1ºC Moldova
09:34 – 11 декабря 2019

Управление питанием растений в условиях стресса

Управление питательным режимом растений направлено на сбалансирование процессов использования сельскохозяйственными культурами питательных веществ во время их вегетации и обратного их поступления в почву с растительными остатками, органическими и минеральными удобрениями. Главной целью этой задачи является повышение урожайности и оптимизация качества сельхозпродукции по минимизации затрат на ее выращивание и воздействия на окружающую среду.

Поскольку рост урожая и процессы трансформации макро- и микроэлементов в почве и собственно баланс питательных веществ зависят от температурных условий и влажности, управление питательным режимом может стать одним из важных факторов адаптивной практики для минимизации экстремальных погодных явлений на сельскохозяйственное производство.

 
Управление питанием может включать ряд взаимосвязанных методов, внедрение которых должно зависеть от выбранной системы земледелия. К таким методам относятся: оптимальный подбор севооборотов, использование сидератов и покровных культур, минимизация обработки почвы, орошение, управление отходами и компостирование, совершенствование системы удобрения и оптимизация корневого питания растений, применения препаратов ростостимулирующего и стрессопротекторного действия. Управление питательным режимом - это сложный процесс, поэтому его планирование имеет важное значение для правильной интеграции в производство.

При экстремальных изменениях погодных условий улучшения корневого питания растений путем оптимального (с учетом нужной дозы, срока внесения и места локализации) внесения минеральных удобрений позволяет существенно расширить диапазон запасов почвенной влаги, доступной растениям, и благодаря этому увеличить водопотребление посевов в стрессовых для растений условиях, что обеспечивает их высокую производительность.

Оптимизация питания растений повышает осмотическое давление клеточного сока и степень гидратации коллоидов, увеличивает содержание коллоидно связанной воды в листьях и интенсивность ассимиляции пластических веществ. Положительное влияние удобрений на эффективность использования влаги уже достаточно давно подтверждено исследованиями ученых на разных континентах. Однако учащение проявления экстремальных погодно-климатических условий обусловило потребность в усовершенствовании технологии применения минеральных удобрений, а именно в оптимизации их видов и форм препаратов, а также способов внесения.

Основной идеей при разработке приемов, которые обеспечивают высокую эффективность удобрений, является питание ими растений, а не почвы. Свойство корневой системы лучше развиваться в этом слое почвы, где больше питательных веществ, усиливает ее рост и развитие, устойчивость к стрессам, особенно в местах размещения удобрений, обеспечивает формирование большей поглощающей поверхности корней и вносит изменения в распределение их массы в почве. Технология строчного (локального) внесения, несмотря на существенное уменьшение нормативов внесения удобрений, не снижает продуктивную функцию почвы. В то же время материально-энергетические расходы по локализации удобрений значительно меньше.

Высокая эффективность локальных способов внесения минеральных удобрений засвидетельствована во многих трудах ученых, и сегодня этот способ получил большее распространение по сравнению с внесением удобрений вразброс под вспашку. И все же, несмотря на это, по отношению к пространственному размещению (локализации) полос удобрений единого решения быть не может. Слишком мелкая их заделка стимулирует поверхностное размещение корневой системы растений, что будет иметь негативные последствия в случае наступления засушливых условий, особенно в первой половине вегетации культур.

Регулирование размещения питательных веществ на соответствующей глубине - вертикально или горизонтально - должно гарантировать, что корни растений будут поглощать достаточное их количество в течение всего вегетационного периода. Система размещения удобрений должна руководствоваться позиционной их доступностью корням растений и создавать так называемые зоны комфортности.Опыты с разноглубинным внесением жидких азотных удобрений под зерновые культуры в Баргузинский сухой степи обнаружили высокую эффективность водного аммиака, который вносили на глубину 20-22 см, по сравнению с внесением их на глубину 10-12 см. Повышение производительности зерна пшеницы и овса составило соответственно 0, 20 и 0,06 т/га. В другом опыте внесение полного минерального удобрения (N30P20K20, N60P40K40, N90P60K60) и посев семян на глубину 7 см были неэффективными: минимальная доза удобрений обеспечила величину урожая на уровне контроля, а с увеличением доз урожай снижался. В условиях относительно высокого содержания продуктивной влаги в слое почвы 0-50 см перед посевом (> 52 мм) эффективным было размещение удобрений на глубине 14 см, при меньших запасах влаги большая производительность получена в случае их внесения на глубину 21 см.

В технологии строчного (локального) внесения минеральных удобрений, кроме глубины их заделки, важным фактором создания «комфортных» зон являются еще и особенности горизонтального размещения удобрений относительно семян, что также оказывает существенное влияние на величину урожая сельскохозяйственных культур.

Во время припосевного (стартового) внесения удобрений фосфорные удобрения рекомендуют преимущественно размещать или непосредственно в посевном рядке вместе с семенами, или на расстоянии 2-3 см в сторону от него. Известным фактом является то, что запасов фосфора в семени недостаточно, и потребность молодых растений в этом элементе превышает потребность в азоте и калии в несколько раз. Получив повышенное количество стартового фосфора, молодые растения ускоренно формируют корневую систему, что способствует более полному усвоению элементов питания и влаги. Как следствие, средняя прибавка урожая озимых от стартового удобрения фосфором в дозе 10- 15 кг/га составляет 2,9 ц/га при урожайности на контроле — 22,6 ц/га.

Что касается азотных удобрений, то данные исследований свидетельствуют об обязательной необходимости во время посева отделять минеральные удобрения от семян. Причем смещение их только вертикально (ниже места заделки семян) недостаточно эффективно. При таком расположение удобрений прибавка урожая зерновых составляет не более 2,8 ц/га. Исследование Вожик Ю. и Насонова В. (2017) показали, что сочетание размещения удобрений вертикально и горизонтально от семян на 3 см в сторону от рядка и на 3-6 см вглубь от семян позволяет повысить урожайность зерновых по сравнению с поверхностным способом внесения на 3,7-3,8 ц/га, а за смещение «пищи» для будущих растений в сторону на 6 см - соответственно на 4,2–4,6 ц/га.

Опыт фермерских хозяйств Великобритании, Германии, Канады относительно ленточного (локального) способа внесения удобрений свидетельствует о целесообразности смещения ленты удобрений в сторону от посевного ряда на 6-7 см, а в некоторых случаях - даже на 12 см (в зависимости от технологических возможностей агрегата). Например, при использовании техники фирмы John Deere во время выращивания злаковых культур удобрения закладывают в каждое второе междурядье. При посеве с междурядьями 25,4 см расстояние между полосами основных удобрений составляет 50,8 см.

Собственные исследования, проведенные на опытном поле ГП «ОХ «Граковское»» ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского» (Харьковский р-н Харьковской области), целью которых было определение эффективности дифференцированного внесения минеральных удобрений на разную глубину, показали данные, которые практически не отличались с показателями предыдущих исследований. Под кукурузу на зерно вносили минеральные удобрения в виде аммиачной селитры различными способами, формируя полосы на глубине 3-5 и 15 см ниже места заделки семян. В частности, по данным исследований 2016 г., в условиях засухи во второй половине вегетации наибольшую урожайность зерна получили при глубоком расположении строчки удобрений (табл.). Опыт доказал также нецелесообразность распределения удобрений на две строчки.

Во время вегетации растений проводили наблюдения за динамикой содержания доступных форм элементов питания в верхнем 20-сантиметровом слое почвы в рядке растений кукурузы. Результаты наблюдений показывают, что при глубоком расположении полосы удобрений происходит наибольшее накопление нитратного азота в фазу активного роста растений (от всходов до образования восьми - десяти листьев), тогда как в период от цветения до молочно-восковой спелости при этом способе внесения удобрений отмечали наибольшее накопление в почве подвижного фосфора. При мелкого расположении полосы удобрений, наоборот, содержание подвижного калия в фазы всходов и цветения, а также содержание подвижного фосфора в фазы молочно-восковой и полной спелости культуры было достоверно ниже, чем при глубоком расположении удобрений.

Благодаря увеличению содержания доступных форм элементов питания в корнеобитаемом слое почвы при глубоком расположении удобрений коэффициенты использования элементов питания из удобрений увеличиваются до 58,9-73,3% для азота, 35,8-52,9 - для фосфора и 64,5-65 9% для калия по сравнению с 21,4%, 15,3 и 19,9% соответственно при мелком размещении полосы. Коэффициенты использования элементов питания кукурузой из удобрений при различных способах их внесения приведены в таблице.

Итак, проведенные исследования подтвердили целесообразность и обоснованность закладки одной локальной полосы удобрений на глубину 13-15 см ниже места размещения семян кукурузы в зоне с высокой вероятностью засух в период вегетации растений.

В то же время в экстремальных условиях роста растений, кроме оптимального позиционного расположения удобрений, важное значение приобретает оптимизация форм, видов и доз их внесения. Для отдельных неблагоприятных факторов исследована антистрессовая активность фитогормонов, микроэлементов и микроудобрений.

На сегодня установлено наличие общего механизма в проявлении реакций растений на различные типы стрессов. Универсальным неспецифическим ответом является развитие окислительного стресса усиления образования активных форм кислорода (АФК), что вызывает повреждения липидов мембран и накопление продукта их окисления маланового диальдегида. Известным фактом является то, что интенсификация перекисного окисления липидов и изменение в метаболизме растений лимитируются работой антиоксидантной системы, включающей биогенные элементы. Одним из таких важных биогенных элементов является кремний. Кремний принимает участие в синтезе специфических промежуточных антиоксидантных соединений, что способствует повышению устойчивости молекул хлорофилла и собственно его концентрации в растительных тканях. Положительное влияние кремния на рост и развитие растений заключается в повышении их устойчивости к биотическим (болезни, вредители) и абиотических стрессов (химический - дисбаланс питания, интоксикация тяжелыми металлами; солевой; физический - водный, температурный, радиационный, полегание) и улучшении фотосинтеза. Исследования и выводы ведущих мировых ученых, сделанные в течение последнего десятилетия, подтверждают именно это свойство кремния и выдвигают ее на первое место.Укрепление кремние-целлюлозной мембраны при использовании кремнийсодержащих удобрений является одним из важнейших механизмов повышения сопротивления растений нежелательному влиянию внешних неблагоприятных факторов: болезней, насекомых-вредителей, засухи, ветров и тому подобное. Кроме того, одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы культуры. Уже доказано, что при улучшении кремниевого питания кукурузы увеличивается количество вторичных и третичных корешков растений на 20–100%.

Мы провели лабораторные исследования по определению эффективности использования кремния в виде раствора силиката калия различной концентрации (с массовой долей диоксида кремния 21,3% и оксида калия - 8,3%) на прорастание семян ячменя ярового и кукурузы. Эффективность применения раствора силиката калия методом предпосевной обработки семян определяли по показателям всхожести, энергии, дружественности и скорости их прорастания.

Всхожесть и энергия прорастания - это главные показатели качества семян, которые непосредственно влияют на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, что особенно важно в современных условиях учащения повторяемости засух и других абиотических стрессов, связанных с изменением климатических условий. Всхожесть семян - это их возможность формировать нормально развитые проростки.

Исследования показали, что средний показатель всхожести и энергии прорастания семян ячменя и кукурузы на всех вариантах с обработкой семян раствором силиката калия был выше по сравнению с контрольным вариантом (рис. 1). Однако разницу при обработке 1,0%-ным раствором можно считать несущественной по контролю, то есть увеличение концентрации раствора силиката калия более 0,7% является неэффективным при предпосевной обработке семян.

Максимальный показатель всхожести и энергии прорастания для обеих культур, которые были на 10-15% выше для ячменя и на 12,5% - для кукурузы, по сравнению с контрольным вариантом, определен при обработке семян 0,75%-ным раствором силиката калия. Закономерность в смене дружности прорастания семян ячменя и кукурузы, в зависимости от обработки их раствором силиката калия в различных концентрациях, имела такой же характер, как и по показателям всхожести и энергии прорастания. То есть повышение концентрации раствора препарата до 1,0% приводит к снижению всех показателей прорастания семян.
Еще одним показателем влияния силиката калия на прорастание семян, который определяли в лабораторном опыте, является длина корешков. Известный факт, что дефицит кремниевого питания является также одним из факторов ослабления развития корневой системы растений. А поскольку последняя отвечает за поглощение растением и транспортировку элементов питания и влаги для обеспечения потребностей растительного организма во время вегетации, то нормальный рост и развитие подземной части растения чрезвычайно важным для дальнейшего формирования им урожая.

Длина корешков кукурузы на седьмые сутки проращивания семян в условиях обработки их раствором силиката калия колебалась от 8,7 до 9,75 см, для ячменя этот показатель был 4,2-5,25 см. По сравнению с контрольным вариантом, длина корешков соответственно была большей на 2,6% для кукурузы и на 9,4% - для ячменя ярового. Максимальный эффект достигнут на варианте с обработкой семян раствором силиката калия с концентрацией 0,75 % (рис. 2).

Таким образом, на основе полученных данных установлено высокое стимулирующее действие силиката калия на показатели прорастания семян ячменя ярового и кукурузы. Рекомендуемая концентрация раствора силиката калия при предпосевной обработке семян составляет 0,75%, поскольку именно раствор этой концентрации имел наиболее положительный эффект на исследуемые показатели всхожести, энергии, дружности прорастания семян и длину корешков ячменя и кукурузы.

Основной функцией кремния (кремнийсодержащих препаратов) в растении можно считать повышение его устойчивости к неблагоприятным условиям, выражающееся в утолщении эпидермальных тканей (механическая защита), ускорении роста и усиления корневой системы (физиологическая защита) и увеличении устойчивости к абиотическим стрессам (биохимическая защита).
Итак, кремнийсодержащие препараты типа силиката калия или другие имеют достаточно весомую антистрессовую активность в течение вегетации растений, поэтому могут стать ценной составляющей многокомпонентного полифункционального препарата, направленного на усиление адаптационных возможностей растения. Ведь в последние годы для повышения эффективности и расширения сферы влияния на развитие растения все чаще создают и применяют препараты, содержащие в качестве действующего вещества не одно, а целый комплекс химических веществ или биологических компонентов.

М. Мирошниченко, д-р биол. наук

Е. Гладких, канд. с.-х. наук

В. Смиченко, аспирант,

ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского»

 

Источник: Пропозиція
обратно к списку