CC BY
60
УДК 631.416+[631.81.095.337:631.55]
Ю.Л.ДЗЛРЕНКО О.Я.ГЛВРИЯЬЧЕНКО
Омский государственный аграрный университет
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ БОРА И ЛЕГКОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ НА ПОСТУПЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТА В РАСТЕНИЯ И ИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ
В вегетационных опытах изучено влияние высоких концентраций бора (5-15 мг/кг) и легкорастворимых солей (№С1, Ма^С^, Ыа2С03) на поступление микроэлемента в ячмень и вику мохнатую и их продуктивность. Установлено существование антагонизма борат-ионов и анионов солей, существенно сокращающего (на 5,8-887 %) поглощение бора растениями. Выяснено, что легкорастворимые соли существенно влияют на бороустойчивость растений.
Одной из геохимических особенностей ландшафтов юга Западной Сибири, в том числе Омской области, является высокое накопление соединений бора в почвообразующих породах, почвах, грунтовых водах, что позволило выделить на данной территории область борного засоления почв [4]. Развитию его способствовали особенности условий почвообразования: недостаток атмосферного увлажнения, засоленность и тяжелый гранулометрический состав пород, малая расчлененность рельефа и слабая дренированность территории. Избыток бора в почве и воде представляет значительную экологическую проблему, так как бораты являются наиболее ядовитыми солями по сравнению с хлоридами, сульфатами и содой. В борных биогеохимических провинциях потребление корма с повышенным количеством бора вызывает у животных борные энтериты [5]. Установлено, что уже при содержании подвижного бора в концентрации 5-10 мг/кг почвы существенно снижается урожайность целого ряда культур [1,5,6].
Исследования, проведенные в Омской области, показали, что все почвы солонцового комплекса засолены бором. Концентрации его подвижных форм в них изменяется от 4,8 до 37 мг/кг, в то время как оптимальное содержание микроэлемента для растений составляет 1,5-2,2 мг/кг почвы. Наиболее высокие концентрации бора находятся в солонцах, площадь которых в области составляет 1,3 млн. га [2]. Следовательно, одной из причин снижения продуктивности и качества культур на засоленных почвах является высокое содержание в них бора. В то же время, на засоленных почвах негативное воздействие на растения кроме избыточных концентраций бора оказывает целый комплекс факторов. Одним из них является наличие легкорастворимых солей. Поэтому была поставлена цель: установить зависимость урожайности растений и поступления в них бора от содержания его в почве и наличия легкорастворимых солей.
В 2000-2002 годах была проведена серия вегетационных опытов с культурами, часто выращиваемыми на солонцах и, следовательно, подвергающихся воздействию избытка бора: ячменем и викой мохнатой. Опыты проводили на пахотном слое лугово-чернозем-
ной среднемощной среднегумусовой среднесугли-нистой почвы и солонца лугово-черноземного содово-сульфатного коркового тяжелосуглинистого. Содержание нитратного азота в почвах было низким, фосфора — средним, калия — высоким.
Концентрация подвижного бора, извлекаемого из почвы горячей водой и установленная колориметрическим методом с азометином-Н, в лугово-черноземной почве была высокой - 2,7 мг/ кг, но не достигала предельно допустимой концентрации. В солонце она составила 15,3 мг/ кг, что указывает на его борное засоление.
Для создания разных уровней борного засоления, часто встречаемых в солонцах, в лугово-черноземную, почву вносили бор в форме буры ( Ыа^В^О^Ш Н20) в концентрациях по 5,10 и 15 мг/кг (соответственно варианты В5, В10и В15). На фоне борного засоления применяли ЫаС1, Ыа^О,, и Ыа2СОа в количестве, соответствующем средней степени засоления почвы: СГ - 0,11 %, 5042" - 0,34%, СОэ2" - 0,25%. Ячмень выращивали до фазы 4-х листьев, вику - до фазы ветвления.
Результаты проведенных исследований показали, что ячмень и вика мохнатая вследствие их биологических особенностей по-разному реагируют на высокие концентрации бора и легкорастворимых солей в почве (табл. 1-4). Определение бора в надземной массе растений позволило установить, что уровень его накопления в них тесно зависит от количества подвижных форм элемента в питательной среде (табл. 1). Так, наименьшее содержание бора в ячмене наблюдалось при выращивании его на лугово-черноземной почве с относительно невысоким уровнем элемента. В растениях, произрастающих на солонце с высокой степенью борного засоления, содержание элемента было почти в 3 раза выше, чем на лугово-черноземной почве, и достигало довольно высокого уровня, который представляет потенциальную опасность для животных.
Максимальная степень накопления бора в культуре наблюдалась при искусственном борном засолении (варианты В3, В10, В|5), о чем свидетельствуют величины коэффициентов накопления (КН): 7,9-36,2. В условиях оптимального увлажнения внесенный в почву бор обладал высокой биологической доступностью для ячменя. Между содержанием бора в почве и расте-
Таблица 1
Содержание бора в растениях в зависимости от уровня его концентрации в почве
Доза бора. Вор в растениях, мг/кг
Ячмень Вика мохнатая
2001 г. КН 2002 г. КН 2001 г. КН 2002 г. КН
Солонец (бор-15,3 мг/кг)
124,0 3.8 55,6 2.1 88,6 2,1 120,8 1.7
Лугоео-черноэёмная почва (бор- 2.7 мг/кг)
0 32,4 1.0 25,8 1,0 42,5 1,0 70,8 1,0
5 248,0 7,6 184,0 7,1 181,0 4,2 267,0 3,8
10 621,0 19,2 670,0 26,0 257,0 6.0 396,0 5.6
15 692,0 27,5 1086,0 42,1 357,0 8,4 509,0 7,2
Таблица 2
Снижение поступления бора (%) в надземную массу растений под действием солей'
Доза бора, мг/кг Ячмень Вика мохнатая
№С1 Ыа2804 ЫазСОз ИаС1 N3,80, Ма2С03
0 87.3 72.1 52.7 5.8 13.7 7.2
5 74.0 62.5 60.8 456 - -
10 88.7 48.3 73.5 27.0 28.8 61.1
15 83.5 87.0 37.5 19.8 - -
' - Степень снижения поступления бора в растения рассчитана по отношению к варианту с соответствующей дозой бора без применения сопей.
Таблица 3
Влияние высоких концентраций бора на урожайность ячменя и вики мохнатой
Доза бора, Ячмень, 2001 г. Вика мохнатая
мг/кг ПОЧВЫ Опыт 2 Опыт 3 2001 г. 2002 г.
г/сосуд % г/сосуд % г/сосуд % г/сосуд %
0 5.1 100 6,6 100 9,5 100 10.6 100
2 5,3 104 - - -. - 10.1 95
5 4,8 94 6,3 96 8,7 92 10,1 95
10 4,5 88 5,7 87 В,В 93 10,5 99
15 4,6 90 5,2 79 7,6 ВО 9,0 85
НСРИ 0.3 0,5 0.6 0,9
Таблица 4
Влияние легкорастворимых солей на урожайность растений в условиях борного засоления почвы
Доза бора, мг/кг Влияние солей на урожайность, 1%'
почвы Ячмень Вика мохнатая
№С1 №250< Ма2С03 N30 №2С03
0 +12 -15 +23 -14 -33 -22
5 +33 -3 +37 -15 - -
10 +25 +2 +10 -22 -18 -18
15 +22 +6 +32 -19 - -
* - за 100% принят уровень урожайности растений в варианте с соответствующей дозой бора без применения солей
ниях установлена тесная корреляционная зависимость: г = 0,83± 0,1. Полученные результаты подтверждают вывод об отсутствии механизмов защиты против избыточного поступления микроэлемента в мятликовые культуры.
Уровень содержания бора в бобовой культуре -вике был в 2 раза выше по сравнению с ячменем, что объясняется ее физиологическими особенностями. Так же, как и ячмень, вика, выращенная на солонце,
накапливала бор значительно сильнее (КН=1,8). Наиболее интенсивное поступление бора в надземную массу вики протекало в вариантах с искусственным внесением бора в почву. Коэффициент корреляции (г) между содержанием микроэлемента в почве и растениях составилмя культуры 0,99±,01. Однако степень поглощения бора викой при борном засолении почвы была существенно ниже, чем у ячменя. Подобная закономерность была отмечена в ранее проведенных
опытах с бобовыми культурами (люцерной, донником), которые способны поддерживать в тканях относительно постоянный уровень содержания элемента.
Таким образом, при избытке бора в почве происходит активное поглощение его растениями, особенно мятликовыми, в условиях оптимального увлажнения, а концентрация элемента может достигнуть токсичного для животных уровня.
Особое внимание следует обратить на тот факт, что ячмень и вика с разной интенсивностью поглощают бор из солонца и из искусственно засоленной бурой почвы, в то время как уровни содержания в них подвижного бора близкие. Так, вика, выращенная на солонце с высоким количеством подвижного бора, содержала его в 3,1 и 4,1 раза, аячменьв 6,6 и 11,4 раза меньше, чем в вариантах В|0 и В|5 соответственно. Было установлено, что фактором, ограничивающим поступление бора в растения на солонцах, являются легкорастворимые соли.
Проведенные нами исследования показали, что хлориды, сульфаты и сода значительно повлияли на поглощение бора растениями (рис. 1, табл.2). В целом, соли оказали затормаживающее воздействие на поступление микроэлемента как в ячмень, так и в вику при разном уровне бора в почве.
Так, внесение солей в лугово-черноземную почву с естественным уровнем бора снизило поступление этого элемента в надземную массу ячменя на 52,787,3%. Применение солей также существенно сократило поступление элемента в ячмень в вариантах с внесением бора в почву. При этом масштабы сокращения накопления бора зависели как от вида соли, так и от уровня борного засоления почвы.
Максимальная степень уменьшения концентрации бора в растениях ячменя наблюдалась под действием №С1 (на 74,0-88,7 %). Сульфат натрия снизил поступление бора в ячмень при дозах элемента 5 и Юмг/кг соответственно на62,5и48,3%, нафонеВ|3 — на 87%. Сода наиболее эффективно снизила накопление бора ячменем в вариантах Вл и В10 (на 60,8 и 73,5%). В то же время, в варианте В15 поступление элемента уменьшилось всего на 37,5%.
В вике мохнатой так же, как и в ячмене, уровень накопления бора в биомассе поддействием солей существенно' снижался.!.Однако степень сокращения поступления бора в эту культуру, вызываемая солями, была ниже по сравнению с ячменем. Так, внесение солей в лугово-черноземную почву с естественным уровнем бора вызвало уменьшение концентрации элемента в вике на 5,8-13,7 %. Хлорид натрия снижал поступление бора в растения на 19,8 - 45,6%, причем наибольшая степень снижения концентраций элемента наблюдалась при дозе бора 5 мг/кг, а наименьшая — при дозе 15 мг/кг. Влияние Ыа2БО^ и Ыа2СОэ на содержание микроэлемента в вике изучали только на фоне внесенного в почву бора в концентрации 10 мг/кг. Действие Ыа^ЗЬ^ на поступление бора в растения оказалось близким к воздействию ЫаС1 й способствовало сокращению уровня элемента в растениях на 28,8%. Максимальная степень снижения накопления бора в вике^на 61%) наблюдалась под воздействием соды.
Таким образом, было установлено, что поступление бора в растения существенно зависит от состава солей в почве. Анионы солей оказывают антагонистическое воздействие на тетраборат-ионы при поглощении их корневой системой растений. Нами были обнаружены данные о снижении поступления в растения хлора в присутствии бора в питательной среде, которые подтверждаются нашими выводами о наличии антагонизма бораи анионов СГ, БО/' и С032 [7].
Поскольку бор и соли оказывают значительное влияние на содержание этого элемента в биомассе растений, необходимо было изучить их влияние на урожайность культур. Было установлено, что высокие концентрации бора в почве оказывают негативное воздействие на рост культур. В вариантах с борным засолением почвы на растениях ячменя проявлялись признаки борйой токсичности в виде хлороза и краевых ожогов нижних листьев, которые постепенно засыхали. У вики мохнатой пораженные хлорозом нижние листья также засыхали и опадали. Развитие внешних признаков токсичности наиболее ярко проявлялосьв варианте В15 В результате интенсивного накопления бора вегетативной массой культур урожайность их снижалась (табл.3).
1000 800 600 400 200 0
892
>»-621
___♦ 147
кймГ! - - -»-ваз— --♦ТОЛ'
5 10
Доза бора, мг/кг
-без N801. с N30.
15
20
10
Доза бора, мп(кг
в)
Доза бора,.мг/кг
-без №¡«5, »--с Ыа)СО,
Ь1 600
к
и X 500
к 400
X
ё 300
1 200
ш
1(10
а
0
с МаДО,
без Ыа^О,
5 10
Доза бета, мг/кг
— «— без ЫаС1_ - -»--с N80.
15
Рис. I. Влияние солей на поступление бора в растения при разном уровне микроэлемента в почве а) ячмень, опыт № 1, 2001 г.; б) ячмень, опыт №2, 2001г.; в) ячмень, опыт №2, 2001г.; г) вика мохнатая, 2001г.
Разные дозы бора оказывали неодинаковое влияние навеличину биомассы растений. Так, при внесении бЬра в почву в концентрации 5 мг/кг урожайность ячменя существенно не изменялась. В то же время, доза бора 10 мг/кг способствовала уменьшению урожайности культуры в среднем на 13 %. Степень снижения надземной массы при дозе бора 15 мг/кг составила 10-21 %, при этом токсическая концентрация бора в ячмене составляла около 600 мг/кг.
Влияние бора на урожайность вики мохнатой в разных опытах было неустойчивым. В опыте, проведенном в 2001 году, токсическое воздействие на растения оказала доза 5 мг/кг, в то время как в 2002 году урожайность культуры существенно снизилась в варианте В15. Обобщенные данные показывают, что дозы бора 5 и 10 мг/ кг снизили урожайность вики на 6,5-7,0%, доза элемента 15 мг/кг - на 15-20%. Критическая концентрация элемента в надземной массе культуры, при которой урожайность ее начинала существенно снижаться, изменялась от 260 до 400 мг/кг.
Легкорастворимые соли оказывали значительное влияние на урожайность растений, которое зависело от вида соли, биологических особенностей культуры и уровня бора в почве (табл. 4). Так, внесенйе'в лугово-чёрноземную почву №С1 и N12003 вызвало достоверное повышение урожайности ячменя, обладающего сильной солеустойчивостью (соответственно на' 12 и 23%). В то же время, 1Ма2504 снизил урожайность на 15%, несмотря на то, что сульфаты считаются Менее токсичными солями по сравнению с хлоридами и содой. На фоне борного засоления применение ЫаС1 способствовало повышению бороустойчивостй культуры, в результате чего урожайность при совместном применении разных доз бора и №С1 была на 22-33% выше, чем в вариантах с искусственным борным засолением. Сода в условиях борного засоления почвы также оказала положительное влияние на урожайность ячменя, повысив ее на 12-37%. Применение же Иа^О^ вопреки ожиданиям, не вызвало существен-^ ного изменения величины надземной массы растений.
В отличие от ячменя вйка мохнатая имеет слабую солеустойчивость. В наших опытах применение солей как при борном засолении почвы, так и без внесения в нее бора вызывало угнетение растений и снижение их урожайности (табл.4) . Под воздействием ЫаС1 уровень биомассы культуры на лугово-черноземной цочве с естественным уровнем бора уменьшался на'14%, а на фоне борного засоления - на 15-22%. Отрицательное влияний на растения оказали также Ыа^СО, и Ыа2504 Как на лугово-черноземной почве, так и в варианте В|0, сода снизила урожайность вики на 18-22, а На^504 на 18-33%.
Результаты проведенных исследований показали, что наличие в почве анионов С1~, Б042', С032~ оказывают существенное влияние на накопление бора в растениях и бороустойчивость ячменя и вики. Объяснить физиологический механизм влияния солей, и особенно их стимулирующего влияния на урожайность растений в условиях борного засоления почвы, пока не представляется возможным и для его выяснения требуется проведение дополнительных исследований с расширенным диапазоном доз бора и легкорастворимых солей. К сожалению, нет возможности сравнить полученные данные с результатами других авторов, так как вопрос о воздействии солей на бороустойчивость растений не изучался. В то же время влиянию микроэлементов, в том числе и бора, на солеустойчивость растений уделялось значительное внимание. Так, было показано[3,7], что применение бора увеличивает устойчивость растений к засолению почвы. При этом
влияние микроэлемента зависело от его дозы, вида культуры и положительный эффект наблюдался на слабо- и среднезасоленных фонах.
Таким образом, наши наблюдения позволяют сделать следующие выводы:
1. Между содержанием бора в почве и в растениях ячменя и вики существует тесная зависимость. На почвах с борным засолением в условиях достаточного увлажнения возможно накопление элемента растениями до токсичного уровня для животных.
2. Высокие концентрации бора в почве (10-15 мг/кг) снижают урожайность ячменя на 10-21%, вики — на 7-20%. Критический уровень содержания бора в вике составляет 260-400 мг/кг. Концентрация бора в ячмене 600 мг/кг является токсичной.
3. Между ионами солей (СГ,5042, С032") и борат-ионами наблюдается явление антагонизма, в результате которого легкорастворимые соли в условиях борного засоления почвы снижают поступление бора в ячмень на 37,5-88,7%, в вику на 5,8-61%.
4. Легкорастворимые соли значительно влияют на бороустойчивость растений. Нафоне доз бора 5-15мг/кг при средней степени хлоридного и содового засоления почвы урожайность ячменя существенно увеличивалась. Вика под воздействием хлоридов, сульфатов и соды при всех уровнях бора значительно снижала продуктивность. На почвах с высоким содержанием бора и легкорастворимых солей целесообразно выращивать ячмень, а не вику.
5. При возделывании культур на засоленных почвах необходимо учитывать содержание в них бора, лсг-корастворимых солей, бороустойчивость и солеустой-чйвостъ растений. Результаты исследований должны учитываться при разработке рекомендаций по возделыванию культур на почвах солонцовых комплексов Омской области и других областей юга Западной Сибири,
Литература
1. Алиханова О.И. Токсическое действие бора на растения. //Агрохимия. - 1980. - №7. - С. 98-102.
2. Аз'аренко Ю.А. Особенности геохимии борав почвах солонцового комплекса Омской области.// Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и йроблёмы их качества: Сб. Науч. тр ./ Ом. гос. агр; ун-т. -Омск, 1997.-С. 19-27.
1 3,'Бобко'Е.В. Избранные сочинения.-М., 1963,-359с.
4. Ильин В.Б., Аникина А.П. О борном засолении почв.//Почвоведение. - 1974. - № 1. - С. 102-108.
5. Ковальский В.В., КоробоваЕ.М. Борные субрегионы биосферы и биогеохимические провинции в аридных условиях.// Биогеохимическое районирование-метод изучения экологического строения биосферы: Тр. биогеохим.лаб., Т. 15. - 1978. - С. 58-70.
6. Орлова Э.Д., Неупокоев А. А. Влияние повышенных концентраций бора на продуктивность и химический состав растений.// Агрохимия. — 1990. — №12. - С.44-52.
7. Удовенко Г.В. Солеустойчивость культурных растений.—Л., 1977.-214 с.
АЗАРЕНКО Юлия Александровна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры почвоведения Омского государственного аграрного университета. ГАВРИЛЬЧЕНКО Ольга Леонидовна, научный сотрудник лаборатории физиологии и биохимии растений Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства.
