АГРОХИМИЯ, 2007, № 5, с. 63-67
Агроэкология
УДК 631.811.6.93:632.112
КРЕМНИЕВЫЕ УДОБРЕНИЯ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ
© 2007 г. В. В. Матыченков*, А. А. Кособршхов*, Н. И. Шабнова*, Е. А. Бочарникова**
*Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино, Россия **Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
142290 Пущино, Россия Поступила в редакцию 10.11.2006 г.
В условиях вегетационного опыта исследовали влияние кремнийсодержащих соединений на засухоустойчивость ячменя. Внесение активных форм кремния в почву приводило к снижению отрицательного воздействия водного стресса на растения. Активные формы кремния так же повышали содержание доступного для растений фосфора в почве.
ВВЕДЕНИЕ
В естественных ценозах и агроценозах одним из лимитирующих жизнедеятельность растительных организмов факторов является водообеспе-ченность растений. В настоящее время исследования в этой области особенно актуальны. Наблюдаемые глобальные изменения климата Земли и, как результат, увеличение площадей засушливых регионов требуют разработки и использования новых подходов к сельскохозяйственному производству на этих территориях. Решение данной проблемы тесным образом связано с повышением эффективности использования растениями воды. В ряде засушливых регионов расход пресной воды на орошение приближается к 80-90% от всего объема всей потребляемой воды [1].
Одним из перспективных, но дорогих подходов, позволяющих снизить отрицательное действие водного стресса на сельскохозяйственные растения, является использование растений с модифицированным генетическим аппаратом. Широкое использование данного подхода, однако, остается под вопросом из-за возможности отрицательного воздействия продуктов, полученных из этих растений, на человека [2]. Другим подходом к повышению засухоустойчивости растений является оптимизация минерального питания растений. Однако, как правило, внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений приводит не к увеличению, а к снижению устойчивости сельскохозяйственных растений к засухе [3]. Дополнительное накопление биомассы при увеличении доз внесения удобрений требует большего расхода воды. Анализ литературных данных и результаты наших исследований свидетельствуют о том, что растение более продуктивно использует влагу при внесении кремниевых удобрений или цинк-
содержащих препаратов [4-6]. Особый интерес заслуживает применение кремниевых удобрений. Так как внесение в почву активных форм кремния не только способствует повышению устойчивости растений к засухе, но и приводит к увеличению устойчивости к другим стрессовым воздействиям и положительно влияет на качество и количество получаемого урожая [4, 7-9]. Вместе с тем вопрос о действии кремния на растения во многом остается открытым.
В задачу данной работы входило изучение влияния кремниевых удобрений на использование воды растениями при различных уровнях водо-обеспеченности.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В предварительных экспериментах был определен оптимальный уровень полива растений для используемого грунта. В пластиковые сосуды емкостью 1 л помещали песчаную почву, отобранную из верхнего горизонта аллювиальной пойменной почвы на пойме р. Ока у г. Пущино с содержанием песка 95%, pHHjO 7.4, Сорг 0.2-0.4%. Далее в
сосуды высевали по 20 зерен ячменя (Hordeum vulgare L.) Московский-9. Один раз в день проводили полив растений дистиллированной водой в количестве 30, 40, 50, 60 и 70 мл на один сосуд. После трех недель вегетации определяли накопление надземной биомассы в расчете на одно растение, которое составило 0.57 ± 0.06, 0.71 ± 0.06, 0.75 ± ± 0.06, 0.74 ± 0.06 и 0.75 ± 0.06 г на 10 растений соответственно для различных норм орошения. Наибольшее накопление биомассы растениями наблюдали в варианте, когда в сосуд добавляли 50 мл воды. Это количество воды в день на сосуд
1.4
1.2
w к
о £
w
ig 1.0
м н о
&0.8
*
н
*
«
0.6
«
и к
н &
О
А
Полив 100%
Полив 80%
1 4 7
Полив 60% □ 2 И 3
5 в 6
Полив 40%
Влияние кремниевых удобрений на накопление биомассы растениями ячменя при различных уровнях полива: 1 - контроль (без SiO2), 2 - SiO2 1 г/кг почвы, 3 - SiO2 2 г/кг почвы, 4 - шлак 1 г/кг почвы, 5 - шлак 2 г/кг почвы, 6 - Zumsil разбавление 1 : 1000, 7 - Zumsil разбавление 1 : 5000.
было принято как 100%-ная норма полива в нашем эксперименте.
Для изучения влияния кремниевых соединений на использование воды растениями применяли следующие формы удобрений: аморфный диоксид кремния (препарат "Белая сажа", содержащий гид-ратированный диоксид кремния с площадью поверхности 30 м2/г), силикат кальция с примесями железа, алюминия, магния и марганца и содержащий от 19 до 25% Si (отход Запорожского металлургического комбината) и жидкое удобрение Zumsil (США), содержащее 16% Si в форме монокремниевых кислот. В пластиковые сосуды емкостью 1 л помещали песчаную почву, описанную выше, и вносили кремниевые удобрения в количестве 0, 1 и 2 г/кг субстрата. Жидкое удобрение Zumsil использовали при поливе, разбавляя его в 1000 и 5000 раз. Полив проводили каждый день 50 мл (100%), 40 мл (80%), 30 мл (60%) и 20 мл на сосуд (40% полива). Температуру в теплицах поддерживали равной 22-24°C днем и 20-22°C ночью. После 3 нед. вегетации в растительных образцах определяли накопление биомассы и общее содержание кремния [10]. В почвенных образцах, отобранных из сосудов после проведения эксперимента, определяли содержание монокремниевых и поликремниевых кислот (водная вытяжка из свежей почвы), кислоторастворимый кремний (0.1 н. HCl), содержание кислоторастворимого фосфора (0.1 н. HCl) с использованием общепри-
нятых и разработанных нами методик [11-13], а также определяли pHH O почвенного раствора.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Внесение кремниевых удобрений в почву приводило к повышению накопления биомассы растениями ячменя от 10 до 53% для различных форм вносимого кремния в условиях оптимального увлажнения (рисунок).
Уменьшение нормы полива на 20, 40 и 60% вызывало снижение накопления биомассы растениями в контрольных вариантах на 6, 24 и 46% соответственно. Внесение кремнийсодержащих соединений способствовало уменьшению отрицательного действия дефицита воды в почве на растения ячменя. Так, аморфный диоксид кремния в дозах 1 и 2 г/кг, а также силикат кальция, содержащий активный кремний, наиболее ярко продемонстрировали положительный эффект при 80 и 60%-ных нормах полива растений. Накопление растениями биомассы в этих вариантах превышало уровни соответствующих контролей на 19-42%. Увеличение дефицита воды в почве при снижении полива приводило к снижению накопления биомассы по сравнению с оптимальным режимом полива почвы и в вариантах с внесением активных форм кремния. Однако по сравнению с соответствующими контролями всегда наблюдался
0
Таблица 1. Влияние кремниевых удобрений на содержание моно- и поликремниевых кислот, кислотораствори-мого кремния и фосфора и рН почвы
Водная вытяжка, мг/кг Кислая вытяжка, мг/кг
Si Р Si Р
Вариант
рН
Н2о
Контроль
SiO2 1 г/кг
SiO2 2 г/кг
Шлак 1 г/кг
Шлак 2 г/кг
Zumsil разбавление 1
1000
Zumsil разбавление 1 : 5000
Контроль
SiO2 1 г/кг
SiO2 2 г/кг
Шлак 1 г/кг
Шлак 2 г/кг
Zumsil разбавление 1
Zumsil разбавление 1
1000 5000
Контроль
SiO2 1 г/кг
SiO2 2 г/кг
Шлак 1 г/кг
Шлак 2 г/кг
Zumsil разбавление 1
1000
Zumsil разбавление 1 : 5000
4.7 18.1 24.5
8.5
15.4 11.8
9.4
4.8 16.3
22.7 8.2
14.3
14.5
10.8
6.2 13.2
19.7 8.3
12.9
17.8 8.2
100%-ное увлажнение
1.3 191.1 1.8 220.7
2.4 260.7 1.8 214.6
2.1 224.8 3.0 223.6
1.7 190.7 80%-ное увлажнение
1.4 186.5
2.8 237.7 3.0 269.9
1.9 237.5 2.8 266.8
2.8 215.7
1.9 184.4 60%-ное увлажнение
1.8 187.6
2.8 223.7
3.4 245.8
1.6 215.9
2.8 246.7
5.8 228.9
3.2 205.8 40%-ное увлажнение
51.4
64.7 72.9
64.5
69.8
75.9
50.3
52.4 63.2
73.8 63.2
74.6
66.7
58.9
56.4
60.7
66.8
56.4 63.6
69.5 61.4
Контроль 4.8 2.1 185.7 50.6 7.5
SiO2 1 г/кг 13.8 2.7 213.8 51.8 7.6
SiO2 2 г/кг 22.7 3.3 256.7 67.8 7.6
Шлак 1 г/кг 6.8 2.5 226.8 62.7 7.6
Шлак 2 г/кг 12.7 2.8 254.8 74.7 7.6
Zumsil разбавление 1 : 1000 12.6 4.5 234.7 73.4 7.7
Zumsil разбавление 1 : 5000 9.6 3.5 221.7 66.7 7.6
НСР05 0.5 0.3 5.8 2.1 0.2
положительный эффект от применения кремниевых удобрений на растения. Поэтому обычно накопление биомассы растениями в вариантах с внесением активных форм кремния и при снижении норм полива было на уровне или выше по сравнению с контрольным вариантом при 100%-ном поливе. Только при сильном дефиците воды в почве наблюдалось снижение эффективности при использовании препарата 2ишзП по сравнению с соответствующим контролем (рисунок).
Положительная реакция растений на внесение кремниевых удобрений при дефиците воды в почве может быть связана с увеличением содержания доступного кремния и фосфора в почве (табл. 1). Действительно, внесение кремниевых удобрений при оптимальном режиме полива приводило к увеличению содержания монокремниевых кислот в почве и к увеличению содержания водо- и кислоторастворимых форм фосфора. Уменьшение количества воды, используемой для полива,
Таблица 2. Влияние кремниевых удобрений на содержание общего кремния в сухой массе проростков и корней, ячменя, %
Вариант 100%-ное увлажнение 80%-ное увлажнение 60%-ное увлажнение 40%-ное увлажнение
проростки корни проростки корни проростки корни проростки корни
Контроль 0.50 0.44 0.52 0.46 0.58 0.46 0.58 0.50
SiO2 1 г/кг 1.08 0.81 1.15 0.79 1.21 0.89 1.19 0.95
SiO2 2 г/кг 1.24 0.92 1.26 0.93 1.28 0.93 1.26 1.02
Шлак 1 г/кг 0.81 0.54 0.80 0.63 0.87 0.67 1.02 0.65
Шлак 2 г/кг 0.92 0.63 1.03 0.75 1.15 0.80 1.12 0.88
Zumsil разбавление 1 :1000 1.25 0.84 1.28 0.75 1.29 0.94 1.29 0.83
Zumsil разбавление 1 : 5000 1.03 0.73 1.15 0.73 1.18 0.85 1.22 0.72
НСР05 0.20 0.10 0.20 0.10 0.20 0.10 0.20 0.10
не влияло на содержание водо- и кислотораство-римых форм кремния в почве, хотя можно говорить о некоторой тенденции к их снижению. Напротив, содержание доступного фосфора в почве увеличивалось вплоть до 30-40%. Одним из объяснений наблюдаемой картины
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.