Цинк в пахотных почвах степной части кузнецкой котловины и влияние сульфата цинка на урожайность и качество яровой пшеницы
На правах рукописи
Сладкова Татьяна Викторовна
Цинк в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и влияние сульфата цинка на УРОЖАЙНОСТЬ
и качество яровой пшеницы
Специальность – 06.01.04 – агрохимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Барнаул – 2012
Работа выполнена в ФГУ ЦАС «Кемеровский» в отделе информационного обеспечения и прогноза совместно с ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»
на кафедре почвоведения и агрохимии
| Научный руководитель: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор Просянникова Ольга Ивановна |
| Официальные оппоненты: | Спицына Светлана Федоровна доктор сельскохозяйственных наук, профессор Алтайский государственный аграрный университет, профессор кафедры химии Балыкин Сергей Николаевич кандидат биологических наук, Институт водных и экологических проблем СО РАН, с. н. с. лаборатории биогеохимии |
| Ведущая организация: | Институт почвоведения и агрохимии СО РАН |
Защита состоится 24 мая 2012 г. в 900 час. на заседании диссертационного совета Д.220.002.01 при Федеральном государственном бюджетном образова-тельном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет», 656049, г. Барнаул, пр. Красноармей-ский, 98, тел/факс 8 (3852) 62-83-96. E-mail: [email protected]
C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «23» апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Е. Г. Пивоварова
Введение
Актуальность проблемы. По данным крупномасштабного агрохимического обследования почв нашей страны на содержание подвижных форм микроэлементов во внесении цинковых удобрений нуждается 83 % пахотных земель (Аристархов и др., 1988). Площадь пашни в степной части Кузнецкой котловины составляет 274 тыс. га (около 20 %) и на 82 % площади пашни установлена низкая обеспеченность цинком, наиболее отрицательно сказывающаяся на продуктивности сельскохозяйственных культур.
Исследование пахотных почв степной части Кузнецкой котловины на содержание цинка крайне важно для производства зерна в Кемеровской области. Производство зерна яровой пшеницы в округе составляет 166,3 тыс. тонн, или 19,3 % от общего валового сбора Кемеровской области (860,4 тыс. тонн), и в современных экономических условиях требует поиска новых ресурсосберегающих технологий с целью получения более высоких и качественных урожаев.
Применение микроудобрений является неразрывной составной частью мероприятий по повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, поскольку многими исследованиями установлена необходимость цинка для высших растений, в том числе и для яровой пшеницы (Каталымов, 1965; Диброва, 1966; Ильин, 1973, 1985; Школьник, 1974; Ягодин, 1978; Алексеев, 1978, 1987, 2008; Пейве, 1961, 1980; Гамзиков, 1982; Анспок, 1990; Назарюк, 2002; Орлова, 2007; Минеев, 2004).
Удобрения с содержанием цинка повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений (Анспок, 1990; Каталымов, 1965; Ниловская, Осипова, 2009). В условиях степного ядра Кузнецкой котловины с недостаточной водообеспеченностью (360 мм) и низким содержанием цинка в почвах применение цинковых удобрений является актуальным.
Выявление влияния цинковых удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы – важная и актуальная задача, решение которой будет способствовать повышению урожая и качества возделывания яровой пшеницы в условиях степного ядра Кузнецкой котловины.
Цель исследований: изучить особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины, влияние сульфата цинка на урожайность и качество зерна яровой пшеницы.
Задачи исследований:
1. Создать базу данных по кислотности (рНс), содержанию гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и провести картографирование.
2. Определить уровни содержания и оценить обеспеченность цинком зональных пахотных почв, в т.ч. черноземов выщелоченных степной части Кузнецкой котловины.
3. Выявить особенности пространственного распределения цинка и проследить временную динамику подвижных форм цинка в пахотных почвах.
4. Изучить влияние агрохимических параметров черноземов выщело-ченных на содержание подвижных форм цинка.
5. Выявить действие сульфата цинка на структуру, урожайность, качество зерна яровой пшеницы на черноземах выщелоченных, изучить баланс цинка в полевом опыте и земледелии степной части Кузнецкой котловины.
6. Определить биоэнергетическую и экономическую эффективность при-менения сульфата цинка.
Научная новизна: впервые проведено картографирование пахотных почв по валовому содержанию цинка и его подвижных форм степной части Кузнецкой котловины. Выявлены особенности пространственного распределения цинка в пахотных почвах, проведена оценка их обеспеченности цинком. Впервые в условиях степной части Кузнецкой котловины в полевом опыте установлено влияние предпосевной обработки семян и некорневой подкормки яровой пшеницы сульфатом цинка на урожайность и качество зерна. Доказано, что применение сульфата цинка при производстве зерна яровой пшеницы повышает агрономическую, биоэнергетическую и экономическую эффективность.
Практическая ценность работы. Атрибутивная информация и картографическое представление микроэлементного состава почв являются основой агрохимического районирования пахотных почв. Количественные параметры содержания и распределения цинка в почвах могут быть использованы для агрохимической оценки и являются базой для проведения периодического мониторинга, оценки и прогноза загрязнения черноземных почв. Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение 80 г сульфата цинка для предпосевной обработки 1 т семян и 100 г на га для некорневой подкормки посевов яровой пшеницы с учетом высокой экономической эффективности этих вариантов. Полученные данные использованы для подготовки методических рекомендаций по применению микроэлементов с целью увеличения урожайности и качества зерна яровой пшеницы в условиях степной части Кузнецкой котловины и учебных пособий по дисциплинам «Агрохимия», «Земледелие с основами почвоведения и агрохимии».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры почвоведения и агрохимии, а также научно-практических конференциях молодых ученых, студентов и специалистов: «Алтай: экология и природопользование» (Бийск, 2010), на международной научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона» (Кемерово, 2009), на VIII Международной научно-практической конференции «Инновации – приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» (Кемерово, 2009). Основные положения работы докладывались и обсуждались на областных и районных агроно-мических совещаниях 2011 и 2012 гг.
Защищаемые положения:
1. Выявлена особенность пространственного распределения цинка в пахот-ных почвах степной части Кузнецкой котловины.
2. Предпосевная обработка семян и некорневая подкормка сульфатом цин-ка яровой пшеницы по фону N30 способствует лучшему формированию элементов продуктивности яровой пшеницы и увеличению урожайности зерна.
3. Использование сульфата цинка для предпосевной обработки семян и не-корневой подкормки яровой пшеницы по фону N30 способствует улучшению качества зерна яровой пшеницы.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 176 стра-ницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и приложений. Экспериментальный материал представлен в 52 таблицах, 47 рисунках и 16 приложениях. Список литературы включает 174 источника, в том числе 5 зарубежных авторов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, одна из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Содержание работы
Глава I. Содержание цинка в почве и растениях,
его биологическое значение и эффективность цинковых удобрений
Проведен литературный анализ исследований российских и зарубежных авторов по содержанию, временной и пространственной динамики цинка в почвах и растениях. Оценена эффективность применения цинковых удобрений под сельскохозяйственные культуры.
Глава II. Почвенно-климатические условия района
проведения исследований. Объекты и методы исследований
Степная часть Кузнецкой котловины занимает западную часть Кузнецкой котловины и относится к умеренно теплому, умеренно увлажненному агроклиматическому району. Более 90 % пашни расположено на черноземах, из них черноземы выщелоченные составляют около 60 %.
Почвы округа характеризуются высоким содержанием гумуса, Р2О5, обменных Ca и Mg, очень высоким К2О, близкой к нейтральной реакцией почвенной среды, высокой степенью насыщенности основаниями. В состав степной части Кузнецкой котловины входят 4 административных района: Промышленновский, Ленинск-Кузнецкий, Беловский и Гурьевский. В структуре сельскохозяйственных угодий пахотные почвы занимают 75 %.
Объектами исследования являются черноземы выщелоченные степной части Кузнецкой котловины, яровая пшеница сорта Новосибирская 29, среднераннего, разновидность Лютесценс, вегетационный период 76–90 дней.
Материалами исследований послужили архивные данные агрохимического обследования в следующие периоды: 1 – 1966–1970 гг.; 2 – 1971–1977 гг.; 3 – 1978–1985 гг.; 4 – 1986–1993 гг.; 5 – 1994–2001 гг.; 6 – 2002–2009 гг., наблюдения на контрольных участках 1994–2011 гг. и результаты полевого опыта 2009–2011 гг.
Агрохимическое обследование почв и наблюдения на контрольных участках проводились в соответствии с методическими указаниями (Методические указания…, 1993, 1995, 2004). Анализ почвенных образцов на содержание гумуса проводили с 1986 г., на валовое содержание цинка и его подвижных форм – с 1994 по 2011 г.
Изучение влияния рНс, содержания гумуса, Р2О5 и ВС Zn на содержание ПФ Zn в черноземе выщелоченном основано на материалах наблюдений на контрольном участке за период 2004–2011 гг. Объем выборки n=38.
Полевой опыт для изучения влияния обработки семян и некорневой подкормки ZnSO4 на урожайность и качество зерна яровой пшеницы был проведен в ООО «Совхоз «Маяк» в 2009–2011 гг., который является типичным представителем степной части Кузнецкой котловины по структуре почвенного покрова.
Опыт содержит 9 вариантов в трех повторностях. Учетная площадь – 3110,4 м2. Схема опыта: 1. Контроль. 2. N15. 3. N30. 4. Обработка семян ZnSO4.
5. N15+обработка семян ZnSO4. 6. N30+обработка семян ZnSO4. 7. Обработка семян ZnSO4+некор. подкормка ZnSO4. 8. N15+обработка семян ZnSO4+некор. подкормка ZnSO4. 9. N30+обработка семян ZnSO4+некор. подкормка ZnSO4.
В качестве фонов на опыте была использована аммиачная селитра фон I –
15 кг д.в, фон II – 30 кг д.в.
Агрометеорологические условия в годы проведения опыта типичные для округа. Наименьшее количество осадков выпало в 2009 и 2011 гг., ГТК составил 1,03 и 0,8, что свидетельствует о недостаточном увлажнении сельскохозяйственных культур. Наиболее благоприятные погодные условия для яровой пшеницы сложились в 2010 г., ГТК был равен 1,3.
Для предпосевной обработки семян яровой пшеницы использовали 80 г д.в. ZnSO4 на 1 т совместно с протравливанием, для некорневой подкормки в фазу кущения – 100 г д.в. на 300 л воды на 1 га.
Наблюдения в полевом опыте и лабораторные анализы почвы, растений проводили в соответствии с ГОСТами и ОСТами, по общепринятым методикам: подвижные (доступные) формы Zn определены из ацетатно-аммонийной буферной вытяжки рН 4,8, валовое содержание получено химическим разложением почв смесью 1 н азотной кислоты и перекиси водорода и определено атомно-абсорбционным методом (Методические указания…, 1992, 1993).
Гумус – по Тюрину (ГОСТ 26213-91); гидролитическая кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-91); сумма поглощенных оснований – по Каппену (ГОСТ 27821-88); фосфор подвижный и калий обменный – по Чирикову (ГОСТ 26204-91). Качество зерна оценивалось в соответствии с ГОСТ Р 52554-06 Пшеница. Технические условия; количество и качество клейковины – ГОСТ 13586.1-68; масса 1000 зерен – ГОСТ 10842-89; влажность – ГОСТ 13586.5-93; белок – ГОСТ 10846-91.
Статистическая обработка результатов опыта, достоверность и надежность материалов исследований оценена по Б. А. Доспехову (1979) и Н. А. Плохин-скому (1970). Учет урожая оценивался после пересчета на 100 % чистоту семян и 14 % влажность зерна.
По результатам агрохимических исследований определяли среднеарифметические, средневзвешенные минимальные и максимальные значения параметров, ошибку среднего, моду, медиану, коэффициент вариации, то есть использовали параметрические методы статистического анализа.
Хср = i xi/ n;
Xвз = i xisi/ isi;
Xmin = min { xi}, i=1,2,…n;
Xmax = max { xi}, i=1,2,…n.
= (xi-xср)2/n;
= /xср100 %;
m = /n.
Здесь Хср – среднеарифметическое, xi – i-е значение параметра, n – объем выборки, Xвз – средневзвешенное, si – площадь пашни, характеризуемая i-м значением параметра, Xmin – минимальное значение, Xmax – максимальное значение, – среднеквадратическое отклонение, m – ошибка среднего, – коэффициент вариации.
Для картосхемы распределения ВС Zn использовали группировку (мг/кг):
1 – <55; 2 – 55–110; 3 – >110. Картосхемы по распределению ВС Zn и его ПФ в пахотных почвах исследуемого почвенного округа были построены с использованием ГИС «ПОЛИС» (Чекмарев, Просянникова, Михайлов, Просянников, 2011) и банка агрохимических данных (Просянникова, Королев, и др., 1999).
В автореферате были использованы следующие сокращения: контрольный участок (КУ), валовое содержание (ВС), подвижные формы (ПФ), предпосевная обработка семян (ОС), некорневая подкормка растений (НП), коэффициент биологического поглощения (КБП), чернозем выщелоченный (Чв), микро-элемент (МЭ).
Результаты исследований
Глава III. Обеспеченность почв степной части Кузнецкой котловины цинком и их плодородие
Распределение и динамика Zn в почвах степной части Кузнецкой котловины. По ВС Zn 99,6 % площади пашни имеют содержание ниже ПДК (110 мг/кг). На северо-западе и южной части округа 6,2 % площади имеют самое низкое ВС Zn <55 мг/кг (табл. 1, рис. 1).
Таблица 1 – Распределение площади пахотных почв степной части
Кузнецкой котловины по валовому содержанию Zn и его подвижных форм
| Обследованная площадь, тыс. га | Группировка валового содержания Zn, мг/кг | Группировка содержания подвижных форм Zn, мг/кг | ||||||||||
| <55 | 55–110 | >110 | низкое <2,0 | среднее 2,1–5,0 | высокое >5,0 | |||||||
| тыс. га | % | тыс. га | % | тыс. га | % | тыс. га | % | тыс. га | % | тыс. га | % | |
| 216,6 | 13,5 | 6,2 | 202,3 | 93,4 | 0,8 | 0,4 | 189,1 | 87,3 | 17,8 | 8,2 | 9,7 | 4,5 |
Основная площадь пашни (93,4 %) по ВС Zn входит в группировку 55–
110 мг/кг. В восточной части округа на 0,4 % площади пашни отмечено превышение ПДК по ВС Zn.
По содержанию ПФ Zn более 87,3 % пахотных почв имеют низкое содержание Zn, 8,2 % – среднее. Превышение ПДК по ПФ Zn отмечено на 4,5 % площади пахотных почв в восточной части округа (табл. 1, рис. 2).
Высокое ВС Zn и его ПФ в восточной части степного ядра Кузнецкой котловины носит локальный характер и связано с деятельностью Беловского цинкового завода. По районам, входящим в степную часть Кузнецкой котловины, пределы варьирования ВС Zn представлены в таблице 2.
 |  |
| Рис. 1. Картосхема распределения валового содержания Zn в степной части Кузнецкой котловины | Рис. 2. Картосхема распределения подвижных форм Zn в степной части Кузнецкой котловины |
Таблица 2 – Среднее валовое содержание цинка в пахотных почвах административных районов степной части Кузнецкой котловины
| Район | S, тыс. га | n | Мин. | Макс. | Сред. | m | , % | Мода | Медиана | |
| Беловский | 32,8 | 373 | 28,6 | 270 | 84,4 | 1,97 | 38,1 | 45,1 | 64,7 | 73,3 |
| Гурьевский | 18,9 | 177 | 31,6 | 84,6 | 69,0 | 0,89 | 11,8 | 20,3 | 64,0 | 61,8 |
| Ленинск-Кузнецкий | 77,3 | 358 | 15,1 | 144,0 | 69,5 | 0,64 | 12,0 | 17,3 | 60,2 | 67,3 |
| Промышленновский | 94,1 | 874 | 19,6 | 76,3 | 54,3 | 0,24 | 7,18 | 13,2 | 58,3 | 55,7 |
Наибольшее ВС Zn отмечено в Беловском районе, пределы варьирования 28,6-270 мг/кг (ПДК 220 мг/кг при рНс >5,5). Накопление Zn в почвах пашни некоторых хозяйств района (к-з «Россия» и ПФ «Инская») происходит в связи с техногенным влиянием. Пределы колебаний по содержанию ПФ Zn в округе от 0,10 до 146,9 мг/кг (табл. 3).
Таблица 3 – Среднее содержание подвижных форм цинка в пахотных почвах административных районов степной части Кузнецкой котловины
| Район | S, тыс. га | n | Мин. | Макс. | Сред. | m | , % | Мода | Медиана | |
| Беловский | 32,8 | 373 | 0,24 | 146,9 | 8,55 | 0,86 | 16,7 | 195,0 | 7,57 | 2,20 |
| Гурьевский | 18,9 | 177 | 0,15 | 1,4 | 0,57 | 0,02 | 0,2 | 34,5 | 0,75 | 0,57 |
| Ленинск-Кузнецкий | 77,3 | 687 | 0,11 | 15,9 | 0,94 | 0,05 | 1,3 | 138,0 | 1,36 | 0,71 |
| Промышленновский | 94,1 | 1020 | 0,10 | 7,8 | 0,38 | 0,01 | 0,4 | 97,8 | 0,38 | 0,34 |
Наибольшее содержание ПФ Zn отмечено в Беловском районе – 0,24–146,9 мг/кг. Высокое содержание ПФ Zn отмечено на почвах хозяйств к-з «Россия» и ПФ «Инская», попадающих в зону влияния цинкового завода. В Промышленновском районе отмечено самое низкое содержание ПФ Zn – 0,10–7,8 мг/кг.
Динамика содержания Zn. По годам наблюдения с 1994 по 2011 г. на черноземе выщелоченном КУ прослеживается статистически значимое изменение содержания ПФ Zn, степень связи средняя (r=0,61). В 1994–1998 гг. содержание ПФ Zn составляло 0,38–0,40 мг/кг, с 1999 г. и по 2011 г. наблюдалось снижение содержания ПФ Zn с 0,40 до 0,21 мг/кг, в среднем на 0,02 мг/кг. Снижение содержания ПФ Zn связано с недостаточной влаго-обеспеченностью, выносом с продукцией и незначительным объемом внесения органических удобрений.
Влияние агрохимических параметров на содержание Zn в черноземе выщелоченном. В работах В.В Ковальского и Г.А. Андриановой (1970),
В.Б. Ильина (1973), О.В. Макеева (1973), Я.В. Пейве, (1980), Г.П. Гамзикова (1982), А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиас (1989), М.М. Овчаренко (Тяжелые металлы…, 1997), В.И. Панасина (2000), О.И. Просянниковой (2007), Ю.А. Ма-жайского (Нейтрализация загрязненных почв, 2008) показано влияние агрохимических параметров почвы на содержание ПФ Zn.
Влияние содержания гумуса на ПФ Zn не выявлено, степень связи слабая (r=0,14). Величина рНс оказывает влияние на содержание ПФ Zn, степень связи слабая (r=0,24) (рис. 3).
 |
| Рис. 3. Влияние рНс на содержание подвижных форм Zn в Чв |
При увеличении величины рНс на 0,1 в диапазоне содержания от 5,3 до 6,3, происходит уменьшение со-держания ПФ Zn на 0,01 мг/кг. По данным М. М. Овчаренко (1997), в кислом интервале рН образуются низкомолекулярные органические со-единения, снижается катионная поглотительная способность почвы и возрастает мобильность Zn. По мере нейтрализации почвенной кислот-ности увеличивается емкость катион-ного обмена; Fe, Al и Mn превраща-ются в нерастворимые гидроксиды, которые, как коллоиды, адсорбируют МЭ,
в т.ч. Zn, тем самым снижая их доступность для растений.
Содержание фосфатов в почве по своему действию на доступность растениям металлов аналогично влиянию реакции среды, что связано со слабой растворимостью солей MЭ в форме ортофосфатов. С ростом содержания в почве подвижных соединений фосфора увеличивается содержание фосфатов металлов, которые труднодоступны для растений (Каталымов, 1965). Влияние Р2О5 на содержание ПФ Zn статистически значимое, степень связи средняя
(r=0,44) (рис. 4). При увеличении Р2О5 на 10 мг/кг в диапазоне от 115 до
217 мг/кг содержание ПФ Zn снижается на 0,01 мг/кг.
 |  |
| Рис. 4. Влияние содержания P2O5 на содержание подвижных форм Zn в Чв | Рис. 5. Влияние валового содержания цинка на содержание его подвижных форм в Чв |
Влияние ВС Zn на содержание его ПФ статистически значимое, связь средняя (r=0,52) (рис. 5). При увеличении ВС Zn на 10 мг/кг в диапазоне содержания от 35,0 до 70,0 мг/кг происходит увеличение его ПФ на 0,07 мг/кг.
Динамика агрохимических параметров пахотных почв. Отмечается сни-жение показателей почвенного плодородия в динамике за период 1966–2009 гг.
В черноземе выщелоченном степной части Кузнецкой котловины пределы колебаний содержания гумуса составляют 3,6–13,9 % и характеризуются средним уровнем изменчивости по величине коэффициента вариации (16,5 %).
На основе эмпирических рядов динамики кислотности почвенного раствора, содержания гумуса, Р2О5, К2О получены уравнения регрессии, динамика достоверно описана полиномиальной функцией 2-й степени. Снижение содержания гумуса в Чв по периодам обследования статистически значимое (r=1,0).
Пределы колебаний содержания Р2О5 в черноземах выщелоченных составляют 57,4–349,4 мг/кг и характеризуются повышенным уровнем изменчивости концентрации ( – 27 %). В пахотных почвах наблюдается снижение Р2О5 с 1966 по 2009 г. (r=0,82).
Кислотность почвенного раствора характеризуется очень низким уровнем изменчивости ( – 4,5 %), пределы колебаний рНс от 4,5 до 7,5 (от среднекислых до нейтральных).
Содержание К2О высокое и очень высокое – от 121 мг/кг и выше, размах варьирования 52,6–498,8 мг/кг и характеризуется высоким уровнем изменчивости концентрации ( – 37 %). Снижение К2О и увеличение кислотности почвенного раствора (рНс) в почвах округа статистически значимое, степень связи высокая (r=0,94 и 0,88 соответственно). В ходе проведенных исследований выявлено статистически значимое снижение почвенного плодородия, что может привести к снижению содержания Zn и урожая яровой пшеницы.
Глава IV. Влияние ZnSO4 на урожайность
и качество зерна яровой пшеницы
Действие ZnSO4 на урожайность яровой пшеницы. Результатами полевого опыта показано достоверное увеличение урожая яровой пшеницы от применения ZnSO4 (НСР05=0,13) (рис. 6). В среднем за 2009–2011 гг. урожайность зерна яровой пшеницы составила на контроле 2,51 т/га.
Рис. 6. Урожайность зерна яровой пшеницы за 2009–2011 гг.
Наибольшее увеличение урожая зерна яровой пшеницы в среднем за 3 года 0,60 т/га по сравнению с контролем получено в варианте 9 (ОС+НП+N30). На других вариантах опыта в среднем за 3 года прибавки урожая яровой пшеницы составили 0,20–0,43 т/га. Применение NH4NO3 в варианте 2 (N15) не было эффективным, статистически значимая прибавка урожая зерна яровой пшеницы получена только в 2009 г. – 0,15 т/га. Применение NH4NO3 в варианте 3 (N30) способствовало увеличению урожая в среднем на 0,37 т/га.
Наибольшая урожайность получена в 2010 г. по фону N30 совместно с предпосевной обработкой семян и некорневой подкормкой растений ZnSO4
3,37 т/га, что на 0,26 т/га больше по сравнению с 2011 г. и на 0,49 т/га по сравнению с 2009 г.
Влияние ZnSO4 на элементы продуктивности яровой пшеницы. Применение ZnSO4 способствует улучшению структуры урожая яровой пшеницы, тем самым увеличивает ее урожай. Так, наибольшее увеличение длины колоса, количества зерен в нем в среднем за 2009–2011 гг. отмечено в варианте 8 (ОС+НП+N15): увеличение длины на 1,5 см, количества зерен – на 4,8 шт. Наибольшая прибавка количества продуктивных стеблей 14,4 шт/м2
в среднем за 3 года получена в варианте 9 (ОС+НП+N30).
Содержание белка и клейковины в зерне яровой пшеницы при обработке семян и растений ZnSO4. Получение хорошего качества сырья для производства муки является одной из важных задач при возделывании яровой пшеницы. От содержания в зерне белка и клейковины зависит качество получаемой продукции.
За 2009–2011 гг. проведения полевого опыта отмечено статистически значимое увеличение количества белка в зерне яровой пшеницы (табл. 4).
Увеличение количества белка отмечено почти во всех вариантах опыта, кроме варианта 2 (N15). В варианте 2 (N15) за годы проведения опыта статистически значимого увеличения количества белка получено не было. Наибольшая прибавка количества белка в варианте 9 (ОС + НП + N30) на 2,28 % по сравнению с контролем.
| Таблица 4 – Содержание белка в зерне яровой пшеницы в среднем за 2009–2011 гг. | Таблица 5 – Содержание клейковины в зерне яровой пшеницы в среднем за 2009–2011 гг. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
При внесении NH4NO3 в варианте 3 (N30) количество белка увеличилось на 1,60 %. В остальных вариантах опыта с применением ZnSO4 количество белка в среднем увеличилось на 0,95–1,78 % по сравнению с контролем.
За 2009–2011 гг. проведения опыта отмечено статистически значимое увеличение количества сырой клейковины в зерне яровой пшеницы, степень связи высокая (табл. 5).
Наибольшее количество сырой клейковины по сравнению с контролем 26,11 % получено в варианте 9 (ОС+НП+N30) – 31,33 %, прибавка составила 3,22 %. Прибавка сырой клейковины от предпосевной обработки семян (вар. 4) оказалась равнозначной действию N30 (вар. 3) и составила 2,67 %. В остальных вариантах опыта с применением ZnSO4 количество сырой клейковины увели-чилось от 2,44 до 2,78 %.
Увеличению количества сырой клейковины и белка в большей мере способствовали погодные условия. Наибольшее содержание сырой клейковины и белка было получено в 2011 г., который характеризовался наиболее оптимальной суммой положительных температур и минимальным количеством осадков в период налива и созревания зерна, что в значительной мере повлияло на содержание сырой клейковины и количества белка (ГТК=0,8).
Содержание Zn и основных элементов питания в зерне яровой пшеницы при обработке семян и некорневой подкормки яровой пшеницы ZnSO4. Внесение ZnSO4 не влияет на накопление Zn зерном пшеницы сорта Новосибирская 29 (НСР05=1,37).
Изменение содержания азота в зерне от применения удобрений, обработок семян и растений ZnSO4 статистически значимое (НСР05=0,13). Наибольшее увеличение азота до 2,32 % отмечено в варианте 9 (ОС+НП+N30), что на 0,4 % больше по сравнению с контролем (1,92 %). Применение предпосевной обработки семян ZnSO4 (вар. 4) равнозначно с применением N30 (вар. 3), содержание азота в зерне 2,21 и 2,20 % соответственно.
Обработка семян и посевов яровой пшеницы ZnSO4 не оказывает значимого влияния на содержание фосфора и калия в зерне яровой пшеницы (НСР05=0,02). Содержание фосфора и калия в зерне яровой пшеницы по всем вариантам опыта равнозначное. Содержание фосфора в зерне в среднем по вариантам варьируется от 0,18 до 0,36 мг/кг. Содержание калия в зерне в среднем 0,31–0,32 мг/кг.
Разница по вариантам опыта в выносе элементов питания зерном яровой пшеницы несущественное, так как, по мнению В.Б. Ильина (1985), растения поглощают из среды только то количество элементов, которое им необходимо для нормального роста и развития. Так, при низкой концентрации элемента в растении проявляется способность концентратора для насыщения своих тканей дефицитными ионами нужного уровня. При избытке же этих элементов ограничивается их поступление в надземную часть или жизненно важные органы растения.
Коэффициенты биологического поглощения Zn и других микро-элементов зерном яровой пшеницы. По возрастанию КБП микроэлементов зерном яровой пшеницы составлен ряд: Mn<Co<Ni<Cd<Cu<Pb<Zn. Величина КБП составляет в среднем для Mn – 0,034; Co – 0,038; Ni – 0,164; Cd – 0,197;
Cu – 0,253; Pb – 0,257; Zn – 0,367.
По нашим данным, для яровой пшеницы Zn, Pb, Cu, Cd и Ni являются элементами среднего захвата, а Mn и Co – слабого захвата, но самый востребованный из них Zn.
Применение ZnSO4 способствует снижению величины КБП Zn в зерне яровой пшеницы по вариантам опыта с 0,375 до 0,360, т.к. дополнительная подкормка ZnSO4 способствует увеличению концентрация Zn в зерне до необходимого уровня.
Глава V. Баланс Zn и основных элементов питания
в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины
При возделывании сельскохозяйственных культур необходимо обращать внимание на сбалансированность как макро-, так и микроэлементов.
В земледелии многих регионов России в последнее время отмечается дефицитный баланс всех биогенных элементов. Вынос питательных элементов с урожаем сельскохозяйственных культур происходит, как правило, за счет мобилизации потенциального плодородия почвы. Это может привести к серьезным негативным экологическим и экономическим последствиям в земледелии (Минеев, 2002).
Нами установлено, что баланс Zn в 2005–2011 гг. в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины и в ООО «Совхоз «Маяк» при урожайности зерна яровой пшеницы 2,22–3,12 т/га складывался в среднем положительный – 2,02 г/га. Положительный баланс Zn на пашне с яровой пшеницей достигается за счет внесения соломы.
В полевом опыте положительный баланс Zn достигался в вариантах при совместной обработке семян и некорневой подкормке яровой пшеницы ZnSO4 в дозе 119,2 г д.в./га. Отрицательный баланс наблюдался в вариантах с применением NH4NO3 (N15 и N30) и с предпосевной обработкой семян ZnSO4.
Для создания бездефицитного баланса Zn при возделывании яровой пшеницы достаточно внесения соломы при уборке зерна.
Глава VI. Экономическая, агрономическая и биоэнергетическая эффективность применения под яровую пшеницу цинковых удобрений
Для оценки роли микроудобрений в интенсификации производства зерна необходимо помимо сведений о прибавках урожая и качестве продукции знать биоэнергетическую и экономическую эффективность. Без учета этих показателей нельзя делать выводы о пригодности использования удобрений (Минеев, 1993, 2004).
В наших исследованиях на черноземах выщелоченных степной части Кузнецкой котловины в ООО «Совхоз «Маяк» предпосевная обработка семян и некорневая подкормка растений сульфатом цинка по фону азотных удобрений N30 увеличила урожай зерна яровой пшеницы на 0,60 т/га.
Наивысшую биоэнергетическую эффективность при возделывании яровой пшеницы на черноземах выщелоченных в степной части Кузнецкой котловины в ООО «Совхоз «Маяк» обеспечили предпосевная обработка семян ZnSO4 и предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой ZnSO4, КПД в этих вариантах составил 9,6 (табл. 6).
Таблица 6 – Агрономическая, биоэнергетическая и экономическая
эффективность применения ZnSO4 при выращивании яровой пшеницы
| Вариант | Урожайность, т/га | Затраты на 1 га, руб | Чистый доход на 1 руб. затрат | Коэффициент биоэнергетической эффективности |
| Контроль | 2,5 | |||
| N15 | 2,6 | 448,71 | -0,47 | 2,17 |
| N30 | 2,9 | 949,33 | 1,34 | 5,5 |
| Обработка семян ZnSO4 | 2,7 | 37,17 | 31,28 | 9,6 |
| N15 +обработка семян ZnSO4 | 2,7 | 484,09 | 1,85 | 6,0 |
| N30 + обработка семя н ZnSO4 | 2,9 | 954,28 | 1,45 | 5,6 |
| Обработка семян ZnSO4 + некор. подкормка | 2,9 | 76,41 | 28,84 | 9,6 |
| N15 + обработка семян ZnSO4 + некор. подкормка | 3,0 | 526,91 | 3,90 | 7,3 |
| N30 + обработка семян ZnSO4 + некор. подкормка | 3,1 | 993,52 | 2,44 | 6,5 |
Применение ZnSO4 эффективно в любом сочетании – как при предпосевной обработке семян, так и при совместной предпосевной обработке семян и некорневой подкормке растений ZnSO4. Варианты с предпосевной обработкой семян и некорневой подкормкой растений ZnSO4 наиболее экономически эффективны, максимальный чистый доход на этих вариантах опыта составил 31,28 и 28,84 руб. на 1 руб. затрат.
Выводы
1. Почвы степной части Кузнецкой котловины характеризуются высоким плодородием: содержание гумуса – от 6,0 до 10,0 %, подвижного фосфора от повышенного до очень высокого – 101 мг/кг и выше, обменного калия высокое и очень высокое – 121 мг/кг и выше. Около 80 % площади пашни занимают почвы с близкой к нейтральной и нейтральной реакцией почвенной среды рНс. По периодам обследования за 1966–2006 гг. в черноземах выщелоченных степной части Кузнецкой котловины выявлено статистически значимое снижение содержания гумуса (r=1,0), обменного калия (r=0,94), подвижного фосфора (r=0,82) и величины рНс (r=0,88).
2. Во всех районах степной части Кузнецкой котловины в пахотных почвах пределы содержания валового цинка широкие и составляют в среднем от 15,1 до 144,0 мг/кг, в Беловском районе – от 28,6 до 270,0 мг/кг. Диапазон распределения подвижных форм цинка во всех районах степной части Кузнец-кой котловины значительный и составляет в среднем от 0,10 до 15,9 мг/кг, а в Беловском районе – от 0,24 до 146,9 мг/кг. По содержанию подвижных форм цинка на 87,3 % площади пашни почвы имеют низкое содержание Zn, 8,2 % – среднее.
3. Особенностью пространственного распределения валового содержания цинка в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины является его содержание не более 55 мг/кг (I группа) на северо-западе и южной части округа на площади 6,2 % пашни (10 хозяйств). Основная территория пашни 93,4 % входит по содержанию цинка в группировку 55–110 мг/кг (II группа). В почвах восточной части округа на площади 0,4 % валовое содержание цинка выше ПДК (220 мг/кг). Содержание подвижных форм цинка в почвах пашни степной части Кузнецкой котловины на площади 87,3 % низкое и составляет 0,63 мг/кг, в восточной части округа на площади пашни 4,5 % – высокое и составляет
146,9 мг/кг.
4. Прослеживается статистически значимое изменение содержания под-вижных форм цинка по годам наблюдения, степень связи средняя (r=0,61).
С 1994 по 1998 г. содержание подвижных форм цинка составляет 0,38–0,40 мг/кг. В период с 1999 по 2011 г. наблюдается снижение содержания подвижных форм цинка с 0,40 до 0,21 мг/кг, в среднем на 0,02 мг/кг.
5. Агрохимические параметры чернозема выщелоченного оказывают влияние на содержание подвижных форм цинка. Установлена слабая степень связи содержания подвижных форм цинка от реакции почвенной среды рНс в диапазоне 5,3–6,3 (r=0,24), средняя степень связи от влияния содержания подвижного фосфора (r=0,44) и валового содержания цинка (r=0,52). При увеличении величины рНс на 0,1 в диапазоне содержания от 5,3 до 6,3, происходит уменьшение содержания подвижных форм цинка на 0,01 мг/кг. При увеличении подвижного фосфора на 10 мг/кг в диапазоне от 115 до 217 мг/кг содержание подвижных форм цинка снижается на 0,01 мг/кг. При увеличении валового содержания цинка на 10 мг/кг в диапазоне содержания от 35,0 до
70,0 мг/кг происходит увеличение его подвижных форм на 0,07 мг/кг.
6. Наибольшее увеличение урожая зерна яровой пшеницы на 0,60 т/га, количества продуктивных стеблей на 14,4 шт/м2 происходит при предпосевной обработке семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnSO4 по фону N30. Наибольшему увеличению длины колоса на 1,5 см, количества зерен в колосе на 4,8 шт. способствует предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой ZnSO4 по фону N15. Большему увеличению количества белка и сырой клейковины в зерне яровой пшеницы способствует предпосевная обработка семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnSO4 по фону N30 на 2,28 и 3,22 % соответственно.
7. Баланс цинка на пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины положительный – 2,02 г/га при урожайности зерна яровой пшеницы 2,22–
3,12 т/га. Положительный баланс цинка в полевом опыте достигается при совместной обработке семян и некорневой подкормке посевов яровой пшеницы ZnSO4 в дозе 119,2 г д.в./га.
8. Максимальные показатели биоэнергетической эффективности 9,6 на черноземе выщелоченном в степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы получены на вариантах при предпосевной обработке семян ZnSO4 и предпосевной обработке семян совместно с некорневой подкормкой ZnSO4. На черноземе выщелоченном в условиях степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы экономически выгодно применять как предпосевную обработку семян ZnSO4, так и предпосевную обработку семян совместно с некорневой подкормкой растений ZnSO4, что позволяет получить доход 31,28 и 28,84 руб. на 1 руб. затрат соответственно.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Предлагаем в степной части Кузнецкой котловины при возделывании яровой пшеницы на черноземах выщелоченных применять для предпосевной обработки семян сульфат цинка в дозе 80 г д.в. на 1 т семян, для некорневой подкормки растений – 100 г д.в. сульфата цинка на 1 га.
2. Данные агрохимического мониторинга содержания и распределения цинка и основных агрохимических параметров в пахотных почвах степной части Кузнецкой котловины рекомендуется использовать при оценке и прогнозе эколого-токсикологического состояния земель, составлении проектов рационального землепользования, разработке систем применения удобрений, информационном обеспечении земельного кадастра.
3. На территориях локального загрязнения цинком, в восточной части округа, рекомендуется проведение постоянного мониторинга за его накоплением в почвах и растительности, разработка мероприятий по снижению подвижности цинка в почвах.
Основные положения диссертационного исследования,
опубликованные в следующих работах:
1. Просянникова О.И. Изменение агрохимических свойств почв в условиях степного ядра Кузнецкой котловины / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.В. Сладкова // Инновации – приоритетный путь развития агропромышлен-ного комплекса: материалы VIII Международной науч.-практ. конф. – Кемеро-во, 2009. – С. 130–132.
2. Сладкова Т.В. Агрохимическая составляющая адаптивно-ландшафтной системы земледелия в условиях степного ядра Кузнецкой котловины Кузбасса // Материалы Международной науч.-практ. конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона». – Кемерово, 2009. – С. 209–211.
3. Сладкова Т.В. Динамика содержания микроэлементов в пахотных почвах / Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Алтай: экология и природополь-зовании // Материалы IX российско-монгольской науч. конф. молодых ученых и студентов. – Бийск, 2010. – С. 210–211.
4. Просянникова О.И. Эколого-токсикологическая оценка содержания тяжелых металлов в зерне ярового ячменя Кемеровской области / О.И. Про-сянникова, Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии: материалы 44-й Между-народной науч. конф. молодых ученых и специалистов. – М., 2010. – С. – 257–259.
5. Просянникова О.И. Качество и безопасность зерна ярового ячменя в Кемеровской области / О.И. Просянникова, Т.В. Сладкова, Т.П. Клевлина // Вестник АГАУ. – Барнаул, 2010. – № 9. – С. 34–37.
6. Просянникова О.И. Почвенные условия для формирования качества зерна яровой пшеницы в Кемеровской области / О.И. Просянникова, В.И. Про-сянников, Т.В. Сладкова // Вестник РАЕН. – Томск, 2010. – № 12. – С. 154–156.
7. Просянникова О.И. Влияние цинка на повышение качества и урожайности яровой пшеницы в условиях степной части Кузнецкой котловины / О.И. Просянникова, В.И. Просянников, Т.В. Сладкова // Вестник РАЕН. – Вып. 13. – Кемерово, 2011 – С. 154–156.
Подписано в печать 17.04.2012. Формат 60841/16. Бумага офсетная № 1.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 137
________________________________________________________________
Адрес издательства и типографии: ООО «Издательство «Кузбассвузиздат».
650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел. 8 (3842) 58-29-34, т/факс 36-83-77.
E-mail: [email protected]
