Экологическая оценка различных способов применения иодида калия под зерновые культуры

Введение. Омская область, как и многие другие регионы России, является дефицитной по содержанию йода в почвах, растениях, следовательно, в кормах животных [1]. Одним из перспективных мероприятий по увеличению содержания йода в продуктах питания является агрохимический метод, т.е. обогащение растений, составляющих кормовую базу животных и человека, путем применения удобрений, содержащих йод [2]. Согласно литературным данным, обогащение растений – это наиболее оптимальный выход из сложившейся в мире ситуации из-за дефицита йода [3]. На сегодняшний день в ряде стран (России, Италии, Китае и др.) разработаны национальные программы и проекты по обогащению йодом зерновых культур, овощей и фруктов [4–9]. В то же время при разработке научно обоснованных методов применения йода должна быть дана экологическая оценка действия этого микроэлемента в системе «почва-растение».

Пределы содержания микроэлементов в живых организмах имеют узкую грань между токсичностью и необходимостью. При этом с целью оптимизации питания растений микроэлементами возникает необходимость определения оптимальных и критических концентраций микроудобрений.

Цель работы . Дать экологическую оценку различных способов применения иодида калия под зерновые культуры.

Задачи исследования : оценить влияние различных доз и способов применения иодида калия на начальные показатели роста и развития зерновых культур; установить влияние иодида калия на химический состав почвы и растений.

Методы исследования. Известно, что действие микроэлементов начинает проявляться на самых ранних стадиях развития растений. В связи с этим для оценки влияния йода на растительный организм нами проведены вегетационные опыты по определению воздействия различных концентраций данного микроэлемента на интенсивность начального роста семян зерновых культур.

Вегетационные опыты проводились по следующей схеме:

• 1.    Контроль.

• 2.    Предварительное намачивание семян (за 24 часа до посева) раствором иодида калия с концентрацией йода 0,005; 0,01 и 0,02 %.

• 3.    Опрыскивание растений раствором иодида калия с концентрацией 0,005; 0,01 и 0,02 %. Опрыскивание производилось через неделю после всходов.

• 4.    Основное внесение иодида калия в дозах йода 9, 12 и 15 кг/га [2].

Для проведения вегетационных опытов использовались семена ярового ячменя Омский 87 и ярового овса Иртыш 13. Опыты проводились на лугово-черноземной почве. Повторность опыта – шестикратная.

По окончании вегетационных опытов определяли биометрические показатели растений: биомассу, высоту растений и длину корней. В растительных образцах определяли содержа- ние сухого вещества, микроэлемента йода. Определение йода в почве и растениях производилось кинетическим роданидно-нитритным методом [10]. Полученные данные обрабатывали статистически.

Результаты исследования. Исследования показали, что применение йода в виде иодида калия способствовало увеличению биомассы растений овса. Установлена зависимость между концентрацией йода в растворе иодида калия и биомассой растений овса, как при предпосевной обработке, так и при некорневом внесении (рис. 1). В то же время данные способы применения йода не способствовали увеличению высоты растений и длины корня растений овса.

Рис. 1. Влияние йода на биомассу растений овса: а – при намачивании; б – опрыскивании (в среднем за 2013–2015 гг.)

Концентрация иодида калия, %

б – опрыскивание

Согласно данным, приведенным на рисунке 1, наибольшее увеличение массы растений овса при намачивании семян отмечалось при концентрации йода в растворе иодида калия, равной 0,01%, а при некорневом внесении – при меньшей концентрации – 0,005 %. При этом увеличение массы растений превышало уровень контроля соответственно на 41 и 16 % в среднем за годы исследования. С увеличением концентрации йода в растворе KI до 0,02 % масса растений овса снижалась, но оставалась выше контроля.

Следует отметить, что не установлено четкой зависимости между дозой вносимого в почву йода и показателями роста развития овса.

В опытах с ячменем наблюдалась другая тенденция. Установлена прямая зависимость между концентрацией йода в растворе при намачивании, дозами йода при основном внесении и биомассой растений (рис. 2). Максимальное увеличение биомассы растений отмечено при намачивании концентрацией 0,02 % и при внесении йода в дозе 15 кг/га (увеличение по сравнению с контролем соответственно 17,1 и 23%).

а – намачивание                            б – внесение в почву

Рис. 2. Влияние йода на биомассу растений ячменя: а – при намачивании;

б – внесении в почву (в среднем за 2013–2015 гг.)

На высоту растений ячменя наиболее положительное влияние оказало опрыскивание раствором с концентрацией йода 0,005 %, при этом данный показатель превышал уровень контроля на 22,8 %. Однако с повышением концентрации до 0,02 % высота растений ячменя снижалась на 23,5 % по сравнению с контролем. В результате исследования выявлено, что на длину корня наиболее значимое влияние оказало внесение йодсодержащих удобрений в почву (рис. 3, а, б).

Рис. 3. Влияние йода на показатели роста растений ячменя: а – при опрыскивании; б – внесении в почву (в среднем за 2013–2015 гг.)

Таким образом, влияние йодсодержащих соединений на показатели роста и развития растений ячменя и овса зависело от дозы, способа применения микроэлемента, а также от биологических особенностей культуры. При этом йод оказывал как положительное, так и отрицательное действие на изучаемые показатели.

Как считает В.К. Кашин [11], явления временного угнетения ростовых процессов под влиянием йода на начальных этапах онтогенеза растений связаны с увеличением содержания йода в прорастающих семенах и проростках и вызваны в связи с этим адаптационными перестройками метаболических процессов. В дальнейшем ходе роста, по мере связывания йода различными соединениями и в связи с потерями в результате улетучивания и разбавления его в увеличивающейся биомассе, характер реакции на йод изменяется и переходит в стимулирующую стадию.

Положительное действие йода можно объяснить, по мнению В.К. Кашина [11], усилением биосинтеза триптофана и трансаминированием его в индольные ауксины. Способность клеток растений к растяжению под действием йода усиливается, так как ауксины способствуют ослаблению связей между мицеллами целлюлозы в клеточной оболочке. Размеры листовой поверхности увеличиваются. По мнению П. Илие-ва [12], йод проявляет «секундерную» форму действия, когда в отличие от «стартовой» формы стимуляция физиологических процессов происходит не в начале, а на более поздних этапах развития.

Согласно представленным выше данным, между дозами применения йода и показателями роста и развития существует тесная взаимо- связь, следовательно, представляет особый интерес накопление йода в растениях овса и ячменя при различных способах применения микроэлемента [13, 14].

На основании имеющихся в литературе сведений В.К. Кашин пришел к выводу, что содержание йода в растениях является видовым признаком, но абсолютную величину его определяет экологический фактор [11].

Отдельные виды растений могут значительно различаться по содержанию йода, даже если они произрастают рядом на одной и той же почве. Это говорит о том, что различные виды обладают селективной способностью накопления, обусловленной генотипическими качествами растительного организма [11].

Исследования показали, что наиболее интенсивно накапливается йод при предпосевной обработке семян, как в опытах с овсом, так и в опытах с ячменем. При этом йод интенсивнее накапливается в растении овса. В то же время без обработки наибольшее содержание отмечается у ячменя (рис. 4, а, б). При максимальной концентрации йода в растворе KI при намачивании 0,02 % отмечается превышение йода в растении овса в 4,7 раза (56,6 мкг/кг), в растении ячменя – в 2,2 раза (33,4 мкг/кг).

а – овес

Рис. 4. Содержание йода при предпосевной обработке семян: а – в овсе; б – ячмене

б – ячмень

С целью прогноза содержания йода в зерновых культурах при предпосевной обработке раствором йодида калия, согласно уравнениям, представленным на рисунке 4, установлены ко- эффициенты интенсивности накопления микроэлемента – коэффициенты «b», которые составляют для овса – 1920,6, а для ячменя – 709,43.

При некорневом поступлении микроэлемента его накопление было не столь интенсивное. При максимальной концентрации йода в растворе при опрыскивании 0,02 % его содержание в растениях овса и ячменя составляло соответственно 46,6 и 31,9 мкг/кг.

Отмечалась прямая зависимость между дозами йода и ячменя:

и его содержанием в растениях овса личивается прямо пропорционально

Рис. 5. Зависимость содержания йода в почве от дозы внесения

Необходимо отметить, что не установлена тесная прямая зависимость между дозой содержания йода в почве и его накоплением в растениях овса и ячменя. При этом максимальное содержание йода отмечалось в растении ячменя при дозе 15 кг/га (42 мкг/кг) и превышало уровень контроля в 3,5 раза. Содержание йода в ячмене в опытах с основным внесением отличалось от уровня контроля несущественно. С позиции экологической безопасности в условиях эксперимента применение йода в качестве микроудобрения не способствует его накоплению в растениях в дозах, опасных для животных и человека [13].

Выводы. По данным, полученным в результате проведения вегетационных опытов, можно судить о том, что различные культуры по-разному отзываются на одни и те же дозы и способы внесения иодида калия. Оптимальным способом обогащения овса и ячменя является предварительное намачивание семян концентрацией 0,01 % и опрыскиванием той же концентрацией.

y = 1434,9x + 23,82, R2 = 0,56;      (1)

y = 795x + 16,75, R2 = 0,97,       (2)

где у – содержание йода в растении, мкг/кг; х – концентрация йода в растворе при опрыскивании, %.

Установлено, что при увеличении дозы йода, содержание этого микроэлемента в почве уве-дозе вно-