Взаимодействие никеля с микроэлементами в растениях овощных и кормовых культур

7. Трубина, Н.К. Влияние поступления кадмия, никеля, цинка на их содержание в почве / Н.К. Трубина // Достижения науки и техники в АПК. - 2009. - № 3. - С. 12-13.

8. Склярова, М.А. Диагностика и оптимизация цинкового питания кукурузы на лугово-черноземной почве Западной Сибири : дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.04 / Марина Александровна Склярова. - Омск, 2008. - 175 с.

9. Склярова, М.А. Эффективность подкормок цинковыми удобрениями кукурузы, возделываемой на зерно в условиях Западной Сибири / М.А. Склярова // Материалы 41-й Международной науч. конф. / ВНИИА. -М., 2007. - С. 139-141.

SUMMARY

М.А. Sklyarova

Efficiency of different methods of application of zinc for corn on the meadow black soils

of the Omsk region

In field experiences while growing of early-ripening hybrids of corn against the background of optimal nitrogen-phosphate nutrition determined the effectiveness of the application of zinc fertilizers. The maximum yield was obtained with the introduction of zinc in soil, the most effective way is dusting of seeds before sowing.

Keywords: zinc, corn, meadow-сhemozem soil, directebanking, optimization of the power.

УДК 631.81.095.337:(635.1/8+633.2/3) А.В. Синдирева, Е.А. Скудаева

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НИКЕЛЯ С МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ В РАСТЕНИЯХ ОВОЩНЫХ И КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

Сбалансированность химического состава растений - основное условие их нормального роста и развития. В статье приведены результаты исследований влияния никеля на соотношение различных тяжелых металлов в растениях столовой свеклы, столовой моркови, рапса ярового и суданской травы.

Ключевые слова: микроэлементы, тяжелые металлы, столовая свекла, столовая морковь, суданская трава, рапс яровой.

Введение

Формирование урожая, качество растениеводческой продукции зависят от химического состава растений. Исследованиями последних лет установлено, что в жизни растений, животных и человека громадную роль играют микроэлементы. При их недостатке или избытке организмы, вследствие различного рода нарушений, в ходе физиологических процессов в той или иной степени страдают. Растения в итоге дают низкие урожаи, животные - плохие привесы. Возможна и гибель организмов. Поэтому крайне важно исследование влияния микроэлементов на элементный состав растений [1].

Обобщение многолетних исследований с различными сельскохозяйственными культурами в условиях Западной Сибири на черноземных почвах, а также анализ литературы позволяют сделать вывод о том, что существуют определенные закономерности при поглощении растениями элементов питания.

Как отмечают Г.Я. Ринькис, В.Ф. Ноллендорф [2], Ю.И. Ермохин [3] и др., явления взаимодействия элементов - синергизм и антагонизм - в минеральном питании растений играют важную роль. Взаимодействие химических элементов имеет такое же значение для физиологии минерального питания растений, как явление дефицита и токсичности.

© Синдирева А.В., Скудаева Е.А., 2014

В природных условиях гармоничное питание встречается крайне редко, поэтому уменьшение или увеличение в растениях концентрации какого-либо элемента изменяет пропорции между ним и другими элементами [4].

Объекты и методы исследований

Объектами исследований являлись: столовая свекла, столовая морковь, суданская трава, рапс яровой, микроэлементы (№, Zn, Си, Pb Cd).

Исследования по изучению влияния никеля на химический состав растений проводили на опытном поле Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина и в лаборатории диагностики питания растений кафедры агрохимии.

Содержание тяжелых металлов в растительных образцах определяли согласно методическим указаниям МСХ РФ (ЦИАНО) (1992, 1993); РД (Методические указания, 1990), ГОСТ 30178-96 в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Центр агрохимической службы «Омский».

Результаты исследований

В результате многолетних исследований (1997-2004) было изучено влияние никеля на химический состав таких овощных культур, как столовая свекла и столовая морковь, а также кормовых культур - рапса ярового и суданской травы.

Поглощение, распределение и накопление металлов в растениях зависело от культуры, вносимого в почву элемента, метеорологических условий года, фазы развития растений. В табл. 1 представлены средние многолетние данные о содержании микроэлементов в столовой свекле и моркови на период уборки.

Таблица 1

Влияние никеля на накопление микроэлементов в растениях на период физиологической зрелости

Вариант Кадмий Никель Цинк Медь Свинец

Столовая морковь

Корнеплод

Фон (Ф) 0,15 0,84 19,7 3,18 1,24

Ф + №22 0,117-26,6* 1,52/+80,9 9,94/-49,9 3,10/-2,50 1,20/-3,20

Надземная масса

Фон (Ф) 0,41 3,20 20,9 3,87 3,23

Ф + №22 0,40/-2,44 2,29/-28,4 16,9/-4,00 3,27/-15,5 3,60/+11,4

Столовая морковь

Корнеплод

Фон (Ф) 0,18 0,62 12,6 5,49 2,23

Ф + №22 0,31/+72,2 1,06/+70,9 17,3/+37,9 5,57/+1,46 2,63/+17,9

Надземная масса

Фон (Ф) 0,70 3,10 20,8 6,90 2,66

Ф + №22 0,60/-14,3 3,20/+3,22 26,9/+29,3 6,87/-0,40 3,77/+41,7

* В числителе - содержание микроэлемента, мг/кг сухого вещества; в знаменателе - изменения по сравнению с фоном, %.

Согласно представленным данным, внесение № в почву способствовало в целом изменению химического состава свеклы и моркови. Степень и направленность таких изменений определялась метеорологическими условиями года, фазой роста и развития растений, содержанием элементов в почве.

Исследования, проведенные с рапсом яровым и суданской травой, показали, что наряду с вышеперечисленными факторами формирование химического состава зависит от дозы вносимого в почву элемента (табл. 2).

Поступление никеля в растение рапса происходило не особенно интенсивно: внесение наибольшей дозы никеля 2 ПДК (17,9 кг/га) приводит к его увеличению в среднем за годы исследования только на 27,3%. Незначительные темпы накопления этого элемента установ-

лены и на макроэлементном фоне. Внесение никеля под суданскую траву оказало значительное влияние на химический состав растения. На всех вариантах содержание никеля, цинка и свинца увеличивается, наибольшее увеличение наблюдается на варианте №н2 (+91,0%). Содержание кадмия и меди в растениях суданской травы зависит от дозы вносимого микроэлемента. Небольшие дозы никеля, а также никель на фоне фосфора снижают содержание этих микроэлементов (табл. 2).

Таблица 2

Влияние № на накопление микроэлементов в рапсе яровом и суданской траве на период физиологической зрелости растений

Вариант Кадмий Никель Цинк Медь Свинец

Без применения макроэлементов

Рапс яровой

Контроль 0,59 4,42 32,77 3,05 3,85

№ 0,5ПДК 0,66/+11,8 5,09/+15,2 44,12/+34,6 5,85/+91,8 5,52/+43,4

№ 1ПДК 0,76/+28,8 5,31/+20,4 44,03/+31,4 4,81/+57,7 5,4/+40,3

№ 2ПДК 0,75/+27,1 5,63/+27,3 41,90/+27,9 5,64/+84,9 5,03/+30,6

Суданская трава

Контроль 0,16 1,99 19,1 5,38 1,34

№4 0,13/-18,8 2,22/+11,6 19,5/+2,1 4,35/-19,1 1,81/+35,1

N18 0,15/-6,3 2,58/+29,7 30,1/+57,6 5,50/+2,2 2,25/+67,9

0,17/+6,3 3,79/+90,5 34,8/+82,2 7,23/+34,4 1,96/+46,3

N112 0,17/+6,3 3,80/+91,0 29,8/+56,0 6,76 + 25,7 1,80/+34,3

На фоне применения макроэлементов

Рапс яровой

Фон (№90Р 90) 0,66 5,34 34,02 3,19 3,80

Ф + №1ПДК 0,77/+16,7 5,72/+7,1 44,91/+32,0 5,91/+85,3 6,27/+65,0

Суданская трава

№8Р180 0,12/-25,0 2,78/+39,7 22,05/+15,5 4,61/-14,3 1,98/+47,8

^10Р180 0,16/0 3,68/+84,9 32,4/+69,6 4,88/-9,4 2,46/+83,6

* В числителе - содержание микроэлемента, мг/кг сухого вещества; в знаменателе - изменения по сравнению с контролем, %.

Проведенные полевые исследования позволили рассчитать нормативные коэффициенты Ь интенсивности действия поступившего в лугово-черноземную почву никеля на изменение содержания этих элементов в корнеплодах столовой свеклы, моркови, а также в зеленой массе рапса ярового и суданской травы (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты интенсивности действия № на химический состав растений (Ь), мг/кг сухого вещества

Культура Коэффициент интенсивности действия №

Столовая свекла, корнеплод 0,12

Столовая морковь, корнеплод 0,03

Рапс яровой, надземная масса 0,06

Суданская трава, надземная масса 0,16

Полученные количественные характеристики Ь растений позволяют прогнозировать химический состав столовой свеклы, моркови, рапса, суданской травы при антропогенном поступлении № в почву по формуле

I мк/кг = Сф +

где J - содержание № в растении, мг/кг сухого вещества;

Сф - исходное содержание № в растении, мг/кг сухого вещества;

Б - доза поступившего элемента в почву, кг/га;

Ь - коэффициент интенсивности действия единицы поступившего элемента в растение, мг/кг.

Кроме того, установленные коэффициенты интенсивности действия Ь могут использоваться в практической агрохимии и экологии при расчете оптимальных доз микроэлемента, для оценки его накопления в сельскохозяйственных культурах, а также для оценки химического состава и качества растениеводческой продукции. Например, используя установленные коэффициенты Ь интенсивности внесенных 1 кг/га № на химический состав почвы и растений, можно прогнозировать содержание этих элементов в растениеводческой продукции (Сраст), выращенной при содержании их подвижных форм в пределах ПДК (табл. 4). При этом расчет проводится по формуле

Сраст = ПДК • Ь раст ' ^поч

Таблица 4

Содержание № в растениях при их концентрации в почве, соответствующей ПДК, мг/кг

Культура Прогнозируемое содержание в растении

Столовая свекла, корнеплод 96

Столовая морковь, корнеплод 24

Рапс яровой, надземная масса 48

Суданская трава, надземная масса 128

Таким образом, проведенные многолетние исследования в условиях моделирования антропогенного поступления никеля под столовую свеклу, морковь, рапс яровой и суданскую траву позволили выявить следующие основные закономерности:

- дополнительное поступление никеля в почву способствует увеличению содержания этих элементов как в органах запасания ассимилятов, так и в генеративных органах растений;

- исходя из рассчитанных коэффициентов интенсивности действия поглощение № убывает в ряду: суданская трава > рапс яровой > столовая свекла > морковь;

- в начальные периоды развития растений содержание микроэлементов выше, нежели к периоду физиологической зрелости, что объясняется эффектом «биологического разбавления»;

- в засушливый год темпы накопления микроэлементов в органах растений выше, в умеренно влажный - ниже, что можно объяснить формированием более высокой биомассы и, как следствие, явлением «расконцентрации»;

- применение оптимальных доз макроэлементов под рапс яровой незначительно изменяет уровень поступления № при сравнении с применением растений, выращенных без применения макроудобрений.

Исследованиями установлено, что в процессе роста и развития культур отношения между микроэлементами при поступлении их в растения изменялись в зависимости от фазы роста растения и, как следствие, от степени потребности растения, уровня и соотношения химических элементов во внешней среде (почве): антагонизм ионов при поступлении их в растения переходил в синергизм, и наоборот. Это способствовало изменению внутреннего баланса химических элементов в растительном организме. На основе установленных математических зависимостей между отдельными парами ионов при поступлении в растения свеклы и моркови составлены схемы взаимоотношения между никелем и микроэлементами с учетом развития растительного организма (табл. 5).

Таким образом, на процессы усвоения микроэлементов растительным организмом влияет не только концентрация и форма соединения, в которой он поступает, но и весь комплекс минеральных элементов, с которыми данный микроэлемент вступает в антагонистические и синергические взаимоотношения [4]. Установлено, что если тот или иной элемент питания находится в минимальной дозировке - является фактором лимитирующим, то он ограничивает действие других элементов (в частности микроэлементов), находящихся в почве даже в «нормальной» дозировке, что, в свою очередь, сказывается на продуктивности растений. С переходом элемента в почве из лимитирующего в область оптимальных дозировок ограниче-

ние его как лимитирующего фактора снижается, и ряд других микроэлементов, взаимодействуя с ним, проявляет полную эффективность, соответствующую агрохимическим и физиологическим особенностям каждого из них. Эффект взаимодействия ионов возрастает в положительном направлении. Наблюдается явление синергизма между основными элементами питания и микроэлементами. Степень несбалансированности минерального питания снижается и приближается к уровню сбалансированного гармонического питания, при котором продуктивность растений достигает наибольшего эффекта.

Таблица 5

Взаимодействие № с другими микроэлементами при поступлении их в растения столовой свеклы,

моркови, суданской травы, рапса ярового

Синергизм Синергизм-антагонизм Антагонизм

Столовая свекла

Целое растение, фаза 6-8 листьев

гп Си, РЬ

Целое растение, фаза 8-10 листьев

ги Си, РЬ

Корнеплод, фаза 8-10 листьев

РЬ, гп, Си

Надземная масса, фаза 8-10 листьев

гп, Си, РЬ

Корнеплод

Си гп, рь

Надземная масса

гп Си, РЬ

Столовая морковь

Целое растение, фаза 6-8 листев

гп Си, РЬ

Целое растение, фаза 8-10 листьев

гп Си, РЬ

Корнеплод, фаза 8-10 листьев

Си гп

Надземная масса, фаза 8-10 листьев

Си, гп

Корнеплод

Си, рь, гп

Надземная масса

Си, гп, РЬ

Суданская трава

Надземная масса

гп, са Си РЬ

Рапс яровой

Надземная масса

гп, са, РЬ

При дальнейшем же переходе элемента питания в почве через оптимальный уровень до высоких дозировок эффект взаимодействия элементов в растениях возрастает, принимая часто противоположные направления. Наблюдаются антагонистические отношения между элементами, которые отрицательно влияют на продуктивность растений [3; 4].

Заключение

Таким образом, исследования показали, что на процессы усвоения микроэлементов растительным организмом влияют не только концентрация и форма соединения, в которой он

поступает, но и весь комплекс минеральных элементов, с которыми данный микроэлемент вступает в антагонистические и синергические взаимоотношения [3].

Список литературы

1. Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. - Л., 1987. - 142 с.

2. Ринькис, Г.Я. Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами / Г.Я. Ринькис, В.Ф. Ноллендорф. - Рига, 1982. - 202 с.

3. Ермохин, Ю.И. Познай свой дом и помоги природе и себе / Ю.И. Ермохин, Э.П. Гужулев, А.Е. Сни-царь. - Омск, 1998. - 264 с.

4. Ермохин, Ю.И. Взаимосвязи в питании растений / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева. - Омск : Вариант-Омск, 2011. - 208 с.

SUMMARY

A.V. Sindireva, E.A. Skudaeva

Interaction between nickel and trace elements in vegetable and fodder crops

The main condition of normal growth and development of plants is balanced chemical composition. The article shows the result of impact of nickel on correlation of different heavy metals in composition of beetroot, carrot, spring rape and sudanese sorghum plants.

Keywords: trace elements, beetroot, carrot, sudanese sorghum plants, spring rape.

УДК 631.347.8 Д.Н. Алгазин

ПЕРСПЕКТИВЫ ВЫРАЩИВАНИЯ ТЕПЛИЧНЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ АЭРОПОНИКИ В УСЛОВИЯХ СИБИРСКОГО РЕГИОНА

Представлен обзор по проблемам овощеводства защищенного грунта в условиях Сибирского региона, приведен анализ перспективных ресурсоэнергосберегающих технологий, предложено устройство для выращивания растений, рассмотрены перспективы использования технологии аэропоники в сибирских условиях.

Ключевые слова: овощеводство защищенного грунта, аэропоника, ресурсоэнергосберегающие технологии.

В свете реализации положений «Доктрины президента РФ по продовольственной безопасности» и «Стратегии национальной безопасности на период до 2020 г.» Институтом питания СО РАМН установлена среднесуточная норма потребления овощей в России - 380 г, что в год составляет 139 кг. В связи с этим необходимо в Сибирском федеральном округе комплексно развивать овощеводство и переработку этой продукции.

Основой развития отрасли овощеводства защищенного грунта в Сибири является обеспечение населения, в том числе и в северных районах региона, высокопродуктивной витаминной продукцией.

В целом по стране в 90-е годы ХХ столетия площадь зимних теплиц составила 4500 га, в 2000 г. - 2900 га, а в 2005 г. - лишь 2330 га теплиц, т.е. наметилась тенденция сокращения площадей. В настоящее время теплицы с защищенным грунтом в Российской Федерации (2009) занимают 2486 га. По данным Росстата, производство продукции в защищенном грунте снижается. В 2008 г. в сравнении с 2007 г. производство сократилось с 680 тыс. т до

© Алгазин Д.Н., 2014