Урожайность горохоовсяной смеси под влиянием ультрамикроэлементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Урожайность горохоовсяной смеси под влиянием ультрамикроэлементов

В.В. Степанок

Обсуждается роль ультрамикроэлементов в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Приведены эмпирические формулы и интервалы допустимого содержания, а также дозы ультрамикроэлементов при внесении в почву и некорневой обработке растений горохоовсяной смеси.

PRODUCTION OF THE PEA-OATS MIXTURE UNDER THE INFLUENCE OF ULTRAMICROELEMENTS

V.V. Stepanok

Summary

The production of green mass of the pea-oats mixture was estimated under the influence of treatment by the increased doses of ultramicroelements (As, Sb, Te, Tl, Cd, Bi, Sn and others). In field experiments on small plot it was shown, that foliar treatment by water solution of salts promote to raising of green mass crop to 40-50 %. The reason of toxicity of heavy metals is as a rule the excess of permissible content of elements in plants during foliar treatment or addition to soil. The empiric formulas and the intervals of permissible content of the element in plant were presented.

Введение

В настоящее время прочно укоренились представления о токсичности тяжелых металлов, к числу которых относится большинство ультрамикроэлементов. Считается, что тяжелые металлы являются «протоплазматическими» ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы элемента. При этом по степени воздействия на тест-организмы (не рассматриваются растения-концентраторы) токсичные вещества можно распределить следующим образом: наиболее фитотоксичные в концентрации до 1 мг/л -- ионы Ag⁺, Be²⁺, Hg²⁺, Sn²⁺ и, вероятно, Со²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺, СrО^2-; умеренно токсичные в концентрации 1-100 мг/л -- арсенаты, бораты, броматы, хлораты, перманганаты, молибдаты, антимонаты, селенаты, а также соединения As, Se, Al, Ba, Cd, Сr, Fe, Mn, Zn и некоторые другие; слаботоксичные, которые редко вызывают отрицательный эффект при концентрации более 1800 мг/л -- ионы Cl-, Вr-, I-, Са²⁺, Mg²⁺, К⁺, Na⁺, Rb⁺, Sr²⁺, Li⁺, , SO и др. (1).

Тем не менее хорошо известно, что в качестве микроудобрений используют соединения Zn, Сu, Мn, В, Мо, Со, I, V (2). На различных типах почв содержание Zn в растениях разных культур составляет 60-180 мг/кг (максимально допустимое 200-400 мг/кг), доза внесения в почву в качестве удобрения -- 5 кг/га, при некорневой подкормке в виде ZnSO₄7H₂О -- 400 г/га (3). Однако некорневая обработка растений горохоовсяной смеси растворами солей Zn в дозе выше 20 кг/га приводит к прогрессивному снижению урожайности (4).

Нетоксичное содержание Сu в сухой надземной массе растений и травостое составляет соответственно 14 и 5-9 мг/кг, а пороговое количество для злаковых и бобовых культур -- соответственно 10 и 32 мг/кг сухого вещества (5). Доза Сu при внесении в почву в качестве удобрения и некорневой подкормки достигает соответственно 25 кг/га и 400 г/га. Недостаток Zn и Сu может вызывать болезни растений.

Вопреки представлениям о токсичности, свинец может оказывать также стимулирующее воздействие на рост и развитие растений. Так, использование PbСО₃ в дозах 100, 500 и 5000 мг/кг положительно влияет на высоту, кустистость, длину стебля и колоса безостой твердой пшеницы (6). Однако при внесении в почву 1500 кг/га этой соли рост растений замедляется, масса зерна и соломы снижается. При дозе Pb 3 кг/га урожайность капусты, моркови, лука и огурца повышается на 17,2-45,2 % при одновременном увеличении содержания сахара в органах растений трех последних культур; более высокие дозы Pb приводят к угнетению роста и развития растений (7). Среднее и максимально допустимое содержание Pb в надземных органах растений составляет соответственно 2,7 и 10-50 мг/кг сухого вещества в зависимости от культуры и типа почвы (8).

Общепризнанными являются представления о том, что микроэлементы оказывают стимулирующее воздействие на развитие растений при низких дозах и являются токсичными -- при повышенных. Однако ультрамикроэлементы, к которым относятся As, Cd, Se, Sb, In, Bi, Hg, Ag, Co, Ni, Cr и ряд других, могут оказывать положительное влияние на обмен веществ и процессы роста, стимулировать синтез углеводов, белков, жиров, пигментов при содержании в растениях в количестве менее 1 мг/кг. Некоторые ультрамикроэлементы при увеличении содержания в среде обитания не влияют на рост и развитие растений, другие -- сначала активируют эти процессы, а затем оказывают угнетающее воздействие (1).

Распределить элементы по степени влияния на рост и развитие растений можно по коэффициенту обогащения (КО) (9):

КО =

где С_х и С_Fe -- содержание соответственно элементов х и Fe в растениях и земной коре. К наиболее активным относятся Se, Вr, Cd, I, Ag, Au, Sb, Bi (10² < КО < 10³); к менее активным -- Сu, Со, Rb, Cs, As, Hg, Sn (10 < КО < 10²); к неактивным -- F, Li, Be, Sr, Ba, Ge, Zr (1 < КО < 10) и Ti, Si, Al, La, Sc (КО < 1). Вследствие прямой корреляции между КО и степенью воздействия элемента на физиологические процессы в растениях увеличение содержания в среде обитания ультрамикроэлементов при КО > 10 будет стимулировать рост и развитие растений пропорционально КО и вносимой дозе элемента. Например, Se, с одной стороны, является необходимым элементом для человека и животных, так как участвует в метаболизме глутатионпероксидазы, витамина Е и некоторых аминокислот, а с другой, -- токсичным при повышенном содержании. Растения кормовых трав и злаков нормально развиваются при концентрации Se 100 мкг/л, кормовых бобов -- до 100 мкг/л, люцерны, клевера, гороха, сои, табака -- чувствительны к Se даже в низких концентрациях (20 мкг/л) (10).

Внесение в почву соединений Cd в дозе 3,0 кг/га и 0,5-5,0 мг/кг способствует достоверному повышению урожайности зеленой массы горохоовсяной смеси и зерна пшеницы соответственно на 21-29 и 41 % (11). Тем не менее Cd относится к числу наиболее фитотоксичных элементов, и дальнейшее увеличение его содержания в почве приводит к снижению продуктивности посевов.

Урожайность растений горчицы и содержание жира в семенах повышаются под влиянием Сa₃(AsO₄)₂; продуктивность растений турнепса и капусты также возрастает (на 65 %), однако при повышенных дозах As снижается (12). Внесение в почву NaAsO₂ в дозе 15-50 кг As /га приводит к достоверному увеличению урожайности зеленой массы горохоовсяной смеси (на 20-25 %), при некорневой подкормке As в дозе свыше 0,50 кг/га продуктивность посева снижается (13).

Ранее нами было показано, что в качестве универсального комплексного микроудобрения (КМУ) можно использовать глобальные атмосферные аэрозоли, образующиеся в атмосфере Земли при поступлении космической пыли кометной природы (9). Состав этих аэрозолей мы имитировали посредством набора соответствующих химических реагентов, строго соблюдая пропорции элементов. Эффективность действия КМУ обусловлена наличием биологически активных микро- и ультрамикроэлементов, которые в незначительных количествах находятся в почве, атмосферных осадках, воде, тканях животных и растений, но являются ключевыми в активации физиологических процессов. В состав КМУ входят элементы, не только оказывающие положительное воздействие на растения (В, Mn, Fe, Co, Zn, Сu, Мо), но также считающиеся токсичными -- Se, Cd, As, Pb, Те, Tl, Ag, Bi, Sb, Sn, Cs, Hg и др. В полевых опытах на разных культурах при использовании КМУ мы выявляли оптимальные дозы их внесения. Внекорневая подкормка универсальным КМУ способствует увеличению на 20-40 % урожайности любых сельскохозяйственных культур независимо от почвенно-климатических условий (14). Однако представляет интерес выяснить, насколько могут стимулировать рост и развитие растений отдельные ультрамикроэлементы, считающиеся токсичными.

В связи с этим в задачу нашей работы входила оценка урожайности зеленой массы горохоовсяной смеси в зависимости от количества растворимых соединений ультрамикроэлементов, имеющих высокие коэффициенты обогащения в растениях, причем минимальное значение из трех возрастающих доз соответствовало содержанию элемента в составе КМУ.

Методика

Мелкоделяночные полевые опыты проводили на сформированной на морене дерново-подзолистой глееватой супесчаной среднеокультуренной почве: рН_сол. 5,1; степень насыщенности основаниями -- 75 % (по Каппену); сумма поглощенных оснований и гидролитическая кислотность -- соответственно 10,6 и 1,95 мг-экв/100 г почвы; содержание подвижного Р₂О₅ и обменного К₂О -- соответственно 17 и 15 мг/100 г почвы (по Кирсанову), гумуса -- 2,15 % (по Тюрину). Соотношение компонентов в горохоовсяной смеси составляло 35 (семяна гороха сорта Московский) и 65 % (семена овса сорта Санг) при норме высева соответственно 120 и 180 кг/га на фоне N₈₀P₇₀K₁₀₀. Учетная площадь делянки 4 м², повторность 4-кратная.

В фазу бутонизации растений гороха проводили некорневую обработку посевов водными растворами соединений ультрамикроэлементов из расчета 300 л/га (120 мл на одну делянку). Использовали соединения Cd, Ag, I, Bi, Те, Tl, Sb, Sn, As, Cs в виде солей -- соответственно Cd(NO₃)₂4Н₂О, AgNO₃, KI, Bi(NO₃)₃5H₂О, К₂ТеО₄, TlNO₃, SbCl₃, SnCl₂2H₂О, NaAsO₂, CsNO₃. Обоснование выбранных доз внесения ультрамикроэлементов приведено ниже. Статистическую обработку данных проводили по Доспехову (15).

Результаты

Все исследованные ультрамикроэлементы, кроме I, способствовали достоверному повышению урожайности горохоовсяной смеси (табл.). Максимальная прибавка урожайности (45 %) отмечена при внесении Те, Tl, Sb, Sn, Cs в дозе соответственно 3,0; 3,0; 2,0; 26; 2,72 кг/га (так называемый оптимум воздействия). При возрастании дозы I и As наблюдалось систематическое повышение урожайности. При увеличении дозы Cd, Ag, Bi, Те, Tl, Sb, Sn относительная прибавка урожайности уменьшалась, что может свидетельствовать о более высокой токсичности этих элементов. Наибольшая прибавка урожайности (64 %) была отмечена при некорневой обработке Cd в дозе 3,33 г/га.

Введем градиент прибавки урожайности (Grad_х У) в зависимости от дозы ультрамикроэлемента:

Grad_х У =

где У -- урожайность зеленой массы горохоовсяной смеси при максимальной (Д_max) и минимальной (Д_min) дозе ультрамикроэлемента х; У_ср. -- средняя урожайность по трем дозам, кг с одной делянки.

Поскольку Grad_I У = 0,248 > Grad_Cs У = 0,147 > Grad_As У = 0,083, можно сделать заключение, что I является более активным элементом, чем Cs и тем более As. По величине градиента можно также оценить степень токсичности ультрамикроэлемента. Так, Grad_х У возрастал от -0,077 до -0,359 в ряду Sn, Sb, Cd, Те, Bi, Tl, Ag; вероятно, увеличивается и токсичность этих элементов. Для Cd, Ag, I, Bi, As оптимум воздействия не выявлен, что, по-видимому, обусловлено взаимодействием входящих в состав КМУ 27 элементов при усвоении растениями при синергизме и антагонизме.

урожайность горохоовсяной ультрамикроэлемент

Урожайность зеленой массы горохоовсяной смеси в зависимости от дозы ультрамикроэлементов при некорневой обработке посевов водными растворами солей

Анализ данных по влиянию тяжелых металлов на урожайность сельскохозяйственных культур свидетельствует о прямой взаимосвязи между токсичностью элемента (при увеличении дозы) и его нормальным (естественным) содержанием в растении (1, 4, 11, 13). Взаимосвязь между естественным (С_хн), максимальным (С_{х max}) и минимальным (С_{x min}) содержанием элемента х в растениях (по данным литературы) и интервал допустимых значений этих показателей () могут быть представлены следующими эмпирическими формулами: С_{x max} = 2,2 C C_{x min}= 0,33 C = 2,2 C- 0,33 C. В случае превышения максимально допустимых значений происходит резкое снижение урожайности. Например, для стандартной злаковой травосмеси (СБМТ, ГСО № 3170-85), состав которой наиболее близок к таковому надземной части растений сельскохозяйственных культур, максимальное содержание V, Сr, Мn, Fe, Со, Ni, Сu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Cd, Sn, Sb, I, Ba, Hg, Pb составляло соответственно 0,89; 1,11; 216; 400; 0,132; 1,55; 5,00; 70,0; 0,45; 0,65; 13,8; 52,0; 3,30; 6,25; 0,90; 0,34; 0,067; 0,34; 100; 0,067; 2,90 мг/кг воздушно-сухого вещества.

Взаимосвязь между естественным и допустимым содержанием элементов позволяет прогнозировать интервал допустимого содержания последних в растениях (в том числе техногенных):

Следовательно, чем меньше естественное содержание элемента в растении, тем меньше . Такие элементы, как Cd, Сr, Se, Cs, As, Sn, Hg, Sb, Bi, имеющие высокий КО, в соответствующих дозах способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур, однако их применение в качестве микроудобрений проблематично из-за необходимости соблюдения точной дозировки в интервале С_хн = 0,1ј0,01 мг/кг, что особенно сложно осуществлять в полевых условиях при использовании тракторных опрыскивателей для некорневой подкормки. Применение этих микроэлементов возможно при увеличении объема воды, используемой при подкормке, или опылении растений раствором с самолета. При этом не следует опасаться некоторого (обычно не более 30 %) повышения содержания ультрамикроэлементов в сельскохозяйственной продукции, которое не выходит за пределы естественных колебаний в природе, а элементы, имеющие высокие КО, проявляют высокую биологическую активность и стимулируют физиологические процессы не только у растений, но и у животных (2).

Приведенные данные получены на основе средних показателей естественного содержания элементов в растениях, однако при необходимости можно уточнять оптимальный диапазон и предельно допустимое содержание элементов для растений различных видов и культур. Поскольку количество элементов в растениях пропорционально их содержанию в почве, это же правило относится и к дозам вносимых микроудобрений и диапазону допустимого содержания техногенных тяжелых металлов. Следовательно, для ультрамикроэлементов наиболее приемлемой следует считать концепцию стимуляции растений как процесса устранения влияния ингибитора (1, 16). То, что ни один процесс в организме не протекает с максимальной скоростью, обусловливает возможность адаптации и сохранения гомеостаза в меняющихся условиях среды и свидетельствует о значительном потенциале роста, развития растений и соответствующего повышения урожайности сельскохозяйственных культур (17).

Таким образом, ультрамикроэлементы, содержащиеся в растениях в количестве менее 1 мг/кг и имеющие высокие коэффициенты обогащения, оказывают положительное влияние на урожайность зеленой массы горохоовсяной смеси. При некорневой обработке посевов водным раствором солей Sb, Ag, Те, Tl, Cd, Cs, Sn, Bi и других элементов урожайность зеленой массы смеси возрастает на 40-45 %. При этом диапазон допустимого содержания тяжелых металлов в растениях прямо пропорционален естественному содержанию этих элементов.

Литература

А л е к с е е в Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л., 1987.

А н с п о к П.И. Микроудобрения. Справ. кн. Л., 1978.

М а р у с и н а Н.М. Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность почвы и развитие растений ячменя. Бюл. Почвенного ин-та им. Докучаева, 1981, XXVII: 34-40.

С т е п а н о к В.В., Г о л е н е ц к и й С.П. Влияние различных соединений цинка на урожай культур и его поступление в растения. Агрохимия, 1990, 3: 85-91.

Г о н ч а р у к Е.И. Санитарная охрана почвы от загрязнения химическими веществами. Киев, 1977.

К о л е с н и к о в а Т.В. О влиянии свинца на рост и развитие растений. В сб.: Свинец в окружающей среде. Гигиенические аспекты. М., 1978: 17-21.

В л а с ю к П.А. Химические элементы и аминокислоты в жизни растений и животных. Киев, 1974.

О б у х о в А.И. Доступность свинца растениям. В сб.: Свинец в окружающей среде. М., 1987: 109-116.

С т е п а н о к В.В. Полнота минерального питания растений и животных. Аграрная наука, 1977, 4: 29-32.

P a r k e r D.L., T i c e K.R., T h o m a s o n D.N. Effect of ion parting with Ca and Mn on selenate uptake by plants. Amer. Soc. Agron. Annu. Meet. Minneapolis, 1992: 18-21.

С т е п а н о к В.В. Влияние соединений кадмия на урожай и элементный состав сельскохозяйственных культур. Агрохимия, 1998, 6: 74-79.

И в а н о в а - А л е к с а н д р о в с к а я Г.М., П а р ф е н т ь е в А.И. Испытание некоторых инсектицидов (соединения As и сероуглерода) в качестве стимуляторов роста растений. Защита растений, 1926, 6: 15.

С т е п а н о к В.В. Влияние мышьяка на урожайность и элементный состав сельскохозяйственных культур. Агрохимия, 1998, 12: 57-63.

Г о л е н е ц к и й С.П., С т е п а н о к В.В. Комплексное микроудобрение. А.с. 1031961 СССР. № 327965/30215. Заявл. 28.04.1981. Опубл. 30.07.1983. М. кл. С 05 9/02.

Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.

S a l e n M.N., E h r e n b e r g L., N a s l u n d M. Radiostimulation of barley seeds treated with 2-mercaptoethanol or ascorbate. Environ. Experimental Bot., 1980, 20, 4: 10-25.

К у р с а н о в А.Л. Биология XX столетия и проблема саморегуляции. В кн.: Саморегуляция метаболизма растений. София, 1981: 9-18.

Размещено на Allbest.ru