О содержании стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в конкретных природных условиях

Автор: Иванов Анатолий Федорович, Ермохин Юрий Иванович

Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau

Статья в выпуске: 1 (13), 2014 года.

Бесплатный доступ

Основной задачей почвенно-растительной диагностики является прогнозирование отзывчивости культур на удобрения на конкретных типах почв. Известно, что урожайность культур на той или иной почве возрастает не беспредельно, а только в зависимости от биологии культуры и определенного уровня содержания питательных веществ в почве и растениях. Часто наблюдается, что при повышении концентрации химических элементов в почвенном растворе происходит прекращение роста урожая или даже его снижение.

Картофель, стронций, овощные культуры, кормовые растения, химические элементы

Короткий адрес: https://sciup.org/142198949

IDR: 142198949

Текст научной статьи О содержании стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в конкретных природных условиях

Важным показателем высокого плодородия почв является наличие достаточного запаса необходимых растениям элементов, которые находятся в доступной для сельскохозяйственных культур форме [6].

В связи с вышесказанным нужно решить главную проблему – проблему нормирования содержания химических элементов в почве и растениях с учетом конкретных величин формирования урожая в конкретных природных условиях, что позволит управлять процессом развития растений, качеством формирующейся продукции и эффективным плодородием.

Для этого с помощью математических методов устанавливалась взаимосвязь между содержанием доступных элементов питания в почве и урожайностью различных культур и сортов. Это позволяет объективно оценивать экспериментальные данные и определять в конкретном случае условия питания растений.

В нашу задачу входило изучить накопление и распределение кальция и стронция в сельскохозяйственных растениях в конкретной природной ситуации.

Исследования показали, что содержание стронция в кормовых культурах в период уборки составляло в опытах 10,1–80,5 мг/кг, в овощных культурах и картофеле – 0,1– 115,4 мг/кг (табл. 1). Ряды поглощения подчинялись следующим закономерностям: брюква (корнеплод) ≥ сахарное сорго ≥ суданская трава ≥ редька (корнеплод) ≥ столовая свекла (корнеплод) > редис (корнеплод) > лук (луковица) > кукуруза > картофель (клубни).

Установлено, что в клубнях картофеля содержание стронция низкое (2,7 мг/кг), как и кальция (1,4%, табл. 2).

Выявлено, что содержание стронция по отношению к кальцию изменяется при переходе этих элементов из почвы в растение, а затем в организм животного и человека. Для оценки экологической напряженности в конкретной ситуации используют отношение Ca/Sr. Считается, что Ca/Sr > 100 для растений является нормальным. Значения меньше 100 являются сигналом о нарушении биогеохимического цикла [4; 8].

При продвижении кальция и стронция по пищевым цепям отношение кальция к стронцию изменяется благодаря дискриминации одного из катионов. Это может происходить из-за того, что почва с разной силой сорбирует кальций и стронций и один из элементов становится менее доступным растениям. Кроме того, корневые системы избирательно поглощают элементы при передвижении в надземные органы растений [5].

Наибольшей концентрацией стронция в фазу уборки отличаются растения брюквы и лука (листья). Но с экологической точки зрения важным является качественный показатель (а не количественный) – отношение Ca/Sr в растении. По величине этого отношения в растениях в фазу уборочной спелости культуры располагаются следующим образом:

картофель (клубни) > лук (листья) > кукуруза > лук (луковица) > сахарное сорго > редис (корнеплод) > суданская трава > редька (корнеплод) > брюква (корнеплод) > столовая свекла (корнеплод).

Таблица 1

Содержание стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеля, возделываемых на черноземах (средние многолетние данные)

Культура	Фаза развития	Орган	Sr, мг/кг
Кукуруза	5–6 листьев	Растение	42,6–62,7
	7–8 листьев	Растение	16,4–29,6
	Уборка	Растение	10,1–21,9
Сахарное сорго	Кущение	4–5-й лист	8,6–55,7
	Выход в трубку	3–4-й лист	7,9–47,8
	Выметывание метелки	3–4-й лист	44,8–52,3
	Выметывание метелки	Растение	8,3–84,5
Суданская трава	4–5 листьев	3–4-й лист	25,9–41,6
	Выход в трубку	3–4-й лист	7,7–60,7
	Выметывание метелки	Растение	12,2–56,7
Брюква	6–8 листьев	Внешний лист	174–227
	8–10 листьев	Внешний лист	178–273
	Утолщения	Внешний лист	201–304
	Уборка	Ботва	151–291
	Уборка	Корнеплод	37,2–80,2
Столовая свекла	8–10 листьев	Внешний лист	99–125
	Уборка	Ботва	29,6–79,9
	Уборка	Корнеплод	35,3–49,0
Редька	8 листьев	Внешний лист	133–150
	Уборка	Ботва	115–130
	Уборка	Корнеплод	32,5–52,3
Редис	Уборка	Корнеплод	30,0–31,7
Лук	4–5 листьев	Листья	37,0–53,9
	5–6 листьев	Листья	24,9–46,3
	6–8 листьев	Листья	29,6–87,2
	Уборка	Листья	29,0–115
	Уборка	Луковица	10,9–33,9
Картофель	Цветение	Листья	45,8–80,4
	Уборка	Ботва	69,5–83,2
	Уборка	Клубни	1,6–4,2

Нетрудно заметить, что наименьшие отношения имеют корнеплоды столовой свеклы, брюквы и редьки. У них значения Ca/Sr имеют величину меньше 100, что, по мнению ряда исследователей [4; 8], является сигналом о нарушении биогеохимического цикла. Но так как эти культуры выращивались на почвах с естественным содержанием стронция и кальция, вероятно низкое отношение Ca/Sr является нормальным для корнеплодов изученных культур, выращенных на черноземах Западной Сибири. Данную особенность необходимо использовать при оценке экологической и агрохимической ситуации в агроценозах.

Информация по накоплению стронция в почве и в растениях дает возможность рассчитывать КД стронция по отношению к кальцию при переходе из почвы в растения. По величине КД в растениях в фазу уборочной спелости исследуемые культуры располагаются в следующей последовательности:

Нетрудно заметить, что данный ряд аналогичен предыдущему – по величине отношения Ca/Sr в растении. Это указывает на то, что содержание и соотношение кальция и стронция в растениях является следствием способности растительного организма дискриминировать кальций по отношению к стронцию.

Таблица 2

Содержание Са (г) и Sr (мг) в 1 кг сухого вещества растений кормовых, овощных культур и картофеля (средние данные за годы исследования)

Фаза, орган \	Са \	Sr \	Ca/Sr	КД
Кукуруза
5–6 листьев, растение	10,9	52,0	210	1,09
7–8 листьев, растение	12,1	22,3	543	2,83
Уборка, растение	4,6	17,0	271	1,41
Сахарное сорго
Кущение, 4–5-й лист	ПД	32,3	344	1,79
Выход в трубку, 3–4-й лист	9,5	26,4	360	1,88
Выметывание метелки: 3–4-й лист	5,0	49,2	102	0,53
растение	7,5	46,0	163	0,88
Суданская трава
4–5 листьев, 3–4-й лист	8,9	34,6	257	1,34
Выход в трубку, 3–4-й лист	7,3	39,7	184	0,96
Выметывание метелки, растение	4,9	43,9	112	0,58
Брюква
6–8 листьев, внешний лист	25,5	208	123	0,64
8–10 листьев, внешний лист	27,1	223	122	0,64
Утолщения, внешний лист	30,9	249	124	0,65
Уборка: ботва	22,1	202	109	0,57
корнеплод	3,6	56,1	64	0,36
Столовая свекла
8–10 листьев, внешний лист	16,7	111	150	0,78
Уборка: ботва	6,8	53,9	126	0,66
корнеплод	1,8	40,8	44	0,23
Редька
8 листьев, внешний лист	21,7	139	156	0,81
Уборка: ботва	14,6	122	120	0,63
корнеплод	3,8	42,4	90	0,47
Редис
Уборка, корнеплод \	4,7 \	30,9	152 \	0,79
Лук репчатый
4–5 листьев, листья	14,5	45,6	318	1,66
5–6 листьев, листья	19,8	33,8	585	3,05
6–8 листьев, листья	20,2	65,7	307	1,60
Уборка: листья	23,7	84,3	281	1,46
луковица	5,2	22,0	236	1,23
Картофель
Цветение, листья	22,2	58,1	382	2,00
Уборка: ботва	20,9	77,5	270	1,41
клубни	1,4	2,7	18	2,70

Максимальная способность дискриминировать кальций по отношению к стронцию (КД < 1) в системе «почва – растение» наблюдается у целых растений (брюква, столовая свекла, редька, редис) во все фазы развития. Наименьшая способность к дискриминации кальция – у кукурузы и картофеля (КД в течение вегетации составляет 1,09–2,83).

Также можно отметить, что в течение роста и развития растений дискриминация кальция по отношению к стронцию возрастает (КД уменьшается). Вероятно, это наблюдается в связи с тем, что часть минерального кальция из растения может теряться к концу вегетации (в сравнении со стронцием, который не является биогенным элементом), и у растения нет соответствующих биохимических механизмов стабилизации.

Подземные органы растений брюквы, столовой свеклы, редьки и лука в период уборки имеют более широкое соотношение Са/Sг и КД, чем надземные; дискриминация кальция в них выражена сильнее. В растениях же картофеля отмечается обратная закономерность.

Продукция овощных растений, которая непосредственно используется человеком в пищу, содержит значительно меньше стронция, чем целое растение. Однако величина отношения кальция к стронцию в этих органах минимальная и с экологической точки зрения менее благоприятная. Подтверждают это и данные табл. 3, в которой представлен химический состав продуктивной и непродуктивной части культур овощного севооборота.

Таблица 3

Содержание и соотношение кальция (г) и стронция (мг) в 1 кг сухого вещества растений в растениях культур севооборота

Орган \	Са \	Sг \	Са/Sг	КД
Лук репчатый
Листья	28,1	140	209	1,10
Лук-репка	6,48	44,4	146	0,77
Тыква
Ботва	34,6	222	154	0,81
Плоды	3,63	29,0	125	0,66
Томаты
Ботва	40,4	213	190	1,00
Плоды красные	4,74	21,0	226	1,19
Картофель
Ботва	22,4	95,3	235	1,24
Клубни	1,11	2,28	487	2,56

Данные опыта показали, что кальций и стронций больше всего накапливается в непродуктивной массе растений и меньше в основной продукции (в пределах 2,3–44,4 мг/кг). Ряды содержания стронция в основной и наземной части растений следующие: лук > тыква > томаты > картофель.

Несмотря на практически одинаковое содержание стронция в ботве тыквы и томатов, в основной продукции тыквы его было в 1,4 раза больше, чем в плодах томатов. Отношение кальция к стронцию зависит от вида и органа растений: в плодах томатов и клубнях картофеля при поступлении этих элементов («ботва – репродуктивный орган») содержание увеличивается, а в луке и тыкве уменьшается.

В ряде работ отмечается, что для кальция и стронция характерны антагонистические отношения при поступлении в растение [9; 10 и др.]. В данных исследованиях (табл. 4) кормовых, овощных культур и картофеля установлено, что не наблюдается антагонизма при поступлении стронция и кальция в растения (некоторая тенденция у кукурузы и брюквы).

Наличие высоких коэффициентов корреляции между содержанием стронция и кальция в растениях с нашей точки зрения не следует объяснять только синергическим взаимодействием – для этого нет физиологических предпосылок. Но так как кальций и стронций – биохимические аналоги, благоприятные или неблагоприятные условия поступления в растения для одного элемента являются таковыми и для другого. Это находит отражение в одновременном повышении или понижении концентрации элементов в растительном организме. Содержание и соотношение кальция и стронция в черноземных почвах Западной Сибири является благоприятным условием для взаимного поступления в растения.

Рядом ученых установлено, что растение поглощает стронций из почвы активнее при дополнительном его внесении [1; 3; 7; 11; 12]. Нами в вегетационных опытах выявлено, что содержание стронция в ботве, листьях пятого яруса (орган-индикатор на условия питания) и корнях картофеля без применения удобрений было практически одинаковым (табл. 5).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции прямолинейной зависимости «кальций – стронций» в различных культурных растениях, возделываемых на черноземах Западной Сибири (средние многолетние данные)

Культура	Фаза развития	Орган	г
Кукуруза	5–6 листьев	Листья	0,77
	7–8 листьев	Листья	–0,49
	Уборка	Растение	0,81
Сахарное сорго	Кущение	4–5-й лист	0,41
	Выход в трубку	3–4-й лист	0,47
	Выметывание метелки	3–4-й лист	0,81
	Выметывание метелки	Растение	0,93
Суданская трава	4–5 листьев	3–4-й лист	0,24
	Выход в трубку	3–4-й лист	0,71
	Выметывание метелки	Растение	0,87
Брюква	6–8 листьев,	Внешний лист	0,48
	8–10 листьев	Внешний лист	0,77
	Утолщения	Внешний лист	0,35
	Уборка	Растение	–0,31
		Корнеплод	0,77
Столовая свекла	8–10 листьев	Листья	0,87
	Уборка	Растение	0,90
		Корнеплод	0,34
Редька	8 листьев	Внешний лист	0,91
Лук репчатый	4–5 листьев	Внешний лист	0,93
	5–6 листьев	Внешний лист	0,51
	6–8 листьев	Внешний лист	0,35
	Уборка	Растение	0,90
		Луковица	0,60
Картофель	Цветение	4–5-й лист	0,82
	Уборка	Ботва	0,88
		Клубни	0,84

Таблица 5

Содержание стронция (мг/кг сухого вещества) в органах растений картофеля в фазу цветения при внесении азотнокислого стронция в почву, мг/кг. Вегетационный опыт

Орган растения	Контроль	N₃₀₀P₂₀₀K₁₀₀ (фон)	Фон + Sr₅	Фон + Sr₁₀	Фон + Sr₂₀
Ботва	53,0	65,0	76,6	90,7	116
Листья	55,6	47,5	56,5	74,4	100
Корни	59,5	87,0	47,6	78,4	74,5

Действие азотно-фосфорно-калийного удобрения способствовало большему накоплению стронция в корнях, чем в ботве, и тем более в листьях (5-й лист сверху). Однако при внесении стронция от 5 до 20 мг/кг почвы концентрация его в корнях не возрастала, в то время как в ботве и листьях верхнего яруса содержание стронция возросло в 1,8–2,0 раза. Внесение стронция в почву в дозах такого уровня визуально не вызывает у растений заметных изменений, что ранее отмечали В.В. Ковальский, Е.Ф. Засорина [10], Ю.В. Алексеев [6].

Список литературы О содержании стронция в растениях кормовых, овощных культур и картофеля в конкретных природных условиях

Аветисян, А.Ш. О содержании радиостронция в некоторых почвах Армянской ССР/А.Ш. Аветисян//Биол. журн. Армении. -1980. -№ 8. -С. 857-860.
Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях/Ю.В. Алексеев. -Л., 1987. -142 с.
Андерсон, И.А. Изучение зависимости содержания стронция в растениях от его количества в почве/И.А. Андерсон//Материалы к IV съезду почвоведов СССР. -Рига, 1970. -С. 117-128.
Биогеохимические основы экологического нормирования/В.Н. Башкин [и др.]. -М.: Наука, 1993. -304 с.
Гольцев, В.Ф. К вопросу о сравнительном поведении в почвах и поступлении в сельскохозяйственные растения стронция и кальция/В.Ф. Гольцев, Р.М. Алексахин//Почвоведение. -1969. -№ 12. -С. 40-48.
Звягинцев, Д.Г. Почва и микроэлементы/Д.Г. Звягинцев. -М.: Изд. МГУ, 1977. -256 с.
Ильина, Г.В. Поступление стабильного стронция в растения в зависимости от некоторых элементов питания/Г.В. Ильина, С.Г. Рыдкий, Ф.Г. Яновская//Агрохимия. -1966. -№ 2. -С. 83-92.
Ильин, В.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области: монография/В.Б. Ильин, А.И. Сосо. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. -229 с.
Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ./А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. -М., 1989. -439 с.
Ковальский, В.В. К биохимии стронция/В.В. Ковальский, Е.Ф. Засорина//Агрохимия. -1965. -№ 4. -С. 78-88.
Comar, C.L. Strontium -Calcium Discrimination Factor in the Rat/C.L. Comar, R.H. Wasserman, M.M. Nold//Proceedings/Soc. Biol. Med. -1956. -V. 92. -№ 4. -P. 859-863.
Kulp, J.L. Strontium-90 in Man/J.L. Kulp, W.R. Eckelnan, A.K. Schuler//Science. -1957. -V. 125. -P. 219-224.

Еще

Статья научная