АГРОХИМИЯ, 2007, № 4, с. 10-22
Питание растений
УДК 581.133.8:635.34
ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ НАКОПЛЕНИЯ НИТРАТОВ В РАСТЕНИЯХ ПЕКИНСКОЙ КАПУСТЫ
© 2007 г. И. С. Беляева, Р. К. Саляев, Р. Н. Сабирова, Т. И. Лаптева
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН 664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 132, а/я 317, Россия E-mail: minpit@sifibr.irk.ru Поступила в редакцию 11.09.2006 г.
На примере растений пекинской капусты сорта Хибинская, как одного из сильнейших накопителей нитратов, показано влияние неблагоприятных факторов (низкой облученности и пониженной температуры в зоне корней) на рост, развитие, накопление растениями основных макроэлементов и нитратов. Найдены оптимальные соотношения между основными макроэлементами для уменьшения накопления нитратов в растении. Проведена экспериментальная апробация выявленных соотношений, которая показала преимущества сбалансированного минерального питания для повышения экологической безопасности продукции.
ВВЕДЕНИЕ
Аккумуляция нитратного азота в растениях определяется скоростью двух противоположных процессов - его поступлением и метаболизацией. Метаболизм нитратов зависит от их экзогенной концентрации, которая влияет на содержание гормонов, активность нитратредуктазы, соотношение метаболического и запасного пулов К03, синтетические и морфогенетические процессы [1]. При высокой обеспеченности растений азотом в сочетании с недостатком других элементов минерального питания и неблагоприятными условиями внешней среды: низкой облученности, температуры и др., накопление нитратов может опережать их метаболизацию, и растения способны накапливать избыточное количество нитратов.
Несмотря на многолетнее существование "нитратной" проблемы, имеющиеся в этой области работы, к сожалению, не всегда дают ответы, пригодные для использования их в конкретных условиях. Одним из наиболее эффективных и доступных способов снижения содержания нитратов в нитратнакапливающих растениях, по-прежнему, считается: использование ингибиторов нитрификации [2-5], или применения медленнодействующих удобрений [6]. Предлагают использовать природные цеолиты в сочетании с калием [7], торфо-гуминовые удобрения [8]. Другой, наиболее распространенный подход к улучшению качества продукции - локальное внесение удобрений [9] или установление определенного исходного содержания общего азота в почве [10]. Заменяют минеральный азот на органический [11] или его нитратную форму - на другие формы азотных
удобрений [12]. Подчеркивается важная роль микроэлементов, среди которых особое значение придается железу [13], бору и молибдену [12, 14], поэтому рекомендуют внекорневые подкормки этими элементами. Предлагают также и другие приемы, например, снижение дозы азотных удобрений до минимального уровня [15] или дробное их внесение [12], использование сортов и гибридов, генетической особенностью которых является слабое накопление нитратного азота [16].
Большое количество работ касается влияния соотношения №Р:К и других макроэлементов на содержание нитратов в растениях [17-20]. Обеспечение сбалансированного минерального питания считается одним из основных приемов регулирования содержания нитратов в растениях [21]. Однако данные эти противоречивы, что возможно связано с тем , что в некоторых исследованиях действовал фактор не соотношения, а недостаток или избыток элементов питания. Кроме того, на накопление нитратов в растениях значительно сильнее, чем соотношение элементов питания, влияют температура и влажность почвы, освещенность [20, 22, 23]. Поэтому при оптимизации питания необходимо учитывать эти факторы.
Цель настоящей работы - изучение физиологической потребности растений в соотношении основных элементов минерального питания в условиях различной облученности и температуры и определение оптимальных соотношений макроэлементов, пригодных для регулирования содержания нитратов до безопасного уровня.
Таблица 1. Состав питательных растворов, мг-экв/л
Вариант с преобладанием иона NO3 SO2- po3- K+ Ca2+ Mg2+
NO3 12 4 4 6 8 4
SO2- 4 12 4 6 8 4
PO3- 4 4 12 6 8 4
K+ Ca2+ Mg2+ 10 10 10 5 5 5 5 5 5 10 4 4 4 10 4 4 4 10
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования выбран один из наиболее сильных нитратнакопителей - растения пекинской капусты (Brassica pekinensis (Lour) Rupr) сорта Хибинская.
Растения выращивали в водной культуре методом систематических вариантов [24, 25]. Согласно схеме опыта [25], содержащей, например, три варианта (соответственно трем исследуемым элементам), ошибка определения минимальна, если минимальное относительное содержание каждого из двух элементов в опыте не менее 10 и не более 20% от общей суммы, а отношение анионов к катионам близки к единице, т.к., в противном случае, сравниваемые варианты будут существенно различаться по рН питательной смеси.
В наших опытах доля каждого из двух минорных элементов (V) была принята равной 20%, а доля исследуемого элемента (преобладающего в соотношении) была равна соответственно 60% (табл. 1).
Всего было шесть вариантов питания: три варианта анионной серии, в каждом из которых
преобладал один из исследуемых анионов (NO3,
SO4 или PO4 ), и три варианта катионной серии с преобладанием в питательном растворе одного из катионов (К+, Са2+ или Mg2+). Суммарная концентрация растворов 38 мг-экв/л, соотношение анионов к катионам составляло 1.11: 1. Питательные растворы готовили на водопроводной воде с учетом содержащихся в ней ионов. Использовали следующие химически чистые соли: Ca(NO3)2 ■ 4H2O, MgSO4 ■ 7H2O, KH2PO4, K2HPO4, KNO3, Mg(NO3)2 ■ ■ 6H2O, Na2SO4, K2SO4, KCl, CaCl2 ■ 6H2O. Кроме того, во все питательные растворы вносили хелат железа (5 мг Fе/л), микроэлементы от "А до Z" по Хоглэнду, Na2MoO4 ■ 2H2O (0.02 мг Мо/л), рН растворов поддерживали на уровне 6.0-6.5. На протяжении всего опыта растворы аэрировали. Относительного постоянства концентрации питательного
раствора достигали ежедневной заменой его на свежий раствор.
Используя камеры искусственного климата, создавали различные климатические режимы:
1) с постоянной температурой в зоне корней 17°С и облученностью 220 Вт/м2, температурой воздуха днем 25°С, ночью 17°С и продолжительностью светового периода 12 ч;
2) с температурой в зоне корней 11°С и облученностью 220 Вт/м2, с дневной температурой воздуха 25°С, ночной 17°С и световым периодом 12 ч;
3) с температурой в зоне корней 11°С и облученностью 220 Вт/м2, температурой воздуха днем 20°С, ночью 15°С и длительностью светового периода 10 ч;
4) с температурой в зоне корней 11°С и облученностью 110 Вт/м2, температурой воздуха днем 20°С, ночью 15°С и длительностью светового периода 10 ч.
Влажность воздуха во всех экспериментах поддерживали на уровне 70-75%. В экспериментах использовались ксеноновые лампы как наиболее близкие по спектру к естественному освещению. Облученность контролировали с помощью 12 пи-ранометров и проводили постоянную запись интенсивности светового потока на КСП-4. При необходимости корректировали равномерность облученности.
Откалиброванные по размеру и обработанные 1%-ным раствором КМпО4 семена высевали в ящики с кварцевым песком, увлажненным до 70%, и проращивали в камере фитотрона. Температура в камере 20°С, влажность воздуха 70%. С момента появления всходов растения поливали раствором, содержащим 1/10 от общей концентрации азотного варианта (табл. 1), и культивировали в следующих условиях: температура 20°С, при влажности воздуха 70-75%, облученности 200 Вт/м2 и продолжительности светового дня 12 ч.
В фазе одного настоящего листа растения помещали на опытные питательные растворы в
1.2-литровые пластмассовые сосуды. В варианте было 8 сосудов, по одному растению в каждом, повторность трехкратная. Растения выращивали до стадии технической спелости (25, 40 сут, в зависимости от заданных климатических условий). У растений, выращиваемых в условиях нормальной облученности и температуры (режим 1), стадия технической спелости (когда растения достигают максимального для данных условий вегетативного роста, но еще не приступили к стрелкованию) наступала через 25 сут от стадии массовых всходов, а у растений, выращиваемых при пониженной температуре в зоне корней и низкой облученности (режим 4), - только через 40 сут. Поэтому при изучении влияния на растения пониженной температуры (режим 2 в сравнении с режимом 1), возраст растений соответствовал 25 сут, а при изучении влияния низкой облученности (режим 4 в сравнении с режимом 3) - 40 сут от стадии массовых всходов. В конце экспериментов в свежей продукции определяли содержание нитратов по-тенциометрически с использованием ионоселек-тивного электрода [26]. Растения взвешивали, измеряли морфометрические показатели. Затем растения разделяли на листья, стебли и корни. Последние вначале отмывали холодной водопроводной водой, затем споласкивали дистиллированной, после чего растительный материал взвешивали, фиксировали 30 мин при 105°С и сушили при 60°-80°С. Сухой растительный материал подвергали мокрому озолению [27] и определяли азот [28] и фосфор [29] колориметрически. Калий определяли на пламенном фотометре, кальций и магний - на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-1.
По усредненным показателям массы сухого вещества одного растения с каждого варианта питания определяли оптимальные соотношения анионов и катионов по следующим формулам [24]:
1. Нахождение грубого оптимума OB (optimum brutto):
yt
OB = y, где yi - урожай с преобладанием
иона i, У - сумма урожаев, полученных во всех вариантах опыта.
2. Нахождение поправки (factor correction) для перехода от грубого оптимума OB к точному оптимуму OP:
F = 0.88n(0Bmin + V) - 0.6, где n - число ионов в опыте, OBmin - минимальное значение OB из найденных для отдельных элементов, V (value - уровень) - минимальное относительное содержание каждого из ионов в опыте. 0.88 и 0.6 - эмпирические константы, рассчитанные при геометрическом доказательстве метода [30].
3. Нахождение точного оптимума относительного содержания каждого из ионов в среде OPi (optimum possible):
F
OBt - -
OPt =
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.