Закономерности распространения бора в почвах агроэкосистем Калининградской области

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ БОРА В ПОЧВАХ АГРОЭКОСИСТЕМ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

В.И. Панасин, Д.А. Рымаренко

ФГУ Центр агрохимической службы «Калининградский»

Обеспечение культурных растений всем спектром эс-сенциальных элементов является необходимым условием получения стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Основным донатором элементов минерального питания является почва, поэтому изучение их содержания, запасов, распределения в почвенном профиле является весьма актуальной задачей.

Одним из важнейших для растений микроэлементом является бор. Хотя бор не входит в качестве гетероатома в состав растительных ферментов, он играет ключевую роль в метаболизме полифенольных соединений [1]. Дефицит бора сказывается отрицательно на образовании фосфорных эфиров глюкозы и на синтезе АТФ. Кроме того, бор играет существенную роль в процессе корневого питания растений. В отсутствие бора растения не получают необходимого им количества кальция, тем самым лишаясь фактора, содействующего поступлению в их ткани других катионов.

Типичным проявлением борной недостаточности является отмирание точек роста. Кроме того, обнаруживаются значительные нарушения элементов флоэмы и ксилемы, потеря этими тканями проводимости.

Оптимальное соотношение кальция к бору в питательной среде у разных растений различно. Наиболее узкого отношения Са/В требуют растения семейств маревых и крестоцветных. Из злаковых наиболее требовательными к бору культурами являются кукуруза и овес. Изменение структуры посевных площадей в Калининградской области, многократное увеличение посевов озимого и ярового рапса, а также силосных культур в перспективе обостряет проблему дефицита бора в земледелии региона.

Основная часть бора находится в почве в составе первичных и вторичных минералов, где бор замещает кремний в кремнекислородных тетраэдрах. Вследствие высокого сродства к спиртовым и фенолгидроксиль-ным функциональным группам органических соединений бор может образовывать комплексы с гумусовыми веществами. Подвижностью обладают комплексы бора с растворимыми фульвокислотами, неспецифическими органическими веществами, а также свободная борная кислота.

Нами исследовано содержание бора в почвообразующих породах, генетических горизонтах наиболее распространенных в регионе дерново-подзолистых окультуренных, дерновых и аллювиальных почв, а также зависимости содержания бора от гранулометрического состава и основных агрохимических показателей. Определения велись по принятым в агрохимической службе гостированным методикам. Математическая обработка результатов проводилась методом дисперсионного анализа с использованием программы Microsoft Excel.

Основным источником микроэлементов в почве служат материнские породы. По валовому содержанию бора почвообразующие породы Калининградской области располагались в следующий ряд: водно-ледниковые без-валунные глины > водно-ледниковые безвалунные пылеватые суглинки > моренные валунные суглинки > моренные валунные супеси > озерно-ледниковые пески > древнеаллювиальные пески. Породы легкого гранулометрического состава отличаются значительной вариабельностью по содержанию бора.

Нами рассчитаны коэффициенты линейной корреляции между валовым содержанием бора в материнской породе и содержанием его подвижных соединений в гумусовых горизонтах почв. Максимальное значение коэффициент корреляции имеет для почв, сформировавшихся на водно-ледниковых глинах и пылеватых суглинках (г = +0,52), несколько ниже - для почв на моренных суглинках (г = +0,44), минимальное значение наблюдается для почв на моренных супесях и песках (r = +0,31) [2]. Таким образом, кроме почвообразующих пород на содержание и распределение в почвенном профиле соединений бора существенное, а порой определяющее влияние оказывают направление и интенсивность почвообразовательных процессов. Различия в содержании подвижного бора в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв разного генезиса и гранулометрического состава весьма значительны (таблица).

Содержание подвижных соединений бора в почвах различного генезиса определяется выраженностью аккумулятивных почвообразовательных процессов. Значения коэффициентов биологического накопления (отношение содержания подвижного бора в гумусово-

Содержание подвижного бора (мг/кг) в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв _________________________Калининградской области__________________________

Гранулометрический состав Почвы

дерново-подзолистые дерновые аллювиальные

песчаный 0,59±0,07 0,47±0,08 0,55±0,06

супесчаный 0,63±0,04 0,75±0,03 0,74±0,06

легкосуглинистый 0,67±0,03 0,78±0,02 0,89±0,07

среднесуглинистый 0,70±0,04 0,82±0,02 0,97±0,06

тяжелосуглинистый 0,69±0,04 0,74±0,03 1,10±0,08

глинистый 0,66±0,05 0,60±0,03 1,56±0,09

в среднем 0,67 0,79 0,88

аккумулятивном горизонте к содержанию его в почвообразующей породе) варьируют в пределах 1,3-3,0, что характеризует бор как элемент интенсивного поглощения.

В дерновых почвах, характеризующихся повышенной по сравнению с дерново-подзолистыми интенсивностью биогенно-аккумулятивных процессов, содержание подвижного бора выше, чем в дерново-подзолистых аналогичного гранулометрического состава. Исключение составляют дерновые песчаные почвы, по-видимому, это связано с особенностями их водного режима. В аллювиальных почвах на биологическое накопление накладываются процессы привноса мелкозема, поэтому содержание подвижных соединений бора выше, чем в дерновых.

Нами были рассчитаны коэффициенты линейной корреляции между содержанием подвижного бора и физической глины в различных почвах, а также получены уравнения регрессии. Для всех типов почв наблюдается корреляционная связь средней силы, значение коэффициента корреляции для дерново-подзолистых почв (г = +0,42±0,02) несколько ниже, чем для дерновых (г = +0,51±0,03). Связь между содержанием физической глины (х) и подвижного бора (у) в дерново-подзолистых почвах выражается уравнением (1):

у = 0,48 + 0,005 х

Аналогичное уравнение для дерновых почв:

у = 0,67 + 0,004 х (2).

Оба уравнения удовлетворительно аппроксимируют зависимость содержания подвижного бора на интервале содержания физической глины 15-35%. Для почв тяжелого гранулометрического состава, а также песчаных эти уравнения неприменимы вследствие существенной криволинейности исследованных зависимостей.

Высокое химическое сродство к гидроксильным функциональным группам органических веществ предопределяет возможность образования комплексных соединений бора с гумусовыми веществами. Коэффициент линейной корреляции между содержанием органического вещества и подвижным бором составляет для дерново-подзолистых почв +0,53; для дерновых - +0,65. Различные фракции гумусовых веществ обладают неодинаковой способностью к образованию комплексов с бором. Коэффициент корреляции между долей свободных и рыхло связанных гуминовых кислот составляет +0,56; между содержанием гуматов кальция и бором -0,58. С увеличением относительного содержания негидролизуемой фракции гумуса содержание подвижного бора снижается (г = -0,53) [3]. По-видимому, это может быть связано с высокой прочностью комплексов бора с гуминами, в которых остаток борной кислоты фиксируется необменно.

Для большинства почв области характерна биогенная аккумуляция подвижных соединений бора. В дерновых почвах содержание подвижного бора постепенно убывает вниз по профилю, максимум отмечается в гумусовоаккумулятивном горизонте. Для дерново-подзолистых суглинистых и автоморфных супесчаных почв, развитых на бескарбонатных породах, характерна эта же закономерность. Для тяжелосуглинистых и глинистых почв максимальное содержание подвижного бора часто отмечается в верхней части иллювиального горизонта. В слабо окультуренных полугидроморфных дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава наблюдается элювиально-иллювиальное распределение микроэлемента в профиле - с максимумом в гумусово-аккумулятивном и вторым максимумом в иллювиальном горизонтах.

Характерной особенностью распределения подвижного бора в развитых на карбонатных породах почвах является наличие минимума в средней части профиля. Наименьшим содержанием бора характеризуется горизонт, непосредственно примыкающий к границе вскипания. Таким образом, карбонатные горизонты служат геохимическим барьером для подвижных соединений бора.

Для прогнозирования динамики содержания бора в пахотных почвах Калининградской области целесообразно кратко рассмотреть основные статьи баланса микроэлемента. Потери бора вследствие вымывания (в среднем 4,8 г/га) компенсируются поступлением микроэлемента с атмосферными осадками (5,2 г/га). В 70-80-е годы прошлого века основные приходные статьи баланса составляли поступление с органическими удобрениями (31 г/га), с известью (3,5 г/га) и с микроудобрениями (6 г/га). В 90-2000-е годы объемы известкования, применения органических удобрений и микроудобрений многократно снизились, вследствие чего основной приходной статьей баланса стала мобилизация бора из кальциевых солей. Интенсивное выщелачивание кальция (в среднем ежегодное снижение рН составляет 0,03 единицы) пока позволяет компенсировать вынос микроэлемента с урожаем. Тем не менее, уже в настоящее время наблюдается снижение площадей высоко обеспеченных бором почв.

Обеспеченность растений доступными соединениями бора в перспективе будет во многом определяться направлением почвообразовательных процессов. Сохранение существующих деградационных тенденций, прежде всего подкисления почв, создаст условия для обострения дефицита бора, особенно под требовательными к этому микроэлементу культурами. Корневые системы растений усваивают бор в форме аниона В(ОН)4-, тогда как в кислой среде диссоциация борной кислоты практически полностью подавляется. При значениях рН менее 4,5 в растворе могут существовать недиссоциированные молекулы борной кислоты, а также комплексы бора с растворимыми органическими веществами, которые непосредственно не усваиваются растениями. В таких условиях растения могут испытывать борное голодание даже при высоком содержании в почве подвижных соединений бора.

Литература

1. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений / М.Я. Школьник. - Л., 1974. - 323 с.

2. Панасин В.И. Микроэлементы и урожай / В.И. Панасин. - Калининград, 1995. - 282 с.

3. Панасин В.И. Гумус и плодородие почв Калининградской области / В.И. Панасин, Д. А. Рымаренко. - Калининград, 2004. - 220 с.