Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В современной агроэкологической практике остается актуальным изучение влияния высококремнистых материалов на продуктивность сельскохозяйственных культур и состояние плодородия почвенного покрова в условиях различных почвенно-климатических территорий нашей страны [1–5]. В частности, известно, что растения поглощают кремний из почвенного раствора в виде ионов (SiO32–) и (SiO44–), а также в виде собственно монокремниевых кислот (Н2SiO3 и Н4SiO4), которые впоследствии в клеточном соке превращаются в кремнегель SiO2×nH2O. Затем происходит его биохимическое связывание с полимерами клетки (белки, углеводы) и аккумуляция на поверхности клеточных стенок, в покровных тканях (поверхностные слои эпидермиса листьев и корней, кора), либо в различных видах фитолитов (органо-минеральные образования-глобулки, слагающие покровные и механическую ткани растений). Скелетное формирование покровных и проводящих тканей растения, по сути, сопровождается образованием двойного кутикулярного слоя, представляющего собой кремнецеллюлозную мембрану. Вследствие этого оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению биомассы корней, их объема, общей и рабочей адсорбирующей поверхности. Кроме того, применение кремнийсодержащих удобрений улучшает корневое питание, увеличивает сопротивляемость растений к нематодам, гифам фитопатогенных грибов и другим корневым вредителям [2, 6].

Несмотря на очевидность положительного действия таких природных пород как диатомиты, опоки, трепелы, цеолиты и различные глины, на урожайность растений, показатели их качества и агрономически значимые параметры плодородия пахотного горизонта, многие вопросы поведения веществ в почвах остаются нераскрытыми.

В частности, пока нет однозначного мнения о степени пролонгированности действия вышеуказанных веществ в почве в зависимости от их дозы и биологических особенностей выращиваемых культур, что вызывает еще больший интерес к изучению изменений не только в части урожайности, но и в части почвенно-биотического и почвенно-поглощающего комплексов (ППК и ПБК). При этом в современной научной литературе практически отсутствуют данные о влиянии высоких доз кремнийсодержащих материалов на состояние коллоидной системы почвы и ее микробиоценозов. С другой стороны, за счет большого разнообразия генезиса почв сельскохозяйственных угодий России, подобного рода исследования еще долгое время останутся актуальными и востребованными как в практике агрономии, так и в фундаментальном почвоведении.

Цель исследования

Ранее нами уже было установлено влияние одного из природных кремнийсодержащих материалов – диатомита Инзенского месторождения и полного минерального удобрения, на урожайность двух культурных растений в условиях вегетационных опытов, заложенных на светло-серой лесной легкосуглинистой почве из Богородского района Нижегородской области [6]. Целью исследований является изучение влияния высоких (мелиоративных) доз трех пород – диатомита, цеолита и бентонитовой глины на продуктивность основных сельскохозяйственных культур в условиях микрополевого эксперимента, заложенного на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве Нижегородской области.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в микрополевом опыте на базе картофелеводческого предприятия ООО «Элитхоз» Борского района Нижегородской области в 2015–2017 гг. Микрополевой опыт включал контрольный вариант (NPK-фон) и 9 вариантов с внесением в пахотный слой высоких (мелиоративных) доз диатомита Инзенского (Ульяновская область), цеолита Хотынецкого (Орловская область) и бентонитовой глины Зырянского (Курганская область) месторождений по фону удобрений: NPK-фон – полное минеральное удобрение культуры без внесения высококремнистых пород, NPK + Диатомит из расчета 3 тонны на 1 гектар, NPK + Диатомит – 6 т/га, NPK + Диатомит – 12 т/га, NPK + Цеолит – 3 т/га, NPK + Цеолит – 6 т/га, NPK + Цеолит – 12 т/га, NPK + Бентонит – 3 т/га, NPK + Бентонит – 6 т/га, NPK + Бентонит – 12 т/га. Породы вносили в почву вручную в августе 2014 г. при подготовке участка и его разбивке на делянки совместно с минеральными удобрениями путем разбрасывания навесок материалов по поверхности почвы и перекопки пахотного горизонта с веществами.

Полное минеральное удобрение культур проводили путем внесения в почву смесей из азофоски (16:16:16), фосфоритной муки (P20) и аммиачной селитры (N34) из расчета N80P80K80 кг/га д.в. в опыте с озимой пшеницей, N80P80K60 кг/га д.в. в опыте с ячменем и N30P40K60 кг/га д.в. в опыте с горохом. По первому году выращивания озимой пшеницы минеральные удобрения вносили совместно с кремнийсодержащими породами в год закладки опыта (август 2014 г.), а на второй и третий годы – дробно в осенне-весенние периоды (сентябрь, май).

Дозы минеральных удобрений культур были взяты в соответствии с общепринятыми рекомендациями применения минеральных удобрений в полеводстве Нижегородской области [7], дозы кремнийсодержащих пород обусловлены актуальностью современного изучения высоких (мелиоративных) норм внесения таковых материалов, о чем приводятся упоминания в трудах известных ученых [4–5]. Есть ряд мнений, что потенциальное влияние природных высококремнистых пород на состояние ППК и ПБК почвы возможно раскрыть только при условии применения их в высоких дозах.

Обобщенный химический состав изучаемых материалов приведен в табл. 1.

Почва опытного поля – дерново-подзолистая среднедерновая неглубокооподзоленная неоглеенная легкосуглинистая, которая характеризуется как среднекислая (обменная кислотность 4,8 ед. рНKCl), низкогумусированная (содержание гумуса 1,21 %), со средней обеспеченностью подвижными соединениями фосфора и калия (по Кирсанову – 86 и 110 мг/кг почвы соответственно), а также со средним уровнем дефицита в балансе актуального и потенциального кремния (по Матыченкову – 16 и 213 мг/кг соответственно).

В 2015 г. выращивали озимую пшеницу (Triticum L.) сорта Московская 39, в 2016 г. возделывали ячмень (Hordeum sativum Jessen.) сорта Велес, в 2017 г. выращивали горох посевной (Pisum sativum L.) сорта Чишминский 95. Сорта культур районированы по Волго-Вятскому региону.

Озимую пшеницу (2015 г.) и ячмень (2016 г.) убирали в августе – в фазу полной спелости зерна, горох – в фазу начала усыхания ботвы (август 2017 г.). Опыты проведены со строгим соблюдением методических требований для микрополевых экспериментов, все работы проводились вручную. Учетная площадь делянки 1 м2 и была обусловлена изначальной прописью гипотезы проведения исследований. Расположение делянок рендомизированное, повторность – четырехкратная.

Погодные условия в 2015 г. характеризовались несущественным количеством осадков, а сам год в целом был более жарким по сравнению со средними климатическими нормами региона (ГТК в летние месяцы варьировался в пределах 0,9–1,0). Метеоусловия 2016 г., наоборот, не отличались дефицитом осадков, а температура воздуха колебалась в пределах нормы с небольшим ее превышением в августе (ГТК = 1,0–1,1). Условия 2017 г. характеризовались обильным количеством осадков весной, и в первой половине лета температура воздуха не отличалась от среднегодовых норм в течение всего лета (ГТК = 1,1–1,2).

Математическая обработка результатов исследований выполнена по Б.А. Доспехову [8] методом дисперсионного анализа с расчетом НСР при статистическом уровне значимости p < 0,05 с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007.

Результаты исследования и их обсуждение

В опытах определяли степень влияния доз кремниевых пород, наложенного на действие полного минерального удобрения, на биологическую продуктивность озимой пшеницы, ячменя и гороха. Общую биомассу, а также урожайность зерна и соломы измеряли весовым методом непосредственно в полевых условиях.

Так, в опыте установлено положительное совместное влияние исследуемых пород и NPK-удобрений на биопродуктивность озимой пшеницы (табл. 2).

В отношении зерна и соломы данной культуры действие фона на дозу пород стабильно увеличивалось. Здесь прибавки в урожае зерновой и соломистой частей урожая соответственно составляли от 6 % до 22 % и от 4 % до 11 % при влиянии диатомита, от 1 % до 13 % и от 4 % до 8 % при влиянии цеолита, от 16 до 28 % и от 9 % до 12 % при влиянии бентонита.

Также на второй год отмечалось статистически достоверное положительное влияние кратности увеличения дозы каждой из пород, которое в большей мере проявлялось в отношении зерна культуры. В частности, наименьшее действие оказала бентонитовая глина (на 5–10 % в зависимости от ее дозы), среднее влияние – от цеолита (на 9–12 %), а наилучшее – от диатомовой породы (на 8–15 %).

Данные табл. 4 отражают степень влияния кремнийсодержащих материалов и минеральных удобрений на продуктивность посевного гороха.

Нужно сказать, что на третий год действия изучаемых веществ степень влияния фона на дозу усилилась по всем вариантам исследования за исключением вариантов с цеолитом в отношении соломы гороха, что, по-видимому, зависит не столько от биологических особенностей культуры, сколько от пролонгации взаимодействия природных материалов с почвой.

Влияние же кратности увеличения дозы каждой из пород осталось примерно на одном уровне с прошлым годом. В частности, при двух- и четырехкратном повышении дозы диатомита урожайность зерна увеличивалась соответственно на 5–6 %, а соломы на 4–7 %, дозы цеолита – на 4–7 % и на 2–5 %, а дозы бентонитовой глины – на 5–8 % и на 3–5 %.

На рисунке представлена динамика общей продуктивности сельскохозяйственных культур и ее изменение в зависимости от изучаемых факторов.

Нужно отметить, что в целом по годам исследования значительное ослабление действия кремнийсодержащих материалов на продуктивность культур прослеживалось по вариантам с цеолитом. На вариантах же с диатомовой породой и бентонитовой глиной к третьему году данное влияние оставалось примерно на одном уровне с показателями первого года, а в условиях высоких доз – увеличивалось.

В частности, на варианте с дозой диатомита в 12 т/га прибавка к фону в первый год составила 23 %, а на третий – 25 %. На вариантах с дозами бентонита в 6 и 12 т/га прибавка к фону в первый год составила 25 % и 26 %, а на третий – 31 % и 34 % соответственно.

Очевидно, что кроме биологических особенностей культур (в частности, степень усвоения подвижных соединений кремния из вещества пород и отклик на изменения в ППК), которые будут определять ежегодную вариабельность продуктивности, на урожайность имеет место влияние пролонгированного взаимодействия кремнийсодержащих материалов с почвой.

Выводы

Результатами трехлетнего микрополевого опыта показано совместное влияние различных доз кремнийсодержащих пород и полного минерального удобрения на биологическую продуктивность озимой пшеницы сорта Московская 39, ячменя сорта Велес и гороха посевного сорта Чишминский 95 в условиях дерново-подзолистых легкосуглинистых почв Борского района Нижегородской области.

В отношении озимой пшеницы установлено, что на фоне NPK наиболее эффективным является внесение минимальной дозы в 3 т/га, в условиях чего прибавки в массе зерна достигают 24 % по диатомиту, 12 % по цеолиту и 25 % по бентонитовой глине. В отношении ячменя и гороха установлено, что на фоне NPK наиболее эффективной является третья доза (12 т/га), где прибавки зерна составляют 22 % и 22 % по диатомиту, 13 % и 14 % по цеолиту, 28 % и 30 % по бентониту.