АГРОХИМИЯ, 2014, № 9, с. 58-66
УДК 581.11:631.559:631.811.93:631.893
ВЛИЯНИЕ СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ И СЛОЖНОГО NPK-УДОБРЕНИЯ на водный режим ЛИСТЬЕВ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
© 2014 г. Н.Е. Самсонова, З.Ф. Зайцева, М.В. Капустина, Н.А. Антонова
Смоленская государственная сельскохозяйственная академия 214000 Смоленск, ул. Б. Советская, 10/2, Россия E-mail: n_samsonova@list.ru
Поступила в редакцию 02.06.2014 г.
Приведены данные урожайности яровой пшеницы, изменения содержания свободной и связанной воды, водного дефицита и дефицита относительной тургесцентности листьев растений под действием кремнийсодержащих соединений и сложного минерального удобрения. Показано, что одним из механизмов повышения стабильности урожайности в изменяющихся погодных условиях является перестройка структуры клеточной воды в сторону образования связанной и снижение водного дефицита в тканях растений.
Ключевые слова: соединения кремния, сложное минеральное удобрение, яровая пшеница, урожайность, водный режим листьев.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее частых причин снижения урожаев сельскохозяйственных культур на территории России являются засухи, частота проявления которых в историческом плане увеличивается: с XI по ХХ век она выросла почти в 7.5 раза (с 8 до ~60 соответственно) [1]. За последние 40 лет обширные засухи, сопровождавшиеся значительным снижением урожайности зерновых культур, отмечены в 1972, 1975, 1979, 1981, 1995, 1998, 1999, 2010 и 2012 гг. В этих условиях вопросы повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к дефициту влаги приобретают особую актуальность.
Среди агрохимических средств воздействия на растения в направлении повышения их устойчивости к неблагоприятным факторам среды вообще и к дефициту влаги в частности заслуживают внимания кремнийсодержащие удобрения, мысль о необходимости производства которых в нашей стране была высказана еще в 80-е годы прошлого столетия [2]. Однако до сих пор отечественная промышленность их практически не выпускает. Вместе с тем, для корневого питания растений есть возможность использовать высококремнистые природные материалы (цеолиты, диатомиты, трепела, сапропели), некоторые отходы промышленности (металлургические шлаки, золу бурых
углей), для некорневого - органические (препараты мивал, мивал-агро, ТЭС) и неорганические (силикат натрия, силиплант) соединения кремния.
На основе отходов металлургической промышленности, содержание кремния в которых достигает 20-40%, в России был разработан кремнийсодержа-щий мелиорант силковит, эффективность которого показана на зерновых культурах [3]. Однако этот мелиорант пока не зарегистрирован [4].
Перспективным направлением использования соединений кремния является получение капсули-рованных минеральных удобрений с контролируемым выходом питательных элементов в раствор. Исследования с капсулированными силикатом натрия, мочевиной [5] и суперфосфатом [6] показали повышение их эффективности по сравнению с традиционными формами за счет сокращения потерь питательных элементов при вымывании и снижения химического связывания фосфатов почвой.
Высококремнистые природные материалы -цеолиты, диатомиты, трепела - относятся к группе биологически активного и экологически безопасного минерального материала, способного улучшать круговорот питательных веществ и повышать плодородие почв. Из-за разветвленной внутренней системы пор и каналов они имеют хорошую водоудерживающую способность (до 70% от своей массы) и максимальную среди природных сорбентов обменную емкость (до
150 мг-экв/100 г). Это способствует сохранению почвенной влаги, повышению емкости поглощения почвы (в 1.5-2.0 раза), снижению потерь газообразных соединений азота [7].
Ионообменные и адсорбционные свойства этих руд, известные с конца XIX века, послужили основанием для их применения в самых различных сферах деятельности человека, в том числе в земледелии. Исследования по использованию их в этой области были начаты в 1960-1970 гг. в Японии, Канаде и США и в настоящее время активно проводятся в нашей стране [7-13].
Основные запасы природных цеолитов сосредоточены в Европе, России, Японии, США. В странах СНГ они составляют ~1.6 млрд. т. На территории России выявлено примерно 120 месторождений с запасом породы 661.9 млн. т (40% запасов стран СНГ). Одним из новых (разведано в 2000 г.) месторождений цеолитов является Хо-тынецкое (Орловская обл.), в котором сосредоточено 56.5 млн. м3 сырья [14].
По данным [8], высококремнистые породы оказывают положительное влияние на агрохимические показатели почв, снижают подвижность тяжелых металлов в почве, на 20-40% повышают усвоение питательных элементов из минеральных удобрений. Это снижает их расход на производство единицы продукции, сорбцию свеже-внесенных фосфорных удобрений и существенно повышает урожайность сельскохозяйственных культур [15-17]. На дерново-подзолистых почвах Беларуси разбросное внесение под зябь природного кремнийсодержащего удобрения на основе хотынецкого цеолита в дозах 0.3 и 0.6 т/га повысило урожайность 3-х различных сортов картофеля в среднем на 7.4 и 10.2 т/га (или на 19 и 27%) и улучшило товарные и биохимические показатели качества продукции. При локальном внесении дозы 0.3 т/га урожайность 5 различных сортов повысилась в среднем на 5.0 т/га или на 12.5% [18]. Использование этого удобрения в условиях Смоленской обл. в аномально жарком и засушливом 2010 г. обеспечило 33% дополнительного урожая картофеля [19].
Положительные эффекты цеолита в земледелии связаны как с его уникальными физическими и физико-химическими свойствами, так и с его составом, в частности - с наличием активного кремнезема.
Исследования [13] показали, что кремний может поступать в растения не только через корневую систему (до 1-5%), но и через листья (до 30-40%), что может быть использовано в сельскохозяйственной практике при обработке вегети-
рующих растений кремнийсодержащими соединениями минеральной и органической природы.
Из органических кремнийсодержащих препаратов наибольший интерес представляют силат-раны. Установлено, что 1-хлорметилсилатран, входящий в состав препаратов мивал, мивал-агро, энергия-М, повышает устойчивость растительных клеток к высокой температуре и улучшает структуру их фотосинтетического аппарата [20], проявляет положительный эффект при возделывании большинства сельскохозяйственных культур [21-23]. В исследованиях [24] опрыскивание ве-гетирующих растений яровой пшеницы мивалом обеспечило 13%-ную прибавку урожая.
Мивал и мивал-агро, в состав которого кроме 1-хлорметилсилатрана входит ауксиноподобное вещество крезацин, могут быть использованы и для предпосевной обработки семян. Например, результативность обработки семян яровой пшеницы мивалом выразилась в получении 19% дополнительного урожая [24]. При обработке семян ячменя и яровой пшеницы мивалом-агро выросла устойчивость растений к фитопатогенам, особенно к поражению корневыми гнилями (до 22%) и септориозом (до 40%), что обеспечило в среднем за 3 года рост урожайности зерна на 25%. Сочетание мивала-агро с протравителем еще более повысило эффективность обработки и позволило в 2 раза снизить норму расхода последнего по сравнению с рекомендуемой [6].
В последние годы ведется изучение возможности использования в земледелии неорганического кремнийсодержащего соединения - силипланта, в состав которого входят кремний, железо, магний, медь, цинк, бор и другие микроэлементы, стимулирующие поглощение макроэлементов и их включение в обмен веществ, а также повышающие устойчивость растений к негативным факторам внешней среды [25, 26].
Таким образом, приведенный анализ литературы показал, что кремнийсодержащие соединения положительно влияют на большинство сельскохозяйственных культур. Вместе с тем следует отметить, что кремний до сих пор остается одним из наименее изученных питательных элементов, несмотря на возросший к нему интерес в последние годы.
В настоящее время известно, что основные его функции выражаются в формировании механической, физиологической и биохимической защиты растений от биотических и абиотических стрессов [17, 27-29]. Участие в стабилизации продукционного процесса в изменяющихся условиях выращивания растений осуществляется разными путями. Среди них можно отметить ин-
дукцию активности антиоксидантных ферментов каталазы и пероксидазы [17] и фитогормонов-стимуляторов [30], способность поликремниевых кислот удерживать молекулы воды внутри клеток и высвобождать их в период засухи [13, 31], снижение интенсивности транспирации из-за изменения угла наклона листьев и локализации под кутикулой в виде тонкого кремний-целлюлозного слоя [28, 32]. Установлено, что ткани с наибольшей способностью к испарению воды оказываются наиболее окремненными [33], что свидетельствует о существовании в растениях механизма переноса в зоны, подверженные стрессу.
Несмотря на рост числа публикаций по раскрытию функций кремния в растениях, вопрос все еще остается недостаточно изученным, особенно в контексте рассматриваемой проблемы стабилизации продукционного процесса в изменяющихся условиях среды с помощью агрохимических средств. В частности, учитывая приведенные выше сведения о роли кремния в поддержании водного баланса тканей, представляет интерес выяснение влияния его на состояние внутриклеточной воды.
По данным ряда авторов, устойчивость растений к изменяющимся условиям среды в большой мере определяется соотношением свободной и связанной воды в тканях [34-36]. Свободная вода обусловливает физиологическую активность растений. Связанная вода, играющая структурообразующую роль, имеет значение в устойчивости протопласта и растения в целом. В условиях стресса содержание связанной воды в листьях растений повышается, что сопровождается замедлением роста, снижением интенсивности обменных процессов [37], уменьшением водоотдачи и способствует сохранению водного гомеостаза [38].
Цель работы - изучение изменения состояния внутриклеточной воды в листьях яровой пшеницы под действием соединений кремния и сложного NPK-удобрения и его связи с урожайностью в изменяющихся условиях выращивания.
МЕТОДИКА
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.