Интегрированная диагностика плодородия чернозема обыкновенного нижнего дона
На правах рукописи
БИРЮКОВА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ДИАГНОСТИКА ПЛОДОРОДИЯ
ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО НИЖНЕГО ДОНА
Специальность: 06.01.04 Агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
пос. Персиановский - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»
| Научный консультант: | доктор биологических наук, профессор Крыщенко Владимир Стефанович |
| Официальные оппоненты: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор Новиков Алексей Алексеевич доктор биологических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Шеуджен Асхад Хазретович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Подколзин Анатолий Иванович |
| Ведущая организация: | Федеральное государственное образова-тельное учреждение высшего профес-сионального образования «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» |
Защита диссертации состоится 23 марта 2012 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.028.02 при Донском государственном аграрном университете: 346493, РФ, Ростовская область, Октябрьский (с) район, пос. Персиановский, тел./факс (86360) 3-61-50
Автореферат диссертации размещен в сети Интернет по адресу:
http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан « » февраля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат с.- х. наук, доцент Громаков А.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Одним из важнейших направлений национальной безопасности любого государства является качество жизни населения, которое напрямую связано с безопасностью его питания. Элементный химический состав растений, один из показателей качества растительной продукции, и, соответственно, эффективности технологий их выращивания.
Экологическое земледелие с контролем питания растений активно развивается во всем мире. Этому вопросу в последнее время большое внимание стало уделяться и в России. Основу современных систем земледелия составляет сортоагротехника, требующая знаний о реакции растений на изменение условий произрастания и применение удобрений.
Роль минерального питания растений имеет принципиальное значение в оценке и управлении параметрами плодородия, функционировании и устойчивом развитии агроэкосистем. При интенсивном использовании почва начинает функционировать в новых экологических условиях, что приводит к изменению направленности и интенсивности почвообразовательных процессов. Антропогенная нагрузка на почвы нередко сопровождается снижением уровня плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. Устранение этих негативных явлений требует более детального и глубокого изучения системы «почва — удобрение — растение — урожай» с использованием методов комплексной почвенно-растительной диагностики и информационных технологий. Наиболее полная диагностика плодородия почв и качества питания растений возможна только при учете целого ряда показателей. При этом следует определять не только оптимальный уровень содержания элементов, но и оптимальные их соотношения (сбалансированность) в течение всего периода развития растений. В современных диагностических системах «фактор сбалансированности» учитывается лишь фрагментарно. Поэтому диагностика плодородия почв с использованием интегрированных систем приобретает особую актуальность и значимость.
Цель работы - методологическое и экспериментальное обоснование интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона
В задачи исследований входило:
- Оценка плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона с применением методов многоэлементной диагностики питания растений;
- Анализ качества минерального питания озимой пшеницы, кукурузы, сорго на черноземе обыкновенном по соотношениям химических элементов в растениях;
- Исследование взаимосвязи между макро- и микроэлементами в питании растений для оптимизации условий их произрастания;
- Определение сортовой специфики минерального питания сельскохозяйственных культур на черноземе обыкновенном;
- Определение особенностей минерального питания озимой пшеницы, кукурузы, сорго с учетом сбалансированности химического состава растений и агрохимических параметров почв;
- Разработка основы банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона;
- Оценка плодородия почв с учетом их дисперсности.
Научная новизна. Впервые с применением методов многоэлементной диагностики проведена оценка современного состояния плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона. Разработана комплексная система критериев диагностики эффективного плодородия почв, включающая агрохимические показатели, содержание и соотношение химических элементов в растениях. На новой методической основе выявлена экологическая роль важнейших свойств почв (содержание карбонатов, подвижного фосфора, обменного калия, обменных кальция и магния) в оптимизации питания основных сельскохозяйственных культур. На основании интегрированной системы оперативной диагностики (ИСОД) установлено качество минерального питания полевых культур (озимой пшеницы, кукурузы, сорго). Разработана концепция оперативной сортовой диагностики питания сорго, кукурузы для выявления их адаптивного потенциала и ускоренного отбора лучших генотипов. Представлена база данных содержания и сбалансированности большого числа макро- и микроэлементов в индикаторных органах озимой пшеницы, кукурузы, сорго и методика ее использования для оценки состояния плодородия почв, прогнозирования продуктивности агроценозов. Предложен новый методический подход к созданию банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона.
Практическая значимость. Результаты исследований необходимо применять для повышения информативности системы агрохимических показателей почв, контролируемых агрохимслужбой; для корректировки агрохимических картограмм, для определения локальных нормативов почвенных параметров и химического состава растений; для оценки толерантности растений к изменению плодородия почв под влиянием различных факторов, для ускоренного отбора сортов культур по их требованию к почвенным условиям и качеству минерального питания. Они могут быть использованы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, агроэкологической оценки новых технологий выращивания сельскохозяйственных культур; оперативного прогнозирования продуктивности посевов; приемов оптимизации питания растений макро- и микроэлементами. Сформированные базы данных и разработанные нормативы содержания и сбалансированности химических элементов в полевых культурах послужат основой мониторинга качества питания растений.
Внедрена технология сбора и анализа почвенно-агрохимической информации, которая реализована при формировании базы данных состава и свойств почв Южного федерального округа Soil Matrix® (Авторское свидетельство на базу данных состава и свойств почв ЮФО, № 2007620035 от 12.01.2007).
Основные положения, выносимые на защиту.
- Комплексная система критериев интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона, включающая агрохимические показатели почв, содержание и соотношение макро- и микроэлементов в растениях.
- Многоэлементный состав растений сорго, кукурузы для выявления специфических особенностей минерального питания разных сортов и гибридов этих культур.
- Оптимизация плодородия чернозема обыкновенного на многокритериальной основе с учетом контроля качества питания сельскохозяйственных культур, генезиса почв.
- Закономерности изменения гранулометрических фракций и их соотношений, являющихся основой банка данных состава и свойств почв Нижнего Дона.
- Оценка эффективного плодородия почв Нижнего Дона и степени их устойчивости к антропогенному воздействию на основе учета соотношений физическая глина/физический песок, ил/пыль.
Апробация работы. Материалы и результаты работ доложены и обсуждены на региональных научно-практических конференциях (Волгоград,1988; Москва, 2000; пос. Персиановский, 2004; Ставрополь, 2007); Всероссийских конференциях (Москва, 2002, 2003, 2004; Санкт-Петербург, 2011); Международных научных конференциях (Москва, 1997; Калифорния, США, 1997; Вена, Австрия, 1999; Москва, 2001; Пущино, 2001; Ставрополь, 2001; Ганновер, Германия, 2001; Казань, 2003 Ростов – на - Дону, 2004, 2005, 2006; Иркутск, 2006); II, III, IV, V съездах общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Санкт-Петербург,1996; Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов-на-Дону, 2008), XVII, XVIII международном конгрессе почвоведов (Бангкок, Тайланд 2002; США, Филадельфия, 2006).
Научная работа поддержана грантами Министерства образования и науки РФ № 2.1.1/3819 (2008-2011 гг.), РФФИ (2003-2005 гг.); Министерства образования и науки Российской Федерации по научным программам «Университеты России» (2003-2004 гг.) и «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2008 гг.); ФЦП «Интеграция» (2001 г.).
Реализация результатов исследования. Основные положения разработанной интегрированной диагностики плодородия чернозема обыкновенного при возделывании озимой пшеницы, сорго внедрены в хозяйствах ЗАО «Рассвет» Песчанокопского района, ФГУП «Экспериментальное» Россельхозакадемии и ОАО «Сорго» Зерноградского района Ростовской области на площади 2000 га.
Публикации. Основное содержание и результаты работы изложены в 64 работах, в том числе 13 - в изданиях, определенных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка литературы и 35 приложений. Изложена на 310 страницах машинописного текста, содержит 67 таблиц, 46 рисунков. Список литературы включает 348 источников, из них 52 – на иностранных языках.
- СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОГО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
В главе обобщены литературные данные и приведен подробный анализ вопросов, связанных с диагностикой почвенного плодородия. Рассмотрены специфические особенности различных подходов и методов изучения плодородия почв (агрохимическое картирование; метод полевых опытов, почвенная и растительная диагностика, модели плодородия почв и продуктивности агроценозов). Большое внимание уделено новому направлению в агрохимических и почвенно-экологических исследованиях - интегрированным системам диагностики.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты исследований: 1) чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках; 2) растения озимой пшеницы, сорго, кукурузы; 3) фондовые материалы ООО «Южгипрозема». Методы исследований: 1) полевой опыт по изучению эффективности минеральных удобрений и по сортоиспытанию; 2) лабораторный анализ свойств почв и химического состава растений; 3) интегрированная система оперативной диагностики питания растений (ИСОД), 4) программный комплекс почвенно-экологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.
Комплексная диагностика плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона с учетом соотношения химических элементов в растениях и свойств почв проведена с использованием результатов полевых опытов и производственных посевов основных сельскохозяйственных культур (озимая пшеница, кукуруза, сорго).
1. Полевые опыты по исследованию минерального питания разных сортов сорго на черноземе обыкновенном проведены в 2000-2003 гг. на базе ОАО «Сорго», ВНИИ зерновых культур им. И.Г. Калиненко (Зерноградский район, Ростовская область). Изучали сорта зернового сорго - Хазине 28, Зерноградское 73, Хазине 74. Схема опыта: 1) контроль; 2) N40P60; 3) N40K40; 4) P60K40; 5) N40P60K40; 6) N80P120K80. Площадь учетной делянки 50 м2, повторность четырехкратная. Минеральные удобрения (аммиачная селитра (34,6%N), суперфосфат двойной гранулированный (46% P2O5), калийная соль (40% К2О)) вносили под предпосевную культивацию.
2. Полевые опыты по изучению качества минерального питания разных сортов и гибридов кукурузы проводили в период с 2002 по 2006 гг. на базе Ростовского Госсортоучастка – филиала ФГУ «Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений» (Аксайский район, Ростовская область). Площадь учетной делянки 25 м2, повторность – четырехкратная. В опыте использовали следующие сорта и гибриды кукурузы: Донская высокорослая, Ростовский 280 МВ, Поволжский 89, Поволжский 212, Зерноградский 301 МВ, Зерноградский 401 МВ, Зерноградский 632 МВ, РОСС 209 МВ, Краснодарский 194 МВ, Краснодарский 507 МВ, Краснодарский 632 МВ, Наташа, Энергии Стар, Эден Стар, Академия, Магрит, МВ МТЦ 448.
Агротехника возделывания исследуемых культур — рекомендуемая для зоны. Образцы почвы и растений отбирали согласно методике полевого опыта (Доспехов, 1973). По методике В.В. Церлинг (1990) проводили измерения морфобиометрических показателей.
Содержание N в растениях определяли по действующим ГОСТам, а Р, К, Mg, Ca, Si, S, Cl, Zn, Br, Mn, Fe, Rb, Ni, Sr, Cu, Pb (в вегетативных и репродуктивных органах) – рентгенофлуоресцентным методом (Энергодисперсионный…,1983). Анализ качества урожая проведен согласно ГОСТам для каждой культуры. В почвенных образцах определяли содержание гумуса, валовых фосфора и калия, нитратного и аммонийного азота, подвижного фосфора, обменного калия, карбонатов; рН. Анализы выполнены на базе кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ и в лабораториях ФГУ ГЦАС «Ростовский», ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко, Почвенного института им. В.В. Докучаева с использованием общепринятых методов и соответствующих ГОСТов.
Оценка экологической роли свойств чернозема обыкновенного в создании оптимальных условий питания растений проведена непосредственно в условиях производственных посевов сорго (2001-2003гг.) и озимой пшеницы (2002-2005гг.). Для формирования диагностической базы данных проводили сопряженный отбор почвенных и растительных образцов по микроучасткам с использованием методики, изложенной в «Методических рекомендациях по определению нормативов соотношений макро- и микроэлементов в растениях по системе ИСОД» (1989). Исследуемый сорт сорго - Зерноградское 53, озимой пшеницы – Безостая – 1. Образцы почв и растений отбирали одновременно по этапам их развития: в начале вегетации (вся надземная масса), цветение (надземная масса/индикаторный лист), уборка урожая (зерно). Производственные посевы сопровождались теми же анализами, наблюдениями, что и полевые опыты.
Диагностика сбалансированности питания озимой пшеницы, сорго, кукурузы проведена по системе ИСОД (Ельников, 1989). Она позволяет количественно выразить степень дефицитности или избыточности любого числа элементов питания с учетом взаимообусловленности их уровней. Основу диагностики питания растений по ИСОД составляет определение и интерпретация формул сбалансированности питания. Формула ИСОД – это обобщенное выражение связи любого показателя, принятого за функцию (величина урожая, качество продукции и т.д.) с изменением индексов обеспеченности (разбалансированности) одновременно диагностируемых элементов питания.
Для мониторинга эффективного плодородия почв и качества питания сельскохозяйственных культур необходима разработка регионального банка данных состава и свойств почв с учетом особенностей агроэкосистем. При его формировании использовали фондовые материалы ООО «Южгипрозема» по 4000 разрезам. Определены агрохимические показатели гранулометрических фракций черноземов обыкновенных карбонатных. Образцы почв отбирали на стационарных участках – старопахотном, орошаемом с 1952 г. и на целинном (Аксайский район Ростовской области).
Математическую обработку результатов проводили методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов.
3 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ
3.1 Влияние удобрений на пищевой режим чернозема обыкновенного (на примере сорго)
Во все годы исследований применение удобрений под предпосевную культивацию способствовало заметному увеличению обеспеченности почвы азотом (рис. 1).
Лучшие условия азотного режима почвы под сорго были на удобренных вариантах опыта: N40K40; N40P60; N40P60K40 и особенно N80P120K80.
Наибольшее содержание азота в почве во всех вариантах опыта во все годы исследований отмечалось под сорго в ранний период развития. По мере потребления азота растениями количество его в почве постепенно снижалось, достигая минимума в фазу полной спелости, то есть потребление азота из почвы продолжалось в течение всего вегетационного периода.
Содержание подвижного фосфора, как и нитратного азота, было максимальным в фазу 6-8 листьев. Затем оно постепенно снижалось по мере потребления растениями вплоть до наступления полной спелости.
Применение удобрений существенно улучшало фосфорный режим почвы под посевами зернового сорго. Более высокий уровень подвижного фосфора на удобренных вариантах по сравнению с контролем отмечался на протяжении всей вегетации, способствуя лучшему развитию растений.
Калийный режим под зерновым сорго в наибольшей степени зависел от вносимых калийных удобрений.
Таким образом, содержание усваиваемых форм питательных веществ в почве зависит от доз удобрений, погодных условий и фазы развития растений сорго. Применение удобрений существенно увеличивает количество соответствующих питательных веществ, преимущественно в ранние фазы развития растений, улучшает питательный режим почвы и способствует формированию более высокого урожая. Существенной разницы в потреблении элементов питания из почвы между изучаемыми сортами зернового сорго не установлено.
Рис. 1 – Динамика питательных веществ в слое почвы 0-20 см под среднеспелым сортом сорго Зерноградское 53 (в среднем за годы исследования).
3.2 Влияние удобрений на урожайность сорго
В среднем за годы исследований внесение минеральных удобрений в различных сочетаниях и дозах по-разному отразилось на продуктивности сорго (рис. 2). На удобренных вариантах урожайность сорго варьирует от 3,51 до 4,37 т/га. Эффективность парных сочетаний была различна по сортам. При выращивании среднеспелых сортов сорго Зерноградское 53 и Хазине 74 наиболее эффективным оказалось азотно-фосфорное удобрение (N40P60). Прибавка урожая зерна к контролю в этих вариантах составила соответственно 0,33 и 0,44 т/га. Для раннеспелого сорта Хазине 28 различий в эффективности азотно-фосфорного и азотно-калийного удобрения не выявлено. Урожайность этого сорта на соответствующих вариантах практически одинакова.
Рис. 2 – Урожайность сортов сорго при внесении удобрений.
Применение полного минерального удобрения (N40P60K40) способствует дальнейшему росту урожайности изучаемых сортов сорго. Максимальная урожайность получена при внесении повышенной дозы полного минерального удобрения (N80P120K80).
Доминирующее влияние на урожайность среднеспелого сорта Хазине 28 оказало азотное удобрение, его доля в обеспечении прибавки урожая зерна составила 40%. Прибавка урожая среднеспелых сортов Зерноградское 53 и Хазине 74 на 40 и 50% соответственно обусловлена действием фосфорных удобрений при высокой доле влияния азотных.
3.3 Энергетическая эффективность применения удобрений
Биоэнергетическая оценка применения минеральных удобрений при выращивании сортов сорго проведена с использованием следующих критериев: совокупные энергетические затраты, чистый энергетический доход, энергоемкость продукции, коэффициент энергетической эффективности (КЭЭ).
Установлено, что при увеличении дозы внесения удобрений, их доля в структуре затрат возрастала от 13 до 53%. Совокупные энергетические затраты составляли от 9,38 (P60K40) до 17,51 ГДж/га (N80P120K80). Энергоемкость единицы продукции с увеличением доз удобрений возрастала по всем вариантам опыта, а коэффициент энергетической эффективности снижался.
Такая закономерность отмечена при возделывании всех сортов сорго. Наиболее эффективным (КЭЭ - 6,07-6,86) и наименее энергоемким (2,29-2,59 ГДж/т) оказался контроль. Но, следует заметить, что наибольший чистый энергетический доход получен при внесении удобрений N40P60K40 при выращивании среднеспелых сортов Зерноградское 53 (53,06 ГДж/га) и Хазине 74 (51,80 ГДж/га).
Самым энергозатратным и слабоэффективным оказались варианты минерального удобрения в повышенной дозе N80P120K80. В этом варианте энергоемкость составила 4,01-4,26 ГДж/га, а КЭЭ - 3,69-3,93.
Таким образом, на черноземе обыкновенном наиболее целесообразно выращивать среднеспелые сорта сорго Зерноградское 53 и Хазине 74 на фоне полного минерального удобрения в дозе N40P60K40.
4 ДИАГНОСТИКА СБАЛАНСИРОВАННОСТИ
МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
4.1 Диагностика минерального питания сорго
4.1.1 Диагностика сортовых различий минерального питания сорго
Многоэлементная диагностика питания растений существенно расширяет возможности сравнительной характеристики сортов сорго (табл. 1). Действие различных сочетаний и доз удобрений на урожайность разных сортов сорго в большой степени зависит от содержания и соотношений в растениях следующих элементов: железа, цинка, фосфора, азота, кальция, серы:
U = 40,4 – 0,018Fe + 2,0Zn + 46,0Са + 6,04N/Ca – 2,96N/P – 0,106N/S – 6,71Zn/N - 94,4Р ; (1)
R2 = 0,77, Fф(23,15) = 2,84
где U – урожай зерна сорго, т/га; P, Ca – в %, Zn, Fe – мг/кг; N/Ca, N/P, N/S, Zn/N– содержание макро- и микроэлементов в надземной массе растений в фазу 6-8 листьев и их соотношения.
Определены величины соотношений элементов, характеризующие лучшие условия питания растений в фазу 6-8 листьев: N/S = 21-22, K/(N:Ca) = 0,55, Fe/Zn = 11-12. Сравнивая их с фактическими данными по вариантам
Таблица 1 – Содержание макро- и микроэлементов в надземной массе сорго в фазу 6-8 листьев
| Варианты опыта | Макроэлементы, % | Микроэлементы, мг/кг | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| N | P | K | Ca | Mg | S | Si | Cl | Fe | Mn | Cu | Zn | Ni | Br | Rb | Sr | ||||||||||||||||||||
| сорт Хазине 28 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. контроль 2. N40P60 3. N40K40 4. P60K40 5. N40P60K40 6. N80P120K80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||
сорт Зерноградское 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. контроль 2. N40P60 3. N40K40 4. P60K40 5. N40P60K40 6. N80P120K80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||
сорт Хазине 74 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. контроль 2. N40P60 3. N40K40 4. P60K40 5. N40P60K40 6. N80P120K80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||
опыта, можно отметить лучшую адаптированность к условиям произрастания среднеспелого сорта Хазине 74 по сравнению с раннеспелым Хазине 28, у которого перечисленные соотношения по большинству вариантов сильнее отклоняются от оптимальных значений (табл. 2). Наибольшие различия наблюдались на контрольном варианте, при внесении N40K40. В вариантах с тройными сочетаниями удобрений различия сохранялись только для соотношения Fe/Zn.
Таблица 2 - Влияние удобрений на соотношения элементов питания в растениях разных сортов сорго в фазу 6-8 листьев
| Вариант | N/S | K/N:Ca | Fe/Zn | |||
| Хазине 28 | Хазине 74 | Хазине 28 | Хазине 74 | Хазине 28 | Хазине 74 | |
| 1. контроль 2. N40P60 3. N40K40 4. P60K40 5. N40P60K40 6. N80P120K80 | 15,8 17,9 14,8 17,6 20,9 20,3 | 18,5 18,6 16,9 17,8 20,9 21,3 | 0,89 0,84 0,84 0,74 0,60 0,62 | 0,69 0,81 0,69 0,62 0,58 0,64 | 9,0 16,5 21,3 16,8 20,8 18,6 | 9,6 18,4 16,0 9,1 10,3 11,5 |
Анализ сбалансированности минерального питания сорго по системе ИСОД выявил, что специфической особенностью раннеспелого сорта Хазине 28 является высокая чувствительность к обеспеченности азотом и нарушению его соотношения с марганцем, бромом, цинком, фосфором, калием, серой (табл. 3).
Таблица 3 - Влияние сбалансированности химических элементов в надземной массе сорго в фазу 6 – 8 листьев на его урожайность
| Сорт Хазине 28, урожайность 2,4-3,4 т/га | ||||||||||||||
| *N | Mn | Fe | Cu | Sr | Rb | Ca | Mg | Si | Cl | S | K | P | Br | Zn |
| 0,7 | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,2 |
| Сорт Хазине 74, урожайность 2,7-3,8 т/га | ||||||||||||||
| Rb | N | K | Fe | Cu | Br | Sr | Ca | Mg | Si | Cl | S | P | Mn | Zn |
| 0,7 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,3 |
| Сорт Зерноградское 53, урожайность 2,6-3,5 т/га | ||||||||||||||
| Mn | Sr | N | Mg | S | Cu | Br | Rb | Cl | Si | K | P | Fe | Ca | Zn |
| 0,7 | 0,7 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 1,5 |
Примечание: * Числа, расположенные под обозначениями макро и микроэлементов, – соответствующие им индексы обеспеченности.
У сорта Зерноградское 53 индекс обеспеченности железом был избыточен по отношению к 12 из 15 учтенных элементов, а индекс обеспеченности марганцем, наоборот, дефицитен по отношению к 14 элементам. У сорта Хазине 74 марганец был избыточен по отношению к 13 из 15 элементов.
При этом наибольшее число статистически достоверных связей между урожайностью и соотношениями рассматриваемых элементов в растениях характерно для среднеспелого сорта Зерноградское 53 (табл. 4). Это указывает на его меньшую, по сравнению с другими сортами, способность поддерживать сбалансированное питание и, следовательно, более высокую требовательность к оптимизации доз удобрений.
Таблица 4 - Коэффициенты корреляции соотношений химических элементов в надземной массе растений в фазу 6-8 листьев с урожайностью сортов сорго
| Сорт | Соотношения элементов и их коэффициенты корреляции с урожайностью |
| Хазине 28 Хазине 74 Зерноградское 53 | N/P (0,80), N/K (0,79), N/S (0,79),Zn/N (-0,77), Br/N (-0,86), Mn/Zn (0,72) Rb/P (0,79), Rb/S (0,88), Zn/Rb (-0,78), Mn/Rb (-0,73), Zn/N (-0,80), Zn/K (-0,88) Mn/Zn (0,85), Mn/P (0,86), Mn/Ca (0,76), Fe/Mn (-0,74), Zn/Sr (-0,94), Zn/N (-0,84), Zn/Mg (-0,79), Zn/S (-0,78), Sr/K (0,75), Sr/Ca (0,87), Sr/Si (0,80) |
Специфическая особенность этого сорта – высокая чувствительность к тем факторам, которые влияют на соотношение марганца, цинка и стронция с другими элементами. Сорт Хазине 74 более устойчив к нарушению питания, чем Зерноградское 53.
Полученный экспериментальный материал позволяет сформулировать методические принципы диагностики сортовых различий минерального питания растений:
- метод многоэлементной диагностики, при котором появляется возможность агроэкологической оценки эффективного плодородия почв с учётом качества питания растений;
- многоэлементный анализ растений в раннюю фазу их развития, что дает возможность корректировать дозы удобрений и задолго до уборки урожая прогнозировать его величину;
- анализ толерантности разных сортов растений к условиям произрастания по показателям сбалансированности питания, так как эффективность удобрений связана с их влиянием не только на содержание, но в большей степени на сбалансированность элементов питания;
- определение зависимости химического состава растений в разные фазы развития с величиной и качеством урожая.
4.1.2 Влияние химических свойств почвы на сбалансированность питания сорго макро- и микроэлементами
На исследуемом черноземе выявлена высокая частота азотного, фосфорного и цинкового дефицита, сочетающегося с избытком в растениях сорго кальция, калия. Недостаток железа, марганца неустойчив и в большой степени связан с нарушением питания растений другими элементами, особенно азотом. Это подтверждается достоверной корреляцией содержания общего азота в индикаторных листьях с содержанием в них цинка (r=0,87), марганца (r=0,80), магния (r=0,68), железа (r=0,69). Методом корреляционного анализа установлена устойчиво проявляющаяся на различных фонах положительная корреляция CaCO3 с содержанием в зерне серы (r=0,68-0,73) и ее сбалансированностью с азотом, фосфором, калием, кремнием. Влияние карбонатов на содержание других химических элементов в зерне сорго неоднозначно и зависит от уровня обеспеченности растений другими элементами, а также от свойств почвы: содержания обменных магния и кальция, обменного калия, подвижного фосфора. Чувствительность сорго к варьированию содержания карбонатов в почве резко возрастает на фоне низкой обеспеченности растений азотом, фосфором, калием и особенно на почвах, в которых содержание обменного магния менее 3,5 мг-экв/100 г почвы. В этом случае при увеличении количества карбонатов выше 3,5 % зерно сорго формируется с экологически неблагоприятным соотношением важнейших элементов: N/S, P/S, P/Fe, P/Si, P/Ca, K/Ca+Mg. Влияние карбонатов на эти показатели качества урожая наиболее устойчиво проявляется косвенным путем: 1) через изменение индекса обеспеченности листьев железом и цинком (r=0,58); 2) через изменение соотношения количества карбонатов и обменного магния в почве. На микроучастках с содержанием обменного магния менее 3,5 мг-экв/100 г почвы корреляция величины K:(Ca+Mg) в зерне с вариацией отношения CaCO3 и обменного магния достигала 0,88 при вероятности 99 %.
Таким образом, соотношение в почве карбонатов и обменного магния следует рассматривать как один из важнейших критериев ее пригодности для выращивания сорго.
Со снижением уровня обеспеченности почв и растений этим элементом устойчивость сорго к варьированию содержания карбонатов также снижается, что приводит к экологически опасному нарушению содержания и соотношения химических элементов в зерне сорго: железа с калием, фосфором и цинком; калия и кальция, азота и марганца (табл. 5).
Таблица 5 - Влияние содержания карбонатов в почве на изменение индексов обеспеченности элементами питания зерна сорго
| при низкой обеспеченности растений фосфором | |||||||
| S | N | K | P | Al | Zn | Mg | Ni |
| 0,3 | 0,7 | 0,8 | 0,8 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,0 |
| K/Ca+Mg | Cu | Ca | Cl | Si | Fe | Mn | |
| 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | 1,9 | |
| при высокой обеспеченности растений фосфором | |||||||
| P | Al | K | Si | Ca | Ni | Mg | S |
| 0,7 | 0,8 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,0 |
| K/Ca+Mg | Mn | Fe | Cl | N | Zn | Cu | |
| 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,5 | |
При высокой обеспеченности растений фосфором толерантность сорго к варьированию содержания карбонатов повышается, но меняется качественная характеристика нарушения сбалансированности питания. Наиболее опасно на этом фоне является отрицательное влияние повышения содержания карбонатов на индекс обеспеченности зерна медью и цинком.
Результаты показывают, что оптимальный фосфатный уровень не может быть одинаковым для почв с различным содержанием карбонатов. Об этом также свидетельствует и сильное изменение химического состава зерна в зависимости от отношения содержания в почве карбонатов к содержанию подвижного фосфора (табл. 6).
Таблица 6 - Корреляция содержания карбонатов в почве с соотношением и содержанием элементов питания в зерне сорго (микроучастки с низкой обеспеченностью фосфором)
| Соотношение элементов | Коэффициент корреляции | Соотношение элементов | Коэффициент корреляции |
| N/Si N/Cl N/Mn N/Fe Al/S Al/Mn N Si/P Si/S Si/Mn | 0,55 0,48 0,64 0,63 0,58 0,60 недостоверно -0,63 -0,62 0,55 | S/Cl S/Mn S/Fe S K/Ca K/Mn K/Fe Ca Ca/Mn Mn | 0,56 0,56 0,52 0,52 0,48 0,61 0,63 недостоверно 0,51 -0,50 |
Высока чувствительность сорго к содержанию обменного калия в почве. Его изменение в пахотном слое почвы от 360 до 964 мг/кг приводит к существенной вариации соотношения в зерне следующих элементов: N, Cu, Zn и Fe, Si, P, K, Ca.
Таким образом, оптимизация пищевого режима почв под сорго должна проводиться с учетом важнейших свойств почв, влияющих на сбалансированность элементов в зерне. Точность прогноза обеспеченности сорго фосфором по стандартным группировкам снижается на почвах с повышенным содержанием карбонатов, обменного калия и обменного магния. Для повышения точности диагностики необходимо учитывать зависимость обеспеченности растений фосфором от содержания в почве цинка и железа.
4.1.3 Диагностика качества урожая сорго по показателям сбалансированности
Химический состав зерна сорго непостоянен и варьирует в зависимости от микропестроты плодородия почв (в % сухого вещества): N (1,4-1,85), Р (0,22-0,62), К (0,44-0,72), Са (0,02-0,09), Mg (0,016-0,23), А1 (0,04-0,08), Si (0,04-0,09), Cl (0,03-0,11); (в мг/кг сухого вещества): Fe (42-78), Ni (0,28-3,20), Сu (2,0-7,0), Zn (10,0-24,0) (табл. 7). Высокая неустойчивость характерна и для соотношений химических элементов в зерне сорго, о чем свидетельствуют данные диагностики по системе ИСОД (табл. 8).
Таблица 7 - Содержание макро- и микроэлементов в зерне сорго в условиях производственного посева (n = 49)
| Макроэлементы | Содержание, % | Микроэлементы | Содержание, мг/кг |
| N | 1,4-1,85/1,62* | Fe | 42-78/58 |
| P | 0,22-0,62/0,38 | Mn | 6-48/23 |
| K | 0,44-0,72/0,54 | Cu | 2-7/4,1 |
| Ca | 0,02-0,09/0,04 | Zn | 10-24/16,1 |
| Mg | 0,016-0,23/0,12 | Br | 0,1-11/1,9 |
| Cl | 0,03-0,11/0,072 |
Примечание: *Амплитуда колебания/среднее значение
Таблица 8 - Пространственная неоднородность относительной обеспеченности зерна сорго макро- и микроэлементами (по системе ИСОД)
| № участка | Индексы обеспеченности | |||||||||||||
| iN | iP | iK | iCa | iMg | iS | iSi | iMn | iFe | iZn | iCu | iNi | iCl | iAl | |
| 1 | 1,1 | 1,2 | 1,2 | 0,9 | 0,5 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,4 | 1,1 | 0,8 | 1,0 | 1,1 |
| 2 | 1,2 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | 0,7 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 0,9 | 1,2 | 1,3 | 1,0 | 1,2 | 1,3 |
| 3 | 1.0 | 0,8 | 1,2 | 1,2 | 0,7 | 0,6 | 0,6 | 1,3 | 1,4 | 1,2 | 2,8 | 0,7 | 1,3 | 0,6 |
| 4 | 1,9 | 0,9 | 1,2 | 1,3 | 0,4 | 1,0 | 1,0 | 0,9 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,4 | 1,2 | 0,6 |
| 5 | 1,0 | 0,8 | 0,9 | 1,6 | 2,8 | 0,5 | 1,2 | 1,2 | 0,7 | 0,8 | 0,5 | 0,6 | 4,7 | 1,1 |
| 6 | 1,0 | 0,8 | 1,1 | 1,2 | 0,6 | 1,4 | 0,6 | 1,2 | 1,2 | 1,0 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | 1,3 |
| 7 | 1,8 | 0,8 | 1,4 | 1,8 | 0,8 | 1,4 | 0,4 | 0,7 | 0,6 | 1,8 | 2,0 | 0,9 | 0,8 | 0,7 |
| 8 | 0,8 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 0,5 | 1,4 | 0,9 | 1,1 | 0,8 | 1,8 | 0,6 | 0,9 | 1,6 |
| 9 | 1,0 | 0,9 | 1,6 | 2,3 | 0,6 | 1,1 | 0,4 | 0,4 | 0,9 | 1,8 | 1,4 | 1,3 | 1,8 | 0,6 |
| 10 | 1,8 | 1,3 | 1,6 | 1,6 | 0,4 | 1,2 | 1,1 | 1,6 | 0,9 | 0,9 | 0,6 | 1,1 | 0,5 | 0,8 |
| 11 | 0,8 | 1,1 | 0,8 | 1,2 | 0,6 | 1,4 | 0,6 | 1,2 | 0,9 | 0,8 | 1,1 | 2,0 | 1,2 | 1,0 |
| 12 | 1,8 | 1,3 | 0,7 | 0,6 | 2,0 | 1,1 | 1,1 | 0,4 | 0,7 | 1,3 | 1,6 | 0,9 | 0,8 | 0,9 |
| 13 | 1,2 | 1,6 | 1,2 | 0,7 | 1,1 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,7 | 1,0 | 1,2 | 0,9 | 1,3 |
| 14 | 0,5 | 1,1 | 1,1 | 1,0 | 2,0 | 1,4 | 1,1 | 0,9 | 0,6 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,1 |
| 15 | 0,8 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,1 | 2,3 | 0,7 | 0,7 | 1,0 | 0,9 | 0,3 | 2,0 |
| 16 | 0,9 | 1,0 | 1,3 | 1,9 | 1,0 | 3,5 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,9 | 0,5 | 0,3 | 1,6 | 1,3 |
| 17 | 1,6 | 0,8 | 1,6 | 2,0 | 1,0 | 2,8 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | 1,2 | 0,7 | 0,4 | 1,6 | 1,4 |
| 18 | 1,1 | 1,1 | 1,0 | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 0,6 | 0,8 | 0,4 | 1,4 | 1,8 | 0,4 | 1,3 | 1,1 |
| 19 | 1,2 | 1,0 | 1,2 | 1,3 | 0,3 | 1,2 | 0,4 | 1,3 | 1,4 | 1,3 | 2,8 | 1,1 | 0,4 | 0,7 |
| 20 | 0,5 | 1,2 | 1,1 | 0,9 | 0,8 | 0,4 | 0,8 | 2,3 | 1,3 | 0,8 | 1,3 | 2,3 | 0,9 | 0,3 |
| 21 | 0,7 | 0,5 | 0,8 | 1,9 | 0,5 | 7,0 | 0,5 | 1,9 | 1,1 | 1,9 | 1,9 | 0,2 | 1,6 | 0,5 |
На исследуемом черноземе высока частота встречаемости микроучастков с дефицитом Fe, P, Mn, Zn и с избытком Са и К, что является следствием генетических особенностей почвы. Существенное значение имеют и биологические особенности сорго, которое чувствительно к относительному дефициту железа, часто вызываемому нарушением взаимодействия элементов.
Масса зерна с одного растения связана с соотношением индексов обеспеченности растений азотом и фосфором. Корреляция выхода зерна с его химическим составом установлена на почвах с содержанием подвижного фосфора более 10 мг/кг: чем больше зерна с одного растения, тем больше в нем Fe (г = 0,72), Si (r = 0,64), P (r = 0,64), К (r = 0,52). С увеличением озерненности растений существенным образом меняются и соотношения элементов, определяющие качество зерна по элементному составу: Р/Са (r = 0,57), P/N (r =0,62), Fe/Zn (r = 0,75).
Изменение содержания элементов в листьях и в зерне взаимосвязано (табл. 9).
Таблица 9- Корреляция содержания и соотношения химических элементов в индикаторных листьях с химическим составом зерна сорго
| Элемент, соотношение элементов в зерне | Элемент, соотношение элементов в листьях | Коэффициент корреляции | Уровень вероятности |
| N P P/Ca K/Ca+Mg Mg Ca/S Fe Cu Mn Al Ni Si Cl | K/Fe Fe Cu/Ni Cu/Ni Mn/Cu Si/Cu Ca/Mg Fe/Ni Ca/Sr K/Cu Mn/Cu K/Zn Ca/Mg | -0,61 0,53 -0,52 -0,47 -0,43 0,57 0,48 -0,46 0,51 0,56 0,62 0,43 -0,53 | 0,99 0,95 0,95 0,95 0,90 0,95 0,95 0,95 0,95 0,99 0,99 0,90 0,95 |
Для практического применения подобных взаимосвязей в мониторинге качества питания необходимо знать, какое влияние оказывает то или иное соотношение элементов в зерне на его кормовую ценность.
Для оценки кормового качества зерна и надземной массы сорго на черноземе обыкновенном карбонатном необходимо учитывать Р/Са, K/Ca+Mg, Fe/Ni. Это связано как с генетическими особенностями почв, так и с биологической особенностью сорго, чувствительного к дефициту железа. Соотношения К/Са+Mg, Р/Са и Fe/Ni в зерне сорго варьируют соответственно в следующих пределах: 1,26-2,60 (при норме 2,0-2,5), 2,50-4,80 (нормативы для сорго неизвестны, для других культур 2,0), 19-149 (для растений благоприятно широкое соотношение Fe/Ni, более 80). Еще более сильная вариация этих важных показателей качества растительной продукции обнаружена в листьях сорго: Р/Са 1,3-3,9, K/Ca+Mg 5,6-12,8, Fe/Ni 37-92.
Установлена взаимосвязь этих параметров со сбалансированностью питания сорго. Для оптимизации Р/Са в листьях большое значение имеет обеспеченность растений Sr и его сбалансированность с N, К, Mn и особенно с Zn; корреляция Р/Са в листьях с Zn/Sr равна 0,80 при вероятности > 99,9 %. Роль обеспеченности растений Zn достаточно четко выражена в вариации Fe/Ni в листьях сорго.
Для обеспечения высокого кормового качества листьев сорго по параметру K/Ca+Mg необходима оптимизация питания растений следующей группой элементов: K, P, Zn, Fe, Cu, Cr и Mn, Ca, Mg.
4.1.4 Прогнозирование химического состава зерна сорго с применением многоэлементной диагностики
Содержание химических элементов в зерне сорго в пределах производственного посева было неустойчиво и сильно варьировало (табл. 7).
Изменение содержания фосфора в зерне оказывает влияние на концентрацию и соотношение других химических элементов. Это приводит к нарушению их сбалансированности и, как следствие этого, к изменению качества зерна. Выявлена отрицательная связь между содержанием фосфора в зерне сорго и соотношениями Сl/К (-0,82), Cl/N(-0,72), Cl/S (-0,72) и положительная с Mg (0,73) и N (0,66).
Учитывая это, при выращивании сорго на черноземах обыкновенных карбонатных нежелательно применять хлорсодержащие удобрения, что может приводить к снижению содержанию фосфора в зерне и усилению роли кальция в разбалансированности питания растений, особенно на раннем этапе их развития. Сильное взаимодействие фосфора в зерне сорго с другими химическими элементами подтверждают и результаты множественно-регрессионного анализа.
Р, % = -0,39 + 0,2N + 2,2Mg –0,11Mg/Cl + 0,048K/Cl (2)
F(48, 44) = 5,8, R2 = 0,84
Р, % = 0,11 + 0,0325 K/Cl, (3)
F(48, 44) = 2,8, R2 = 0,65
Модели можно использовать при оценке качества зерна сорго по содержанию фосфора и сбалансированности с ним других элементов. Согласно модели 2 наилучшими условиями, обеспечивающими накопление фосфора в зерне не менее 0,5%, когда соотношение К/Cl в зерне не менее 14. При К/Сl меньше 5 - обеспеченность сорго фосфором неудовлетворительная. В данном случае показатель К/С1 выступает как интегральный индикатор условий, влияющих на обеспеченность растений фосфором. Важно отметить, что не только содержание фосфора в зерне зависит от содержания других химических элементов, но и содержание многих элементов и особенно их сбалансированность зависит от концентрации фосфора. В обобщенном виде это иллюстрирует формула сбалансированности питания:
Р, % = 0,617 – 0,215, n= 48
| Mg | K | N | Zn | Fe | Mn | Ca | Sr | Rb | Cu | Ni | Si | S | Br | Cl |
| 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1,1 | 1,4 | 2,1 |
Таким образом, концентрация фосфора в зерне сорго находится в устойчивой связи с большим числом важнейших химических элементов, определяющих качество кормовой продукции. В условиях слабого накопления фосфора в зерне повышается вероятность накопления в нем хлора, брома и нарушение соотношения ведущих показателей качества кормовой продукции Р/Са, К/Са + Mg. Для контроля накопления фосфора в зерне сорго необходимо выявить интегральные показатели, доступные измерению в производственных условиях. В связи с этим проанализирована зависимость содержания фосфора в зерне сорго от агрохимических свойств почв, биометрических показателей роста и развития растений и химического состава сорго в фазу 6-8 листьев.
Разработана комплексная модель эффективного плодородия чернозема для прогнозирования условий, влияющих на накопление фосфора в зерне сорго (табл. 10).
Таблица 10- Модель плодородия чернозема обыкновенного для оценки соответствия агрохимических показателей пахотного слоя оптимальным условиям накопления фосфора в зерне сорго
| Показатели | Амплитуда колебания | Оптимальные условия | Неблаго-приятные условия | |
| среднее | V,% | |||
| Р2О5, мг/кг | 19-35 | 30 | 5 | <20 |
| К2О, мг/кг | 300-480 | 414 | 9 | <366 |
| Са2+, мг-экв/100 г | 34,9-41,5 | 38,0 | 3 | >38,3 |
| Мg2+, мг-экв/100 г | 2,7-8,3 | 6,2 | 29 | <4,0 |
| К2О/Са2+ | 7,8-12,6 | 10,9 | 8 | <9,0 |
| К2О/Мg2+ | 47-146 | 73,8 | 36 | >94,8 |
| Са2+/Мg2+ | 4,6-14,3 | 6,8 | 37 | <10,0 |
| Мg2+ /MgCO3 | 4,8-17,3 | 11,3 | 26 | <7,7 |
| CaCO3/MgCO3 | 7,1-12,3 | 10,4 | 5 | <8,7 |
| Са2+ /CaCO3 | 8,2-10,2 | 7,0 | 9 | >8,7 |
Установлено, что доступность растениям фосфора связана со сбалансированностью содержания в почве обменного кальция и кальция карбонатов. Высокая информативность этого показателя отмечена во все фазы развития сорго (6-8 листьев, цветение, уборка). Только по одному этому показателю до посева или в ранний период развития сорго можно оценивать условия накопления фосфора в зерне сорго:
Р, % = 0,81 - 0,0572Са2+/СаСО3, (4)
F(41,40) = 2,0 R2 = 0,48
Корреляция общего содержания фосфора в зерне сорго с количеством подвижного фосфора в почве не достоверна. Это указывает на низкую доступность фосфора растениям, не зависимо от его содержания в почве.
Установлено, что химический состав зерна сорго находится в определенной корреляции с химическим составом растений в фазу 6-8 листьев:
Р, % = 0,032 + 0,38N + 1,61Са – 12,5S – 0,074Si + 0,0017Cu – 0,0049Br –
-0,0077Zn/Ca+ 8,45S/Ca – 0,064P/Ca – 0,27N/Ca (5)
F(48, 38) = 2,5 R2 = 0,69
Р, % = 0,86 – 0,0052Вr – 0,778Zn/Ca + 0,18S/Ca-0,468P/Cl (6)
F(48,44) = 2,2 R2 = 0,58
Ведущее значение в прогнозировании условий, влияющих на накопление фосфора в зерне сорго на раннем этапе развития растений, имеет учет соотношения фосфора с хлором и соотношения кальция с цинком, азотом, серой. Даже с учетом только этих показателей и содержания брома возможно задолго до уборки урожая прогнозирование накопления фосфора в зерне сорго (модель 6).
Таким образом, накопление фосфора в зерне сорго определяется большим числом факторов, в том числе и сбалансированностью питания растений по фазам вегетации. При использовании только почвенных или только растительных показателей невозможно добиться высокой точности (с коэффициентом детерминации более 70%) прогноза обеспеченности сорго фосфором. Необходимо использовать комплексную систему показателей с включением в нее данных почвенного и растительного анализов: содержание Вr, соотношения Zn/Ca, Р/С1 в надземной массе растение (фаза 6-8 листьев); содержание Са2+, СаСО3, MgCO3, соотношение Са2+/СаСО3 в пахотном слое почвы.
Практическое использование этой диагностической системы показателей возможно по регрессионным моделям:
Р, % = 2,55 – 0,006Zn/Ca – 0,049Р/С1 – 0,26Са2+/СаСО3 – 0,0049Вr + 0,49Са2+ -
- 0,37СаСО3 + 0,44MgCO3 (7)
F(48,41) = 2,9, R2 = 0,71
Р, % = 2,04 – 0,0049Zn/Ca – 0,032Р/С1 + 0,012Dm – 0,25Са2+/СаСО3 – 0,0022Вr + +0,049Са2+ - 0,35СаСО3 + 0,343MgCO3 (8)
F(48, 40) = 3,9 R2 = 0,8
Модель 7 включает показатели, которые доступны измерению на раннем этапе развития сорго (фаза 6-8 листьев). Модель 8 дополнительно включает данные по длине метелки (Dm), что повышает ее достоверность. Но она может использоваться только в фазы цветения – уборка для диагностики условий накопления фосфора в зерне сорго до посева. Модели разработаны для почв с содержанием подвижного фосфора не менее 15 мг/кг почвы и с рН не ниже 7 в условиях достаточной обеспеченности растений азотом.
4.2 Диагностика продуктивности и качества зерна кукурузы по показателям сбалансированности
Для получения высоких и стабильных урожаев необходимо изучение потенциальных и адаптивных возможностей каждого сорта/гибрида кукурузы. Стандартные критические уровни обеспеченности не выявляют сортовых различий минерального питания кукурузы, в то время как ее продуктивность различна у разных генотипов. В связи с этим определена способность чернозема обыкновенного карбонатного обеспечивать сбалансированное питание кукурузы по системе ИСОД.
Урожайность кукурузы определяется следующими соотношениями элементов в надземной массе растений в раннюю фазу развития: Р/К (r = 0,46); Mg/K (r = 0,56); Cr/Ca (r = -0,51); Сr/Mg (r = - 0,62); Cr/Cu (r = -0,51); Ni/Cu (r = -0,58); N/Cu (r = -0,70). Ведущее значение в регулировании продуктивности кукурузы имеет несбалансированность питания Zn/P (r = -0,53); Zn/Ca (r = 0,56); Zn/Mg (r = -0,59); Zn/Cu (r = 0,68).
Наилучшая сбалансированность питания выявлена у гибридов: Поволжский - 89, Краснодарский 507 АМВ, Краснодарский 632 МВ, Зерноградский 401 МВ, Росс 209 МВ, которые сформировали максимальный урожай зерна соответственно – 7,50; 6,40; 8,92; 6,04; 6,56 т/га. Сильная разбалансированность питания наблюдается у низкопродуктивного сорта Донская высокорослая. В растительной пробе данного сорта отмечается резкий недостаток железа (iFe = 0,2) и избыток калия (iK = 5,5). Таким образом, система ИСОД позволяет уже на раннем этапе развития кукурузы определить дисбаланс между элементами и выявить сортовую специфику минерального питания.
В фазу молочно-восковой спелости выявлена следующая амплитуда колебаний содержания важнейших элементов питания в припочатковом листе кукурузы (в %): N (2,05-2,75), P (0,30-0,37), K (1,85-2,25), Ca (0,52-0,91), Mg (0,27-0,39); (мг/кг): Mn (100-206), Fe (111-243), Cu (4-12), Zn (8-20), Ni (2-6). Согласно классификации обеспеченности растений элементами питания, все сорта кукурузы неудовлетворительно обеспечены азотом и хорошо – фосфором и калием, оптимально – железом и марганцем, преимущественно низко – цинком, избыточно – медью.
По результатам ИСОД выделены группы сортов/гибридов кукурузы, отличающихся по сбалансированности питания и по показателям продуктивности (по средней массе одного растения, средней массе припочаткового листа, соотношению массы растений к массе листьев).
Первая группа – высокопродуктивная (Академия, Магрит, Краснодарский 194 МВ, Краснодарский 507 АМВ, Росс 209 МВ, Краснодарский 632 МВ, Зерноградский 401 МВ). Для нее характерен повышенный индекс обеспеченности припочаткового листа азотом (iN = 1,1–1,6) высокий – марганцем (iMn = 0,9 – 2,3), сочетающийся с относительным дефицитом Fe, Zn. Сырая масса одного растения составляет 850,0 - 1100 г.
Вторая группа – низкопродуктивная – характеризуется неудовлетворительной обеспеченностью листьев азотом. Превышение индексов обеспеченности листьев Zn, Fe, K и P над индексом обеспеченности азотом говорит о том, что испытание данных сортов и гибридов проведено на агрофоне, не соответствующем требованиям генетики. Это вероятно и послужило причиной их низкой продуктивности. Анализ связи массы одного растения и общей массы листьев с индексами обеспеченности показал, что генотипические различия по питанию связаны с различной способностью сортов кукурузы поддерживать сбалансированное питание N и K, Fe и Mn, P и K.
Высокопродуктивные сорта к фазе молочно-восковой спелости характеризуются повышенной обеспеченностью припочаткового листа Mn и N и лучшей сбалансированностью N и K. Низкопродуктивные сорта, наоборот - пониженной обеспеченностью листьев Mn и резко несбалансированным питанием N и K.
Таким образом, соотношения индексов iN/iK, и iFe/iMn при условии достаточной обеспеченности почвы фосфором можно использовать как критерий оценки оптимальности питательных условий при выращивании того или иного сорта кукурузы. Установлено, что для кукурузы на черноземе обыкновенном важное значение приобретает оптимизация ее минерального питания не только по N и P, но и по Mn, Fe, Zn. Результаты исследований позволяют отметить, что используемая в Госсортосети методика сравнения продуктивности разных сортов на одном и том же фоне без применения удобрений несовершенна, так как не позволяет достоверно сравнить генотипическую продуктивность разных сортов кукурузы. Необходимо учитывать их реальную в соответствии с физиологическими особенностями обеспеченность основными элементами питания.
Анализ химического состава зерна кукурузы по системе ИСОД позволил установить его качество по сбалансированности макро- и микроэлементов (табл. 11).
Таблица 11 - Сбалансированность химического состава зерна кукурузы
| Сорт/гибрид | Индексы обеспеченности диагностируемыми элементами | ||||||||||
| iN | iP | iK | iCa | iMg | iZn | iMn | iFe | iCu | iSr | iSi | |
| Поволжский 212 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | 0,9 | 0,7 | 0,8 | 1,4 | 1,2 | 0,8 | - | 0,9 |
| Поволжский 89 | 1,2 | 1,1 | 1,2 | 3,5 | 1,3 | 0,9 | 0,6 | 0,6 | 0,4 | - | 0,9 |
| МВ МТЦ 448 | 0,9 | 2,2 | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 2,0 | 0,8 | 0,4 | 0,9 | - | 1,5 |
| Краснодарский 194 МВ | 1,1 | 2,0 | 0,9 | 0,8 | 0,8 | 2,5 | 1,3 | 0,9 | 0,5 | 0,4 | 0,4 |
| Краснодарский 507 АМВ | 0,9 | 0,6 | 1,4 | 4,0 | 0,6 | 1,3 | 0,9 | 0,8 | 0,6 | 0,9 | 1,4 |
| Краснодарский 632 МВ | 0,9 | 0,8 | 0,5 | 0,8 | 1,8 | 0,9 | 0,7 | 1,4 | 0,7 | 1,4 | 0,9 |
| Зерноградский 401 МВ | 1,1 | 1,2 | 0,9 | 4,0 | 0,9 | 1,3 | 1,3 | 0,9 | 1,3 | 0,8 | 0,9 |
| Зерноградский 301 МВ | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 0,8 | 0,8 | 1,3 | 1,1 | 0,8 | 1,1 |
| Донская высокорослая | 0,9 | 0,5 | 0,5 | 0,9 | 1,2 | 5,0 | 0,9 | 2,0 | 0,9 | 0,7 | 1,4 |
| Росс 209 МВ | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,3 | 1,1 | 0,9 | 0,9 | 0,7 | 1,1 | 1,3 | 0,7 |
Гибриды Зерноградский 301 МВ, Росс 209 МВ характеризуются наиболее сбалансированным химическим составом зерна, в то время как у сорта Донская высокорослая наблюдается резкий недостаток фосфора, калия, азота, кальция и избыток цинка, магния, что повлияло на урожай зерна. В группу дефицитных попадают Zn, Cu, Sr. Однако относительный дефицит химических элементов особенно первого или второго классов опасности является одним из показателей качества питания растений.
Выявлено, что низкая концентрация в зерне Са и высокая Р приводит к нарушению соотношения Р/Са и K/Ca+Mg (рис. 3).
Рис. 3. Влияние содержания кальция и калия в надземной массе разных сортов и гибридов кукурузы в фазу 6-8 листьев на соотношение в зерне К/ Са + Mg
Примечание: соотношение К/ Са + Mg: Донская высокорослая – 3,07; Поволжский 89 – 3,01; Поволжский 212 – 5,02; МВ МТЦ 448 – 4,43 (норма 2,0-2,5).
Установлена зависимость Р/Са от сбалансированности минерального питания кукурузы на черноземе обыкновенном карбонатном:
Функция Р/Са = 0,461-1,666
| iP | iK | iCa | iMg | iSr | iFe | iMn | iCu | iCr | iZn | iNi |
| 0,6 | 0,7 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,2 | 1,9 | 2,6 |
Показатель Р/Са определялся почвенными условиями, влияющими на сбалансированность Ni, Zn, Cr, Cu (избыток) и P, K, Ca, Mg (дефицит). Установлена достоверная корреляция вариации Р/Са на черноземе обыкновенном карбонатном с соотношениями P/ Mg (r=0,80), Р/Mn (r=0,70).
4.3 Диагностика минерального питания озимой пшеницы
4.3.1 Прогнозирование продуктивности озимой пшеницы с применением многоэлементной диагностики
Результаты многолетних исследований показали, что чернозем обыкновенный характеризуется высокой пространственной пестротой по агрохимическим показателям почвы и продуктивности озимой пшеницы (табл. 12). Выявлено, что соотношения свойств почв имеют более широкую амплитуду колебания, чем их отдельные значения. Высокая пространственная вариация характерна также и для элементного состава надземной массы пшеницы в фазу трубкования.
Таблица 12 - Пространственная вариация агрохимических свойств почв и показателей реакции озимой пшеницы на условия произрастания в производственном посеве
| Агрохимические показатели пахотного слоя чернозема обыкновенного | Содержание и соотношение химических элементов в надземной массе пшеницы | Показатели реакции растений на условия произрастания | |||
| Показатель | Минимум -максимум | Показатель | Минимум-максимум | Показатель | Минимум-максимум |
| G Pp Kp Cap Mgp рH Kp/Cap Cap/Mgp Cap+Mgp Pp/G Kp/Cap Kp/Mgp Pp/Mgp | 2,7-4,4 22-58 240-460 28-35 4,0-6,5 7-7,8 0,7-2,2 5,0-8,4 32-40 0,5-1,7 0,7-2,2 4,0-15 0,4-1,4 | N/Si P K N/P N/K K/P Fe/Zn Sr Mn Zn Ca Si N | 0,7-8 0,2-1,2 1,0-4,0 5-15 0,3-3,6 2,0-16,0 4-56 5,0-54 40-128 5-31 0,14-0,6 0,4-1,8 1,2-3,4 | U H1 M1 M2 Bel Kl St | 2,0-5,8 45-90 10-30 2-6 11-16 22-35 45-72 |
Примечание (здесь и далее): U урожай зерна озимой пшеницы, т/га; H1 высота растений в фазу трубкования, см; M1, M2 – соответственно зеленая масса одного растения в фазу трубкования, сухая масса одного растения в фазу полной спелости, в г; Bel, Kl, St – соответственно содержание белка, клейковины в зерне, стекловидность, %; N, P, K, Si, Ca – в %, Mn, Zn, Fe, Sr – мг/кг; N/P, N/K, K/P, Fe/Zn, N/Si – соотношения элементов. Агрохимические показатели в пахотном слое почвы:G – гумус, %; Kp, Pp – обменный калий (K2O) и подвижный фосфор (P2O5), мг/кг почвы; Cap, Mgp –обменные кальций (Ca2+) и магний (Mg2+), мг-экв/100г почвы; Kp/Cap, Pp/G, Cap/Mgp, Kp/Cap+Mgp –соотношение перечисленных выше свойств почвы.
Исследования показали, что высокодостоверная и устойчивая связь урожая зерна наблюдалась только при одновременном учете большого числа показателей, характеризующих состояние растений и почвы: содержание N, Si, P, K, (%), Fe, Ni, Cu, Mn, Sr, Zn, (мг/кг), соотношение Fe/Mn, N/K, K/P в надземной массе растений в фазу трубкования; содержание гумуса, в %; подвижного фосфора и обменного калия в мг/кг почвы; обменного кальция и суммы обменных оснований (мг–экв/100г) в пахотном слое почвы.
Эффективность использования перечисленных показателей в качестве индикаторов условий произрастания растений подтвердил множественно-регрессионный анализ. Наилучшей моделью по статистическим характеристикам, а также степени отражения агрохимических особенностей чернозема и точности прогнозирования урожайности озимой пшеницы, оказалась аппроксимация с использованием в качестве аргументов 17 показателей-индикаторов (модель 9):
Uт = - 132,00 + 5,65N – 9,76Si + 13,65P – 12,60K + 0,20Mn – 0,05Fe – 0,47Ni + 0,16Sr + 0,56Cu + 3,74Pp – 2,16Kp + 75,80Kp/Cаp + 3,24Cap/Mgp + 3,40(Caр+Mgр) + 3,75Fe/Mn – 8,40N/К + 1,64K/P (9)
F = 2,1 при степенях свободы 58 и 41, R2 = 0,70
Для оперативного экспресс - прогноза разработан сокращенный вариант этой модели (модель 10):
U2т = 40,4 + 9,1N - 7,9Si – 7,9K + 4,3Pp – 11,1 N/K (10)
F = 2,03 при степенях свободы 58 и 53, R2 = 0,55
Установлены средние значения показателей-индикаторов, при которых урожай зерна озимой пшеницы прогнозируется на уровне 5,0 т/га (табл. 13).
Приведенные средние значения показателей-индикаторов можно принять за оптимальные уровни и использовать их в качестве критериев комплексной оценки соответствия фактических почвенных условий требованиям озимой пшеницы
Таблица 13 - Оценка условий произрастания озимой пшеницы на черноземе обыкновенном (урожайность озимой пшеницы по фактическим и прогнозируемым данным – 5,0 т/га)
| Химические элементы в растениях и их соотношения | Содержание в надземной массе | Агрохимические и биометрические показатели | Содержание в пахотном слое почвы и биометрические показатели |
| N Si P K Mn Fe Ni Cu Fe/Mn N/K K/P | в % : 3,0 0,8 0,3 2,0 в мг/кг: 70,0 180,0 2,0 7,0 соотношения 2,4 1,2 8,3 | G Pp (P2O5) Kp (K2O) Kp/Cap Cap/Mgp Cap+Mgp рH высота растений, см зеленая масса одного растения, г | 4,3 40 400 1,3 7,1 36,0 7,1 81,0 20,0 |
4.3.2 Прогнозирование качества зерна озимой пшеницы
На уровне производственного посева выявлена большая внутрипольная вариация урожайности (1,4-5,7 т/га) и ряда важнейших показателей качества зерна: содержания сырого белка 12 - 16%, сырой клейковины 22 - 35%, стекловидности 45 - 72 %; а также содержания в зерне ряда макро- и микроэлементов. Это указывает на высокую чувствительность озимой пшеницы к пространственной микронеоднородности условий произрастания на чернозёме обыкновенном карбонатном.
Исследования показали, что содержание белка в зерне озимой пшеницы зависит в первую очередь от степени дефицита азота (N) и устойчивости сбалансированности N с Fe, P, Mn (рис. 4).
Также проанализированы данные по влиянию агрохимических свойств почв, биометрических показателей и химического состава растений в фазу трубкования на содержание белка, клейковины и стекловидности. Это дало возможность выявить устойчивую систему индикаторов для раннего прогнозирования важнейших показателей качества зерна озимой пшеницы. Перечень системы индикаторов для прогнозирования белка на черноземе обыкновенном карбонатном включает до 19 наименований.
Рис. 4. Взаимосвязь изменения содержания белка в зерне пшеницы с индексами ее обеспеченности макро- и микроэлементами
В почве – это содержание и соотношения подвижного фосфора, обменного калия; соотношения фосфора и гумуса. Элементы-индикаторы в растениях в фазу трубкования – содержание N, Cl, K, P, Ca в %, Mn, Fe, Zn в мг/кг; соотношения N/P, N/K, Mn/N, Fe/Zn, N/Ca и вес одного зеленого растения (г). Ранний мониторинг посевов пшеницы на содержание белка возможен по следующей модели:
Белок, % = +12,7 – 0,31Pp + 0,06Kp + 1,55Pp/G + 0,54N – 0,73N/K – 4,2Cl – 0,012Mn – 0,74P + 0,011Fe/Zn (11)
F= 3,5, R2=0,8
Эта модель ориентирована на применение в условиях со значительной вариацией почвенных показателей и наилучшим образом отражает агрохимические особенности чернозема обыкновенного карбонатного. В благоприятный по климатическим условиям год и при условии высокой обеспеченности почвы подвижным фосфором, белок в зерне пшеницы можно прогнозировать всего по двум параметрам:
Белок, % = 11,3 + 0,06Kp + 0,46N,
F=3,4, R2=0,7 (12)
Исследования показали высокую диагностическую информативность учета обеспеченности растений N, K, Zn, Mn, P для прогноза содержания клейковины в зерне пшеницы на исследуемом черноземе (рис. 5).
Рис. 5. Взаимосвязь изменения содержания клейковины в зерне пшеницы с индексами ее обеспеченности макро- и микроэлементами
Содержание химических элементов в зерне пшеницы так же зависит от качества питания растений в фазу трубкования, что подтвердил корреляционный анализ (первый ряд - перечень химических элементов в зерне, второй и третий ряды - перечень элементов-лидеров и их соотношений в надземной массе пшеницы, с изменением которых они коррелируют):
| Cu | Mn | Br | Zn | Ca | K | P | Pb | Sr | Sr/Ca | Ca/P |
| Ni/Sr | Mn/Sr | N/Si | Si/Cl | N/K | Ca/Sr | N/K | Mn/Sr | Sr | Mn/Sr | Cu/Mg Np/N |
| Sr | Si | N | N | Sr | Np |
4.3.3 Прогнозирование оптимального содержания фосфора при возделывании озимой пшеницы
Разработана система индикаторов и моделей для прогнозирования оптимальных уровней подвижного фосфора в почве непосредственно по данным химического состава надземной массы растений в фазу трубкования (модели 13 – 14) и зерна (модели 15 – 16). Высокая достоверность этих моделей и соответствие фактическим данным показали возможность такого прогноза.
Модель 13:
Pp = 3,89 + 4,48Cl – 0,497K – 2,76Ca – 0,12Zn + 1,49N – 1,36P – 0,34Kp/Cаp -0,07N/P – 0,91N/K + 0,04U + 0,017Mn + 0,058Cu + 0,318Fe/Mn – 0,089Fe/Zn
F = 2,63, R2 = 0,71 при степенях свободы 58 и 44
Модель 14: (то же, сокращенный вариант)
Pp = 0,94 + 4,4Cl – 0,11Zn + 0,53N + 0,056U + 0,015Mn + 0,29Fe/Mn -0,077Fe/Zn
F = 2,4, R2 = 0,63 при степенях свободы 58 и 51
Модель 15:
Pp = -8,6 + 6,9Mg – 104,8Al + 27,4Si – 10,9P + 34,1Cl + 13,9K – 10,9 Ca + 0,16Br + 0,029Mn + 0,0023Fe – 0,054Ni + 0,056Sr – 0,15Cu + 0,083U
F = 3,3, R2 = 0,84 при степенях свободы 29 и 15
Модель 16: (то же, без учета величины урожая)
Pp = -15,0 + 15,5Mg – 159,8Al + 64,7Si – 39,5P + 135Cl + 24,3K + 0,22Zn -0,027Cr + 0,16Br – 0,012Fe – 0,031Ni – 0,0921Sr
F = 2,3, R2 = 0,75 при степенях свободы 29 и 15
Логический смысл представленных моделей состоит в том, что содержание подвижного фосфора в почве можно рассматривать как функцию большого числа учтенных и неучтенных факторов, индикаторами состояния которых является система показателей (аргументов), включенная в модель. Практический смысл определения такого рода моделей состоит в том, что они дают возможность по планируемому содержанию элементов питания в растениях прогнозировать и соответствующие им уровни обеспеченности почв питательными элементами. Это открывает новые возможности в анализе экспериментальных данных по выявлению допустимых и недопустимых уровней изменения агрохимических показателей под влиянием антропогенных воздействий с учетом желаемого содержания химических элементов в растениях. Для примера приводим прогнозируемые уровни подвижного фосфора в карбонатном черноземе в зависимости от планируемого содержания цинка в растениях (табл. 14).
Таким образом, разработка нормативов свойств почв применительно к отдельным культурам должна проводиться только на локальном уровне с учетом средних многолетних данных по их урожайности, что позволяет учесть и влияние климатических факторов.
Таблица 14 – Зависимость подвижного фосфора в почве от планируемого уровня цинка в надземной массе пшеницы, (фаза трубкования)
| Планируемый уровень содержания Zn в растениях*, мг/кг) | Оптимальный уровень содержания подвижного фосфора (мг/кг почвы) на фоне различных условий произрастания пшеницы: | ||
| Н | Ср | Б | |
| 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 | 62 56 50 44 38 31 | 65 59 53 47 41 35 | 72 66 60 54 48 42 |
Примечание: Н, Ср, Б – соответственно неблагоприятные, средние и благоприятные условия произрастания пшеницы с урожайностью пшеницы соответственно 2,5; 3,2; 5,0 т/га. * Прогноз составлен по модели при условии, что кроме содержания Zn и величины урожая все другие показатели – аргументы близки или равны уровням, необходимым для достижения урожая зерна озимой пшеницы в 5,0 т/га.
Полученные данные указывают также на возможность оценки соответствия условий произрастания растений заданному или программированному содержанию химических элементов в зерне.
Индикаторами накопления фосфора в зерне пшеницы, кроме содержания подвижного фосфора в пахотном слое почв, является и химический состав надземной массы пшеницы в фазу трубкования, особенно содержание азота и его соотношения с другими элементами:
Pzer = 0,26 + 0,042N + 0,012Pp – 0,22Si + 0,003Sr +0,0004Fe – 0,086N/Si - 0,09N/K + 0,024N/Ca +0,0043Zn/N +5,9 Ca/Sr -0,0037Fe/Sr (17)
F = 2,5, R2= 0,75 при степенях свободы 29 и 18
Согласно экспериментальным данным и модели, повышенное содержание фосфора в зрелом зерне пшеницы (около 0,4 %) можно ожидать при следующих значениях показателей-индикаторов (над чертой – показатель, под чертой – его значение в принятых единицах измерения: N, Si, K, Ca – в %, подвижный фосфор в почве - Pp, в мг/кг, остальные элементы в растениях – мг/кг):
N Pp Si Sr Fe N/Si N/K N/Ca Zn/N Ca/Sr Fe/Sr
3.0 4.9 0.85 7.0 158.0 2.9 1.2 9.4 5.7 0.037 22.6
Аналогичным образом можно определить модели прогноза содержания в зерне и других элементов. Элементы-индикаторы будут различны для разных типов почв, сортовых особенностей культур, интенсивности антропогенного воздействия на почвы и растения.
5 ДИСПЕРСНОСТЬ И ПЛОДОРОДИЕ
ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
При исследовании дисперсности почв основное внимание обращается на содержание физической глины и физического песка. При этом сама физическая глина неоднородна. Обобщение литературных (Титова, 1976, Травникова Л.С., Титова Н.А., 1978, Ахтырцев, Яблонских, 1986, и др...) и собственных данных подтверждает разнородность как физической глины и физического песка, так и илистой и пылеватой фракций физической глины (табл. 15).
Таблица 15 - Агрохимические показатели гранулометрических фракций черноземов обыкновенных
| Горизонт и глубина взятия образца, см | гумус, % | Р205, % | К20, % | ||||||
| Почва в целом | 0,005-0,001 | <0,001 | почва в целом | 0,005-0,001 | <0,001 | Почва в целом | 0,005-0,001 | <0,001 | |
| Целина | |||||||||
| Ад 0-20 | 4,29 | 7,03 | 5,17 | 0,17 | 0,32 | 0,29 | 2,40 | 2,90 | 3,20 |
| АВ 20-30 | 3,26 | 8,69 | 4,24 | 0,16 | 0,30 | 0,29 | 2,40 | 2,55 | 3,00 |
| В1 40-50 | 3,22 | 7,65 | 4,34 | 0,16 | 0,30 | 0,30 | 2,35 | 2,72 | 2,95 |
| В2 70-80 | 2,45 | 4,86 | 3,41 | 0,16 | 0,29 | 0,27 | 2,20 | 2,69 | 2,85 |
| С 140-150 | 0,84 | 1,09 | 1,24 | 0,14 | 0,27 | 0,24 | 2,15 | 2,95 | 2,70 |
| Пашня | |||||||||
| Апах 0-20 | 3,72 | 7,67 | 4,55 | 0,15 | 0,26 | 0,24 | 2,35 | 2,72 | 2,63 |
| Ап/п 25-35 | 3,64 | 7,86 | 4,34 | 0,15 | 0,27 | 0,24 | 2,35 | 2,70 | 2,60 |
| В1 40-50 | 3,33 | 7.24 | 4,65 | 0,13 | 0,24 | 0,24 | 2,10 | 1,78 | 2,30 |
| В2 75-85 | 2,45 | 4,45 | 3,21 | 0,12 | 0,24 | 0,21 | 2,20 | 2,77 | 2,70 |
| С 140-150 | 1,14 | 1,65 | 1.45 | 0,10 | 0,23 | 0,20 | 1,90 | 2,92 | 2,25 |
| Орошение с 1952 года | |||||||||
| Апах 0-17 | 3,19 | 6,93 | 3,93 | 0,14 | 0,24 | 0,20 | 2,25 | 1,98 | 2,70 |
| Ап/п 20-38 | 3,52 | 7,45 | 4,24 | 0,13 | 0,24 | 0,22 | 2,90 | 2,90 | 3,20 |
| В1 40-50 | 2,71 | 6,10 | 3,93 | 0,13 | 0,24 | 0,24 | 3,20 | 2,89 | 3,40 |
| В2 65-75 | 1,95 | 4,55 | 3,00 | 0,13 | 0,22 | 0,24 | 4,26 | 2,89 | 4,30 |
| С 113-123 | 0,77 | 1,45 | 1,45 | 0,11 | 0,22 | 0,22 | 2,46 | 2,86 | 2,80 |
Анализ фондовых материалов выявил определенные закономерности отношений разнокачественных компонентов полидисперсной системы почв (физическая глина, физический песок, ил и пыль), которые служат основой формирования гранулометрических матриц (табл. 16). Алгоритмы их построения широко освещены ранее (Крыщенко и др., 2006).
Анализ состава и свойств 4000 почвенных разрезов на гранулометрической матрице показывает, что содержание физической глины в черноземах Нижнего Дона находится в пределах 45 – 75%. При этом максимальное количество разрезов (до 32 %) попадает в группу по степени насыщенности физической глины илом 49 - 54%. Концентрация гумуса, азота, фосфора, калия в тонкодисперсных фракциях (<0,01) превышает их содержание в почве (Soil Matrix®). Между количеством физической глины и содержанием гумуса, общего азота, подвижного фосфора обнаружена прямая корреляция (r = 0,76 - 0,97, при р > 0,05). Таким образом, масса физической глины активна, она определяет многие свойства почв, масса физического песка - индифферентна. Поэтому содержание элементов питания в 100 г физической глины является более информативным по сравнению с существующим критерием оценки плодородия почв.
Различная физическая и химическая природа илистых и пылеватых частиц обуславливает их различную роль в процессах регулирования гумусного состояния почв и подвижности питательных элементов. При содержании физической глины 50% с 50%-ным насыщением ее илом создаются наиболее благоприятные условия для накопления гумуса. Возрастание как иловатости, так и пылеватости приводит к уменьшению содержания гумуса в физической глине (табл. 16). Аналогичная закономерность наблюдается при анализе содержания подвижного фосфора и обменного калия в 100 г физической глины (рис. 6).
Рис. 6- Изменение содержания подвижного фосфора и обменного калия в черноземах обыкновенных в зависимости от их иловатости, мг/100 г физической глины
Таблица 16 - Фрагмент гумус-гранулометрической матрицы чернозема обыкновенного Нижнего Дона
| № классов в общей матрице | Классы по содержанию частиц < 0,01 мм, % | Количество выборки: числитель – в классах, знаменатель - в группах | Базовое значение ила Z2 /100 | Коэффициент  | Группы по насыщенности физической глины илом (V, %) | |||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | |||||||||
| 64,7 ±3 | 59,4±3 | 54,4±3 | 49,9±3 | |||||||||
| 1.1. Черноземы обыкновенные Приазовской равнины | ||||||||||||
| 5 | 73,6-67,7 70,6 | 148 36+32+54+26 | 50,0 | 1,41 | 45,4* 25,2 | 4,44** 4,88 | 41,6 29,0 | 4,61 5,54 | 38,1 32,5 | 4,56 5,98 | 35,3 35,3 | 4,76 6,71 |
| 1.2. Черноземы обыкновенные Азово-Кубанской равнины | ||||||||||||
| 5 | 73,6-67,7 70,6 | 178 22+63+54+39 | 50,0 | 1,41 | 45,4 25,3 | 3,87 4,26 | 41,5 29,1 | 4,03 4,84 | 38,4 32,2 | 3,81 5,00 | 35,2 35,4 | 3,75 5,29 |
| 2.1.Черноземы обыкновенные Приазовской равнины | ||||||||||||
| 6 | 67,6-62,0 64,7 | 241 25+82+95+39 | 41,9 | 1,54 | 41,8 22,9 | 4,02 4,02 | 38,4 26,3 | 4,26 4,64 | 35,2 29,5 | 4,35 5,18 | 32,3 32,4 | 4,20 5,46 |
| 2.2.Черноземы обыкновенные Азово-Кубанской равнины | ||||||||||||
| 6 | 67,6-62,0 64,7 | 130 10+23+40+57 | 41,9 | 1,54 | 41,9 22,8 | 4,04 4,04 | 38,4 26,3 | 3,86 4,21 | 35,2 29,5 | 3,81 4,53 | 32,4 32,3 | 3,68 4,78 |
Примечание: над чертой - содержание * ила и ** гумуса в 100 г почвы, под чертой – содержание ила в гумуса в 100 г физической глины
ВЫВОДЫ
- Интегрированная диагностика условий произрастания сельскохозяйственных культур на черноземе обыкновенном Нижнего Дона должна проводиться по совокупности показателей (системе индикаторов), включающей данные многоэлементного химического состава растений, агрохимических свойств почв и их соотношения.
- Современное состояние плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона не обеспечивает высокого качества минерального питания растений. Выявлены нарушения сбалансированности питания озимой пшеницы, кукурузы, сорго по большому числу макро- и микроэлементов (N, P, Ca, K, Fe, Mn, Zn, Br, Ni и др.). Эти нарушения связаны в основном с высоким содержанием кальция, обменного калия в почвах и низкой доступностью растениям фосфора, железа, цинка, марганца. При увеличении количества карбонатов в почве выше 3,5 % зерно сорго формируется с экологически неблагоприятным соотношением важнейших элементов: N/S, P/S, P/Fe, P/Si, P/Ca, K/Ca+Mg.
- Вариация агрохимических показателей физико-химических свойств чернозема обыкновенного в производственных посевах сельскохозяйственных культур усиливает нарушения сбалансированности их питания по большому числу макро- и микроэлементов, с которыми связаны качество урожая и его экологическая безопасность. Следовательно, разработку нормативов свойств почв необходимо проводить на локальном уровне с учетом не только величины, но и качества урожая сельскохозяйственных культур. Параметры-индикаторы различны и зависят от видовых и сортовых особенностей культур, интенсивности антропогенного воздействия на почвы и растения.
- В качестве индикаторов условий произрастания озимой пшеницы на черноземе обыкновенном наиболее пригодны следующие показатели: содержание и соотношение N, P, K, Fe, Zn, Ca в надземной массе пшеницы в фазу трубкования; содержание гумуса, подвижного фосфора в почве и их соотношения, а также количество обменного калия и его соотношения к обменному кальцию и сумме обменных оснований. Почвы с соотношением подвижного фосфора к гумусу менее 0,8 и обменного калия к содержанию обменного кальция более 1,9 и менее 1,0 неблагоприятны для выращивания пшеницы.
- При одних и тех же условиях у разных сортов одной культуры выявлена неодинаковая сбалансированность питания, следствием которой является различная урожайность. Так, у сорта Поволжский 89 урожайность составила 7,2 т/га. Для сорта Донская высокорослая характерен резкий недостаток железа (iFe=0,2), избыток калия (iK=5,5), который не позволил формированию высокого уровня урожая (4,4 т/га). Соотношения индексов iN/iK, iFe/iMn следует использовать как критерий оценки условий произрастания кукурузы на черноземе обыкновенном.
- Сортовая специфика минерального питания сорго, кукурузы на черноземе обыкновенном выявлена при сопряженном анализе почвы и растений, с определением не менее 13 макро- и микроэлементов и их соотношений. Отбор сортов зернового сорго, кукурузы для выращивания на черноземе обыкновенном должен проводиться с учетом их устойчивости к изменению сбалансированности питания под влиянием удобрений. В первую очередь необходимо определять те элементы, доступность и соотношение которых зависит от физико-химических свойств почв: кальций, калий, азот, цинк, железо.
- Разные по биологическим особенностям сельскохозяйственные культуры (озимая пшеница, кукуруза, сорго) сильно реагируют на изменения качества питания уже на раннем этапе их развития. Выявлены достоверные зависимости величины урожая от содержания химических элементов и их соотношений. Указанные зависимости выражены в виде множественно-регрессионных моделей, которые позволяют на раннем этапе развития растений прогнозировать их продуктивность, оценивать плодородие почв и оптимальность доз и сочетаний удобрений с использованием экологически важных соотношений химических элементов (Р/Са, Fe/Mn, Sr/Ca и др.).
- Устойчивость положительного действия удобрений на черноземе обыкновенном зависит от его способности поддерживать сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами. При среднем содержании подвижного фосфора действие различных сочетаний и доз удобрений на урожайность зерна разных сортов сорго (Хазине 28, Зерноградское 53, Хазине 74) в большой степени зависит от их влияния на содержание и сбалансированность в растениях следующих элементов питания: железа, кальция, цинка, а также от соотношений азота с серой, кальцием, цинком, фосфором,
- Ранний прогноз качества зерна озимой пшеницы возможен на основе методов почвенно-растительной диагностики и множественно-регрессионных моделей. На черноземе обыкновенном содержание белка в зерне озимой пшеницы зависит от сбалансированности азота в растениях в фазу трубкования с Mn, P, Fe. Содержание клейковины определяется в основном обеспеченностью растений N, его сбалансированностью с Mn, Zn, K и отношением обменного калия и гумуса в почве.
- Для реализации разработанной методической основы и моделей диагностики плодородия почв необходимо использовать электронную базу данных состава и свойств почв Нижнего Дона.
- Распределение гумуса, общего азота, общего и подвижного фосфора в твердой фазе почв неравномерно. Эти показатели на 85-95% сосредоточены во фракциях физической глины и практически отсутствуют в физическом песке. Неравномерное распределение питательных элементов наблюдается между илом и пылью, соотношение которых по сезонам и годам меняется в широком интервале (от 1,5 до 2,0). Поэтому при агрохимическом мониторинге необходимо учитывать динамические отношения гранулометрических фракций.
- Разработанная диагностическая система физико-химических свойств чернозема обыкновенного Нижнего Дона и химического состава основных сельскохозяйственных культур (озимая пшеница, кукуруза, сорго) является основой мониторинга качества питания растений, комплексной агроэкологической оценки почв и научного обеспечения получения зерна с программируемым химическим составом.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
Прогнозирование урожая и качества зерна озимой пшеницы, сорго, кукурузы на черноземе обыкновенном следует осуществлять на основе многоэлементного анализа растений с учетом сбалансированности их питания.
Оценку оптимальности свойств почв для возделываемых культур необходимо проводить по совокупности показателей, включающей данные агрохимических свойств почв, химического состава растений и их соотношения.
При выращивании сорго на черноземе обыкновенном содержание подвижного фосфора должно быть не менее 20 мг/кг. При этом соотношение Са2+/CaCO3 в почве - не более 8,7. Превышение этой величины снижает доступность фосфора растениям. Применять хлорсодержащие удобрения под сорго нежелательно. Это приводит к снижению содержанию фосфора в зерне и усилению роли кальция в разбалансированности питания растений. Для оценки почвенных условий при выращивании сорго целесообразно использовать соотношения элементов в надземной массе растений в фазу 6-8 листьев: N/S = 21-22, K/(N:Ca) = 0,55, Fe/Zn = 11-12.
На черноземе обыкновенном при возделывании зернового сорго наиболее эффективно вносить минеральные удобрения в дозе N40P60K40. Данный уровень минерального питания обеспечивает получение урожая зерна до 3,9 -4,1 т/га.
Для кукурузы, как и для сорго, рекомендуется оптимизация минерального питания не только N, P, K, но и Mn, Fe, Zn. Высокопродуктивные сорта и гибриды кукурузы характеризуются повышенным индексом обеспеченности припочаткового листа азотом (iN = 1,1–1,6) высоким – марганцем (iMn до 2,3), сочетающегося с относительным дефицитом Fe, Zn.
При сортоиспытании сорго, кукурузы следует использовать интегрированные системы оперативной диагностики питания растений.
При выращивании озимой пшеницы рекомендуется оптимальный уровень содержания гумуса в черноземе обыкновенном - 4,3%, подвижного фосфора - 40,0 мг/кг, обменного калия – 400,0 мг/кг. Для получения высокой урожайности озимой пшеницы целесообразно поддерживать соотношения элементов N/K, K/P, Fe/Mn в надземной массе растений в фазу трубкования на уровне 1,2; 8,3; 2,4 соответственно.
Список основных работ по теме диссертации
Статьи в изданиях, определенных ВАК РФ:
- Бирюкова, О.А. Принцип постоянства соотношения гранулометрических показателей полидисперсной системы почв. ч.1. / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Т.В. Рыбянец, О.А. Беседина // Изв. Вузов, Северо-Кавказский регион. Естественные науки: - 2002. - вып. 2. - С. 87-90.
- Бирюкова, О.А. Принцип постоянства соотношения гранулометрических показателей полидисперсной системы почв. ч.2. / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Т.В. Рыбянец, О.А. Беседина // Изв. Вузов, Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2002. - Вып. 3. - С. 94-100.
- Бирюкова, О.А. Диагностика химического состава зерна сорго по системе ИСОД / И.И. Ельников, В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. – 2003 - №4. – С.54-57.
- Бирюкова, О.А. Матричные черты гумус-гранулометрических отношений в полидисперсной системе почв. Ч.2 / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова, О.А. Беседина // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. – 2003- №4.– С. 98 - 104.
- Бирюкова, О.А. Матричные черты гумус-гранулометрических отношений в полидисперсной системе почв. Ч.2 / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова, О.А. Беседина // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. – 2003. - №3. - С. 102 - 107.
- Бирюкова, О.А. Содержание радионуклидов в почвах и растениях 30-километровой зоны влияния Волгодонской АЭС / Е.В. Кандашова, А.Н. Пронин, В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Т.И. Абрамова // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. – 2003. - №6. – С.95 – 99.
- Бирюкова, О.А. Многоэлементная диагностика сортовых различий минерального питания зернового сорго / Н.С. Погорелова, О.А. Бирюкова, И.И. Ельников, В.С. Крыщенко, Л.П. Бельтюков // Агрохимия. - 2005.- № 1. - С.14-22.
- Бирюкова, О.А. Гумус-гранулометрические отношения в полидисперсной системе почв / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова, И.В. Ряскина //Аграрная Россия. - 2005. - № 5. – С. 31 -39..
- Бирюкова, О.А. Компенсационный принцип анализа гумус – гранулометрических соотношений в полидисперсной системе почв / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова // Почвоведение. - 2006. - № 4. – С. 473 – 483.
- Бирюкова, О.А. Почвенно-растительная диагностика накопления фосфора в зерне сорго в условиях юга России / Н.С. Погорелова, О.А. Бирюкова, И.И. Ельников, В.С. Крыщенко // Агрохимия. - 2006. - № 12 - С.1 - 7.
- Бирюкова, О.А. Дисперсность и агрохимические показатели черноземов обыкновенных карбонатных Нижнего Дона / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, И.В. Замулина //Проблемы агрохимии и экологии. - 2008. - № 3 - С. 3 – 8.
- Бирюкова, О.А. Прогнозирование урожая озимой пшеницы и оптимального уровня содержания подвижного фосфора на карбонатном черноземе с применением многоэлементной диагностики / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко // Агрохимия. - 2009. - № 11. – С. 7 – 15.
- Бирюкова, О.А. Диагностика качества зерна озимой пшеницы на черноземе карбонатном / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова // Проблемы агрохимии и экологии. - 2011. - № 4 - С. 20 – 24.
Монографии:
- Бирюкова, О.А. Оперативная диагностика питания растений / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников, В.С. Крыщенко - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2010. – 168 с.
- Бирюкова, О.А. Состояние наземных экосистем 30-км зоны Волгодонской АЭС / В.С. Крыщенко, М.Г.Давыдов, Н.И. Санжарова, О.А. Бирюкова, Т.И. Абрамова, А.Н. Пронин, Е.В. Кандашова – Ростов н/Д:Изд-во «ЦВВР», 2008. - 215 с.
Статьи и тезисы:
- Бирюкова, О.А. Превращение орто- и полифофатов в черноземе обыкновенном карбонатном / В. Д. Коваленко, О. А. Бирюкова // Материалы научной конференции, посвященной 115-летию со дня рождения проф. С.А.Захарова. – Ростов н/Д, 1994. – С. 35 -37.
- Бирюкова, О.А. Эффективность комплексных удобрений на черноземе обыкновенном карбонатном Ростовской области / Е.В. Агафонов, В.Д. Коваленко, О.А. Бирюкова // Экологические проблемы орошаемого земледелия Нижнего Дона. – Новочеркасск, 1995. – С. 73-77.
- Бирюкова, О.А. Влияние минеральных удобрений и препаратов микробного синтеза на мобилизацию азота и фосфора в черноземе обыкновенном карбонатном / Е.В. Агафонов, В.Д. Коваленко, О.А. Бирюкова // Тез. Докл. 2 съезда общества почвоведов. - Санкт-Петербург, 1996. – Кн.2 – С. 307.
- Бирюкова, О.А. Оценка взаимосвязи гумусности и дисперсности почв на эталонной гумус-гранулометрической матрице / В.С. Крыщенко, Г.Г. Клименко, О.А. Бирюкова, Т.М. Минкина, В.Д.Коваленко, Е.М. Цвылев // Ученые кафедры почвоведения и агрохимии Ростовского университета – народному хозяйству. Ч.1. – Ростов н/Д, 1996. –С. 9-19.
- Бирюкова, О.А. Действие орто- и полифосфатов на черноземе обыкновенном карбонатном Ростовской области / В.Д. Коваленко, О.А. Бирюкова, Д.Н. Сулима // Ученые кафедры почвоведения и агрохимии Ростовского университета – народному хозяйству. Ч.2. – Ростов н/Д, 1996. –С.15-24.
- Бирюкова, О.А. Изменение фракционного состава фосфатов в черноземах Ростовской области / О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко, Н.Е. Кравцова // Удобрения и химические средства защиты растений в системе возделывания сельскохозяйственных культур. Сборник научных трудов. – Персиановка, 1998. - С. 38- 43.
- Бирюкова, О.А. Минеральные соединения азота в карбонатных почвах при загрязнении Cu, Zn, Pb / О.А. Бирюкова, О.Н. Беляева // Удобрения и химические средства защиты растений в системе возделывания сельскохозяйственных культур. Сборник научных трудов. – Персиановка, 1998. - С.92-96.
- Бирюкова, О.А. Мониторинг фосфатного состояния черноземов Нижнего Дона / О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова, В.С. Крыщенко, И.А. Нагабедьян // Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии. Москва, ВНИПТИХИМ, 2000. - С. 24-31.
- Бирюкова, О.А. Влияние Zn на урожайность и качество кукурузы / Н.Е. Кравцова, Г.П. Мамонтова, О.А. Бирюкова // Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели: Тез. докл. - Ростов-на-Дону, 2000. - С. 77-78.
- Birukova O., Kravtsova N., Krishenko V. Dynamic of fertility of chernozems in Rostov Region// III International Congress of the European Society for Soil Conservation: Abstracts book. - Valencia, Spain, 2000. - P. 230.
- Birukova O., Kravtsova N., Krishenko V. Actual problem of phosphates in the Rostov region // Third International Symposium of ISMOM/ Soil Mineral - Organic Matter-Microorganism. Interactions and Ecosystem Health. Abstracts book. - Italy, 2000 - Р. 81.
- Kravtsova N.E., Birukova O.A., Nagabedjan I.A. Effectiveness of Mineral Fertilizer use on Calcareous Chernozems// 14th IPCN. - Hanover, Germany, 2001. - Р. 812-813.
- Бирюкова, О.А. Почвы – ведущий фактор сбалансированности минерального питания растений / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова // Материалы Международного симпозиума «Функции почв в биосферно-геосферных системах». – М.: МГУ, 2001. – С. 75-76.
- Бирюкова, О.А. Диагностика экологической устойчивости растительных компонентов в агроценозах на различных почвах по системе ИСОД / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова // Материалы Международной научной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие». – Пущино, 2001. – С. 74.
- Бирюкова, О.А. Диагностика минерального питания сорго с применением новых физико-химических методов / Н.С. Погорелова, О.А. Бирюкова, И.И. Ельников // Материалы Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов (ядерно-магнитный резонанс, хроматография/масс-спектрометрия, ИК-Фурье спектроскопия и их комбинации) для изучения окружающей среды. – Ростов-на-Дону, 2001. – С. 100-101.
- Бирюкова, О.А. Химический состав зерна сорго и его зависимость от сбалансированности питания растений на черноземе обыкновенном Ростовской области / Н.С.Погорелова, О.А. Бирюкова, И.И. Ельников // Материалы 1-й Международной научной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия». – Ставрополь, 2001. – С. 178-179.
- Бирюкова, О.А. Взаимосвязь биометрических и химических показателей при диагностике минерального питания сорго / И.И. Ельников, В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова // Применение удобрений и средств защиты растений для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и плодородия почв Ростовской области (Сборник научных трудов). – п. Персиановский, 2002. – С. 20-22.
- Бирюкова, О.А. Сбалансированность содержания химических элементов в растениях как индикатор экологической опасности деградации почв и изменения устойчивости их эффективного плодородия / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям». – М., 2002. – С. 47.
- Krishenko V., Samokhin A., Birukova О., Besedina О. Constancy of ratios of dispersed characteristics of soil solid phase//1711 World Congress of soil sciens 14-21 August 2002, Bangkok, Thailand. Abstracts, vol. I, P. 133
- Бирюкова, О.А. Почвенные условия и оценка сбалансированности питания сорго / В.С. Крыщенко, И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, Н.С. Погорелова //Труды международной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов». Казань, 2003. – С. 166-170.
- Бирюкова, О.А. «Показатель содержания гумуса на 100г почвы»- функция двух переменных / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова // Извест. Высш. Учебн, заведен.. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Спецвыпуск. Управление плодородием агроландшафтов юга России. - 2003 - с. 97-101.
- Бирюкова, О.А. Фосфатное состояние чернозема обыкновенного карбонатного при внесении удобрений / Н.Е. Кравцова, О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко, Е.К. Кувшинова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Спецвыпуск. Управление плодородием агроландшафтов юга России. 2003. – С. 87 – 91.
- Бирюкова, О.А. Морфобиометрическая диагностика продуктивности разных сортов кукурузы на черноземе обыкновенном карбонатном / О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко, А.Г. Лукашов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. Науки. Приложение. - 2003.- №9 – С. 51 – 57.
- Бирюкова, О.А. Методические подходы к диагностике минерального питания кукурузы / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников, В.С. Крыщенко, А.Г. Лукашов // Результаты, перспективы и методология агрохимических исследований на Северном Кавказе. Материалы симпозиума РАСХН. пос. Персиановский, 2004. – С. 151-156.
- Бирюкова, О.А. Опыт анализа почвенно-агрохимических свойств на гранулометрической матрице / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова, И.В. Ряскина //Материалы научной сессии по фундаментальному почвоведению. – М.: МАКС Пресс, 2004. – С. 76 – 77.
- Бирюкова, О.А. Компъютерный банк почвенно-агрохимических свойств на гранулометрической системе координат - матрице / В.С. Крыщенко, Н.Е. Кравцова, О.А.Бирюкова, И.В. Ряскина //Результаты, перспективы и методология агрохимических исследований на Северном Кавказе. Материалы симпозиума РАСХН. пос. Персиановский. 2004. – С.65 - 76.
- Бирюкова, О.А. Зависимость поступления железа в растения от содержания карбонатов в почве / Н.С. Погорелова, О.А. Бирюкова, Д.Н. Александров // Почвы – национальное достояние России: материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. – Новосибирск, 2004. – Кн. 2. – С. 93.
- Бирюкова, О.А. Мониторинг качества питания растений в условиях юга России / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко, Н.С. Погорелова, Н.Е. Кравцова //Материалы международной научной конференции «Экология и биология почв». - Ростов-на-Дону, 2005. - С. 168-170.
- Бирюкова, О.А. Базы данных для разработки интегрированных систем диагностики минерального питания растений и плодородия почв в условиях юга России / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова, В.С. Крыщенко, Н.С. Погорелова //Экспериментальная информация в почвоведении: теория и пути стандартизации – М.: МГУ, 2005. – С.113 – 115.
- Бирюкова, О.А. Характеристика полидисперсной системы почв (ПСП) / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, Н.Е. Кравцова, О.А. Бирюкова // Сборник работ ВАСХНил Северо –Осетинский госуниверситет. Владикавказ, 2005. С.23 – 27.
- Бирюкова, О.А. Влияние микроудобрений на качество зерна разных сортов кукурузы на черноземе обыкновенном карбонатном / А.Г. Лукашов, О.А. Бирюкова // Вестник молодых ученых. Выпуск ІІ. Сборник лучших докладов Международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Ломоносов – 2005». – М., 2005. – С. 156-159.
- Бирюкова, О.А. Диагностика качества зерна озимой пшеницы на черноземе обыкновенном карбонатном / О.А. Бирюкова, М.Ф. Ланина, И.И. Ланин // Сборник трудов биолого-почвенного факультета РГУ. Ростов-на-Дону: Изд-во «Ростиздат», 2005. – С. 25 – 29.
- Бирюкова, О.А. Аппроксимация гумус-гранулометрического сродства в почвах / В.С. Крыщенко, Т.В. Рыбянец, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова //Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. Иркутс: Изд-во ИГУ, 2006. – С. 280 -281.
- Biryukova O., Kravtsova N., Yelnikov I., Kryshchenko V. Ecological Monitoring of the South Russian Plants Nutriment Quality//18th World Congress of Soil Science, 2006 – Philadelphia, US. - an available http://crops.contex.com/crops/ws2006/techprogram/p 11946. HTM
- Kravtsova N., Biryukova O., Kryshchenko V., Yelnikov I.Stability of the South Russian Black Soil Phosphate Stock//18th World Congress of Soil Science, 2006 – Philadelphia, US. - an available http://crops.contex.com/crops/ws2006/techprogram/p 11951. HTM
- Бирюкова, О.А. Применение системы ИСОД в сортоиспытании кукурузы / А.Г. Лукашов, О.А. Бирюкова //Материалы международной научной конференции «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации», Ростов-на-Дону, 2006. – С.324-329.
- Бирюкова, О.А. Моделирование гумус-гранулометрических отношений в почвах / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова, Т.В. Рыбянец //Материалы Всероссийской конференции «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы», Воронеж: Воронежский государственный университет, 2006. – С.143 -146.
- Бирюкова, О.А. Многоэлементная диагностика химического состава растений на черноземе обыкновенном карбонатном / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников //Материалы научной конференции, посвященной 75-летию В.Г.Минеева, 95-летию Г. Л.Мокриевича, 100 – летию М.Н.Хорошкина. Персиановка: ДонГАУ, 2006. – С. 57 – 60.
- Бирюкова, О.А. Формирование базы данных состава и свойств почв Северного Кавказа / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Т.В. Рыбянец, Н.Е. Кравцова //Материалы Регионального научно-методического совещания ученых-агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями Северного Кавказа.- М:ВНИИА, 2007. – С.211-214.
- Бирюкова, О.А. Роль методов почвенно-растительной диагностики в экологизации земледелия юга России / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников, В.С. Крыщенко // Материалы Регионального научно-методического совещания ученых-агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями Северного Кавказа.- М:ВНИИА, 2007. – С.239-242.
- Бирюкова, О.А. Распределение валового калия по гранулометрическим фракциям в черноземах обыкновенных при различных антропогенных воздействиях / В.С. Крыщенко, О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова //Удобрения и средства защиты растений в интенсивном земледелии/Материалы научно-практической конференции, п. Персиановский, 2008. - С. 17 – 21.
- Бирюкова, О.А. Сбалансированность минерального питания растений как критерий эффективного плодородия черноземных почв / О.А. Бирюкова, Н.Е. Кравцова // Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов, г. Ростов-на-Дону, 2008. – С. 159.
- Бирюкова, О.А. Электронная база данных состава и свойств почв Южного федерального округа на матрицах / В.С. Крыщенко, О.А.Бирюкова, Т.В. Рыбянец, Н.Е. Кравцова, О.П. Татаринцева, И.В. Замулина, Ю.А. Литвинов //Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов, г. Ростов-на-Дону, 2008. – С. 496.
- Бирюкова, О.А. Прогнозирование содержания белка в зерне пшеницы с применением метода почвенно-растительной диагностики / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова // Труды Кубанского ГАУ «Энтузиасты аграрной науки». - 2009. – выпуск 10. – С. 34 – 39.
- Бирюкова, О.А. Оценка плодородия почв с применением многоэлементной диагностики / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников //Труды Кубанского ГАУ «Энтузиасты аграрной науки». - 2009. – выпуск 10. – С. 239 – 244.
- Бирюкова, О.А. Влияние содержания фосфора в почве на сбалансированность питания сорго макро- и микроэлементами / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников // Удобрения, мелиоранты и средства защиты растений в современном земледелии. – пос. Персиановский, Донской ГАУ, 2010. - С. 54-61.
- Бирюкова, О.А. Развитие исследований по комплексной диагностике питания растений / О.А. Бирюкова, И.И. Ельников // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук», Москва, 2010. – С. 51 – 53.
- Бирюкова, О.А. Продуктивность новых сортов озимой пшеницы на черноземе обыкновенном карбонатном / О.А. Бирюкова, Д.В. Божков // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук», Москва, 2010. –С. 54 – 57.
- Бирюкова, О.А. Оценка реакции растений на внутрипольную пространственную неоднородность условий произрастания с использованием интегрированной системы диагностики / И.И. Ельников, О.А. Бирюкова // Материалы всероссийской научной конференции (с международным участием) «Методы оценки сельскохозяйственных рисков и технологии смягчения последствий изменения климата в земледелии», Санкт-Петербург, 2011. – С. 202 – 205.
