Результаты исследований и их обсуждение

Результаты исследований влияния базовых технологий на агрохимические свойства чернозема выщелоченного представлены в таблице 2.

агроприем озимый пшеница биогеохимический.

Таблица 2 — Влияние различных технологий возделывания озимой пшеницы на агрохимические свойства пахотного слоя почвы (опытное поле КубГАУ, 2013;16 гг.)

Внесение минеральных удобрений способствует повышению степени насыщенности основаниями пахотного слоя чернозема выщелоченного, емкости катионного обмена и суммы обменных оснований, что вызывает снижение гидролитической кислотности, повышает буферность почвы. Увеличение значений активной кислотности) до 6,9 приводит к образованию малорастворимых гидроксидов, фосфатов и карбонатов магния, кальция, марганца, свинца, меди, цинка, никеля. Степень обеспеченности пахотного слоя подвижным фосфором (по Чирикову) на контроле соответствует высокому уровню, применение удобрений ведет к накоплению дигидрофосфат-ионов выше ПДК: беспестицидная технология (111) — 1,2 ПДК, экологически допустимая (222) и интенсивная (333) — 1,5 ПДК. Внесение очень высоких доз фосфорных удобрений на варианте интенсивной технологии (333) приводит к усилению специфической адсорбции избыточных фосфат-анионов почвенными минералами, образованию более прочных координационных связей с катионами кальция, магния и тяжелых металлов (ТМ). Ионы калия также могут связываться специфически — в этом случае поглощается значительно большее количество ионов, чем это вытекает из величины ЕКО.

Изучаемые новые агротехнологии способствовали воспроизводству гумуса: беспестицидная — на 13,8%; экологически допустимая — 6,8%; интенсивная — 10,3%. Формирование урожая зависит от обеспеченности растений азотом, фосфором и калием.

На рисунке 1 показано влияние агротехнологий на динамику содержания подвижного фосфора в пахотном слое почвы в различные фазы роста озимой пшеницы сорта Юка. Исходная обеспеченность подвижным фосфором чернозема выщелоченного соответствует очень высокому уровню, что связано, вероятно, с предшественником — 3 года выращивали люцерну.

Рисунок 1 — Динамика содержания подвижного фосфора в пахотном слое почвы в период вегетации озимой пшеницы сорта Юка при различных технологиях.

Снижение подвижного фосфора наблюдается в условиях беспестицидной и экологически допустимой технологий в фазы колошения и перед уборкой — период формирования колоса, созревания зерна. Несмотря на вынос фосфора вегетирующими растениями, его содержание остается на высоком уровне. С точки зрения агрохимических критериев в условиях интенсивной технологии отмечен избыток подвижных фосфатов — его содержание составляет 1,5 ПДК по санитарно-гигиеническим нормативам.

При выращивании пшеницы сорта Антонина — предшественник подсолнечник — содержание подвижных фосфатов в почве перед посевом ниже в 1,6 раза, чем на поле сорта Юка, что, очевидно, вызвано значительным выносом питательных веществ подсолнечником (рис. 2). Внесение удобрений повышает уровень содержания фосфат-ионов до высокого (111) и очень высокого уровней (1,5 ПДК) при экологически допустимой и интенсивной технологиях в последующие фазы роста и развития растений озимой пшеницы сорта Антонина (рис. 2). Высокая концентрация дигидрофосфат-ионов может вызывать подкисление почвенного раствора, снижение буферных свойств почвы, разрушение почвенных минералов (эрозию) [9]. Кроме того, избыточное содержание подвижного фосфора в почве усиливает полегание хлебов, поражение их ржавчиной.

Рисунок 2 — Динамика содержания подвижного фосфора в пахотном слое почвы в период вегетации озимой пшеницы сорта Антонина при различных технологиях.

Повышение продуктивности озимой пшеницы возможно при оптимальном соотношении азотного, фосфорного и калийного питания. На рисунках 3 и 4 показана динамика содержания минерального азота в пахотном слое чернозема выщелоченного при возделывании пшеницы сортов Юка и Антонина. Согласно агрохимическим и биогеохимическим критериям обеспеченность подвижным азотом на поле сорта Юка перед посевом соответствует норме (20 — 50 мг/кг) [7]. В фазы кущения, колошения и перед уборкой отмечено резкое снижение уровня азота до дефицита (< 20 мг/кг почвы) в условиях экстенсивной и беспестицидной технологий. Внесение повышенных доз удобрений на вариантах экологически допустимой и интенсивной технологий (222 и 333) способствует улучшению азотного питания.

Рисунок 3 — Динамика содержания минерального азота в пахотном слое почвы в период вегетации озимой пшеницы сорта Юка при различных технологиях.

Обеспеченность азотным питанием растений пшеницы сорта Антонина значительно ниже — дефицит наблюдался практически на всех вариантах во все фазы вегетации, кроме периодов кущения и перед уборкой на фоне экологически допустимой технологии (рис. 4).

Рисунок 4 — Динамика содержания минерального азота в пахотном слое почвы в период вегетации озимой пшеницы сорта Антонина при различных технологиях.

Уровень обеспеченности доступным калием был сравнительно стабильным — от среднего (150 мг/кг) до высокого (220 мг/кг) [3].

В таблице 3 приведены показатели урожайности и качества зерна озимой пшеницы (сорта Юка и Антонина).

Таблица 3 — Влияние различных технологий возделывания озимой пшеницы на урожайность и качество зерна (опытное поле КубГАУ, 2013;16 гг.).

Урожайность озимой пшеницы сортов Юка и Антонина возрастает по мере улучшения пищевого режима за счет повышения уровня плодородия, внесения минеральных удобрений и применения средств защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Беспестицидная технология с использование минимальной дозы удобрения и биологических средств защиты растений от вредителей и болезней на почве со средним уровнем плодородия обеспечила повышение урожайности сорта Антонина на 27,2% и практически не оказала влияния на продуктивность пшеницы сорта Юка (предшественник-люцерна). В условиях экологически допустимой технологии с повышенным уровнем плодородия, двойной дозой удобрений и применением гербицидов для борьбы с сорняками повышение урожайности составило, %: сорта Юка — 12,6; сорта Антонина — 37,1. При интенсивной технологии — высокое плодородие, тройные дозы удобрений и интегрированная система защиты растений от вредителей, болезней и сорняков — урожайность пшеницы сорта Юка возросла на 16,3%, сорта Антонина — на 31,9%. Продуктивность сорта Антонина была выше в сравнении с сортом Юка в условиях всех изучаемых технологий, %: беспестицидная — 28,3; экологически допустимая — 22,9; интенсивная — 18,8. На поле пшеницы сорта Юка обеспеченность фосфором и азотом (рис. 1 и 3) была выше (фосфор в избытке), чем на поле с сортом Антонина, во все фазы вегетации. На наш взгляд, избыточная концентрация фосфат-ионов в почвенном растворе является одной из причин более низкой урожайности сорта Юка при внесении удобрений, так как это влияет на проницаемость мембран, увеличивает конкуренцию между ионами, подавляет ферментативную активность, нарушает энергетические процессы. Кроме того, высокая концентрация солей почвенного раствора снижает поглощение воды растениями [9].

В производстве высококачественного продовольственного зерна мягкой пшеницы особое внимание уделяют содержанию белка и клейковины с определенными физическими свойствами (упругость, эластичность, способность к набуханию). Анализ показателей качества зерна пшеницы изучаемых сортов показал положительное влияние технологий выращивания на содержание протеина и клейковины в зерне (табл. 3). Внесение минимальных доз удобрений на фоне среднего плодородия и применение биологической защиты растений от болезней и сорняков на варианте с беспестицидной технологией (111) способствовало повышению показателей качества зерна сортов Юка и Антонина соответственно, %: при этом клейковина оценивалась I группой качества с показателями ИДК от 63,3 до 67,4 у сорта Юка и от 67,5 до 71,4 у сорта Антонина; протеинана 3,9 и 8,8; клейковины на 5,6 и 18,1. Максимальный прирост качественных показателей зерна отмечен в условиях интенсивной технологии (вариант 333) у сорта Антонина — прирост протеина составил 18,8%, клейковины — 26,01%. Эти показатели свидетельствуют, что удобрения приносят больший эффект в случае более низкой обеспеченности почвы питательными элементами (рис. 2 и 4). Качество зерна зависит и от погодных условий, складывающихся в период налива и созревания. В годы исследования агроклиматические условия были близки, поэтому основными факторами, влияющими на урожайность и качество зерна, можно считать сорт и уровень минерального питания.

Наряду с макроэлементами важное влияние на качество зерна и урожай оказывают такие микроэлементы, как марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn), кобальт (Co). Они относятся к группе незаменимых питательных элементов — при их отсутствии в почвенном растворе нарушается рост и развитие растений. Агрохимические и биогеохимические критерии содержания подвижных форм микроэлементов, мг/кг:

• — дефицит, мг/кг: Mn < 10; Cu < 0,2; Zn < 2,0; Со< 0,15.
• — норма: Mn 10,1- 20,0; Cu 0,21- 0,50; Zn 2,1- 5,0; Со 0,16- 0,30.
• — избыток: Mn > 20,0; Cu >0,50; Zn >5,0; Со > 0,30.

В таблице 4 приведены результаты исследований почвы на содержание кислоторастворимых и подвижных форм микроэлементов в пахотном слое при выращивании озимой пшеницы сорта Антонина. Кислоторастворимые соединения (карбонаты, фосфаты, гидроксиды) относят к потенциально доступным формам, по мере снижения концентрации ионов металлов в почвенном растворе равновесие смещается в сторону растворения этих соединений. Исходя из агрохимических критериев, содержание подвижного марганца и кобальта в почве в избытке, меди и цинка — дефицит.

Таблица 4 — Влияние агротехнологий выращивания озимой пшеницы на содержание Mn, Cu, Zn и Cо в пахотном слое почвы, мг/кг (фаза вегетации — кущение, сорт Антонина).

Примечания: КФ* - кислоторастворимые формы; ПФ**- подвижные формы.

Недостаток меди может вызывать нарушения активности ряда ферментов, в частности, нитратредуктазы, что негативно сказывается на азотном обмене. Кроме того, дефицит меди снижает устойчивость к полеганию, вызывает задержку роста и цветения. Цинк влияет на синтез аминокислоты триптофан, при его недостатке в растениях накапливаются органические кислоты и небелковые соединения азота.

С позиций эколого-токсикологических нормативов чернозем, выщелоченный по содержанию подвижных соединений является экологически чистым (< ПДК). Важное экологическое значение имеет содержание тяжелых металлов в почве и возможность накопления их в продукции [10, 11]. В таблице 4 представлены результаты исследования почвы на содержание особо опасных тяжелых металлов (кадмия, свинца) и металлов второго класса опасности — хрома и никеля. Применение химических средств земледелия вызывает внутрипочвенную эрозию, что повышает в почвенном растворе содержание токсичных веществ, в частности тяжелых металлов, до опасных концентраций для живых организмов и растений [12, 13].

Таблица 5 — Влияние агротехнологий выращивания озимой пшеницы на содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, Cr и Ni) в пахотном слое почвы, мг/кг (фаза вегетации — кущение, сорт Антонина).

Примечания: КФ* - кислоторастворимые формы; ПФ**- подвижные формы Содержание подвижных форм Pb, Cd, Cr и Ni в пахотном слое чернозема выщелоченного ниже ПДК по эколого-токсикологическим нормативам. Подвижность исследуемых тяжелых металлов изменяется в условиях различных технологий выращивания. Доля подвижных форм их соединений от кислоторсторимых колеблется в пределах ,%:

Mn — 32,8 (вариант 222) до 39,6 (000 и 333);

Cu — 1,06 (222) до 1,18 (333);

Co — 17,1 (333) до 22,0 (222);

Zn — 1,18 (000) до 2,52 (333);

Pb — 6,45 (000) до 8,52 (333);

Cd — 44,4 (111 и 333) до 66,7 (222);

Cr — 1,49 (222) до 1,95 (333);

Ni — 11,8 (222) до 14,5 (111).

Высокая подвижность характерна для кадмия (> 40%), марганца (> 32%), кобальта (> 17%) и никеля (> 11%). От содержания подвижных форм зависит накопление тяжелых металлов в зеленой массе и зерне озимой пшеницы, что влияет на качество и безопасность продукции [14, 15].

Наиболее активно тяжелые металлы поглощаются растениями в начальных фазах роста, в связи с этим были проведены исследования по определению содержания цинка, свинца, кадмия, кобальта, марганца, хрома, никеля, меди в зеленой массе озимой пшеницы в фазе кущения (табл. 6).

Таблица 6 _ Содержание тяжелых металлов в зеленой массе озимой пшеницы в фазе кущения (2013 — 2016 гг.).

Содержание тяжелых металлов в зелёной массе озимой пшеницы не превышает ПДК для кормовых культур. Внесение высоких удобрений (варианты 222 и 333) способствуют увеличению содержания цинка в зеленой массе и снижению накопления в ней кадмия по сравнению с контролем (000).

Содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы при различных технологиях выращивания представлено в таблице 7.

Таблица 7 — Содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы (2013;2016 гг.)

* - для детского питания Содержание в зерне озимой пшеницы кадмия превышает ПДК для детского питания на 15−30%, никеля на 10% на контроле и при использовании беспестицидной технологии (111); использование экологически допустимых технологий (вариант 222) позволяет снизить содержание металлов в продукции до приемлемого уровня [16]. В целом, внесение удобрений способствует снижению содержания тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы. Содержание марганца, меди, цинка, свинца и кобальта снижается с увеличением доз вносимых удобрений по сравнению с контролем: Мn, Zn и Co — 15−20%; Cu, Pb и Cr — 30−40%. Наблюдается антагонизм содержания кадмия и цинка в зерне пшеницы, что подтверждает литературные данные по их взаимозаменяемости. Во всех вариантах опыта содержание Mn, Zn, Pb, Cu, Co, Cr в зерне ниже ПДК предусмотренных для питания взрослого человека.