АГРОХИМИЯ, 2015, № 10, с. 50-56
УДК 631.81:633.11"324":581.13:581.43:631.445.25
НАКОПЛЕНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ КОРНЕВОЙ СИСТЕМОЙ РАСТЕНИЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ В СКЛОНОВОМ АГРОЛАНДШАФТЕ
© 2015 г. Д.В. Дубовик, Е.В. Дубовик
Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии 305021 Курск, ул. Карла Маркса, 70б, Россия E-mail: dubovikdm@yandex.ru
Поступила в редакцию 05.05.2015 г.
Исследовано накопление корнями озимой пшеницы макро- (N, P, K) и микроэлементов (Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Cd) в зависимости от местоположения посева в склоновом агроландшафте. Установлено, что биомасса корней, развивающихся в почве, зависела от экспозиции склона и местоположения на склоне. Накопление корнями макро- и микроэлементов на склонах полярных экспозиций имело разнонаправленный характер, обусловленный индивидуальными особенностями поглощения элементов. Содержание микроэлементов в корнях зависело от особенностей кислотного режима почвы склонов, количества органического вещества и содержания микроэлементов в почве.
Ключевые слова: макро- и микроэлементы, корневая система, растения озимой пшеницы, серая лесная почва, склоновый агроландшафт.
ВВЕДЕНИЕ
Вовлечение химических элементов в биогеохимический круговорот является одной из важнейших геохимических функций растений [1]. Растения довольно легко поглощают различные формы элементов питания из почвенных растворов [2]. В естественных природных экосистемах возврат в почву поглощенных растениями элементов осуществляется вместе с растительным опадом [3]. В агроэкосистемах при сельскохозяйственном производстве значительная часть биомассы отчуждается с поля, уменьшая возврат элементов питания в почву. Вместе с тем подземные органы растений - корни - остаются в почве, являясь своеобразным резервуаром для накопления химических элементов. Для корневой системы растений характерно неограниченное поглощение микроэлементов или, так называемый, безбарьерный тип поглощения, поэтому она проявляет большую активность в переводе микроэлементов, связанных в почве, в подвижное состояние [4, 5]. Также корневая система растений способствует механической задержке тяжелых металлов (ТМ), переводя их в малоподвижное состояние, тем самым выполняя защитную функцию [6]. Концентрация макро- и микроэлементов в корнях расте-
ний может быть разной даже в пределах одного района произрастания. Это обусловлено многими факторами: химическим составом почв, их типом, минералогическим составом, уровнем рН и т. п. Одним из важнейших факторов является рельеф местности. Будучи значимым фактором почвообразования, он играет заметную роль в перераспределении масс-потоков химических элементов [7]. Поэтому на различных элементах рельефа показатели поглощения и накопления корнями растений макро- и микроэлементов отличаются.
В связи с этим цель работы - определение характера накопления корневой системой озимой пшеницы некоторых химических элементов в зависимости от местоположения посева в рельефе (экспозиции и крутизны склона).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проведено на территории хозяйства СПК "Рассвет" (Курская обл., Глушковский р-н) на склонах полярных экспозиций - северной и южной, а также водораздельном плато, расположенных в одном геоморфологическом профиле. Возделываемая культура - озимая пшеница. Исследование проводили после уборки урожая в
образцах корневых систем растений, отобранных из пахотного слоя (0-25 см) почвы, т.к. в этом слое сосредоточено до 90% корневой массы злаковых культур [8]. Отбор проб проводили методом монолитов [9]. Площадки отбора были заложены на склонах при уклоне 1о, 3о, 5о и в центральной части водораздельного плато. Почва исследованного участка - серая лесная тяжелосуглинистая (табл. 1). Из отобранных образцов почвы отмывали корни с последующим их высушиванием.
В полученных образцах корней проводили определение макроэлементов (азота, фосфора и калия по методу Гинзбург) и ТМ (марганца, меди, цинка, кобальта, никеля, свинца, кадмия). Валовое содержание ТМ в корнях проводили по методу сухого озоления и кислотного сжигания (мокрого озоления) по [10] с последующим определением на атомно-абсорционном спектрофотометре AAS-30. В почве определяли рНкс1, гидролитическую кислотность (по Каппену), содержание подвижных форм фосфора и калия (по Чирикову), гумуса (по Тюрину), обменных кальция и магния (по ГОСТ 26487-85), подвижных форм микроэлементов в ацетатно-аммонийном буфере рН 4.8 [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Установлено, что накопление биомассы корневых систем зависело от экспозиции и крутизны склона, причем эта зависимость проявлялась неоднозначно. На склоне северной экспозиции по мере увеличения крутизны склона происходило увеличение биомассы корней с 0.34 т/га при 1о уклона до 1.44 т/га при 3о и 1.52 т/га при 5о уклона (табл. 2). Наибольшая масса корней была сосредоточена в нижней части северного склона, что, очевидно, связано с большим увлажнением этой части теневого склона и большим содержанием гумуса в почве.
На склоне южной экспозиции наблюдали ту же тенденцию. Биомасса корней в почве увеличивалась от верхней (1о) к нижней (5о) части склона, хотя в средней и нижней частях южного склона запасы корней были меньше по сравнению с северным склоном в 3.0 и 3.1 раза соответственно. Это, очевидно, было связано с большим содержанием гумуса в почве северного склона, т. к. между величиной биомассы корней и количеством гумуса установлена тесная корреляционная связь (г = 0.90).
На водораздельном плато по сравнению с южным слоном биомасса корней в почве была больше на 0.45-0.58 т/га. Верхняя часть северного склона
уступала по количеству корней водоразделу на 0.60 т/га, средняя и нижняя части склона превосходили водораздельное плато по запасам корней на 0.50 и 0.58 т/га соответственно.
Анализ накопления корневыми системами макроэлементов азота, фосфора и калия показал, что оно зависело от местоположения посева в рельефе. На склоне северной экспозиции содержание общего азота в корнях постепенно снижалось от верхней (1о) к средней части (3о) на 0.11%, существенно увеличиваясь внизу склона (5о) на 0.39-0.50%. На южном склоне отметили ту же тенденцию: содержание азота в корнях снижалось от верхней к средней части склона на 0.10% и повышалось внизу склона (5о) на 0.11-0.21%. На склоне северной экспозиции накопление общего азота корнями было меньше, чем на склоне южной экспозиции. На водораздельном плато содержание азота в корнях составило 1.34%, что было больше на 0.39-0.50% по сравнению с верхней и средней частью северного склона, но меньше на 0.13-0.34% по сравнению с южным склоном.
Соответственно уровню накопления азота корневыми системами изменялись и его запасы, содержащиеся в корнях на 1 га пашни. На водораздельном плато стабильные запасы азота в корнях были равны 12.6 кг/га (табл. 3). На склоне северной экспозиции запасы этого элемента на 1 га увеличивались вниз по склону на 8.9-17.2 кг/га, что было связано с увеличением общей биомассы корней и запасов гумуса. На южном склоне запасы азота в корнях в средней и нижней частях склона были меньше, чем на северном склоне, что определялось небольшой биомассой корневых систем на этом склоне.
По уровню содержания фосфора в корнях северный склон несколько уступал южному и водоразделу. Как на северном, так и на южном склоне наименьшее количество фосфора отметили в средней части склона (3о) (табл. 1). В нижней части (5о) обоих склонов происходило увеличение содержания фосфора на 0.02-0.07%. На водораздельном плато содержание фосфора в корнях составляло 0.30%.
Что касается запасов фосфора в корнях на 1 га пашни, то они были пропорциональны величине биомассы корней. На северном склоне отмечено увеличение запасов фосфора вниз по склону с максимумом в нижней части - 4.72 кг/га. На склоне южной экспозиции наибольшие запасы также установлены в нижней части - 1.65 кг/га. Водораздельное плато характеризовалось средними запасами фосфора в корнях - 2.82 кг/га.
Таблица 1. Характеристика серой лесной почвы
Показатель Северный склон Водораздельное плато Южный склон
1о 3о 5о 1о 3о 5о
рНКС1 4.9 4.6 4.5 4.7 5.0 4.9 4.8
Гумус, % 1.86 2.38 2.58 2.50 1.77 1.86 1.67
Нг, мг экв/100 г 3.95 5.47 6.02 5.00 3.81 4.96 4.09
Са2+, мг экв/100 г 9.9 9.5 8.0 9.3 8.8 9.9 8.2
Р2О5, мг/100 г 14.6 14.0 13.5 15.4 17.1 11.7 12.6
К2О, мг/100 г 7.8 8.4 7.8 7.2 6.3 7.0 6.4
Мп, мг/кг 48.9 63.1 70.1 89.2 56.2 69.4 82.7
Си, мг/кг 0.4 0.3 0.2 0.4 0.1 0.2 0.3
Zn, мг/кг 0.7 1.1 0.5 0.7 0.8 1.4 1.2
Со, мг/кг 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2
N1, мг/кг 0.4 0.2 0.2 0.2 0.3 0.2 0.2
РЬ, мг/кг 0.8 1.1 1.0 1.6 0.8 1.0 0.6
Сё, мг/кг 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3
Относительно накопления калия корневыми системами растений было установлено, что как на северном, так и на южном склоне, происходило увеличение содержания этого элемента в корнях вниз по склону. Наибольшее содержание калия в биомассе корневых систем было отмечено для нижней части (5о) полярных склонов (табл. 2). Наименьшим содержанием калия в корнях характеризовалась водораздельное плато.
На северном склоне запасы калия в корнях соответственно увеличению биомассы корней и содержания в них калия возрастали вниз по склону и были самыми высокими при уклоне 5о -5.63 кг/га. На южном склоне в связи с невысокой биомассой корней запасы калия в них уступали аналогичным на северном склоне. Для этого склона также было характерно увеличение запасов калия в корнях сверху вниз по склону с максимумом при 5о уклона - 1.70 кг/га. Запасы калия в корнях на водораздельном плато составляли 2.73 кг/га и превышали запасы калия по сравнению с южным склоном на 1.02-1.57 кг/га и верхней частью северного склона - на 1.58 кг/га, но уступали средней и нижней частям северного склона на 1.88-2.90 кг/га.
Большой интерес представляет накопление корнями озимой пшеницы микроэлементов, тем более, что одни химические элементы являются биогенными и необходимы для жизнедеятельности растений (марганец, медь, цинк, кобальт), другие (никель, свинец, кадмий) относятся к тяжелым металлам и способны угнетать рост
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.