Поступление селена в растения в условиях южной лесостепи Омской области

Селен – необходимый для жизнедеятельности животных и человека микроэлемент. В разных странах мира разрабатываются мероприятия по обогащению рациона сельскохозяйственных животных и людей этим микроэлементом [1; 2; 3; 4]. Имеется богатый опыт по оптимизации селенового питания в Китае, Финляндии, США и других странах [5; 6; 7]. Однако повсеместная селенизация продуктов питания таит опасность избыточного поступления в организм животных и человека [1; 8; 9]. В связи с этим необходимы сведения о его содержании в объектах окружающей среды, в том числе в растениеводческой продукции.

Как избыток, так и недостаток селена в питательной среде одинаково отрицательно сказываются на росте и развитии растений. Известно, что у селена очень узкая грань между токсичностью и необходимостью для организма. Во многих работах указаны разные дозы селенсодержащих удобрений, оказывающих токсическое действие

на растения, проявляющиеся в угнетении роста, развития, проявлении хлороза, снижении продуктивности и урожайности культур [10]. В зависимости от почвенных условий и путей поступления разница в содержании микроэлемента может наблюдаться и у одной группы или вида растений [11]. Однако не для всех типов почв и видов растений такая особенность изучена. В связи с этим целью данных исследований явилось изучение особенностей накопления селена растениями астрагала галеговидного и рапса ярового в условиях южной лесостепи Омской области на лугово-черноземной почве в зависимости от способов его поступления.

Объекты и методы исследования

Объекты исследования: рапс яровой сорта Золотонивский и астрагал галеговид-ный. Полевой опыт по изучению действия разных способов применения селена на кормовые культуры проведен по схеме:

• 1)    фон (N 90 P 90 );

• 2)    фон + намачивание семян дистиллированной Н 2 О;

• 3)    фон + опрыскивание семян дистиллированной Н 2 О;

• 4)    фон + намачивание семян в растворе с концентрацией селена: 0,005; 0,01; 0,02 %;

• 5)    фон + опрыскивание растений раствором с концентрацией селена 0,005; 0,01; 0,02 %;

• 6)    фон + основное внесение в почву в дозах: 11,7; 23,7; 47,7 кг/га.

Опыты мелкоделяночные, площадь одной делянки ‒ 10 м2, повторность 6-кратная, расположение вариантов систематическое. Селен вносили в виде селенита натрия. Фосфор ‒ в виде двойного суперфосфата в дозе 90 кг/га д.в. Азот ‒ в виде аммиачной селитры в дозе 90 кг/га д.в. Внесение удобрений и посев осуществлены вручную.

Использовали три способа его внесения: предпосевную обработку, некорневую подкормку, а также основное внесение. В качестве предпосевной обработки семян ‒ намачивание (время экспозиции ‒ 12 ч). Опрыскивание растений проведено в период вегетации для рапса ярового в фазу розетки (формирование 3–4 настоящих листьев), астрагала галеговидного – в фазу отрастания.

Закладка опытов с микроудобрениями, все учеты, наблюдения и отбор растительных и почвенных образцов проведены по общепринятым методикам [12].

Математическая обработка результатов осуществлена стандартными статистическими методами с использованием компьютерного пакета программ STATISTIKA, MATHCAD, EXCEL.

Результаты исследований

По способности усваивать и накапливать селен растения можно разделить на три группы [13]. Первая группа – растения-накопители, максимально содержащие селен ‒ от 500 до 15 000 мг/кг сухой массы (различные виды астрагалов, моринда, нептуния, акация, горчица). Вторая группа – растения -умеренно накопители: от 50 до 500 мг/кг сухой массы (отдельные виды из родов Аsteг , Аtriр1ех , Grindeliа , Grindeliа и Саstilleja ). В третьей группе растения накапливают максимально до 50 мг/кг селена (в основном все возделываемые сельхозкультуры, многие дикие злаки, ряд бобовых растений).

Наши исследования показали, что астрагал галеговидный, выращиваемый в условиях южной лесостепи Омской области на лугово-черноземной почве, накапливает несколько больше микроэлемента, нежели рапс яровой, однако не проявляет свойства растения-аккумулятора (табл. 1, 2).

Таблица 1

Вариант		Год жизни растения
		1-й	2-й	3-й
Фон		0,365	0,294	0,284
Фон + намачивание семян с концентрацией Se, %	0,005	0,414	0,370	0,350
	0,01	0,667	0,651	0,608
	0,02	1,105	1,000	0,922
Фон + опрыскивание растений с концентрацией Se, %	0,005	0,869	0,729	0,686
	0,01	1,150	0,866	0,806
	0,02	2,425	1,003	0,970
Фон + основное внесение в почву Se, кг/га	0,5 ПДК 11,7	2,186	3,412	3,000
	1 ПДК 23,7	3,476	4,000	3,850
	2 ПДК 47,7	5,534	5,500	6,055

Таблица 2

Вариант		Фаза развития растения
		Розетка	Бутонизация	Уборка
Фон		0,119	0,114	0,128
Фон + намачивание семян с концентрацией Se, %	0	0,115	0,119	0,122
	0,005	0,116	0,117	0,143
	0,01	0,127	0,120	0,167
	0,02	0,166	0,165	0,187
Фон + опрыскивание растений с концентрацией Se, %	0	0,113	0,111	0,123
	0,005	0,128	0,172	0,128
	0,01	0,156	0,254	0,148
	0,02	0,213	0,273	0,183
Фон + основное внесение в почву Se, кг/га	0,5 ПДК 11,7	1,192	1,280	1,240
	1 ПДК 23,7	7,935	4,838	3,654
	2 ПДК 47,7	21,403	13,946	5,430

Содержание селена в астрагале галеговидном в зависимости от различных способов его применения, мг/кг

Содержание селена в рапсе яровом в зависимости от разных способов его применения, мг/кг

При обогащении селеном различия в его содержании в культурах, помимо их биологических особенностей, обусловлены способом применения микроэлемента.

В научной литературе существуют две точки зрения на целесообразность применения предпосевной обработки семян селенсодержащими веществами:

‒ метод неперспективный, т.к. высокие концентрации микроэлемента в почве вокруг семени могут оказаться токсичными для проростка или будут влиять на поступление макро- и микроэлементов;

‒ обогащение селеном сельскохозяйственной продукции возможно путем применения предпосевной обработки семян селенсодержащими веществами [14]. Наши исследования показали, что предпосевная обработка семян раствором селена с концентрацией от 0,005 до 0,02 % способствует накоплению его как в рапсе, так и в астрагале.

Наибольшее накопление селена в астрагале происходит в первый год жизни растения (табл. 1). Установлены математические зависимости содержания селена (у , мг/кг) в растениях при обработке семян растворами с различной концентрацией Se ( х , %) для первого ( у і ), второго ( у ₂) и третьего ( у ₃) годов жизни соответственно уравнений (1)-(3):

у і = 38,9 x + 0,30, r = 0,99, (1) у 2 = 37,0 x + 0,25, r = 0,99, (2) у 3 = 33,5 x + 0,25,6, r = 0,99. (3)

Установлено, что накопление селена в надземной массе рапса ярового в процессе онтогенеза при предпосевной обработке семян по сравнению с астрагалом происходило менее интенсивно. Наибольшее его содержание в растениях отмечено к периоду уборки. Высокие коэффициенты корреляции в системе «концентрация Se в растворе ( х , %) ‒ содержание в растении рапса ( у , мг/кг)» позволили предложить уравнения взаимосвязи (4)-(6) этих показателей в фазу розетки ( у ₁), бутонизации ( у ₂), уборки ( у 3 )

у і = 3,4 x + 0,097, r = 0,99, (4) у 2 = 3,4 x + 0,095, r = 0,93, (5) у 3 = 3,0 + 0,13, r = 0,97. (6)

Полученные математические зависимости позволяют прогнозировать содержание селена в растениях к уборке и при необходимости управлять химическим составом рапса в процессе онтогенеза растения при содержании Se в почве от низкого до оптимального уровня питания.

Некорневые подкормки - довольно эффективный способ, позволяющий уменьшить дозировку селена, значительно повысив коэффициент его использования [15]. По мнению ряда авторов, селен очень легко сорбируется через листья растений, это определяет большую эффективность некорневой подкормки, зависящей от времени проведения. Это очень важно при использовании селенита, поскольку последний легче фиксируется, чем селенат [14]. Кроме того, при некорневом поступлении Se в растения исключается контакт почвы с микроэлементом, предотвращая фиксацию селена почвенно-поглощающим комплексом и микроорганизмами. Такой способ обогащения широко используют в Финляндии и Новой Зеландии при селенизации растениеводческой продукции. Наши исследования показали, что некорневые подкормки на ранних стадиях онтогенеза способствуют накоплению селена в кормовых культурах.

Согласно представленным данным наибольшее накопление микроэлемента отмечено при концентрации 0,02% селена в растворе селенита натрия, используемого при некорневой подкормке астрагала. Его содержание превышало уровень фона на 564, 241 и 241,5 % соответственно в первый, второй и третий годы жизни растения. На основе данных о содержании селена в астрагале в условиях некорневой подкормки получены уравнения (7)-(9) зависимости содержания микроэлемента ( х , %) от концентрации применяемого Se для растений первого-третьего года жизни ( у 1,2,3 , мг/кг):

у 1 = 101,8 x + 0,31, r = 0,98, (7) у 2 = 32,3 x + 0,44, r = 0,82, (8) у 3 = 31,3 x + 0,41, r = 0,85. (9)

Отметим, что накопление селена в рапсе яровом происходило более интенсивно при некорневых подкормках растений, нежели при намачивании семян. Наибольшее накопление наблюдалось в фазу бутонизации (табл. 2).

Прямая зависимость между концентрацией селена ( х , %) и его накоплением в рапсе яровом в фазы розетки, бутонизации, цветения ( у 1,2,3 , мг/кг) выражена уравнениями регрессии (10)–(12):

y 1 = 4,89 x + 0,11, r = 0,98, (10)

y 2 = 7,98 x + 0,13, r = 0,87, (11) y 3 = 3,64 x + 0,11, r = 0,99. (12)

Математическое моделирование питания растений селеном позволяет не только прогнозировать его содержание в растениях, но и управлять процессом питания в период роста и развития.

При основном внесении селена в почву накопление его как рапсом, так и астрагалом происходило достаточно интенсивно. Известно, что в процессе поглощения селена корневой системой важную роль играют ионообменные процессы. Тем не менее, экспериментальные данные J. Rosenfeld и О.А. Веаth указывают и на активное всасывание растением соединений селена из почвы [4]. Избыток его соединений может связываться органическими кислотами и выводиться из растений.

Метод математического моделирования системы «доза Se (кг/га) ‒ содержание в растении рапса ( у , мг/кг)» позволил выявить высокую связь между этими показателями ( r = 0,62 ‒ 0,94) для трех лет жизни астрагала ( у 1,2,3 , мг/кг) и описать ее уравнения регрессии (13)–(15):

y 1 = 0,098 x ‒ 0,0035, r = 0,62, (13) y 2 = 0, 098 x + 1,26, r = 0,84, (14) y 3 = 0,113 x + 0,95, r = 0,94. (15)

В результате эксперимента также обнаружена зависимость содержания селена в растении рапса в фазу розетки ( у 1 ), бутонизации ( у 2 ) и при уборке ( у 3 ) от дозы ( х , кг/га) его поступления (16)–(17):

y 1 = 0,56 x ‒ 5,37, r = 0,99, (16) y 2 = 0,36 x ‒ 3,16, r = 0,99, (17) y 3 = 0,11 x + 0,33, r = 0,93. (18)

В ранние стадии развития рапса содержание селена было более высоким, чем к периоду уборки, что связано с эффектом «разбавления». В целом рапс эффективно накапливает селен в условиях его корневого поступления. При этом растениеводческая продукция, выращенная на вариантах 1 и 2 ПДК, может быть токсичной для животных.

Анализ растений как метод определения потребности кормовых культур в селене позволяет прогнозировать, корректировать и нормировать уровень Se в период роста и развития, располагая коэффициентами интенсивности его действия «b» на химический состав растений (табл. 3).

Нормативы «b» показывают, во сколько раз увеличится содержание селена в растениях при увеличении его в концентрации в растворе на 1 % при предпосевной обработке, некорневой подкормке и при основном внесении в почву 1 кг/га д.в. Se. Используя эти нормативы, можно прогнозировать содержание селена в растении и как следствие ‒ моделировать качество получаемой растениеводческий продукции в условиях ее селени-зации.

Таблица 3

Коэффициенты «b» интенсивности действия Se на его содержание в рапсе и астрагале, мг/кг сухой массы

Рапс яровой		Астрагал галеговидный
Предпосевная обработка семян
Фаза розетки	3,41	1 год жизни	38,92
Фаза бутонизации	3,39	2 год жизни	37,05
Уборка	3,00	3 год жизни	33,53
Некорневое внесение
Фаза розетки	4,89	1 год жизни	101,8
Фаза бутонизации	7,98	2 год жизни	32,3
Уборка	3,64	3 год жизни	31,4
Основное внесение
Фаза розетки	0,56	1 год жизни	0,098
Фаза бутонизации	0,36	2 год жизни	0,098
Уборка	0,11	3 год жизни	0,11

Выводы

В целом исследования по изучению особенностей накопления селена кормовыми культурами позволили выявить закономерности:

‒ его накопление зависит от культуры и способа его применения: при обработке семян до посева и при фолиарном поступлении Se в большей степени аккумулируется в астрагале, тогда как при корневом поступлении темпы накопления зависят от фазы развития и возраста растения: в начальные периоды развития растений содержание селена выше в рапсе, а к периоду уборки – в астрагале;

‒ независимо от дозы, при различных способах его внесения существует прямая зависимость концентрации селена в растениях;

‒ при основном внесении Se в дозе 0,5‒2 ПДК в надземной массе кормовых растений накапливается значительное содержание селена, что может представлять существенную опасность для животных, потребляющих данную растениеводческую продукцию. Таким образом, можно использовать основное внесение селена с макроудобрениями и существенно повысить уровень его содержания в кормовых растениях, однако необходимо постоянно контролировать его содержание в почве и растениях, учитывая интервалы токсичного и необходимого содержания селена для конкретных систем почва ‒ растение ‒ животное.

А.V. Sindireva 1, N.A. Golubkina 2

1Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

2Federal research center of vegetable growing, Omsk

Selenium intake in plants in the conditions of southern forest-steppe of Omsk region