Влияние наноструктурной водно-фосфоритной суспензии на биологическую активность и агрохимические показатели почвы при выращивании кукурузы на зеленую массу

УДК 631: 633.2

влияние наноструктурной водно-фосфоритной суспензии на биологическую активность

и агрохимические показатели почвы при выращивании кукурузы на зеленую массу

Н.Ш. ХИСАМУТДИНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом

И.А. ЯППАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом

Н.Л. ШАРОНОВА, кандидат биологических наук, зав. отделом

И.А. ДЕГТЯРЕВА, доктор биологических наук, зав лабораторией

Л.М-Х. БИККИНИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией

Татарский НИИ агрохимии и почвоведения Рос-сельхозакадемии

E-mail: niiaxp2@mail.ru

Резюме. В статье проанализированы результаты исследований по изучению влияния различных доз и способов применения наноструктурной водно-фосфоритной суспензии (НВФС) на биологическую активность и агрохимические показатели серой лесной среднесуглинистой почвы. В фазе выметывания метелки кукурузы наибольшее выделение углекислого газа отмечали в вариантах с внесением НВФС в почву из расчета 1,0 т/га - 93,1 мгCO2 и при предпосевной обработке семян суспензией в дозе 1,25 кг/т - 89,4 мг CO2, прирост, по сравнению с фоном, составил 45,9 и 40,1% соответственно. Показатели биологической активности почвы в фазе молочно-восковой спелости в вариантах с внесением НВФС в почву и использованием при предпосевной обработке увеличивались, по сравнению с контролем, - на 48,0 и 46,0%, с фоном - на 42,4 и 40,5%, с применением фосфорной муки обычного помола - на 13,9 и 12,4% соответственно. Наибольшее повышение содержания подвижного фосфора и калия отмечено при заделке НВФС в почву: по сравнению с фоном - на 14,6 и 5,1%, с фосфоритной мукой обычного помола - на 3,3 и 3,4% соответственно. При предпосевной обработке семян НВФС концентрация калия и фосфора была выше, чем в контроле, на 6,1...10,2%, а по сравнению с фоном, на 2,5...7,7%. Гидро -литическая кислотность почвы снижалась с увеличением доз внесения НВФС в почву. В варианте с дозой 1,0 т/га величина этого показателя составила 3,2 мг-экв./100 г почвы. В случае заделки в почву фосфоритной муки обычного помола и НВФС в разных дозах значение рНсол возрастало до 5,8.5,9. При предпосевной обработке семян НВФС величина этого показа -теля составила 5,7.5,8. Внесение в почву фосфоритной муки обычного помола и в наноструктурном виде повышало сумму поглощенных оснований в почве, по сравнению с фоном, на 8,7.12,8%. Наилучший результат отмечен при заделке в почву НВФС в дозе 1,0 т/га - 24,7 мг-экв./100 г почвы. Ключевые слова: фосфоритная мука, наноструктурная водно-фосфоритная суспензия, внесение в почву, предпосевная обработка семян, биологическая активность почвы, агрохимические показатели почвы.

Учитывая сложившееся в земледелии России критическое положение с обеспеченностью промышленными формами фосфорных удобрений, актуальна задача поиска альтернативных путей оптимизации фосфатного режима почв, среди которых заслуживает внимания использование нетрадиционного минерального сырья, способного либо непосредственно пополнять запасы этого элемента, либо обеспечивать их мобилизацию [1].

В связи с изложенным большой интерес представляет применение после соответствующей переработки бедных фосфоритных руд малых местных месторождений, внесение которых в качестве удобрений в ис-

ходном виде экономически нецелесообразно из-за низкого содержания фосфора и его труднодоступности для растений [2].

Среди современных путей решения этой задачи можно назвать разработку наноструктурной водно-фосфоритной суспензия (НВФС) [3, 4]. Это фосфорсодержащее удобрение для использования в сельском хозяйстве.

Цель наших исследований - изучение влияния различных доз и способов применения НВФС на биологическую активность и агрохимические показатели серой лесной почвы.

Условия, материалы и методы. Эксперимент проводили на базе Татарского НИИ агрохимии и почвоведения в вегетационных сосудах в 2011-2013 гг. Серая лесная среднесуглинистая почва характеризовалась следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса - 3,3%, Р2О5 - 132,0 мг/кг, К2О -116,0 мг/кг, сумма поглощенных оснований -21,3 мг-экв./100 г почвы, гидролитическая кислотность -3,2 мг-экв./100 г почвы, рНсол - 5,9. Объект исследований - гибрид кукурузы Молдавская 215.

Схема опыта предусматривала следующие варианты: контроль (без удобрений); ^0К60 (фон); фон + внесение фосфоритной муки Сюндюковского месторождения Республики Татарстан обычного помола в дозе 1,0 т/га; фон + внесение НВФС в дозах 1,0; 0,8; 0,5; 0,3 и 0,1 т/га; фон + предпосевная обработка семян НВФС в дозах 1,25; 0,75 и 0,25 кг/т.

Повторность пятикратная. Дозы и способы применения НВФС определяли на основании результатов лабораторных экспериментов на разных сельскохозяйственных культурах.

В качестве минеральных удобрений (фон) вносили аммиачную селитру и хлористый калий.

В ходе опыта проводили следующие исследования: анализ почвы на содержание гумуса, Р2О5, К2О, суммы поглощенных оснований, рНсол и Нг; определение влияния изучаемых доз и способов применения НВФС на биологическую активность и агрохимические показатели почвы.

Содержание гумуса в почве определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); подвижных соединений фосфора и калия - по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91); суммы поглощенных оснований - по методу Каппена (ГОСТ 27821-88); рНсол - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность - по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91) [5].

результаты и обсуждение. Важный фактор, определяющий условия роста и развития растений -взаимодействие с почвенными микроорганизмами. Наноструктурная водно-фосфоритная суспензия оказывала положительное влияние на жизнедеятельность почвенной микробиоты, что подтверждалось усилением биологической активности почвы (табл. 1).

Так, в фазе выметывания метелки количество выделившегося С02 в контроле составило 60,5 мг, в

Таблица 1. влияние различных доз и способов применения нвФс на биологическую активность серой лесной среднесуглинистой почвы при возделывании кукурузы на зеленую массу

Количество выделившегося CO„

Вариант фаза выметывания фаза цветения фаза молочно-восковой спелости

мг ± к ± к кон- мг ± к фо- ± к кон- мг ± к фо- ± к кон-

фону, % тролю, % ну, % тролю, % ну, % тролю, %

Контроль (без удобрений) 60,5±1,1 МспКп (фон) 63,8±2,5 -5,2 0 0 +5,5 62,9±1,5 65,3±1,7 -3,7 0 0 +3,8 ,4 -н +1 СО I-*-1, 6 -3,8 0 0 +3,9

Фон + фосмука обычного помола 78,9±1,6 +23,7 +30,4 82,5±1,9 +26,3 +31,2 79,6±2,5 +25,0 +29,9

Фон + НВФС в почву: 1,0 т/га 93,1±2,3 +45,9 +53,9 94,6±1,7 +44,9 +50,4 90,7±2,0 +42,4 +48,0

0,8 т/га 86,5±1,8 +35,6 +43,0 89,5±2,8 +37,1 +42,3 86,9±2,1 +36,4 +41,8

0,5 т/га 82,1±2,4 +28,7 +35,7 84,1±3,1 +28,8 +33,7 80,6±1,8 +26,5 +31,5

0,3 т/га 77,2±1,3 +21,0 +27,6 80,5±1,7 +23,4 +28,0 77,4±1,1 +21,5 +26,3

0,1 т/га 75,6±1,2 + 18,5 +25,0 78,2±1,5 + 19,8 +24,3 75,9±1,3 + 19,2 +23,8

Фон + предпосевная обработка семян НВФС: 1,25 кг/т 89,4±1,1 +40,1 +47,8 92,6±1,8 +41,8 +47,2 89,5±0,9 +40,5 +46,0

0,75 кг/т 88,1±0,9 +38,1 +45,6 89,9±1,0 +37,7 +42,9 86,7±0,4 +36,1 +41,4

0,25 кг/т 85,5±1,4 +34,0 +41,3 88,7±0,7 +35,8 +41,0 86,1±0,5 +35,2 +40,5

р < 0,05

фоновом варианте - 63,8 мг, при использовании фосфоритной мукой обычного помола - 78,9 мг, в среднем по вариантам с внесением НВФС в почву - 82,9 мг, с семенами, обработанными НВФС, - 87,7 мг. Наибольшая активность отмечена при заделке НВФС в почву из расчета 1,0 т/га - 93,1 мг С02 и в случае предпосевной обработки семян в дозе 1,25 кг/т - 89,4 мг С02, прирост к фону составил 45,9 и 40,1% соответственно.

Биологическая активность почвы достигла пика в фазе цветения метелки: выделение СО2 в контроле составило 62,9 мг, в фоновом варианте - 65,3 мг, при использовании фосмуки обычного помола - 82,5 мг, наибольшую величину этого показателя отмечали в случае внесения НВФС в почву из расчета 1,0 т/га -94,6 мг С02. В вариантах с предпосевной обработкой семян НВФС выделение С02 составило 88,7...92,6 мг, что на 35,8.41,8% выше, чем в фоновом.

С наступлением фазы молочно-восковой спелости выделение углекислого газа незначительно снижалось, по сравнению с предыдущей фазой, и составило в контроле 61,3 мг, в фоновом варианте - 63,7 мг, при использовании фосфоритной мукой обычного помола - 79,6 мг, в среднем по вариантам с внесением НВФС в почву - 82,3 мг, а с предпосевной обработкой семян НВФС - 87,4 мг. Наибольшая величина этого показателя зафиксирована при заделке НВФС в почву из расчета 1,0 т/га - 90,7 мг. Предпосевная обработка семян НВФС обеспечивала повышение выделения С02 до 89,5 мг. При заделке НВФС в почву в дозе 1,0 т/ га и обработке семян в дозе 1,25 кг/т биологическая активности почвы в фазе молочно-восковой спелости увеличивалась, по сравнению с контролем, на 29,4 и 28,2 мг С02 (прирост 48,0 и 46,0%), с фоном - на 27,0 и 25,8 мг (на 42,4 и 40,5%), с фосмукой обычного помола - на 11,1 и 9,9 мг С02 (на 13,9 и 12,4%) соответственно.

Экспериментальные сведения о действии нано-

препаратов на почвенные микроорганизмы единичны. В частности установлено, что стимулирующий эффект нанорастворов металлов обусловлен их влиянием на окислительно-восстановительные процессы В. subtШs Ч13 [6]. Авторы этих исследований предполагают, что металлы в наноразмерном виде интенсифицируют дыхание микроорганизмов. Кроме того, ряд ученых отмечает, что растения способны использовать поверхностную энергию наночастиц, поступающих извне, в том числе с семенами во время предпосевной обработки, а наночастицы оказывают пролонгированное влияние, которое связано с концентрированием ионов в клетке вокруг молекул [8]. По-видимому, в наших экспериментах наноструктурные компоненты НВФС, включающей более 20 макро- и микроэлементов, также оказывали стимулирующее воздействие на микробиоту серой лесной почвы как при непосредственном внесении в почву, так и при обработке семян.

Внесение НВФС во всех дозах положительно повлияло на основные агрохимические свойства почвы - увеличилось содержание подвижного фосфора и обменного калия, повысилась сумма поглощенных оснований, снизилась обменная (рНсол) и гидролитическая кислотность (табл. 2).

Наибольшее увеличение содержания подвижного фосфора и калия - соответственно на 17,3 и 8,8%, по сравнению с контролем, на 14,6 и 5,1% - с фоном, на Таблица 2. влияние различных доз и способов применения нвФс на агрохимические свойства серой лесной среднесуглинистой почвы в фазе молочно-восковой спелости кукурузы

Вариант Содержание в почве, мг/кг Гидролитическая кислотность, рНсол Сумма поглощенных оснований, Гумус,

Р?О5 К2О мг-экв./100 г мг-экв./100 г %

почвы почвы

Контроль (без удобрений) ^К60 (фон) Фон + фосмука обычного помола 127 130 144 114 118 120 со со со "4 42 5,7 5,7 5,9 21,5 21,9 23,8 3,27 3,29 3,26

Фон + НВФС в почву: 1,0 т/га 149 124 3,2 5,9 24,7 3,28

0,8 т/га 143 122 3,2 5,9 24,6 3,29

0,5 т/га 138 120 3,2 5,9 24,3 3,27

0,3 т/га 137 119 3,3 5,9 24,3 3,25

0,1 т/га 136 118 3,3 5,8 23,5 3,25

Фон + предпосевная обработка семян НВФС: 1,25 кг/т 140 121 3,4 5,8 21,4 3,32

0,75 кг/т 136 119 3,4 5,7 21,8 3,35

0,25 кг/т 133 118 3,4 5,7 21,8 3,36

3,3 и 3,4% - с фосфоритной мукой обычного помола наблюдали при заделке НВФС в почву из расчета 1,0 т/ га. Самые низкие величины этих показателей в вариантах с внесением суспензии в почву отмечали при ее дозе 0,1 т/га - 136,0 и 118,0 мг/кг соответственно. В случае предпосевной обработки семян НВФС концентрация калия и фосфора была выше, чем в контроле, на 6,1...10,2%, по сравнению с фоновым вариантом - на 2,5.. .7,7%. Изменения агрохимических показателей почвы при предпосевной обработке семян, вероятно, обусловлены интенсификацией роста и развития растений, а также образованием большего числа симбиотических комплексов с микроорганизмами. В совокупности с прямым влиянием НВФС на микробиоценоз это могло привести к усилению активности микробиоты почвы в отношении использования недоступных и малодоступных форм макроэлементов.

Гидролитическая кислотность почвы снижалась с увеличением доз внесения НВФС в почву. В варианте с 1,0 т/га величина этого показателя составила 3,2 мг-экв./100 г почвы, 0,1 т/га - 3,3 мг-экв./100 г почвы. При этом она уменьшалась, по сравнению с контролем, фоном и внесением фосфоритной муки обычного помола, что, вероятно, связано с повышенным мелиоративным действием фосфоритной муки в наноструктурном виде. При предпосевной обработке семян НВФС подобного эффекта не наблюдали, так как в почву ничего не вносили. Гидролитическая кислотность в этих вариантах оставалась на уровне фона - 3,4 мг-экв./100 г почвы.

При заделке в почву фосфоритной муки обычного помола и НВФС в разных дозах величина рНсол возрастала до 5,8.5,9 ед., что в определенной степени происходило благодаря нейтрализующему действию удобрений. В вариантах с предпосевной обработкой семян НВФС она составляла 5,7.5,8 ед.

Внесение фосфоритной муки обычного помола и в наноструктурном виде повышало сумму поглощенных оснований в почве, по сравнению с контролем, на 8,7.12,8%. В вариантах с НВФС наибольшая величина этого показателя отмечена при дозе 1,0 т/га - 24,7 мг-экв./100 г почвы, наименьшая в случае использования 0,1 т/га - 23,5 мг-экв./100 г почвы. При предпосевной обработке семян НВФС сумма поглощенных оснований в среднем была незначительно ниже фонового значения - 21,4.21,8 мг-экв./100 г почвы, что, на наш взгляд, можно объяснить повышенным выносом из почвы кальция и магния более мощными растениями кукурузы.

Значительных изменений содержания гумуса в почве не выявлено - средняя величина этого показателя составила 3,3%.

выводы. Таким образом, применение НВФС в различных дозах и разными способами оказало стимулирующее действие на биологическую активность почвы, а также способствовало повышению содержания подвижного фосфора, по сравнению с фоном, на 14,6%, обменного калия - на 5,1%, суммы поглощенных оснований - на 12,8%, снизило гидролитическую и обменную кислотности почвенного раствора.

Литература.

1. Чумаченко И.Н., Попов П.Д. Проблема фосфора и продовольственная безопасность России//Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии. М.: Изд-во РАСХН, 2000. С. 3-22.

2. Ишкаев Т.Х., Яппаров А.Х., Алиев Ш.А. Технологические приемы эффективного использования местных агроминералов в земледелии Республики Татарстан. Казань: Центр инновационных технологий, 2010.114 с.

3. Федоренко В.Ф. Нанотехнологии и наноматериалы в агропромышленном комплексе. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007.92 с.

4. Основные направления использования нанотехнологий в растениеводстве / Шаронова Н.Л., Яппаров И.А., Яппаров А.Х.,Хисамутдинов Н.Ш.//Сб.тр. всеросс. науч.-практ. конф., посвящ. 40-летию ГНУ Татарский НИИАХП Россельхозакадемии. Казань, 2012. С.162-168.

5. Использование нанопрепарата при выращивании кукурузы на зеленую массу/Яппаров А.Х., Хисамутдинов Н. Ш., Ежкова А.М. и др. //Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. Казань, 2013. Т. 212. С. 380-384.

6. Агрохимические методы исследования почв. М.: Издательство «Наука», 1975. 345 с.

7. Повышение эффективности микробно-растительного симбиоза путем создания композиционных биопрепаратов с использованием наночастиц биогенных металлов / Е.Н. Гончар, А.В. Щербаков, К.Г. Лопатько и др. // Достижения науки и техники АПК. 2013. №12. С. 30-34.

8. Jiang J. et al. Does nanoparticle activity depend upon size and crystal phase?//Nanotoxicology. 2008. Vol.2. I.1. P. 33-42.

effect of nanostructured water phosphate suspension on biological activity and agrochemical soil parametrs during corn cultivation for green mass

N.sh. Khisamutdinov, i.A. Yapparov, N.L. sharonova, i.A. Degtereva, L.M-H. Bikkinina

Tatar Research institute of soil science and Agricultural chemistry of the Russian Academy of Agrarian sciences

Summary. The article analyzed the effect of different doses and methods of nanostructured aqueous phosphate suspension (NWPS) application for biological activity and agrochemical parameters of soil. In the phase of panicle formation the greatest activity observed in variants NWPS introduction into the soil at the rate 1,0 t-ha- 93,1 mg CO2 and preplant treatment of seeds with NWPS at 1,25 kg-t -89,4 mg CO2, the growth compared with the background was 45,9% and 40,1 % respectively. Indicators of soil biological activity in a phase of milky-wax ripeness in variants NWPS increased by 48,0 % and 46,0% compared to the control, by 42,4% and 40,5% compared to background, by 13,9% and 12,4% compared to conventional grinding phosphorite respectively. The greatest increases in the mobile phosphorus content and potassium observed in the variant NWPS introduction into the soil at 1,0 t-ha: 14,6 % and 5,1% compared to background, 3,3% and 3,4% compared to conventional grinding phosphorite. At seed preplant treatment with NWPS potassium and phosphorus concentration were higher than the control by 6,1...10,2%, background - 2,5...7,7 %. Hydrolytic soil acidity decreased with increasing doses of NWPS in soil. In the variant with 1,0 t-ha this index was 3,2 mg-eq-100 g soil , with 0,1 t-ha - 3,3 mg-eq-100 g soil soil. While it decreased in comparison with the control, the background and the variants with conventional grinding phosphorite, which is associated with a significant melioration effect of phosphorite in nanostructured form. At introduction of conventional grinding phosphorite and NWPS into the soil in different doses pHkcl value increased to 5,8...5,9. In certain degree it was due to its neutralizing effect. In variants with a pre-treatment of seeds with NWPS this rate was 5,7...5,8. Soil application of conventional grinding phosphorite and nanostructured form increased the amount compared to the background 8,7...12,8%. The largest amount of absorbed bases was at incorporation NWPS into the soil at 1,0 t-ha - 24,7 mg-eq-100 g soil.

Keywords: phosphorus dust, nanostructured water phosphate suspension, application in soil, presowing treatment of seeds, soil biological activity, agrochemical parameters of soil.