well as on the physical and chemical properties of the ions with which the food elements move, the needs of the plants in the food element. With the lack of potassium to synthesize proteins, plant roots absorb magnesium to synthesize a nitrogen-free extractive substance. The identified features of the process of biological removal of food elements from the soil without material costs can be taken into account to increase the yield and quality of feed during cultivation of different types of crops.
Keywords: sod-podzolic sand soil, fodder crops, food elements, biological withdrawal, mathematical model, regularity, biological extraction parameter, surface density of root and soil charges, Pecle number.
Введение. В настоящее время при разработке системы удобрений для планируемого севооборота учитывается не только содержание элементов питания в почве, но и потребность в них культур. Изучены потребности большинства сельскохозяйственных культур в азоте, макро- и микроэлементах. Однако остаются недостаточно изученными механизмы, регулирующие биовынос элементов питания в зависимости от видовых различий культур, почвенно-климатических условий, действия минеральных удобрений на доступность почвенной влаги корневой системе растений и элементов питания.
Во второй половине прошлого века были разработаны математические модели процесса переноса элементов питания из почвы к корневой системе растений. Эти модели учитыва-
ли диффузию, конвекцию, контактный обмен ионов между корневой системой и почвой [14]. В модели биовыноса ионов из почвы, разработанной позднее, кроме диффузии и конвекции был учтен миграционный поток ионов, обусловленный напряжённостью электростатических полей вокруг заряженных поверхностей корневой системы и почвы [5].
Решение этой модели для описания передвижения иона из почвы к корневой системе при транспирации имеет следующий вид:
С = Ck exp(±XбXвXт), (1)
где С ^ - содержание иона в фитомассе культуры на варианте i и контроле; Х - параметр биовыноса, знак + относится к элементам N P Д, Ca, знак - к элементу Mg.
Параметр биовыноса Хб выражается следующей формулой:
Хе = 1,8 х 103(ок - оп) VOi+ z2 )/2 Ре / Т,
где ок, оп - поверхностная плотность отрицательных зарядов корневой системы и почвы, Кл/м2; z1, z2 - соответственно валентности аниона и катиона соли; Pe - число Пекле , T -абсолютная температура почвы [5].
Коэффициент Хб в формуле (1) характеризует темп выноса иона из почвы на варианте по сравнению с контролем.
Целью данной работы является использование формул (1) и (2) для раскрытия механизмов видовых различий при действии минеральных удобрений на доступность влаги корневой системе, соотношение диффузии и конвекции (число Пекле), свойств элементов питания на величину биовыноса.
Материал и методика исследования. Полевые опыты проведены на опытном поле Но-возыбковской сельскохозяйственной опытной станции филиала ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии имени В.Р. Вильямса в 20112013 гг.
Почва опытного участка - дерново-подзолистая песчаная, подстилаемая с глубины 1,2 м мощными водноледниковыми песками. Мощность гумусового слоя составляет 1820 см. Содержание органического вещества (по Тюрину) составляет 2,14-2,5%; pHKCl -6,7-6,9; сумма поглощенных оснований - 7,29,3 мг-экв. на 100 г почвы; гидролитическая кислотность - 0,59-0,73 мг-экв. на 100 г почвы; степень насыщенности основаниями равна 92-93%; содержание подвижного фосфора -357-380 мг/кг; обменного калия - 69-110 мг/кг почвы (по Кирсанову). Обеспеченность почвы фосфором - очень высокое, калием - среднее. Почва не нуждается в известковании. Содержание гумуса - высокое для дерново-подзолистой песчаной почвы. Учитывая высокую окультуренность почвы и среднюю обеспеченность калием в опыте включили варианты: контроль, К180, К210. В качестве калийного удобрения использовался хлористый калий с содержанием К2О, равным 56 %.
В качестве объектов исследования были взяты 5 видов культур относимых к 2 семействам и 5 родам. Семейство Fabaceae (Бобовые) включало один род Lupinus (люпин), и один вид Lupinus luteus L. (люпин жёлтый). Семейство Gramineae (Злаковые) включало соответственно 4 рода и 4 вида: Avena L., Avena sativa L. (овёс посевной); Arrhenatherum P.B., Lolium multiflorum L. (райграс однолет-
ний); Panicum L., Panicum milaceum L. (просо посевное); Sorghum Pers., Sorghum sudanense Pers. (суданская трава). Виды и роды культур характеризуются присущими только им особенностями, обусловленными природной средой их обитания. Люпин, как зёленое растение, дает за лето несколько укосов. Овёс -важнейшее кормовое растение. Райграс - прекрасное пастбищное растение, не боится вытаптывания, при стравливании быстро отрастает. Просо - в засушливые годы дает устойчивые высокие урожаи. Сорго - ценное засухоустойчивое кормовое растение [6].
Использовались следующие сорта культур: люпин жёлтый (Престиж), овёс посевной (Скакун), суданская трава (Кинельская-100), райграс однолетний (Изорский), просо посевное (Квартет). Норма высева семян составляла соответственно: 1,2; 5,0; 2,0; 8,0; 5,0 млн. шт./га. Опыт был развернут в звене севооборота со следующим чередованием культур: озимая рожь, картофель, одновидные и бобо-во-злаковые посевы. Посев опытных делянок проводили сеялкой CH-10 в первой декаде мая. Учет зелёной массы одновидных посевов кормовых культур проводили вручную.
Отобранные после уборки урожая растительные образцы корма после высушивании при постоянной температуре 105 °С, анализировали на определение показателей качества в центральной учебно-научной испытательной лаборатории БГАУ общепринятыми методами. Озоление проводили методом сжигания по Гинсбургу. Содержание калия определяли на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97), фосфора на фотоэлектроколориметре (ГОСТ 26657-97). Содержание азота в растительных образцах определяли по ГОСТ Р 51417-99, при пересчете на сырой белок использовали коэффициент - 6,25.
Полученные экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами дисперсионного и корреляционного анализов с использованием стандартного компьютерного программного обеспечения (Excel 7,0; Statistic 7,0; NC SS - 2000).
Численные методы исследования включали следующие расчеты: транспирация рассчитывалась по формуле Пенмана [7], испаряемость - по формуле Н.Н. Иванова [8], удельную поверхность почвы - по методу, изложенному в работе [9], емкость катионного обмена корней трав была взята из работ [10-13], удельную поверхность корней рассчитывали по формуле (2) без учета значения оп и при числе Пекле, равном 1, поверхностная плот-
ность зарядов корней и почвы находили как частное от деления ЕКО (мг-экв. / 100 г почвы) на удельную поверхность (м2/г) и ^умножения на коэффициент перевода в Кл/н-, равный 0,963, параметр биовыноса (Хб) находили по формуле (2). Число Ре рассчитывали по уравнению корреляции функции Хб = ДХвЕт / ХвЕ0), как частное Хб / Хо, где Хо = Хб, при ХвЕт / № = 0.
Результаты исследования. В таблице 1 представлены фитоклиматические показатели в период весенне-летней вегетации культур в разные годы, по данным метеостанции «Красная Гора».
Как следует из таблицы 1, период вегетации культур в 2013 г. характеризовался повышенными значениями радиационного баланса, фотосинтетически активной радиации, испаряемости и дефицита атмосферной влаги. В 2013 году культуры выращивались в экстремальных по водообеспеченности условиях
(КУ = 0,34). В период вегетации культур в 2012 г. культуры испытывали недостаток почвенной влаги (КУ ~ 0,5).
В таблице 2 приведены показатели, характеризующие протекание процесса биовыноса элементов питания из почвы.
Относительная транспирация, а также показатель влагообеспеченности (отношение суммы транспирации и физического испарения воды из почвы к испаряемости) являются количественными показателями доступности почвенной влаги корневой системе растений [14, 15]. В работе [14] было установлено, что в интервалах влажности легкосуглинистых серозёмов, равных (1-0,65) ППВ, (0,65-0,5) ППВ, (0,5-0,4) ППВ доступность почвенной влаги составляет соответственно 1,0-0,7; 0,7-0,35; 0,35- 0,20. Этим интервалам доступности влаги соответствуют почвенно-гидрологические константы: ППВ, ВРК, ВЗ.
Таблица 1 - Фитоклиматические показатели вегетации посевов культур
Год Мф 1, °С L № 1вН !вЕ0 - ЕвН КУ
2011 590 378 19,3 2,46 240 162 - 78 0,67
2012 597 397 19,4 2,46 243 119 - 124 0,49
2013 720 472 21,6 2,45 294 99 - 195 0,34
Среднее 636 416 20,1 2,45 259 127 - 132 0,50
Примечание: - сумма суточных значений радиационного баланса в период вегетации, Мдж/м2; - сумма суточных значений в течение вегетации фотосинтетически активной радиации, МДЖ/м2; Т - температура воздуха в градусах Цельсия; L - теплота парообразования МДж/кг; ХвЕ0 - испаряемость за период вегетации, мм; ^вН - сумма осадков за период вегетации, мм; ХвЕ0 - ХвН - дефицит атмосферной влаги в период вегетации, мм; КУ - коэффициент увлажнения.
Таблица 2 - Характеристика процесса биовыноса элементов питания из почвы посевами
Культура Контроль К180 К210
У 2вЕ т £еЕт Ре У 2В Ет £еЕт Ре У 2вЕ т £еЕт Ре
Люпин жёлтый 6, 0 213 0,82 0,7 7 6,2 22 2 0,86 0,7 6 6,8 242 0,93 0,74
Овёс посевной 2, 1 97 0,37 0,8 8 2,6 10 8 0,42 0,8 8 2,8 128 0,49 0,85
Райграс однолетний 1, 3 62 0,24 0,9 1 1,8 84 0,32 0,8 9 2,2 102 0,39 0,88
Суданская трава 3, 9 179 0,69 0,8 0 4,2 19 4 0,75 0,7 8 4,7 216 0,83 0,76
Просо посевное 2, 9 105 0,40 0,8 7 4,2 15 3 0,59 0,8 2 4,7 170 0,66 0,81
Примечание: У - урожайность воздушно-сухой фитомассы кормовых культур, т/га; ЕвЕ-г -транспирация за период вегетации, мм; ЕвЕт/ЁвЕ0 - относительная транспирация; Ре - число Пекле.
Одновременно проведённые исследования запасов влаги в однометровом слое серой лесной легкосуглинистой почвы в конце вегетации и относительной транспирации разных видов злаковых культур позволили установить, что почвенно-гидрологическим константам ППВ, ВРК, ВЗ соответствуют следующие значения ЕвЕ/ЕвЕо: 0,85-0,7; 0,67-0,42; 0,420,31. Эти значения сопоставимы со значениями доступности почвенной влаги корневой системе растений, полученными в работе [14].
Из таблицы 2 следует, что для пяти видов культур имеет место линейная зависимость урожайности от доступности почвенной влаги корневой системе растений. Максимальный урожай фитомассы кормовых культур был получен на посевах люпина жёлтого, минимальный - на посевах райграса однолетнего.
Посевы люпина жёлтого в течение вегетации имели оптимальную доступность почвенной влаги на трёх вариантах опыта. Посевы суданской травы развивались при оптимальной влажности лишь на вариантах с внесением хлористого калия. Посевы овса посевного и просо посевного развивались в условиях недостатка влаги, доступность почвенной влаги соответствовала ВРК или влажности замедления роста растений, при которой проводят полив. Посевы райграса однолетнего развивались в экстремальных условиях, при большом недостатке влаги, соответствующем влажности завядания. Природной средой обитания райграса являются влажные почвы и возделывание его на почве с низкой влагоемкостью и недостатком влаги в период вегетации оказало существенное влияние на его урожайность. Виды культур, относимые к двум семействам, возделываемые на одной почве, имели разную обеспеченность доступной почвенной влагой.
Доступность почвенной влаги корневой системе растений увеличивается по сравнению с контролем при внесении калийного удобрения и повышении его дозы (таблица 2).
Для раскрытия механизмов возникновения этих двух явлений были рассмотрены электростатические поля пяти видов кормовых трав.
Формула (2) включает разность напряженности электростатических полей поверхности корневой системы растений и почвенных капилляров (Е), по которым передвигаются почвенные растворы. Величина Е в формуле (2) представлена в виде члена: 1,8 х 10 (ок - оп)/ Т, 1/м. В таблице 3 приведены рассчитанные значения (ок - оп), и Е пяти видов трав.
Потенциал электростатических полей корневой системы растений и почвенных частиц
создают отрицательные заряды, поэтому величина Е имеет знак минус. Вектор напряженности электростатических полей (м) направлен к отрицательно заряженной поверхности корневой системы растений и вызывает поток к ней почвенного раствора.
Люпин жёлтый имеет стержневую корневую систему, более глубоко проникающую в глубь почво-грунта, чем мочковатая, присущая большинству злаковых культур. Вектор напряженности электростатического поля корневой системы люпина жёлтого самый большой по сравнению со злаковыми культурами. Природная среда обитания с низкой влажностью почвы сформировала у растений рода Люпин мощное электростатическое поле.
Засушливые условия обитания суданской травы сформировали электростатическое поле корневой системы лишь немного уступающее по вектору напряженности люпину жёлтому.
Среда обитания с оптимальной и избыточной влажностью почвы сформировала слабое электростатическое поле корневой системы растений рода Райграс.
Наибольшее значение Е имеют люпин жёлтый и суданская трава, самое низкое - райграс однолетний, овёс и просо имеют приблизительно равные значения Е. По величине доступности почвенной влаги и напряженности электростатических полей системы корень - почва виды культур образуют следующую убывающую последовательность (3): люпин жёлтый > суданская трава > просо посевное > овёс посевной > райграс однолетний (таблица 3).
Отсюда следует, что основной причиной разной доступности почвенной влаги корневой системы растений в течение вегетации является разность плотностей отрицательных зарядов корневой системы и почвы. От доступности почвенной влаги корневой системы растений зависит число Ре, которое влияет на потоки анионов и катионов солей.
В таблице 4 представлен элементный состав фитомассы одновидовых посевов кормовых культур.
Люпин жёлтый отличается от злаковых культур более высоким содержанием в фитомассе макроэлементов (Р, К, Са, М§) и почти в 2 раза более высоким содержанием К, являющегося органогенным элементом. Небольшие различия в содержании элементов на вариантах объясняются высоким содержанием их в почве на контроле. Внесение в почву калийного удобрения повысило содержание в фитомассе трав всех элементов питания, за исключением М§ (таблица 4).
Таблица 3 - Физико-химическая характеристика корневой системы кормовых культур и почвы
Культура или почва ЕКО Б Ок, Оп Ок - Оп Е, 1/м
Люпин жёлтый 47,7 33,3 1,37 0,54 -3,32
Овёс посевной 22,8 14,4 1,58 0,74 -4,54
Райграс однолетний 22,5 11,6 1,86 1,03 -6,32
Суданская трава 13,5 9,3 1,39 0,56 -3,44
Просо посевное 12,2 7,3 1,60 0,77 -4,73
Дерново-подзолистая песчаная 8,9 10,3 0,83
Примечание: ЕКО - емкость катионного обмена, мг-экв. на 100 г воздушно-сухого вещества, Б - удельная поверхность, м2/г ок, оп - плотность отрицательных зарядов на поверхности корней и почвы, Е - напряженность электростатического поля, которая равна безразмерному потенциалу, деленному на толщину ДЭС.
Таблица 4 - Элементный состав фитомассы посевов кормовых культур
Культура Содержание в воздушно-сухой массе, %
N Р К Са М8
Контроль
Люпин жёлтый 2,00 0,15 1,78 0,50 0,17
Овёс посевной 1,23 0,14 1,57 0,47 0,15
Райграс однолетний 0,87 0,14 1,58 0,45 0,14
Суданская трава 0,98 0,13 1,39 0,40 0,12
Просо посевное 1,09 0,14 1,46 0,43 0,13
К180
Люпин жёлтый 2,06 0,17 1,89 0,54 0,16
Овёс посевной 1,29 0,14 1,58 0,46 0,14
Райграс однолетний 0,92 0,14 1,60 0,45 0,13
Суданская трава 1,05 0,13 1,44 0,43 0,12
Просо посевное 1,13 0,14 1,48 0,43 0,12
К210
Люпин жёлтый 2,11 0,17 1,91 0,53 0,13
Овёс посевной 1,31 0,14 1,58 0,47 0,13
Райграс однолетний 0,98 0,14 1,61 0,45 0,13
Суданская трава 1,09 0,13 1,46 0,41 0,11
Просо посевное 1,15 0,13 1,49 0,40 0,11
Таблица 5 - Биовынос элементов питания кормовыми культурами с транспирирующей водой за период вегетации, кг/га___
Культура Контроль К180 К210
N Р К Са М8 N Р К Са М8 N Р К Са М8
Люпин желтый 120 8,9 107 30 10 129 11 118 34 10 144 12 130 36 10
Овес посевной 26 2,9 33 9,9 2,9 30 3,2 37 11 3,2 36 3,8 44 13 3,6
Райграс однолетний 11,3 1,8 21 5,8 1,8 16,2 2,4 28 7,9 2,3 21 3,0 34,5 9,6 2,7
Суданская трава 38,3 5,0 54 16,8 4,6 44,4 5,4 61 18,2 5,0 51,4 6,0 68,7 19,2 5,2
Просо посевное 31,7 4,1 42,4 12,5 3,8 45,4 5,6 52,4 17,2 4,8 47,2 5,3 61,1 16,4 4,4
В таблице 5 приведены данные биовыноса элементов питания из почвы кормовыми культурами с транспирирующей водой за период вегетации.
На контрольном и вариантах с внесением калийного удобрения по величине доступности К, Р, К, Са, М^ и напряженности электростатическими полей системы корень - почва для всех видов культур соблюдается последовательность (3). На вариантах с внесением калийного удоб-
рения наблюдается увеличение биовыноса не только калия, но и К, Р, Са, М§. Хлористый калий, растворяясь в почвенной влаге, вызывает сжатие ДЭС поверхностей корней и почвы, повышает напряженность электростатических полей и поток почвенного раствора к корневой системе растений. Повышается не только доступность влаги корневой системе, но и элементов питания (таблица 5).
Са М§ Р
Рисунок 1 - Зависимости биовыноса элементов питания из почвы с транспирирующей водой в течение вегетации (кг/га) от числа Пекле
При определенной доступности влаги, присущей каждому виду (таблица 2), доступность элементов К, Р, К, Са, М§ различна. Как следует из таблицы 2, каждому значению доступности влаги корневой системе растений соответствует определенное число Ре. Число Ре определяет соотношение диффузии и конвекции в общем потоке почвенного раствора.
В переносе элементов питания N и К из почвы к корневой системе растений участвуют одновалентные ионы: КН , К03-, К02-, К+, которые сосредоточены в объемной жидкости, за пределом ДЭС. Двухвалентные катионы Са и М§ сосредоточены в основном в адсорбцион-номслое ДЭС. По адсорбционной способности М§ превосходит Са . Элемент питания Р передвигается в почве в виде ионов Р043-, НР042-, Н2Р04-, при этом ионы Р043- и НР042- обладают самой высокой задерживающей способностью в микропорах почвы [16, 17].
На рисунке 1 представлены зависимости биовыноса элементов питания из почвы от числа Пекле.
Как следует из уравнений корреляции, уменьшение числа Ре на 0,1 вызывает увеличение биовыноса К, К, Са, М& Р соответственно на 5,00; 4,00; 1,20; 0,35; 0,40 кг/га.
Эти данные свидетельствуют, что при увеличении конвенции в общем потоке на 0,1 Ре в
наибольшем количестве выносятся из почвы N и К, в наименьшем - М§ и Р.
Для подтверждения этого явления были рассчитаны по формуле (1) темпы выноса из почвы элементов питания (Аб) по сравнению с контролем. Значения темпов выноса элементов питания фитомассой трав на вариантах с внесением калийного удобрения по сравнению с контролем представлены в таблице 6.
Все виды культур, возделываемые при разной доступности влаги корневой системе растений, характеризуются разной величиной темпов биовыноса элементов питания по сравнению с контролем. Наибольшее значение Х наблюдали для К, К и Са, наименьшее - для Р и М§. Увеличение дозы калийного удобрения повышает темпы биовыноса всех элементов, но не изменяет их последовательность (таблица 6).
Темпы биовыноса М§ определяются не только его высокой адсорбционной способностью, но и соотношением величин К и К. При К / К < 1 наблюдается увеличение темпа биовыноса М§. При К / К < 1 имеет место недостаток К для синтеза азотсодержащих веществ, увеличивается темп биовыноса М§ и содержание безазотисых экстрактивных веществ (БЭВ) в фитомассе трав. Таким образом, доставка элементов питания определяется не только физико-химическими свойствами ионов и числом Ре, но и потребностью растения.
Таблица 6 - Рассчитанные значения темпов биологического выноса элементов питания на
вариантах с внесением калийного удобрения по сравнению с контролем
Культура K160 K210
N P K Ca Mg N P K Ca Mg
Люпин жёлтый 0,32 0,21 0,45 0,59 0 0,75 1,24 0,80 0,75 0
Овёс посевной 1,29 0,88 1,05 0,97 0,9 2,52 2,11 2,25 2,13 1,68
Райграс однолетний 4,25 0,92 3,42 3,66 2,94 6,01 5,03 4,85 4,94 3,97
Суданская трава 0,76 0,40 0,63 0,41 0,44 1,35 0,84 1,11 0,61 0,56
Просо посевное 2,5 2,17 1,48 2,22 1,59 2,69 1,72 2,45 1,82 1,0
Вывод. Анализ полученных экспериментально-полевых данных при возделывании разных видов кормовых культур на дерново-подзолистой песчаной почве позволил выявить следующие особенности процесса биовыноса элементов питания корневой системой растения.
Корневая система каждого вида культуры формирует на своей поверхности электростатические поле определенной напряженности, вектор которой направлен к отрицательно заряженной поверхности корней и вызывает поток почвенного раствора, увеличивая доступность влаги и элементов питания растениям.
Установлена линейная прямопропорцио-нальная зависимость между напряжённостью электростатического поля, доступностью почвенной влаги и урожайностью культур. По величине напряженности электростатического поля, доступности влаги и урожайности виды культур располагаются в следующую последовательность: люпин жёлтый > суданская трава > просо посевное > овёс посевной > райграс однолетний. Эта последовательность соблюдается для биовыноса фитомассой трав К, Р, К, Са, М^, которая зависит не только от на-
пряженности электростатического поля корневой системы, доступности почвенной влаги, но и числа Ре.
Установлена линейная прямопропорцио-нальная зависимость между биовыносом элементов питания и числом Ре. Из зависимости следует, что при увеличении конвекции в общем потоке почвенного раствора к корневой системе в наибольшем количестве переносятся N и К, в наименьшем - М§ и Р.
Обнаружено, что доступность элементов питания корневой системе растений зависит от напряженности электростатического поля, доступности почвенной влаги, числа Ре, а также от физико-химических свойств ионов, с которыми передвигаются элементы питания, потребности растений в элементе питания. При недостатке К для синтеза белков, корни растений поглощают М§ для синтеза безазотистого экстрактивного вещества.
Выявленные особенности процесса биологического выноса из почвы элементов питания без материальных затрат можно учитывать для повышения урожайности и качества корма при возделывании разных видов культур.
Список использованных источников
1. Barber S. A diffusion and mass-flow concept of soil nutrient availability // Soil Science. - 1962. -Vol. 93. No. 1. - PP. 39-49.
2. Jenny H. Pathways of ions from soil into root according to diffusion models // Plant Soil. - 1966. -Vol. 25. No. 2. - PP. 265-289.
3. Barber S. and Elgawhary S. Plant nutrient absorption from three sources in the soil // 10th Trans. Int. Congr. Soil Sci. 1974. - No. 4. - PP. 217-223.
4. Бихеле З.Н., Молдау Х.А., Росс Ю.К. Математическое моделирование транспирации и фотосинтеза растений при недостатке почвенной влаги. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 223 с.
5. Пакшина С.М., Петухов В.Р. Влияние двойных электрических слоёв поверхности корня и почвенных частиц на доступность питательных элементов растениям // Агрохимия. - 1976. - № 5. -С. 97-102.
6. Маевский П.Ф. Флора средней полосы Европейской части СССР. - М.: Госиздат сельскохозяйственной литературы, 1954. - 912 с.
7. Пенман Х. Круговорот воды. Биосфера. - М.: Мир, 1972. - С. 60-72.
8. Иванов Н.Н. Об определении величины испаряемости // Известия Всесоюзного географического общества. - 1954. - Т. 86. - № 2. - С. 189-195.
9. Пакшина С.М., Сковородникова Н.А. Сборник задач по почвоведению. Почвенные процессы, формулы, расчеты. - Брянск, 2010. - 98 с.
10. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition // Chemistry of the soil. New York - London. - 1964. -Pp. 395-444.
11. Drake M., Vengris A., Colby W. Cation exchange capacity of plant roots // Soil Science. - 1951. -Vol. 72. No. 2. - Pp. 139-149.
12. Vengris A., Drake M. Chemistry of the soil // New York. - 1955. - Pp. 286-328.
13. Willams D.E., Coleman N.T. Cation exchange properties of plant root surfaces // Soil and plant. -1950. - No. 2. - Pp. 243-256.
14. Мушкин И.Г., Гафуров В.К. Тепловой и водный баланс хлопкового поля. - Л.: Гидрометео-издат, 1973. - 114 с.
15. Побережский Л.Н. Водный баланс зоны аэрации в условиях орошения. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1977. - 159 с.
16. Пакшина С.М., Колыхалина А.Е. Исследование влияния питательного и водного режимов серой лесной почвы на поглощение фотосинтетически активной радиации зерновыми культурами в период вегетации // Проблемы агрохимии и экологии. - 2014. - № 4. - С. 17-22.
17. Железная А.Б. Формулы Волобуева-Пакшиной и их использование. - М., 2006. - 80 с.
List of sources used
1. Barber S. A diffusion and mass-flow concept of soil nutrient availability. Soil Science. 1962; 93(1): 39-49.
2. Jenny H. Pathways of ions from soil into root according to diffusion models. Plant Soil. 1966; 25(2): 265-289.
3. Barber S and Elgawhary S. Plant nutrient absorption from three sources in the soil. 10th Trans. Int. Congr. Soil Sci. 1974; 4: 217-223.
4. Bikhele Z.N, Moldau Kh.A., Ross Yu.K. Matematicheskoe modelirovanie transpiratsii i fotosinteza rasteniy pri nedostatke pochvennoy vlagi [Mathematical modeling of plant transpiration and photosynthesis with lack of soil moisture]. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1980. 223 p.
5. Pakshina S.M., Petukhov VR. Vliyanie dvoynykh elektricheskikh sloev poverkhnosti kornya i pochvennykh chastits na dostupnost' pitatel'nykh elementov rasteniyam [Effect of Double Electrical Layers of Root Surface and Soil Particles on Nutrient Availability to Plants]. Agrochemistry. 1976; 5: 97-102.
6. Maevskiy PF. Flora sredney polosy Evropeyskoy chasti SSSR [Flora of the middle band of the European part of the USSR]. Moscow: Gosizdat of agricultural literature; 1954. 912 p.
7. Penman Kh. Krugovorot vody. Biosfera [Water cycle. Biosphere]. Moscow: "World"; 1972: 60-72. In Russian
8. Ivanov NN. Ob opredelenii velichiny isparyaemosti [About determination of evaporation value]. News of the All-Union Geographical Society. 1954; 86(2): 189-195.
9. Pakshina SM, Skovorodnikova NA. Sbornik zadach po pochvovedeniyu. Pochvennye protsessy, formuly, raschety [Soil Science Task Collection. Soil processes, formulas, calculations]. Bryansk; 2010. 98 p.
10. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition. Chemistry of the soil. New York - London. 1964: 395444.
11. Drake M, Vengris A, Colby W. Cation exchange capacity of plant roots. Soil Science. 1951; 72(2): 139-149.
12. Vengris A, Drake M. Chemistry of the soil. New York. 1955: 286-328.
13. Willams DE, Coleman NT. Cation exchange properties of plant root surfaces. Soil and plant. 1950; 2: 243-256.
14. Mushkin IG, Gafurov VK. Teplovoy i vodnyy balans khlopkovogo polya [Thermal and water balance of cotton field]. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1973. - 114 p.
15. Poberezhskiy LN. Vodnyy balans zony aeratsii v usloviyakh orosheniya [Water balance of aeration zone under irrigation conditions]. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1977. - 159 p.
16. Pakshina SM, Kolykhalina AE. Issledovanie vliyaniya pitatel'nogo i vodnogo rezhimov seroy lesnoy pochvy na pogloshchenie fotosinteticheski aktivnoy radiatsii zernovymi kul'turami v period vegetatsii [Study of the effect of nutrient and water regimes of grey forest soil on the absorption of photosynthetically active radiation by grain crops during vegetation]. Problems of agrochemicals and ecology. 2014; 4: 17-22.
17. Zheleznaya AB. Formuly Volobueva-Pakshinoy i ikh ispol'zovanie [Volobueva-Pakshina formulas and their use]. Moscow, 2006. - 80 p.
