Влияние фосфатов пониженной растворимости и кремния на продуктивность и химический состав сельскохозяйственных культур

растениям сорбированных почвой фосфатов , оказывает стимулирующее влияние на развитие корневой системы растений , площадь листьев , скорость роста , величину урожая и его качество [7, 12, 5, 11], повышает устойчивость растений к грибковым заболеваниям , насекомым - вредителям , полеганию , засухе , низким температурам [1, 10, 2].

Целью наших исследований являлось изучение влияния фосфатов пониженной растворимости , полученных на основе неполного кислотного разложения сожских ( Смоленская область ) фосфоритов , борофоски , полученной на основе полпинских ( Брянская область ) фосфоритов и соединений кремния при раздельном и совместном внесении на продуктивность сельскохозяйственных культур , химический состав и качество урожая .

Материалы и методика исследований

Исследования проводили в вегетационном и микрополевом опытах .

Вегетационный опыт по изучению влияния соединений кремния на продуктивность и химический состав урожая сельскохозяйственных культур был проведен на темно - серой лесной среднесуглинистой почве Орловской области ( рН KCl 5,0, гумус – 4,1%, подвижные формы ( по Кирсанову ) фосфора – 97, калия – 99 мг / кг , степень подвижности фосфатов – 0,07 мг / л ) при выращивании райграса Lolium multiflorum L. и кукурузы Zea mais L. ( Ж еребковский ).

Схема опыта: 1) NК – фон; по фону: 2) Н4SiО4; 3) Na2SiO3; 4) CaSiO3; 5) K2SiO3; 6) Pсд. Кремниевая кислота была получена из жидкого стекла по Карякину и Ангелову [4] и соответствовала квалификации ЧДА. В сосудах емкостью 4,2 кг сухой почвы выращивали по 3 растения кукурузы и 120 растений райграса, повторность опыта – 4-х кратная. Фоном служила мочевина и хлористый калий (N1,0 К1,2 г/сосуд), доза суперфосфата соответствовала 0,8 г Р2О5 на сосуд, SiO2 – 1 г/кг почвы . Сделано 3 укоса райграса.

М икрополевой опыт (2006–2008 гг .) по изучению влияния фосфатов пониженной растворимости и кремния при раздельном и совместном использовании на урожайность и химический состав сельскохозяйственных культур проводили на дерново - подзолистой легкосуглинистой почве Смоленской области ( рН KCl – 5,3, Нг – 1,2 мэкв /100 г , сумма поглощенных оснований – 8,0 мгэкв /100 г , степень насыщенности почвы основаниями – 87%, содержание гумуса – 1,84%, подвижных форм ( по Кирсанову ) фосфора – 57, калия – 85 мг / кг , степень подвижности фосфатов по Скофилду – 0,13 мг / л ) при последовательном выращивании овса ( Avena sativa L.) сорт Скакун , однолетних трав : подсолнечник (Helianthus cultus W.) – горох ( Pisum sativum L.) – овес ( Avena sativa L. ) на зеленую массу , ячменя (Hordeum sativum L.) сорт Новичок , по принятой в зоне технологии . Предшественником овса были многолетние травы .

Минеральные удобрения вносили ежегодно . Фосфорные удобрения были представлены двойным суперфосфатом (42% Р 2 О 5 ), борофоской ( Р БФ ) и частичным нитрофосом ( ЧНФ ). Борофоска ( производитель ЗАО « АИП Фосфаты », г . Брянск ) содержала 13,8 % Р 2 О 5 , в т . ч . 8,1 % – усвояемого , 16,1 % К 2 О и 0,42 % бора . ЧНФ был получен авторами в лабораторных условиях путем 50%- ного разложения сожского фосфорита азотной и фосфорной кислотами и содержал 11,7 % N и 12,9 % Р ₂ О ₅, в том числе 69 % – усвояемого .

В качестве источника кремния использовали аэросил – тонкодисперсный SiO 2 с поверхностной площадью 300 м ²/ г , который был внесен при закладке опыта в 2006 г . в дозе 2 т / га .

Схема опыта : 1) N 90 К 90 – фон ; по фону : 2) Si; 3) Рсд ; 4) Р БФ ; 5) ЧНФ ; 6) Рсд +Si; 7) Р БФ +Si; 8) ЧНФ +Si. Площадь делянки – 2 кв . м , учетная – 1 кв . м , повторность – 4- х кратная , размещение делянок – рендомизированное , четырехрядное . Фоном служили аммиачная селитра и хлористый калий . Фосфорные удобрения вносили в дозе , соответствующей 80 кг / га Р 2 О 5 , дозу определяли по содержанию в удобрениях общего фосфора . Урожай учитывали методом сплошного учета .

Статистическую обработку урожайных данных проводили методом дисперсионного анализа по Б . А . Доспехову [3].

После ускоренного мокрого озоления растительного материала по К . Гинзбург , азот определяли колориметрически по Чиелевой и Тютереву , фосфор колориметрически по Мерфи и Райли , калий – пламенно - фотометрическим методом . Кремний определяли после сухого озоления растительного материала по прописи А . Поповцевой [8].

Результаты и их обсуждение

Основная часть соединений кремния в почвах инертна по отношению к процессам питания растений, которые могут усваивать только подвижные низкомолекулярные соединения кремния. Содержание их в почвах крайне мало, сопоставимо с содержанием подвижных форм фосфора и калия и не превышает 150–200 мг/кг в расчете на SiО2. При подзолообразовании происходит заметное обеднение силикатами верхней части профиля почвы . Введение в почву кремния обеспечивает поглощение растениями фосфора из обычно трудноусвояемых почвенных фосфатов, снижается химическое связывание фосфора почвой за счет конкуренции с ним кремния за сорбционные места. В результате улучшаются условия питания растений фосфором.

Исследования с разными минеральными соединениями кремния на серой лесной почве со средним содержанием подвижных фосфатов и низкой степенью их подвижности показали , что силикаты натрия , кальция и калия на обеих культурах оказались не эффективными . Достоверная прибавка урожая райграса и кукурузы была получена только в варианте с использованием кремниевой кислоты ( табл .1). При этом на кукурузе ее действие было более выраженным , чем на райграсе ( прибавка составила 24,8 и 11,6% к N К - фону , соответственно ).

Таблица 1 – Влияние соединений кремния на продуктивность кукурузы и райграса на серой лесной почве

Вариант	Урожай, г/сосуд *		Кукуруза
			SiO2, % сухого вещества			о Н СЛ o' о -У m	Зола, %
	райг рас	кукуруза	раство римый	аморф ный	общий
NK-фон	36,9	282	0,70	0,54	1,24	841	5,5
По фону: Н 4 SiO 4	40,8	352	0,50	0,60	1,16	965	5,6
Na 2 SiO 3	26,9	266	0,62	0,75	1,37	958	5,1
CаSiO 4	25,0	313	0,80	0,75	1,55	1195	6,3
К 2 SiO 4	29,9	294	0,42	0,74	1,16	835	4,9
Рcд	43,3	379	0,52	0,69	1,21	1137	4,4
НСР 05	2,0	49

* райграс – сухая масса, кукуруза – зеленая масса

Относительное содержание общего кремния в растениях кукурузы слабо зависело от его источника и от внесения суперфосфата . Лишь в варианте с силикатом кальция его концентрация несколько повысилась по сравнению с фоном при росте содержания отдельных фракций , за счет чего вынос SiO 2 урожаем оказался на 24–43 % выше , чем при внесении других кремнийсодержащих соединений , и на 42% – чем на NK- фоне . В этом варианте была и самая высокая зольность тканей , которая в целом коррелировала с содержанием в растениях общего кремния (r = 0,64).

Во всех вариантах наблюдалось перераспределение фракций кремния в растениях по отношению к фоновому варианту. Если на NK-фоне 43,5% общего кремния было представлено аморфным, переходящим из золы в 5%-ный раствор КОН (из него состоят растительные опалы – фитолиты), то в вариантах с внесением силикатов содержание его повысилось при снижении растворимого в 5%-ном растворе HCI (кроме варианта с СаSiO3, где оно наоборот несколько повысилось). В результате доля аморфного Si в составе общего достигла 48–64%. В варианте с суперфосфатом направленность изменения структуры общего кремния в растениях кукурузы была та же: доля аморфного кремния увеличилась до 57%.

Под действием не только соединений кремния , но и суперфосфата вынос растениями SiO₂ повысился , что в совокупности с указанным выше характером изменения его структуры в растениях свидетельствует о существовании взаимосвязи между фосфат - и силикат - ионами при поступлении их в растения . Это подтверждается и мобилизующим действием , хотя и не одинаковым в пределах изучаемого ассортимента соединений кремния , на усвоение растениями питательных элементов , особенно азота и фосфора ( табл . 2). Так , при выращивании кукурузы на фоне кремниевой кислоты вынос азота оказался на 59%, фосфора – на 72, калия – на 23% выше , чем на NK- фоне . В меньшей степени увеличили вынос азота и фосфора остальные источники кремния . Наиболее близким по этим показателям к варианту с двойным суперфосфатом была кремниевая кислота .

Таблица 2 – Вынос азота, фосфора и калия урожаем кукурузы и райграса, мг/сосуд

Вариант	Кукуруза			Райграс
	N	P 2 O 5	K 2 O	N	P 2 O 5	K 2 O
NK - фон	481	92	969	896	176	1155
По фону : Н 4 SiO 4	765	158	1188	894	217	1644
Na 2 SiO 3	643	111	885	702	194	1090
CаSiO 4	641	147	1081	638	168	1066
К 2 SiO 4	539	101	870	800	173	1371
Рcд	898	252	1160	1049	379	1823

При выращивании райграса положительное влияние на усвоение питательных элементов растениями оказала лишь кремниевая кислота . Различия в действии соединений кремния на этот показатель и на урожай объясняются биологическими особенностями самих культур и , возможно , подщелачивающим действием силикатов натрия , калия и кальция на почву .

Исследования,    проведенные на дерновоподзолистой  почве со   средним  содержанием подвижных фосфатов и низкой степенью их подвижности, также показали, что внесение кремния оказало статистически доказуемое положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечив прибавку урожая 9–12% (табл. 3). 14

Таблица 3 – Эффективность фосфорных удобрений и кремния при раздельном и совместном использовании

Вариант	Урожайность , ц/га				Доля участия в формировании урожая, %
	овес , 2006 г .	травы , 2007 г .	ячмень , 2008 г .	В сумме за 3 года, к.е.
					Р , Si	P+Si
NК- фон	22,2	184,5	24,7	99,3	-	-
По фону : Si	24,0	203,5	27,7	109,7	9,5
Рсд	34,2	219,5	42,6	148,2	33,0
Р БФ	27,8	196,5	30,3	117,2	15,3
ЧНФ	27,5	198,5	33,9	122,6	19,0
Рсд + Si	30,9	212,3	43,4	143,8		30,9
Р БФ + Si	23,6	200,0	39,8	126,8		21,7
ЧНФ+Si	25,4	208,8	41,1	132,6		25,1
НСР 05	1,7	5,5	1,6

Эффективность фосфатов разной растворимости на этой почве в сумме за три года позволила расположить их в следующем убывающем порядке : Рсд > ЧНФ > борофоска . Действие ЧНФ оказалось на уровне 83% от действия суперфосфата , борофоски – 79%. В этих вариантах доля участия фосфора в формировании суммарной урожайности составила 19 и 15,3%, соответственно , при 33% – в варианте с суперфосфатом .

Возможно , что ограничивающим эффективность борофоски фактором была кислотность почвы . На более кислых почвах действие этого удобрения может быть выше . В условиях , соответствующих данному опыту , получение от борофоски более близкого к суперфосфату эффекта возможно при повышении ее дозы . Однако , несмотря на то , что почвенные условия не способствовали растворению фосфатного компонента удобрения ( Нг – почти в 2 раза меньше требуемой ), за счет сочетания его с физиологически кислым удобрением ( хлористым калием ) и борной кислотой фосфорит проявил достаточно высокую эффективность . В этих условиях одна фосфоритная мука не дала бы эффекта .

Совместное внесение кремния с фосфорными удобрениями дало неоднозначный результат . В первый год эффект был отрицательный , а в последующие – была получена устойчивая прибавка урожая при сочетании его только с фосфатами пониженной растворимости ( ЧНФ и борофоской ). За счет сочетания с аэросилом доля участия фосфора ЧНФ и борофоски увеличилась соответственно в 1,3 и 1,4 раза .

Ранее нами было установлено, что на фоне высокой обеспеченности почвы подвижными фосфатами (более 200 мг/кг по Кирсанову) и высокой степени их подвижности (0,4 мг/л и более) эффект от кремниевой кислоты очень слабый или может отсутствовать. Положительный эффект имеет место в случаях, когда степень подвижности фосфатов низкая, но при этом содержание самих фосфатов не должно быть низким [9]. Это положение подтверждается результатами настоящих исследований: при внесении суперфосфата создавалась достаточная обеспеченность растений фосфором, при котором эффект его от сочетания с аэросилом в сумме за три года отсутствовал.

Таблица 4 – Содержание NPK в урожае сельскохозяйственных культур, % сухого вещества

Вариант	N	Р 2 О 5	К 2 О
Овес *
NК-фон	1,74/0,35	0,73/0,17	0,83/1,48
По фону: Si	1,75/0,35	0,73/0,17	0,86/1,54
Рсд	1,92/0,38	0,91/0,21	0,87/1,55
Р БФ	1,84/0,37	0,81/0,19	0,88/1,57
ЧНФ	1,83/0,37	0,83/0,20	0,86/1,54
Рсд + Si	1,79/0,36	0,89/0,19	0,89/1,59
Р БФ + Si	1,82/0,36	0,87/0,18	0,85/1,57
ЧНФ + Si	1,83/0,37	0,89/0,19	0,86/1,54
Однолетние травы
NК-фон	1,92	0,45	1,60
По фону: Si	2,24	0,46	1,51
Рсд	2,74	0,45	1,52
РБФ	2,46	0,48	1,41
ЧНФ	2,70	0,43	1,74
Рсд + Si	2,75	0,45	1,62
Р БФ + Si	2,77	0,44	1,51
ЧНФ + Si	2,66	0,45	1,50
Ячмень *
NК-фон	1,59/0,40	0,68/0,12	0,48/1,19
По фону: Si	2,01/0,63	0,71/0,15	0,49/1,26
Рсд	2,04/0,82	0,82/0,21	0,49/1,29
Р БФ	2,01/0,61	0,87/0,16	0,57/1,22
ЧНФ	2,03/0,70	0,82/0,20	0,49/1,39
Рсд + Si	2,13/0,59	0,85/0,22	0,39/1,28
Р БФ + Si	2,36/0,84	0,90/0,18	0,59/1,69
ЧНФ + Si	2,20/0,94	0,86/0,20	0,49/1,88

*перед чертой – в зерне, за чертой – в соломе

В соответствии с действием изучаемых удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур находилось и влияние их на химический состав растений ( табл . 4), что в определенной мере объясняет полученный эффект .

Так , снижение урожайности в первый год действия аэросила в варианте Р СД +Si по сравнению с вариантом Р_С Д сопровождалось снижением и относительного содержания азота и фосфора в урожае . Рост эффективности ЧНФ и борофоски при совместном использовании с аэросилом подтверждался и более высоким содержанием в травах азота , а в ячмене – азота и фосфора , тогда как отрицательный эффект такого сочетания при выращивании овса в год внесения удобрений сопровождался снижением содержания в его тканях азота и фосфора .

В меньшей степени отмечено изменение содержания калия в зависимости от условий питания растений .

Результирующим показателем, характеризующим влияние изучаемых приемов на усвоение питательных элементов растениями из почвы, из удобрений, является вынос их урожаем. На размеры усвоения азота фосфора и калия оказали влияние как фосфорные удобрения, так и аэросил (табл. 5).

Таблица 5 – Вынос азота, фосфора и калия урожаем (кг/га) и коэффициент использования фосфора из удобрений в сумме за 3 года

Вариант	N	P 2 O 5	K 2 O	КИУ Р 2 О 5 , %
NК-фон	189,4	61,7	169,3	-
Si	235,6	68,5	179,6	-
Рсд	345,2	105,3	232,4	18,2
РБФ	260,9	82,5	189,3	8,7
ЧНФ	294,6	85,2	219,2	9,8
Рсд + Si	333,2	103,5	231,6	17,4
Р БФ + Si	303,0	86,8	196,3	10,5
ЧНФ + Si	308,1	91,3	205,5	12,3

Так , внесение аэросила привело к мобилизации запасов питательных элементов субстрата и большему усвоению их растениями , особенно азота , вынос которого повысился на 24% по сравнению с NK- фоном . Фосфорные удобрения способствовали более полному использованию азота и калия , причем , это стимулирующее влияние снижалось с уменьшением степени растворимости удобрений .

Совместное внесение суперфосфата с кремнием не изменило размеров усвоения питательных элементов растениями , а сочетание Si с ЧНФ и борофоской привело к заметному увеличению выноса азота и фосфора урожаями сельскохозяйственных культур . Размеры выноса фосфора определялись растворимостью фосфорных удобрений как при раздельном , так и при совместном с аэросилом внесении : Рсд > ЧНФ > борофоска .

Расчет коэффициентов использования фосфора из удобрений , определенный разностным методом , показал увеличение их значений при сочетании Si только с фосфатами пониженной растворимости . Это подтверждают имеющиеся в литературе сведения о мобилизующем действии кремния именно на труднорастворимые фосфаты .

Так же как в вегетационном опыте с кукурузой ( табл . 1), размеры поступления кремния в урожай ячменя в полевых условиях были связаны , прежде всего , с величиной урожая : с ее ростом повышался вынос ( табл . 6).

Относительное содержание кремния в тканях растений практически не зависело от используемых удобрений , и оно было несколько выше в соломе , чем в зерне . Вынос кремния урожаем был связан с питанием растений фосфором . В варианте с суперфосфатом размеры усвоения кремния были на 25% выше , чем в варианте с ЧНФ и почти в 2 раза – чем на NK– фоне . При совместном внесении суперфосфата с кремнием вынос SiO₂ стал еще выше ( на 8,5%), хотя это и не привело к росту урожайности . В варианте с совместным внесением ЧНФ с Si вынос кремния урожаем не изменился по сравнению с внесением одного ЧНФ .

Таблица 6 – Содержание общего SiO2 в зерне и соломе ячменя (%) и вынос его урожаем (кг/га)

Вариант	SiO 2 , % сухого вещества		Вынос урожаем, кг/га
	зерно	солома	зерно	солома	общий
NК-фон	1,40	1,59	34,6	33,5	61,1
По фону: Si	1,12	1,19	31,0	25,7	56,7
Рсд	1,31	1,77	55,8	63,4	119,2
ЧНФ	1,31	1,81	44,4	51,0	95,4
Рсд + Si	1,54	1,66	66,8	62,6	129,4
ЧНФ+Si	1,34	1,74	55,1	39,3	94,4

Анализ полученных данных химического состава растений позволяет сделать заключение о взаимосвязи фосфора и кремния в питании растений . При хорошем снабжении растений фосфором повышаются размеры усвоения растениями кремния , в свою очередь , соединения кремния способствуют лучшему питанию растений фосфором , что выражается в большем его выносе урожаем и росте самого урожая .

Выводы

• 1.    В условиях острого дефицита фосфорных удобрений , обусловленных нехваткой высококачественного фосфатного сырья и высокой энергоемкостью их производства , целесообразно вовлечение в сферу получения удобрений широко распространенных в России месторождений фосфоритов с переработкой их по энерго - и ресурсосберегающим схемам . По отношению к двойному суперфосфату эффективность продукта хемоактивации сожского фосфорита азотной и фосфорной кислотами ( ЧНФ ) составила 83%.

• 2.    На дерново - подзолистых и серых лесных почвах , имеющих среднее содержание подвижных форм фосфор , по Кирсанову , и низкую степень их подвижности , внесение соединений кремния ( кремниевая кислота и аэросил ) оказывает положительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур .

• 3.    Сочетание Si с фосфорными удобрениями целесообразно только в случае пониженной их растворимости ( ЧНФ , борофоска ). При таком сочетании доля участия Р 2 О 5 и Si в урожае оказалась в 1,3–1,4 раза выше , чем фосфора в отсутствии Si.

• 4.    Кремний и фосфор оказывают влияние на поступление питательных элементов в растения : не изменяя относительное содержание их в тканях растений , соединения кремния оказывают мобилизующее действие на усвоение азота и фосфора , а фосфорные удобрения способствуют лучшему усвоению азота и кремния .

Теоретический и научно - практический журнал . Основан в 2005 году

Адрес редакции: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69.

Сдано в набор 21.06.2010

Подписано в печать 28.06.2010 Формат 60х84/8. Бумага офсетная.

Гарнитура Таймс.

Объём 12,5 усл. печ. л. Тираж 300 экз. Издательство Орел ГАУ, 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19.

Лицензия ЛР№021325 от 23.02.1999 г.

Ж урнал рекомендован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное содержание кандидатских и докторских диссертаций

Содерж ание номера