ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современное земледелие потребовало новых концептуальных подходов к решению проблемы регулирования питания растений. Многочисленные исследования и практика производства показывают, что среди
* факторов формирования урожая приоритетное значение принадлежит плодородию почвы и потенциальной продуктивности растений. При этом все факторы формирования урожая реализуются в конечном итоге через почву и в итоге через растения - поэтому почву и растения нужно рассматривать в неразрывном единстве/116/.
, В настоящее время при разработке систем удобрения, с целью получения
возможно высоких урожаев сельскохозяйственных культур, часто не учитываются возможные агрохимические и экологические проблемы. Одним из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроэкоси-стем является несбалансированное поступление в почву и растения микроульт-раэлементов, в том числе относящихся к тяжелым металлам. С процесса поглощения растениями химических элементов из почвы начинается движение минеральных веществ по цепи питания, заключительными звеньями которого являются животные и человек. При недостатке или избытке того или иного эле-
ф мента снижается качество и количество продукции, что непосредственно
отражается на здоровье животных и человека.
* Промышленные макроудобрения наряду с основными элементами питания содержат ряд таких как стронций, свинец, кадмий, никель, цинк, хром и др., которые в литературе с научных позиций сегодняшнего дня получили название балластных и токсичных примесей. В период роста и развития растений эти элементы принимают участие в метаболических процессах, но вынос их не контролируется, хотя они влияют на продуктивность возделываемых культур. Таким образом, человек вовлекает в круговорот веществ такие элементы, которые
#; в природной среде находятся в небольших концентрациях, а в биологическом
Ф отношении отличаются выраженными токсическими свойствами. Например, в
результате интенсивного применения фосфорных удобрений создаются условия для повышения содержания стронция и кадмия в почве и растениях.
Применение удобрений должно быть строго нормированным. Реализация этого принципа возможна лишь при наличии сведений по оптимальному содержанию и соотношению элементов питания в почве и растительной продукции, что позволяет оптимизировать минеральное питание с использованием методов почвенной и растительной диагностики.
Одним из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроценозов является несбалансированное поступление в растения макро- и микроэлементов. Химический состав и продуктивность культур являются функцией различных уровней плодородия почв и применяемых на них минеральных удобрений. В связи с этим в настоящее время для получения максимально высоких и биологически полноценных урожаев сельскохозяйственных культур требуется установление их связей и закономерностей в системе химического состава почвы-растения, представление их в математическом выражении с учетом почвенно-климатических условий, особенностей возделывания и реакции конкретной культуры и сорта.
Проблема определения сбалансированных доз удобрений, обеспечивающих высокие урожаи продукции в количественном и качественном отношении, является вопросом первостепенной важности. При применении удобрений нужно нести «дежурство», чтобы не нарушить равновесие элементов питания в почве и растениях. В связи с этим весьма актуальным является исследование закономерностей поступления макро- и микроэлементов в системе удобрение-почва-растение, их влияния на величину, биологическое качество растениеводческой продукции и их прогноз на основе почвенно-растительной оперативной диагностики («ПРОД»).
Изучение накопления макро- и микроэлементов сельскохозяйственными культурами является научной задачей, позволяющей решить комплекс следующих проблем: определение параметров видовых, морфологических, гено-
типических, возрастных особенностей химического состава и условий питания основными элементами питания культурных растений; изучение элементного состава растений для оценки современного состояния окружающей среды; оценку чувствительности разных видов растений к составу фона и обоснование выбора тестовых видов растений, химический состав которых определяет состояние окружающей среды; создание базы данных содержания в растениях химических элементов всей периодической системы Д.И.Менделеева (в том числе сбор первичной информации о концентрациях элементов, роль и значение которых в биосфере недостаточно исследованы ни физиологами растений,
<л ни биохимиками); выявление аккумуляторных и индикаторных свойств расте-
ний; прогноз изменения состояния окружающей среды по данным мультиэле-ментного состава растений и др. Особенно актуально в настоящее время определение содержания химических элементов в растениях в связи с активным вовлечением их в геохимический круговорот в результате интенсификации процессов антропогенного воздействия /217, 245/.
Цель исследований - разработать агрохимические и физиолого-биохимические нормативные параметры для диагностирования минерального питания растений, оптимизации применения удобрений, агрохимической и агро-
? экологической оценки действия минеральных удобрений на содержание макро- и
микроэлементов в сельскохозяйственных культурах, обеспечивающие получение высокого и качественного урожая на черноземных почвах Омской области. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
- выявить действие удобрений на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур;
- определить уровень содержания и соотношения макро- и микроэлементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в зависимости от видовых, генотипических, возрастных особенностей и условий минерального питания;
•¦ - изучить антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов при
ф поступлении их в растения в зависимости от уровня и соотношения макроэле-
7
ментов в почве и физиологической потребности растительного организма на Ш
разных стадиях онтогенеза;
- установить оптимальные уровни содержания и соотношения макро- и микроэлементов в системе почва-растение с учетом возрастных изменений и сортовых особенностей растительного организма;
- установить нормативные физиологические и агрохимические количественные показатели потребности растений в элементах питания, их использования из почвы и удобрений и интенсивности действия единицы удобрений на химический состав почвы и растений, что позволит диагностировать и прогнозировать эффективность удобрений, величину и качество урожая возделывае-мых культур;
- дать оценку биоэнергетической и экономической эффективности применяемых на основе системы «ПРОД» удобрений.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях Западной Сибири выявлены математические зависимости действия минеральных удобрений на концентрацию и соотношение ряда макро- и микроэлементов в почве и растениях кормовых, овощных культур и картофеля, на основе которых предлагаются нормативные агрохимические характеристики (в т.ч. с учетом сортовой спе-
ф цифики), позволяющие оптимизировать минеральное питание растений на ос-
нове разработанных принципов системы «ПРОД». В работе выявлено действие
^ удобрений на величину и качество урожая ряда культур; установлены опти-
мальные уровни содержания и соотношения макроэлементов в черноземных почвах; определены уровни содержания и соотношения 17 макро- и микроэлементов в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в зависимости от видовых, генотипических, возрастных особенностей и условий минерального питания; установлен антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов при поступлении их в растения в зависимости от уровня и соотношения макро-
Щ элементов в почве и физиологической потребности растительного организма на
0 разных стадиях онтогенеза; определены закономерности содержания и отноше-
8
ния кальция и стронция в растениях и почве в зависимости от применяемых удобрений и возделываемой культуры; установлены нормативные физиолого-биохимические и агрохимические количественные показатели потребности растений в элементах питания, их использования из почвы и удобрений и интен-сивности действия единицы удобрений на химический состав почвы и растений.
Защищаемые положения: закономерности действия минеральных удобрений на урожайность химический состав почвы и растений кормовых, овощных культур и картофеля с учетом сортовых особенностей; оптимальные уров-ни содержания и соотношение элементов питания в почве и растениях; физио-лого-агрохимические нормативные параметры потребности растений в элементах питания, коэффициентов использования и интенсивности действия удобрений на химический состав почвы и растений.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что выявленные закономерности дают возможность оптимизировать поступление макро- и микроэлементов в растения с помощью использования разработанных нормативных параметров системы «ПРОД», и тем самым управлять эффективным плодородием почвы, процессом формирования величины и каче- ства урожая выращиваемых культур.
Установленные количественные связи основных агрохимических показа- телей почвы с видами и дозами удобрений, их эффективностью и урожайностью являются теоретической основой для построения экологичных систем удобрений с учетом потребности культур и сортов, уровня плодородия каждого поля и другими факторами.
Различия в чувствительности отдельных сортов к концентрации элементов питания в почве, называемые сортовой или генотипической спецификой минерального питания растений, обусловливают неодинаковое потребление и использование питательных веществ сельскохозяйственными культурами, что находит отражение в размере и химическом составе формируемой культурами
биомассы. От этого, в свою очередь, зависит качество получаемой продукции. В работе выявлена сортовая специфика минерального питания овощных культур и картофеля и разработаны нормативы для применения удобрений.
Комплексный метод оптимизации минерального питания сельскохозяйст-венных культур используется при внесении удобрений в качестве основного (до посева) и в период роста и развития растений. Данный метод позволяет нести «дежурство» в применении промышленных удобрений, чтобы не нарушить равновесие элементов питания в почве и растении.
Разработанные параметры режима минерального питания ряда сельскохо-,> зяйственных культур (по системе «ПРОД») позволяет создать гибкую систему
удобрения полей для получения максимально возможных и экономически выгодных урожаев в условиях Западной Сибири.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ЗАО «Тепличное», «Заря» Омской области, АООТ им. Бородина и «Асыл-Тукум» Кустанайской области (приложения 66-69) на площади 607 га, экономический эффект составил 572 тыс. руб. Материалы исследований используются при подготовке специалистов агрономического, агрохимического и агроэкологического профиля, по дисциплинам «Агрохимия», «Система примени нения удобрений», «Оптимизация и моделирование минерального питания растений», «Физиологические основы растительной диагностики» (приложение
• 70).
Апробация исследований. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Современные проблемы оптимизации минерального питания растений» (Н. Новгород, 1998г.), на Всероссийской молодежной научной конференции «Растение и почва» (Санкт-Петербург, 1999 г.), на конференции молодых ученых, посвященной 400-летию земледелия Омского Прииртышья, на межрегиональной научно-
# практической конференции «Природа и природопользование на рубеже XXI ф века», на региональной научно-практической конференции «400 лет землепа-
10
шества Омского Прииртышья» (Омск, 1999 г.), на конференции ученых Сибирского региона, посвященной 30-летию Селекционного центра СибНИИСХ (Омск, 2000 г.), на конференции молодых ученых Сибирского региона (Омск, 2003 г.), на II, III, VI, VII, IX, X научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ (1996-2004 г.г.), опубликованы в 37 работах, в т. ч. в журналах «Агрохимия», «Доклады РАСХН», «Вестник РАСХН», «Плодородие» и в 3 монографиях.
Работа выполнена в Омском государственном аграрном университете. Исследования по теме диссертации проводились по плану научно-исследовательской работы кафедры агрохимии по темам: «Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур на основе комплексного метода почвенной и растительной диагностики» (№ госрегистрации 21.01.74025242), «Разработать теоретические модели и методологические основы повышения эффективности плодородия почв, режимов питания растений для получения экологически чистой продукции растениеводства» (№ госрегистрации 01.980007246), «Усовершенствовать интегральную систему почвенно-растительной диагностики минерального питания, эффективности удобрений, величины и качества. урожая сельскохозяйственных культур (система ИС-ПРОД-2)» (№ госрегистрации 01.2.00102531).
Автор выражает искреннюю благодарность за методическое руководство и всестороннюю помощь научному консультанту доктору с.-х. наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату государственной премии имени акад. Д.Н. Прянишникова РФ Ю.И. Ермохину. В проведении исследований большую помощь оказали сотрудники лаборатории диагностики минерального питания растений и кафедры агрохимии ОмГАУ Л.М. Лихоманова, Н.К. Тру-бина, В.П. Кормин, Г.Д. Аверина, А.Ф. Иванов и В.В. Лайшевских, за что автор выражает им глубокую благодарность. В связи с тем, что представленная работа является частью многолетних комплексных исследований, в ней использованы некоторые материалы исследователей, работавших совместно с автором.
11
. 1 АНАЛИЗ И СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА
(обзор литературы)
1.1 Химический состав растений - функция уровня минерального питания и состояния окружающей среды
В.И. Вернадский, выступая в 1909 г. на 12 съезде русских естествоиспытателей и врачей, говорил: «В каждой капле и пылинке веществ на земной поверхности, по мере увеличения тонкости наших исследований, мы открываем
• все новые и новые элементы. Получается впечатление микрокосмического ха-
рактера их рассеяния. В песчинке или капле, как в микрокосмосе, отражается
ф общий состав космоса. В ней могут быть найдены все те элементы, какие наблюдаются на земном шаре». В настоящее время это формулируется законом Вернадского-Кларка (о всеобщем рассеянии): «Все химические элементы есть везде» /62/.
Исходя из закона Вернадского-Кларка, можно сделать один из важнейших выводов: «Все живые организмы в процессе своего развития и эволюции существовали в условиях, определяемых наличием всех химических элементов, находящихся в земной коре». Естественно, что концентрация различных эле-
ф ментов в среде обитания этих организмов изменялась в широких пределах. В этих условиях организмы, живущие в конкретных регионах, «привыкли», порой на протяжении миллионов лет, к определенным концентрациям, а также формам нахождения химических элементов в окружающей их среде. Однако при этом не было элементов «полезных» и «бесполезных». Для нормального развития организмов нужны все элементы. Вопрос может только стоять об их необходимых и вредных концентрациях /12/.
,Ф Наиболее часто страдают от нарушения питания макро- и микроэлемен-
тами культурные растения. Дикорастущая флора, как правило, оказывается более устойчивой к изменениям условий внешней среды. Растения, страдающие
12
от недостатка или избытка химических элементов в среде, могут давать соответствующую физиологическую и разнообразную морфологическую изменчивость, у них могут возникать эндемические заболевания /159/.
Черноземная зона наиболее благополучная по содержанию и соотношению микроэлементов в почвах и растениях. У животных этой зоны обычно не встречаются биологические реакции, характерные для животных других зон, поэтому содержание микроэлементов и соотношение между ними в черноземах можно принять за относительные эталоны /162/. Вместе с тем эндемические заболевания являются проявлением крайней степени недостатка того или иного элемента. Отсутствие таковых не означает оптимальных условий минерального питания - существуют зоны пессимальных концентраций элементов в почвах и растениях, определить которые возможно только с помощью химического анализа почв и растений и сопоставления его результатов с продуктивностью организмов. Для растениеводства определение таких уровней пессимальных концентраций и возможность исправления неблагоприятной агрохимической ситуации является неотъемлемой частью решения задачи получения высоких и качественных урожаев.
На растения действуют те элементы, которые в него поступили. Можно выделить три основных фактора, определяющих концентрацию химических элементов в растениях /12/.
1. Концентрация химических элементов во многом определяется видом растения. Очень многие ученые, в их числе В.И. Вернадский, уделяли этому фактору очень большое внимание. Предполагалось использовать химический состав растений даже как классификационный признак.
2. На содержание в растениях целого ряда элементов (в первую очередь металлов: Pb, Си, Zn, Mo и др.) не меньшее влияние, чем видовые отличия, оказывают геохимические (ландшафтно-геохимические) условия произрастания. При этом особая роль принадлежит почвам. Так как основная часть минераль-
13
ных веществ поступает через корни, то избыток или недостаток определенных элементов в почве сказывается на их содержании в растениях.
3. Содержание в растениях целого ряда элементов определяется закономерностями взаимодействия между элементами. Если в питательной среде возникает избыток или недостаток определенных химических элементов в растения попадает большее или меньшее, по сравнению с нормальным, количество этих же элементов. В результате нарушаются обычные связи между элементами в организме. Это приводит к тому, что в растении изменяется, и весьма существенно, концентрации других элементов.
#г На химический состав растений оказывают влияние видовые и генотипи-
ческие особенности культур, физико-химические свойства почвы, концентра-
ф ция и соотношение элементов в почвенном растворе, взаимовлияние ионов при поступлении в растения, удобрения и химические мелиоранты, техногенное загрязнение окружающей среды /11, 17, 43, 70, 97, 116, 134, 144, 165, 173, 245, 292, 323, 329, 344 и др./. Обобщая итоги изучения закономерностей поступления и перемещения ионов внутри растения академик Н.А. Максимов /204/ сделал вывод о том, что имеется совершенно определенная тесная связь между накоплением в растении органического вещества и минеральных элементов. В полевых условиях такая взаимосвязь усложняется ввиду того, что и урожай (У)
ф и концентрация питательных элементов в растениях и листьях (X) является функцией ряда факторов: физико-химических свойств почв (ФХ), погоды (П), культуры и севооборота (Р), агротехнического комплекса (А), биологических факторов (Б), органических и минеральных удобрений (Уд) и может быть представлена в общем виде:
У = :Г(ФХ,П,Р,А,Б,Уд...), Х = г-(ФХ,П,Р,А,Б,Уд...),
,# y=f(x).
Таким образом, химический анализ растений отражает способность культуры извлекать питательные вещества из почвы при данном сочетании внеш-
.
14
них условий, а также биологически объединяет действие многочисленных факторов на величину и качество урожая. Именно в величине и химическом составе растений, как в фокусе, переплетается взаимодействие всех факторов (рисунок 1).
В наиболее общем виде основные факторы формирования химического состава растений - генетический (избирательность поглощения элементов различными видами и генотипами) и экологический (уровень содержания элементов в питающей среде и другие условия окружающей среды) /141, 142/.
Химический состав растений - величина лабильная и имеет систематическую, возрастную, морфологическую и экологическую дифференциацию. Она зависит от многих одновременно действующих факторов. Поэтому количественная оценка значимости отдельных факторов и выявление причин приводящих к определенному химическому составу растений - задача весьма сложная.
:
физичк-
tk'iii: rвoii
(ГИЛ
и о ч в ы
01'Г ЛИНЧ ЕС КИЕ
И МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ
ПОГОДНЫЕ УСЛОВИИ
АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ХИМИЧЕСКИЕ (HOIK I НА
почвы
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Рисунок 1 - Факторы, влияющие на урожай и химический состав
растений/116/
„
15
Плодородие и свойства почвы, концентрация элементов, биологические особенности растений и т.д. обусловливают сложную взаимосвязь между макро- и микроэлементами в почве и в растениях. Органические и минеральные удобрения, химические мелиоранты в большой степени определяют поведение элементов в системе почва-растение. Например, известкование снижает токсичность Cd, Pb, Hg, но и уменьшает доступность таких микроэлементов, как Zn, Си, Со и других. А это требует дополнительного внесения указанных микроэлементов. Нарушение сбалансированности в содержании биогенных и токсичных макро- и микроэлементов под влиянием агрохимических средств и дру- гих факторов отрицательно влияет на состояние минерального питания растений. В этом случае даже биогенные элементы могут стать токсичными, что, не- сомненно, отразится на качестве растениеводческой продукции /18, 101, 217, 245, 322/.
Минеральные макроудобрения являются важнейшим фактором, влияющим на содержание элементов в растениях, так как вносятся в больших количествах, действуют непосредственно на почву и сельскохозяйственные культуры. При этом кроме основных элементов питания (N, Р, К) с ними вносятся сопутствующие элементы (S, Cl, Sr, Mn, F, As, Си, Cd, Pb и др.), которые также влияют на процесс поступления в растения макро- и микроэлементов.
Исследованиями ряда ученых показано, что химический состав растений отражает химический состав почвы. В том же время строгой зависимости нет, так как растения, во-первых, избирательно поглощают те или иные элементы; во-вторых, на этот процесс влияет множество других факторов. Это часто определяется видом растения, свойствами почвы, а также формой содержащегося в ней элемента/18, 116, 134, 144, 159, 194 и др./.
В.Б. Ильин /135/, анализируя соотношение между элементами литосферы и растений Западной Сибири, установил, что, сохранив исходное положение для Мп, Си, В и Мо, растения существенно нарушили пропорции между ними, сделав их менее контрастными (таблица 1.1).
16
Таблица 1.1- Содержание и соотношение микроэлементов в различных природных объектах юга западной Сибири /135/
Природный объект Содержание, мк/кг Соотношение
Мп Си В Мо Мп Си В Мо
Почвообразующие породы 672 28,3 38,1 1,5 448 19 26 1
Почва (валовое содержание) 720 30,6 42,4 1,5 480 20 28 1
Почва (подвижное содержание) 93 3,8 1,2 0,2 490 19 6 1
Растительность 159 5,6 17,9 0,8 194 7 22 1
'#
Наличие азота, фосфора и калия в питательной среде в значительной степени определяет интенсивность роста растений и поглощение ими других элементов минерального питания. Но их влияние зависит от многих условий и по свидетельствам ряда авторов неоднозначно.
Так, при внесении минеральных удобрений содержание микроэлементов в травах лугов центральной части поймы р. Вятки в целом варьировало в следующих пределах (мг/кг): Fe - 63-160; Мп - 73-192; А1 - 41-94; Zn - 14,0-45,0; Си - 5-11; Со - 0,13-0,17; Сг - 0,08-0,46; Р - 0,24-0,40; Cd - 0,07-0,25; Ni - 1,6-3,5; Sr — 11-54. При этом травы второго укоса, как правило, характеризуются более высоким их содержанием. Удобрения оказывали неоднозначное влияние на накопление микроэлементов в растениях. Азотные способствовали снижению в растениях Мп, Pb, Ni, Sr; в отношении Zn, Al, Fe, Cu, Cr, Со наблюдались либо повышение, либо снижение в зависимости от доз удобрений и условий вегетации трав. Фосфорные удобрения снижали содержание Мп и Sr, действие их на Zn, Fe, Cu, Co неодинаково. Под влиянием калийных удобрений повышалось содержание Мп, а количество Zn, Fe, Cu, Cr, Ni и Sr в растениях снижалось /273/.
По информации B.C. Егорова /103/ минеральные удобрения существенно повышали урожайность зерновых культур, при этом содержание меди в зерне и
17
вегетативной массе растений пшеницы снижалось, цинка изменялось незначительно. Вынос этих элементов возрастал в 1,5-2 раза по сравнению с контролем без удобрений. Автор объясняет снижение содержания меди и отсутствие повышения содержания цинка явлением «ростового разбавления». Содержание марганца в зерне пшеницы имело тенденцию к снижению, а в вегетативной массе существенно возрастало. Вынос марганца растениями пшеницы возрос в 2,5-4 раза по сравнению с контролем. Внесение фосфорных удобрений в дозе 120 кг/га совместно с N120K120 сопровождалось дальнейшим ростом урожая исследуемых культур и снижением содержания меди, цинка и марганца в зерне и особенно в вегетативной массе пшеницы по сравнению с контрольным вариантом N120K120. Аналогичное, но менее интенсивное действие удобрений на поступление изучаемых микроэлементов отмечено в ячмене. В целом внесение минеральных удобрений под яровые культуры на почве со средним обеспечением медью, низким - цинком и высоким - марганцем существенно (в 2-3 раза) увеличивает вынос микроэлементов по сравнению с контролем.
D. Mulder /401/, D. Boyton и О. Compton /372/ обнаружили острый недостаток магния при внесении высоких доз калийных удобрений. С другой стороны, D. Nicholas /403/, A. Haas /389/, D. Boyton и О. Compton /372/ установили, что азотные удобрения повышают количество магния в растениях.
По обобщающей информации Б.А. Ягодина /356, 361/, повышение уровня азотного питания увеличивает поступление в растения Р, К, Са, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn. При применении избыточной дозы азота поступление в растения указанных элементов изменяется на противоположное. Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растения Си, Fe, Mn, Zn, под воздействием калия уменьшается поступление в растения Са, Mg и некоторых других элементов.
С увеличением обеспеченности растений основными элементами питания повышается потребность растений в микроэлементах. В свою очередь, микроэлементы играют большую роль в повышении эффективности макроэлементов и их поступлении в растения. Так, в опытах поступление азота в расте-

---

часть из работы
В то же время исследования М.Я. Школьника и Н.А. Макаровой /346/ показали, что при недостатке калия в питательной смеси резко уменьшается содержание общего азота, калия и повышается поступление в сахарную свеклу фосфора и зольных элементов листьев.
Повышенное поступление и высокая подвижность калий-катиона в растениях может в значительной мере повлиять на обеспеченность другими элементами. Катионы Са2+, Mg2+, Na+ и NH4+ тормозят поступление калия в растения. По силе антагонистического влияние на поглощение калия катионы располагаются в следующий ряд: Ca2+>NH4+>Na+>Mg2+. Анионы усиливают поступления калия в растения. По силе положительного влияния на поглощение калия анионы располагаются в следующий ряд: HC03">C1>H2P04">N03">S04 ".
Недостаток калия резко изменяет содержание и соотношение других катионов в растениях (таблица 5.19). При отсутствии в питательной смеси калия содержание натрия увеличилось в 4 раза, кальция и магния - в два с лишним раза. В тоже время калийные удобрения в больших количествах задерживают
183
поступления магния в растения. Особенно могут страдать кальциефобы - картофель, люпин и др. 121.
Таблица 5.19 - Влияние калийной недостаточности на содержание катионов в корнях тыквы (опыты А.Л. Курсанова) /Авдонин/, мг/кг сухого вещества
Вариант К+ Na+ Са2+ Mg2+ Сумма
Калий 8,00 4,55 5,85 1,85 20,25
Без калия 4,75 15,55 12,15 4,15 33,60
По информации С.А. Барбера /30/ увеличение концентрации калия приводит к снижению поглощения кальция, которое составляет приблизительно половину от снижения, вызванного действием калия на поглощение магния. Повышение уровня калия обычно приводит к снижению скорости поглощения магния, особенно при относительно низком его уровне. Если влияние калия на поглощение магния велико, то обратный эффект, влияние магния на поглощение калия, невелик или вовсе отсутствует. В экспериментах с разделенной корневой системой показано, что присутствие или отсутствие калия сказывается на скорости поглощения N03\ H2P04" и Mg2+. В присутствии калия скорость поглощения магния в два раза ниже, в то время как для нитратов она возросла, а для фосфата не изменилась.

Недостаточность питания растений магнием проявляется прежде всего на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах, а также на красноземах. При высоких урожаях полевых культур она отмечена и на других почвах. Применение высоких доз калийных удобрений усиливает недостаточность магниевого питания растений, так как в этом случае наблюдается антагонизм ионов /200, 346/.
Черноземные почвы Западной Сибири хорошо обеспечены калием. Поэтому для оптимизации минерального питания растений важно знать степень влияния калия на поступление других элементов в процессе поглощения их
184
растениями. Проведенные полевые исследования показали, что калийные удобрения по-разному влияют на поглощение микроэлементов растениями.
Так, характер влияния калия удобрений на накопление меди и цинка в растениях изменялся в течение вегетации. В растениях кукурузы в фазу 5-6 листьев концентрация меди и цинка снижалось, а в фазу 7-8 листьев - увеличивалось (таблица 5.20).
Таблица 5.20 - Влияние калия минеральных удобрений на химический состав растений кукурузы (среднее за 1980-1981 г.г.) (опыты Ю.И. Ермохина)
Вариант Си Zn Br Rb CI
мг/кг %
фаза 5-6 листьев
N90P90 27,9 47,2 9,5 7,5 0,33
N90P90K45 22,0 22,8 11,2 6,4 0,50
фаза 7-8 листьев
N90P90 6,7 25,6 10,4 6,0 0,34
N90P90K45 7,8 35,9 11,1 3,7 0,42
Повышение дозы калия с 45 до 90 кг/га на фоне N9oPi80 приводило к уменьшению концентрации и меди и цинка в листьях брюквы в течение всей вегетации культуры (таблица 5.21). При высоком содержании калия в почве дополнительное применение калия в виде удобрения нарушает баланс питания, что ведет к уменьшению поступления важных микроэлементов. В тоже время действие калия удобрений на концентрацию меди, цинка, брома и хлора на фоне N90P90 было неоднозначным.

Подобное действие калийных удобрений отмечено нами и при выращивании различных сортов редиса (таблица 5.22): при увеличении дозы калия с 45 до 90 кг/га концентрация меди уменьшалась в 1,09-1,58, а цинка- 1,07-1,95 раза (кроме сорта Краса).
Синергизм при поступлении калия и хлора в растения отмечали А.В. Владимиров /67/, К.П. Магницкий /200/ и др. ученые. Данное взаимодействие отмечено и в наших исследованиях. Так, при удобрении кукурузы (таблица
5.20), содержание хлора от внесения К45 на фоне N90P90 увеличилось с 0,33 до 0,50 % (на 51,5%), а в фазу 7-8 листьев - с 0,34 до 0,42 %(на 23,5%). В растениях брюквы (таблица 5.21) внесение К9она фоне N90P90, К45иК9она фоне N9oPi8o Таблица 5.21 - Влияние калия минеральных удобрений на химический состав
брюквы (среднее за 1976-1981 г.г.) (опыты Ю.И. Ермохина и Г.Д. Авериной)
Вариант Си Zn Br CI
мг/кг %
фаза 6-8 листьев, внешний лист
N90P90 2,3 24,3 16,4 1,12
N90P90K90 1,5 16,4 16,2 2,10
N90P180 2,0 16,6 17,9 1,25
N90P180K90 1,8 15,6 19,1 1,33
фаза 8-10 листьев, внешний лист
N90P90 1,8 20,8 22,9 1,55
N90P90K90 2,6 18,9 16,5 1,87
N90P180 1,6 14,0 18,8 1,43
N90P180K45 2,3 14,7 21,0 1,74
N90P180K90 1,7 14,4 18,8 1,54
фаза утолщения корнеплодов, внешний лист
N90P90 1,5 13,7 29,2 2,70
N90P90K90 0,2 15,1 22,9 3,69
N90P180 1,2 12,6 25,7 1,95
N90P180K45 1,6 16,4 31,8 2,64
N90P180K90 1,1 13,6 26,7 2,39
уборка, ботва
N90P90 2,1 15,8 33,6 2,87
N90P90K90 2,2 12,5 29,8 4,15
N90P180 1,7 13,2 34,9 3,05
N90P180K45 2,2 20,0 37,5 3,52
N90P180K90 1,7 13,2 35,2 3,53
уборка, корнеплод
N90P90 1,8 22,1 8,9 0,37
N90P90K90 3,1 26,3 8,0 0,39
N90P180 1,8 18,0 8,8 0,28
N90P180K45 1,2 20,0 10,2 0,44
N90P 180^90 1,9 18,4 8,0 0,31
увеличивало содержание хлора в растениях во все фазы развития брюквы. Со-

держание же брома - химического аналога хлора - увеличивалось при внесении калия только на фоне NgoPiso-
186
Установлено, что внесение калийных удобрений снижает поступление рубидия в растения кукурузы. Так в фазу 5-6 листьев внесение К45 на фоне N90P90 привело к уменьшению концентрации рубидия в растениях с 7,5 до
Таблица 5.22 - Влияние калия удобрений на содержание меди и цинка в корнеплодах различных сортов редиса (в среднем за 1998 -2000 г.г.), мг/кг су-
хого вещества
Вариант Краса Жара Radius Rebel Tarzan Shcaro Дунганский
медь
N45P45K45 0,87 2,21 1,44 2,28 0,54 1,70 1,09
N45P45K90 0,55 1,51 1,32 1,93 0,25 1,27 0,84
цинк
N45P45K45 6,5 18,5 36,5 24,1 16,3 46,6 20,9
N45P45K90 9,8 17,4 18,8 12,0 5,6 32,4 19,6
6,4 мг/кг (на 14.7%), а в фазу 7-8 листьев - с 6,0 до 3,7 мг/кг (на 38,8%) (таблица 5.20). Так как содержание обменного калия в почве было высоким, можно сделать вывод, что даже небольшая доза калия (45 кг/га) отрицательно действует на поступление рубидия в растения, который является биохимическим аналогом калия. Следует отметить, что хотя, и установлено, что рубидий может заменять калий в некоторых биохимических реакциях, живые организмы могут развиваться без присутствия рубидия и отмеченные закономерности влияния удобрений на содержание этого элемента в растениях носят скорее теоретический интерес, чем практический /144, 262/.
Таким образом, несбалансированное макроэлементное минеральное питание может заметно изменять содержание микроэлементов в растениях и снижать продуктивность растений в количественном и качественном отношении. Характер взаимодействия между конкретными макро- и микроэлементами при поступлении в растения зависит от содержания и соотношения доступных элементов питания в почве, биологии культуры, ее фазы роста и развития и ряда других факторов.

187
Цель внесения удобрения заключается в том, что, создавая благоприятные гармоничное питание, этим самым способствуя поступлению биогенных элементов в растения (а не ксенобиотиков) и мы создаем наилучшие условия для биосинтеза сухого и биологически ценных веществ в растениеводческой продукции.
Данные исследования и ранее проведенные на кафедре агрохимии Ом-ГАУ /106, 112 и др./ показывают, если тот или иной элемент питания в черноземах Западной Сибири находится в минимальной дозировке — является фактором лимитирующим, то он ограничивает действие других элементов (в частности микроэлементов), находящихся в почве в «нормальной» дозировке, что в свою очередь сказывается на продуктивности растений. С переходом элемента в почве из лимитирующего в область оптимальных дозировок, ограничение его, как лимитирующего фактора, снимается и ряд других микроэлементов, взаимодействуя с ним, проявляет полную эффективность, соответствующую агрохимическим и физиологическим особенностям каждого из них. Эффект взаимодействия ионов возрастает в положительном направлении. Наблюдается явление синергизма между основными элементами питания и микроэлементами. Степень несбалансированности минерального питания снижается и приближается к уровню сбалансированного гармоничного питания, позволяющего произвести наибольший эффект продуктивности растений.
При переходе элемента питания в почве через оптимальный уровень до высоких дозировок, эффект взаимодействия основного питательного элемента с рядом микроэлементов в растениях возрастает, принимая часто противоположное направление. Наблюдается антагонистические отношения между элементами, которое сказывается отрицательно на продуктивности и качестве растений.

Приведенные примеры наглядно демонстрируют характер взаимодействия макро- и микроэлементов в процессе минерального питания растений. При этом анализ растений и листьев делает более аргументированным и доказательным объяснение разносторонних отношений между элементами.
188
Совершенно очевидно то значение, которое имеет для диагностирования условий питания явления синергизма и антагонизма ионов в результате взаимодействий, обусловленных различным содержанием и соотношением элементов питания в почве. Низкое содержание какого-либо элемента в ткани растений не обязательно является функцией низкого содержание его в почве в почве, а часто антагонистическим действием другого элемента. В таком случае правильнее будет использовать ранее выявленные закономерности в области оптимального соотношения макро- и микроэлементов в растениях при дополнительном внесении удобрений и воздержаться от применения ингибирующего элемента, нежели вносить дополнительное количество дефицитного элемента. Высокое или низкое содержание какого-либо элемента в тканях растений может быть результатом антагонизма или синергизма отдельных пар ионов при поступлении в растения/351/.
Все виды различных отмеченных выше взаимодействий имеют значение в практической агрохимии. По мнению М.Г. Баннова и В.В. Церлинг /29/ особый интерес представляет антагонизм и синергизм ионов при диагностике питания в целях создания равновесного соотношения элементов в корнеобитае-мой среде. Недостаток элементов питания в растениях, обусловленный взаимодействием ионов, часто называют «индуктивным».
5.3 Отношения между азотом, фосфором и калием как источниками питания и кальцием, стронцием в растениях
5.3.1 Кальций и стронций в растениях

Химические, геохимические и биохимические свойства кальция и стронция близки и поэтому в системе почва-растение кальций часто заменяется стронцием, что может повлечь за собой негативные последствия для животных и человека. В природных условиях стронций - аналог кальция. Избыток строи-
189
ция при недостатке кальция в почвах, воде, кормах и пищевых продуктах вызывает распространение уровской болезни.
Отношение кальция к стронцию достаточно постоянно в биосфере, вследствие чего оно обычно используется для обнаружения повышенных концентраций стронция в окружающей среде. Такое постоянное соотношение некоторые исследователи называют «защитным коэффициентом» /144, 393/.
Концентрация стронция в растениях, произрастающих в районах с высоким содержанием элемента в почве, повышена, а отношение кальция к стронцию снижено. Так, в растениях овощных культур Алтайского края обнаружено высокое содержание стронция, что соответствовало его высокому уровню содержания во внешней среде. Но, тем не менее, прямая зависимость между содержанием стронция и кальция в почве и растениях наблюдается не всегда /165, 243/.
Интенсивность поступления в растения кальция и стронция зависит от физико-химических свойств, минералогического и гранулометрического состава, величины рН и содержания этих элементов в почве.
Так, многолетние исследования Н.И. Акановой /9/ в условиях дерново-подзолистых почв Подмосковья показали, что применение полной по гидролитической кислотности дозы известковой муки и отходного мела, а также их периодическое (двукратное) использование увеличивало содержание стабильного стронция в растениях, но не приводило к избыточному его накоплению. Во всех случаях при уменьшении кислотности отношение Ca:Sr превышало безопасный уровень 160:1 (таблица 5.23).

Э.Г. Антропова /22/ в полевых опытах на пяти почвах разного типа показала, что главную роль в поступлении стронция из почвы в растение играет концентрация кальция в почве, остальные факторы почвы оказывают меньшее влияние. Рядом исследователей показано, что содержание стронция в почве и растениях находится в тесной зависимости от содержания гумуса и калия, а обменного стронция - от обменных форм кальция и магния/77, 132, 269, 270, 388/.
190
При внесении минеральных удобрений содержание стронция в травах лугов центральной части поймы р. Вятки в целом варьировало от 11 до 54 мг/кг, при этом и азотные, фосфорные и калийные удобрения снижали содержание Sr в растениях /273/.
Таблица 5.23 - Накопление кальция и стронция (мг/кг) в растительной про-
дукции в зависимости от рН дерново-подзолистой почвы /9/
Вариант Са Sr Ca/Sr рНкС! Нг
Картофель (клубни)
NPK 679 4Д 162 4,18 6,57
NPK+известн. мука 994 4,2 221 6,44 0,94
NPK+отходный мел 998 5,1 178 6,50 0,89
Свекла (корни)
NPK 1785 6Д 293 4,15 6,57
NPK+известн. мука 2002 5,9 338 6,39 0,96
NPK+отходный мел 2083 9,7 214 6,54 0,90
Ячмень (зерно)
NPK 578 2,9 199 4,4 6,49
NPK+известн. мука 607 3,6 169 6,4 0,90
NPK+отходный мел 841 4,8 175 6,7 0,70
В.А. Ананян и др. /15/ было установлено, что при небольшом содержании кальция и стронция в почвах горных лугов растения чутко реагировали на находящийся в суперфосфате в виде примеси стронций. В вариантах с внесением суперфосфата растения накапливали стронция в 3-5 раз больше, чем без внесения удобрений.
Ряд ученых отмечают реакцию растений на стронций, внесенный с минеральными удобрениями, в зависимости от обеспеченности азотом, калием и другими элементами минерального питания /15, 61, 143, 177, 347, 348, 353, 406/. Так, внесение повышенных количеств фосфора на фоне азота и калия увеличивало содержание стронция в растениях, но в значительно меньшей степени, чем на фоне одного азота. Азотные удобрения значительно увеличивают усвоение стронция растениями, а калийные удобрения и известь, наоборот, его

191
снижают. Содержание стронция к моменту полного созревания растений понизилось в зерне почти в семь раз, а в соломе в четыре раза при расчете на 1 г сухого вещества. Снижение поступления стронция в растения можно объяснить антагонизмом между калием, кальцием и стронцием. Антагонистическое влияние калия на поступление кальция особенно четко проявилось в опыте с овсом. Элементами, также активно влияющими на поведение кальция и стронция, являются магний и калий, которые являются их антагонистами.
Таким образом, на взаимоотношения кальция и стронция оказывают определенное влияние и другие элементы, содержащиеся в почвах. Принимая активное участие в ионообменных реакциях, они тем самым воздействуют на миграцию стронция из почвы в растения /143, 353/.
Накопление кальция и стронция в скелете у больных уровской болезнью животных зависит от типа рациона. Пониженное поступление кальция с пищей способствовало лучшему усвоению стронция и увеличению его накопления в костной ткани /57/.
Если стронций в небольших количествах необходим в организме как стимулирующий развитие микроэлемент, то при изменении отношения кальция к стронцию с 160 до 80 и меньше в почве, кормовых растениях, питьевой воде и продуктах питания вызывает в организме нарушение обменных процессов, что приводит людей и животных к заболеванию стронциевым рахитом /34, 163/.
Оптимальное значение величины отношения кальция к стронцию в пищевом рационе - 160 /173/. В биогеохимических провинциях, где наблюдается стронциевый рахит, отношение кальция к стронцию в почве, растениях, природных водах снижается до 80 и ниже (таблица 5.24). Количество стронция на Таблица 5.24 — Среднее содержание кальция (г/кг) и стронция (мг/кг) в

растениях на стронциевых геохимических провинциях
Место произрастания растений Са Sr Ca/Sr
Черноземная зона (эталон по В.В.Ковальскому) 3,0 20 150
Стронциевые провинции
Зейский район Амурской области /286/ Пределы отклонений 7,0 3,0-13,6 84 17-450 128
192
Окончание таблицы 5.24
Читинская область /324/
Злако-бобовые травы 4,0 221 29
Сено луговое 2,2 170 12
Картофель (клубни) 0,05 22 2,4
Пшеница (зерно) 0,33 47 7,0
грамм кальция при этом возрастает с 6 до 15 мг и больше /160, 162, 286/.
Стронций является одним из условно необходимых элементов питания растений и обнаружен в растениях всех видов. Обычно культурные растения содержат его от 10 до 1500 мг/кг сухой массы. Содержание стронция в сельскохозяйственной продукции (мг/кг) следующее: пшеница - 3,0, рожь - 7,8-70,2, ячмень - 43,2, гречиха - 2,7-6,8, горох - 6,5-39,1, кукуруза - 0,0008-0,02, картофель - 0,05, свекла столовая - 0,02-0,14, свекла кормовая - 33,0, овес - 0,46, клевер - 1,3, соя кормовая - 13,8. Много стронция содержится в зеленных культурах - укропе, петрушке, в растениях семейств бобовых, Виноградовых, розоцветных и сложноцветных; наименьшее содержание - во фруктах, зерне, клубнях картофеля /15, 144, 160, 338, 347/.
Основное количество стронция накапливается в надземной массе — листьях, стеблях, особенно к концу вегетационного периода. В старых листьях его гораздо больше, чем в верхних молодых. О токсичности для растений сведений практически нет /144, 371, 417/.
Наши исследования (эксперименты сотрудников кафедры агрохимии, обобщение автора ) показали, что содержание стронция в кормовых культурах в период уборки составляло в опытах 10,1 - 80,5 мг/кг, в овощных культурах и картофеле - 0,1 - 115,4 мг/кг (таблица 5.25). По уровню накопления стронция изучаемые культуры в период уборки располагаются в виде ряда (рисунок 17):

брюква (корнеплод) > сахарное сорго > суданская трава > редь-ка(корнеплод) > столовая свекла(корнеплод) > редис (корнеплод) > лук (луковица) > кукуруза > картофель(клубни). В клубнях картофеля стронция очень мало (2,7 мг/кг), как и кальция (1,4%, таблица 5.26).
193
Таблица 5.25 - Содержание стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеле, возделываемых на черноземах Омского Прииртышья
(средние данные за годы исследования)
Культура Фаза развития Орган Kv, мг/кг М±т,мг/кг V,%
Кукуруза 5-6 листьев Растение 42,6-62,7 52,0±7,1 13,7
7-8 листьев растение 16,4-29,6 22,3±3,6 16,0
Уборка растение 10,1-21,9 17,0±4,5 26,5
Сахарное сорго Кущение 4-5 лист 8,6-55,7 32,3±13,3 41,1
выход в трубку 3-4 лист 7,9-47,8 26,4±15,7 59,4
Выметывание метелки 3-4 лист 44,8-52,3 49,2±2,8 5,6
растение 8,3-84,5 46,0±28,0 60,9
Суданская трава 4-5 листьев 3-4 лист 25,9-41,6 34,6 ±5,4 15,5
выход в трубку 3-4 лист 7,7-60,7 39,7±18,8 47,5
Выметывание метелки растение 12,2-56,7 43,9±15,5 35,3
Брюква 6-8 листьев внешний лист 174-227 208±15 7,2
8-10 листьев внешний лист 178-273 223±28. 12,3
утолщения внешний лист 201-304 249±23 9,3
уборка ботва 151-291 202±37 18,4
корнеплод 37,2-80,2 56,1±13,6 24,2
Столовая свекла 8-10 листьев внешний лист 99-125 111+8 7,3
уборка ботва 29,6-79,9 53,9±13,8 24,2
корнеплод 35,3-49,0 40,8±3,8 9,2
Редька 8 листьев внешний лист 133-150 139±6 4,5
уборка ботва 115-130 122,3±11,0 9,0
корнеплод 32,5-52,3 42,4±14,0 33,0
Редис уборка корнеплод 30,0-31,7 30,9±1,2 3,9
Лук 4-5 листьев листья 37,0-53,9 45,6±6,9 15,2
5-6 листьев листья 24,9-46,3 37,7±8,7 23,1
6-8 листьев листья 29,6-87,2 65,7±15,1 23,0
уборка листья 29,0-115 84,3±26,2 31,1
луковица 10,9-33,9 22,0±5,30 22,7
Картофель цветение листья 45,8-80,4 58,1±14,2 24,5

Уборка ботва 69,5-83,2 77,5±7,1 9,2
клубни 1,6-4,2 2,7±0,9 35,0
194
Брюква (корнеплод)
Сахарное сорго
Суданская трава
Редька (корнеплод)
Столовая свекла (корнеплод)
Редис (корнеплод)
Лук (луковица)
Кукуруза
Картофель (клубни)
20 30 40 50 мг/кг сухого вещества
60
Рисунок 17 - Концентрация стронция в продуктивной части растений
Содержание стронция по отношению к кальцию изменяется при переходе этих элементов из почвы в растение, а затем в организм животного и человека. Для оценки экологической напряженности в конкретной ситуации используют отношение Ca/Sr. Считается, что Ca/Sr > 100 для растений является нормальным. Значения меньше 100 являются сигналом о нарушения биогеохимического цикла/33, 134/.
При продвижении кальция и стронция по пищевым цепям отношение кальция к стронцию изменяется благодаря дискриминации одного из катионов. Это может происходить из-за того, что почва с разной силой сорбирует кальций и стронций и один из элементов становится менее доступным растениям. Кроме того, корневые системы избирательно поглощают элементы при передвижении в надземные органы растений /88/.
195
То, что биологические системы могут дискриминировать один из элементов в паре стронций-кальций, стало известно после работ C.L. Comar с сотрудниками /376, 377/. Для количественной оценки дискриминации на разных этапах продвижения стронция и кальция они предложили так называемый коэффициент дискриминации (КД), который для звена почва-растение рассчитывается из соотношения кальция к стронцию в звене — акцепторе (растение) и кальция к стронцию в звене - доноре (почва) и определяется по формуле (202)
кд= Ca/Sr в растении _ {2Щ
Ca/Sr в почве
Если миграция этих элементов в отдельных звеньях биологической цепи происходит одинаково, то КД = 1, наблюдается равновесие в передвижении кальция и стронция в системе почва-растение. Если КД < 1 - стронций концентрируется в растениях, происходит дискриминация кальция стронцием. Если КД > 1 - стронций в меньшей степени поглощается, чем кальций, происходит дискриминация стронция /10, 88, 92/.

Для определения особенностей накопление стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в течение вегетации были отобраны и проанализированы образцы растений и почвы по фазам развития. Затем рассчитывали отношение в растениях Ca/Sr и КД (таблица 5.26).
Наибольшей концентрацией стронция в фазу уборки отличаются растения брюквы (среди кормовых культур) и лука (листья на зелень, среди овощных). Но с экологической точки зрения важным является качественный показатель (а не количественный) - отношение Ca/Sr в растении. По величине этого отношения в растениях в фазу уборочной спелости культуры располгаются следующим образом:
картофель(клубни) > лук(листья) > кукуруза > лук(луковица) > сахарное сорго > редис(корнеплод) > суданская трава > редька(корнеплод) > брюк-ва(корнеплод) > столовая свекла(корнеплод).
196
Таблица 5.26 - Содержание кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг сухого вещества растений кормовых и овощных культур и картофеля (средние данные за
годы исследования)
Фаза, орган Са Sr Ca/Sr кд
Кукуруза
5-6 листьев, растение 10,9 52,0 . 210 1,09
7-8 листьев, растение 12,1 22,3 543 2,83
Уборка, растение 4,6 17,0 271 1,41
Сахарное сорго
Кущение, 4-5 лист 11,1 32,3 344 1,79
Выход в трубку, 3-4 лист 9,5 26,4 360 1,88
Выметывание метелки: 3-4 лист 5,0 49,2 102 0,53
растение 7,5 46,0 163 0,88
Суданская трава
4-5 листьев, 3-4 лист 8,9 34,6 257 1,34
Выход в трубку, 3-4 лист 7,3 39,7 184 0,96
Выметывание метелки, растение 4,9 43,9 112 0,58
Брюква
6-8 листьев, внешний лист 25,5 208 123 0,64
8-10 листьев, внешний лист 27,1 223 122 0,64
Утолщения, внешний лист 30,9 249 124 0,65
Уборка: ботва 22,1 202 109 0,57
корнеплод 3,6 56,1 64 0,36
Столовая свекла
8-10 листьев, внешний лист 16,7 111 150 0,78

Уборка: ботва 6,8 53,9 126 0,66
корнеплод 1,8 40,8 44 0,23
Редька
8 листьев, внешний лист 21,7 139 156 0,81
Уборка: ботва 14,6 122 120 0,63
корнеплод 3,8 42,4 90 0,47
Редис
Уборка, корнеплод 4,7 30,9 152 0,79
Лук репчатый
4-5 листьев, листья 14,5 45,6 318 1,66
5-6 листьев, листья 19,8 33,8 585 3,05
6-8 листьев, листья 20,2 65,7 307 1,60
197
окончание таблицы 5.26
Фаза, орган Са Sr Ca/Sr кд
Уборка: листья 23,7 84,3 281 1,46
луковица 5,2 22,0 236 1,23
Картофель
Цветение, листья 22,2 58,1 382 2,00
Уборка: ботва 20,9 77,5 270 1,41
клубни 1,4 2,7 518 2,70
Нетрудно заметить, что наименьшие отношения имеют корнеплоды столовой свеклы, брюквы и редьки. У них значения Ca/Sr имеют величину меньше 100, что, по мнению ряда авторов /33, 134/, являются сигналом о нарушения биогеохимического цикла. Но так как эти культуры выращивались на почвах с естественным содержанием стронция и кальция, вероятно низкое отношение Ca/Sr является нормальным для корнеплодов изученных культур, выращенных на черноземах Западной Сибири. Данную особенность необходимо использовать при оценке экологической и агрохимической ситуации в агроценозах.
Информация по накоплению стронция в почве и в растениях дают возможность рассчитывать КД стронция по отношению к кальцию при переходе из почвы в растения. По величине КД в растениях в фазу уборочной спелости исследуемые культуры располагаются в следующей последовательности:
картофель(клубни) > лук(листья) > кукуруза > лук(луковица) > сахарное сорго > редис(корнеплод) > суданская трава > редька(корнеплод) > брюк-ва(корнеплод) > столовая свекла(корнеплод).
Нетрудно заметить, что данный ряд аналогичен предыдущему — по величине отношения Ca/Sr в растении. Это говорит о том, что содержание и соотношение кальция и стронция в растения является следствием способности растительного организма дискриминировать кальций по отношению к стронцию.

Максимальная способность дискриминировать кальций по отношению к стронцию в системе почва-растение наблюдается у корнеплодных растений (брюква, столовая свекла, редька, редис) - во все фазы развития КД < 1. Наи-
198
меньшая способность к дискриминации кальция - у кукурузы и картофеля (КД в течение вегетации составляет 1,09-2,83).
Также можно отметить, что в течение вегетации способность растений дискриминировать кальций по отношению к стронцию возрастает (КД уменьшается). Вероятно, это наблюдается в связи с тем, что часть кальция выводится из растения к концу вегетации, а стронция нет, так как он не является биогенным элементом, и у растения нет соответствующих биохимических механизмов.
Подземные органы растений брюквы, столовой свеклы, редьки и лука в период уборки имеют большие Ca/Sr и КД, чем надземные; дискриминация кальция в них выражена сильнее. В растениях же картофеля отмечается обратная закономерность.
Части овощных растений, непосредственно используемые человеком в пищу, содержат значительно меньше стронция, чем остальное растение. Однако величина отношения кальция к стронцию в этих органах - минимальная и с экологической точки зрения менее благоприятная. Подтверждают это и данные таблицы 5.27, в которой представлен химический состав продуктивной и
Таблица 5.27 - Содержание и соотношение кальция (г) и стронция (мг) в
1 кг сухого вещества растений в растениях культур севооборота
Орган Са Sr Ca/Sr КД
Лук репчатый
Листья 28,1 140 209 1,10
Луковица 6,48 44,4 146 0,77
Тыква
Ботва 34,6 222 154 0,81
Плоды 3,63 29,0 125 0,66
Томаты
Ботва 40,4 213 190 1,00
Плоды красные 4,74 21,0 226 1,19
Картофель
Ботва 22,4 95,3 235 1,24
Клубни 1,11 2,28 487 2,56
199
непродуктивной части культур овощного севооборота. Данные опыта Ю.И. Ер-мохина и А.Ф. Иванова показали, что кальций и стронций больше всего накапливается в непродуктивной массе растений и меньше в основной продукции. Резкое отличие наблюдается по накоплению стронция в основной продукции растений, пределы колебаний 2,3-44,4 мг/кг. По содержанию стронция в основной продукции растения располагаются следующим порядком: лук > тыква > томаты > картофель. Распределение стронция и кальция в основной продукции данных культур севооборота в общих чертах идентично.

Несмотря на одинаковое практически содержание стронция в ботве тыквы и томатов, в основной продукции тыквы его было в 1,4 раза больше, чем в томатах. Величина отношения кальция к стронцию зависит от вида и органа растений: в томатах и картофеле она при переходе от ботвы к плодам увеличивается, а в луке и тыкве уменьшается.
В ряде работ отмечается, что для кальция и стронция характерны антагонистические отношения при поступлении в растение /144, 160 и др./. В наших исследованиях (таблица 5.28) с кормовыми, овощными культурами и картофелем культур антагонизм между поступлением стронция и кальция в растениях не наблюдается (кроме наличия некоторой тенденции в некоторые фазы развития кукурузы и брюквы). Наличие высоких коэффициентов корреляции между содержаниями стронция и кальция в растениях с нашей точки зрения не следует объяснять только синергическим взаимодействием - для этого нет физиологических предпосылок. Но так как кальций и стронций биохимические аналоги, благоприятные или неблагоприятные условия поступления в растения для одного элемента являются таковыми и для другого. Что и находит отражение в одновременном повышении или понижении концентрации этих элементов в растительном организме. Содержание и соотношение кальция и стронция в черноземных почвах Западной Сибири является благоприятным условием для взаимного поступления в растения.
200
Таблица 5.28 - Коэффициенты корреляции прямолинейной зависимости кальций-стронций в растениях кормовых, овощных культур и картофеля на
черноземах (средние данные за годы исследований)
Культура Фаза развития Орган г
Кукуруза 5-6 листьев растение 0,77
7-8 листьев растение -0,49
уборка растение 0,81
Сахарное сорго кущение 4-5 лист 0,41

выход в трубку 3-4 лист 0,47
Выметывание метелки 3-4 лист 0,81
Выметывание метелки растение 0,93
Суданская трава 4-5 листьев 3-4 лист 0,24
выход в трубку 3-4 лист 0,71
Выметывание метелки растение 0,87
Брюква 6-8 листьев, внешний лист 0,48
8-10 листьев внешний лист 0,77
утолщения внешний лист 0,35
уборка ботва -0,31
корнеплод 0,77
Столовая свекла 8-10 листьев листья 0,87
уборка ботва 0,90
корнеплод 0,34
Редька 8 листьев внешний лист 0,91
Лук репчатый 4-5 листьев листья 0,93
5-6 листьев листья 0,51
6-8 листьев листья 0,35
уборка листья 0,90
луковица 0,60
Картофель цветение листья 0,82
уборка ботва 0,88
клубни 0,84
Рядом ученых установлено что, растение поглощает стронций из почвы активнее при дополнительном его внесении /3, 16, 91, 143, 294, 366, 414/. Нами в вегетационных опытах выявлено, что содержание стронция в ботве, листьях пятого яруса (орган-индикатор на условия питания) и корнях картофеля без применения удобрений было практически одинаковым (таблица 5.29). Действие азотно-фосфорно-калийного удобрения способствовало большему накоплению
201
стронция в корнях, чем в ботве, и тем более в листьях (5-ый лист сверху). Однако при внесении стронция от 5 до 20 мг/кг почвы концентрация его в корнях не возрастала, в то время как в ботве и листьях верхнего яруса содержание стронция возросло в 1,8 - 2,0 раза. Внесение стронция в почву в дозах такого уровня визуально не вызывает у растений заметных изменений, что ранее отмечали В.В. Ковальский и Е.Ф. Засорина /160/, Ю.В. Алексеев /11/.
Таблица 5.29 - Содержание стронция (мг/кг сухого вещества) в органах растений картофеля в фазу цветения при внесении азотнокислого стронция в
почву, мг/кг. Вегетационный опыт
Орган растения Контроль N300P200K100 (фон) Фон + Sr5 Фон + Srjo Фон + Sr2o

Ботва 53,0 65,0 76,6 90,7 116
Листья 55,6 47,5 56,5 74,4 100
Корни 59,5 87,0 47,6 78,4 74,5
5.3.2 Отношение между фосфором как источником питания и кальцием, стронцием в растениях
При сравнении химического состава органов растений можно отметить, что по накоплению стронция на единицу массы картофеля на первом месте стоит целое растение, затем листья, затем корни в фазу бутонизации и цветения. В фазу цветения содержание стронция в рассматриваемых органах картофеля выше, чем в фазу бутонизации (таблица 5.30).
В результате исследований установлено, что зависимость концентрации стронция в надземной массе от доз фосфорных удобрений сохраняются в течение всей вегетации. Так, в фазу цветения в растении в варианте Р9о содержание стронция возрастает на 24 %, а в уборку на 32 % по отношению к фазе бутонизации.
202
Таблица 5.30 - Содержание кальция (г) и стронция (мг) в разных частях растений картофеля в 1 кг сухого вещества при применении фосфорных удоб-
рений. Полевой опыт Ю.И. Ермохина
Вариант Са Sr Ca/Sr Са Sr Ca/Sr
Фаза бутонизации корни Фаза цветения корни
Контроль 9,99 38,78 258 13,0 67,04 194
?90 11,48 54,26 212 12,1 60,69 199
Pl80 11,82 49,76 243 11,1 68,40 162
растение растение
Контроль 24,45 79,42 283 21,4 84,29 254
Р<ю 20,76 73,64 282 24,2 91,64 264
?180 26,68 89,31 298 22,1 87,64 252
листья листья
Контроль 12,91 36,74 351 22,8 76,65 297
Р<ю 13,34 51,87 257 22,3 71,74 311
Pl80 22,65 87,51 259 21,6 72,70 296
клубни Уборка ботва
Контроль 0,92 2,03 453 22,4 95,30 235
?90 1,01 2,81 359 22,8 97,34 234
Pl80 1,00 2,86 350 22,5 106,4 211
Отношение кальция и стронция меняется в зависимости от фазы развития растений, свойств почвы, а также биохимических особенностей культуры или органа растения.

Результаты полевых исследований свидетельствуют о том, что при внесении фосфорных удобрений в дозах Р90 и Pi80 под картофель темп поступления стронция выше темпа поступления кальция. Отношение кальция к стронцию при этом по сравнению с контролем в растениях и корнях уменьшается, а в листьях увеличивается.
Содержание стронция в клубнях достаточно высокое, но ниже, чем в других органах. И хотя оно возрастает в зависимости от доз фосфорных удобрений, отношение кальция к стронцию при этом большое и уровень стронция опасно-
203
сти в токсическом плане не представляет. С ботвой стронций возвращается в почву. Отчуждение его из почвы незначительно.
Внесение фосфора по 90, 135, 180 кг/га приводит к повышению концентрации стронция в листьях, целых растениях, корнях и клубнях картофеля (таблица 5.31).
Таблица 5.31 - Коэффициенты корреляции и регрессии, отражающие взаимосвязь между содержанием стронция в растениях и дозами фосфорных
удобрений. Полевой опыт Ю.И. Ермохина, 1982 г.
Фаза, орган Коэффициенты
г Ъ
Бутонизация: листья 5-го яруса 0,92 0,21
целое растение 0,57 0,05
корни 0,53 0,06
Уборка: клубни 0,81 0,01
Примечание. Р205 вносили по 90, 135 и 180 кг/га.
Наибольший коэффициент корреляция соответствует зависимости между дозами применяемых фосфорных удобрений и концентрацией стронция в листьях, затем (по уменьшению) - в клубнях, в целых растениях и корнях. Коэффициенты интенсивности действия (Ь) единицы внесенного фосфорного удобрения (1 кг/га Р2О5) на поступление стронция в различные органы растений картофеля (мг/кг) различались: максимальному воздействию подвергались листья, минимальному - клубни.
Наиболее важен уровень накопления стронция и соотношение его с кальцием в период уборки культур, так как именно эти растения потребляются человеком или сельскохозяйственными животными. Нами установлены параметры воздействия фосфорных удобрений на содержание кальция и стронция, а также их соотношение при недостаточном и оптимальном уровне содержания подвижного фосфора в почве (таблица 5.32).