Влияние удобрительных форм и сортовых особенностей на формирование корневой системы зернобобовых культур

пожнивные остатки , которые на пашне являются практически единственным источником восполнения органического вещества и элементов минерального питания .

Значение зернобобовых культур разнообразно , с одной стороны , они являются для большей части населения мира основным продуктом питания , с другой стороны от объемов возделывания бобовых зависит эффективность сельского хозяйства в целом , так как они существенно влияют на повышение продуктивности растениеводства , сохранение плодородия почвы и окружающей среды [1].

Трудно переоценить средообразующую роль бобовых в севооборотах . При их возделывании существенно улучшаются физические свойства почвы , изменяется микрофлора , угнетается сорная растительность , улучшается фитосанитарное состояние , накапливаются в почве органические остатки , улучшается питательный режим по всем элементам , но главное – по азоту [2,3].

После уборки зернобобовых культур на пашне остаются растительные и корневые остатки богатые азотом , запахивание которых служит дополнительным источником азота для растений . Корни составляют значительную часть общей массы растений . Общая поверхность корней обычно превышает поверхность надземных органов в 130-170 раз . Вместе с тем , между развитием корневых систем и надземных органов имеется тесная связь : искусственное уменьшение количества и площади листьев на растении приводит к уменьшению площади поглощающей поверхности корней и в целом мощности корневой системы . Взаимосвязь между развитием надземных органов и корневой системы у растений регулируется на трофическом уровне посредством взаимного питания : корни снабжают надземные органы водой и элементами питания , а получают от них продукты фотосинтеза .

На характер развития корневых систем сельскохозяйственных культур большое влияние оказывает распределение влаги и содержание питательных веществ в почве . При этом , как избыток , так и недостаток влаги приводят к ухудшению развития корней . Основными зонами поглощения питательных веществ является зона растяжения клеток и зона корневых волосков , для развития которых очень важна хорошая обеспеченность кальцием . При его недостатке происходит ослизнение и гибель тонких корневых окончаний растений . Хорошее развитие корневых систем является необходимым условием для полноценного снабжения растений питательными веществами . Отмечено что внесение фосфорных удобрений способствует углублению корневых систем , а внесение калийных и магнийсодержащих – усиливает ветвление корней . От развития корневой системы зависит устойчивость растений к почвенной и воздушной засухе , к переувлажнению почвы и другим неблагоприятным факторам внешней среды [4].

Интенсивность развития корневой системы растений является характерным показателем реакции организма на уровни загрязнения почвенного раствора и самой почвы .

Цель исследования : изучение влияния шлаковых отходов производства и природных минералов на развитие корневой системы зернобобовых культур .

М етодика исследований

Изучение удобрительных свойств отходов производства и природных минералов на физиологические особенности роста и развития зернобобовых культур и экологическую устойчивость чернозема оподзоленного среднесуглинистого проводили на опытном поле кафедры земледелия Орловского государственного аграрного университета .

Пахотный слой почвы характеризовался следующими показателями : содержание гумуса в пахотном слое – 6,6 %, подвижного фосфора по Кирсанову – 10,4 мг /100 г , обменного калия по Масловой – 10,1 мг /100 г почвы , рН сол – 6,0, сумма поглощенных оснований – 32,5 мг .- экв ./100 г , мощность гумусового горизонта – 62 см , плотность – 1,0-1,3 г / см ³.

Метеорологические условия в годы проведения исследований характеризовались неравномерным распределением осадков и температуры воздуха и имели отклонения от среднемноголетних данных . Поэтому полученные в исследованиях данные позволили достаточно достоверно и объективно оценить особенности эколого - стабилизирующей роли зернобобовых культур на черноземах оподзоленных при использовании нетрадиционных удобрительных форм .

В опытах исследовали экологическую устойчивость гороха посевного сортов « Батрак » и « Орловчанин », сои сорта « Ланцетная » и люпина узколистного сорта « Кристалл ». Технология возделывания зернобобовых культур стандартная для региона . Предшественник – ячмень . Для внесения в почву отходов производства и природных минералов применяли разбрасыватель минеральных удобрений РУМ -5. Полевой опыт был заложен на делянках площадью 25 м ² в трехкратной повторности . Размещение опытных делянок систематическое . Схема опыта включала в себя следующие варианты : 1 Контроль ; 2 Фосфорит 1 т / га ; 3 Фосфорит 1,5 т / га ; 4 Цеолит 5 т / га ; 5 Цеолит 10 т / га ; 6 Ш лак 0,5 т / га ; 7 Ш лак 1 т / га ; 8 Ш лак 1,5 т / га ; 9 Фосфорит 1 т / га + шлак 0,5 т / га ; 10 Фосфорит 1 т / га + цеолит 5 т / га ; 11 Цеолит 5 т / га + шлак 0,5 т / га .

Устойчивость чернозема оподзоленного и зернобобовых культур к различным химическим воздействиям изучали внесением шлаков « Мценского завода алюминиевого литья » и природных минералов на основе цеолитов Хотынецкого месторождения и фосфоритов Дмитровского месторождения .

Характеристика объектов исследования : отсевы солевого алюминиевого шлака (%): Al – 2,82; Al₂O₃ – 16,26; Si – 4,90; Mg – 1,74; Fe – 1,70; Mn – 0,15; Zn – 0,64; S О 4 – 0,28; Cu – 0,66; Ca –0,2; Na – 2,42; K – 3,74; Cl – 2,00; Cd – 0,004; Ti – 0,085; Sn – 0,018; цеолиты Хотынецкого месторождения (%): СаО – 8,17; MgO – 2,20 ; К 2 О – 1,82; Cu – 2,7*10^-3; Zn – 7,4*10^-3; Mn – 4,6*10^-3; Co – 0,12*10^-3; Mo – 0,72*10^-3; фосфориты , насыщенные фосфатами ( главным образом апатитом ), фторид , гидроксид и карбонатом кальция , содержание Р 2 О 5 8 – 10%.

Результаты исследований

Результаты исследований показали различную отзывчивость сортов гороха , сои и люпина на исследуемые удобрительные средства и погодные условия .

Как видно из рисунка 1, масса корней в слое почвы 0-40 см у растений гороха Батрак в фазу созревания варьировала от 3,56 ц / га в контроле до 5,08 ц / га в среднем за три года , при сочетании 5 т / га цеолита со шлаком в дозе 0,5 т / га .

Самая максимальная масса корней в 2005 г – 4,78 ц / га и в 2006 г – 5,87 ц / га , была установлена при сочетании цеолита со шлаком , что превышала контрольный вариант на 1,03 и 1,98 ц / га , соответственно . Внесение 1,5 т / га фосфорита в 2006 году повысило массу корней до 5,12 ц / га при контроле – 3,89 ц / га . При внесении цеолита в дозе 10 т / га в 2005 и 2006 гг . масса корней превысила контроль на 0,72 и 1,27 ц / га и составила 4,47 – 5,16 ц / га . Нами установлено , что масса корней при внесении 1 т / га шлака превысила контроль в 2005 году в 1,2 раза и в 1,4 раза в условиях 2006 года .

Варианты опыта

2005 год

2006 год

2007 год

Среднее за три года

1– Контроль ; 2– Фосфорит 1 т / га ; 3– Фосфорит 1,5 т / га ;

4– Цеолит 5 т / га ; 5– Цеолит 10 т / га ; 6– Ш лак 0,5 т / га ; 7–

Ш лак 1 т / га ; 8– Ш лак 1,5 т / га ; 9– Фосфорит 1 т / га + Ш лак 0,5 т / га ; 10– Фосфорит 1 т / га + Цеолит 5 т / га ; 11– Цеолит 5 т / га + Ш лак 0,5 т / га .

Рисунок 1 – Влияние природных минералов и отходов производства на массу корней гороха сорта « Батрак » в слое почвы 0-40 см , ц / га

Эффективность проявления шлаковыми отходами производства удобрительных свойств определяется содержанием в них питательных элементов : калий – 3,7%, натрий – 2,4 %, и биогенных микроэлементов . Важной особенностью зернобобовых культур является их способность поглощать из почвы труднодоступные формы фосфора . Известно , что калий оказывает большое влияние на фосфорный обмен , при достаточном обеспечении почвы этим элементом увеличивается использование даже малых доз фосфора , а потребность в этом элементе культуры испытывают постоянно , но особенно в период прорастания и на начальных стадиях развития .

Калий и натрий являются щелочными металлами , и их внесение способствует подщелачиванию почвенного раствора , что также положительно сказывается на развитии корневой системы зернобобовых культур , которые для осуществления фиксации атмосферного азота требуют нейтральной реакции почвенной среды . На кислых почвах клубеньковые бактерии на корнях этих культур не образуются , и фиксация атмосферного азота не происходит . Кроме этого шлак содержит такие биогенные микроэлементы , как : медь , цинк , никель , марганец , железо внесение которых , способствует повышению плодородия почвы и обеспечивают растения зернобобовых культур , необходимыми элементами питания .

Интерес представляет совместное внесение исследуемых удобрительных форм . Так при внесении сочетания 1 т / га фосфорита с 5 т / га цеолита масса корней превысила контроль в 1,2 – 1,3 раза и составила в 2005 году – 4,24 ц / га и 4,36 ц / га в 2006 году .

В 2007 году сухая биомасса корней варьировала от 3,06 ц / га ( контроль ) до 4,60 – 4,74 ц / га ( цеолит 5 т / га + шлак 0,5 т / га , шлак 1 т / га ). Внесение фосфорита в дозе 1 и 1,5 т / га оказало незначительное влияние на исследуемый показатель . Масса корней при внесении цеолита в дозе 10 т / га составила 4,23 ц / га и превысила контрольный вариант в 1,4 раза . Нами отмечено , что с увеличением дозы шлака происходит увеличение массы корней , так при внесении шлака в дозе 0,5 т / га она составила 4,29 ц / га , с увеличением дозы до 1,5 т / га исследуемый показатель повысился на 0,25 ц / га и составил 4,54 ц / га .

Масса корней у растений гороха Орловчанин , в среднем за три года , превысила этот показатель у гороха Батрак . Так максимальная масса корней – 5,395,48 ц / га у гороха Орловчанин , как и у гороха Батрак , установлена при внесении шлака в дозе 1 т / га и сочетания 5 т / га цеолита с 0,5 т / га шлака , в среднем за три года .

В 2005 году масса корней варьировала от 4,10 ц / га ( контроль ) до 5,36-5,42 ц / га в вариантах цеолит 5 т / га + шлак 0,5 т / га , шлак 1 т / га . Внесение цеолита в дозе 5 и 10 ц / га повысило массу корней до 5,15-5,30 ц / га , при контроле 4,10 ц / га . Нами установлено , что масса корней при внесении сочетания 1 т / га фосфорита с 5 т / га цеолита составила 5,23 ц / га , что превысило контроль в 1,3 раза .

В благоприятном 2006 году максимальная масса корней у гороха Орловчанин установлена при внесении сочетания 5 т / га цеолита с 0,5 т / га шлака и составила – 5,9 ц / га при контроле – 4,23 ц / га . Внесение фосфорита в дозе 1,5 т / га повысило массу корней на 0,77 ц / га , а при внесении цеолита в максимальной дозе исследуемый показатель повысился в 1,3 раза по сравнению с контролем и составил 5,33 ц / га . Масса корней при внесении шлака в дозе 1 т / га повысилась до 5,7 ц / га , с увеличением дозы шлака до 1,5 т / га исследуемый показатель снизился на 1,2 ц / га и составил 4,5 ц / га .

2007 год оказался самым неблагоприятным для развития корневой системы , о чем свидетельствует масса корней , которая варьировала по вариантам от 3,72 ц / га в контроле до 5,04 при внесении шлака в дозе 1 т / га и до 5,48 ц / га при внесении сочетания 5 т / га цеолита с 0,5 т / га шлака . При внесении цеолита в дозе 10 т / га масса корней превысила контроль в 1,2 раза и составила 4,66 ц / га . Внесение шлака в дозе 1,5 т / га оказало наименьшее влияние на массу корней , которая составила 4,31 ц / га , что в 1,1 раза выше , чем в контрольном варианте . Совместное внесение 1 т / га фосфорита с 0,5 т / га шлака повысило исследуемый показатель до 4,79 ц / га , что превысило контроль на 1,07 ц / га . Максимальная масса корней у сои Ланцетная , в среднем за три года , установлена при внесении цеолита в дозе 10 т / га и составила 8,14 ц / га , что превысило контроль в 1,6 раза .

В 2005 году масса корней в контрольном варианте составила 5,16 ц / га . При внесении цеолита в дозе 10 т / га и 1 т / га шлака , установлена максимальная масса корней – 7,96 – 8,15 ц / га , которая превысила контрольный вариант на 2,8 – 2,99 ц / га . С увеличением дозы шлака до 1,5 т / га происходит снижение массы корней до 5,37 ц / га . Совместное внесение 1 т / га фосфорита с 5 т / га цеолита способствовало повышению исследуемого показателя до 7,18 ц / га , что превысило контроль в 1,4 раза .

Варианты опыта

2005 год

2007 год

2006 год

Среднее за три года

1– Контроль ; 2– Фосфорит 1 т / га ; 3– Фосфорит 1,5 т / га ; 4– Цеолит 5 т / га ; 5– Цеолит 10 т / га ; 6– Ш лак 0,5 т / га ; 7– Ш лак 1 т / га ; 8– Ш лак 1,5 т / га ; 9– Фосфорит 1 т / га + Ш лак 0,5 т / га ;

10– Фосфорит 1 т / га + Цеолит 5 т / га ; 11– Цеолит 5 т / га + Ш лак 0,5 т / га .

Рисунок 2 – Влияние природных минералов и отходов производства на массу корней гороха сорта « Орловчанин » в слое почвы 0-40 см , ц / га

Погодные условия 2006 года совместно с исследуемыми удобрительными формами оказали благоприятное влияние на развитие корневой биомассы сои Ланцетная . Наибольший показатель массы корней – 8,63 ц / га ( цеолит 10 т / га ) превысил контроль в 1,7 раза . Внесение фосфорита оказало незначительное влияние на массу корней . Так , внесение шлака в дозе 1 т / га повысило данный показатель до 7,84 ц / га , при контроле 4,96 ц / га .

В условиях 2007 года масса корней у сои варьировала от 5,02 ц / га в контроле до 7,82 ц / га в варианте с внесением цеолита в дозе 10 т / га . С уменьшением дозы цеолита до 5 т / га происходит снижение массы корней до 6,15 ц / га . Внесение шлака в дозе 1 т / га повысило исследуемый показатель до 7,40 ц / га , что превысило контроль в 1,5 раза . Увеличение дозы шлака до 1,5 т / га оказало наименьшее влияние на массу корней , которая составила – 4,96 ц / га . Интерес представляет совместное внесение исследуемых удобрительных форм . Так , наибольшая масса корней – 7,10 ц / га , отмечена в варианте ( цеолит 5 т / га + шлак 0,5 т / га ).

Масса корней у растений люпина узколистного Кристалл была наибольшей в сравнении с исследуемыми культурами и варьировала от 6,38 ц / га ( контроль ) до 10,61 ц / га ( фосфорит 1 т / га + цеолит 5 т / га ), в среднем за три года .

В 2005 году наибольшая масса корней – 11,06 т / га была установлена при внесении сочетания 1 т / га фосфорита с 5 т / га цеолита и превысила контроль на 5,01 ц / га . Внесение фосфорита в дозе 1 и 1,5 т / га способствовало повышению исследуемого показателя до 9,15 – 10,14 ц / га , при контроле – 6,05 ц / га . При внесении цеолит в дозе 10 т / га массы корней составила 10,83 ц / га , что в 1,8 раза больше чем в контроле . С увеличением дозы шлака происходит снижение массы корней с 9,32 ц / га ( шлак 0,5 т / га ) до 7,30 ц / га ( шлак 1,5 т / га ). Совместное внесение 5 т / га цеолита с 0,5 т / га шлака повысило массу корней до 10,05 ц / га , что превысило контроль в 1,7 раза .

Погодные условия 2006 года в сочетании с исследуемыми формами , были наиболее благоприятными для развития корневой системы люпина Кристалл , сухая масса которой варьировала по вариантам от 7,92 ц / га в контроле до 11,94 ц / га при внесении сочетания 1 т / га фосфорита с 5 т / га цеолита . Масса корней увеличилась на 3,19 ц / га при внесении фосфорита в дозах 1,5 т / га и составила – 11,11 ц / га . Нами отмечено , что масса корней повышалась до 9,97 ц / га при внесении цеолита в дозе 5 т / га и до 10,84 ц / га при увеличении дозы до 10 т / га . Внесение шлака в минимальной дозе повысило массу корней до 11,17 ц / га , что превысило контрольный варианта в 1,4 раза , а с увеличением дозы до максимальной масса снизилась на 2,64 ц / га и составила 8,53 ц / га . Интерес представляет совместное внесение 0,5 т / га шлака с 1 т / га фосфорита , способствующее повышению массы корней до – 10,83 ц / га , что в 1,4 раза превысило этот показатель в контрольном варианте .

В неблагоприятных условиях 2007 года максимальная масса корней – 9,10 ц / га отмечена при внесении цеолита в дозе 10 т / га , что превысило контроль в 1,7 раза . Внесение фосфорита оказало незначительное влияние на массу корней , которая составила 7,79 ц / га при внесении 1 т / га и 8,78 ц / га при увеличении дозы до 1,5 т / га . Масса корней повысилась до 8,12 ц / га при внесении шлака в дозе 1 т / га , с увеличением дозы до 1,5 т / га она составила 6,35 ц / га , при контроле 5,18 ц / га .

Варианты опыта

2005 год                  2006 год

2007 год                  Среднее за три года

1– Контроль ; 2– Фосфорит 1 т / га ; 3– Фосфорит 1,5 т / га ; 4– Цеолит 5 т / га ; 5– Цеолит 10 т / га ; 6– Ш лак 0,5 т / га ; 7– Ш лак 1 т / га ; 8– Ш лак 1,5 т / га ; 9– Фосфорит 1 т / га + Ш лак 0,5 т / га ; 10– Фосфорит 1 т / га + Цеолит 5 т / га ; 11– Цеолит 5 т / га + Ш лак 0,5 т / га .

Рисунок 3 – Влияние природных минералов и отходов производства на массу корней сои сорта « Ланцетной » в слое почвы 0-40 см , ц / га

Варианты опыта

2005 год                2006 год

2007 год                Среднее за три года

1 – Контроль ; 2– Фосфорит 1 т / га ; 3– Фосфорит 1,5 т / га ; 4– Цеолит 5 т / га ; 5– Цеолит 10 т / га ; 6– Ш лак 0,5 т / га ; 7– Ш лак 1 т / га ; 8– Ш лак 1,5 т / га ; 9– Фосфорит 1 т / га + Ш лак 0,5 т / га ; 10– Фосфорит 1 т / га + Цеолит 5 т / га ; 11– Цеолит 5 т / га + Ш лак 0,5 т / га .

Рисунок 4 – Влияние природных минералов и отходов производства на массу корней люпина сорта « Кристалл » в слое почвы 0–40 см , ц / га

Совместное внесение исследуемых удобрительных форм повысило массу корней до 8,41 ц / га при внесении сочетания 1 т / га фосфорита с 0,5 т / га шлака и до 8,83 ц / га в варианте фосфорит 1 т / га + цеолит 5 т / га , что превысило контроль в 1,6-1,7 раза соответственно .

Выводы

Анализ интенсивности развития корневой системы различных зернобобовых культур в зависимости от уровней химических воздействий фосфоритной муки, цеолита, шлаковых отходов производства в возрастающих дозах и различных сочетаниях между собой показал, что наибольшее эколого-стабилизирующее влияние на плодородие чернозема оподзоленного оказывает возделывание люпина узколистного, который показал высокую устойчивость к различным уровням загрязнения, создаваемым внесением высоких доз 1-1,5 т/га шлаковых отходов, формируя самую большую массу корней в пахотном и подпахотном горизонтах почвы – 7,4-8,8 ц/га в сравнении с изучаемыми зернобобовыми культурами.

По экологической устойчивости к уровням химических воздействий , экстремальным погодным условиям и количеству корневых остатков , поступающих в почву , изучаемые зернобобовые культуры можно расположить в следующий ряд : люпин узколистный Кристалл >  горох Орловчанин >  соя Ланцетная ≥ горох Батрак и рекомендовать использовать эколого - стабилизирующие свойства зернобобовых культур для фитомелиорации .

Поскольку люпин имеет самую мощную корневую систему , то поступающие в почву растительные остатки обеспечивают повышение ее плодородия . А в сочетании с мощной надземной массой люпин является лучшей культурой для запашки его в качестве сидерата и использовании при рекультивации нарушенных и загрязненных земель .

Теоретический и научно - практический журнал . Основан в 2005 году

Учредитель и издатель : Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Орловский государственный аграрный Университет »

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77–21514 от 11.07. 2005 г.

Технический редактор М осина А.И.

Сдано в набор 14.05.2011

Подписано в печать 28.06.2011 Формат 60х84/8. Бумага офсетная.

Гарнитура Таймс.

Объём 14,8 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 М инобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное содержание кандидатских и докторских диссертаций

Содерж ание номера