Московский экономический журнал 2/2017

image_pdfimage_print

УДК 631.4 + 631.8+633.15

Bezymyannyj-12

Бирюкова Ольга Александровна,

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов,

Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону,

Божков Дмитрий Васильевич,

аспирант кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов,

Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону

Овсянникова Жанна Александровна,

магистр кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов,

Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону

Носов Владимир Владимирович,

кандидат биологических наук,

региональный директор по Югу и Востоку России,

Международный институт питания растений, г. Москва

Biryukova O.A.    olga_alexan@mail.ru.

Bozhkov D.V.    bozhkov-dmitrii@mail.ru

Ovsyannikova Z.A.  chepko-zhanna@yandex.ru

Nosov V.V.    vnosov@ipni.net.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПИТАНИЯ КУКУРУЗЫ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ECOLOGICAL ESTIMATION OF MAIZE PLANTS NUTRITION ON ORDINARY CHERNOZEM OF ROSTOV REGION

Аннотация

Исследования, проведенные на черноземе обыкновенном, показали, что в лучшем варианте опыта (N100P80К60 и обработка семян цинком) растения кукурузы были достаточно обеспечены макро- и микроэлементами для получения высокого и качественного урожая. Применение минеральных удобрений повышало содержание как макро-, так и микроэлементов в зерне кукурузы. При этом не наблюдалось превышения гигиенических нормативов качества и безопасности зерна. Таким образом, рациональное применение минеральных удобрений позволяет получать экологически безопасную продукцию.

Summary

Research conducted on ordinary chernozem have shown that in the best experimental treatment (N100P80K60 and seeds coating with zinc) maize plants were sufficiently provided with macro — and micronutrients to produce high and quality yield. The use of mineral fertilizers increased both the content of macro- and micronutrients in maize grain. At the same time the exceeding of hygienic standards for quality and safety of grain wasn’t observed. Thus, a rational use of mineral fertilizers allows to obtain an ecologically safe production.

Ключевые слова: минеральное питание, плодородие черноземов, элементный состав кукурузы, система применения удобрений, тяжелые металлы

Keywords: mineral nutrition, fertility of chernozems, elemental composition of maize, fertilizer application system, heavy metals

Введение

Элементный химический состав растений – один из показателей качества продукции растениеводства, и, соответственно, эффективности технологий выращивания сельскохозяйственных культур. В настоящее время назрела необходимость в разработке методов многоэлементной диагностики, позволяющих оценить не только потребность растений в отдельных элементах, но и экологическую безопасность получаемой продукции (Бирюкова, 2011). Методы многоэлементной диагностики питания растений существенно расширяют возможности сравнительной характеристики разных видов и сортов сельскохозяйственных культур по отношению к почвенным условиям, удобрениям и другим факторам, так как появляется возможность учитывать уровень обеспеченности растений питательными элементами и экологическое качество растительной продукции (Климашевский, 1991).

Методология проведения исследования

Полевые опыты были проведены в 2011-2013 гг. в Целинском районе Ростовской области, территория которого по природно-экономическому делению входит в южную зону обыкновенных черноземов. Подробное описание условий проведения однолетних полевых опытов было опубликовано ранее (Носов и др., 2014).

Определение содержания N, P и K в зерне кукурузы проведено после мокрого озоления. Содержание азота в минерализате определяли по ГОСТ13496.4-93, фосфора – по ГОСТ 26657-97. Определение содержания калия проводили на пламенном фотометре ФПА-2. Количество микроэлементов определяли в солянокислом растворе сухой золы атомно-абсорбционным методом (Методические указания по определению тяжелых металлов …, 1992).

Результаты и обсуждение

Элементный состав растений кукурузы во многом зависит от почвенно-климатических условий выращивания, сортовых особенностей, а также от технологий возделывания, доз вносимых удобрений и организации севооборотов. В среднем за годы исследований содержание азота в зерне кукурузы варьировало от 1,30 до 2,17%, фосфора – от 0,19 до 0,53%, калия – от 0,29 до 0,61% (табл. 1).

Таблица 1. Содержание макроэлементов в зерне кукурузы (в расчете на элемент), %

Screenshot_1

Примечание: удобрения вносились под предпосевную культивацию; в вариантах 3-6 проводилась обработка семян цинком.

Установлено, что с увеличением доз удобрений содержание N, P и K в зерне кукурузы, как правило, повышается. Внесение наибольших доз удобрений в опытах (N100P80K60) повышало содержание макроэлементов в зерне до максимальных значений во все годы исследований. Содержание N, P и K во всех вариантах опыта снизилось в 2013 г. по сравнению с 2011 и 2012 годами. Это объясняется острой продолжительной засухой, наблюдавшейся в критические периоды развития кукурузы в 2013 г.

Наибольшая эффективность азотных, фосфорных и калийных удобрений выявлена при их совместном внесении. Таким образом, в варианте опыта со сбалансированным применением минеральных удобрений растения кукурузы были оптимально обеспечены макроэлементами для получения высокой урожайности зерна.

Аналогичные закономерности выявлены и для накопления биомикроэлементов – Zn и Cu в зерне в результате применения минеральных удобрений (рис. 1-2).

Screenshot_2

Рис. 1. Содержание цинка в зерне кукурузы

Screenshot_3

Рис. 2. Содержание меди в зерне кукурузы

В среднем за годы исследований внесение N100P80K60 при обработке семян цинком привело к повышению содержания цинка в зерне на 12,8 мг/кг, а меди – на 1,5 мг/кг по сравнению с контрольным вариантом опыта. Однако превышение гигиенических нормативов не отмечено ни в одном из вариантов опыта. Данные нормативы для меди составляют 10 мг/кг, а для цинка – 50 мг/кг (Временный максимально-допустимый уровень химических элементов …, 1987; Гигиенические нормативы …, 1996).

Полученные трехлетние данные соответствуют среднему содержанию Cu и Zn в зерне кукурузы, наблюдавшемуся в ряде исследований. В работе Б.А. Ягодина с соавт. (1989) содержание цинка в зерне кукурузы составило 28,3 мг/кг (коэффициент вариации при этом достигал 60%), а меди – 2,21 мг/кг (коэффициент вариации – 37%). В исследованиях, проведенных на черноземе обыкновенном карбонатном (Лукашов, 2006), содержание цинка в зерне различных сортов и гибридов кукурузы варьировало от 14 до 27 мг/кг, а меди – от 2 до 4 мг/кг.

По данным ряда исследователей (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989; Williams и David, 1977), при использовании минеральных удобрений в почву вносится от 7 до 225 мг Pb и от 0,3 до 179 мг Cd на 1 кг воздушно-сухой массы почвы. Высокое поступление данных элементов в почву может приводить к повышению их содержания в растениях. Данные аспекты должны приниматься во внимание для получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции.

Согласно полученным результатам, внесение удобрений в 2011 и 2012 гг. не способствовало накоплению свинца в зерне кукурузы. Его содержание в зерне по вариантам опыта было на уровне контроля и даже ниже. Однако в 2013 г. было выявлено некоторое увеличение содержания свинца в зерне кукурузы при применении минеральных удобрений (рис. 3). 

Screenshot_6

Рис. 3. Содержание свинца в зерне кукурузы

Физиологически нормальной для растений считается концентрация свинца от 0,1 до 5,0 мг/кг сухого вещества (Beker и Chesnm, 1975), критической – 10 мг/кг (Тарабрин, 1980). Предельно допустимая концентрация свинца в зерновых культурах в США, Англии и Франции – 1,5-2,0 мг/кг, а в большинстве стран – 0,3-0,5 мг/кг (Таланов, 1991). Согласно нормативным документам, принятым в нашей стране, концентрация свинца в продукции растениеводства не должна превышать 0,5 мг/кг при ее использовании для пищевых целей и 5,0 мг/кг – на корм. Таким образом, отмеченное в опытах небольшое накопление свинца в зерне кукурузы не превышает самые строгие нормативы.

В отличие от свинца, при применении минеральных удобрений во все годы исследований существенно возрастало содержание кадмия в зерне кукурузы (рис. 4).

Screenshot_7

Рис. 4. Содержание кадмия в зерне кукурузы

При исключении фосфорсодержащего удобрения (вариант N100К60) наблюдалось очень слабое накопление кадмия в зерне кукрузы в 2-х из 3-х сезонов. По сводным данным (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989), «нормальное» содержание кадмия в надземной части растений составляет 0,05-0,6 мг/кг сухого вещества, токсичное – 1,0-70 мг/кг сухого вещества. Экспериментальные данные за 2011-2013 гг. соответствуют среднему содержанию кадмия в зерне кукурузы при применении минеральных удобрений, по данным других исследований, проведенных в РФ. Как видно из рис. 4., содержание кадмия в зерне не превышают допустимый уровень – 0,1-0,3 мг/кг по имеющимся нормативам. Согласно исследованиям Протасовой Н.А. и Горбуновой Н.С. (2010), концентрация кадмия в растениях изменяется от 0,18 до 0,28 мг/кг. Следует отметить, что по фитотоксичности кадмий занимает первое место среди таких элементов, как Cu, Zn и Pb (Овчаренко и др., 1997).

Анализируя полученные данные по содержанию Cu, Zn, Cd и Pb в зерне кукурузы, можно сделать вывод о том, что отклонений от гигиенических нормативов качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов отмечено не было. Следует отметить избирательность поглощения растениями элементов из почвы и функционирование защитных механизмов, препятствующих проникновению тяжелых металлов в органы растений (Ильин, 1991). Физико-химические свойства почвы также оказывают большое влияние на поступление тяжелых металлов в растения. Подвижность Cu, Pb и Zn в почвах Ростовской области обусловлена преимущественно соединениями этих металлов, удерживаемых карбонатами (4-9% от общего содержания и 53-88% от группы непрочно связанных соединений). Из рассматриваемых тяжелых металлов для цинка характерно самое высокое сродство к карбонатам. Доля специфически сорбированных карбонатами форм цинка в группе непрочно связанных соединений на фоновых почвах составляет 88% (Минкина, 2008).

Содержание элементов в зерне кукурузы можно представить следующими рядами: N>K>P; Zn>Cu>Pb>Cd. Среди макроэлементов наибольшее содержание характерно для азота, среди микроэлементов – для цинка.

В заключении cледует отметить, что при сбалансированном применении минеральных удобрений растения кукурузы были достаточно обеспечены макро- и микроэлементами для получения высокого и качественного урожая. Оптимальная доза удобрений – N100P80К60 до посева с обработкой семян Zn. Применение минеральных удобрений повышало содержание как макро, так и микроэлементов в зерне кукурузы. Однако превышений гигиенических нормативов качества и безопасности пищевого сырья и продуктов не выявлено. Следовательно, при рациональном применении минеральных удобрений на черноземах обыкновенных получается экологически чистая сельскохозяйственная продукция.

Литература

  1. Бирюкова О.А. 2011. Интегрированная диагностика плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона. Дис. д.с.-х.н. Ростов-на-Дону. 344 с.
  2. Климашевский Э.Л. 1991. Генетический аспект минерального питания растений. М.: Агропромиздат. С. 135-146.
  3. Носов В.В., Бирюкова О.А., Купров А.В. и Божков Д.В. 2014. Питание растений. Вестник Международного института питания растений, 1: 5-8.
  4. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. 1992. М.: ЦИНАО. 61 с.
  5. Временный максимально-допустимый уровень химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных, мг/кг. №123 – 41 281 – 87 от 15.07.1987 г.
  6. Гигиенические нормативы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2. 560 – 96.
  7. Ягодин Б.А., Торшин С.П., Кукурин Н.Л. и Савидов Н.А. 1989. Агрохимия, 3: 125-133.
  8. Лукашов А.Г. 2006. Применение системы ИСОД в сортоиспытании кукурузы. В кн.: Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации. Материалы международной научной конференции. Ростов-на-Дону. С. 324-329.
  9. Кабата-Пендиас А. и Пендиас Х. 1989. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. М.: Мир. 439 с.
  10. Williams C., David D. 1977. Austral. Soil Res., 15 (1): 59-64.
  11. Beker D.E., Chesnm L. 1975. Advances in Agronomy, 27: 306-366.
  12. Тарабрин В.П. 1980. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами. В кн.: Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наукова думка. С. 17.
  13. Таланов Г.А. 1991. Санитария кормов: Справочник. №4. М.: Агропроиздат. С.76-83.
  14. Протасова Н.А. и Горбунова Н.С. 2010. Агрохимия, 7: 52-61.
  15. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Вендило Г.Г., Аканова Н.И. и др. 1997. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. М. 290 с.
  16. Ильин В.Б. 1991. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука. 150 с.
  17. Минкина Т.М. 2008. Соединения тяжелых металлов в почвах Нижнего Дона, их трансформация под влиянием природных и антропогенных факторов: Автореф. дис. д.б.н. Ростов-на-Дону. 49 с.