Эколого-агрохимические аспекты воспроизводства плодородия почв и длительного применения удобрений

Большинство ученых подчеркивают определяющую роль калия в повышении  устойчивости посевов к болезням [Минеев, 1999; Прокошев, Дерюгин, 2000]. Показано, что отсутствие калия в составе удобрения и преобладание в нем азота создает благоприятные условия для развития мучнистой росы в посевах озимой пшеницы. Поражение растений этим заболеванием было минимальным в случае, когда соот­ношение между азотом, фосфором и калием в удобрении составляло 1:2:2.

Рис. 19. Влияние основных питательных веществ на подверженность растений заболеваниям

 

 

 

 

Положительное воздействие  калия на устойчивость растений к болезням обеспечивается благодаря его угнетающему влиянию на развитие патогенных микроорганизмов, а как следствие - увеличению прочности клеточных стенок и кутикулы, ограничивающих проникновение патогенов внутрь растительной клетки. При высоком уровне калийного питания в растениях усиливается синтез фенольных соединений, угнетающих жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов. В этих условиях в клетках не происходит избыточного накопления низкомолекулярных растворимых органических соединений, являющихся благоприятной средой для развития патогенной микрофлоры [Прокошев, Дерюгин, 2000].

Исследования, проведенные  в лабораторных и полевых опытах, позволили выявить особенности воздействия различных форм калийных удобрений на развитие патогена корневой гнили Helminthosporum sativum в дерново-подзолистой почве [Дурынина, Белоусова, 1985]. Установлено, что все формы калийных удобрений снижали число конидий патогена в почве, причем калийная соль и хлористый калий в этом отношении были найболее эффективны. С повышением дозы калия в составе полного минерального удобрения его ингибирующее действие на развитие возбудителя корневой гнили усиливалось. Аналогичные данные получены в условиях многолетнего стационарного полевого опыта на дерновоподзолистой почве [Минеев и др., 1997]. Было показано, что длительное применение в севообороте азотно-калийного и полного минерального удобрения на неизвесткованной и известкованной почве существенно снижало количество конидий Н. sativum и степень поражения яровой пшеницы корневой гнилью.

Положительная роль калийных удобрений проявляется также  в повышении устойчивости кормовых бобов к шоколадной пятнистости (Botricys fabea). В полевых опытах на дерново-подзолистой почве [Дурынина и др., 1982] установлено снижение поражаемости бобовой культуры этим заболеванием в 2-3 раза под влиянием минеральных удобрений, в составе которых присутст вовал калий. Характерно, что при достижении оптимального уровня корневого питания растений полностью устранялось заболевание кормовых бобов ботрициозом, при этом наиболее высокое положительное действие на развитие клубеньков обеспечивалось при сочетании минеральных удобрений с известкованием [Дурынина, 1984].

Регулируя условия корневого  питания растений, удается повысить также устойчивость сахарной свеклы, картофеля и других культур к церкоспорозу (возбудитель Cercospora beticola). При поражении посевов этим заболеванием деформируются листья растений, снижается продуктивность фотосинтеза, урожай снижается на 30%. Исследования, проведенные с сахарной свеклой, показали [Пленсак, Пятковский, 1986], что при профилактике против церкоспороза определяющая роль принадлежит калийным удобрениям. Аналогичные данные получены В.Г. Минеевым с соавторами [1989], которые установили закономерности развития патогенов склеротинии (Sclerotinia sclerotiorum) в зависимости от уровня внесения минеральных удобрений на дерново-подзолистой почве и черноземе. Как показали эти исследования, калийные удобрения оказывали ингибирующее действие на развитие склероциев, снижая их количество в 5 и 2 раза по отношению к контролю.

Вредоносность почвенных  инфекций можно снизить также  путем направленного чередования культур в севообороте [Пахненко, 2001]. Механизм воздействия фитосанитарных культур на почвенные патогены обусловлен их способностью стимулировать в микробном пуле гиперпаразитов, прямых антогонистов и антогонистов-сапротрофов. Большое значение в этом отношении имеет фитосанитарное влияние корневых выделений культурных растений. Этот автор установил, что корневые экссудаты ячменя и люцерны наиболее сильно подавляли процесс образования склероциев Sclerotinia sclerotiorum, в то время как клевер и подсолнечник обладали стимулирующим влиянием на развитие этого патогена.

Большой ущерб урожаю приносит поражение посевов злаковых пыльной  головней. Исследования, проведенные нами в полевом опыте 2001 г., выявили сильное распространение этого заболевания в посевах озимой пшеницы на серой лесной почве с очень низким исходным фосфатным уровнем. Предварительные результаты показали, что наиболее ощутимое ингибирующее влияние на развитие пыльной головни оказывало внесение фосфорного удобрения.

Краткий обзор сведений о  развитии болезней растений в зависимости  от условий минерального питания  позволяет заключить, что его регулирование дает возможность существенно повысить устойчивость посевов к нежелательному воздействию патогенной микрофлоры. Крайне нежелателен в этом отношении избыток азота, способствующий ослаблению защитной функции растений против патогенов, в то время как усиление уровня фосфорного и особенно калийного питания оказывает высокое положительное влияние на устойчивость посевов к поражению болезнетворной грибной микрофлорой. Важное значение для фитосанитарного состояния посевов имеет также чередование куль­тур в севообороте, в структуре которого необходимо иметь соответствующую долю культур, обладающих ингибирующим действием на фитопатогенную микрофлору.

6. Длительное внесение  удобрений и накопление тяжелых  металлов в почве

Мы уже писали, что с  азотными удобрениями в почву привносится некоторое количество тяжелых металлов, среди которых преобладают медь, цинк и свинец. Известно, что большая часть меди находится в прочно сорбированной почвенными коллоидами форме и с трудом вытесняется другими катионами [Протасова и др., 1992]. Лучше других медь замещается в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) ионом водорода, поэтому при подкислении почвы подвижность ее возрастает. При предельно допустимой концентрации (ПДК) меди в цочве, равной 55 мг/кг, валовое ее содержание в неудобренной дерново-подзолистой почве составляло 10—13 мг/кг, на фоне длительного внесения минеральных удобрений - 10-29 мг/кг [Цаганок, 1994]. Токсичное действие меди на растения проявляется при более высоких ее концентрациях в почве. По данным Н.А. Черных [1995], при внесении в дерново-подзолистую почву 60 мг/кг меди у растений ячменя не формировалось зерно, а клевер и редис снижали урожай. Не выявлено ощутимое влияние длительного внесения минеральных удобрений и на содержание в почве подвижных форм меди [Парамонова, 1991], на контроле оно колебалось в пределах

2,1-3,5 мг/кг, на фоне удобрений  - 2,2-3,7 мг/кг.

Цинк имеет много общих  свойств с медью. Он встречается  в почве лишь в двухвалентной  форме, прочно связывается с ППК, доступность цинка повышается в кислом интервале pH. ПДК для валового содержания цинка в почве составляет 100 мг/кг. В условиях 28-летнего стационарного полевого опыта на серых лесных тяжелосуглинистых почвах установлено [Алиева, 1996], что применение минеральных удобрений не способствовало увеличению валового содержания цинка в пахотном слое. На контроле он обнаружен в количестве 69 мг/кг, на фоне удобрений - 60-77 кг/га. Токсичное действие цинка на растения сказывается в случае внесения в почву более высоких его концентраций. Как показала Н.А. Черных [1995], вика и люпин, выращиваемые на дерновоподзолистой почве, погибали при дозе цинка 1000 мг/кг, в то время как овес при внесении 2000 мг/кг лишь снижал урожай. По данным В.Г. Минеева [1990], критическая концентрация цинка в растениях составляет 150-200 мг/кг. Длительное внесение минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах, как установила Е.А. Парамонова [1991], не оказывало существенного влияния на накопление этого элемента в тканях различных культур. В зеленой массе кукурузы содержание цинка (мг/кг) колебалось в пределах 13,0-17,9, овса - 11,3—21,3, гороха - 15,7-25,9.

Установлено, что свинец образует с органическим веществом  почвы более прочную связь, чем другие тяжелые металлы. Его соединения в почве весьма устойчивы и долго сохраняют свои токсические свойства [Mengel, 1972]. ПДК для валового содержания свинца в почве составляет 32 мг/кг. Исследования, проведенные Н.А. Черных [1995], показали, что в дерново-подзолистых почвах, под пашней его накапливалось 21-22 мг/кг, под лесом - 17-28 мг/кг; содержание этого элемента выше ПДК выявлено только под огородами - 39-40 мг/кг. По ее данным, при том уровне поступления свинца с удобрениями и известью, который складывается в настоящее время, можно ожидать ощутимого повышения его содержания в пахотном слое дерново-подзолистых почв не ранее, чем через 200 лет. В 26-летнем стационарном полевом опыте на дерново-подзолистой почве не выявлено увеличения общего содержания свинца в пахотном слое, которое колебалось в пределах 18-25 мг/кг [Цыганок, 1994]. Аналогичные данные получены в исследованиях, проведенных С.А. Алиевой [1996] на серых лесных почвах. Токсичность свинца для растений проявляется при более высоких концентрациях его в почве. Так, Н.А. Черных [1995] установлено, что сильное снижение продуктивности бобовых культур на дерново-подзолистой слабоокультуренной почве наблюдалось при внесении в нее свинца в дозе 500 мг/кг; падение урожая зерновых культур отмечено при внесении более высокого количества цинка -1000 мг/кг. Нормальное содержание этого элемента в растениях колеблется в пределах 0,1-5,0 мг/кг, критический уровень составляет 10—20 мг/кг. Под влиянием систематического внесения минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах содержание свинца в различных культурах было незначительным и достигало максимума (1,23 мг/кг) в растениях рапса [Парамонова,

1991].

Таким образом, длительное внесение азотных удобрений на дерново-подзолистых  и серых лесных почвах пока не представляет опасности загрязнения пахотных угодий и выращиваемых на них культур такими тяжелыми металлами, как медь, цинк и свинец. Аналогичное мнение высказывают исследователи и в отношении применения фосфорных удобрений, с которыми в почву поступает некоторое количество цинка, кадмия, хрома и ванадия. В условиях многолетних стационарных полевых опытов на дерново-подзолистых почвах не выявлено накопления кадмия и хрома выше фонового уровня под влиянием 25-30-летнего внесения фосфорных удобрений в севообороте [Цыганок, 1994; Черных, 1995]. Для снижения размеров поступления тяжелых металлов из почвы в растения рекомендуются такие приемы, как применение навоза и извести, которые снижают подвижность этих металлов. На загрязненных ими почвах выращиваются культуры, не накапливающие эти соединения в товарной части урожая. На таких участках запрещается возделывать овощные культуры, прежде всего те из них, у которых в пищу используются листья, стебли, плоды и корнеплоды.

7. Заключение

Проведенные нами исследования позволяют заключить, что направленное регулирование круговорота веществ в агроценозах является непременным условием высокопродуктивного и устойчивого функционирования агроэкосистемы на почвах с низким естественным плодородием. Ключевое значение в этом отношении имеет обеспечение сбалансированного уровня корневого питания растений с учетом тесной взаимосвязи с трансформацией биофильных элементов во внутрипочвенном цикле их превращений.

Установлено, что основной формой минерального азота, образующейся при трансформации азотного удобрения в почве, являются нитраты. Их миграция с нисходящим (в теплое время года) и восходящим (при промерзании почвы) потоками влаги имеет настолько выраженный характер и в такой значительной степени воздействует на азотное питание растений, круговорот и баланс азота в агроценозе, что ограничиваясь данными о взаимодействии удобрения с почвой и корневой системой в пределах только пахотного слоя, нельзя получить объективной информации о сути и количественных параметрах изучаемых процессов и явлений.

Для устойчивого функционирования агроэкосистемы важно поддерживать бездефицитный баланс углерода и воспроизводство гумусного состояния почвы посредством органических удобрений. Их недостаток можно устранить за счет увеличения в структуре севооборота доли многолетних трав, в значительно больших размерах, нежели другие культуры, обогащающих почву растительными остатками. Существенным источником восполнения потерь гумуса является запахивание измельченной соломы зерновых злаков.

 

8. Литература

Авдеева Т.Н. Превращение  азотных удобрений и баланс азота в аллювиальных луговых почвах: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 1988. 19 с.

Авдонин Н.С., Аренс И.П., Степанова Л.И. Влияние удобрений на свойства дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1960. № 9. С. 24-25.

Азаров Б.Ф. Симбиотический азот в земледелии Центрально-Черноземной зоны Российской федерации: Автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. М., 1995. 59 с.

Алиева С.А. Агроэкологическая  оценка применения разных форм фосфорных  удобрений на серых лесных почвах Рязанской области: Автореф. дис. канд. биол. наук. М., 1996. 21 с.

Алифанов В.М., Лошакова Н.А. Водный режим серых лесных почв // Почвоведение. 1981. № 4. С. 58-70.

АникстД.М. О географии действия азотных удобрений в Зауралье и Сибири // Агрохимия. 1976. № 5. С. 43-50.

Арзыбов Н.А. Теоретические и практические основы повышения эффективности удобрения полевых культур на выщелоченных черноземах: Автореф. дис.... д-ра с.-х. наук. СПб.-Пушкин, 1995. 40 с.

Арнаутова НИ. Действие и последействие аммиачной селитры на картофель, кукурузу и ячмень на серой лесной почве // Сб. научн. работ Рязанского СХИ. Горький, 1969. Вып. 19. С. 80-87.

Арнаутова НМ. Влияние многолетнего внесения разных форм азотных удобрений на урожай культур в севообороте и свойства серой лесной почвы // Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов. М.: Колос, 1980. С. 126-140.

Базилевич С.Д. Процессы денитрификации в почве // Микробиология на службе сельскому хозяйству. М.: Наука, 1969.

Барбер С.А., Хамберт Р.П. Достижения в познании связей калия в почве и растении // Удобрения. М.: Колос, 1965. С. 249-292.

Башкин. В.Н. Агрогеохимия азота. Пущино, 1987. 270 с.

Берестецкий О.А., Васюк Л.Д. Азотфиксирующая активность ризосферы и на корнях небобовых растений // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1983. № 1. С. 44-50.

Блюм Б.Г. Баланс меченого изотопом ,5N нитратного, аммонийного  и амид­

ного азота удобрений в полевых севооборотах // Круговорот и баланс азота в

системе почва-удобрение-растение-вода. М.: Наука, 1979. С. 65-72.