Влияние микроэлементов и серы на урожайность и качество озимой пшеницы в условиях типичного и обыкновенного чернозёмов Воронежской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Влияние микроэлементов и серы на урожайность и качество озимой пшеницы в условиях типичного и обыкновенного чернозёмов Воронежской области

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Самотоенко Андрей Сергеевич

Москва 2011

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Афанасьев Рафаил Александрович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Аристархов Алексей Николаевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ромодина Людмила Васильевна

Ведущее предприятие: Государственное научное учреждение Воронежский НИИСХ им. В.В. Докучаева

Защита диссертации состоится «_30_ » ____июня______ 2011 г. _14⁰⁰_ часов на заседании диссертационного совета Д.006.029.01 при ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии им. Д.Н. Прянишникова Адрес: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 31а, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, диссертационный совет Д.006.029.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова

Автореферат разослан «_25_» _____мая_______ 2011 г. и помещен на сайте www.vniia-pr.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Никитина Л.В.

микроэлемент сера урожайность пшеница

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Озимая пшеница относится к важнейшим продовольственным и кормовым культурам. В условиях России эта культура возделывается главным образом в европейской части страны. При этом Центрально-Черноземная зона, в которую входит Воронежская область, является одним из основных производителей зерна сортов ценной и сильной пшеницы, идущего на продовольственные цели. Известна зависимость урожайности и качества зерновой продукции озимой пшеницы, возделываемой в этой зоне, от погодных условий вегетации, а также применяемых минеральных и органических удобрений (Минеев, Ефремова, 1976, Державин, 1985, Кидин, 1984, Милащенко, 1985,Сычев, 2003). Менее изучено влияние на продуктивность современных сортов озимой пшеницы микроудобрений и серы, а также их эффективность в зависимости от агрометеорологических условий, складывающихся в период вегетации культуры. В соответствии с этим проведение исследований, направленных на повышение урожайности и качества зерна озимой пшеницы путем оптимизации питания растений микроэлементами и серой, в том числе с учетом агрометеорологических условий, является актуальным. Особое значение таких исследований состоит в том, что за последние десятилетия в связи с изменением структуры ассортимента удобрений, с одной стороны, и многократного снижения их применения в земледелии центрально-черноземного региона вообще, с другой, в почву существенно уменьшилось поступление микроэлементов и серы. Хотя типичные и обыкновенные черноземы относятся к почвам, довольно хорошо обеспеченным многими микроэлементами (Аристархов, 2000; Протасова, Щербаков, 2003), сложившаяся сельскохозяйственная практика предопределяет необходимость более тщательной оценки современного потенциала черноземных почв в данном отношении и разработки соответствующих рекомендаций по улучшению обеспеченности озимой пшеницы недостающими питательными веществами.

Цель исследований. Изучить эффективность некорневой подкормки озимой пшеницы, возделываемой в условиях типичного и обыкновенного черноземов юга Воронежской области, микроэлементами и серой и дать практические предложения по оптимизации питания растений этими элементами.

Задачи исследований:

- изучить влияние некорневых подкормок микроэлементами и серой на урожай и качество зерна озимой пшеницы;

- определить содержание подвижных форм микроэлементов и серы в типичном и обыкновенном черноземах юга Воронежской области и по известным нормативным данным дать оценку обеспеченности почв этими элементами;

- установить территориальную неравномерность (вариабельность) содержания подвижных форм микроэлементов и серы в почвах по коэффициенту вариации их содержания в отобранных пробах и по нормативным показателям определить степень этой вариабельности;

- в диагностических целях изучить влияние микроудобрений и серы на содержание в листьях озимой пшеницы хлорофилла и установить связь его содержания с обеспеченностью растений азотом и показателями интенсивности флуоресценции, измеряемой фотометрическими приборами;

- дать оценку стабильности диагностических показателей фотометрического прибора типа «Аквадонис» по реакции изолированных хлоропластов на применяемые элементы питания (реакция Хилла);

- выявить влияние микроудобрений и серы на химический состав вегетативной (зеленой) биомассы и зерна озимой пшеницы;

- рассчитать экономическую эффективность некорневой подкормки озимой пшеницы микроудобрениями и серой, а также разработать практические предложения по оптимизации минерального питания растений этими элементами.

Научная новизна. Проведена оценка территориальной (внутрипольной) вариабельности содержания подвижных микроэлементов и серы по итогам анализа почвенных проб, отобранных на опытных участках. Показано, что даже на ограниченных по площади участках с типичными и обыкновенными черноземами, насчитывающих по несколько сот квадратных метров, коэффициенты вариации содержания подвижных форм микроэлементов и серы выходят за рамки умеренных значений. Научная новизна результатов диссертационной работы заключается также в выявленном характере зависимости урожайности и качества зерна новых районированных в Воронежской области сортов озимой пшеницы от некорневой подкормки посевов (на фоне NPK) микроэлементами и серой. При этом важное значение имеет тот факт, что эффективность данного приема проверена в различных условиях влагообеспеченности растений, т.е. в острозасушливых и менее засушливых условиях, характерных для климата данного региона. В условиях юга Воронежской области апробированы новые методы диагностики нуждаемости озимой пшеницы в элементах питания - по содержанию и флуоресценции хлорофилла в листьях растений, по методу изолированных хлоропластов (реакция Хилла) и проведена их оценка.

Защищаемые положения:

- влияние микроудобрений и серы на урожай и качество озимой пшеницы;

- уровни содержания и внутрипольной вариабельности подвижных форм микроэлементов и серы в пахотном слое типичного и обыкновенного черноземов юга Воронежской области;

- зависимость урожайности и качества зерна озимой пшеницы от уровня обеспеченности почв подвижными микроэлементами и серой в условиях типичного и обыкновенного черноземов, а также от агрометеорологических условий вегетационных периодов;

- влияние микроудобрений и серы на диагностические показатели минерального питания озимой пшеницы;

- экономическая эффективность некорневого применения микро- и серосодержащих удобрений на посевах сортов озимой пшеницы, культивируемых в южных районах ЦЧЗ.

Практическая значимость. Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что на основе трехлетних исследований выявлены современные уровни и характер обеспеченности типичного и обыкновенного черноземов, расположенных в переходной зоне от лесостепных к степным районам на юге Центрально-черноземной зоны, подвижными формами микроэлементов (Cu, Zn, Mn) и серы, установлена зависимость урожайности и качества зерна озимой пшеницы от некорневой подкормки микро- и серосодержащими удобрениями на фоне основных элементов питания, даны практические предложения по смягчению лимитирующих агрометеорологических факторов роста и развития растений на основе применения микроудобрений и серы.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на 43-й международной научной конференции молодых учёных и специалистов «Применение средств химизации в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия» (Москва, ВНИИА, 2009) и на 45-й конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур». По материалам диссертации опубликованы 2 научные работы, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном по списку ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 116 стр. машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, включающих 38 таблиц, 34 рисунка, выводов и практических предложений, списка литературы, состоящего из 190 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Обзор литературы

В главе представлен анализ отечественных и зарубежных исследований по влиянию микроудобрений и серы на почвы, включая их биологические свойства, и растения. Показана многогранная роль микроэлементов и серы в биохимических процессах, протекающих в растительных и животных организмах, в продукционных процессах, направленных на формирование урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Значительное внимание уделено характеристике разных типов почв, в том числе черноземных, по обеспеченности микроэлементами и серой, их нуждаемости в применении соответствующих удобрительных средств.

2. Объекты, условия и методы проведения исследований

Исследования путем постановки полевых опытов с микроудобрениями и серой проводились на базе ООО «Восток-Агро» Россошанского района Воронежской области, т.е. в южной ее части. Объектами исследований служили агроценозы озимой пшеницы сортов Одесская 267 (2007 и 2008 гг.) и Северодонецкая Юбилейная (2009 г.), возделываемой на полях хозяйственных полевых севооборотов (здесь и далее указаны годы уборки урожая озимой пшеницы). Предшественником озимой пшеницы в полевых опытах в 2007 г. служил черный пар, в 2008 - 2009 гг. - эспарцет посевной.

Почва опытного участка в 2007 г. была представлена типичным черноземом, который характеризовался невысоким содержанием гумуса, нейтральной реакцией среды, хорошей обеспеченностью подвижными формами фосфора и калия. В 2008 г. полевой опыт проводился на поле с обыкновенным черноземом, слабосмытом, среднесуглинистом слабогумусированном, характеризующимся высоким уровнем обеспеченности по фосфору и калию, нейтральной реакцией среды. В 2009 г. опытный участок размещался на чернозёме обыкновенном, среднесмытом, тяжелосуглинистом, среднегумусированном, средне обеспеченном по фосфору и калию, с нейтральной реакцией почвенного раствора. Подстилающие породы типичного и обыкновенного чернозема в данном районе - лессовидные карбонатные глины. Усредненная общая агрохимическая характеристика пахотного слоя почв опытных участков приведена в таблице 1, содержания в почве подвижных форм микроэлементов и серы - в таблице 2.

Таблица 1 Агрохимическая характеристика почвы полевых опытов (А пах)

Примечание: подвижные формы фосфора и калия в опытах 2007 и 2008 гг. определяли по методу Чирикова, в 2009 г. - по методу Мачигина.

Почва типичного чернозема опытных участков, согласно градациям по обеспеченности почв микроэлементами, характеризуется низким содержанием таких микроэлементов, как цинк, медь и марганец. В обыкновенном черноземе (в среднем за 2008 и 2009 гг.) низким было содержание меди и цинка, а содержание марганца характеризовалось средним уровнем содержания. Содержание серы в почве типичного и обыкновенного черноземов характеризовалось низким уровнем.

Таблица 2 Содержание подвижных форм микроэлементов в почве опытных участков

Характерной особенностью плодородия почвы опытных участков служит выявленная при агрохимическом обследовании делянок полевых опытов высокая, как правило, вариабельность многих агрохимических показателей, в том числе подвижных форм микроэлементов и серы. Коэффициенты вариации таких показателей, как содержание в пахотном слое почв подвижных цинка, меди, серы превышали 20%, что относится к высокому уровню вариабельности. Наименьшей внутрипольной вариабельностью характеризовались кислотность почвы (рН), содержание гумуса, обменных оснований. Сравнительно невысокая неравномерность пространственного распределения отмечена также для содержания фосфора, калия и магния.

Во все годы исследований в опытах применялась одна схема внесения удобрений: 1. N₃₂P₃₂K₃₂ (предпосевное внесение) - фон; 2. Фон + Cu; 3. Фон + Zn; 4. Фон + B; 5. Фон + Mn; 6. Фон + Mo; 7 Фон + S.

Посевная площадь делянок, рассчитанная на комбайновую уборку урожая, составляла 70 м² (7 х 10), повторность вариантов опыта -3-кратная; в 2009 г. для ручной уборки урожая опыты закладывались на делянках 20 м² при 4-кратной повторности вариантов.

Некорневую подкормку микроудобрениями и серой проводили в фазу полного кущения - начало трубкования озимой пшеницы весной путем обработки посева растворами элементов ранцевым опрыскивателем. Из микроудобрений применяли следующие препаративные формы: цинк - ZnSO₄, медь - CuSO₄, молибден - (NH₄)₂MoO₄, бор - H₃BO₃. Серу применяли в форме сульфата магния-MgSO₄. Выбор способа некорневой подкормки обусловлен тем, что в принципе его эффективность была показана в работах многих ученых, в том числе в монографии В. Г. Сычева и А. Н. Аристархова и др. (2009). По сравнению с внесением микроудобрений и серы в почву данный способ более экономичен, так как требует меньше затрат на единицу площади и приближается по затратам средств к способу обработки семян. Достоинством некорневой подкормки является так же то, что микроэлементы и сера могут применяться в составе баковых смесей, совместно с пестицидами или регуляторами роста растений, что снижает затраты на их применение.

За исключением применения удобрений, агротехника в полевых опытах применялась типичная для хозяйств данного региона: основная и предпосевная обработка почвы (вспашка, культивация), обработка семян протравителем, высев на 1 га 5 млн. всхожих семян, заделка их на глубину 2-3 см, применение гербицидов и фунгицидов.

В годы исследований погодные условия были различными как по температурному режиму, так и по количеству осадков. Зима 2006/2007 гг. характеризовалась аномально теплой погодой (табл. 3), отсутствием снежного покрова до конца января. Озимая пшеница вследствие этих условий несколько пострадала от выпревания. Однако ранневесеннее боронование улучшило физиологическое состояние растений, вызвало их усиленное кущение.

Таблица 3 Температурный режим воздуха по месяцам 2007 - 2009 гг., ^оС

Рис. 1. Температура воздуха в 2007 -2009 гг. на юге Воронежской области, ^оС

Летний период вегетации растений выдался острозасушливым (табл. 4, рис. 2), вследствие чего растения пострадали от недостатка почвенной влаги, что негативно отразилось на урожайности посева.

Таблица 4 Количество осадков по месяцам 2007 - 2009 гг., мм

Зимой 2007/2008 гг. снежный покров был крайне незначительным, так что накопления влаги за зимний период практически не произошло. Весенне-летний период 2008 г. был по погодным условиям в целом более благоприятным для вегетации озимой пшеницы и сопровождался более интенсивными продукционными процессами формирования урожая зерна. Зимой 2008/2009 гг. устойчивый снежный покров также отсутствовал, а температурный режим характеризовался резкими колебаниями температуры атмосферного воздуха от отрицательных до положительных ее значений. Погодные условия в летний период вегетации были острозасушливыми, что не могло не отразиться на урожайности озимой пшеницы. В целом, по влиянию агрометеорологических условий на развитие озимой пшеницы сравнительно благоприятным следует считать 2008 г. (ГТК за май-июль 0,75), засушливыми 2007 г. (ГТК = 0,62) и 2009 г. (ГТК= 0,55) при среднемноголетнем ГТК за эти месяцы, равном 1,15.

Рис. 2. Осадки в 2007 - 2009 гг. на юге Воронежской области, мм

Методика исследований

Анализ почвенных образцов, отбираемых весной до проведения подкормки посевов озимой пшеницы микроудобрениями и серой, проводили для определения влажности - по ГОСТ 28268-89, рН - по ГОСТ 26483-85; Нг - по ГОСТ 26212-91; органического вещества (гумуса) - по ГОСТ 26213-91; подвижных соединений фосфора и калия - по ГОСТ 26204-91 (по Чирикову) и 26205-91 (по Мачигину); обменных кальция и магния - по ГОСТ 26487-85; подвижной серы - по ГОСТ 26490-85; подвижных соединений меди - по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО - по ГОСТ Р 50683-94, подвижного цинка - по ГОСТ Р 50686-94, подвижного марганца - по ГОСТ Р 50685-94. В растительных образцах определяли: общий азот - по Кьельдалю (ГОСТ 13496.4-93), нитраты - ионометрически (ГОСТ 26488-85), фосфор - ванадо-молибдатным методом (ГОСТ 26657-97), калий - пламенно-фотометрическим методом (ГОСТ 30504-97). Содержание хлорофилла в листьях растений определяли по методу А.М. Гродзинского и Д.М. Гродзинского (1973), нуждаемость растений в элементах питания - по методу изолированных хлоропластов на приборе «Аквадонис», диагностику азотного питания осуществляли с применением N-тестера «Яра», тканевую (стеблевую) диагностику - по В.В. Церлинг (1990). Учет урожая в полевых опытах в 2007 г. осуществлялся комбайном «Дон 1500Б» в 2008 - 2009 гг. - по методу пробных площадок (Щерба, 1967). Статистическая обработка материалов исследований проведена по Б.А. Доспехову (1979) с использованием программы «Статистика».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние микроудобрений на урожай озимой пшеницы

В 2007 году наибольшую прибавку урожая в опыте по сравнению с фоновым вариантом, в котором применялась азофоска, обеспечило применение молибдена - 6,7 ц/га, или 26,2% (табл. 5). Вторым по эффективности был бор, внесение которого повысило сбор зерна 14%-ной влажности на 5,8 ц/га, или на 22,4%.

Таблица 5 Влияние микроэлементов и серы на урожайность озимой пшеницы в полевом опыте в 2007 г.

Примерно одинаковый эффект проявили медь и сера. В вариантах с их применением получено дополнительно к фону 4,8 - 5,1 ц/га озимой пшеницы, что на 18,6 и 19,7% выше фонового варианта. Кроме того, внесение микроудобрений улучшило продукционные процессы в растениях, снизив водный стресс.

Анализ урожая 2008 г. показывает (табл. 6), что все микроудобрения, за исключением цинка, и серосодержащее удобрение оказали положительное влияние на сбор зерна озимой пшеницы. Наиболее значительное влияние на сбор зерна оказали медное (19,6% прибавки урожая) и марганцевое (19,4%) удобрения. Среднее по эффективности положение заняли борное (13,3%) и серосодержащее (16,7%) удобрения. Наименьший эффект получен от внесения цинка (6,1%) и молибдена (9,7%).

Таблица 6 Влияние микроэлементов и серы на урожайность озимой пшеницы в полевом опыте в 2008 г.

Сложившиеся в 2009 г. условия вегетации озимой пшеницы в целом оказали негативное влияние на ее урожай (табл. 7). В контрольном варианте, в котором, как и в других вариантах полевого опыта, осенью 2008 г. были внесены удобрения в форме азофоски (N₃₂P₃₂K₃₂), получено 28,0 ц/га зерна, что на 5 ц/га ниже нормативного показателя для Воронежской области, равного 33,0 ц/га. Однако применение микроэлементов, за исключением бора, а также серы в условиях засухи дало положительный эффект. Прибавки урожая составили от 3,7 до 4,8 ц/га зерна. Наибольшие прибавки в 2009 г. получены от применения марганца и цинка (4,7 - 4,8 ц/га), средняя прибавка - от молибдена (4,1 ц/га), минимальные - от внесения меди и серы (31,7 - 31,8 ц/га). Эффективность примененных удобрений, особенно цинка и марганца, в условиях засушливого вегетационного периода 2009 г. может быть объяснена их антистрессовым действием. В среднем за 3 года наибольшая урожайность озимой пшеницы получена в вариантах с внесением меди, марганца и серы (рис. 3).

Таблица 7 Влияние микроэлементов и серы на урожайность озимой пшеницы в полевом опыте в 2009 г.

Рис. 3. Влияние микроэлементов и серы на урожайность озимой пшеницы в полевых опытах в среднем за 2007-2009 гг.

Влияние микроудобрений на качество зерна озимой пшеницы

Наиболее существенным показателем качества зерновой продукции озимой пшеницы является содержание в зерне клейковины, а также ее качество, чем обусловлены мукомольные свойства зерна.

В 2007 г. содержание сырой клейковины в зерне в среднем по вариантам составило 32%. По данному показателю зерно озимой пшеницы отвечало бы первому классу, для которого содержание сырой клейковины в зерне должно составлять не менее 32%. Однако качество клейковины по показателю ИДК соответствовало третьему классу, поэтому зерно также относилось к третьему классу. По данным за 2008 г. качество зерна соответствовало четвертому классу. Наименьшее содержание клейковины было зафиксировано в контрольном варианте 14,6%, ИДК - 121, а наибольшее - в варианте с внесением бора - 16,4%, ИДК - 132 (табл. 8). Влияние засухи в 2009 г. на качество зерна озимой пшеницы, в отличие от урожайности, было благоприятным. Даже в контрольном варианте содержание сырой клейковины составило 26,2%, а в вариантах с применением микроэлементов и серы оно достигало 29-30% и более. Наименьшее значение содержания сырой клейковины зафиксировано в варианте с внесением цинка - 26,5% - почти столько же, как и на контроле, наибольшее - в варианте с медью - 30,8%. В других вариантах удобрений показатели содержания клейковины были близки к 30%, что в целом характеризует зерно по данному показателю как отвечающее 2-му классу качества.

Таблица 8 Содержание клейковины и ИДК в зерне озимой пшеницы

В среднем за два года опытов наибольшее влияние на содержание клейковины оказало медное удобрение (табл. 9, рис. 4). Другие микроудобрения и сера также оказали положительное влияние. За 2 года минимальное содержание клейковины было отмечено в фоновом варианте и варианте с цинком. Внесение микроудобрений и серы снижало качество клейковины по сравнению с фоновым вариантом (рис. 5).

Таблица 9 Влияние микроэлементов и серы на содержание клейковины и качество (ИДК) зерна в среднем за 2 года

Рис. 4. Влияние микроудобрений и серы на содержание клейковины в зерне озимой пшеницы в среднем за 2 года опытов, %

Рис. 5. Влияние микроудобрений и серы на качество (ИДК) клейковины в зерне озимой пшеницы в среднем за 2 года

На изменение содержания в сухой массе зерна соответствующего микроэлемента по сравнению с фоновым вариантом оказало только внесение меди, повысив ее концентрацию с 1,6 до 1,8 мг/кг в 2008 г. и с 1,4 мг/кг до 1,7 мг/кг в 2009 г. Наоборот, цинковое удобрение вызывало снижение содержания соответствующего микроэлемента в зерновой продукции в 2008 году, а в 2009 году - марганцевого. С другой стороны подкормка марганцем вызвала снижение в зерне меди и цинка. Данные явления можно объяснить лишь эффектом разбавления или какими-либо другими, пока не установленными, метаболическими процессами.

Влияние микроудобрений и серы на густоту стеблестоя

Исследования, проведенные на посеве озимой пшеницы, показали, что к середине апреля 2007 года на территории опыта сформировался достаточно плотный стеблестой. Густота стеблестоя на фоновом участке составляла 2058 побегов на 1 м². Средняя густота продуктивного стеблестоя к середине мая 2007 года составила 640 стеблей на 1 м². В середине апреля 2008 года на территории опыта густота стеблестоя в среднем составляла 1466 побегов на 1 м², но по повторениям и отдельным вариантам опыта она значительно колебалась - от 1228 до 1914 (табл. 10). Наиболее плотным стеблестоем характеризовался контрольный вариант - 1610 шт./м², наименее плотным - вариант с удобрением серой - 1336 шт./м². В начале июня плотность продуктивного стеблестоя в среднем составила 629 стеблей на 1 м². При этом минимальная густота составила 565 шт./м², а максимальная - 746 шт./м². В 2009 году плотность продуктивного стеблестоя в начале июня составила в среднем 576 стеблей на 1 м², колеблясь по вариантам в диапазоне от 540 до 600 стеблей на 1 м². Из приведенных данных следует, что динамика плотности стеблестоя характеризовалась значительным снижение за период от кущения до формирования репродуктивных органов.

Таблица 10 Общая густота продуктивного стеблестоя озимой пшеницы на начало июня в 2008-2009 гг.

Влияние микроудобрений и серы на показатели растительной диагностики

По обеспеченности растений азотом в 2008 году варианты опыта различались: при среднем по опыту показателе 505 условных фотометрических единиц N-тестера «Яра» минимальное значение - 486 у. ед. отмечено на контроле, максимальное - 521 у. ед.- при внесении полного минерального удобрения (NPK), т.е. в фоновом варианте. Микроудобрения, в особенности бор, молибден и медь, снижали содержание азота в листьях растений, возможно, за счет биологического разбавления, при увеличении биомассы растений. Косвенно это подтверждается зависимостью плотности стеблестоя от содержания азота в почве: с увеличением количества стеблей на единице площади наблюдалось снижение обеспеченности отдельных растений азотом по показаниям N-тестера (рис. 6). В определенной мере об этом можно судить также по нитратному индексу (баллам стеблевой диагностики), поскольку данный метод отражает азотный ражим агроценоза на момент проведения анализа, а микроэлементы оказывают определенное влияние на метаболизм азота в растениях, входя в различные ферментативные системы растительного организма. Как следует из таблицы 11, в целом примененные в виде некорневой подкормки микроэлементы оказывали неоднозначное влияние на концентрацию нитратов в соке стеблей, понижая или повышая ее в различные периоды вегетации растений.

Рис. 6. Взаимосвязь плотности стеблестоя озимой пшеницы с показаниями N-тестера «Yara» 2009 год, r = - 0,51

Таблица 11 Влияние микроудобрений на содержание нитратов в вегетативной массе озимой пшеницы

Для определения нуждаемости растений в элементах питания рекомендуется применение метода функциональной диагностики. А.С. Плешковым и Б.А. Ягодиным (1982) разработан метод диагностики питания растений по определению фотохимической активности хлоропластов (реакция Хилла). Потребность растений в макро- и микроэлементах, по мнению разработчиков метода, можно оценивать, контролируя интенсивность физиолого-биохимических процессов. Принцип данного метода заключается в следующем: определяется фотохимическая активность суспензии хлоропластов, полученной из средней пробы листьев диагностируемых растений. В суспензию хлоропластов вносят испытуемый элемент питания в определённой концентрации и вновь определяют фотохимическую активность суспензии. В случае повышения фотохимической активности суспензии хлоропластов по сравнению с контролем (без добавления элементов) делается вывод о недостатке испытуемого элемента, при снижении фотохимической активности хлоропластов - об избытке, при одинаковой активности - об оптимальной концентрации в питательной среде.

Для оценки эффективности данного метода был заложен полевой опыт по определению результатов функциональной диагностики на том же опытном участке, что и основной полевой опыт. Опыт состоял из 3 вариантов: двух с применением микроудобрений (медь, бор) и одного варианта с внесением серы, в котором изучали динамику содержания различных питательных веществ в растениях озимой пшеницы, включая микроэлементы. Удобрения внесены в начале июня 2009 г. в качестве некорневой подкормки. Обеспеченность растений элементами питания определяли фотометром Буйского завода «Аквадонис», показания которого основаны на фотохимической активности изолированных хлоропластов.

Рис. 7. Потребность озимой пшеницы в отдельных элементах питания в среднем за время наблюдений в зависимости от вариантов подкормки посева (2009 г.)

Как видно по рисунку 7, в варианте с внесением серы растения испытывали недостаток в N, Mn, Mo, Co и J. При внесении меди отмечен недостаток P, S, K, Ca, Mg, Mn и Co. В варианте с применением борного удобрения зафиксирован недостаток S, K, Ca, Mg, B, Cu, Mn, Fe, Mo, Co и J.

В основном полевом опыте 2009 г. с микроэлементами при диагностике минерального питания фотометром «Аквадонис» в фазу цветения-формирования зерновки озимой пшеницы в среднем по всем вариантам был установлен недостаток фосфора, магния, бора, меди, марганца, железа и йода, достаточное обеспечение кальцием, цинком, молибденом и кобальтом (рис. 8). Общим для обоих опытов является выявление методом изолированных хлоропластов достаточной обеспеченности озимой пшеницы цинком, недостаточной - марганцем.

Рис. 8. Потребность озимой пшеницы в отдельных элементах питания в опыте 2009 года

Однако эти усредненные показатели вряд ли могут считаться достаточно обоснованными с методической точки зрения, так как изучение их динамики по 9-ти последовательным определениям 2-го, 3-го, 5-го, 8-го, 9-го, 10-го, 11-го, 15-го и 16-го июня (2009 г.) дали далеко не однозначные результаты (рис. 9).

Рис. 9. Динамика обеспеченности озимой пшеницы элементами питания в фазы конец цветения - начало формирования зерна (2.06- 16.06 2009 г.), определенная по активности хлоропластов

Как видно по характеру ломаных линий, представляющих собой отражение реакции хлоропластов на введение в суспензию соответственно азота (ряд 1), фосфора (ряд 2) и калия (ряд 3), в течение полумесяца растения испытывали как недостаток, так и избыток этих элементов.

Отсюда следует, что результаты, получаемые методом изолированных хлоропластов, являются неустойчивыми во времени, и данный метод диагностики минерального питания растений вряд ли может быть рекомендован для практического использования без дальнейшей его доработки.

Влияние микроудобрений и серы на содержание пигментов

Многими учеными (Ничипорович, 1955, 1964; Дорохов, 1957, 1959; Куперман, Хитрова, 1976; Алиев, Юсифов,1981; Жайлыбаев 1981; Чернова и др., 1982; Кочубей, Кобец, 1990; Гапоненко и др., 1996; Шадчина, 2003 и др.) установлена тесная и многосторонняя взаимосвязь между двумя важнейшими процессами: минеральным питанием и фотосинтетической деятельностью растений. Анализ характера влияния микроэлементов на основные физиологические функции и физиолого-биохимические процессы в растениях, в том числе на формирование фотосинтетического аппарата, позволяют ближе подойти к решению конкретных вопросов построения правильной системы удобрения растений микроэлементами и серой.

Из таблицы 12 видно, что наибольшее влияние на концентрацию пигментов в листьях озимой пшеницы оказали цинк, бор, а также сера. При этом на повышение содержания хлорофилла a действовало применение цинка, бора и серы, хлорофилла b - цинка, марганца и серы, каротиноидов - цинка, бора и серы. Однако и другие микроэлементы заметно увеличивали в листьях содержание всех пигментов, включая каротиноиды.

При определении связи микроудобрений с показателями N-тестера «Яра», показывающего зависимость флуоресценции пигментов от уровня обеспеченности растений азотным питанием (рис. 10), подтвердилась отчетливая зависимость показаний фотометра от применения цинка и молибдена, тогда как ни бор, ни марганец, ни сера на показания N-тестера существенного влияния не оказали. Очевидно, это объясняется многообразным влиянием микроэлементов на сложные биохимические процессы, связанные как с формированием фотосинтетического аппарата, так и метаболизмом азота в растениях.

Таблица 12 Содержание пигментов в листьях озимой пшеницы, мг/л

Рис. 10. Зависимость показаний N-тестера от содержания пигментов в листьях озимой пшеницы, мг/л; r = 0,36

Экономическая эффективность применения микроудобрений

Технологии возделывания озимой пшеницы различаются по свои параметрам, поэтому выбор наиболее целесообразной из них должен основываться на экономической эффективности производства зерна в расчете на 1 га, а именно на показателях себестоимости полученной продукции, рентабельности ее производства, окупаемости затрат, чистом доходе. Прямые затраты на возделывание озимой пшеницы в ООО «Восток-Агро» составили в расчете на 1 га посева 6402 руб. Продажная цена за реализованное хозяйством зерно озимой пшеницы в 2007 г. равнялась в среднем 4757 руб./т, в 2008 г. она составила 5025 руб./т, в 2009 г.- 4003 руб./т, а в среднем за три года - 4595 руб./т. Без удобрений расходы на возделывание озимой пшеницы в 2007 г., по расчетам, определены в сумме 4178 руб./га. Стоимость микроудобрений для внесения на 1 га составила: для медьсодержащего 120 руб., цинксодержащего - 114 руб., борсодержащего - 133 руб., марганцевого - 52 руб., молибденового - 240 руб. и серосодержащего - 1565 руб., а всего - 2224 руб. Затраты на внесение микроудобрений в подкормку озимой пшеницы составили 70 руб. на 1 га (ГСМ + заработная плата). В 2007 г. в варианте с максимальной урожайностью озимой пшеницы при внесении молибдена - 32,3 ц/га зерна кондиционной (14%-ной) влажности - рентабельность производства зерна составила 248%, окупаемость 1 рубля затрат - 3,5 руб., условно чистый доход равнялся 10947 руб./га. В 2008 году при тех же технологических издержках наибольший экономический эффект достигнут в вариантах с применением меди, марганца и бора. В 2009 г. наиболее эффективными оказались варианты полевого опыта с внесением цинковых и марганцевых удобрений. В среднем за три года исследований (2007 - 2009 гг.) условно чистый доход от применения микроудобрений в ранневесеннюю подкормку получен во всех вариантах (табл. 13, рис. 11), причем наиболее эффективным оказалось внесение медных и марганцевых удобрений.

Таблица 13 Экономическая эффективность применения микроудобрений под озимую пшеницу в полевых опытах, в среднем за 2007 - 2009 гг.

Рис. 11. Условно чистый доход от применения микроудобрений под озимую пшеницу, в среднем за 2007 - 2009 гг.

ВЫВОДЫ

1. Прибавка урожайности озимой пшеницы от микроэлементов по сравнению с фоном NPK в 2007 году составила 13,6%, в 2008 - 12% и в 2009 -11%. Прибавка от внесения серы в 2007 году составила 15,7%, в 2008 - 14,3% и в 2009 - 11,7%. В среднем за 3 года наибольшее влияние на повышение урожайности оказали медь (прибавка 17,9%), марганец (15,2%), меньшее молибден (14,7%), бор (11%) и цинк (10%), сера достоверно повысила урожайность на 16,1%. Несмотря на то, что в засушливых условиях 2007 г. и 2009 г. абсолютные прибавки урожая озимой пшеницы от применения микроудобрений и серы уступали таковым в более благоприятном по увлажнению 2008 г., относительные прибавки во все годы проведения исследований были примерно одинаковыми, что свидетельствует об антистрессовом влиянии некорневых подкормок на посевы озимой пшеницы микроудобрениями и серой.

2. На содержание клейковины погодные условия оказали большее влияние, чем применение микроудобрений и серы. В засушливом 2009 году содержание клейковины в среднем по вариантам составило 29,4%, тогда как в менее засушливом 2008 году только 16,2%, то есть в 1,8 раза ниже. Из отдельных элементов, применяемых в подкормку, в 2009 году наибольшее положительное влияние на содержание клейковины оказали медь, бор, цинк, марганец, а наименьшее - молибден. Влияние серы в оба года по сравнению с фоном было также положительным. При этом в оба года отмечена отрицательная взаимосвязь содержания клейковины с урожайностью озимой пшеницы.

3. По качеству клейковина в 2008 году характеризовалась как неудовлетворительно слабая, в 2009 году ее качество было выше как в контрольном варианте, так и при подкормке озимой пшеницы цинком, марганцем и серой. При этом в 2008 и 2009 годах отмечена отрицательная корреляция содержания клейковины в зерне и её качества с урожайностью, отрицательной была корреляция между содержанием клейковины и её индексом деформации (ИДК).

4. Типичный чернозем опытных участков характеризовался низким содержанием таких элементов как цинк, медь, марганец и сера. В обыкновенном черноземе низким было содержание меди и цинка, средним - марганца. Выявлена значительная территориальная вариабельность содержания подвижных форм микроэлементов и серы в пахотном слое этих почв. Наибольшей вариабельностью отличалась медь (V = 45 - 63%), наименьшей - марганец (V = 23 - 26 %). Промежуточное положение по вариабельности занимали цинк (V = 37 - 50 %), а также сера (V = 15 - 29 %). В целом, внутрипольная вариабельность микроэлементов и серы характеризовалась высокими значениями, то есть превышала 20 %.

5. Корреляционный анализ данных о содержании химических элементов в почве опытных участков показал наличие определенных связей между некоторыми из ни...