АГРОХИМИЯ, 2009, № 11, с. 7-15
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв
УДК 631.81:631.559:633.11 "324":631.811.2:631.445.41
ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УРОЖАЙНОСТИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И ОПТИМАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНОГО ФОСФОРА В КАРБОНАТНОМ ЧЕРНОЗЕМЕ*
© 2009 г. И.И. Ельников1, О.А. Бирюкова2, В.С. Крыщенко2
1Почвенный институт им. В. В. Докучаева 119017 Москва, Пыжевский пер., 7, Россия 2 Южный федеральный университет 344006 Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, Россия E-mail: birukova@bio.rsu.ru
Поступила в редакцию 06.04. 2009 г.
Данные многоэлементной диагностики минерального питания озимой пшеницы в производственном посеве на черноземе карбонатном позволили выявить систему индикаторов для прогнозирования величины урожайности озимой пшеницы и оптимального содержания подвижного фосфора в почве. Предложен новый методический подход к прогнозированию оптимального содержания подвижного фосфора в почве по оптимальному содержанию элементов-индикаторов в надземной массе и зерне озимой пшеницы с применением множественно-регрессионных моделей.
ВВЕДЕНИЕ
Карбонатные черноземы юга России испытывают сильное антропогенное воздействие, что связано с их интенсивным использованием для выращивания зерновых и других культур. В период интенсификации химизации сельского хозяйства страны в эти почвы вносили большие дозы удобрений, особенно фосфорных, что привело к пространственной неоднородности содержания подвижного фосфора и варьированию других агрохимических показателей пахотных земель. В настоящее время неоднородность плодородия почв увеличивается под влиянием с деградационных процессов, связанных с действием антропогенных факторов, эрозией, а также техногенным воздействием вблизи автомобильных дорог. Поэтому возникла проблема комплексного изучения эффективного плодородия черноземов с учетом физико-химических свойств каждого поля и биологических особенностей потребления питательных элементов культурами, а также их реакции на пространственную неоднородность агрохимических показателей почв. Комплексный подход к оценке эффективного плодородия почв - важнейшее условие экологизации земледелия и управления качест-
* Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки РФ (№2.1.1/3819).
вом растительной продукции. Такого рода исследования в настоящее время практически не проводятся. Не изучена полностью реакция зерновых культур на изменение качества их питания при изменении агрохимических показателей почвы, с которыми тесно связаны качество растительной продукции и ее экологическая безопасность. На карбонатных черноземах приоритетное значение имеет применение фосфорных удобрений, эффективность которых зависит от содержания подвижного фосфора в почве [1]. Разработаны градации почв по обеспеченности подвижным фосфором [2], но они имеют высокую степень обобщения, не дифференцированы применительно к отдельным культурам и не имеют экологической характеристики. Еще в ХХ веке было обращено внимание на необходимость изучения фосфатного режима почв методом "спроса самого растения" [цит. по 1], что необходимо для экологической оценки величины запасов фосфора в почве и оптимизации его содержания применительно к отдельным культурам. Цель работы - разработка комплексной системы индикаторов для оценки условий произрастания озимой пшеницы и прогнозирования величины ее урожайности, а также допустимого уровня содержания подвижного фосфора в почве в зависимости от планируемого урожая зерна и его качества.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проведены на черноземе карбонатном непосредственно в производственных посевах озимой пшеницы. По новой классификации [3] этот чернозем относится к миграционно-сегрегационно-му подтипу, для которого характерно частичное или полное совмещение гумусового профиля с карбонатным. Эти почвы по агрохимической характеристике неоднородны (табл. 1). Для формирования экспериментальной диагностической базы данных проводили сопряженный отбор почвенных и растительных образцов на микроучастках с использованием методики, изложенной в [4, 5]. Маршрут прохода по полю для отбора почвенных и растительных образцов выбирали таким образом, чтобы охватить все разнообразие пространственной пестроты состояния посева по показателям роста и развития растений. При этом отмечали микроучастки, на которых развитие растений было типичным для всего поля.
Использовали сорт озимой пшеницы Безостая-1, который характеризуется повышенной засухоустойчивостью и отзывчивостью на минеральные удобрения. Растительные образцы готовили к химическому анализу по общепринятой методике [6]. В растительных образцах рентгенофлуоресцент-ным методом определено до 20 макро- и микро-
элементов [7], N - по ГОСТу 13496.4-93. Качество зерна определяли согласно ГОСТам для озимой пшеницы. Почвенные образцы отбирали на глубину пахотного слоя одновременно с отбором растительных образцов в фазах трубкования (вся надземная биомасса) и полной спелости зерна. В почвенных образцах определяли содержание нитратного азота (ГОСТ 26951-86), подвижные формы фосфора и калия (ГОСТ 26205-91), обменные кальций и магний - трилонометрическим методом, карбонаты по методу Кудрина, гумус - по методу Тюрина [8]. Полученные данные интерпретировали с использованием интегрированной системы оперативной диагностики питания растений (ИСОД) [5, 9].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные данные (2002-2004 гг.) показали, что пахотные площади на карбонатном черноземе характеризовались высокой пространственной пестротой агрохимических показателей и величины продуктивности растений (табл. 1). Пространственная неоднородность была характерна не только для отдельных показателей свойств почв, но и для их сбалансированности (или соотношения). Сбалансированность свойств почв в настоящее время не учитывают при оценке их плодородия. Имеются
Таблица 1. Пространственная вариация агрохимических свойств почвы и показателей реакции озимой пшеницы на условия произрастания в производственном посеве (2002-2004 гг.)
Агрохимические показатели пахотного слоя карбонатного чернозема Содержание и соотношение химических элементов в надземной массе растений озимой пшеницы (фаза трубкования) Показатели реакции растений на условия произрастания
показатель шш max показатель шш- max показатель шш -шax
G 2.7- -4.4 N:Si 0.7-8 и 20- -58
Pp 2.2 -5.8 Р 0.2 1.2 Н1 45- -90
К- 24 -46 К 1.0 4.0 М1 10- 30
Cap 28 -35 5- 15 М2 2- 6
Mgp рН 4.0 -6.5 0.3 3.6 Ве2 11- 16
7- 7.8 К:Р 2.0- 16.0 К 22- 35
0.7- -2.2 Fe:Zn 4- 56 Бг 45- 72
Cap:Mgp 5.0- -8.4 Sr 5.0 -54
Cap+Mgp 32- -40 Мп 40- 128
Pp:G 0.5- -1.7 Zn 5- 31
К^ 0.7 -2.2 Ca 0.14 -0.6
К* 4.0 -15 Si 0.4 1.8
Pp:Mgp 0.4 -1.4 N 1.2 3.4
Примечание. и — урожайность зерна озимой пшеницы, ц/га; Н1 — высота растений в фазе трубкования, см; М1, М2 - зеленая масса 1-го растения в фазе трубкования, воздушно-сухая масса 1-го растения в фазе полной спелости соответственно; Ве, К, Бг -содержание белка, клейковины, стекловидность зерна соответственно, %; N Р, К, Si, Са - содержание, %, Мп, 2п, Fe, Sr - содержание, мг/кг воздушно-сухого вещества; №Р, №К, К:Р, Fe:Zn, N:Si - соотношения химических элементов. Агрохимические показатели пахотного слоя почвы: G - гумус, %; К^, Рр - обменный калий (К20) и подвижный фосфор (Р205), мг/100г почвы (по Мачигину); Сар, Mgp - поглощенные кальций (Са2+) и магний (Mg2+), мг-экв/100г почвы.; К^Сар, Рр^, Cap:Mgp, Kp:(Cap+Mgp) -соотношение величин агрохимических показателей почвы. То же в табл. 2-5.
57.50
и, ц/га
14.00
* **
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
и, ц/га
* * *
0.65
2.07 Кр: (Сар+Мёр)
57.50
20.00
# ** * * * * **
* * 4с
* *
*
* * * * * * * * * ф ** * * * * * * * *
0.58
1.67 Рр:С
Рис. 1. Изменение урожайности зерна озимой пшеницы (и, Рис. 2. Изменение урожайности зерна озимой пшеницы (и,
ц/га) в зависимости от соотношения величин содержания об- ц/га) в зависимости от величины соотношения содержания
менного калия и суммы поглощенных оснований Кр : (Caр+Mgр) подвижного фосфора к содержанию гумуса (Рр/в) в пахотном
в пахотном слое чернозема карбонатного. слое почвы.
данные, свидетельствующие о том, что соотношения некоторых величин физико-химических показателей могут быть ведущими интегральными индикаторами пригодности почв для выращивания отдельных культур, особенно на почвах, где сильно выражена микропестрота. Соотношение величин показателей свойств почв в пахотном и подпахотном слоях полнее учитывает их генетическую микронеоднородность и условия минерального питания растений [9]. Показано, что соотношения величин показателей важнейших свойств почв в пахотном слое имеют более широкую амплитуду изменений, чем их абсолютные величины. Например, максимальное содержание обменного калия в исследуемом черноземе превышает его минимальное в 1.9 раза, обменного кальция - в 1.3 раза. Соотношения этих показателей (К:Са) различаются в 3.1 раза. Этот пример свидетельствует, что в данном случае исследуемое соотношение более полно отражает почвенную микропестроту условий произрастания пшеницы, чем отдельно взятые их свойства.
Высокая пространственная вариация была характерна также и для элементного состава надземной биомассы пшеницы в фазе трубкования. Степень согласованности вариации показателей продуктивности пшеницы, химического состава ее надземной массы с агрохимическими показателями почвы была исследована с применением множественно-регрессионного анализа трехлетней базы данных. Значительных отклонений результатов исследований в разные годы (2002-2004 гг.) не было выявлено, поэтому ниже приведены обобщенные данные за 3 года. Результаты показали, что несмотря на наличие четких коррелятивных связей величины
урожайности зерна с величиной некоторых парных соотношений показателей свойств почвы (рис. 1, 2), высоко достоверная и устойчивая связь установлена только при одновременном учете большого числа показателей, характеризующих состояние растений и почвы. По нашим экспериментальным данным на черноземе карбонатном для прогнозирования
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.