Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт почвоведения и агрохимии

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НАТРИЯ И ХЛОРА НА УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

С.Е. Головатый, З.С. Ковалевич, Н.К. Лукашенко

ВВЕДЕНИЕ

Хлор является важным биогенным элементом. В малых дозах хлор способствует росту и развитию растений, участвует в энергетическом обмене у растений, активируя окислительное фосфорилирование. Он необходим для образования кислорода в процессе фотосинтеза и стимулирует вспомогательные процессы фотосинтеза, прежде всего те из них, которые связаны с аккумулированием энергии. Хлор положительно влияет на поглощение корнями кислорода, соединений калия, кальция, магния [1].

Натрий относится к биогенным макроэлементам. Физиологическая значимость натрия определяется его участием в регулировании водно-солевого обмена у животных организмов и в создании постоянного осмотического давления в растительной клетке. В растительном организме натрий может заменить неспецифические функции калия. Растения способны усваивать натрий в разных количествах. Основные сельскохозяйственные культуры подразделяют на группы с высокой (кормовая, сахарная и столовая свекла, мангольд, сельдерей, шпинат, томаты), средней (люпин, овес, капуста, картофель, турнепс), низкой (пшеница, ячмень, просо, лен, репа) и очень низкой (гречиха, кукуруза, рис, соя, брюква) степенью поглощения натрия. В повышенном обеспечении натрием нуждаются пастбищные травы. Внесение натриевых удобрений на пастбищах повышает поступление в растения магния, нормализует соотношение в них натрия-калия, что в целом улучшает качество травяного корма и его усвоение животными [2].

Наряду с положительными физиологическими функциями хлора и натрия легкорастворимые соли этих элементов, поступающие в почву в избыточных количествах в результате деятельности некоторых производств (к которым, в первую очередь, относятся предприятия по производству калийных удобрений), могут оказывать негативное влияние на растения.

Избыточные концентрации водорастворимых солей натрия и хлора в почве оказывают отрицательное влияние на способность растений адсорбировать из почвенного раствора влагу, необходимую для ростовых процессов, влияют на различные физиологические процессы в растениях. Избыток обменного натрия может привести к набуханию и (или) распылению почвы, что создает ряд трудностей для инфильтрации воды в почву, аэрации и проникновения корней [3].

Отрицательное воздействие солей натрия и хлора сказывается на растениях на самых ранних этапах развития [4, 5], в период набухания и прорастания семян [6, 7]. В течение всего периода прорастания повышается осмотический потенциал клетки, снижается скорость поглощения воды и интенсивность набухания семян, и как следствие - их прорастание. Высокое содержание натрия и хлора в почве задерживает появление всходов растений, растягивает период от начала появления до полных всходов, тормозит ростовые процессы. В большей степени чувствительны к засолению корни, чем наземные органы растений. Неравномерность роста и развития, резкое нарушение общего метаболизма у растений на почвах с избыточным содержанием этих элементов приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, или к полной гибели растений [4, 8]. В условиях хлоридного засоления снижаются темпы развития растения в первой половине вегетации, и ускоряются - во второй. К избыточным концентрациям этого элемента в меньшей степени чувствительны зерновые культуры (ячмень, кукуруза, сорго), подсолнечник, суданская трава, свекла, в большей лен, картофель и гречиха [ 9, 10].

Последствия засоления для метаболизма растений могут быть необратимо глубокими. Дефицит влаги, возникающий в растениях при засолении почв легкорастворимым натрием и хлором, вызывает денатурацию белков, что отрицательно сказывается на жизненно важных процессах [11]. Засоление почв оказывает отрицательное влияние на активность фотосинтетического аппарата, [12, 13, 14], угнетает механизм циклического фотофосфорилирования, вызывает структурные изменения хлоропластов - вакуолизацию, разрушение основных элементов мембранной фотосинтезирующей системы, уплотнение белковой основы пластид (стромы) [15].

Легкорастворимые соли натрия и хлора оказывают влияние на фенольный комплекс, который регулирует рост растений и активность некоторых оксидоредуктаз [16]. Воздействие высокой ионной силы элементов вызывает перераспределение фенолов по органам растений: в листьях - в сторону уменьшения, в корнях и стеблях - в сторону увеличения. При этом фенолы распределяются и внутри клеток, скапливаясь в клеточной оболочке и митохондриях, что ведет к торможению роста и развития растений.

Цель настоящих исследований заключалась в установлении степени фитотоксичности натрия и хлора на урожайность яровой пшеницы и ячменя при разных уровнях содержания этих элементов в почве.

МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В 2008-2009 гг. в условиях вегетационного эксперимента на дерново-подзолистой супесчаной почве были проведены исследования с яровой пшеницей сорта Рассвет и яровым ячменем сорта Сябра.

Почва характеризовалась следующими агрохимическими показателями: гумус - 2,07-2,3%; рН - 5,5-5,9; содержание подвижных форм фосфора - 120-150, калия - 180-200 мг/кг. Содержание водорастворимого натрия - 12-15, хлора - 20-25 мг/кг почвы. Растения выращивали в вегетационных сосудах с массой почвы 5,5 кг. После появления всходов в каждом сосуде оставляли по 20 растений пшеницы и ячменя. Повторность в опыте пятикратная.

Уровни содержания натрия и хлора в почве были созданы путем внесения солей NaCI, NaНСО3 и NH₄Cl. Схема опыта в условиях хлоридно-натриевого загрязнения (NaCI) включала следующие варианты: Фон ~ Na12-15CI20-25 мг/кг; Na50-70CI95-130; Na120-150CI220-240; Na250-300CI575-670 мг/кг почвы, в условиях натриевого загрязнения (NaНСО3): Фон ~ Na_12-15 мг/кг; Na_50-70; Na_120-150; Na_250-300; Na_400-500 мг/кг почвы, в условиях хлоридного загрязнения (NH₄Cl): CI_20-25 -(фон); CI_120-140; CI_150-170; CI_220-240; CI_350-400 мг/кг почвы. В качестве удобрений были использованы карбамид, аммофос и хлористый калий.

В течение вегетационного периода за растениями велись фенологические наблюдения. В исследованиях был проведен учет и анализ структуры урожая зерновых культур.

Содержание водорастворимого натрия в почве определяли по ГОСТ 26427-85, хлора - по ГОСТ 26425-85. Статистическая обработка результатов исследований проведена с использованием метода дисперсионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В период вегетации на растениях пшеницы и ячменя визуально диагностировались признаки избытка натрия и хлора, причем в самые ранние периоды роста и развития. При хлоридно-натриевом загрязнении на уровне Na_120-150CI_220-240 отмечалось более позднее и затяжное появление всходов. При уровне загрязнения Na_-250-300CI_575-670 всхожесть растений ячменя составила 30%, растений пшеницы - 80%. В фазе кущения и трубкования при этом уровне хлоридно-натриевого загрязнения отмечалось явное отставание в росте и равитии растений пшеницы и, в большей степени, ячменя - высота растений была в 2-2,5 раза ниже, чем на контроле. При концентрации натрия и хлора более 1000 мг/кг почвы в сосудах появились единичные всходы ячменя (которые в последствии погибли), а всходы пшеницы вообще отсутствовали.

В условиях натриевого загрязнения при содержании водорастворимого натрия на уровне 250300 мг/кг почвы отмечалось затяжное появление всходов как у пшеницы, так и у ячменя, в последующие фазы прослеживалось явное отставание в росте и развитии растений. При содержании водорастворимого натрия на уровне 400-500 мг/кг почвы произошла полная гибель растений обеих культур в фазе единичных всходов. При загрязнении натрием на уровне 250-300 мг/кг замечено уплотнение почвы, а при уровне загрязнения 400-500 мг/кг - сильное уплотнение почвы и образование сплошной корки с признаками “высаливания”.

В условиях хлоридного загрязнения на уровне 120-400 мг CI/кг почвы явных признаков угнетения растений пшеницы и ячменя в период вегетации визуально не установлено.

В годы исследований урожайность зерна яровой пшеницы при фоновом содержании водорастворимого натрия и хлора в почве на уровне Na_12-15CI_20-25 мг/кг варьировала в пределах 21,2-23,5 г/сосуд, и в среднем составила 22,4 г/сосуд (табл. 1).

Таблица 1

Урожайность яровой пшеницы и ячменя при разных уровнях содержания в почвенатрия и хлора

Содержание водорастворимого натрия и хлора в почве на уровне Na_50-70CI_95-130 мг/кг не оказало существенного влияния на урожайность зерна пшеницы. Снижение урожайности зерна установлено при содержании водорастворимого натрия и хлора в почве Na_120-150CI_220-240 мг/кг. В среднем за 2 года урожайность на этом уровне загрязнения снизилась на 13,4%. Фитотоксичность хлорида натрия на растения яровой пшеницы в полной мере проявилась при загрязнении на уровне Na_-250-300CI_575-670 мг/кг почвы, в среднем за 2 года урожайность зерна снизилась на 47,3%.

Исследования, проведенные с ячменем, показали, что угнетение роста и развития растений и снижение урожайности зерна на 22,6% по сравнению с фоновой урожайностью отмечалось при содержании элементов в почве на уровне Na_120-150CI_220-240 мг/кг. При повышении загрязнения почвы до уровня Na_-250-300CI_575-670 мг/кг урожайность зерна ячменя снизилась на 27,4%, однако, снижение было меньшим, чем у пшеницы.

С увеличением уровней загрязнения почвы натрием и хлором отмечено снижение урожайности соломы пшеницы и ячменя. При содержании Na_120-150CI_220-240 мг/кг урожайность соломы пшеницы и ячменя по сравнению с фоновым вариантом снизилась на 5,7% и 12,2%, соответственно. При содержании элементов в почве на уровне Na_-250-300CI_575-670 мг/кг урожайность соломы пшеницы снизилась на 22,5%, ячменя - на 13,8%. Следует заметить, однако, что урожайность соломы пшеницы и ячменя на всех уровнях загрязнения почвы снижалась в меньшей степени, чем урожайность зерна, соотношение «солома: зерно» при этом увеличивалось. При увеличении содержания в почве натрия и хлора с фонового (Na_12-15CI_20-25) до фитотоксических уровней (Na_120-150 CI_220-240 и Na_250-300 CI_575-670) отношение соломы к зерну увеличивалось у пшеницы в среднем за 2 года с 1:1 до 1:1,1 и 1:1,95, соответственно (табл. 2). У ячменя при таких же уровнях загрязнения соотношение «зерно:солома» изменялось с 1:1,15 до 1:1,3 и 1:1,36.

Анализ качества зерна (по массе 1000 зерен) показал, что с повышением уровня загрязнения почвы натрием и хлором масса 1000 зерен уменьшалась. Так, у пшеницы этот показатель снизился на 4,5 г или 13,6% (с 33,1 г в фоновом варианте, до 28,6 г - при уровне загрязнения Na_120-150 CI_220-240). Аналогичная закономерность наблюдалась и у ячменя, масса 1000 зерен на уровне загрязнения Na_120-150 CI_220-240 снизилась на 3,7 г или на 10,3%.

натрий хлор урожайность пшеница

Таблица 2

Влияние уровней содержания натрия и хлора в почве на структуру урожая и качество зерна

При максимальном содержании элементов в почве Na_-250-300 CI_575-670 масса 1000 зерен у пшеницы яровой и ячменя снизилась соответственно на 21,4% и 16,8%.

В условиях натриевого загрязнения (NaНСО3) при содержании водорастворимого натрия в почве на уровне 50-70 мг/кг отмечалась тенденция к снижению урожайности зерна яровой пшеницы на 3,6% по сравнению с фоновым вариантом (табл. 3).

Таблица 3

Урожайность яровой пшеницы и ячменя при разных уровнях содержания в почве водорастворимого натрия

Фитотоксичность натрия на растения яровой пшеницы проявилась при содержании элемента в почве на уровне 250-300 мг/кг, причем, в большей степени, в 2009 году. В среднем за 2 года при данном уровне загрязнения урожайность зерна снизилась на 21,4 % (с 22,4 до 17,6 г/сосуд). При увеличении концентрации натрия в почве до 400-500 мг/кг произошла полная гибель растений.

В условиях натриевого загрязнения фитотоксическое действие натрия в большей степени проявилось на растениях ячменя, чем пшеницы. Снижение урожайности зерна на 9,5%, по сравнению с фоновым вариантом, установлено при содержании водорастворимого натрия в почве на уровне 12050 мг/кг, при повышении концентрации элемента до 250-300 мг/кг урожайность снизилась на 47,9%. В исследованиях установлено, что с увеличением концентрации натрия в почве с фонового Na₁₂-₁₅ до фитотоксических Na_120-150 и Na_250-300 соотношение “зерно:солома” у пшеницы яровой увеличивалось с 1:1,01 до 1:1,20 и 1:1,53 (табл. 4).

Таблица 4

Влияние уровней содержания натрия в почве на структуру урожая и качество зерна