Россия
УДК 633.11 Пшеница. Triticum ssp.
В статье отражены результаты опыта с длительным внесением минеральных удобрений по изучению содержания меди в агроценозе яровой мягкой пшеницы: в лугово-черноземной почве, в зерне и соломе. Рассчитаны величины коэффициентов биологического поглощения (КБП) меди, оценена степень ее вовлечения в биогенную миграцию.
медь, удобрения, почва, зерно, пшеница
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. Елькина Г.Я. Содержание аминокислот в растениях при разных уровнях содержания меди в почве // Агрохимия. 2018. № 12. С. 88–96. DOI: https://doi.org/10.1134/S0002188118120050; EDN: https://elibrary.ru/YNSONN
2. Казнина Н.М., Игнатенко А.А., Батова Ю.В. Содержание меди в корнях и побегах культурных злаков при разных способах обработки салициловой кислотой // Труды Карельского научного центра РАН. 2022. № 7. С. 92–99 . DOI: https://doi.org/10.17076/eb1701; EDN: https://elibrary.ru/AEBBUS
3. Кашин В.К. Убугунов Л.Л. Особенности накопления микроэлементов в зерне пшеницы в Западном Забайкалье // Агрохимия. 2012. № 4. С. 68-76. EDN: https://elibrary.ru/OYHEHD
4. Ковальский В.В. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растениях и почвах. М.: Колос, 1969. 272 с.
5. Ягодин, Б. А. Микроэлементы в СССР. Рига : Зинатне, 1989. 96 с.
6. Волкова В.А., Воронкова Н.А. Содержание меди в растениях яровой мягкой пшеницы в зависимости от применения макро- и микроудобрений // В сборнике: Безопасность городской среды. Материалы IX Международной научно-практической конференции. Под общей редакцией Е.Ю. Тюменцевой. Омск, 2022. С. 87-90. EDN: https://elibrary.ru/ECDEZF
7. Азаренко Ю.А., Волкова В.А., Воронкова Н.А. Влияние экологических факторов на содержание меди в почве и яровой мягкой пшенице в условиях Омского Прииртышья // Пермский аграрный вестник. 2022. № 2 (38). С. 42-48. DOI: https://doi.org/10.47737/2307-2873_2022_38_42; EDN: https://elibrary.ru/MEYGDX
8. Сысо А.И. Российские нормативы оценки качества почв и кормов: проблемы их использования // Экологический мониторинг окружающей среды: материалы междунар. шк. молодых ученых. Новосибирск: ИЦ НГАУ «Золотой колос». 2016. Вып. 1.С. 153-168. EDN: https://elibrary.ru/WOBHZP
9. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания, распределения, взаимосвязей микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири: монография. Омск: Вариант-Омск. 2013. 232 с. EDN: https://elibrary.ru/TLZTQJ
10. Волкова В.А. К вопросу о применении соединений меди в технологии возделывания яровой мягкой пшеницы // Агрохимический вестник. 2020. №2. С.68-72. DOI: https://doi.org/10.24411/1029-2551-2020-10027; EDN: https://elibrary.ru/GHSAEN
11. Орлова Э.Д., Пыхтарева Е.Г. Микроэлементы в почвах и растениях Омской области и применение микроудобрений: учеб. пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Омск: изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2007. 76 с. EDN: https://elibrary.ru/QKRFFL
