Влияние различных видов удобрений на рост и развитие овса посевного Avena sativa

Для нормального роста и развития растений необходимы различные элементы питания. По современным данным, таких элементов порядка 20, без которых растения не могут полностью завершить цикл развития и которые не могут быть заменены другими. Все питательные элементы делятся на макро- и микроэлементы [1; 2]. Макроэлементы представляют особую важность для роста и развития растений на всех стадиях жизненного цикла. К ним относят те, которые содержатся в культурах в значительных количествах — это азот, фосфор, калий. В последнее время некоторые исследователи стали относить серу в важнейшим элементам питания растений [3]. Например, азот способствует развитию зеленой массы растения и является главным ответственным за питание корней элементом; фосфор помогает развитию корневой системы, соцветиям и плодам; калий защищает от обезвоживания, укрепляет ткани и предупреждает преждевременное увядания цветков. Совместное применение серы и азота, увеличивает активность фермента нитратредуктазы, и поэтому растение лучше и быстрее поглощает азот [4; 5]. При их дефиците недостаток того или иного элемента питания негативно сказывается на урожайности. Но не всегда почва может обеспечить всеми необходимыми элементами. Это может произойти из-за истощения грунта, неграмотного севооборота, региональной скудности почвенного покрова. Вот почему так важно для восполнения дефицита макро- и микроэлементов, использовать сбалансированные комплексы удобрений. Сейчас спрос на минеральные удобрения растет с каждым годом, так как их использование предотвращает деградацию почвы. Например, в России в 2018 году аграрии вносили 56 килограммов питательных веществ на гектар [6], а в 2019 году потребление увеличилось на 0,8 %. Однако, темпы роста потребления азотных удобрений превышают увеличение потребления фосфорных и калийных удобрений [6]. Один из факторов, приводящих к такому дисбалансу потребления — сравнительная дешевизна азотных удобрений по сравнению с комплексными.

В этой работе будет проверено, как азотные и комплексные удобрения влияют на рост и развитие зерновых культур (на примере овса посевного), а также будет проверена возможность замены одного типа минеральных удобрений другим.

1.                 Экспериментальная часть

1.1. Материалы и методы

В качестве исследуемого растения был выбран овес посевной (Avena sativa). Семена растений высаживались в горшки, заполненные самостоятельно приготовленным субстратом из верхового сфагнового нейтрализованного (pH 5.5–6.5) торфа и перлита, в соотношении 1:1. Этот субстрат не содержал питательных элементов (N, P, K). Площадь каждого горшка составила 0.014 м². Параллельно было проведено 4 эксперимента, каждый в тройном повторе. В первом варианте удобрения не вносились, это был контрольный эксперимент. Во втором варианте внесли рекомендуемую [7, 8] дозировку 270 кг/га удобрения NS 30–7 («Уралхим»), что составило 90 кг азота/га или 0.5 г удобрения на горшок. Для третьего варианта приготовили бленд [10] из 2 видов удобрений: ДИАММОФОСКА NPK 10–26–26 и NS 30–7 («Уралхим»). Соотношение было рассчитано таким образом, чтобы получить дозу в 90 кг N/га, 60 кг Р/га и 60 кг К/га, являющуюся оптимальной для развития овса [7, 8, 9], т. е. 0.32 г NPK и 0.36 г NS на горшок. В 4 варианте было решено проверить, можно ли заменить комплексное удобрение азотным, применяя их в одинаковом количестве, поэтому было внесено 270 кг/га ДИАММОФОСКА NPK 10–26–26, т. е. 0.5 г на горшок.

Эксперимент продолжался 82 дня (09.06.2019–29.08.2019). Вес растений и семян измеряли с помощью электронных весов с точностью 0.001 г. Для измерения сухого веса растения предварительно высушивались в бытовой духовке 10 ч при t 60°С [11]. Индекс хлорофилла измеряли с помощью N-тестера Konica SPAD-502 [12]. Уровень сахара в зеленой массе растения был измерен с помощью портативного рефрактометра RHB-ATC 20, из сока, выдавленного прессом [11].

Статистический анализ проводили с помощью аналитической программы AnalyStat.

1.2. Результаты и обсуждение

Первые три недели контрольные растения почти не отставали в длине, от растений, получавших только азот. Однако, затем отставание в росте статистически значимо замедлилось. Растения, получавшие полноценное питание (NS+NPK) уже с первых дней жизни статистически значимо опережают в длине контрольные растения. В первый месяц эксперимента, растение, удобренные NPK удобрениями, показали лучшую динамику роста, чем растения, получившие питание из NS удобрения, внесенного в том же количестве по весу. Однако, через 2 месяца эксперимента ситуация изменилась в пользу NS.

Рис. 2. Влияние удобрений на вес побегов

Рис. 3. Влияние удобрений на сухой вес побегов

Растения, получавшие только азотное питание, не продемонстрировали статистически значимой разницы в весе, в сравнении с контролем на протяжении всего эксперимента. При этом, растения, получавшие комплексное питание (варианты 3 и 4), демонстрировали существенную прибавку как в сыром, так и в сухом весе, на протяжении всего эксперимента. Однако, между этими вариантами, статистическая разница не наблюдалась. Через два месяца эксперимента, наблюдалось снижение сырого веса в контрольном варианте и варианте с NS (1 и 2 варианте), статистический анализ показал, что снижение сырого веса было незначительным в варианте с NS и значительным в контрольном варианте. По-видимому, это связано с отмиранием нижних листьев у растений в данных вариантах, что нашло визуальное подтверждение.

Через три недели после посадки, уровень хлорофилла был значимо выше во всех трех вариантах с удобрениями, чем в контрольном. На протяжении всего эксперимента наблюдалось некоторое падение уровня хлорофилла у всех растений. Самое существенное падение показали контрольные растения и растения из 4 варианта. Следует отметить, что в 4 варианте было самое маленькое количество добавленного азота. Но даже этого небольшого количества азота хватило, чтобы предотвратить катастрофическое падение хлорофилла через 2 месяца, которое наблюдалось у контрольного эксперимента. На 40–60 дни эксперимента, растения, получившие оптимальную дозу азота (варианты 2 и 3), не показывали ощутимо значимой разницы. Эти наблюдения показывают, что главный вклад в синтез хлорофилла дает азот.

Рис. 5. Влияние удобрений на уровень сахара в зеленой массе

Измерение количества сахара в зеленой массе растений показало, что его количество значимо не меняется ни в одном из вариантов.

Рис. 6. Влияние удобрений на урожайность (вес зерна)

Растения, получавшие только азотное питание, не смогли превзойти в урожайности контрольные растения. А растения, получавшие комплексное питание (варианты 3,4) продемонстрировали очень высокие показатели урожайности (в 2–3 раза больше). Но между этими вариантами значимой разницы замечено не было.

1.               Внесение любых удобрений положительно влияет на рост и развитие растений.
2.               Только азотное питание не может обеспечить существенную прибавку в весе. Для этого необходимо калийное и фосфорное питание.
3.               Более дешевые азотные удобрения не могут полноценно заменить комплексные.
4.               Для синтеза хлорофилла жизненно необходим азот, а не фосфор
5.               или калий.
6.               Удобрения не влияют на содержание растворимых углеводов в зеленой массе овса.
7.               Комплексное питание обеспечивает экономически выгодный прирост урожайности.

Литература:

1.               Свободная энциклопедия «Википедия». https://ru.wikipedia.org/ (Дата обращения: 17.09.2019)
2.               В. Г. Минеев, В. Г. Сычев, Г. П. Гамзиков и др. Агрохимия. Под ред. В. Г. Минеева — Изд-во ВНИИА имени Д. Н. Прянишникова, 2017. — 854с.
3.               Н. Н. Третьяков, Б. А. Ягодин, А. М. Туликов. Основы агрономии — Издательский центр «Академия», 2003–360c
4.               Halliday, D.J. and Trenkel, M.E. 1992. World fertilizer use manual. International Fertilizer Industry Association, Paris, 632 p.
5.               Jamal, A.; Moon, Y.S. and Abdin, M.Z. 2010. Sulphur — a general overview and interaction with nitrogen. Australian Journal of Crop Science, № 4(7): 523–529.
6.               Т. Карабут. Накормить землю. Что мешает российским аграриям увеличивать потребление минеральных удобрений. Агроинвестор. 3 июля 2019.
7.               В. Е. Ториков, Т. И. Писарева, С. И. Зеленская, Л. М. Сидоренко. Биологические основы агрономии — Издательство Брянский ГАУ, 2015–234c
8.               Н. Н. Третьяков, Б. А. Ягодин, А. М. Туликов. Основы агрономии — Издательский центр «Академия», 2003–360c.
9.               H. W. Ohm. Response of 21 Oat Cultivars to Nitrogen Fertilization. 1976. Agronomy Journal, том 68 (№ 5), стр. 773–775
10.          Е. Я. Мельников, В. П. Салтанова, А. М. Наумова, Ж. С. Блинова. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Учебник для техникумов — М.: Химия, 1983–432c.
11.          Н. Н. Третьяков. Практикум по физиологии растений — М.: Агропромиздат, 1990–27
12.          А. Б. Хорошкин. Применение прогрессивных технологий минерального питания растений: сб. материалов. — Краснодар: Издательство Stadtgespraech, 2006.