Агрохимия, 2021, № 5, стр. 37-46

ВВЕДЕНИЕ

Специфика почвенно-климатических условий Северо-Западного региона России такова, что основной задачей земледелия является обеспечение крепкой кормовой базы для животноводства [1]. Однако наращивание производства высококачественных, сбалансированных по составу кормов в настоящее время сдерживается совокупностью неблагоприятных факторов. В их числе важное место занимают снижающийся уровень эффективного плодородия дерново-подзолистых почв [2–4], растущие риски погодно-климатических аномалий [5], неудовлетворительное и крайне неоднородное микроэлементное состояние почв [6–8]. В условиях, когда основным фактором оптимизации последнего выступают органические удобрения [9], а среднегодовой уровень их применения сократился до 1–2 т/га, получение по-настоящему высококачественных кормов становится проблематичным.

Особенное, геохимически аномальное положение в этой группе микроэлементов занимает йод. Его дефицит в почвах и природных водах [10–12] негативно сказывается на качестве растениеводческой и животноводческой продукции и, как следствие, на репродуктивной и регуляторной функциях сельскохозяйственных животных [13, 14] и человеческого организма [15–17]. Успешно решить национальную задачу оздоровления населения без всеобъемлющего преодоления последствий геохимической аномалии йодной недостаточности, охватывающей весь северо-западный регион, практически невозможно [16, 17].

Для восполнения недостатка йода сегодня с помощью йодсодержащих компонентов корректируются рационы питания как человека, так и сельскохозяйственных животных. Доказана положительная роль таких кормовых добавок в укреплении здоровья, повышении репродуктивной функции и увеличении удоев молока коров и коз [18–20]. И все же, несмотря на выраженную очевидность этой проблемы для агрохимической науки, многомасштабные комплексные исследования выполнены к настоящему времени лишь в Калининградской обл. под руководством заслуженного агронома РСФСР, доктора с.-х. наук, профессора В.И. Панасина [21–23]. Их результаты убедительно доказали, что даже приморское расположение региона не гарантирует нормальной обеспеченности почв и сельскохозяйственной продукции йодом. При этом весьма опасно пренебрегать и возможными негативными последствиями, связанными прежде всего с избыточным йодным питанием, которое отделяют от оптимального сотые доли процента концентрации элемента в удобрительных растворах [12, 24].

Цель работы – в комплексном исследовании, в широком диапазоне почвенно-агрохимических условий определить оптимальные концентрации рабочего раствора KI, сроки и кратность некорневых подкормок однолетних трав, а также их агроэкологическую оценку.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Методической базой исследования служил многолетний стационарный полевой опыт “Агрофизический стационар”, развернутый в Меньковском филиале Агрофизического НИИ в Гатчинском р-не Ленинградской обл. в 2006 г. [24, 25]. В условиях этого эксперимента в звене полевого севооборота “картофель – однолетние травы + + многолетние травы – многолетние травы” в 2018 г. были заложены 2 микрополевых опыта. В качестве однолетних трав изучали смесевой посев овса (сорт Скакун, 130 кг семян/га) и вики посевной (сорт Вера, 80 кг семян/га). Двухфакторный опыт 1 был спланирован по принципу прецизионного эксперимента и заложен на среднеокультуренной дерново-подзолистой почве с целью поиска оптимальной в диапазоне от 0 до 0.64% концентрации рабочего раствора KI. Схема опыта (фактор А) включала в себя 3 варианта минеральной системы удобрения (контроль – без удобрений, N30P30K60 – NPK-1 и N60P30K90 – NPK-2) и 9 вариантов концентраций рабочего раствора KI (фактор Б) (табл. 1). Опрыскивание посева проводили в фазе выхода в трубку овса. Опыт 2 имел трехфакторную схему и был направлен на поиск оптимальной кратности обработок йодными микроудобрениями на почвах 3-х видов (фактор А) по степени окультуренности (средне-, хорошо- и высокоокультуренной) с 3-мя аналогичными первому опыту вариантами минеральной системы удобрения (фактор Б). Некорневые подкормки 0.02%-ным раствором KI (фактор В) производили в фазах кущения, выхода в трубку овса, а также двукратно в этих фазах.

Почва опытного участка – дерново-слабоподзолистая пылевато-крупнопесчаная супесчаная на маломощной опесчаненной суглинистой морене, подстилаемой озерно-ледниковым песком и локально – красноцветным моренным песком. В средне-, хорошо- и высокоокультуренном состоянии в пределах пахотного слоя она характеризовалась следующими показателями: рН_KCl 5.17, 6.13 и 6.52, содержание гумуса – 2.51, 3.48 и 4.46%, подвижных соединений фосфора – 199, 325 и 364 мг/кг, подвижных соединений калия – 49, 162 и 274 мг/кг и валового йода – 0.94, 1.22, 1.48 мг/кг соответственно. Такая обеспеченность йодом соответствовала крайне недостаточному уровню по классификации, предложенной В.И. Панасиным с соавт. [22].

Площадь опытной делянки в опытах составила 1 м², повторность в опыте 1 – трехкратная, в опыте 2 – шестикратная. Размещение вариантов и повторений систематическое. Минеральные удобрения вносили в форме N_аа, АФК и K_х под предпосевную обработку почвы в день посева. Учеты проводили в опытах сплошным весовым методом. Химико-аналитические исcледования образцов почвы и зеленой массы однолетних трав были выполнены в ГСАС “Псковская” с использованием стандартизированных методик. Содержание йода в почве было определено роданидно-нитритным методом по Проскуряковой, в сухой зеленой массе однолетних трав – по ГОСТу 28458-90. Статистическую обработку основных данных проводили дисперсионным, корреляционным и регрессионным методами анализа с использованием программного пакета Statistica.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные в ходе исследования с однолетними травами результаты носили во многих аспектах неожиданный характер, по всей видимости связанный с последствиями для развития культуры весьма вероятной, но необычно продолжительной поздневесенней-раннелетней засухи [5]. Острый недостаток влаги задержал развитие однолетних трав и снизил их продуктивность относительно предшествующих лет [25] в 2.6 раза, а отдачу от полного минерального удобрения, особенно на среднеокультуренной почве – еще значительнее. Применение N30P30K60 в таких условиях оказалось практически неэффективным (табл. 1). Хотя овес положительно отреагировал на увеличение дозы до N60P30K90 (доля вики в структуре при этом сокращалась с 58 до 31%), абсолютный уровень прибавки урожайности зеленой массы трав был низким. Окупаемость 1 кг д.в. удобрений с трудом достигла 2.1 з.е.

Вопреки ожиданиям действие некорневой подкормки растворами йодистого калия имело более выраженный, чем влияние макроудобрений, физиологический характер. Достоверные прибавки продуктивности трав на всех почвенно-агрохимических фонах опыта были получены при концентрации рабочего раствора KI равной 0.02%. В отличие от картофеля, для которого оптимальная концентрация рабочего раствора находилась в пределах 0.02–0.04% [24], для однолетних трав эта величина достигла 0.16% в вариантах без удобрений и NPK-1 и 0.08% – в варианте NPK-2. Прибавка урожайности зеленой массы трав от некорневой подкормки раствором йодистого калия достигла 80, 68 и 20% соответственно.

По данным корреляционного и регрессионного анализа, как и в случае с картофелем, зависимость между концентрацией рабочего раствора KI (х) и продуктивностью культуры (у) носила практически функциональный прямолинейный характер с уровнем достоверности апроксимации равном 0.91–0.98: у = 20.58x + 5.12 в варианте без удобрений (R² = 0.91), y = 19.13x + 5.2 – в варианте NPK-1 (R² = 0.98), y = 14.57x + 6.79 – в варианте NPK-2 (R² = 0.92).

Столь высокие, превосходящие по уровню отдачу от полного минерального удобрения прибавки урожайности от применения KI, вероятно, были связаны не столько с физиологической активностью йода, сколько с острой нуждаемостью растений в условиях засухи в усиленном калийном питании. Это положение нашло свое подтверждение в закономерном снижении отдачи от некорневой подкормки по мере роста дозы калия в составе полного минерального удобрения. Абсолютный уровень прибавок урожайности трав в вариантах с оптимальными дозами калия сократился за счет этого фактора в 2.8 раза.

Токсические эффекты от избытка йода были обнаружены при концентрации рабочего раствора KI равной 0.16% в варианте NPK-2 и в 0.32% – в вариантах без удобрений и NPK-1. Безопасная для самих растений концентрация йода в сухом веществе биомассы однолетних трав достигла 0.7 мг/кг (рис. 1а). Превышение этого уровня вызывало общий токсикоз растений, в первую очередь более чувствительной к йоду вики посевной. Внешне он выражался в остановке ростовых процессов за счет ингибирования синтеза белков, антоциановом окрашивании листьев и растущих побегов за счет образования ксантофилоподобных пигментных структур, частичной и полной (к уборке) гибели растений вики.

Рис. 1.

Зависимость содержания: (а) – йода, (б) – нитратов, (в) – сырого протеина, в сухом веществе зеленой массы однолетних трав от концентрации раствора KI.

За счет увеличения концентрации рабочего раствора йодистого калия до 0.16% в данном эксперименте удалось повысить содержание йода в зеленой массе однолетних трав до 7-ми раз (с 0.105 до 0.695 мг/кг). Прямая функциональная зависимость содержания йода (С_I) от концентрации рабочего раствора йодистого калия (С_KI или х) имела вид: C_I = 0.0994x + 0.082 при уровне достоверности аппроксимации R² = 0.95.

В отличие от опыта с картофелем, где подкормка йодом усиливала накопление нитратов в клубнях [24], для однолетних трав эффект был прямо противоположный (рис. 1б). Зависимость от концентрации рабочего раствора (х) при ее повышении до оптимального уровня в 0.16% имела обратно пропорциональный характер: ${{С}_{{{\text{NO}}_{3}^{ - }}}}$ = –218.15x + + 2052.8 при уровне аппроксимации R² = 0.91. Так как установить прямое влияние этого фактора на накопление сырого протеина не удалось (рис. 1в), вероятно, такой эффект мог быть связан с определенными антагонистическими отношениями этих 2-х анионов внутри растительной клетки.

В опыте 2 размах почвенно-агрохимических условий был максимальным (табл. 2). На фоне засухи отзывчивость однолетних трав на окультуривание дерново-подзолистой почвы, вопреки бытующему мнению о их низкой требовательности к уровню почвенного плодородия, оказалась очень высокой. За счет повышения обеспеченности подвижным калием (регулирующим обводненность цитоплазмы клеток) в 3.3 и 5.6 раза, а также полевой влажности почвы в пределах пахотного слоя на 1.72 и 2.23% продуктивность однолетних трав увеличилась на хорошо- и высокоокультуренной почвах на 64 и 210% соответственно. В таких условиях максимальная отдача от полного минерального удобрения, вопреки ожиданиям, была получена на высокоокультуренной почве. Окупаемость 1 кг д.в. удобрений в вариантах NPK-1 и NPK-2 достигла 11.2 и 8.0 з.е., тогда как на хорошоокультуренной почве – 5.7 и 6.3 з.е. соответственно. Естественно, что это стало следствием, в том числе и резкого изменения соотношения между злаковым и бобовым компонентом в пользу первого (с 43 : 57 до 88 : 12).

Выбранная для изучения в опыте 2 концентрация рабочего раствора йодистого калия равная 0.02%, как следовало из данных опыта 1, не была оптимальной в сложившихся погодно-климатических условиях. Вероятно, по этой причине эффективность некорневой подкормки в этом случае носила недостаточно устойчивый характер. Средняя в вариантах урожайность зеленой массы однолетних трав при некорневой подкормке раствором KI в фазе кущения овса характеризовалась лишь тенденцией к увеличению относительно неудобренного йодом фона (11.7 т/га) на 1.1 т/га (на 10%), в фазе выхода в трубку – достоверным увеличением на 1.9 т/га (на 16%), двукратно в обеих фазах – нулевым приростом относительно контроля и достоверным снижением относительно однократной обработки в фазе выхода в трубку. Но даже наиболее эффективный вариант некорневой подкормки однократно в фазе выхода в трубку растений овса позволил повысить продуктивность посева на средне-, хорошо- и высокоокультуренной почвах всего на 1.2, 1.3 и 3.1 т/га или на 22, 12 и 17% соответственно. Средняя во всех вариантах почвенно-агрохимических условий опыта прибавка урожайности зеленой массы однолетних трав достигла 1.9 т/га (16%), что было в 1.5 раза меньше при подкормке растворами оптимальной концентрации 0.08 и 0.16% KI в опыте 1 на среднеокультуренной почве.

Тем не менее, влияние некорневых подкормок на основные качественные показатели биомассы однолетних трав было вполне ощутимым. Основными факторами изменения содержания сырого протеина в зеленой массе однолетних трав в пределах 0.90–4.73 отн.% были ботанический состав (соотношение бобового и злакового компонентов) и уровень азотного питания, с одной стороны, сокращавший долю вики посевной, с другой стороны, увеличивавший содержание азота в злаковом компоненте (рис. 2а).

Рис. 2.

Зависимость содержания: (а) – сырого протеина, (б) – нитратов, (в) – йода в сухом веществе зеленой массы однолетних трав от почвенно-агрохимических условий и срока применения некорневой подкормки 0.02%-ным раствором KI.

Содержание нитратов в зеленой массе однолетних трав в таких условиях практически не зависело от уровня окультуренности почвы (рис. 2б). Под действием азотного компонента полного минерального удобрения в вариантах NPK-1 и NPK-2 оно увеличивалось в среднем на 55 и 350% соответственно. Напротив, как и в опыте 1, некорневая подкормка йодом в фазах кущения и выхода в трубку овса сократила накопление нитратов на 19 и 35% соответственно. Она же имела решающее значение для увеличения в среднем в 3.9–6.6 раза накопления йода в зеленой массе однолетних трав (рис. 2в). При двукратном опрыскивании посева средний уровень накопления йода в надземной биомассе трав приблизился к безопасной пороговой величине 0.7 мг/кг, ставшей критической и в опыте 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе комплексного полевого исследования на культуре однолетних трав (смесь вики посевной и овса посевного) было установлено, что смесь была весьма отзывчива на оптимизацию питания йодом за счет некорневой подкормки как относительно продуктивности, так и биологической ценности зеленой массы. Оптимальным сроком ее проведения установлена фаза выхода в трубку овса. Оптимальная концентрация раствора йодистого калия для опрыскивания посевов с нормой расхода рабочего раствора 300 л/га составила 0.08% на фоне N60P30K90 и 0.16% – на неудобренном и слабоудобренном (N30P30K60) фонах. При этом повышение урожайности зеленой массы однолетних трав достигало 1.30–3.69 т/га или 20–80%, содержания йода в ней – 0.469–0.672 мг/кг или 640–730%, снижение уровня накопления нитратов – 1120–1460 мг/кг или 55–72%.

Отзывчивость посева однолетних трав на некорневую подкормку раствором йодистого калия в оптимальной концентрации в засушливых условиях уменьшалась на фоне полного минерального удобрения в дозах N30P30K60 и N60P30K90 на 9 и 65%. Напротив, по мере повышения степени окультуренности почвы со средней до высокой, абсолютный уровень прибавок продуктивности культуры от некорневой подкормки раствором 0.02% KI увеличивался на 170% (с 1.16 до 3.14 т/га). При этом среднее содержание йода в зеленой массе трав удалось повысить на 660% (с 0.100 до 0.658 мг/кг).