АГРОХИМИЯ, 2007, № 7, с. 22-27
УДК 631.811.93
ГРАДАЦИЯ ПОЧВ ПО ДЕФИЦИТУ ДОСТУПНОГО РАСТЕНИЯМ КРЕМНИЯ
© 2007 г. В. В. Матыченков
Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино, Россия Поступила в редакцию 10.11.2006 г.
Предлагаемая методология определения доступного для растений Si в почве сравнивалась с другими методами его определения. Критерием сравнения служили коэффициенты корреляции между содержанием Si в растениях и в различных почвенных вытяжках. Наиболее высокие коэффициенты корреляции установлены при анализе содержания Si в кислотной и водной вытяжках, обозначенные как потенциальный и активный кремний соответственно. Предложена 4-ступенчатая градация почв по дефициту доступного растениям Si. Она применима для оценки дефицита Si в любых типах почв и при любых климатических условиях.
ВВЕДЕНИЕ
Интерес к кремниевым удобрениям и почвенным мелиорантам значительно возрос в последние годы. Об этом свидетельствует ряд международных конференций, проведенных в США, Японии, России и Бразилии [1-3]. Последние работы показали важность применения удобрений, содержащих активный Si, в условиях современного сельского хозяйства [4-7]. Их использование позволяет снизить расходы традиционных минеральных удобрений [4, 5] и средств химической защиты растений [6], повысить устойчивость растений к неблагоприятным условиям [7], повысить качество и количество сельскохозяйственной продукции [8]. Однако отсутствие достаточно простого и высокоинформативного метода определения доступных для растений форм Si в почве и, в результате, возможности классификации почв по дефициту доступного Si тормозят широкое практическое использование этого вида удобрений и почвенных мелиорантов.
Существует несколько общепринятых методик по определению кремния в почве, которые основаны на применении различных способов экстрагирования [9]. Наиболее распространены методы, основанные на использовании кислотных или щелочных экстрактов [10, 11]. В частности, используют слабокислую экстракцию кремния соляной кислотой (0.1 н. НС1), которую рекомендуют как российские, так и японские исследователи [1214]. Учитывая, что растения поглощают только монокремниевые кислоты, другие авторы предлагают использовать водные и солевые вытяжки [15, 16]. В США (штат Флорида), где на больших территориях применяют Si удобрения, исследователи используют уксуснокислую вытяжку для определения доступного для растений кремния в
почвах. Ими была разработана классификация обеспеченности для торфяных почв [9]. Однако, как отмечают сами авторы [9], данный метод мало пригоден для минеральных почв. В Японии используют уксуснонатриевый буфер и лимоннокислую вытяжку [6, 17]. К сожалению, при анализе сухих почвенных образцов использование любых вытяжек не дает возможности получения прямого ответа о количестве доступного в почве. Это связано с тем, что в почвенном растворе постоянно находится как минимум две формы растворимого - монокремниевая и поликремниевая кислоты [11, 13, 18]. Для растений же доступны только монокремниевые кислоты [6, 7]. При высушивании почвенного образца обе формы трансформируются в аморфный кремнезем, который и растворяется в экстрактах. В Японии для решения этой проблемы был предложен метод, заключающийся в использовании водной вытяжки из сухой почвы с периодом экстракции 1 нед при постоянной температуре 40°С. За это время восстанавливается почвенное равновесие между моно- и поликремниевыми кислотами [19]. Однако такой метод слишком медленный и громоздкий.
С целью сокращения времени экстракции и упрощения процедуры определения доступных форм в почве нами была разработана и предложена оригинальная методология с использованием водной вытяжки из сырой почвы и кислотной вытяжки из сухой почвы [11]. Использование водной вытяжки из влажной почвы позволяет измерять доступный который может сразу потребляться растениями. Исследования показали, что корреляция между этим параметром и содержанием кремния в растениях очень высокая (г2 = 0.96) [11]. Для удобства восприятия информации экстрагируемые этим способом монокремниевые
Таблица 1. Основные свойства почв опыта
Параметр Аллювиально-луго-вая почва Бурая лесная глеевая почва Торфяник с низким содержанием Si Торфяник с высоким содержанием Si
ёорг, % 1.54-1.62 0.82-0.86 53.8-54.3 58.6-59.1
PHH2O 6.4-6.7 6.7-6.9 7.8-8.0 8.2-8.4
Физическая глина, % 16.8-17.4 20.4-21.4 5.6-6.2 6.8-7.3
Р205 по Кирсанову, 118-124 94.5-100 354-367 420-346
мг/кг
Емкость катионного 31.6 24.5 16.5-17.3 21.4-22.3
обмена, мг-экв/100 г
кислоты можно обозначить как актуальный Si в почве. В случае кислотной вытяжки из сухой почвы определяется запас потенциально доступного Si в почве или потенциальный Si. Эта вытяжка характеризует содержание аморфного кремнезема биогенного и абиогенного генезиса, являющегося основным источником монокремниевых кислот [11, 20]. Корреляция между содержанием потенциального Si в почве и количеством кремния в растениях была так же очень высокая (г2 = 0.98). Для разработки классификации почв по уровню дефицита доступного растениям кремния необходимо было провести исследования по определению Si в почвах разных типов, а также провести сравнение различных методов извлечения Si из почвы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве исследуемых почв были выбраны две минеральные почвы (аллювиально-луговая пахотная и бурая лесная глеевая пахотная почвы) и два торфяника. Основные свойства этих почв представлены в табл. 1. Выбранные почвы были использованы для вегетационного опыта с рисом (Oryza sativa L.). Почву помещали в пластиковые сосуды размером 20 х 20 х 25 см, вмещающие 1 кг почвы. В качестве Si-удобрения использовали препарат Pro-Sil. Этот препарат является силикатом кальция с общим содержанием Si 19-23% и незначительными примесями Fe и Al. В вегетационные сосуды вносили 0, 2, 4 и 8 г Pro-Sil на 1 кг почвы, что соответствовало дозам 0, 2, 4 и 8 т/га. Затем почву и удобрения перемешивали и высаживали зерна риса по 20 шт./сосуд. В течение 4 нед рис выращивали при температуре 25-37°С. Для полива использовали дистиллированную воду. По истечении этого срока определяли вес надземной части и корней растений, а также определяли в них общее содержание Si по методу [21]. Биологическая повторность эксперимента была 5-кратная, а аналитическая - 4-кратная.
Почву из сосудов анализировали на содержание кремния различными методами:
1. Водная экстракция из свежей почвы [11]. Из свежей почвы с выбранными корешками и
влажностью от 10 до 20% брали навеску 6 г в полиэтиленовый сосуд на 50-100 мл и заливали дистиллированной водой (30 мл). В течение 1 ч встряхивали суспензию и затем отделяли раствор от осадка на центрифуге (6000 об/мин в течение 10 мин). В полученном растворе немедленно определяли содержание монокремниевых кислот.
2. Экстракция слабой кислотой [9, 11, 14]. Почву высушивали при температуре 75°С, размалывали и просеивали через сито с ячейками 1 мм. Навеску почвы в количестве 2 г помещали в полиэтиленовый сосуд на 50-100 мл, заливали 0.1 н. HCl (20 мл). В течение 1 ч встряхивали суспензию на качалке и затем отделяли раствор от осадка на центрифуге (6000 об/мин в течение 10 мин). В полученном растворе определяли содержание монокремниевых кислот.
3. Экстракция лимонной кислотой [6, 17]. Почву высушивали при температуре 75°С, размалывали и просеивали через сито с ячейками 1 мм. Навеску весом 10 г помещали в полиэтиленовый сосуд на 200 мл, заливали 1%-ным раствором лимонной кислоты (100 мл). В течение 2 ч встряхивали суспензию на качалке с водяной баней и температурой 30°С, а затем отделяли раствор от осадка на центрифуге (3000 g в течение 10 мин). В полученном растворе определяли содержание монокремниевых кислот.
4. Экстракция уксусной кислотой [9]. Почву высушивали при температуре 75°С, размалывали и просеивали через сито с ячейками 1 мм. Навеску объемом 10 мл помещали в полиэтиленовый сосуд на 50-100 мл, заливали 0.5 М раствором уксусной кислоты (25 мл) и суспензию оставляли на ночь. На следующий день суспензию встряхивали в течение 1 ч на качалке и затем отделяли раствор от осадка путем центрифугирования при 6000 об/мин в течение 10 мин. В супернатанте определяли содержание монокремниевых кислот.
Кроме вегетационного, был проведен полевой опыт на торфяных почвах во Флориде (Everglades agricultural area, США) под культурой риса. Сельскохозяйственное поле (40 га) в 1990 г. было разделено на 2 части, одну из которых оставили в качестве контроля, а во вторую внесли Si-удобре-
ние (силикат кальция) в дозе 3 т/га. Затем поле использовали под рис в течение 5 лет и в 1995 г. был проведен второй эксперимент. В качестве Si-удобрений использовали силикат кальция, который вносили перед посевом риса в обе части поля в дозах 0, 1, 2 и 3 т/га, а также золу сахарного тростника (альтернативное Si-удобрение, содержащее от 19 до 20% Si) в дозах 0, 1, 3 и 6 т/га. Площадь каждой экспериментальной площадки была 20 м2 (5 х 4 м) с разделительными полосами шириной 2 м. Каждый вариант имел трехкратную повтор-ность. Рис выращивали по стандартной технологии. Рис убирали при помощи малогабаритного комбайна, позволяющего определить урожайность с площадки шириной 2 м. После уборки отбирали почвенные образцы с глубины 0-20 см. В этих образцах определяли содержание Si в водной вытяжке из свежей почвы (при влажности 20-25%) и в экстракте слабой кислоты (0.1 н. HCl) из сухой почвы [11].
Во всех экстрактах, полученных из почвенных образцов вегетационного и полевого экспериментов, содержание монокремниевых кислот определяли при помощи модифицированного метода Мал-
лена и Райли [20]. Эта модификация заключается в замене нестабильного наптола сульфатом железа. Для определения содержания монокремниевых кислот в полученных экстрактах использовали следующие реагенты: 1 - раствор молибденовокислого аммония (NH4)6Mo7O24 ■ 4H2O готовили путем растворения 10 г соли в 470 мл бидистиллированной воды с дальнейшем добавлением 30 мл концентрированной HCl; 2 - растворяли 20 г щавелевой кислоты в 500 мл бидистиллированной воды и добавляли 6 г сульфата ж
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.