АГРОХИМИЯ, 2015, № 7, с. 78-84
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 53.082.52:631.811.1
ФОТОМЕТРИЧЕСКАЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКА АЗОТНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ
© 2015 г. К.В. Белоусова1, Р.А. Афанасьев1, Е.В. Березовский2
всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова 127550 Москва, ул. Прянишникова, 31а, Россия 2Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550 Москва, ул. Тимирязевская, 49, Россия E-mail: belousova_ksusha@mail.ru, rafail-afanasev@mail.ru
Поступила в редакцию 04.03.2015 г.
Приведены результаты исследований по фотометрии посевов ярового рапса, озимого тритикале, ярового ячменя, возделываемых на дерново-подзолистых почвах Центрального Нечерноземья, N-тестерами "Yara" и "Спектролюкс". Установлена устойчивая зависимость фотометрических показателей от содержания зеленых пигментов в листьях растений, главным образом хлорофилла а, и обеспеченности культур азотным питанием. Подтверждена также связь результатов стеблевой диагностики с уровнем обеспеченности культур азотом. Показано преимущество экспресс-диагностики азотного питания растений с использованием фотометрии посевов по сравнению с традиционным методом определения нуждаемости растений в азотных подкормках. Ключевые слова: фотометрическая экспресс-диагностика, азотное питание растений.
ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение зерновых и масличных культур минеральным азотом является необходимым условием формирования высокого урожая с хорошими качественными характеристиками [1-3]. Ввиду лабильности содержания минерального азота в почвах, включая дерново-подзолистые, важное значение отводится экспресс-диагностике азотного питания сельскохозяйственных культур в целях своевременного обнаружения азотной недостаточности для растений и проведения соответствующих азотных подкормок. Ранее в этих целях применяли в основном химические методы растительной диагностики, в частности стеблевой и листовой. В течение последних 10-15 лет во многих странах большое внимание уделяется разработке физических, а именно - фотометрических методов экспресс-диагностики азотного питания растений. Химические методы достаточно трудоемки, требуют высокой квалификации исполнителей, небезопасны для их здоровья, поскольку связаны с применением концентрированных кислот и щелочей [4-6].
Многими исследователями [1, 7] было показано, что обеспеченность растений азотом отражается на содержании хлорофилла в биомассе растений:
чем темнее листья растений, тем больше в них зеленых пигментов и тем самым выше обеспеченность азотом. Фотометрическая диагностика основана на использовании этой зависимости, т. е. по уровню зеленой пигментации биомассы растений определяется обеспеченность их азотным питанием. В России фотометрические исследования в целях диагностики азотного питания проводили на яровой пшенице в Ивановской обл., на озимой пшенице - в Краснодарском крае, Московской и Воронежской обл. [5, 8]. При этом исследователи не задавались вопросом, содержание какого из хлорофиллов - а или б - имеет большую корреляцию с уровнем азотного питания и как это отражается на показаниях фотометров. Фотометрические исследования по экспресс-диагностике азотного питания озимого тритикале, ячменя, ярового рапса, т. е. культур, для которых определение уровня обеспеченности азотом имеет немаловажное значение, в Центральном Нечерноземье не проводили.
Цель работы - выяснение возможности применения фотометрии для определения обеспеченности указанных сельскохозяйственных культур азотным питанием в условиях Центрального Нечерноземья.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Краткосрочный полевой опыт проводили на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА в 2010— 2012 гг. на окультуренной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, сформированной на моренном суглинке. Агрохимическая характеристика почвы в среднем за годы проведения исследования по результатам отбора проб в весенние сроки представлена в табл. 1. Повторность проведения аналитических определений четырехкратная.
Агрохимическую характеристику почвы определяли с использованием гостированных методик: рНКС1 - потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26213-91), легкогидролизуемого азота (^лг) - по методу Корнфилда (МУ, 1985), нитратного азота (ГОСТ 26951-86) и аммонийного азота - ионоселективными методами, подвижных форм фосфора и калия - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91).
Результаты агрохимического анализа почвы опытного участка в среднем за 2011-2012 гг. свидетельствовали о том, что реакция почвенной среды была среднекислой, содержание гумуса -средним, содержание легкогидролизуемого азота - повышенным, обеспеченность подвижными формами фосфора - очень высокой, калия - средней [9].
В качестве тестовых культур для диагностики азотного питания растений использовали районированные культуры и сорта: яровой рапс (Brassica napus var. Napus) сорта Викрос, озимое тритикале (х Triticosecale Wittm. ex A. сamus) сорта Валентин, яровой ячмень (Hordeum distichon) сорта Михайловский. Чередование культур в звене севооборота: яровой рапс-озимое тритикале-яровой ячмень. В опыте изучали влияние возрастающих доз азотных удобрений в виде Naa на диагностические показатели и урожайность тестовых культур. Азотные удобрения вносили поверхностно в качестве однократных или двукратных подкормок: однократные и первые подкормки - в начальные фазы развития растений, вторые подкормки - через 2-3 нед после первых.
Схема внесения азотных удобрений под яровой рапс, варианты: 1 - N0 (контроль), 2 - N30, 3 - N60, 4 - N90, 5 - N120, 6 - N150, 7 - N60 + + 30, 8 - N90 + 30 (здесь и далее дозы азота во 2-ю подкормку указанны через знак "+"). Схема внесения азотных удобрений под озимое тритикале, варианты: 1 - N0 (контроль), 2 - N0 + 30, 3 - N0 + + 60, 4 - N120, 5 - N90 + 30, 6 - N90 + 60, 7 -N180 + 30, 8 - N180 + 60. Схема внесения азотных удобрений под яровой ячмень также включала 8 вариантов, однако контрольный вариант выступал в качестве фонового, т. к. предусматривал внесение в предпосевную культивацию 3 ц АФК/га (N48P48K48): 1 - N48P48K48 (фон), 2 - фон + N30, 3 - фон + N60, 4 - фон + N90, 5 - фон + N120, 6 - фон + N150, 7 - фон + N60 + + 60, 8 - фон + N90 + 60. Площадь учетных делянок в опыте - 13-17 м2, повторность вариантов трех-четырехкратная. Размещение вариантов опыта во все годы проведения исследования -рендомизированное, агротехника - в основном принятая для зоны, внесение азотных удобрений -вручную, уборка урожая - сплошным методом комбайном типа "Сампо" с пересчетом на чистоту и базисную влажность. Для проведения фотометрической диагностики азотного питания растений использовали фотометры зарубежного ("Yara") и отечественного ("Спектролюкс") производства.
Диагностическое обследование проводили в отдельных фазах развития культур звена полевого севооборота после проведения подкормок растений азотными удобрениями. Фотометрию осуществляли при снятии показаний непосредственно с листовых пластинок растений. Замеры производили на нормально развитых листьях, не поврежденных вредителями и болезнями. Прибором "Yara" показания снимали (по инструкции) на 30 листьях на каждой делянке опыта, прибором "Спектролюкс" - на 10 листьях. У ярового рапса диагностику проводили на листьях среднего яруса, у зерновых - на развитых листьях верхнего яруса. В N-тестере "Yara" используется в качестве результативного показателя так называемый нормализованный дифференцированный вегетационный индекс (NDVI), показывающий соотношение величин отражения красного света от листа растения в красном и инфракрасном
Таблица 1. Варьирование агрохимических характеристик пахотного слоя почвы (2011-2012 гг.)
рНКС1 Гумус, % Nr N-NO3 n-nh4 P2O5 K2O
мг/кг почвы
4.8-5.1 1.7-1.9 63-71 7.2-8.7 13.4-18.7 354-487 124-136
диапазоне электромагнитных волн, в К-тестере "Спектролюкс" - соотношение величин флуоресценции хлорофилла и прозрачности листа при облучении его синим светом. Для сравнения фотометрических показателей обеспеченности растений азотом с результатами химического метода одновременно осуществляли стеблевую диагностику по модифицированному методу В.В. Церлинг, т. е. по реакции нитратов в выжатом из отрезков стеблей соке с 1%-ным раствором дифениламина в серной кислоте [10, 11]. Нитратные индексы определяли на срезах 10 типичных для делянок растений с 2-х повторений полевого опыта с озимым тритикале и с 4-х повторений полевого опыта с яровым ячменем. Концентрацию в листьях растений хлорофиллов а и б определяли по методике кафедры физиологии растений РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева при экстракции их этанолом [12]. Пробы отбирали с 3-х повторений полевого опыта. Статистическую обработку результатов исследования проводили методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа по [13] с использованием программы STRAZ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Агрометеорологические условия за годы проведения исследования в целом были типичными для зоны, но имели отклонения от среднемного-летних показателей в отдельные периоды вегетации (табл. 2). В 2010 г. прослеживалась четкая тенденция к увеличению температуры атмосферного воздуха во все месяцы вегетационного периода на фоне уменьшения количества выпавших осадков, что отразилось в невысоком гидротермическом коэффициенте (ГТК). В целом засушливые погодные условия негативно отразились на полноте развития семян ярового рапса, снизив урожайность товарной продукции. Погода в мае 2011 г. также была засушливой: гидротермический коэффициент для мая составил всего 0.7, что почти в 2 раза меньше среднемноголетнего
ГТК. В 2012 г., наоборот, наблюдали повышенное увлажнение опытного участка, что в результате вызвало частичное полегание растений ячменя на высокоудобренных делянках опыта.
Погодные аномалии вегетационных периодов отразились на эффективности азотных удобрений, соответственно, на интенсивности продукционного процесса и в конечном итоге - на урожайности сельскохозяйственных культур. В засушливом 2010 г. наибольшая урожайность ярового рапса (1.4 т/га) отмечена в контрольном варианте, где азотные удобрения не применяли (т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.