Содержание макро-и микроэлементов в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном

В статье изложены результаты исследований элементного химического состава зерна кукурузы при внесении минеральных удобрений. Установлено, что сбалансированное применение удобрений на черноземе обыкновенном является важным фактором оптимизации минерального питания кукурузы и получения экологически безопасной растениеводческой продукции Ключевые слова: ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ, КУКУРУЗА, МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ, ЧЕРНОЗЕМ ОБЫКНОВЕННЫЙ Элементный химический состав растений — один из показателей качества продукции растениеводства, и, соответственно, эффективности технологий выращивания сельскохозяйственных культур. В настоящее время назрела необходимость в разработке методов многоэлементной диагностики, позволяющих оценить не только потребность растений в элементах, но и экологическую безопасность получаемой продукции [1]. Методы многоэлементной диагностики питания растений существенно расширяют возможности сравнительной характеристики разных видов и сортов культур по отношению к почвенным условиям, удобрениям и другим факторам, так как появляется возможность учитывать уровень обеспеченности растений питательными элементами и экологическое качество растительной продукции [11].

Исследования проведены совместно с Международным институтом питания растений в Целинском районе Ростовской области, территория которого по природно-экономическому делению входит в южную зону обыкновенных черноземов. Исходные показатели почвенного плодородия для пахотного слоя в среднем были следующими: гумус — 3,22%; рН (Н₂О) — 7,7; N-NH₄ — 14,0 мг/кг; N-NО₃ — 16,0 мг/кг; подвижные фосфор и калий (по Мачигину) — 24,0 и 332,0 мг/кг P₂O₅ и K₂O соответственно.

Полевой опыт заложен в 2011;2013 гг. согласно методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [13].

Изучали среднеспелый гибрид зернового направления Фурио (ФАО 360−390). Схема опыта: 1) Контроль, 2) N30P40 до посева (средние дозы хозяйств), 3) N100P80К60 до посева + обработка семян Zn, 4) N18P80К60 до посева + обработка семян Zn, 5) N100К60 до посева + обработка семян Zn, 6) N100P80 до посева + обработка семян Zn. Общая площадь делянки — 67,2 м², учетная — 42,0 м², повторность опыта — четырехкратная. Предшественник во все годы — озимая пшеница. В качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру (34% N), аммофос (12% N, 52% P₂O₅), калий хлористый (60% К₂О) и цинк сернокислый (25% Zn).

Образцы растений отбирали согласно методике полевого опыта [8].

Определение NPK в зерне кукурузы проведено после мокрого озоления. Содержание азота в минерализате определяли по ГОСТ 13 496.4−93 [6], фосфора — по ГОСТ 26 657–97 [7]. Определение калия проводили на пламенном фотометре ФПА-2. Количество микроэлементов определяли в солянокислом растворе сухой золы атомно-абсорбционным методом [14].

Элементный состав растений кукурузы во многом определяется почвенно-климатическими условиями выращивания, ее сортовыми особенностями, а также технологией возделывания, количеством вносимых удобрений, организацией севооборотов. В среднем за годы исследований содержание азота варьировало от 1,30 до 2,17%, фосфора — от 0,19 до 0,53%, калия — от 0,29 до 0,61% (рис.1−3). Установлено, что с увеличением доз удобрений, содержание N, P, K в зерне кукурузы гибрида Фурио, как правило, повышалось. Внесение наибольших в опыте доз удобрений (N100P80K60) повышало содержание макроэлементов до максимальных значений во все годы исследований.

Рисунок 2 Содержание фосфора в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, %.

Рисунок 3 Содержание калия в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, %.

Содержание N, P, K в 2013 году во всех вариантах опыта снизилось по сравнению с результатами 2011;2012 гг. Это объясняется острой продолжительной засухой в критические периоды развития кукурузы.

Наибольшая эффективность азотных, фосфорных и калийных удобрений выявлена при их совместном внесении.

Аналогичная закономерность выявлена и по влиянию удобрений на содержание биомикроэлементов — Zn и Cu (рис. 4−5). Внесение N100P80K60 привело к повышению количества цинка на 12,8 мг/кг, а меди — на 1,5 мг/кг по сравнению с контролем в среднем за годы исследований. Однако превышение гигиенических нормативов не отмечено ни в одном из вариантов опыта (для Cu — 10,0 мг/кг, для Zn — 50,0 мг/кг) [3, 5].

Рисунок 4 Содержание Zn в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, мг/кг.

Рисунок 5 Содержание Cu в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, мг/кг.

Полученные данные за 2011 — 2013 годы наблюдений соответствуют среднему содержанию Cu и Zn в зерне кукурузы, согласно ряду исследований. В работе [20] содержание Zn в зерне кукурузы составляет 28,3 мг/кг, коэффициент вариации при этом достигает 60%, а Cu -2,21 мг/кг, коэффициент вариации — 37%. В исследованиях, проведенных на черноземе обыкновенном карбонатном [12], содержание Zn в зерне различных сортов и гибридов кукурузы варьирует от 14,0 до 27,0 мг/кг, Cu — от 2,0 до 4,0 мг/кг.

При использовании минеральных удобрений в почву вносится свинца от 7,0 до 225,0 мг/кг сухой массы почвы [10], кадмия — от 0,3 до 179,0 мг/кг [24]. Это может привести к повышению содержания данных элементов в растениях и снижению экологической безопасности сельскохозяйственной продукции.

Полученные результаты показывают, что внесение удобрений в 2011 и 2012 гг. не способствовало накоплению Pb в зерне кукурузы. Его содержание по вариантам опыта было на уровне контроля и даже ниже. В 2013 г. выявлено некоторое увеличение содержания Pb (рис. 6).

Физиологически нормальной для растений считается концентрация свинца от 0,1 до 5,0 мг/кг сухого вещества [21], критической — 10,0 мг/кг [19]. Предельно допустимая концентрация свинца в зерновых культурах в США, Англии и Франции — 1,5−2,0 мг/кг, а в большинстве стран — 0,3−0,5 мг/кг [18]. Согласно нормативным документам, используемым в нашей стране, концентрация свинца в продукции растениеводства не должна превышать 0,5 мг/кг для пищевых целей [5] и 5,0 мг/кг — на корм [3].

Рисунок 6 Содержание Pb в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, мг/кг.

В отличие от Pb, содержание Cd при внесении удобрений существенно возрастает во все годы исследований (рис. 7).

Рисунок 7 Содержание Cd в зерне кукурузы при внесении удобрений на черноземе обыкновенном, мг/кг.

По сводным данным [10], нормальное содержание кадмия в надземной части растений составляет 0,05−0,6 мг/кг сухого вещества, токсическое — 1,0 — 70 мг/кг сухого вещества. Экспериментальные данные за 2011 — 2013 годы исследования соответствуют среднему содержанию Cd в зерне кукурузы и не превышают допустимые уровни — 0,1 и 0,3 мг/кг [3, 5]. Согласно исследованиям [17], концентрация кадмия изменяется от 0,18 до 0,28 мг/кг. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях кадмий занимает первое место (Cd>Cu>Zn>Pb) [16].

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что отклонений от гигиенических нормативов качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов для Cu, Zn, Cd, Pb отмечено не было. Это свидетельствует об избирательности поглощения элементов из почвы и функционировании защитных механизмов, препятствующих проникновению тяжелых металлов в органы растений [9].

Большое влияние на поступление металлов в растения оказывают физико-химические свойства почвы [9]. По данным [22], при снижении рН с 7 до 5,5 содержание кадмия в тканях растений возрастало в 4 раза. Поглощение металлов растениями находится в прямой зависимости от их доступного содержания в почве или почвенном растворе [23]. Выделяют пять главных механизмов закрепления тяжелых металлов: образование внешнесферных поверхностных комплексов, образование внутрисферных изолированных комплексов, образование многоядерных поверхностных комплексов, гомогенное осаждение, диффузия в решетке [2]. Подвижность Cu, Pb и Zn в почвах Ростовской области обусловлена преимущественно соединениями металлов, удерживаемых карбонатами (4−9% от общего содержания и 53−88% от группы непрочносвязанных соединений). Сродство Zn к карбонатам из рассматриваемых металлов самое высокое. Доля специфически сорбированных с карбонатами форм металла в группе непрочносвязанных соединений на фоновых почвах составляет 88% [15].

При поступлении в растения между разными металлами имеет место антагонистическое и синергическое взаимодействие. Так, при изучении совместного действия Zn, Cd и Cu на кукурузу в большинстве вариантов опыта было отмечено аддитивное и синергическое взаимодействие [4].

Содержание элементов в зерне кукурузы можно представить следующими рядами: N>K>P; Zn>Cu>Pb>Cd. Среди макроэлементов наибольшее содержание характерно для азота, среди микроэлементов — для цинка. зерно кукуруза минеральный удобрение Таким образом, растения кукурузы были достаточно обеспечены элементами питания для получения высокого и качественного урожая. Оптимальная доза удобрений — N100P80К60 до посева с обработкой семян Zn. Внесение удобрений увеличивает содержание как макро-, так и микроэлементов в зерне кукурузы. Однако превышения гигиенических нормативов качества и безопасности пищевого сырья и продуктов не выявлено, следовательно, полученное в опыте зерно может быть использовано в продовольственных целях. При сбалансированном применении минеральных удобрений на черноземах обыкновенных карбонатных загрязнения растениеводческой продукции не происходит.

Работа выполнена при поддержке проектной части госзадания Министерства образования и науки Российской Федерации № 5.885.2014/К, Ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).

• 1. Бирюкова О. А., Ельников И. И., Крыщенко В. С. Оперативная диагностика питания растений. Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2010. 168 с.
• 2. Водяницкий Ю. Н. Изучение тяжелых металлов в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В. В. Докучаева РАСХН, 2005. 109 с.
• 3. Временный максимально — допустимый уровень содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках / Государственный агропромышленный комитет, М. 1987.
• 4. Гармаш Г. А., Гармаш Н. Ю. Распределение тяжелых металлов по органам культурных растений // Агрохимия. 1987. № 5. С. 40−46.
• 5. Гигиенические нормативы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2. 560 — 96.
• 6. ГОСТ — 13 496.4 — 93. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания азота и сырого протеина.
• 7. ГОСТ — 26 657 — 97. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания фосфора.
• 8. Доспехов Б. А. Методика опытного дела. М.: Колос, 1985. 351 с.
• 9. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 150 с.
• 10. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.
• 11. Климашевский Э. Л. Генетический аспект минерального питания растений. М.: Агропромиздат, 1991. С. 135−146.
• 12. Лукашов А. Г. Применение системы ИСОД в сортоиспытании кукурузы // Материалы международной научной конференции. Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации. Ростов-на-Дону, 2006. С. 324−329.
• 13. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур / Вып. 2. Под общей редакцией председателя государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при МСХ СССР, д.с.-х. наук М. А. Федина. М., 1989. 195 с.
• 14. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. 61 с.
• 15. Минкина Т. М. Соединения тяжелых металлов в почвах Нижнего Дона, их трансформация под влиянием природных и антропогенных факторов: Автореф. дисс. д.б. наук. Ростов-на-Дону: 2008. 49 с.
• 16. Овчаренко М. М., Шильников И. А., Вендило Г. Г., Аканова Н. И. и др. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. М., 1997. 290 с.
• 17. Протасова Н. А., Горбунова Н. С. Соединения цинка, никеля, свинца и кадмия в обыкновенных черноземах каменной степи при длительном применении удобрений и фосфогипса // Агрохимия. 2010. № 7. С.52−61.
• 18. Таланов Г. А. Санитария кормов: Справочник. М.: Агропроиздат, 1991. № 4. С. 76−83.
• 19. Тарабрин В. П. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наукова думка, 1980. С. 17.
• 20. Ягодин Б. А., Торшин С. П., Кукурин Н. Л., Савидов Н. А. Вариабельность микроэлементного состава зерна основных злаковых культур и факторы, ее определяющие // Агрохимия. 1989. № 3. С. 125 — 133.
• 21. Beker D. E., Chesnm L. Chemical monitoring of soil for environmental quality animal and health // Advances in Agronomy. 1975. V. 27. P. 306−366.
• 22. Gunnarsson O. Heavy metals in fertilizers do they cause environmental and health problems. // Fertil. Agric. 1983. N 85. P. 27−42.
• 23. Wagner G.J. Accumulation of cadmium in crop plants and consequences to human health. // Adv. Agron. 1993. V. 51. P. 173−212.
• 24. Williams C., David D. Some effect of the distribution of cadmium and phosphate in root zone on cadmium content of plants // Austral. J. Soil Res. 1977. V. 15, N 1. P. 59−64.