CC BY
16
УДК 631.95
ВЛИЯНИЕ ЛАНДШАФТНЫХ УСЛОВИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА КОРМОВЫХ КУЛЬТУР И КАРТОФЕЛЯ
Д.А. Иванов, д.с.-х.н., А.Д. Капсамун, к.с.-х.н., О.Н. Анциферова, к.с.-х.н.
ВНИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель, e-mail: vniimz@list.ru
Рассмотрены вопросы формирования химического состава почв различных природно-территориальных комплексов, а также кормовых культур и картофеля в различных ландшафтных условиях конечно-моренного холма. Показаны взаимосвязи химического состава растений и почв, которые возможно использовать при разработке адаптивной системы удобрений.
Ключевые слова: ландшафтные условия, химический состав растений и почв.
INFLUENCE OF LANDSCAPE ON FORMATION OF FORAGE CROPS AND POTATO CHEMICAL CONTENT
D.A. Ivanov, A.D. Kapsamun, O.N. Antsiferova
Formation of soil chemical content at different nature-territorial complexes and also forage crops and potato at different landscape conditions of moraine hill are investigated. Correlations of chemical content ofplants and soil, which can be used for elaboration of adaptive fertilizing system, are shown.
Keywords: landscape conditions, chemical content of plants and soils.
Пространственное распределение основных элементов питания сельскохозяйственных культур определяли при изучении почвенного покрова различных природно -территориальных комплексов (ПТК), расположенных в юго-восточной части Тверской области [1].
Все изученные ПТК можно разделить на две группы. Первая, в которую входят озерно-ледниковые слабоволнистые равнины и болотные ландшафты, отличается пониженным содержанием изучаемых элементов. Вторая (зандровые и низинные озерно-ледниковые равнины) - характеризуется относительно высоким плодородием почв. В почвах зандровых равнин отмечается повышенное содержание калия и марганца, в результате распространенности здесь полимиктовых песков, а на озерно-ледниковых равнинах наблюдается относительное богатство почв по фосфору и кальцию, вследствие близкого залегания карбонатной морены.
Озерно-ледниковые равнины характеризуются повышенной пестротой агрохимических показателей (Са, Р, Ре), как за счет разнообразия литологических обста-новок, так и вследствие пестроты гидрологических режимов. Зандровые равнины характеризуются большей пространственной однородностью агрохимических показателей. Здесь можно отметить только высокую вариабельность Са, причиной которой служит сильная неоднородность мощности флювиогляциального наноса. «Низкоплодородные» ПТК отличаются значительным постоянством агрохимических показателей в пространстве. Исключение составляет Мп, повышенная вариабельность которого определяется пестротой гидрологических режимов. Неоднородность распределения калия в пределах болотных массивов можно объяснить разнообразием ботанического состава торфа. Можно сказать, что изучаемые ландшафты значительным образом различаются по агрохимическому составу почв, что объясняется их генетическими особенностями. Следовательно, при планировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия необходимо учитывать не просто отдельные компоненты ПТК, а их генетическую взаимосвязь.
В данной работе сделана попытка освещения ряда вопросов формирования химического состава кормовых культур и картофеля, выращенных в условиях мелиорированного агроландшафта конечно-моренной гряды. Опыт по изучению агрогеохимических особенностей функционирования микрогеосистем заложен в 1997 г. в пределах ландшафтного стационара ВНИИМЗ. Он расположен в 4 км к юго-востоку от Твери. На его территории четко выделяются три геоморфологических элемента: обширная плоская вершина; длинные пологие склоны (до 4о) и хорошо выраженные межхолмные депрессии, являющиеся местными базисами эрозии. Почвенный покров стационара образован чередованием подзолистых и болотно-подзолистых почв, на мощных, сред-немощных и маломощных двучленах.
Опытные делянки проходят через все микроландшафтные позиции конечно-моренного холма. В пределах опытного поля нами выделено 7 вариантов, отличающиеся друг от друга набором ландшафтных факторов (тип почвы, экспозиция и крутизна склона, относительная высота местности, характер почвообразующих пород и т.д.), в то время как набор агротехнических приемов для всех вариантов был одинаков [2]. Валовой химический состав продукции и почв стационара определяли рентгенфлуоресцентным методом, на каждом варианте в точках, отстоящих друг от друга на 40 м. Так как площадь вариантов, в связи с особенностями микроландшафтного устройства стационара, была не одинакова, статистическую обработку полученных данных вели с помощью однофакторного дисперсионного анализа для случайных выборок.
Результаты дисперсионного анализа химического состава пахотных горизонтов почв показали, что достоверные различия (5% уровень значимости) наблюдаются только по Са (повышенное содержание на склоне северной экспозиции, в зоне выклинивания карбонатной морены), Ре (повышенное значение на склоне северной экспозиции, пониженное на вершине, среднее на склоне южной экспозиции), Со (повышенное значение в верхней части
1. Химический состав почв объекта исследования
Местоположение Горизонт р 8 С1 К Са Т1 Бе Мп Сг яъ 8г ръ
% мг/кг
Межхолмная депрессия д Апах 0,022 0,030 0,017 1,13 1,36 0,380 2,87 585 84,0 42,8 86,9 10,0
А, 0,028 0,045 0,022 1,67 1,07 0,356 1,75 630 93,4 42,8 77,0 14,2
А2В 0,024 0,050 0,028 1,13 0,68 0,362 3,80 585 93,4 59,3 110,0 10,0
В, 0,036 0,040 0,025 1,27 1,56 0,362 1,22 630 85,9 65,9 110,0 14,8
В, 0,016 0,060 0,028 1,20 1,40 0,362 5,02 630 60,7 59,3 110,0 13,8
Плоская вершина А Апах 0,022 0,040 0,017 1,12 1,46 0,370 5,56 630 84,0 52,7 120,0 13,8
а,а2 0,032 0,071 0,028 1,98 1,56 0,527 2,39 675 88,7 60,0 164,0 11,8
А, 0,024 0,056 0,019 1,56 1,46 0,412 2,48 740 96,0 72,3 153,0 14,2
а2в 0,028 0,050 0,025 1,10 1,27 0,362 2,48 620 93,4 53,4 110,0 12,6
В, 0,024 0,050 0,014 1,10 0,98 0,330 5,02 585 84,0 60,0 131,0 13,6
2. Химический состав клеверотимофеечной смеси в пределах объекта исследования
Местоположение Р 8 С1 К Са Т1 Бе Мп Сг яъ 8г РЪ
% мг/кг
Депрессия 0,27 0,40 0,89 3,86 2,72 11,3 1,16 40,6 0,63 6,19 23,6 2,03
Вершина 0,53 0,34 0,99 3,18 4,17 17,4 2,14 58,8 0,63 5,49 26,1 2,84
склона северной экспозиции) и 2п (пониженное значение в верхней части склона южной экспозиции), которые объясняются неоднородностью ландшафтных и петрографических условий стационара. Содержание валовых форм основных биофильных элементов в почвах объекта исследования зависит от их гранулометрического и минералогического состава. Вертикальная и горизонтальная пестрота этих свойств почв обусловливает изменение изучаемых элементов по профилю и между местоположениями. Несмотря на это, данные таблицы 1 позволяют сделать определенные выводы. Прежде всего надо отметить, что валовой состав изучаемых почв сформировался под воздействием фундаментальных геохимических факторов. Такие элементы, как К, Са и Fe являются главными компонентами изучаемых почв, Т занимает промежуточное положение, а все остальные встречаются в малых количествах. Заметное снижение содержания Са, Т и Fe наблюдается в подзолистых горизонтах почв межхолмной депрессии в связи с усилением здесь промывного режима. Химический состав почв плоской вершины в основном определяется литологией слагающих их пород.
Химический состав кормов во многом определяется особенностями почв и условиями местообитаний. Так, клеверотимофеечная травосмесь второго года пользования, произрастающая в пределах плоской вершины, в условиях слабо промывного режима, характеризуется повышенной концентрацией в сухом веществе, по отношению к аналогичной растительной ассоциации, произрастающей в межхолмной депрессии, фосфора, кальция, титана, железа, марганца и свинца (табл. 2). Подобное обстоятельство объясняется слабым развитием на вершине подзолообра-зовательного процесса, что обусловливает увеличение содержания в почве Са и РЬ и, соответственно, повышение концентрации этих элементов в растениях. Застойные процессы в почвах вершины приводят к повышению здесь концентрации железа и марганца, что способствует уси-
ленному поглощению этих элементов растениями. Вершина, по сравнению с депрессией, характеризуется лучшим тепловым и световым режимом произрастания растений. Урожайность клеверотимофеечной травосмеси здесь достоверно выше, чем в депрессии, поэтому усиленное поглощение растениями фосфора и титана можно объяснить более интенсивными процессами метаболизма.
Более глубоко механизм перехода элементов из почвы в корма можно изучить с помощью корреляционного анализа (табл. 3). Прежде всего, изучалось соответствие химического состава растительной группировки (козлятник восточный, клеверотимофеечная смесь 1-го и 2-го годов пользования, пятикомпонентная травосмесь, клевер Ранний-2, клевер 1-го и 2-го года пользования) и пахотных горизонтов почв мест их произрастания.
Сопоставление значения линейного коэффициента корреляции и показателя нелинейной связи - корреляционного отношения для конкретного элемента дает возможность представить характер процесса его поглощения из почвы растением. Можно выделить две группы элементов. 1 - Элементы, концентрация которых в растениях не зависит от содержания в почве, в эту группу входят Са, № и V. По-видимому, пути поглощения этих элементов растениями полностью контролируются генетическими механизмами. 2 - Все остальные элементы, представленные в таблице 3, могут быть отнесены ко второй группе, характеризующейся заметной зависимостью их содержания в растениях от концентрации в почве.
Среди элементов группы 2 выделяется кобальт, отличающийся от остальных заметной линейной отрицательной связью концентраций в почве и растениях. Это означает, что существует сильный генетический барьер, препятствующий поступлению этого элемента в растение. Остальные элементы обнаруживают заметные нелинейные зависимости между их содержанием в почве и в растительности. Наибольшая криволинейность связи
3. Результаты корреляционного анализа химического состава системы почва-растение
Показатель Химический состав
К Са Мп Бе Сг Со N1 РЪ V Си яъ 8г
Коэффициенты корреляции 0,00 -0,26 0,08 -0,02 0,30 -0,57 -0,21 -0,32 0,09 0,27 -0,24 -0,18
Корреляционные отношения 0,66 0,26 0,60 0,52 0,63 0,57 0,20 0,52 0,10 0,65 0,53 0,77
Критерий кривизны 1,22 0,00 0,90 0,61 0,80 0,01 0,00 0,36 0,00 1,01 0,51 2,20
концентраций обнаруживается у калия и стронция. Анализ нелинейных функций позволяет определить оптимальные и экстремальные концентрации элемента в почве и на основе этих знаний разрабатывать мероприятия по управлению химическим составом кормов.
В пределах нашего стационара наблюдается почти прямолинейная зависимость концентрации Pb и Fe в кормах от содержания их в почве. Растения на дерново-подзолистых глееватых и глеевых почвах энергично поглощают Ре из почвенного раствора, что весьма существенно сказывается на качестве корма. Беспрепятственному накоплению Pb в тканях растений мешает мощный генетический барьер, защищающий корма от загрязнения этим металлом. Такие элементы как К, Мп, О" и Си поглощаются растениями из почвы по весьма сложному закону. На основе анализа нелинейных функций возможно выделить лимитирующие, стабилизирующие и ингибирующие концентрации этих элементов в почве. Это свидетельствует о саморегуляции растениями процесса поступления в их органы определенных элементов. При малых концентрациях растения жадно поглощают элементы из почвенного раствора, при оптимальных концентрациях наблюдается равновесное состояние растительной и почвенной среды, при повышенных срабатывает генетический барьер, и концентрация элемента в растении даже несколько снижается. Можно определить оптимальное содержание элементов в почве. Для калия это 2,2-2,3%, марганца - 320 мг/кг, хрома - 70 мг/кг, меди - 25-30 мг/кг.
Учитывая закономерности поступления элементов из почвы в растения, возможно разработать мероприятия по управлению этим процессом. Так, регулируя влажность почв с помощью мелиоративных воздействий, можно изменять концентрацию подвижных форм Ре и Мп в почве, и, тем самым, изменять их содержание в растениях. Известкованием можно уменьшить концентрацию 8г в почве, так как Са, являясь его геохимическим аналогом, вытесняет 8г из поглощающего комплекса почв. Вытесненный 8г сравнительно быстро выйдет из агроландшафта с грунтовыми водами.
В почве и клубнях картофеля одновременно определяли содержание К, Са, Fe, Мп, Со, 2п, Си. Характер биогенного накопления данных элементов определяется соотношением их содержания в клубнях к содержанию в почве. Так соотношение по калию равно 5 (7,4/1,5), кальцию - 0,45 (0,33/0,74), железу - 0,006 (0,0081/1,33), марганцу - 0,021 (0,00083/0,04), кобальту - 0,012 (0,000013/0,0011), цинку - 0,4 (0,0015/0,0037), меди -0,34 (0,00075/0,0022). Следовательно, микродобавки для калийных удобрений, специально приспособленных для выращивания картофеля, в порядке убывания должны образовывать следующий ряд: Са, 2п, Си, Мп, Со, Fe. Следует отметить, что концентрация изученных элементов не превышает предельно допустимых норм.
Дисперсионный анализ не выявил достоверных различий в химическом составе клубней ни по одному элементу. Это можно объяснить тем, что вариабельность химического состава клубней определяется не только вышеперечисленными причинами, но и пестротой факторов, влияющих на продукционный процесс картофеля, а именно условиями освещения, увлажнения, вентиляции, засоренности и пораженности болезнями и т.д. для каждого куста. Соотношение коэффициентов вариации содержания элементов в клубнях и в почве в основном подтверждают этот тезис.
Так для Са оно равно 1,56, Ре - 1,19, Со - 3,2, 2п - 1,04. Отсутствие достоверных различий в химическом составе клубней, выращенных на разных вариантах, объясняется также наличием генетических барьеров, поддерживающих гомеостатическое равновесие среды растения.
Подтверждение этого положения находится при рассмотрении результатов корреляционного анализа. Нами обнаружена только одна достоверная (на уровне 0,05) прямо пропорциональная зависимость между содержанием 2п в почве и в клубнях (г = 0,87). Также выявлена весьма жесткая зависимость (на уровне 0,01) между содержанием Ре и Са в почве (г = -0,98). Несмотря на то, что Ре поглощается картофелем в очень малых количествах, оно является важным фактором регуляции среды растения - от его содержания достоверно (на уровне 0,05) зависит концентрация в клубнях Са (г = 0,93) и Со (г = 0,76), в то время как последний также зависит и от содержания 2п (г =
0.85..
Изучение влияния комплекса почвенно-ландшафтных факторов на концентрацию некоторых химических элементов в клубнях картофеля проводили с помощью регрессионного анализа. Объектами изучения были: содержание Са2+ и М§2+ в пахотных горизонтах почв, мг/100 г, рН, гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г, влажность, %, плотность, г/см3, пористость аэрации, %, высота снежного покрова, м, запас воды в снеге, мм, плотность твердой фазы почв, г/см3, относительная высота точки опробования, м, запасы гумуса, т/га, содержание гумуса, %, урожайность картофеля, ц/га.
Регрессионный анализ показал, что количество калия в клубнях в основном зависит от содержания гумуса в пахотных горизонтах, плотности твердой фазы почв и их гидролитической кислотности. Содержание кальция в продукции в весьма слабой степени зависит от почвенных запасов легкодоступных Р и К. На содержание марганца в клубнях влияет в основном плотность твердой фазы почв и их влажность. Содержание железа зависит от гидролитической кислотности, влажности почв, содержания в них легкодоступного калия и гумуса, а также от относительной высоты поля. На концентрацию цинка в клубнях влияют кислотность почв и содержание в них калия, который является чутким маркером многих почвенных и ландшафтных процессов (переувлажнение, переуплотнение, эрозия и т.д.). Можно также выделить факторы, влияющие на концентрацию многих элементов в клубнях. Среди них надо отметить влажность почв, от которой зависит содержание в клубнях калия, марганца и железа. Содержание калия в почве, в свою очередь, во многом регулирует поступление в клубни кальция, железа и цинка.
Таким образом, химический состав кормов и клубней картофеля, в отличие от химического состава почв, зависящего в основном от особенностей литогенной основы ландшафта, определяется также и экзогенными факторами регуляции продукционного процесса и генетическими механизмами, определяющими гомео-статическоеравновесие внутренней среды растения.
Литература
1. Дорофеев А.А., Логинов С.А. Легенда ландшафтной карты Тверской области. - М.: ГУГиК, 1990.
2. Иванов Д.А., Корнеева Е.М., Салихов Р.А., Петрова Л.И., Пугачева Л.В., Рублюк М.В. Создание ландшафтного полигона нового поколения // Земледелие, № 6, 1999.
