Поиск путей наиболее полного и рационального использования растениями элементов минерального питания удобрений и почвы во все времена оставался одной из главных задач науки и практики. Столь пристальное внимание к данной проблеме обусловлено тем, что уровень и качество минерального питания растений во многом определяют их урожай и его качество. Потребление растениями элементов питания в онтогенезе определяется многими факторами. Наиболее значимыми из них являются неравномерность роста и развития, обусловленная генетическими особенностями культур и сортов, почвенно-климатические условия произрастания. Из последних наиболее важным для потребления элементов питания является уровень обеспеченности растений влагой и теплом. С целью повышения доступности элементов питания разработаны разнообразные приемы обработки почвы, накопления и сохранения влаги в почве. Важное место в решении этого вопроса отводится дробному применению минеральных удобрений, приуроченности их внесения к периоду наибольшей потребности растений в элементах питания, особенно азота [Кореньков, 1976].

Таблица 21

Таблица 22

На уровень потребления элементов питания удобрений на начальных фазах роста и развития растений оказывает влияние как объем почвы, с которым перемешивается удобрение при разбросном его внесении, так и глубина расположения очага при локальном способе. В опытах на яровой пшенице наиболее интенсивное потребление ¹⁵N-мочевины, внесенной совместно с фосфором и калием до начала кущения, отмечалось при перемешивании удобрений со слоем почвы 0-10 см (рис. 18). Перемешивание удобрения со слоем почвы 0-25 см тормозило поглощение азота удобрения до начала интенсивного роста надземной части растения. В случае размещения удобрения лентой на глубину 10 см растения к началу трубкования накапливали азота заметно больше, чем при разбросном внесении в слой 0-10 см. Данное преимущество сохранялось до конца вегетации. Наиболее длительная депрессия в потреблении растениями азота удобрения в начале онтогенеза наблюдалась при внесении его сплошным экраном на глубине 25 см. Представляется, что основной причиной этого было ухудшение позиционной доступности элементов питания корневым системам растений.

К концу третьей недели после посева растения усваивали примерно одинаковое количество азота удобрений. В последующий период растения на фоне ленточного внесения значительно превосходили по общему выносу азота растения, где удобрение вносилось в слой почвы 0-10 см. В полную спелость он равнялся соответственно 1,61 и 1,20 г на сосуд. По данным авторов, уровень потребления азота в онтогенезе при локальных способах внесения удобрения в значительной степени зависит от глубины слоя почвы, в котором размещается удобрение, и генотипических особенностей культуры. Положительный эффект локализации удобрений по признаку накопления азота на гречихе в наибольшей степени проявляется при более глубокой его заделке (до 30 см), но локальное размещение азотных удобрений в нижних слоях почвы ограничивает его использование картофелем. Для растений с преимущественным потреблением азота в первую половину вегетации, к числу которых относится и ячмень, внесение удобрений на глубину 20 и 30 см снижает доступность азота на начальных этапах онтогенеза. Активация его потребления в последующий период не компенсирует ранее возникшее отставание в усвоении азота. Авторы считают, что наиболее благоприятные условия для продукционного процесса ячменя складываются при размещении удобрений с небольшой почвенной прослойкой от семян.

Сильное регуляторное действие на потребление растениями элементов питания оказывает не только способ их распределения в среде, но и доза вносимого удобрения. В лабораторных опытах с картофелем нитрофоску в дозе 0,3 и 0,6 г N, P₂O₅ и K₂O на 1 кг почвы вносили экраном на глубину 7 см в один из отсеков сосуда. Учет накопления растениями биомассы и элементов питания проводили через месяц после закладки опытов. Удвоение дозы удобрения заметно ингибировало рост побега и в большей степени корневой системы целого растения (табл. 23). Однако в последнем случае это происходило за счет высоко-

Таблица 23

солевой части корней, масса которых оказалась в три с лишним раза ниже, чем при одинарной дозе. Данная прядь корней характеризовалась значительным повышением содержания азота и в меньшей степени фосфора. Усиление напряженности воздействия на часть корневой системы не сопровождалось увеличением относительного содержания и абсолютного накопления в низкосолевой пряди и побеге азота и фосфора. Более того, оно оказалось даже несколько ниже, чем при одинарной дозе. Из данного эксперимента, если он не носит частный характер, а является отражением какой-то более общей закономерности, можно сделать предположение: в экстремальных условиях, создаваемых для части корневой системы растения повышением концентрации элементов питания, включаются защитные механизмы, препятствующие распространению отрицательного действия фактора на все растение. Более высокий уровень потребления элементов минерального питания растениями в онтогенезе и их вынос с урожаем при локальном питании растений, чем при разбросном способе, подтверждается многими исследованиями. Однако, как отмечал Д.А.Сабинин [1934], значение способа внесения удобрений нельзя сводить только к влиянию его на количество усвоенных растением питательных веществ. На основании вегетационных опытов с кукурузой было сделано заключение, что значительное повышение урожая зерна при гнездовом внесении удобрения может быть достигнуто и без увеличения выноса элементов питания (табл. 24). Подобные результаты, вероятно, были обусловлены какими-то специфическими условиями эксперимента. Но они представляются важными в следующих аспектах. Во-первых, гнездо-

Таблица 24

Включение поглощенных и накопленных в растении элементов минерального питания в состав органических соединений является одной из важнейших функций, определяющих продукционный процесс. В первую очередь, это относится к азоту, уровень метаболизации которого в значительной мере предопределяет не только величину урожая, но и качество продукции многих сельскохозяйственных культур. Поскольку характер распределения удобрения в корнеобитаемой среде существенно влияет на трансформацию в ней азота, соотношение его форм, а также включение в состав органических соединений в корневой системе и последующий их транспорт в побег, то все это должно находить отражение и в усвоении данного элемента растениями. В лабораторных опытах с яровой пшеницей Саратовская 46 нитрофоску перемешивали со всем объемом почвы или вносили лентой на глубину 10 см. В оба срока определения растения по локально внесенному удобрению характеризовались более высоким, чем при перемешивании удобрения с почвой, содержанием не только общего, но и белкового азота (табл. 25). Наиболее значимые различия по содержанию небелкового азота в листьях по вариантам опыта наблюдались в начале активного накопления растениями биомассы, т.е. в период трубкования. При ленточном распределении нитрофоски оно было почти в два раза ниже, чем при перемешивании со всем объемом почвы. Представляется, что взаимодействие части корневой системы растений с очагом высокого содержания ионов в силу ряда причин активирует функционирование белоксинтезирующей системы. Подтверждением тому яв-

Таблица 25

ляются также данные о количестве полисом в листьях яровой пшеницы, которые были получены в одном из наших опытов Ф.М.Шакировой: на фоне ленточного внесения удобрения их было заметно больше, чем при разбросном способе. Важным показателем интенсивности усвоения азота является активность фермента нитратредуктазы. Наши наблюдения показали, что ленточное внесение нитрофоски заметно повышает активность данного фермента у растений яровой пшеницы. В фазу кущения у растений без удобрения она составляла 17,4; (NPK)₆₀ вразброс – 33,8; (NPK)₆₀ лентой – 37,6 мкг NO₂ на 1 г сырых листьев за 30 мин [Трапезников и др., 1977].

Небелковый азот в растении представлен преимущественно нитратной формой, которая локализована в активном (цитоплазматическом) и запасном (вакуолярном) пулах. Соотношение последних варьирует в широких пределах и зависит от комплекса факторов [Соколов, Семенов, 1992]. Отмечается, что повышение доли активного фонда нитратов является свидетельством интенсивности включения неорганического азота в процесс синтеза органических веществ. Ленточное внесение азотных удобрений приводит к перераспределению нитратов в фондах клеток листьев озимой пшеницы в пользу активного фонда [Тимченко, Соколов, 1987]. В результате такого перераспределения создаются условия для ускоренной метаболизации нитрат-ионов и снижения их суммарного содержания в тканях растений. Последнее зависит также от "емкости" запасного фонда, характерного для каждого вида растений и зависящего от почвенно-экологических условий и минерального питания. В целом же уровень содержания нитратов в растениях определяется действием более тридцати факторов [Семенов, 1996]. При этом один или несколько действующих факторов могут иметь в конкретных условиях определяющую роль в аккумуляции нитратов посредством прямого или косвенного влияния на рост и развитие растений, процессы поглощения и ассимиляции азота, соотношение его аммонийной и нитратной форм в почве.

Таблица 26

Таблица 27

Повышение коэффициента использования элементов питания из удобрений издавна считалось одной из важнейших задач агрономической науки [Демолон, 1961; Журбицкий, 1963; Панников, 1964; Синягин, 1975; Кореньков, 1976]. А.В.Петербургский [1981] указывает, что разрыв между темпами повышения средних доз питательных веществ и ростом урожаев сельскохозяйственных культур объясняется неполным использованием элементов питания растениями. Азот и калий в год внесения удобрения используются зерновыми примерно на 40 %. Для обеспечения фактического выноса элементов с урожаем нужно вносить в 1,5-2 раза большие дозы с удобрением. Фосфор в год внесения фосфорных удобрений используется и того меньше – на 10-15 %, в последующие 3-4 года – не более чем на 25 % [Юркин и др., 1976]. В литературе приводятся и несколько иные данные по использованию фосфора. Отмечается, что в год внесения удобрения он используется на 10-25 % и в последующие годы – на 55-60 % [Matzel, 1974]. Остальная часть внесенного фосфора превращается в малодоступные или недоступные для растений соединения. В качестве одного из важнейших путей повышения коэффициента использования данного элемента предлагается меньшее перемешивание фосфорных удобрений с почвой, то есть применение технологии локального внесения [Синягин, 1975; Гашон, 1976; Петербургский, 1981; и др.].

В настоящее время накоплен большой фактический материал, свидетельствующий о положительном действии данной технологии на использование растениями элементов питания из внесенных удобрений. Показано более интенсивное, чем при разбросном способе, поглощение ³²P при внесении суперфосфата в виде ленты на расстоянии 7,5 см от рядка кукурузы и хлопчатника [Nelson et al., 1949]. Причем такое положение сохранялось на почвах как с низким, так и высоким содержанием фосфора. В опытах с яровой пшеницей фосфорное удобрение в дозе 60 кг/га P₂O₅ вносили вразброс, локально лентами и горизонтальным экраном на глубину 5-7 и 15-17 см. Наблюдения за использованием ³²P показали, что наиболее высокий коэффициент использования фосфора был в случае ленточного размещения суперфосфата ниже семян на 2-3 см, он достигал 17-18%, а при разбросном способе – лишь 12,8 % [Шамрай, 1978]. На черноземе типичном и оподзоленном локальное внесение удобрений повышало коэффициент использования ³²Р кукурузой в 1,5 раза [Фатеев, 1993]. По данным финских исследователей [Kaila, Elonen, 1970], при внесении азота под яровую пшеницу вразброс коэффициент его использования равнялся примерно 30, лентой на глубину 8 см – 42%. При сочетании ленточного способа внесения удобрения с орошением растения использовали 61% внесенного азота. В обзоре Б.Г.Хвощевой [1974] приводятся данные австралийских исследователей по использованию азота мочевины в опытах с орошаемым хлопчатником. При разбросном внесении растения использовали 14 % азота удобрения, при внесении мочевины с поливной водой – 27%, ленточном способе – 45%. В последнем случае был получен и более высокий урожай.

Таблица 28

Таблица 29

Отзывчивость на локализацию удобрений в значительной степени зависит от генотипических особенностей культуры и сорта [Соколов, Семенов, 1992]. По степени использования азота авторы выделяют три группы культур. К первой относят растения, у которых коэффициент использования от локализации возрастает до 20 и более процентов (картофель, озимая пшеница, рис, салат). Ко второй группе – культуры, у которых коэффициент повышается на 10-20% (гречиха, кукуруза, овес, редис, хлопчатник, шпинат). В третью группу культур, у которых коэффициент использования азота возрастает не более чем на 10 %, входят кострец безостый, сорго, ячмень. Использование элементов питания зависит и от продолжительности вегетационного периода растений. На выщелоченном черноземе у раннеспелого сорта сои СибНИИк 315 коэффициент использования азота при ленточном внесении N₃₀P₆₀K₃₀ был даже несколько ниже, чем при разбросном способе (табл. 31). В то же время у более позднеспелого сорта Ласточка при локальном внесении удобрения он был в два раза выше. Положительное влияние локального способа на степень использования фосфора и калия отмечалось у растений обоих сортов.

Таблица 31

На фоне различных способов внесения удобрения четкие сортовые различия наблюдались и по отзывчивости на инокуляцию семян сои ризоторфином (штамм 634б). У раннеспелого сорта СибНИИк 315 коэффициент использования от инокуляции на фоне разбросного внесения удобрения снижался почти в два раза (49,7 % против 96,0 % без обработки), у растений сорта Ласточка он уменьшился примерно на четверть (40,0 и 52,7 %). Значительно меньше от инокуляции семян снижался коэффициент использования азота при ленточном внесении удобрений: у СибНИИк 315 – на 14, Ласточка – 10%. Вероятно, характер распределения удобрения в почве оказывал влияние не только на степень использования растениями сои элементов питания удобрений и почвы, но и на интенсивность симбиотической азотфиксации. Тем более что локальное размещение удобрения оказывало некоторое стимулирующее действие на образование клубеньков. Данный эффект в наибольшей степени проявлялся на раннеспелом сорте (табл. 32). Положительное влияние локального внесения аммонийного азота на глубину 15 см на образование клубеньков, симбиотическую азотфиксацию, вынос ¹⁵N удобрения и продуктивность сои отмечалось и в других работах [Шабаев, Смолин, 1995].

Таблица 32

Таблица 33

Физиологическая, агрохимическая и энергетическая эффективность удобрений. Одним из важных параметров эффективности удобрений является отношение количества сухого вещества или хозяйственно ценной части урожая к количеству потребленного азота или другого элемента минерального питания. Ранее в полевых опытах с кукурузой отмечался несколько меньший расход элементов питания на создание единицы сухого вещества при ленточном внесении N₇₅P₆₀K₆₀ по сравнению с разбросным способом [Трапезников, 1967]. В микрополевых опытах на серой лесной почве с этой же культурой физиологическая эффективность в расчете на зерно при разбросном внесении азотного удобрения составляла 32 единицы, локальном – 29. При расчете на всю биомассу надземной части растений наблюдалась противоположная картина и эффективность равнялась соответственно 74 и 80 г биомассы на грамм потребленного азота [Семенов, 1996].

Заметное повышение физиологической эффективности наблюдалось нами при локальном внесении нитроаммофоса на выщелоченном черноземе под яровую пшеницу (табл. 34). В наибольшей степени это проявлялось в отношении фосфора. В опытах с сахарной свеклой при внесении вразброс под зяблевую вспашку вынос на один центнер сахара составил по азоту – 1,94; P₂O₅ – 0,17; K₂O – 5,39; S – 0,66 кг; по половинной дозе удобрения, внесенного локально, эти показатели равнялись соответственно 1,65, 0,15, 4,68 и 0,34 кг [Пахомова и др., 1980]. Локальное применение удобрения обеспечивало более экономное использование элементов питания в процессе формирования урожая и отложения запасных веществ.

Таблица 34

Таблица 35

В Оглавление