Russian Federation
633.11
The article reflects the results of the experiment with long-term application of mineral fertilizers to study the copper content in the agrocenosis of spring soft wheat: in meadow-chernozem soil, in grain and straw. The values of the coefficients of biological absorption (CBA) of copper are calculated, the degree of its involvement in biogenic migration is estimated.
copper, fertilizers, soil, wheat
Актуальность. Основным показателем в биогеохимических и агрохимических исследованиях, позволяющим выявить закономерности накопления и распределения, трансформации химических элементов, является их содержание в биологических объектах и окружающей среде. Зерно пшеницы содержит все необходимые вещества и элементы, необходимые для жизнедеятельности живых организмов – белки, аминокислоты, жиры, витамины, макро- и микроэлементы и в том числе, медь [1]. Медь участвует в целом ряде метаболических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность растений, поэтому ее дефицит приводит к нарушению основных физиологических процессов и снижению продуктивности [2]. Нормальное содержание меди в растениях – 30-40 мг/кг воздушно-сухой массы, предположительно максимальное – 150 мг/кг, минимальное (по В.В. Ковальскому) – 3-5 мг/кг [3,4]. По обобщённым данным исследователей, зерновые культуры содержат меди от 1 до 18 мг/кг сухого вещества [4]. По сведениям Б.А. Ягодина [5] средняя концентрация меди в зерне пшеницы составляет 4,99 мг/кг, что близко к обобщенным данным разных авторов (4,7-5,3 мг/кг), представленных в [3]. В связи с физиологической значимостью микроэлемента, избирательностью поглощения из почвы, а также различных других абиотических и биотических факторов, содержание меди в растениях может существенно различаться. Доказано, что минеральные удобрения – существенный фактор, влияющий на микроэлементный состав получаемой растениеводческой продукции [6-8]. Учитывая важнейшую роль меди в питании зерновых культур, целью исследования являлось изучение закономерностей поглощения меди растениями пшеницы в агроценозе южной лесостепи.
Условия, объекты и методы исследования. Иccледования проводили в южной леcocтепной зоне в длительном стационарном полевом опыте лаборатории агрохимии ФГБНУ «Омский АНЦ» на основе зернопарового севооборота (чистый пар – яровая пшеница – соя – яровая пшеница – ячмень), развернутого во времени и пространстве. Объектами исследования являлись растения яровой мягкой пшеницы (сорт Омская 36), а также пробы почвы, отобранные перед посевом пшеницы по пару. Почва в опыте – лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая (содержание гумуса 6,6 % (по Тюрину) в пахотном слое). Содержание в почве подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) – 105-128 и 350-420 мг/кг, соответственно, рНводн – 6,7-6,8. Для решения поставленной цели были проанализированы почвенные пробы (слой 0-20 см), отобранные в двух вариантах: 1. Контроль (без удобрений); 2. Удобренный фон (внесение фосфорсодержащего минерального удобрения в дозе Р90 д.в. в паровое поле с 1987 года). Содержание меди в почвах установлено атомно-абсорбционным методом. Определяли массовую долю кислоторастворимой меди, близкую к валовому содержанию, экстрагированием 5М HNO3 в течение 3 ч при температуре 100°С и концентрацию ее подвижных форм в 1н ацетатно-аммонийном буферном растворе при рН = 4,8 (по Крупскому, Александровой). Отбор растительного материала проводили во время уборки пшеницы. Содержание микроэлемента в соломе и зерне культуры определяли после сухого озоления проб методом атомно-абсорбционной спектрометрии, выражено в мг/кг воздушно-сухой массы. Зольность зерна не различалась по вариантам опыта и составила 1,92%.
Обсуждение результатов. Содержание меди в почвах может варьировать в широких пределах в зависимости от их генезиса, процессов почвообразования, состава и свойств. В нашем опыте с длительным внесением минеральных удобрений содержание кислотрастворимой меди в почве составило 14,1-17,8 мг/кг в удобренном варианте и 17,6-20,5 мг/кг на естественном фоне, что позволило отнести агропочву к среднеобеспеченной по этому элементу (табл. 1) [8].
Таблица 1 - Содержание меди в почве (в слое 0-20 см), 2017-2019 гг.
|
Вариант |
Медь, мг/кг |
Доля подвижной меди, % |
|
|
5М HNO3 |
1н ААБ, рН =4,8 |
||
|
Без удобрений |
18,9 |
0,11 |
0,6 |
|
Р90 |
16,3 |
0,09 |
0,6 |
Независимо от варианта содержание доступной меди для растений почве при этом характеризовалось как низкое – 0,09-0,11 мг/кг. Установлена средняя сопряженность между содержанием подвижных и кислоторастворимых форм меди (r = 0,43), подтверждающая общие закономерности ее распределения в лугово-черноземных почвах, указанные в литературных источниках [7,9]. При этом содержание доступной меди составило всего лишь 0,41-0,70 % от ее общего фонда, что соответствовало очень низкой обеспеченности почвы этим элементом. Яровая мягкая пшеница отзывчива на содержание меди в почве [10, 11], и поэтому применение медьсодержащих микроудобрений будет эффективным приемом в растениеводстве.
Результаты полевого опыта показали, что оптимизация минерального питания оказала влияние на химический состав растениеводческой продукции: на удобренном фоне отмечается тенденция снижения содержания меди в зерне в среднем на 22 %, в соломе – на 24 %, что вполне закономерно, так как с ростом урожайности концентрация микроэлементов снижалась за счет распространенного в растениеводстве «эффекта ростового разбавления» (табл. 2).
Таблица 2 - Содержание меди в растениях пшеницы , мг/кг воздушно-сухой массы
|
Вариант |
Зерно |
Солома |
Отношение Cu в зерне к соломе |
|
Контроль (без удобрений) |
4,12±0,77 |
2,05±0,26 |
2,0 |
|
Удобренный вариант (Р90) |
3,21±0,89 |
1,55±0,37 |
2,1 |
|
НСР05 |
Fф<Fт |
0,29 |
- |
Для характеристики биогеохимических циклов элементов и степени их вовлечения в биологический круговорот в теорию и практику почвенно-геохимических исследований были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (КБП) в агроценозе. Величина КБП меди растениями пшеницы рассчитывалась как отношение содержания элемента в золе зерна к содержанию кислоторастворимых форм (5 М HNO3) его в почве. Величина КБП является количественной характеристикой перехода элемента из почв в растения и в системе мониторинга может быть одним из показателей, отражающих региональную специфику почвенно-геохимических условий миграции химических элементов. В варианте без применения удобрений КБП меди варьировал и составил 4,2, на удобренном фоне - 3,8, что в соответствии с градацией позволяет отнести медь в агроценозе культуры к элементам сильного биологического поглощения. Полученные нами значения КБП меди в опыте свидетельствуют о том, что при выращивании яровой пшеницы на лугово-черноземной почве лесостепной зоны Омского Прииртышья медь интенсивно вовлекается в биохимический круговорот агроценоза, и ее недостаток может стать фактором, лимитирующим урожайность.
Выводы. Таким образом, лугово-черноземные почвы лесостепной зоны в целом имеют высокие запасы кислоторастворимой меди при низком содержании ее доступных соединений. Систематическое применение минеральных удобрений на лугово-черноземных почвах способствовало снижению содержания меди в почве и растениеводческой продукции. Установлено, что медь интенсивно вовлекается в биохимический круговорот агроценоза, и ее недостаток может стать фактором, лимитирующим урожайность культур.
1. El'kina G.Ya. Soderzhanie aminokislot v rasteniyah pri raznyh urovnyah soderzhaniya medi v pochve // Agrohimiya. 2018. № 12. S. 88–96. DOI: https://doi.org/10.1134/S0002188118120050; EDN: https://elibrary.ru/YNSONN
2. Kaznina N.M., Ignatenko A.A., Batova Yu.V. Soderzhanie medi v kornyah i pobegah kul'turnyh zlakov pri raznyh sposobah obrabotki salicilovoy kislotoy // Trudy Karel'skogo nauchnogo centra RAN. 2022. № 7. S. 92–99 . DOI: https://doi.org/10.17076/eb1701; EDN: https://elibrary.ru/AEBBUS
3. Kashin V.K. Ubugunov L.L. Osobennosti nakopleniya mikroelementov v zerne pshenicy v Zapadnom Zabaykal'e // Agrohimiya. 2012. № 4. S. 68-76. EDN: https://elibrary.ru/OYHEHD
4. Koval'skiy V.V. Metody opredeleniya mikroelementov v organah i tkanyah zhivotnyh, rasteniyah i pochvah. M.: Kolos, 1969. 272 s.
5. Yagodin, B. A. Mikroelementy v SSSR. Riga : Zinatne, 1989. 96 s.
6. Volkova V.A., Voronkova N.A. Soderzhanie medi v rasteniyah yarovoy myagkoy pshenicy v zavisimosti ot primeneniya makro- i mikroudobreniy // V sbornike: Bezopasnost' gorodskoy sredy. Materialy IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Pod obschey redakciey E.Yu. Tyumencevoy. Omsk, 2022. S. 87-90. EDN: https://elibrary.ru/ECDEZF
7. Azarenko Yu.A., Volkova V.A., Voronkova N.A. Vliyanie ekologicheskih faktorov na soderzhanie medi v pochve i yarovoy myagkoy pshenice v usloviyah Omskogo Priirtysh'ya // Permskiy agrarnyy vestnik. 2022. № 2 (38). S. 42-48. DOI: https://doi.org/10.47737/2307-2873_2022_38_42; EDN: https://elibrary.ru/MEYGDX
8. Syso A.I. Rossiyskie normativy ocenki kachestva pochv i kormov: problemy ih ispol'zovaniya // Ekologicheskiy monitoring okruzhayuschey sredy: materialy mezhdunar. shk. molodyh uchenyh. Novosibirsk: IC NGAU «Zolotoy kolos». 2016. Vyp. 1.S. 153-168. EDN: https://elibrary.ru/WOBHZP
9. Azarenko Yu.A. Zakonomernosti soderzhaniya, raspredeleniya, vzaimosvyazey mikroelementov v sisteme pochva-rastenie v usloviyah yuga Zapadnoy Sibiri: monografiya. Omsk: Variant-Omsk. 2013. 232 s. EDN: https://elibrary.ru/TLZTQJ
10. Volkova V.A. K voprosu o primenenii soedineniy medi v tehnologii vozdelyvaniya yarovoy myagkoy pshenicy // Agrohimicheskiy vestnik. 2020. №2. S.68-72. DOI: https://doi.org/10.24411/1029-2551-2020-10027; EDN: https://elibrary.ru/GHSAEN
11. Orlova E.D., Pyhtareva E.G. Mikroelementy v pochvah i rasteniyah Omskoy oblasti i primenenie mikroudobreniy: ucheb. posobie. Izd. 2-e, pererab. i dop. Omsk: izd-vo FGOU VPO OmGAU, 2007. 76 s. EDN: https://elibrary.ru/QKRFFL
