Примечание. 1 и 2 -- соответственно зерновые и овощные культуры.

В целом за 9 лет эксперимента вынос азота растениями зерновых культур при отчуждении надземной биомассы был на 11 % меньше, чем таковыми овощных культур. Это обусловлено спецификой функционирования микробоценоза в почве, в результате чего доминирование процессов иммобилизации над процессами мобилизации азота в почве проявляется в большей степени в посевах зерновых культур по сравнению с овощными. Равновесное состояние между процессами мобилизациииммобилизации азота почвы под посевами зерновых культур устанавливается при высоком содержании последнего, что отражается на содержании лабильного органического вещества. Для компенсации слабой азотмобилизующей способности растений необходимо дополнительное внесение минеральных азотных удобрений.

При возделывании овощных культур в специализированных севооборотах определена специфика режима питания растений, обусловленная наличием растительных остатков с отношением в биомассе С:N < 20. Заделка растительных остатков позволяет ускорить процессы минерализациииммобилизации азота в почве, что оказывает влияние на активность несимбиотической и симбиотической азотфиксации (8). При внесении растительных остатков и минеральных азотных удобрений в почву процессы минерализации азотсодержащих органических соединений продолжительное время преобладают над процессами иммобилизации, вследствие чего нарушается синхронность высвобождения и потребления азота растениями. Это неизбежно приводит к избыточной аккумуляции нитратов в товарной части продукции и выносу их за пределы корнеобитаемого слоя, что загрязняет окружающую среду. Поэтому весьма сложно прогнозировать текущие потребности агрофитоценозов в азоте за счет почвенных ресурсов, вследствие чего приходится прибегать к оценке не только почвы, но и растений.

Накопление нитратов в растениях зависит от использования различных средств химизации, применения физиологически активных веществ и сорбентов, органических и минеральных удобрений, а также природного и антропогенного воздействий, связанных с эколого-агрохими-ческим потенциалом почвенных ресурсов. По степени влияния на процессы аккумуляции нитратов в растениях факторы можно расположить в следующем порядке: удобрение>физиологически активные вещества>почва (9). Вероятно, разработка специальных математических моделей, учитывающих все взаимодействия между этими факторами, позволит в дальнейшем избежать избыточной аккумуляции нитратов в растениях.

С эколого-агрохимических позиций и с учетом экономической целесообразности наиболее надежно и безопасно оптимизировать азотное питание растений с помощью биологического азота, преимущественно за счет активации процессов симбиотической азотфиксации (10). Использование достижений современной науки при конструировании генотипа растений позволяет целенаправленно воздействовать на формирование азотфиксирующего аппарата и активность процессов симбиотической азотфиксации. Например, у линии гороха сорта Торсдаг, маркированной доминантным геном симбиотической азотфиксации, в период массового цветения при внесении азота в дозах 40 и 10 % от дозы, рекомендованной для песчаной культуры образовалось соответственно 8617 и 665 клубеньков на одном растении, сорта Рамонский 77 -- соответственно 1224 и 252 клубенька; растения линии мутанта К-301 не реагировали на уровень азотного питания, хотя у них сформировалось наибольшее количество клубеньков -- соответственно 1272116 и 125383 шт. на одно растение. У растений линии мутанта К-1005 клубеньки вообще не образовывались, независимо от уровня азотного питания, что является характерной генетической особенностью этой почти изогенной линии.

На основе нового метода оценки эффективности бобово-ризобиального симбиоза (11) мы рассчитали долю азота, усвоенного из почвы и воздуха. При этом наибольшая азотфиксирующая способность отмечена у растений линий гороха сортов Торсдаг и Рамонский 77 (рис. 2). Растения суперклубеньковой линии мутанта К-301 значительно (на 16 %) уступали таковым исходной линии сорта Рамонский 77 по эффективности симбиоза, но характеризовались наиболее высокой нитрогеназной активностью.

Все это свидетельствует о больших возможностях конструирования азотфиксирующего аппарата растений бобовых культур, используемых для решения проблемы оптимизации азотного питания интенсивных агрофитоценозов. Для растений, выращиваемых на деградированных почвах, особенно подверженных эрозионным процессам, биологический азот имеет приоритетное значение в оптимизации азотного питания, так как использование азота, заключенного в органических соединениях, практически безопасно для окружающей среды.

Рис. 2. Доля усвоения азота из воздуха (?) и почвы (¦) растениями почти изогенных линий гороха сортов Торсдаг (а), Рамонский 77 (б) и мутанта К-301 (в): общее количество усвоенного азота составляло соответственно 879, 859 и 463 мг.

Удовлетворить потребность сельскохозяйственных культур, возделываемых на автоморфных почвах, в фосфоре можно в значительной мере за счет интенсивного применения минеральных удобрений и особенно фосфоритов, запасы которых в бассейнах Сибири и Дальнего Востока достигают около 1 млрд т (12). Показано, что при выращивании овощных культур на кислых почвах внесение фосфоритов активирует продукционный процесс растений. При внесении фосфорных удобрений возникает дополнительное количество минеральных фосфатов, которое мы назвали по аналогии с «экстра»-азотом «экстра»-фосфором. В частности, на высокоокультуренных по фосфору дерново-подзолистых почвах при внесении суперфосфата двойного гранулированного и фосфорита обнаружено дополнительное количество этого элемента во всех фракциях (рыхлосвязанные фосфаты кальция, фосфаты алюминия, железа и высокоосновные фосфаты кальция типа апатита). Количество «экстра»-фосфора в варианте с внесением суперфосфата превышало таковое при внесении удобрений и фосфорита соответственно на 25 и 42 % (рис. 3).

При использовании суперфосфата «экстра»-фосфор распределялся по фракциям довольно равномерно. Внесение в почву фосфорита, напротив, вызывало накопление «экстра»-фосфора во фракции высокоосновных фосфатов кальция, что влияло на его доступность растениям. Это явление необходимо учитывать при разработке критериев оценки эколого-агрохимического потенциала почвенного плодородия и при оптимизации фосфорного питания растений на основе диагностики почвенной среды. В случае одноразового использования фосфоритов тяжелые металлы не накапливаются выше установленного предела.

Рис. 3. Динамика фракционного состава остаточного фосфора в почвах разных типов при внесении фосфорных удобрений в различной форме: А и Б -- соответственно дерново-подзолистая и светло-серая лесная почва; а и б -- внесение соответственно суперфосфата и фосфоритной муки; I, II и III -- соответственно первый, второй и третий годы исследований; 1, 2, 3, 4 и 5 -- фосфаты соответственно Ca(P1), Ca(P2), Al, Fe и Ca(P3).

В дальнейшем необходимо провести оценку степени аккумуляции тяжелых металлов при систематическом применении фосфоритов на плантациях овощных культур и при выращивании растений на почвах с природными геохимическими аномалиями.

Потребность растений сельскохозяйственных культур в калии возрастает в агрофитоценозах при стремлении получить высокий урожай, особенно на почвах легкого гранулометрического состава. Экономически наиболее выгодно применять хлорсодержащие калийные удобрения. На почвах с различной степенью деградации при промывном типе водного режима экологической проблемы использования таких удобрений практически не возникает, так как хлор, находящийся в избыточном количестве, мигрирует за пределы корнеобитаемого слоя. На почвах с непромывным типом водного режима или в замкнутых агроэкосистемах при систематическом применении хлорсодержащих калийных удобрений может накапливаться избыточное количество хлора, что приведет к торможению ростовых процессов растений. Устранить такой вероятный негативный эффект можно посредством возделывания кормовых культур, например свеклы, растения которой обладают способностью выносить натрий и хлор в больших количествах.

азот почва удобрение растение

Заключение

Оптимизация минерального питания растений, основанная на рациональном применении минеральных удобрений, учете специфики действия растительных остатков с различным соотношением С:N и активации процессов симбиотической азотфиксации в результате конструирования генотипа макросимбионта, позволяет существенно повысить продуктивность растений на деградированных почвах. При одинаковых гидротермических условиях мобилизация азота почвенных ресурсов протекает более интенсивно на черноземе выщелоченном.

За 4 года экспериментов усвоение азота растениями на серой лесной и дерново-подзолистой почвах было примерно в 1,5 раза меньше, чем на черноземе выщелоченном. Внесение в почву растительных остатков с отношением С:N < 20 ускоряет процессы минерализациииммобилизации азота. Азотное питание растений можно существенно улучшить за счет увеличения примерно в 10 раз количества клубеньков у растений бобовых культур. Причем нодуляция «суперклубенькового» мутанта не зависит от уровня азотного питания (в разумных пределах), что особенно важно для почв, характеризующихся повышенной пестротой азотминерализующей способности. Применение минеральных удобрений на деградированных почвах играет важную роль в интенсификации продукционного процесса.

На высокоокультуренных по фосфору почвах при внесении фосфорных удобрений возникает дополнительное количество минеральных фосфатов. Интенсивность потребления калия растениями на автоморфных почвах зависит в основном от обеспеченности азотом и гранулометрического состава последних. Решение актуальных эколого-агрохимических проблем, направленных на устранение деградации почвенного плодородия, обострившейся в настоящее время в земледелии, позволит создать надежный фундамент для устойчивого функционирования агроэкосистем и обеспечить тем самым население высококачественной сельскохозяйственной продукцией.

Литература

Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. М., 1988.

Stevenson F.J. Cycles of soil carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, micronutrients. N.Y., Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1986.

Falloon P.D., Smith P., Szabo J. e.a. Soil organic matter sustainability and agricultural management -- predictions at the regional level. In: Sustainable Management of Soil Organic Matter. N.Y., 2001: 54-59.

Cамойлов Т.И. Изменение содержания гумуса и азота почвы при длительном систематическом применении удобрений в условиях овощного севооборота. Сб. науч. тр. Западно-Сибирской овощекартофельной селекционно-опытной станции. Барнаул, 1970: 15-23.

Nazaryuk V.M., Yakutina O.P., Klenova M.I. The role of soil propеrties, culture and fertilizers in change of fertility of degradated soils. Proceedings of the 17^th World Congress of Soil Science «Soil fertility as an ecosystem concept». Bangkok, Thailand, 2002, 2: 538.

Rutmoser K., Spann B. Nitratgehalte im grundfutter (Bauern 1994 und 1995). Kongressband, Garmisch-Parten-Kirchen 107. VDLUFA-Kongress, 1995: 417-420.

Antonovics J., Bradshow A.D., Turner R.G. Heavy metal tolerance in plants advances in ecological research. London, N.Y., 1971, 7: 2-86.

Назарюк В.М. Баланс и трансформация азота в агроэкосистемах. Новосибирск, 2002.

Назарюк В.М., Кленова М.И., Калимуллина Ф.Р. Эколого-агрохимические подходы к проблеме нитратного загрязнения в агроэкосистемах. Экология, 2002, 6: 416-421.

S treeter J.G. Symbiotic nitrogen fixation. In: Plant-Environment Interactions. N.Y., 1994: 245-262.

Назарюк В.М., Сидорова К.К., Шумный В.К. и др. Новый метод определения эффективности бобово-ризобиального симбиоза в полевых условиях. Агрохимия, 2003, 1: 77-83.

Чикина М.В., Науменко И.В. Перспективы использования фосфатного сырья сибирских месторождений в качестве удобрений. В сб.: Роль минерально-сырьевой базы Сибири в устойчивом функционировании плодородия почв. Красноярск, 2001: 115-119.

Размещено на Allbest.ru