CC BY
22
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Научная статья УДК 631.423.4
doi: 10.18522/1026-2237-2022-1-38-48
ВЛИЯНИЕ ГУМИНОВОГО ПРЕПАРАТА НА ФРАКЦИОННО-ГРУППОВОЙ СОСТАВ ФОСФАТОВ В ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ КАРБОНАТНОМ
Марина Николаевна Дубининаш, Ольга Степановна Безуглова2
12Федеральный Ростовский аграрный научный центр, пос. Рассвет, Ростовская область, Россия
'dubinina-marina@rambler.ruB
2lola314@mail. ru
Аннотация. Представлены результаты изменения фракционно-группового состава фосфора в черноземе обыкновенном карбонатном под влиянием фолиарной обработки посевов озимой пшеницы гуминовым препаратом. Обработку посевов проводили в фазу кущения и фазу колошения. Исследования вели в 2017-2020 гг. на стационаре ФБГНУ «ФРАНЦ».
Исследования показали, что обработка посевов озимой пшеницы гуминовым препаратом способствует снижению в почве всех форм минеральных фосфатов, особенно фосфатов первой группы, наиболее доступных растениям. Однако и другие группы, в том числе труднодоступные фосфаты алюминия и железа, оказываются вовлеченными в этот процесс. Причина - повышенная потребность растений, получивших стимулирующие обработки гуминовым препаратом, в фосфорном питании. Растения озимой пшеницы регулируют высвобождение связанных форм фосфатов включением в процесс фосфатазы.
Ключевые слова: чернозем обыкновенный карбонатный, фосфор, групповой состав фосфатов, гуминовый препарат, озимая пшеница
Для цитирования: Дубинина М.Н., Безуглова О.С. Влияние гуминового препарата на фракционно-групповой состав фосфатов в черноземе обыкновенном карбонатном // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2022. № 1. С. 38-48.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
THE IMPACT OF A HUMIC PREPARATION ON THE FRACTIONAL COMPOSITION
OF PHOSPHATES IN CALCIC CHERNOZEM
Marina N. Dubininaш, Olga S. Bezuglova2
12Federal Rostov Agricultural Research Center, Rassvet, Rostov Region, Russia
2dubinina-marina@rambler.ruB
2lola314@mail.ru
Abstract. The results of changes in the fractional composition ofphosphorus in Calcic Chernozem under the influence offoliar treatment of winter wheat crops with a humic preparation are presented. Research was carried out in 20172020 at the experimental field of Federal Rostov Agricultural Research Center. The treatment of crops was carried out in the phases of tillering and heading.
Studies have shown that the treatment of winter wheat crops with a humic preparation helps to reduce all forms of mineral phosphates in the soil, especially phosphates of the first group, the most accessible to plants. However, other groups, including hard-to-reach aluminum and iron phosphates, are also involved in this process. The reason is the increased need for phosphorus nutrition in the plants that received stimulating treatments with a humic preparation. Winter wheat plants regulate the release of bound forms of phosphate by including phosphatase in the process.
© Дубинина М.Н., Безуглова О.С., 2022
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Keywords: Calcic Chernozem, phosphorus, group composition of phosphates, humic preparation, winter wheat
For citation: Dubinina M.N., Bezuglova O.S. The Impact of a Humic Preparation on the Fractional Composition of Phosphates in Calcic Chernozem. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2022;(1):38-48. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
В питании и развитии растений важную роль играет фосфор. Будучи составной частью сложных белков (нуклеопротеидов), нуклеиновых кислот, фосфатидов, ферментов, витаминов, фитина и других биологически активных соединений [1], он участвует в обмене веществ, делении клеток, размножении, передаче наследственных свойств. Особенно необходим фосфор молодым растениям, так как способствует развитию корневой системы, повышает интенсивность кущения зерновых культур. Установлено, что, увеличивая содержание растворимых углеводов в клеточном соке, фосфор усиливает зимостойкость озимых культур.
Доступность и экстрагируемость фосфора различных групп в значительной степени определяются природой и прочностью его связи с органоминеральными компонентами почвы. Важной его особенностью является обратимость перехода фосфора из одной группы в другую. Если в растения переходит лишь незначительное количество фосфора из внесенных минеральных и органических удобрений, то остальная его часть должна поступать из почвенных запасов. Наличие данных резервов связано с уровнем естественного плодородия почвы и с предшествующим внесением фосфора с органическими и минеральными удобрениями [2].
Большое количество фосфора находится в почве в виде фосфорорганических соединений, это своеобразный природный запас, который под влиянием комплекса факторов может быть мобилизован для питания и развития растений. Часть вносимых с минеральными удобрениями фосфатов связывается с органическим почвенным веществом и переходит в малоподвижное состояние. При активизации жизнедеятельности почвенной микрофлоры и изменении реакции почвенного раствора такие соединения трансформируются, высвобождая фосфор, и поступление этого элемента носит постоянный характер [3].
В свою очередь, органические фосфорсодержащие соединения в почве входят в состав гумуса, растительных и животных остатков. Фосфор содержится в них, в противоположность азоту и сере, в окисленной форме, в виде остатка фосфорной кислоты. И именно в черноземах наибольшая доля от общего запаса фосфора сосредоточена в фосфорорганических соединениях - до 80 %, причем большая их часть находится в форме фитина, нуклеиновых кислот, фосфолипидов [4].
Мобилизовать фосфор из малодоступных соединений кальция, алюминия и железа способны микроорганизмы родов Pseudomonas, Äzotobacter, ВасШш и др. На дефицит фосфатов растения отвечают физиологическими изменениями: повышенное выделение корнями органических кислот и подкисле-ние почвы [5].
Устойчивость фосфорных соединений к микробному разложению зависит от природы катиона, с которым связаны фосфаты. Наиболее легко мобилизуется фосфат кальция; фосфат алюминия менее подвержен растворению, а фосфат железа очень устойчив к действию бактериальных метаболитов. Часть образующихся под действием микроорганизмов растворимых фосфатов поглощается растениями в процессе питания, часть иммобилизуется микроорганизмами и часть фиксируется в почве. Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) также содержат остатки фосфорной кислоты, которые освобождаются под действием микробных ферментов, выделяемых клетками многих почвенных микроорганизмов. Эти процессы составляют основу превращений фосфора в природе [6].
Количество доступного растениям фосфора от его общего запаса невелико: примерно 10-20 % относительно доступны и 50-60 % - малодоступны. Растения поглощают фосфор из почвенного раствора в основном в виде ортофосфатов. Содержание их в почве зависит от ряда факторов: общего запаса фосфорсодержащих соединений, химического состава почвы, количества и качества вносимых фосфорных удобрений, климатических и погодных условий исследуемой территории, кислотности почвенной среды, жизнедеятельности почвенных биосистем.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OFHIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Анализ фракционного состава фосфора чернозема обыкновенного показал, что минеральные формы фосфатов представлены преимущественно фракциями фосфатов кальция. Фракции фосфатов полуторных оксидов содержатся в незначительных количествах. Фосфаты железа в черноземе обыкновенном составляют около 15 % от суммы всех определяемых фракций, или 3 % от валового количества фосфора. Вниз по профилю содержание всех фракций равномерно снижается. На долю оставшихся фракций фосфатов невыветрившихся минералов приходится около 70 %. Среди активных форм минеральных фосфатов основная доля приходится на фосфаты кальция, среди которых преобладают высокоосновные фосфаты кальция типа апатита [7-9].
Необходимо отметить, что проблема недостаточной обеспеченности пахотных земель фосфором особенно актуальна для южных агротехнических территорий зоны черноземных почв, где превалируют их карбонатные роды [10, 11].
Проблема дефицита фосфорного питания решается различными способами: увеличением доз минеральных фосфорных удобрений [12, 13], совместным использованием минеральных и органических удобрений [14], применением сева по технологии черного пара [15-17] и т.п. Достоверному увеличению содержания подвижного фосфора в черноземе способствует и обработка посевов озимой пшеницы гуминовым препаратом, что обусловлено активным регулированием растениями процессов мобилизации фосфора через механизм корневых выделений и увеличением численности микроорганизмов [18]. При использовании в агрономической практике гуминовых препаратов исследования фракционного состава подвижных соединений фосфора позволяют судить о механизмах интенсификации процессов фосфорного питания.
Цель данного исследования - изучение влияния гуминового препарата на состав и динамику почвенных фосфатных соединений, изучалось также действие более высоких концентраций гуминового препарата «BIO-Дон» на почвенное плодородие и урожайность озимой пшеницы.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили на стационаре Федерального Ростовского аграрного научного центра (ФГБНУ «ФРАНЦ») в Аксайском районе Ростовской области. Почва - чернозем обыкновенный карбонатный. Содержание гумуса в пахотном слое составляет 4,4-4,7 %, количество валового азота 0,20-0,25 %, фосфора -0,11-0,16, калия - 2,3 % [19]. Содержание подвижной фосфорной кислоты преимущественно низкое и очень низкое (в пахотном слое 0,6-1,5 мг на 100 г почвы), обменного калия - повышенное (30,0-47,0 мг на 100 г почвы).
Возделываемая культура - озимая пшеница, сорт Золушка, включенный в Госреестр в 2012 г. в 6 и 8 регионах РФ.
В эксперименте испытывали гуминовый препарат (ГП) «BIO-Дон», получаемый путем щелочной экстракции из вермикомпоста. В его составе содержатся гуминовые кислоты, сумма которых составляет в среднем 2,2 г/л. ГП проявил себя как стимулятор роста и адаптоген, снимая стресс после применения средств защиты и воздействия неблагоприятных погодных факторов [20, 21]. Данный препарат разбавляют до оптимальной концентрации 0,002 % по органическому углероду и производят обработку почвы или растений.
Полевой опыт включал 4 варианта: 1) фон - минеральные удобрения (без обработки гуминовым препаратом «BIO-Дон»); 2) фон + «BIO-Дон» в дозе 2,0 л/га (концентрация ГП 0,002 %); 3) фон + «BIO-Дон» в дозе 3,0 л/га (концентрация ГП 0,003 %); 4) фон + «BIO-Дон» в дозе 4,0 л/га (концентрация ГП 0,004 %). Фон - минеральные удобрения: азофоска - 100 кг/га (в д.в. N10P20K26) - предпосевное внесение, аммиачная селитра 180 кг/га - подкормка после возобновления весенней вегетации (суммарно в д.в. 61 кг/га). ГП вносили в фазу кущения и фазу колошения опрыскиванием рабочим раствором c концентрацией 0,002-0,004 %. Площадь делянки 30 м2, площадь учетной делянки 8 м2. Каждый вариант представлен в трех повторениях. Предшественник - в вегетационном периоде 2017-2018 гг. - пар, в последующие годы исследований - озимая пшеница; возделываемая культура - озимая пшеница.
Активность фосфатазы определяли по методу А.Ш. Галстяна и Э.А. Арутюняна [22] с некоторыми изменениями (увеличение времени инкубации и объема добавляемого раствора фенолфталеинфосфата натрия). Групповой состава фосфатов по методу Чирикова (вариант Шконде в модификации К.Е. Гинзбург [23]) предполагает определение следующих групп соединений:
- фосфаты щелочных металлов и аммония, гидрофосфаты и частично фосфаты кальция и магния (первая группа фосфатов - углекислотная вытяжка);
ISSN 1026-2237 BULLETIN OFHIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
- разноосновные фосфаты кальция, частично фосфат алюминия (вторая группа фосфатов - уксуснокислая вытяжка);
- высокоосновные фосфаты кальция, разноосновные фосфаты алюминия и железа, часть фосфорных эфиров (третья группа фосфатов - солянокислая вытяжка);
- фосфор органических соединений, фосфаты алюминия и железа (четвертая группа фосфатов -аммиачная вытяжка).
Дополнительно в остатке почвы после экстракции всех извлекаемых по методу Чирикова форм фосфора определяли фосфаты невыветрившихся минералов и трудногидролизуемые соединения фосфора с гумусовыми кислотами.
Результаты исследования
Динамика фосфатов первой группы. Первая группа представлена самыми подвижными соединениями, так как катионы этих фосфатов - щелочные и щелочноземельные металлы, имеющие наибольшее биологическое сродство с растениями. Их количество в значительной степени регулируется гидротермическими условиями года и, соответственно, активностью микроорганизмов. В начале наблюдений содержание этих фосфатов в течение вегетационного периода во всех вариантах опыта сохранялось на примерно одинаковом низком уровне (рис. 1).
Обусловлено это тем, что весна и начало лета 2018 г. были очень сухими, месячное количество осадков колебалось в пределах 6-8 мм, что в несколько раз ниже среднемноголетних значений, и снабжение растений влагой шло фактически за счет почвенных влагозапасов, обеспеченных осенне-зимними осадками. Тем не менее колебания в содержании этой группы фосфатов по фазам развития имеются, причем статистически достоверные. Особенно хорошо видны различия между вариантами в фазу кущения, так как фосфор способствует интенсификации кущения у зерновых культур.
В этот период в контрольном варианте наблюдается снижение фосфатов щелочных металлов аммония и однозамещенного кальция, так как именно во время активного роста вегетативной массы растений потребность в элементах питания, в том числе в фосфоре, особенно велика. Обработка растений гуминовым препаратом в фазу кущения способствовала еще большему снижению этой группы фосфатов, так как стимуляция роста растений сопровождалась повышенной потребностью в фосфоре.
Как ранее показали исследования, фолиарная обработка посевов озимой пшеницы в фазу кущения гуминовым препаратом сопровождается достоверным увеличением микробиологической активности в ризосферной зоне [24]. Однако в варианте с дозой ГП 2,0 л/га активность микроорганизмов, вероятно, недостаточна высока для восполнения расхода легкодоступных фосфатов из других менее доступных групп.
В варианте с дозой 3,0 л/га отмечается рост содержания этой группы фосфатов, а увеличение дозировки гуминового препарата до 4,0 л/га вновь сопровождается усилением потребности в соединениях фосфора и достоверным снижением содержания фосфатов щелочных металлов, аммония и однозаме-щенного кальция. В последующие сроки отбора (колошение и уборка) достоверных различий между вариантами не наблюдалось.
Следующий год исследований (2018-2019) характеризовался иным распределением осадков в весенне-летний период. Малоснежный февраль сменился влажными (на уровне среднемноголетних величин) мартом и апрелем, а в мае количество осадков было на 20 мм выше среднемноголетнего значения. В июне наблюдалось резкое уменьшение количества осадков. Но в целом год был достаточно хорошим по влагообеспеченности, о чем свидетельствует и величина ГТК (0,7). Как следствие, на момент возобновления вегетации отмечено резкое увеличение самого количества этих соединений: почти в 3 раза выше, чем в этот же период предыдущего вегетационного года (рис. 1).
Однако затем содержание этой группы фосфатов в контрольном варианте в течение вегетации неуклонно снижалось, скорее всего, за счет активного потребления хорошо развивающимися растениями. При этом существенное влияние на содержание этой группы фосфатов оказало внесение гумино-вых препаратов: увеличение дозы гуматов в вариантах приводило к достоверному снижению фосфатов первой группы. Из этого можно сделать вывод, что даже на фоне недостаточной влажности почвы активное потребление легкорастворимых фосфатов может быть инициировано внесением гуминовых веществ.
ISSN 1026-2237 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ._2022. № 1
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Вегетационный период 2019/2020 гт.
Вегетационный период 2018/2019 гт.
|£ —
U
о Вегетационный период 2017/2018 гт. О и
Вармыл! I Вй|к11М12 Шршпп à Внрнхт4
В Отбор 1 Е Oi6o|j 2 ■ Отбор 3 И Отбор 4
Рис. 1. Динамика первой группы фосфатов (фосфаты щелочных металлов и аммония, гидрофосфаты и частично фосфаты кальция и магния, углекислотная вытяжка). Отборы: 1. Возобновление весенней вегетации. 2. Через 2 недели после первой обработки гуминовым препаратом. 3. Через 2 недели после второй обработки гуминовым препаратом. 4. После уборки урожая / Fig. 1. Dynamics of the first group of phosphates (phosphates of alkali metals and ammonium, hydrophosphates and partially phosphates of calcium and magnesium, carbon dioxide extract). Selections: 1. Resumption of spring vegetation. 2. 2 weeks after the first treatment with a humic preparation. 3. 2 weeks after the second treatment with a humic preparation. 4. After harvest
Исследования 2019/2020 г. добавили еще больше данных для подтверждения этого явления. Максимально этот эффект проявил себя в варианте с применением ГП в дозировке 4 л/га (рис. 1). Содержание однозамещенных фосфатов на контроле достигало 50 мг/кг (в фазу колошения), в то же время во всех трех вариантах с ГП количество фосфатов этой группы не превышает 35 мг/кг. Однако тенденция к накоплению этих соединений в фазу колошения сохраняется. Следует также отметить, что весеннее внесение аммиачной селитры сопровождалось увеличением содержания фосфатов щелочных металлов и аммония, наиболее легко усваиваемых растениями. Однако затем эти соединения находятся в практически постоянной концентрации в течение всего периода наблюдений, особенно в контрольном варианте 1. Количественные колебания крайне незначительные, а в варианте 4 с внесением ГП в дозе 4,0 л/га даже на фоне минеральных удобрений баланс этих легкодоступных форм фосфатов не меняется.
Динамика фосфатов второй группы. Вторая группа фосфатов, экстрагируемая уксусной кислотой, представляет собой двузамещенные фосфаты кальция (рис. 2).
Фактически эта группа фосфатов является ближним резервом фосфора, в литературе отмечается возможность перехода двузамещенных фосфатов в однозамещенные при подкислении рН, изменении микробиологической активности, колебаниях температуры и влажности [24]. Содержание этой группы фосфатов после обработок ГП колеблется в довольно узком диапазоне, что может свидетельствовать о равновесии между потребляемым фосфором и фосфатами, вступающими во взаимодействие с почвенным кальцием, так как почвенный комплекс в черноземе обыкновенном карбонатном насыщен поглощенным кальцием, и нарушить это равновесие - довольно сложная задача.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Учитывая, что именно насыщенность почвенного комплекса кальцием в черноземах в значительной степени обеспечивает устойчивость этого типа почв к химической деградации, установленный факт можно оценивать как положительное явление.
Тем не менее, несмотря на небольшой диапазон колебаний, четко видна динамика этой формы фосфора по фазам развития растений в начале исследований (2017/2018 вегетационный год), причем на контроле разница выражена особенно хорошо. В значительной степени динамика и этой группы фосфатов зависит от погодных условий года.
Так, в резко засушливых условиях 2018 г. именно в этот период наблюдается резкое и статистически достоверное снижение количества этой группы фосфатов во второй отбор, который приходился на фазу кущения. Активность формирования вегетативной массы в этот период наибольшая, и, вероятно, недостаток фосфорной кислоты в среде способствует росту активности фосфатазы (таблица).
Низкая доза ГП (вариант 2), способствуя лучшему развитию растения, в недостаточной степени активизирует почвенные процессы, поэтому дефицит этой группы фосфатов усиливается. Дозировка 3,0 л/га оказывается оптимальной, обеспечивая пополнение нехватки фосфора и достоверно повышая содержание фосфатов кальция в групповом составе.
В 2019 г. при более оптимальной обеспеченности влагой в контроле четко прослеживается снижение содержания этой группы фосфатов, напротив, в сухом 2020 г. наблюдалось увеличение её содержания от
начала возобновления вегетации к фазе колошения. На вариантах с гуматом динамика второй группы фосфатов сходная с картиной в контрольном варианте, однако к уборке уровень этой группы фосфатов остается высоким, особенно при низкой дозировке «BЮ-Дон».
Таким образом, все три года наблюдений продемонстрировали, что фактически динамика первой и второй групп фосфатов идентична (при высокой разнице в абсолютном их содержании). Это свидетельствует о возможности использования фосфатов второй группы при формировании урожая озимой пшеницы, причем в вариантах с гуматом этот тренд выражен ярче.
Рис. 2. Динамика второй группы фосфатов (разноосновныефосфаты кальция, частично фосфат алюминия, уксуснокислая вытяжка). Отборы: рис. 1 / Fig. 2. Dynamics of the second group of phosphates (various base calcium phosphates, partly aluminum phosphate, acetic acid extract). Selections: see Fig. 1
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Динамика фосфатазной активности по вариантам опыта, мг P2O5 / 100 г почвы за 1 ч / Dynamics of phosphatase activity by experimental variants, mg P2O5 / 100 g of soil per 1 hour
Вариант опыта Среднее по варианту Разница с контролем Среднее по варианту Разница с контролем Разница между отборами Среднее по варианту Разница с контролем Разница между отборами Среднее по варианту Разница с контролем Разница между отборами Изменения к концу опыта
Отбор 1 Отбор 2 Отбор 3 Отбор 4
2017/2018 вегетационный год
1 4,89 - 5,38 - 0,94 4,47 - -1,36 5,30 - 0,83 0,41
2 4,21 -0,68 5,34 -0,04 1,13 4,61 0,14 -0,73 4,69 -0,61 0,08 0,48
3 3,07 -1,82 3,90 -1,48 0,83 3,14 -1,33 -0,76 4,70 -0,60 1,56 1,63
4 2,70 -2,19 2,80 -2,58 0,10 3,04 -1,43 0,24 3,13 -2,17 0,09 0,43
НСР05 По фактору А (разница между отборами) - 0,40; по фактору В (содержание ГП) - 0,40; по факторам АВ - 0,57
2018/2019 вегетационный год
1 3,54 - 3,16 - -0,38 3,52 - 0,36 4,23 - 0,71 0,69
2 3,70 0,16 3,73 0,57 0,03 3,44 -0,08 -0,29 4,14 -0,09 0,70 0,44
3 3,65 0,11 3,56 0,40 -0,09 3,42 -0,10 -0,14 4,19 -0,04 0,74 0,51
4 3,23 -0,31 3,11 -0,05 -0,12 3,06 -0,46 -0,05 3,48 -0,75 0,42 0,25
НСР05 По фактору А (разница между отборами) - 0,33; по фактору В (содержание ГП) - 0,33; по факторам АВ - 0,47
2019/2020 вегетационный год
1 3,89 - 4,46 - 0,57 4,99 - 0,53 7,40 - 2,41 3,51
2 4,01 0,12 3,91 -0,55 -0,10 5,46 0,47 1,55 7,14 -0,26 1,68 3,13
3 3,98 0,09 4,03 -0,43 0,05 5,42 0,43 1,39 5,50 -1,90 0,08 1,52
4 3,52 -0,47 3,45 -1,01 -0,07 5,59 0,60 2,14 4,50 -2,90 -1,09 0,98
НСР05 По фактору А (разница между отборами) - 0,38; по фактору В (содержание ГП) - 0,38; по факторам АВ - 0,54
Примечание. жирным шрифтом выделены значения разницы, превышающие величину НСР05, т. е. отличающиеся от варианта стравнения на статистически значимую величину.
Динамика фосфатов труднодоступных групп. Третья группа фосфатов представляет собой комплекс органических и неорганических фосфорных соединений алюминия и железа, это своеобразный запас минеральных фосфатов, колебания его связаны с вегетационным фазовым переходом, в дальнейшем соотношение минеральной и органической части восстанавливается. В течение периода исследования существенного влияния внесения ГП в вариантах опыта на динамику этой группы фосфатов выявлено не было, однако интересна сама динамика количества органической и минеральной составляющей (рис. 3).
Если в начале наблюдения в 2017/2018 г. органические соединения определялись в количестве менее 100 мг/кг, а минеральные - около 250 мг/кг, то в 2018/2019 г. эти величины уже находились в пределах 100-120 и 350 мг/кг соответственно. К моменту окончания опыта количество органических фосфатов алюминия и железа составляло уже примерно 200 мг/кг, минеральных - до 450 мг/кг. В пользу достоверности полученных данных говорит тот факт, что в течение всего периода исследования соотношение форм фосфатов сохранялось постоянным, таким образом, накапливаются неорганические фосфорные соединения, которые могут быть включены в процесс питания растений за счет катионо-обменных реакций, органические же соединения могут быть мобилизованы в микробиотических процессах.
Четвертая группа фосфатов (фосфогумусовые комплексы, остатки нуклеиновых кислот, кислотоне-растворимые фосфорные соединения алюминия и железа) отличается отсутствием постоянного соотношения органической и минеральной составляющей, поэтому можно предположить, что эта группа более отзывчива к различным факторам и воздействиям.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Суммарное количество фосфорсодержащих соединений этой группы хорошо коррелирует с динамикой почвенной среды рН и почвенного гумуса. Поэтому в данном случае динамические процессы захватывают именно органическую компоненту, формирование корневой системы и развитие ризосферы сдвигает рН среды в сторону уменьшения, тем самым способствуя увеличению количества органического вещества за счет разложения растительных остатков. Фосфор минеральных удобрений связывается в органоминераль-ные комплексы, которые в дальнейшем распадаются, высвобождая новые порции питательных веществ.
Если в начале опыта на долю фосфорно-гумусовых компонентов почвы приходилось 80-90 % от общего количества определяемых соединений, то следующий год исследований продемонстрировал резкое снижение содержания фосфорорга нических веществ, что привело к снижению общего количества соеди нений этой группы (рис. 4).
Предположительно, это снижение связано с активным включением группы этих веществ в вегетационный процесс, так как длительный период вегетации озимой пшеницы, особенно по аналогичному предшественнику, не дает возможности пополнять запасы почвенного органического вещества за счет разложения пожнивных остатков. Период исследования характеризуется в целом низким количеством атмосферных осадков и запасов почвенной влаги, что также является лимитирующим фактором многих естественных почвенных процессов.
В последний год наблюдений выявлено накопление фосфорно-гуму-совых веществ, что может быть связано с адаптивными микробиологическими процессами в почве. При этом следует отметить, что содержание минеральных фосфорных соеди-
Рис. 3 . Динамика третьей группы фосфатов (высокоосновные фосфаты кальция, разноосновные фосфаты алюминия и железа, часть фосфорных эфиров, солянокислая вытяжка) по вариантам опыта в течение периода исследования. Отборы: рис. 1 / Fig. 3.
Dynamics of the third group of phosphates (highly basic calcium phosphates, heterobasic aluminum and iron phosphates, part of phosphoric esters, hydrochloric acid extract) according to the experimental options during the study period.
Selections: see Fig. 1
нений алюминия и железа на протяжении всего периода опыта остается примерно одинаковым, в диапазоне 150-250 мг/кг почвы, поэтому эту группу соединений в силу ее инертности нельзя считать потенциальным запасом для фосфорного питания растений, в то время как органическая группа проявила значительную лабильность как к фазам вегетации, так и к погодным факторам, что указывает на ее активную роль в усвоении и перераспределении как почвенных фосфатов, так и фосфатов минеральных удобрений.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Исследование динамики третьей и четвертой групп фосфорных соединений показало, что, несмотря на невосприимчивость их к внесению различных ГП, механизм формирования и разрушения их комплекса органических и минеральных соединений имеет маятнико-образный характер, то есть снижение содержания фосфорно-эфирных соединений компенсируется повышением фосфорно-гумино-вых, и наоборот.
Заключение
Сложившиеся в период исследования 2017-2020 гг. погодные условия характеризовались крайне низким содержанием и неравномерным по фазам развития количеством атмосферных осадков, которые вкупе с повышенными по сравнению со средними многолетними значениями температурами атмосферного воздуха создавали неблагоприятные условия для формирования и развития посевов озимой пшеницы. В таких условиях азот минеральных удобрений из-за низкого уровня почвенной влаги медленно переходит из почвы в растения, замедляются процессы перехода аммонийной формы азота в нитратную.
Фосфорное питание тоже зависит от наличия почвенной влаги. Однако даже оптимальное содержание подвижных форм фосфора в почве, при условии невозможности перевести их в почвенный раствор, вызывает повышение активности почвенной фосфатазы, которая находится в обратной зависимости от уровня обеспеченности растений легкодоступными фосфатами. Обработка посевов ГП в различных дозировках увеличивает активность фос-фатазы и поступление фосфора из почвы в растения, тем самым нивелируя неблагоприятные погодные условия.
Динамика группового состава соединений фосфора показывает, что обработка посевов озимой пшеницы ГП способствует снижению в почве всех форм минеральных фосфатов. В наибольшей степени это проявляется в фосфатах первой группы, связанных со щелочными металлами и аммонием, а также включающей гидрофосфаты и частично фосфаты кальция и магния. Однако и другие группы, в том числе фосфаты, представленные разноосновными соединениями с алюминием и железом, своеобразным запасом минеральных фосфатов, оказываются вовлеченными в этот процесс. Эти факты свидетельствуют о повышенной потребности растений, получивших стимулирующие обработки ГП, в фосфорном питании и способности растений через включение в процесс фосфа-тазы регулировать высвобождение связанных форм фосфатов.
Группы малоподвижных фосфорсодержащих веществ, включающие органические соединения, гораздо меньше подвержены влиянию внесения гуминовых веществ, но значительно больше зависят от погодных факторов, демонстрируя лабильность органической фазы в разные годы наблюдения.
Рис. 4. Динамика четвертой группы фосфатов фосфор органических соединений, фосфаты алюминия и железа, аммонийная вытяжка) по вариантам опыта в течение
периода наблюдения. Отборы: рис. 1 / Fig. 4. Dynamics of the fourth group of phosphates (phosphorus of organic compounds, aluminum and iron phosphates, ammonium extract) according to the variants of the experiment during the observation period. Selections: see Fig. 1
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
Список источников
1. Ковда В.А. Биохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 264 с.
2. Джонстон Дж., Фиксен П., Поултон П. Эффективное использование фосфорных удобрений в земледелии // Питание растений. 2015. № 2. С. 8-11.
3. Фокин А.Д., Чистова Е.Д. О влиянии гумусовых веществ на сорбцию фосфатов почвами // Агрохимия. 1964. № 11. С. 41-47.
4. Возбуцкая А.Е. Химия почв. М.: Высшая школа, 1968. 428 с.
5. Халиков Р.М., Лопытова З.Б., Шарипов Р.А. Биогеохимическая подвижность и трансформация фосфатов в почвах агроландшафтов // Nauka-rastudent.ru. 2017. № 1 (037). URL: http://nauka-rastudent.ru/37/3901/ (дата обращения: 05.12.2021).
6. Звягинцев Д.Б., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: МГУ, 2005. 445 с.
7. Кравцова Н.Е. Эколого-агрохимическая оценка фосфатного состояния черноземов Нижнего Дона : авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. Ростов н/Д., 2004. 28 с.
8. Ванина М.Г., Брехова Л.И. Формы фосфора в почвах Каменной степи разного уровня гидроморфизма // Лесотехн. журн. 2012. № 4. С. 156-159.
9. Кравцова Н.Е., Бирюкова О.А., Крыщенко В. С. Фракционный состав фосфатов почв Нижнего Дона // Наука и образование в XXI веке: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 4 ч. Тамбов, 2013. С. 66-67.
10. Кравцова Н.Е., Цупор Ю.А. Динамика содержания минеральных фосфатов в почвах черноземного ряда Ростовской области // Роль инноваций в трансформации современной науки: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов, 2016. С. 24-25.
11. Шевченко И.М. Содержание фракций минеральных форм фосфатов в черноземе южном при разных дозах удобрения и системах обработки почвы // Приоритетные направления развития современной науки молодых ученых аграриев: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, посвященной 25-летию Прикаспийского НИИ аридного земледелия. Махачкала, 2016. С. 80-84.
12. Бутяйкин В.В. Динамика фосфатного режима черноземной почвы под влиянием антропогенных факторов // Вестн. Ульяновской гос. с/х академии. 2014. № 2. С. 17-21.
13. Варламова Л.Д., Нефедьева В.В. Изменение фракционного состава фосфатов при многолетнем применении удобрений // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014. № 5. С. 38-42.
14. Митрофанова Е.М., Васбиева М.Т. Фосфатный режим дерново-подзолистой почвы при длительном применении органических и минеральных удобрений // Агрохимия. 2014. № 9. С. 13-19.
15. Юмашев Н.П. Влияние фосфора на зимостойкость и продуктивность озимой пшеницы в условиях ЦЧО // Агрохимия. 2007. № 12. С. 27-35.
16. Tian L., Guo Q., Yu G., Zhu Y., Lang Y., Wei R., Hu J., YangX., Ge T. Phosphorus fractions and oxygen isotope composition of inorganic phosphate in typical agricultural soils // Chemosphere. 2020. Vol. 239. Article 124622. Doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.124622.
17. Li F., LiangX., ZhangH., Tian G. The influence of no-till coupled with straw return on soil phosphorus speciation in a two-year rice-fallow practice // Soil and Tillage Research. 2019. Vol. 195. Article 104389.
18. Полиенко Е.А., Безуглова О.С., Горовцов А.В., Лыхман В.А., Павлов П.Д. Применение гуминового препарата «BIO-Дон» на посевах озимой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30, № 2. С. 24-28.
19. Безуглова О.С., ХырхыроваМ.М. Почвы Ростовской области. Ростов н/Д.: ЮФУ, 2008. 352 с.
20. Безуглова О.С., Полиенко Е.А., Горовцов А.В., Лыхман В.А. Технология применения гуминового препарата «BIO-Дон» на посевах озимой пшеницы. Рассвет: ДЗНИИСХ, 2016. 18 с.
21. Безуглова О.С., Полиенко Е.А., Гринько А.В., Горовцов А.В., Лыхман В.А., Дубинина М.Н. Приемы комплексного использования средств химизации и гуминового препарата «BIO-Дон» при возделывании озимой пшеницы. Рассвет: ДЗНИИСХ, 2017. 35 с.
22. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 1990. 286 с.
23. Муха В.Д., Муха Д.В., Ачкасов А.Л. Практикум по агрономическому почвоведению. СПб.: Лань, 2013. 480 с.
24. Bezuglova O.S., Gorovtsov A.V., Polienko E.A., Zinchenko V.E., Grinko A.V., Lykhman V.A., Dubinina M.N., Demidov A. Effect of humic preparation on winter wheat productivity and rhizosphere microbial community under herbicide-induced stress // J. Soils Sediments. 2019. Vol. 19, iss. 6. Р. 2665-2675. https://doi.org/10.1007/s11368-018-02240-z.
References
1. Kovda V.A. Soil biochemistry. Moscow: Nauka Publ.; 1985. 264 p. (In Russ.).
2. Johnston J., Fixsen P., Poulton P. Effective use of phosphate fertilizers in agriculture. Pitanie rastenii = Plant Nutrition. 2015;(2):8-11. (In Russ.).
3. Fokin A.D., Chistova E.D. On the influence of humic substances on the sorption of phosphates by soils. Agrokhimiya = Agrochemistry. 1964;(11):41-47. (In Russ.).
4. Vozbutskaya A.E. Soil chemistry. Moscow: Higher School Press; 1968. 428 p. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.1
5. Khalikov R.M., Lopytova Z.B., Sharipov R.A. Biogeochemical mobility and transformation of phosphates in soils of agricultural landscapes. Nauka-rastudent.ru. 2017;(1). Available from: http://nauka-rastudent.ru/37/3901/ [Accessed 5th December 2021]. (In Russ.).
6. Zvyagintsev D.B., Babieva I.P., Zenova G.M. Soil biology. Moscow: Moscow State University Press; 2005. 445 p. (In Russ.).
7. Kravtsova N.E. Ecological and agrochemical assessment of the phosphate state of the chernozems of the Lower Don. Dissertation Thesis. Rostov-on-Don, 2004. 28 p. (In Russ.).
8. Vanina M.G., Brekhova L.I. Forms of phosphorus in the soils of the Kamennaya Steppe at different levels of hydromorphism. Lesotekhn. zhurn. = Forest Engineering Journal. 2012;(4):156-159. (In Russ.).
9. Kravtsova N.E., Biryukova O.A., Kryshchenko V.S. Fractional composition of phosphates in the soils of the Lower Don. Science and Education in the 21st Century. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference in 4 parts. Tambov, 2013:66-67. (In Russ.).
10. Kravtsova N.E., Tsupor Yu.A. Dynamics of the content of mineral phosphates in the soils of the chernozem series of the Rostov region. The Role of Innovations in the Transformation of Modern Science. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. Tambov, 2016:24-25. (In Russ.).
11. Shevchenko I.M. The content of fractions of mineral forms of phosphates in southern chernozem at different doses of fertilizer and tillage systems. Priority directions for the development ofmodern science of young agricultural scientists. Proceedings of the V International Scientific and Practical Conference of Young Scientists, dedicated to the 25th anniversary of the Caspian Research Institute of Arid Agriculture. Makhachkala, 2016:80-84. (In Russ.).
12. Butyaykin V.V. Dynamics of the phosphate regime of the chernozem soil under the influence of anthropogenic factors. Vestn. Ul'yanovskoi gos. s/kh akademii = Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2014;(2):17-21. (In Russ.).
13. Varlamova L.D., Nefed'eva V.V. Changes in the fractional composition of phosphates during long-term use of fertilizers. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2014;(5):38-42. (In Russ.).
14. Mitrofanova E.M., Vasbieva M.T. Phosphate regime of soddy-podzolic soil with long-term use of organic and mineral fertilizers. Agrokhimiya = Agrochemistry. 2014;(9):13-19. (In Russ.).
15. Yumashev N.P. Influence of phosphorus on winter hardiness and productivity of winter wheat in the conditions of the Central Chernobyl Region. Agrokhimiya = Agrochemistry. 2007;(12):27-35. (In Russ.).
16. Tian L., Guo Q., Yu G., Zhu Y., Lang Y., Wei R., Hu J., Yang X., Ge T. Phosphorus fractions and oxygen isotope composition of inorganic phosphate in typical agricultural soils. Chemosphere. 2020;239:124622. Doi: 10.1016/j.chem-osphere.2019.124622.
17. Li F., Liang X., Zhang H., Tian G. The influence of no-till coupled with straw return on soil phosphorus speciation in a two-year rice-fallow practice. Soil and Tillage Research. 2019;195:104389.
18. Polienko E.A., Bezuglova O.S., Gorovtsov A.V., Lykhman V.A., Pavlov P.D. Application of the humic preparation BIO-Don on winter wheat crops. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AICis. 2016;30(2):24-28. (In Russ.).
19. Bezuglova O.S., Khyrkhyrova M.M. Soils of the Rostov region. Textbook. Rostov-on-Don: SFU Press; 2008. 352 p. (In Russ.).
20. Bezuglova O.S., Polienko E.A., Gorovtsov A.V., Lykhman V.A. Technology of application of BIO-Don humic fertilizer on winter wheat crops. Rassvet: Don Zonal Research Institute of Agriculture Press; 2016. 18 p. (In Russ.).
21. Bezuglova O.S., Polienko E.A., Grinko A.V., Gorovtsov A.V., Lykhman V.A., Dubinina M.N. Techniques for the integrated use of chemicals and the humic preparation BIO-Don in the cultivation of winter wheat. Rassvet: Don Zonal Research Institute of Agriculture Press; 2017. 36 p. (In Russ.).
22. Khaziev F.Kh. Methods of soil enzymology. Moscow: Nauka Publ., 1990. 286 p. (In Russ.).
23. Mukha V.D., Mukha D.V., Achkasov A.L. Workshop on agronomic soil science. Textbook. St. Petersburg: Lan Publ.; 2013. 480 p. (In Russ.).
24. Bezuglova O.S., Gorovtsov A.V., Polienko E.A., Zinchenko V.E., Grinko A.V., Lykhman V.A., Dubinina M.N., Demidov A. Effect of humic preparation on winter wheat productivity and rhizosphere microbial community under herbicide-induced stress. J. Soils Sediments. 2019;19(6):2665-2675. https://doi.org/10.1007/s11368-018-02240-z.
Информация об авторах
Дубинина М.Н. - младший научный сотрудник.
Безуглова О. С. - доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник.
Information about the authors
Dubinina M.N. - Junior Researcher.
Bezuglova O.S. - Doctor of Science (Biology), Professor, Main Researcher.
Статья поступила в редакцию 07.12.2021; одобрена после рецензирования 25.12.2021; принята к публикации 16.03.2022. The article was submitted 07.12.2021; approved after reviewing 25.12.2021; accepted for publication 16.03.2022.
