АГРОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 17-24
Питание растений
УДК 631.811.3:631.671
ПОВЕДЕНИЕ КАЛИЯ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВОДНОГО РЕЖИМА
© 2007 г. В. И. Никитишен, В. И. Личко
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2, Россия Поступила в редакцию 19.07.2006 г.
В вегетационных опытах с кукурузой и ячменем в оптимальных условиях водного режима почвы и дефицита влаги изучены динамика содержания калия в надземной биомассе растений и возможность транслокации его в корни во время созревания. В отсутствие воздействия атмосферных осадков на растения не снижался уровень накопления этого элемента питания в вегетативных органах и зерне в репродуктивный период вегетации. Имитация кратковременного дождя путем опрыскивания растений ячменя водой после фазы цветения не приводила к вымыванию калия из растительных тканей. Вымывание калия наблюдали в полевых опытах с зерновыми культурами под влиянием ливневых дождей с интенсивностью до 67 мм/сут.
ВВЕДЕНИЕ
Известно [1], что большая часть калия находится в растениях в ионной форме, выполняя важные физиологические функции во многих процессах обмена веществ растительного организма. Одной из таких функций является участие калия в регулировании водного обмена растений, механизм действия которого тесно связан с определяющей ролью этого элемента питания в поддержании оптимального уровня осмотической концентрации клеточного сока. Установлено, что повышение осмотического потенциала в замыкающих клетках, обеспечивающих открывание устьиц листьев, находится в прямой зависимости от концентрации в них ионов калия [2]. Дефицит калия вызывает усиление устьичного сопротивления листьев, в результате чего происходит более медленное, чем у растений, оптимально обеспеченных калием, закрывание устьиц и повышается расход влаги на транспирацию. Калийная недостаточность обусловливает ослабление водоудерживаещей способности растений, что также влечет за собой значительные потери влаги вегетативными органами.
Отличительной особенностью поведения калия в растениях является то обстоятельство, что, находясь в лабильной связи с клеточным веществом, он может легко вымываться из растительных тканей атмосферными осадками [3]. Вследствие этого проявляется дефицит калия, отрицательно сказывающийся на продукционном процессе растений. Как показали наши исследования [4-7], при интенсивном выпадении атмосферных осадков в репродуктивный период вегетации зерновых злаков из надземных органов растений может вымываться до 60% содержащегося в них калия, что со-
здает неблагоприятные условия для оттока асси-милятов в формирующееся зерно и снижает эффективность калийных удобрений.
Следует отметить, что в ряде публикаций, посвященных проблемам биогеохимии [8], приводятся согласующиеся с нашими данные о существенном (на 50-80%) снижении в листьях растений содержания калия, а также некоторых микроэлементов (Ре, Zn, Си, Мо, Со) после выпадения интенсивных дождей. При этом характерно, что под влиянием слабых, моросящих, даже длительно продолжающихся дождей концентрация в растениях калия и микроэлементов изменялась незначительно.
Известно [1], что потери калия из надземных органов растений могут происходить также путем выделения его через корневую систему. Такое явление наблюдалось нами при выращивании озимой пшеницы в условиях сильно выраженного дефицита влаги в первый период вегетации [9]. Неблагоприятное воздействие засухи на посевы проявилось в том, что, начиная с фазы трубкова-ния и вплоть до цветения, отмечено значительное снижение содержания калия (на 37 кг К2О/га) в надземной биомассе. Наряду с убылью калия, имело место уменьшение количества в ней также азота (на 22 кг/га) и фосфора (на 3 кг/га). В благоприятных условиях водного режима в этот период роста растениями обычно потребляется наибольшее количество элементов питания. Следует подчеркнуть, что в последующем, при достаточной обеспеченности посевов влагой (во время формирования, налива и созревания зерна выпало 150 мм осадков) наблюдалось усиленное потребление растениями азота и фосфора. В отличие от этого, компенсации потерь калия, которые произошли в посевах пшеницы за период трубкование-цвете-
ние, в репродуктивные фазы роста не выявлено. Более того, продолжалось дальнейшее падение уровня калия в растениях (на 33 кг/га ко времени полной спелости), связанное по всей вероятности уже с вымыванием его обильными дождями.
Экспериментальные данные, характеризующие тесную зависимость потерь калия зерновыми злаками от количества и интенсивности выпадения атмосферных осадков во время созревания, получены нами преимущественно в полевых опытах. В этих условиях трудно вычленить долю потерь калия вследствие выделения его с корневыми экссудатами. Такая возможность представляется при проведении исследований в вегетационных опытах, когда исключается воздействие атмосферных осадков на растения, и заданный уровень водного режима поддерживается путем подачи влаги на поверхность почвы в сосудах.
Цель исследования - изучение динамики поступления калия в надземные органы растений и возможности выделения его через корневую систему при выращивании в условиях оптимального водного режима почвы и дефицита влаги в течение вегетации. Предстояло также выяснить, в какой степени опрыскивание растений (имитация дождя) тем же количеством воды, которое подается в почву, может вызвать вымывание калия из надземной биомассы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили в вегетационных опытах с кукурузой на типичном черноземе и с ячменем на серой лесной почве. При постановке вегетационного опыта с кукурузой использовали почву из пахотного горизонта типичного чернозема со следующими агрохимическими показателями: рНкс1 6.4; содержание гумуса - 6.3%; общего азота - 0.32; общего Р205 - 0.20; общего К20 -2.52%. Обеспеченность минеральным азотом (нитраты + обменный аммоний) составляла 2.6, подвижным фосфором (по Чирикову) - 4.7, обменным калием (по Масловой) - 32.0 мг/100 г. Емкость сосудов - 14 кг воздушно-сухой почвы. Минеральные удобрения вносили при набивке сосудов из расчета 225 мг N 150 мг Р205 и 150 мг К20 на 1 кг сухой почвы. Схема опыта включала следующие варианты: без удобрений (контроль), N №, №К, повторность вариантов шестикратная. В течение вегетации кукурузы создавали оптимальный (70% ПВ) и недостаточный (40% ПВ) режимы увлажнения почвы. Полная влагоемкость почвы составляла 56.5%. Посев кукурузы проводили в середине мая выровненными по массе (300 мг) и наклюнувшимися семенами по 3 семени на сосуд. Во время формирования 3-4 листьев в сосудах оставляли по одному, наиболее здоровому растению и доводили сосуды до поливного веса. Для изучения динамики прироста надземной
биомассы растений и содержания в ней калия использовали дополнительное количество сосудов (пятикратная повторность), пробы из которых отбирали в фазы 5-6 листьев, 10-12 листьев, начала цветения початков и восковой спелости.
При проведении вегетационного опыта с ячменем использовали серую лесную почву, взятую из слоя 0-20 см и имеющую следующие агрохимические показатели: рНКс1 5.4; содержание гумуса -2.2%; общего N - 0.12; общего Р205 - 0.09; общего К20 - 2.26%. Суммарное содержание нитратного и аммонийного азота в почве составляло 0.96, подвижного фосфора (по Кирсанову) - 4.5, обменного калия (по Масловой) - 8.8 мг/100 г. Емкость сосудов - 5 кг воздушно-сухой почвы. Минеральные удобрения в расчете на 1 кг сухой почвы вносили при набивке сосудов в следующем количестве: по 200 мг азота, Р205 и К20. Схема опыта включала варианты № и №К в шестикратной повторности. В одной серии опыта на протяжении всей вегетации ячменя поддерживали режим оптимального увлажнения (70% ПВ), в другой серии создавали дефицит влаги (40% ПВ). Полная влагоемкость почвы составляла 49.0%. В период после цветения и до полной спелости ячменя в одной половине сосудов каждой серии полив продолжали осуществлять путем подачи воды в почву, в другой половине - опрыскивая ею растения в эквивалентном количестве. Всего за репродуктивный период вегетации ячменя было проведено 8 таких поливов, что в сумме составило 4 и 2 л воды. Посев ячменя в сосудах проводили предварительно замоченными и наклюнувшимися семенами по 12 семян на сосуд в первой декаде июня. Пробы растений для изучения динамики прироста надземной биомассы ячменя и содержания калия отбирали в фазы цветения, молочно-восковой и полной спелости зерна с 2 сосудов каждого варианта опыта. В варианте №К в эти же фазы роста определяли биомассу корней и содержание в них калия.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Наблюдения за ростом, формированием листовой поверхности и накоплением биомассы растений в вегетационном опыте с кукурузой показали, что интенсивность течения этих процессов в решающей степени зависела от обеспеченности азотом и фосфором, находящимися в почве в первом минимуме, а также влагой (табл. 1). Наиболее благоприятные условия для синтеза органических веществ в растительном организме создавались при сбалансированном уровне азотного и фосфорного питания и оптимальном режиме увлажнения почвы (70% ПВ). Такое сочетание факторов способствовало усилению роста стебля, листьев и початков кукурузы, образующей в 5 раз более мощную надземную биомассу, чем в
Таблица 1. Динамика роста растений и формирования листовой поверхности кукурузы в различных условиях минерального питания и водного режима
Высота растений, см Площадь листьев 2 см2
Вариант 5-6 листьев 10-12 цветение восковая 5-6 листьев 10-12 цветение
листьев початков спелость листьев початков
Влажность почвы 70% ПВ
Без удобрений 24 83 124 154 78 1030 3300
(контроль)
N 27 105 195 198 92 1680 5950
№ 31 135 198 210 132 3780 5950
№К 35 132 217 223 155 3400 5890
Влажность почвы 40% ПВ
Без удобрений 24 82 128 143 70 1120 3410
(контроль)
N 27 71 132 175 86 890 2840
№ 34 94 163 163 130 1990 4750
№К 29 98 159 160 95 2030 4410
НСР05 3 11 19 21 20 290 570
контроле. В период созревания ассимиляты активно передвигались из вегет
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.