Влияние микроудобрений на содержание микроэлементов в почве при выращивании лекарственных растений
В последнее время в России и за рубежом наблюдается увеличение потребности в качественном лекарственном сырье, так как долгие годы лекарственное растениеводство находилось в кризисном состоянии. Подсчитано, что потребности в лекарственном сырье покрываются за счет внутреннего рынка страны лишь на 1%. В связи с этим в 2016 г. решением президиума Совета при Президенте РФ была утверждена дорожная карта «Хелснет» Национальной технологической инициативы.
В рамках направления «Превентивная медицина» дорожной карты предусматривается создание к 2035 г. около 300 тыс. фермерских хозяйств, занимающихся выращиванием, первичной переработкой и хранением лекарственного сырья, поэтому наряду с восстановлением хозяйственных структур, занимающихся выращиванием лекарственных растений, необходимо изучение агрохимических приемов их возделывания, приспособленных к зональным условиям региона, с целью повышения урожайности и качества. К числу таких регионов относится и Западная Сибирь, которая по почвенно-климатическим условиям и результатам опытных исследований пригодна для возделывания многолетних лекарственных растений.
Многочисленными исследованиями последних лет установлено, что одним из главных факторов нарушения функционирования агроэкосистем является несбалансированное питание растений. Многие российские и зарубежные авторы отмечают дефицит содержания микроэлементов на различных типах почв и целесообразность внесения микроудобрений.
Установлено, что в Российской Федерации потребность почв в медных удобрениях достигает 50–60%, в цинковых — около 90%. Подобная ситуация отмечается и на черноземных почвах Омской области, где содержание подвижного цинка находится на низком уровне (98,9% обследованных площадей), подвижной меди — на низком и среднем уровне (47,1% и 50,0% обследованной площади соответственно).
Проведение химического анализа почвы позволяет оценить содержание в почве элементов минерального питания и выполнить прогноз эффективности применения микроудобрений. Для разработки почвенной диагностики необходимо знать содержание макро- и микроэлементов в почве, а также потребность растений в них в различные периоды их роста и развития для получения высоких урожаев.
В настоящее время остаются неизученными вопросы минерального питания лекарственных растений цинком и медью для условий юга Западной Сибири, а недостаток в почвах микроэлементов является недооцененным агроэкологическим фактором. Это обусловливает необходимость изучения закономерностей действия и последействия микроэлементов в системе «удобрение — почва» в зональных условиях юга Западной Сибири.
Цель исследований — изучить влияние внесения различных доз цинк- и медьсодержащих удобрений на химический состав лугово-черноземной почвы при возделывании тысячелистника и пижмы обыкновенной.
Материал и методы исследования
Объектами изучения явились лекарственные растения – лугово-черноземная почва и лекарственные растения семейства Сложноцветные (тысячелистник обыкновенный Achillea millefolium L. и пижма обыкновенная Tanacetum vulgare L.).
Многолетние полевые опыты с тысячелистником и пижмой обыкновенной проводили на территории опытного поля Омского ГАУ (2012–2015 гг.). Почва опытного участка — лугово-черноземная маломощная малогумусовая тяжелосуглинистая. Агрохимическая характеристика почвы (слой 0–30 см) в период закладки полевых опытов (2012 г.) представлена в таблице 1.
Закладка полевых опытов проводилась по общепринятым методикам, разработанным и утвержденным РАСХН для лекарственных культур. Опыт закладывали в четырехкратной повторности. Учетная площадь делянки — 10 м2. Предшественник — чистый пар.
Посадку лекарственных растений осуществляли рассадой в мае. Схема посадки растений — 50 × 10 см. Макро- и микроудобрения вносили однократно в год посадки лекарственных растений в следующих формах: ацетат меди (CH3COO)2Cu — 32%, аммиачная селитра N — 34,4%, двойной суперфосфат P2O5 — 37%, хлористый калий K — 60%.
Удобрения вносили вручную в рядки. Отбор и анализ почвенных образцов осуществляли ежегодно в фазу отрастания. Почвенные образцы отбирали почвенным буром на глубину 0–30 см по вариантам опыта методом конверта.
Микроудобрения вносили в долях предельно допустимых концентраций (ПДК): 0,25, 0,5, 0,75, 1,0 (табл. 2). В расчете учитывали содержание микроэлементов до посадки и ПДК Zn и Cu в почве (23 мг/кг и 3 мг/кг) (СанПИН 1.2.3685-21).
На основании ранее проведенных исследований с многолетними культурами расчет фона (N135P45K45) проводили с учетом потребности растений в удобрениях в основное внесение.
Статистическая обработка экспериментальных данных методами вариационного (Сv, %) и корреляционного анализов (r), а также наименьшая существенная разница в опыте (НСР0,5) проводились по Методике полевого опыта с использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel и Diana.
Статистическая обработка экспериментальных данных методами вариационного (Сv, %) и корреляционного анализов (r), а также наименьшая существенная разница в опыте (НСР0,5) проводились по Методике полевого опыта с использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel и Diana.
Результаты и обсуждение
Результаты многолетних исследований содержания подвижных форм микроэлементов в почве в полевых опытах с лекарственными растениями представлены в таблице 3.
В среднем за годы исследований при внесении расчетных доз цинковых удобрений в пределах оптимальной дозы (60 кг д. в. Zn/га, исходя из урожайных данных) содержание подвижного цинка в почве под растениями тысячелистника обыкновенного в фазу отрастания повышалось с 1,3 мг/кг до 2,5 мг/кг, подвижной меди — с 0,11 мг/кг до 0,14 мг/кг почвы.
В опыте с пижмой обыкновенной в вариантах с внесением цинковых удобрений в пределах оптимальной дозы 60 кг д. в. / га (по урожайным данным) содержание Zn было заметно выше и изменялось от 1,7 мг/кг до 8,5 мг/кг, Cu — от 0,15 мг/кг до 0,20 мг/кг.
Содержание подвижных форм микроэлементов в почве увеличивалось прямо пропорционально вносимым дозам медных удобрений. Так, в опыте с тысячелистником обыкновенным дозы Сu от 2,4 кг до 9,7 кг д. в. / га в среднем за 2012–2015 гг. повышали содержание Cu с 0,12 мг/кг до 0,17 мг/кг, Zn — c 1,2 мг/кг до 2,0 мг/кг.
В исследованиях с пижмой обыкновенной медные удобрения в дозах 2,4–7,2 кг д. в. / га повышали концентрацию Cu в почве на 30,8–61,5%, Zn — на 81,8–245,5% по сравнению с фоном. Содержание подвижных форм цинка и меди в почве под лекарственными растениями не превышало установленной ПДК для этих элементов (табл. 3).
Математическая обработка полученных многолетних данных 2012–2015 гг. в опытах с многолетними лекарственными растениями позволила получить уравнения зависимости содержания подвижного Zn (УZn) и Cu (УCu) в слое почвы 0–30 см от доз вносимых ацетатных форм цинковых и медных удобрений по годам проводимых исследований (табл. 4, уравнения 1–24).
В 2012 году при внесении каждого килограмма цинковых удобрений под тысячелистник обыкновенный в дозах 20, 40, 60 кг д. в. / га на фоне NPK коэффициент интенсивности действия цинковых удобрений b на содержание Zn в слое почвы 0–30 см составил 0,01 мг/кг (табл. 4, уравнение 1).
Для повышения содержания подвижного Zn на 1 мг/кг почвы требуется внести 100 кг Zn-удобрений (r = 0,95). Каждый килограмм Cu-удобрений, внесенных до оптимальных доз (9,7 кг д. в. / га), повышал содержание подвижной Cu в почве на 0,003 мг/кг, r = 0,97 (табл. 4, уравнение 2).
В последующие годы (2013–2015 гг.) коэффициенты интенсивности последействия Zn-удобрений b на содержание Zn в почве составили: 2013 г. — 0,03 мг/кг (r = 0,88, уравнение 3), 2014-й — 0,04 мг/кг (r = 0,94, уравнение 5), 2015-й — 0,02 мг/кг (r = 0,99, уравнение 7).
Отсюда можно сделать вывод, что для повышения содержания Zn на 1 мг/кг почвы в среднем за годы последействия требуется внести 33,3 кг Zn-удобрений, что указывает на повышение коэффициента b интенсивности действия внесенных доз удобрений на лугово-черноземную почву в годы последействия.
Коэффициент интенсивности последействия Cu-удобрений b составил в 2013–2014 гг. 0,006 (табл. 4, уравнения 4, 6), в 2015-м — 0,004 мг/кг (табл. 4, уравнение 8). Таким образом, из уравнений 1–8 следует, что влияние Zn— и Cu-удобрений на химический состав почвы зависит от года жизни культуры.
В среднем за годы исследований в опыте с тысячелистником обыкновенным разовое внесение каждого килограмма Zn-удобрений повышает содержание в почве (в пределах оптимальной дозы) Zn на 0,02 мг/кг, Cu — на 0,001 мг/кг (табл. 4, уравнения 9, 11), внесение Cu-удобрений увеличивает содержание Cu на 0,006 мг/кг, Zn — на 0,08 мг/кг почвы (табл. 4, уравнения 10, 12).
Установлено, что коэффициенты интенсивности действия микроудобрений (b) на химический состав почвы при возделывании тысячелистника в течение первых трех лет жизни культуры (как по Zn, так и по Cu) увеличивались соответственно: 0,01 мг/кг → 0,03 мг/кг → 0,04 мг/кг и 0,003 г/кг → 0,006 мг/кг → 0,006 мг/кг, что связано с растворимостью микроэлементов в годы последействия.
По годам проводимых исследований коэффициенты интенсивности действия Zn-удобрений bZn закономерно повышаются: 0,001 мг/кг → 0,07 мг/кг → 0,14 мг/кг → 0,32 мг/кг (уравнения 13, 15, 17, 19). В среднем за 2012–2015 гг. 1 кг Zn/га равен 0,13 мг/кг, то есть для повышения подвижного Zn в почве на 1 мг/кг необходимо внести 7,7 кг Zn-удобрений (табл. 4, уравнение 21).
В годы действия и последействия внесенных Cu-удобрений в лугово-черноземную почву коэффициенты интенсивности действия bCu каждого килограмма Cu характеризовались низкими величинами. Так, в 2012 г. bCu был равен 0,006 мг/кг, в последующие годы (2013–2015 гг.) варьировал в пределах 0,006–0,015 мг/кг (табл. 4, уравнения 14, 16, 18, 20). Исходя из этих нормативов, в среднем за годы исследований 1 мг подвижной Cu на 1 кг почвы эквивалентен 100 кг Cu-удобрений (табл. 4, уравнение 23).
Согласно уравнениям 21, 22, оптимальный уровень содержания подвижных форм Zn и Cu в лугово-черноземной почве соответствует оптимальному прогнозу питания: Zn — 8,2 мг/кг, Cu — 0,21 мг/кг (фактически в почве: Zn — 8,5 мг/кг, Cu — 0,20 мг/кг).
Поступившие в почву макро- и микроудобрения способны влиять на мобильность и ряда других элементов, поэтому на основе экспериментальных данных (табл. 3) были получены не только прямые, но и обратные связи между Zn и Cu.
Было выявлено, что Cu-удобрения в большей степени повышали содержание подвижного Zn в почве в сравнении с Zn-удобрениями. Коэффициент интенсивности действия b 1 кг внесенной Сu на содержание Zn в почве в среднем за годы исследований в зависимости от культуры составлял 0,08 мг/кг (тысячелистник — табл. 4, уравнение 12), 0,34 мг/кг (пижма — табл. 4, уравнение 24).
Zn-удобрения в меньшей степени повышали содержание Cu в почве — 0,001 мг/кг (тысячелистник, пижма — табл. 4, уравнение 11; табл. 4, уравнение 23).
Из вышесказанного следует, что Cu-удобрения повышают содержание не только Cu в почве, но и Zn. Это позволяет сделать вывод о наличии синергизма между Cu и Zn, тем самым снизить антропогенную нагрузку на почву и растения при внесении микроудобрений.
Исследования, проведенные в 2012–2015 гг., дали возможность получить математические уравнения 1–24), отображающие зависимость содержания Zn и Cu в почве от доз применяемых микроудобрений. Эти уравнения позволяют связать накопление микроэлементов в почве с дозами применяемых микроудобрений.
Выявленные в ходе исследований коэффициенты интенсивности действия единицы поступившего в почву микроэлемента b (мг/кг) позволяют произвести ориентировочный прогноз накопления Zn и Cu в лугово-черноземной почве при внесении микроудобрений, используя формулу 1:
Сопт = Д b + Сн, (1)
где: Сн и Сопт — содержание микроэлемента в почве до Сн и после Сопт применения удобрений, мг/кг почвы; Д — оптимальная доза внесения микроэлемента, кг/га; b — коэффициент интенсивности действия, мг/кг почвы. Подставив в формулу 25 лучшие дозы Zn (60 кг д. в. / га) и Cu (9,7, 7,2 кг д. в. / га) для конкретных лекарственных культур, получим оптимальные уровни содержания микроэлементов в системе «почва — растение» (табл. 5).
Для диагностирования микроэлементного питания многолетних лекарственных культур и в дальнейшем расчета доз применяемых микроудобрений наибольший интерес представляют уравнения 1, 2 (табл. 4) и 13, 14 (табл. 5).
Полученные на основе данных уравнений нормативные количественные характеристики (bZn — 0,01 мг/кг, 0,001 мг/кг, bCu — 0,003 мг/кг, 0,006 мг/кг) и установленные оптимальные параметры (Сопт) Zn и Cu в слое почвы 0–30 см (табл. 6) дают возможность рассчитать дозы удобрений (Д) для создания оптимальных уровней элементов питания в почве для конкретных лекарственных культур по формуле 2:
Д = (Сопт – Сф) : b, кг д. в. / га, (2)
где Сф — фактическое содержание Zn и Cu в почве, мг/кг; b — коэффициент интенсивности действия удобрения на создание элемента питания в почве.
Подставив в формулу 2 оптимальные уровни содержания Zn и Cu в почве, коэффициенты интенсивности действия микроудобрений b на химический состав почвы, формулы расчета оптимальных доз Zn- и Cu-удобрений для лекарственных растений будут иметь вид:
| тысячелистник обыкновенный | ДZn = (1,61опт – 1,01ф) : 0,01 = 60 кг д. в. / га ДCu = (0,13 опт – 0,10ф) : 0,003 = 10 кг д. в. / га | (3) (4) |
| пижма обыкновенная | ДZn = (0,77 опт – 0,71ф) : 0,001 = 60 кг д. в. / га ДCu = (0,14 опт – 0,10ф) : 0,006 = 6,7 кг д. в. / га | (5) (6) |
Таким образом, установленные количественные характеристики между химическим составом почвы и внесенными дозами микроэлементов в почву имеют большое значение при разработке системы применения удобрений под конкретную культуру.
Выводы
На основании проведенных исследований и выявленных математических зависимостей установлены коэффициенты интенсивности действия единицы Zn и Cu, внесенных в составе удобрения в почву, на ее химический состав (содержание подвижных Zn и Cu): bZn и bCu — 0,01 и 0,003 (тысячелистник) и 0,001 и 0,006 (пижма). Определены оптимальные уровни содержания подвижных форм Zn и Cu в лугово-черноземной почве для: тысячелистника обыкновенного — 2,5 мг/кг и 0,17 мг/кг, пижмы обыкновенной — 8,5 мг/кг и 0,21 мг/кг соответственно.
Установленные оптимальные уровни содержания микроэлементов в почве, коэффициенты интенсивности действия Zn и Cu позволяют проводить расчеты доз микроудобрений в основное внесение.
Об авторах
Наталья Николаевна Жаркова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Институтская пл., 1, г. Омск, 644008, Российская Федерация
еmail: nn.zharkova@omgau.org; https://orcid.org/0000-0003-2970-328X
УДК 502.55:502.36 DOI: 10.32634/0869-8155-2023-367-2-87-92
Просмотров: 107
