Оптимизация минерального питания растений

• Автор: Федоров, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 06.01.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 270 с. : ил

Цель прикладной физиологии минерального питания растений - выяснить потребность культурных растений в основных элементах питания, цель агрохимии -удовлетворить эти потребности.
Д.Б. Вахмистров
Введение
Актуальность проблемы. Низкий уровень продуктивности пашни, развитие деградационных процессов, приводящих к снижению почвенного плодородия практически во всех регионах России, в том числе и на Дальнем Востоке, свидетельствуют о недостаточно высокой эффективности применения удобрений. Во многом это связано с использованием устаревших методов исследований. Изучением вопросов минерального питания растений занимаются прикладная физиология растений, почвоведение и агрохимия. Практическое использование результатов, достигнутых физиологами, сдерживается из-за того, что недостаточно учитывается связь растений со свойствами почвы и содержанием в ней элементов питания. Исследования в области почвоведения часто проводятся оторвано от растений - главного критерия для оценки полученных результатов. Поэтому возможности практического применения их в растениеводстве ограничены. В агрохимических исследованиях основное внимание уделяется установлению связи между вносимыми удобрениями и величиной урожая выращиваемых культур, но недостаточно учитываются существенные звенья всей цепи: почва - удобрение - растение. В итоге между знаниями в области физиологии, почвоведения и агрохимии образуются белые пятна, которые не позволяют установить общие закономерности и разработать обоснованную концепцию оптимизации минерального питания растений, в том числе создать общую теоретическую основу поиска оптимального соотношения минеральных элементов.
В связи с этим, большой научной проблемой, имеющей огромное значение для практики сельскохозяйственного производства и сохранения плодоро-
дия почв, является разработка теоретических основ и практических методов оптимизации применения минеральных удобрений на предполагаемой основе; поиск новых путей повышения продуктивности пашни, сохранения ее природного потенциала, экономного использования ресурсов. Решение данной проблемы особенно актуально в современных условиях, когда исследования по этим вопросам не только на Дальнем Востоке, но и в целом России практически прекращены.
Цель и задачи исследования. Цель работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании путей повышения эффективности удобрений путем раздельного определения оптимумов дозы Ц+Р+К и соотношения №Р:К в удобрении и в разработке оптимизации почвенного плодородия.
Решались следующие задачи.
1) Определить зависимость избирательной способности растений от диапазона, абсолютной и относительной избирательности, а так же распределительных функций. 2) Установить возможность распределения эффекта суммарной дозы ИМ, Р, К и соотношения между ними в удобрении в рамках общепринятых схем опытов и на этой основе предложить способ их определения. 3) Апробировать схемы опытов раздельного определения суммарной дозы Ц+Р+К в удобрении. 4) Определить наличие (отсутствие) у сортов полевых культур плато оптимума соотношения N. Р, К в удобрении и изучить требования сортов растений к соотношениям Ы, Р, К и суммарной их дозе в удобрении. 5) Разработать метод оценки содержания в почве элементов питания и обосновать новый подход к определению реально доступных растениям элементов питания в ней.
Научная новизна. 1. Впервые установлено, что относительная избирательная способность выражена у растений сильнее, чем абсолютная. При снижении содержания иона в среде растение стремится усилить поглощение дефицитного иона и снизить поглощение других ионов питательных солей, оказавшихся в относительном избытке. Количественно общий уровень поглощения элементов снижается, но сохраняется естественная пропорция между погло-
щенными элементами. Способность к поддержанию постоянства соотношений возрастает в ряду: корни < стебли < листья < плоды. Корни служат растению буфером между почвенной средой и надземными органами, накапливая в своих тканях избыточные элементы и пропуская транзитом дефицитные. В результате генеративные органы меньше страдают от нарушения питательного баланса среды и растение (даже в неблагоприятных условиях) способно выполнить свою главную биологическую функцию - оставить семенное потомство, хотя и менее многочисленное.
2. Впервые доказана возможность в рамках общепринятых схем опытов разделения эффекта суммарной дозы 14, Р, К от эффекта соотношения между ними в удобрении, на основе чего предложен способ, который позволяет найти точные оптимумы доз N5 Р, К, как для экономически рентабельного, так и для любого планируемого урожая, не прибегая к многовариантным схемам факториального эксперимента.
3. Предложен подход и разработаны схемы опытов раздельного определения оптимумов дозы ЬГ, Р, К и соотношения, обеспечивающие явное преимущество такого приема перед традиционным прямым поиском индивидуальных доз каждого элемента в отдельности и позволившие впервые оценить оптимумы удобрений для величины и качества урожая и показать их несовпадение.
4. В первые доказано, что при небольших отклонениях от точки оптимального соотношения плато оптимума соотношений 1чГ, Р, К в удобрении урожай снижается незначительно и недостоверно. Соотношения И, Р, К возделываемых сортов данной культуры имеют единое плато оптимума. Устанавливать оптимальные соотношения И, Р, К в удобрении на данном типе почвы для данной культуры следует один раз. Сорта отличаются только различной реакцией на дозу удобрения.
5. Предложен метод оценки содержания в почве элементов минерального питания и новый подход к определению доступного фонда.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. При-

Растения поглощают и используют в метаболических реакциях не абстрактные граммы или килограммы веществ, а реальные частицы - ионы, атомы, молекулы, так как для роста клетки и растения важно число частиц вещества и число химических связей, которое оно может образовать. Элементарной единицей, участвующей в единичном акте поглощения, является ион, элементарной единицей химического взаимодействия в метаболизме - атом. Поэтому уровень питания следует выражать не в единицах массы (г), а в молярных (грамм-моль вещества, грамм-атом элемента) или в эквивалентных единицах (грамм-элемент иона). Измерение в молярных величинах отражает число частиц, участвующих в поглощении ионов и в химических реакциях метаболизма молекул и молекулярных групп. Измерение в эквивалентных величинах отражает число зарядов, а в конечном счете - число химических связей, образуемых питательными веществами при их поглощении и усвоении. Поэтому оба эти способа имеют больше преимуществ, чем недостатков, чего нельзя сказать о принятом в настоящее время способе выражения уровня питания в весовых количествах, тем более в весовых количествах «действующих начал».
При анализе минерального состава растений (с точки зрения накопления ими 14, Р, К) в зависимости от сортовых различий использовали образцы 14 сортов ячменя, 11 сортов пшеницы и 21 сорта сои различных подвидов и географического происхождения, взятых с участка конкурсного сортоиспытания Приморского НИИ сельского хозяйства.
При изучении абсолютной и относительной избирательности, распределительных функций растения кукурузы (ВИР 42) и сои (Приморская 529) выращивали в проточной песчаной и почвенно-песчаной культурах. В общем виде схема опытов представлена в таблице 3. В первой серии опытов растения выращивали в крупном кварцевом песке (диаметр частиц 0,5 - 1,0 мм) с низкой влагоемкостью. Каждый сосуд содержал по 10 кг песка и имел два отверстия в боковой стенке. Нижнее отверстие расположено на уровне дна, верхнее —- на уровне 2/3 высоты сосуда.