Никель и качество урожая кормовых культур

Никель является одним из элементов, которому в последнее время уделяется большое внимание исследователей. Биохимическая роль металла зависит от его концентрации в среде обитания: при дефиците содержания для живых организмов его рассматривают как микроэлемент, при избытке – как тяжелый металл.

Несмотря на то, что необходимость в никеле растений до настоящего времени считается недоказанной, в установленном диапазоне низких концентраций он стимулирует определенные физиологические процессы. В микродозах положительно влияет на рост и ферментативную активность растений, а также необходим для нормальной жизнедеятельности организма животных [1–3]. При нефитотоксичных уровнях, согласно экспериментальным данным ряда авторов, никель способен увеличивать урожай многих культур. Его дефицит в почве вызывает специфические заболевания растений, снижает урожай, ухудшает его качество [4–7].

Механизм токсичного действия никеля изучен пока недостаточно. При его избытке снижается абсорбция питательных веществ, тормозится рост растений и нарушается метаболизм. Повышение концентрации элемента в листьях резко сокращает содержание хлорофилла, подавляя процесс фотосинтеза.

Объекты и методы

Исследовали влияние никеля на качество урожая кормовых культур на опытном поле Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина и в лаборатории диагностики питания растений кафедры агрохимии. Закладку опытов с микроудобрениями, учет, наблюдения и отбор растительных и почвенных образцов проводили по общепринятым методикам [8]. Определяли сухое вещество в целых растениях весовым методом в трехкратной повторности. Общее содержание азота в сухих образцах устанавливали, пользуясь стандартными методами (по Кьельдалю).

Объектами исследований являлись суданская трава, рапс яровой, никель.

Результаты исследований

Никель и биосинтез сухого вещества.

Растения накапливают сухие вещества за счет углекислоты из воздуха, воды и минеральных солей из почвы. При изучении состава сухих веществ многих сельскохозяйственных культур установлено: в среднем углерода в них – 45%, кислорода – 42% и водорода – 7%, а остальных элементов, входящих в состав растения – лишь 6%. Оказалось, что интенсивность накопления сухих веществ и высота урожая в большинстве случаев зависят от обеспеченности растений этими и остальными элементами, которые они поглощают из почвы [9].

Количество заготовленных кормов должно отражаться только через сухое вещество и концентрацию в сухом веществе обменной энергии и сырого протеина, от которых зависит эффект кормления [10]. Поэтому особый интерес представляет определение содержания сухого вещества в растении как одного из важнейших показателей качества растениеводческой продукции.

Урожайность сухого вещества рапса при внесении различных дозировок никеля представлена на рисунке. Наибольший выход сухого вещества отмечен при применении никеля в дозе 3,6 кг/га (выше уровня контроля соответственно на 21,0 и 19,7%).

Зависимость урожайности сухого вещества надземной массы рапса ярового от доз внесения в почву никеля

Согласно данным рисунка между дозами микроэлементов и выходом сухого вещества рапса с 1 гектара существует квадратичная зависимость. До определенной дозировки микроэлемент стимулирует биосинтез сухого вещества, с превышением оптимальной дозы – угнетает. Уравнение 1 позволяет прогнозировать урожайность сухого вещества рапса в случае поступления Ni в почву.

y = – 0,005x2 + 0,06x + 3,99 (1) η = 0,69

Установленные зависимости влияния никеля на биосинтез сухого вещества, характеризующиеся высокой степенью связи, позволили в зоне оптимальных дозировок определить нормативный показатель – коэффициент интенсивности действия (« b ») единицы внесенного Ni на урожайность сухого вещества, равный 0,75.

Разработанные нормативные характеристики связи в системе «удобрения – урожай» позволяют прогнозировать биосинтез сухого вещества в растениях и выход урожая с единицы площади в зависимости от доз никеля.

Исследования, проведенные в течение четырех лет, показали зависимость содержания сухого вещества суданской травы от периода вегетации, метеорологических условий года, а также от изменения условий питания растений благодаря внесению в почву различных доз никеля (табл. 1).

Таблица 1

Содержание сухого вещества в растениях суданской травы в зависимости от фазы развития и применяемых доз никеля (средние данные за годы исследования)

Вариант	Фаза развития			Уборка
	Кущение	Колошение	Цветение
0 (контроль)	17,4	25,0	19,5	33,7
Ni 4	17,0 / –2,3	25,8 / +3,2	20,4 / +4,6	32,8 / –2,7
Ni 8	17,5 / +0,6	25,4 / +1,6	23,4 / +20,0	36,6 / +8,6
Ni 10	16,2 / –6,9	22,1 / –11,6	22,8 / +16,9	34,6 / +2,7
Ni 12	17,3 / –0,6	21,6 / –13,6	21,8 / +11,8	34,9 / +3,6

Примечание . В числителе – содержание сухого вещества (%), в знаменателе – изменения по сравнению с контролем (%).

На основании данных (табл. 1) можно сделать вывод: внесение никеля в почву в дозе 8 кг/га оказывает положительное влияние на биохимический процесс образования сухого вещества в растениях суданской травы, улучшая качество кормовой культуры.

Никель и биосинтез белка .

Основной показатель питательной ценности кормовых трав – содержание белка и пере-варимого протеина. Связано это с тем, что биологические функции белков крайне разнообразны. Они выполняют каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), структурные (коллаген, фиброин), двигательные (миозин), транспортные (гемоглобин, миоглобин), защитные (иммуноглобулины, интерферон), запасные (казеин, альбумин, глиадин, зеин) и другие функции. Среди белков встречаются антибиотики и вещества, оказывающие токсическое действие. Белки составляют основу биомембран – важнейшей составной части клетки и ее компонентов [11]. В работе [12] указывается, что повышение продуктивности животноводства нередко сдерживается не столько недостатком кормов, сколько дефицитом белка, незаменимых кислот и витаминов. Потребность животных в кормовом белке до 95% обеспечивают растительные корма.

Влияние микроэлементов – металлов на биосинтез белковых соединений в условиях Западной Сибири изучено мало. Однако в регионах с довольно развитым сельскохозяйственным производством, с одной стороны, и возрастающим техногенным воздействием на агроландшафты, с другой, такие исследования необходимы.

Рассчитанные математические зависимости, полученные при обобщении многолетних исследований рапса ярового, позволят осуществить с разной степенью вероятности прогноз содержания протеина (у) в зависимости от дозы антропогенного поступления никеля (х) (табл. 2, уравнения (2)–(4)).

Таблица 2

Математические модели содержания протеина в рапсе в зависимости от применения микроэлементов

Показатель	Уравнения регрессии и коэффициенты корреляции (η)
Сырой протеин	y = –0,03x2 + 0,42x + 19,74	(2)	0,56
Белок	y = –0,03x2 + 0,4x + 18,35	(3)	0,56
Переваримый протеин	y = –0,024x2 + 0,31x + 14,81	(4)	0,56

В целом, судя по опыту, микроэлемент никель оказал стимулирующее влияние на биосинтез протеина, что объясняется синергизмом азота с Ni при поступлении в организм [13]. По результатам исследований установлено, что существует полиномиальная зависимость между содержанием микроэлементов и азота в зеленой массе рапса. Аналогичная взаимосвязь установлена между дозами микроэлементов и содержанием азотистых соединений (сырого, переваримого протеина и белка). Математические модели положительной связи этих показателей наблюдаются до определенной дозировки элемента: Ni в дозе 3,6 кг/га.

Наибольшей питательной ценностью (по количеству кормовых единиц) обладают корма, выращенные с внесением в почву никеля в дозе 3,6 кг/га.

В диапазоне оптимальных дозировок получены коэффициенты « b » интенсивности действия микроэлементов на содержание протеина и кормовых единиц в растениях, что позволяет нормировать и прогнозировать качество корма при поступлении микроэлементов в растения (табл. 3).

Данные табл. 3 показывают, на сколько увеличиваются содержание протеина и питательная ценность в кормовых культурах при внесении в почву 1 кг/га Ni.

Таблица 3

Коэффициенты интенсивности («b») действия микроэлементов на содержание протеина и кормовых единиц в растениях

Показатель	Коэффициент «b»
Сырой протеин, %	1,18
Белок, %	1,16
Переваримый протеин, %	1,11
Питательная ценность, т.к.ед/га	0,61

Содержание белка, сырого и переваримого протеина в суданской траве представлено в табл. 4. В результатах исследований зафиксировано: с увеличением поступления никеля в почву до 10 кг/га происходит повышение содержание в них белка, протеина и общего азота. В среднем за четыре года исследований в варианте Ni10 содержание белка в растениях увеличилось на 25% по отношению к контрольным растениям. Дальнейшее увеличение содержания никеля в почве до Ni12 резко снизило данные показатели в растениях (70,1% к контролю).

Рост биосинтеза белка и сырого протеина при внесении в почву солей никеля можно объяснить стимулирующим влиянием Ni на накопление нитратного азота в почве и как следствие увеличением обеспеченности растений азотом.

Таблица 4

Влияние никеля на биосинтез белка растений суданской травы (средние данные за годы исследования)

Вариант	Содержание, % сухой массы		Содержание в 1 кг зеленой массы, г		Переваримый протеин, г
	Белок	Сырой протеин	Белок	Перевар. протеин	на 1 корм. ед.	на 1 МДж ОЭ
0 (контроль)	10,62	11,42	35,86	28,93	111,3	9,27
Ni 4	12,08	12,99	39,38	31,76	132,3	10,73
Ni 8	12,85	13,81	45,00	36,29	129,6	10,80
Ni 10	13,28	14,28	44,98	36,27	139,5	11,66
Ni 12	7,44	8,00	25,46	20,53	76,0	6,42

Известно, что для удовлетворения потребности животных в белках рационы должны содержать в расчете на 1 кормовую единицу не менее 105–110 г переваримого протеина [14]. В наших исследованиях на одну кормовую единицу приходилось переваримого протеина (на контроле) 111,3 г. Максимально увеличивает содержание протеина на 1 кормовую единицу внесение никеля в дозе Ni 10 (139,5 г), дальнейшее увеличение дозы никеля до 12 кг/га приводит к отрицательному результату.

Заключение

Качество урожая любой сельскохозяйственной культуры характеризуется, прежде всего, содержанием главных компонентов, присущих данному виду. Наши исследования показали, что наряду с такими важными факторами, как условия произрастания, сорт, фаза развития, при которой произведена уборка, способ уборки, условия хранения и т.д., состав и питательность растений во многом зависят от содержания в почве и поступления химических элементов, в частности никеля.