Статья: Влияние физических и физико-химических свойств почв на биодоступность микроэлементов

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

106

Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского

Влияние физических и физико-химических свойств почв на биодоступность микроэлементов

А.М. Шемет

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая доступность микроэлементов растениям является одним из главных факторов, определяющих урожай и качество растительной продукции. Поэтому прогнозирование обеспеченности растений микроэлементами является одним из ключевых вопросов сельскохозяйственной науки.

Однако в данное время нет однозначного понимания термина биодоступность. Доступность элементов питания растений часто связывают с их подвижностью в почве. Подвижными формами считаются микроэлементы, которые экстрагируют определенной вытяжкой. Чаще всего в качестве экстрагентов используют растворы солей, кислот, щелочей и комплексообразующих веществ. К преимуществам почвенной диагностики следует отнести относительную легкость и быстрое выполнение, а также, в некоторой степени, обеспеченность растений микроэлементами. недостатком этого метода является невозможность воспроизведения сложных процессов взаимодействия растения и почвы, а также невозможность учета влияния видовых и сортовых особенностей культур, специфических особенностей почв (рн, гранулометрический состав, емкость поглощения и др.) [1, 2].

Одними из основных показателей почв, определяющими подвижность микроэлементов, являются рн и значения окислительно-востановительного потенциала. Со снижением этих показателей доступность большинства микроэлементов для растений увеличивается. Высокобуферные почвы тяжелого гранулометрического состава с нейтральной или щелочной реакцией среды хорошо удерживают микроэлементы, что способствует снижению темпов их поступления в растения и может стать причиной их недостатка. Почвы легкого гранулометрического состава, могут быть источником легкодоступных элементов, но за счет меньшей буферности, в этих почвах будут быстро снижаться запасы доступных соединений микроэлементов [3, 4].

Подвижность микроэлементов также зависит от количественных и качественных показателей органического вещества почвы. Большинство растворимых микроэлементов, связанных органическим веществом почвы, находится в составе фракции фульвокислот. Гуминовые кислоты характеризуются большей способностью к образованию нерастворимых комплексов с медью и цинком [5, 6].

Цель исследований - изучить особенности поступления микроэлементов в разные сельскохозяйственные растения из почв, которые отличаются содержанием гумуса, подвижных соединений микроэлементов, рн и гранулометрическим составом.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования по изучению влияния свойств почв на накопление микроэлементов растениями проводились в условиях вегетационного опыта. Для опыта были отобраны почвы, которые существенно отличаются между собой как по содержанию подвижных соединений микроэлементов, так и по основным показателям (содержанию гумуса, гранулометрическому составу и рH). Объектами исследований являлись: чернозем типичный легкоглинистый (рн - 7,2, содержание гумуса - 5,6 %, физической глины - 67 %), чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый (рн - 5,59, содержание гумуса - 3,9%, физической глины - 56 %), чернозем оподзоленный среднесуглинистый (рн - 6,0, содержание гумуса - 3,3 %, физической глины - 37 %), дерново-подзолистая супесчаная почва (рн - 5,3, содержание гумуса - 0,93 %, физической глины - 19 %). В опыте выращивали горох, ячмень, гречиху и кукурузу. Учет урожая растений проводили в следующие фазы развития растений: ячмень - начало колошения, горох - бутонизации - начала цветения, гречиха - цветение, кукуруза - фаза 9 листа. емкость вегетационных сосудов 5 литров.

Повторность вариантов в опыте - четырехкратная.

анализ почв проводили по аттестованным методикам: общий гумус - по Тюрину (ДСТУ 4289:2004), рн - водной вытяжки (ДСТУ ISO 10390:2007), гранулометрический состав - по методу пипетки в модификации Качинского (ДСТУ 4730:2007). Определение в почве подвижных соединений микроэлементов - в ацетатно-амонийной вытяжке рн - 4,8: меди - ДСТУ 4770:6:2007, железа - ДСТУ 4770:4:2007, марганца - ДСТУ 4770:1:2007, цинка - ДСТУ 4770:2:2007. Определение содержания микроэлементов в растениях - в 10 % нСI после минерализации образцов.

Содержание микроэлементов определяли атомно-абсорбционным методом в пламени ацетилен-воздух на спектрофотометре Сатурн-4. Обработка результатов анализа проводили с помощью методики Доспехова в программе ехеl.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Среди исследуемых сельскохозяйственных культур более высоким содержанием меди отмечено в горохе и гречихе, а самое низкое - ячмене. на изучаемых почвах содержание меди в растениях сильно изменялось, но определенной зависимости этих значений от содержания подвижной меди в почвах не выявлено (табл. 1).

почва биодоступность микроэлемент гранулометрический

Таблица 1 Содержание меди в растениях и почвах

Содержание меди в растениях гороха,на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом и черноземе типичном легкоглинистом, было практически одинаковым, несмотря на трехкратную разницу содержания этого микроэлемента в почвах. В то же время содержание меди в растениях, выращенных на черноземе оподзоленном среднесуглинистом, выше в 1,8 раза в сравнении с тяжелосуглинистым аналогом при более низком содержании меди в данной почве. Подобная закономерность наблюдалась и на растениях ячменя. Содержание меди в растениях, выращенных на черноземе оподзоленном среднесуглинистом и дерново-подзолистой супесчаной почве, было выше в 2 и 1,6 раза, чем на черноземе типичном легкоглинистом и оподзоленом тяжелосуглинистом.

В растениях гречихи наблюдались другие особенности накопления меди. несмотря на значительное отличие по содержанию подвижных соединений меди в почве, растения, выращенные на черноземе оподзоленном среднесуглинистом и дерново-подзолистой супесчаной почве, по содержанию данного микроэлемента существенно не отличались. При этом на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом содержание меди в растениях гречихи было значительно ниже в сравнении с менее обеспеченным подвижными соединениями меди черноземом оподзоленным среднесуглинистым. В растениях, выращенных на черноземе типичном легкоглинистом, содержание меди было в 1,2 и 1,4 раза ниже, чем на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом и дерново-подзолистой супесчаной почве.

Содержание меди в растениях кукурузы на изучаемых почвах значительно отличалось. Самое низкое содержание меди было в растениях, выращенных на черноземе типичном, а самое высокое в растениях, выращенных на черноземе оподзоленном среднесуглинистом и было в 1,5 раза выше соответствующих показателей на черноземе типичном и в 1,2 раза - чем на дерново-подзолистой супесчаной почве. В растениях кукурузы, выращенных на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом и дерново-подзолистой супесчаной почве, содержание меди было близким.

Более высокое содержание железа характерно для растений кукурузы по сравнению с другими культурами, эта закономерность наблюдалась на всех изучаемых почвах. При максимуме на дерново-подзолистой почве (213,2 мг/кг) и минимуме - на черноземе типичном легкоглинистом (79,66 мг/кг). В горохе, ячмене и гречихе содержание железа изменялось в зависимости от типа почвы и биологических особенностей культуры (тaбл. 2).

Минимальное содержание железа наблюдалось в растениях гороха, выращенного на черноземе типичном. Повышение содержания подвижных соединений железа в черноземах оподзоленных (тяжело- и среднесуглинистом) привело к более высокому накоплению железа в растениях. на дерново-подзолистой супесчаной почве содержание железа в горохе превышало соответствующие показатели чернозема типичного и черноземов оподзоленных в 3,3 и 1,5 раза соответственно.

Подобная закономерность содержания железа на разных почвах была характерна и для растений кукурузы. Для растений гороха и кукурузы можно говорить лишь о тенденции увеличения накопления железа растениями на фоне повышения содержания подвижных соединений этого элемента в почвах. Коэффициенты парной корреляции для гороха (r = 0,91), для кукурузы (r = 0,92) при доверительных значениях данной выборки r0.05 = 0,95. В то же время выявлена тесная отрицательная корреляционная связь между содержанием физической глины в почвах и накоплением железа в растениях кукурузы (r = -0,95).

Таблица 2

Содержание железа в растениях и почвах

Для растений ячменя отмечена взаимосвязь между содержанием подвижных соединений железа в отдельных почвах и накоплением в растениях. Растения, выращенные на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом и дерново-подзолистой супесчаной почве, существенно не отличались между собой по содержанию железа. Содержание железа в растениях, выращенных на черноземе оподзоленном среднесуглинистом, было ниже в 1,2 раза, а на черноземе типичном - в 2 раза. В данном случае можно предположить, что при содержании подвижных соединений железа выше 2,7 мг/кг почвы в растениях ячменя включаются барьерные функции, что препятствует чрезмерному накоплению железа.

В отличие от ячменя уровень содержания железа в растениях гречихи не всегда зависели от содержания этого элемента в почве. на черноземах типичном и черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом содержание железа в растениях гречихи существенно не отличалось несмотря на почти четырехкратную разницу в содержании подвижных соединений железа в этих почвах. В то же время содержание железа в растениях, выращенных на черноземе оподзоленном среднесуглинистом, было выше аналогичных показателей на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом в 3 раза и дерново-подзолистой почве - в 1,3 раза.

В данном случае особенности накопления железа растениями гречихи можно объяснить биологическими особенностями этой сельскохозяйственной культуры, а именно, высокой активностью корневой системы способной переводить нерастворимые соединения питательных веществ в почве в доступные растению. на поступление железа в растения гречихи косвенно влияли также и свойства почв, чернозем оподзоленный среднесуглинистый, за счет меньшего содержания физической глины по сравнению с тяжелосуглинистым аналогом, обладал меньшей буферностью, тоесть из этой почвы растениям было значительно легче поглощать железо [7].

Следует также отметить, что меньшее содержание данного микроэлемента в растениях гречихи на дерново-подзолистой супесчаной почве может быть вызвано антагонизмом железа и марганца, вследствие высокого содержания в растениях марганца на этой почве, что будет отмечено ниже.

Среди исследуемых растений, наиболее высоким содержанием марганца отмечались растения гречихи по сравнению с другими культурами на аналогичных почвах. на содержание марганца в других растениях существенно влияли свойства почв, на которых они выращивались (табл. 3)

Содержание марганца в растениях не всегда зависело от его содержания в почвах. В частности, при содержании этого элемента в количестве 10,21 мг/кг почвы в черноземе оподзоленом среднесуглинистом его содержание в горохе и ячмене было выше, чем на фоне 49,69 мг/кг почвы чернозема оподзоленного тяжелосуглинистого. При содержании марганца в дерново-подзолистой почве 24,46 мг/кг почвы его содержание в горохе и ячмене было самым высоким. необходимо отметить и то, что все растения значительно больше поглощают из почвы железа и марганца по сравнению с другими микроэлементами и в некоторой степени между ними можно проследить проявление антагонизма, особенно на примере гречихи и кукурузы. Так, на фоне высокого содержания в кукурузе железа значительно уменьшается содержание марганца, а на фоне высокого содержания марганца в гречихе снижается поступление железа.

Таблица 3 Содержание марганца в растениях и почвах