К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯКУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ НА БОЛОТНЫХ ПОЧВАХ В. К. Бахнов

Болотные почвы в связи с особенностями их генезиса обеднены не только основными элементами минерального питания растений, но и кремнием, недостаток которого лимитирует урожай и способствует полеганию кремнелюбивых растений.

Основное назначение осушенных болотных почв - производство кормов. В целом эти почвы представляют категорию сельскохозяйственных земель, которым свойственно низкое естественное плодородие. Фосфор и калий в болотных почвах хотя и находятся в основном в доступных для растений соединениях, но содержаться в малых количествах. Они богаты общим азотам, но основное его количество мало доступно растениям. В результате все три основных элемента(ЫРК), по содержанию которых обычно судят об уровне плодородия почвы, часто оказываются в дефиците и лимитируют урожай. Об этом свидетельствуют результаты опытов, проведенные в разные годы и в различных областях Западной Сибири [1-7]. В большинстве этих опытов были получены весьма существенные прибавки урожая от минеральных удобрений. Малое содержание в болотных почвах основных элементов питания растений обусловлено спецификой болотного почвообразования. Минеральная почва, подвергшаяся заболачиванию, выполняет своего рода роль почвообразующей породы по отношению к формирующемуся на ней органогенному профилю [8, 9]. Она опосредована через почвообразующий фитоценоз «программирует» ход развития болотной почвы, ее вещественный состав и основные свойства.

Большая часть зольных элементов в органогенном профиле накапливается на ранних стадиях его формирования. В силу аккумулятивного характера болотного почвообразования корнеобитаемый слой постоянно смещается вверх, перемещая вовлеченные в биологический круговорот элементы минерального питания из нижних слоев в верхние.

Объёмная масса, которая во многом определяет водно-физические свойства болотной почвы, тесно коррелирует с показателями зольности торфа и степени его разложения. Данное обстоятельство позволило вывести уравнения регрессии для определения объемной массы по показателям зольности и степени разложения торфа [10, 11]. Как видим, генетическая связь с предболотной минеральной почвой проявляется и в основных свойствах органогенного профиля.

Объемная масса болотных почв подвержена значительным колебаниям. Ёе показатели в органогенном профиле изменяются от 0,04 до 0,23 г/см3, т.е. максимальные величины могут превосходить её минимальные значения почти в 6 раз. При таком широком диапазоне изменения показателя объемной массы болотных почв результаты анализа, например содержания химических элементов, логично выражать не в весовых (%, мг/кг), а в объемных единицах (мг/л). На это обстоятельство неоднократно обращалось внимание в литературе [8, 11-14].

Зольные элементы в болотных почвах находятся в составе органно-минеральных комплексов и в клеточных структурах растительных остатков. Ca, K, Mg, NH4 в этих соединениях представлены преимущественно в ионообменной и водно-растворимой формах, тогда как большинство анионов (NO3, SО4, Cl) содержатся в почвенном растворе [15]. Фосфор в данных почвах представлен органическими и минеральными формами.

Минерализация органического вещества обеспечивает растения, прежде всего, азотом, режим которого в болотных почвах в значительной мере складывается стихийно и находится в тесной зависимости от гидротермических условий.

Калий, как уже было сказано выше, находится преимущественно в обменной и водно-растворимой формах. Связь катиона с твердой фазой непрочная, поэтому из торфа в водную вытяжку переходит 40-70 %, а в кислотную (0,2н, HCl) практически весь калий внесенных удобрений [15]. Слабое физико-химическое взаимодействие его с торфом создает благоприятные условия использования растениями калийных удобрений. Вследствие этого наблюдаемое к концу вегетации снижение концентрации калия в корнеобитаемом слое обусловлено в основном поглощением его растениями [17].

Непрочная связь калия с торфом имеет и негативные последствия. Восходящие потоки почвенного раствора в период вегетации обычно превалируют над нисходящими. Поэтому некоторое количество калия может теряться в осенний и особенно весенний периоды [15]. В условиях Западной Сибири, благодаря наличию в почвенном профиле длительное время сохраняющегося мерзлого слоя торфа, потери калия за счет грунтового стока мало вероятны. Некоторое количество его может выноситься в осушительную сеть с поверхностным стоком в период весеннего снеготаяния.

Казалось бы, возможны потери калия (и других элементов) из мелкозалежных болотных почв, с формированных на породах легкого гранулометрического состава.

Калий в болотных почвах содержится обычно в небольших количествах. Лишь в железисто-карбонатных и обогащенных аллювиальными наносами почвах концентрация K2O может возрастать до 0,74% [18]. Несмотря на малое содержание элемента, калийные удобрения не всегда, особенно в первые годы освоения болотных почв, оказывают положительное влияние на урожай [1, 2, 14]. Отсутствие эффекта объясняют нахождением калия в болотных почвах в легкодоступных для растений соединениях. Продолжительность периода, когда иссякает запас почвенного калия и наступает необходимость применения

калийных удобрений, определяется интенсивностью отчуждения элемента из почвы и зависит от видовой принадлежности возделываемой культуры, обеспеченности растений другими элементами питания и величиной урожая. На окультуренных почвах обычно растения отзывчивы на вносимые в почву калийные удобрения [3]. В связи с интенсивным выносом с.-х. культурами и некоторыми потерями в результате водной миграции не наблюдается существенного обогащения почвы калием даже при ежегодном внесении его с удобрениями.

Валовое содержание фосфора в болотных почвах изменяется в широком интервале концентраций. В болотных почвах с нормальной зольностью общее количество данного элемента колеблется от 0,01 до 0,6 % на сухое вещество [20]. С увеличением зольности торфа, как правило, возрастает содержание валового фосфора. В высокозольных почвах низинных болот, сформированных в речных долинах количество валового фосфора может достигать 2-4 % и более.

Подвижность фосфора и его доступность растениям определяются составом минерального и органического компонентов торфа. Закрепление и состав минеральных фосфатов зависят от относительных концентраций в почве Fe, Al, Ca, Mg и pH среды [22]. Предполагается, что основное количество фосфора связанного органическим веществом входит в состав гумусовых кислот, причем фосфаты могут быть адсорбированы гумусовыми кислотами или связаны с ними посредством катионов Fe, Al, Ca [22, 23]. В отсутствии металла фосфор не образует с гумусовыми кислотами устойчивых недиссоциированных соединений [24].

К числу главных компонентов органического вещества почв низинных болот относятся гуминовые кислоты, содержание которых в этих почвах достигает 30-50 % и более [25, 26]. Концентрация фосфора в гуминовых кислотах колеблется от 0,03 до 0,63 % [23]. Приведенные данные свидетельствуют о том, что «судьба» фосфора в болотных почвах в значительной мере определяется наличием в них гуминовых кислот и катионов металлов. Фосфор, в отличие от калия, в болотных почвах мало подвижен. Его концентрация в почвенном растворе даже при внесении удобрений в течение вегетационного периода составляет всего лишь 0,1-0,3 мг/л, поэтому физическая миграция его за вегетацию не превышает 5 см, а перераспределение элемента в почвенном профиле осуществляется в основном биогенным путем [15]. Болотные почвы низинного типа хотя и обладают высокой поглотительной способностью, все же большая часть сорбированных фосфатов остается доступной растениям. Исключение составляют так называемые карбонатные, железистые и железисто - карбонатные торфяники, характеризующиеся обычно значительным количеством фосфора, но вследствие прочной фиксации его карбонатами и окисью железа, сельскохозяйственные культуры на этих почвах могут испытывать острый недостаток данного элемента и проявлять высокую отзывчивость на фосфорные удобрения.

Среди болотных почв по способности удовлетворять потребность культурных растений в фосфоре за счет почвенных запасов выделяются вивианитовые торфяники, в которых данный элемент находится в виде фосфорно-кислотной закиси железа. Концентрация фосфора в них в пересчете на элемент может достигать 5 % и более и он легко поглощается растениями. Возделываемые на таких почвах сельскохозяйственные культуры удовлетворяют потребность в нем за счет почвенных ресурсов и не отзывчивы на фосфорные удобрения [28].

Освоение осушенных болотных почв иногда невозможно из-за проявления в них «болезни отработки», вызываемой недостатком в почве меди. На зерновых культурах болезнь начинается с внезапного побеления и засыхания кончиков листовой пластинки.

В результате болезни резко снижается урожай зерна, а в случае проявления болезни в сильной степени растения не образуют зерно и могут погибнуть.

В Западной Сибири испытание медных удобрений на болотных почвах началось в 30-е годы. Первые опыты с медным удобрением были заложены на почвах Убинской опытной мелиоративной станции (УОМС) В.И. Бельским и Я.Я. Чугуновым. В их опытах учитывалась зеленая масса овса, урожай которой из-за неудовлетворительной работы осушительной системы был низкий, и медные удобрения не дали положительного эффекта. Вероятно, это послужило основанием для утверждения о том, что медные удобрения не оказывают влияния на урожай сельскохозяйственных культур на болотных почвах Ба- рабинской низменности [29, 14]. Дальнейшим толчком развертывания опытов с медными удобрениями в регионе послужила гибель посевов овса на большой площади осушенной части Суховского болота в Томской области. Причиной гибели посевов овса оказался острый дефицит в почве доступной растениям меди [1].

Начатые нами с 1965 г. работы по изучению микроэлементов в почвах и отзывчивости культур на микроудобрения показали, что болотные почвы Барабинской низменности, так же как и аналогичные почвы других регионов бедны медью, а возделываемые на них требовательные к условиям медного питания зерновые культуры отзывчивы на медные удобрения [8].

Влияние медного удобрения на урожай зерна овса практически равно влиянию N, P и K, внесенных в оптимальных дозах. Эффективность основного удобрения и медного резко возрастает при совместном их применении.

Таким образом, проведенные исследования показали, что медь - важный элемент в системе удобрений зернофуражных культур на болотных почвах Западной Сибири.

Бесспорно, культурные растения, возделываемые на осушенных болотах, эволюци- онно приспособлены к условиям произрастания на минеральных почвах. Болотные почвы по своему вещественному составу для них - необычный субстрат. В силу специфики почвообразования они обеднены не только «основными» но и другими зольными элементами, к недостатку которых культурные растения, возделываемые на болотных почвах, надо полагать, небезразличны. Физиологическое значение многих других элементов в жизни растений до сих пор остается неясным. Это касается прежде всего кремния, содержание которого в болотных почвах по сравнению с минеральными почвами представлено очень малым количеством.

По мнению М. Г. Воронкова и др. [29], роль кремния в жизни растений сравнима с ролью остальных биофильных элементов. Обзоры работ, посвященных изучению участия кремния в метаболизме растений [30, 31], свидетельствуют об участии этого элемента в процессах энергетического, углеводного и водного обменов. Кремний является важной составной частью клеточных стенок и тканей растений [32]. Полагают, что наличие кремния в больших количествах в растении связано с созданием прочной структуры стебля, способной противостоять полеганию [33].

Нами было сделано предположения, что урожаи культурных растений, возделываемых на болотных почвах, могут ограничиваться не только недостатком основных макро- и микроэлементов, но и кремния. Это послужило поводом изучения реакции растений на кремний. Необходимость подобного исследования диктовалось ещё тем, что многие из возделываемых на болотных почвах сельскохозяйственные культуры являются кремнелюбивыми видами, преимущественно из семейства злаковых.

Изучение отзывчивости растений на кремний проводилось в вегетационных и микрополевых опытах. Опытные культуры - овес, ячмень, подсолнечник, горох. В качестве источника кремния использовали двуокись кремния. Методика постановки и проведения опытов, а также результаты и их обсуждение опубликованы [8].

В вегетационных опытах на вариантах с добавкой кремния (SiO2) прибавки зерна и соломы ячменя составили соответственно 12-39 % и 13-31 %. В микрополевых опытах от внесения кремния урожай зерна овса увеличился на 40,5 %, прибавка зеленой массы подсолнечника составила 12,5 %. Горох не реагировал на внесенный в торф кремний.

Практика свидетельствует о том, что полегание посевов наблюдается при обильном снабжении растений азотным питанием. Увеличение дозы азота в вегетационных опытах без применения кремния приводило к резкому сокращению поступления почвенного кремния в надземную часть и обеднению фитомассы в целом и особенно соломы. В варианте с SiO2 количество кремния в соломе возрастало в 4-10 раз и зависело от дозы внесенного в почву азота. Если прочность стебля определяется насыщенностью его тканей кремнием, то становится очевидной причина полегания посевов, особенно злаковых растений.

Обеспечить растения кремнием можно путем внесения в пахотный слой грунта [34]. Этот прием известен давно как способ улучшения водно-физических и температурных свойств болотных почв. Однако его эффективность следует связывать не только и не столько с улучшением водно-воздушного и теплового режимов, сколько с улучшением минерального питания растений в результате приноса в почву с мелиорантами (глиной, песком) зольных элементов, в том числе кремния. Использование в опытах добавки 200 т/га суглинка привело к обогащению пахотного слоя следующим количеством макро и микроэлементов (кг/га): Si-82000, K-300, Mn-190, Zn-19, Cu-8, Mo-0,5. Ежегодный вынос урожаем разных сельскохозяйственных культур, выращенных на опытных участках, составил (кг/га): Si-20-120, K-86-360, P-17-75, Mn-0,09-0,7, Cu-0,01-0,06, Mo-0,001-0,006. Сопоставление этих данных показывает, что запасы элементов, содержащихся в 200 т грунта, превышает их ежегодный вынос урожаем в десятки и сотни раз.

Процесс высвобождения зольных элементов из грунта по времени очень длительный, поэтому положительное влияние его на урожай сельскохозяйственных культур продолжается в течение многих лет. По литературным данным эффект от добавки грунта сохраняется не менее 30 лет [35].

Литература Елисеева В. М. Культура болот таежной полосы Западной Сибири // Тр. Том. гос. ун-та.- 1951. - №.114. - С. 105-118. Гантимурова Н. И. Эффективность удобрений на торфяно-болотных почвах в условиях Центральной Барабы. // Бюллетень опытных и научно-исследовательских работ Убинской опытной мелиоративной станции. - 1959. - № 5. - С. 62-77. Моисеенко М.П. Применение минеральных удобрений на староосвоенных торфяноболотных почвах Барабы // Сиб. Вестник. с-х. науки.- 1972. - №4. - С. 61-66. Бурлака В.В. Торфяно-болотные почвы Северного Зауралья, особенности их освоения и рационального использования // Пути рационального использования торфа и торфяноболотных почв в сельском хозяйстве. - Тюмень: Изд-во НИИ сельск. хоз- ва Сев. Зауралья, 1973. - С. 14-22. Сильнягин А. Н. Особенности использования осушенных торфяно-болотных почв под сельскохозяйственные культуры // Пути рационального использования торфа и торфяно-болотных почв в сельском хозяйстве. - Тюмень: Изд-во НИИ сельск. хоз-ва Сев. Зауралья, 1973. - С. 50-56. Бахнов В. К. Медь в торфяных почвах и эффективность медных удобрений // Этюды по биогеохимии и агрохимии элементов биофилов. - Новосибирск: Наука, 1977. - С. 80-89. Пуртов Г. М., Туровинин Г. М. Влияние калийных удобрений на урожайность многолетних трав на осушенных торфяно-болотных почвах северной лесостепи Тюменской области // Сиб. Вестник с-х науки. - 1978. - № 2.- С. 43-46. Бахнов В. К. Биогеохимические аспекты болотообразовательного процесса. - Новосибирск: Наука, 1986. - 193 с. Бахнов В. К. Почвообразование: взгляд в прошлое и настоящее (биосферные аспекты). - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 117 с. Нестеренко И. М. Мелиорация сельскохозяйственных земель Карелии. - Петрозаводск: Изд-во Ин-та биологии Карельс. фил. АН СССР, 1967. - 102 с. Лопатин В. Д., Пятецкий Г. Е. Уравнение зависимости между объемным весом и степенью разложения торфа и значение пересчета агрохимических данных на единицу // Стационарное изучение болот и заболоченных лесов в связи с мелиорацией. - Петрозаводск: Изд-во Ин-та леса Карельск. фил. АН СССР, 1977.- С. 148-149. Немчинов А. А. Геоботаническая и агрохимическая характеристика болот Ленинградской области (предв. сообщ.). - Л.: Изд-во АН СССР, 1934.- 84 с. Немчинов А. А. Болотный процесс и его проявление в дерново-подзолистой зоне // Сборник работ Центрального музея почвоведения. - Т. 2. - Л.: Изд-во АН СССР, 1957.- С. 57-101. Гордеева Е. А. Эффективность применения удобрений на осушенных болотных почвах Ба- рабы // Пути химизации и интенсификации сельского хозяйства Новосибирской области. - Новосибирск: Наука, 1965. - С. 75-80. Афанасик Г. И., Шабан Н. С., Пятницкий В. Н. и др. Комплексное регулирование условий жизни растений на торфяных почвах. - Минск: Ураджай, 1980. - 136 с. Елисеева В. М., Львов Ю. А. Болота Томской области и пути их сельскохозяйственного освоения // Сиб. вестн. с.-х. науки.- 1971. - № 3. - С. 39-42. Бельский Б. Б., Демиденко Д. М., Федоренчик А. А. Влияние дождевания на питательный режим торфяно-болотных почв и продуктивность сельскохозяйственных растений // Влияние водного и пищевого режимов на урожай сельскохозяйственных культур. - Минск: Изд- во БелНИИ мелиораци а водного хозяйства. - 1972. - С. 21-32. Галуза О. И. Агрохимическая характеристика торфов левобережья Оби и их сельскохозяйственное использование // Бюллетень опытных и научно-исследовательских работ Убин- ской опытной мелиоративной станции. - 1959. - № 5. - С. 99-106. Гантимурова Н. И. Эффективность удобрений на торфяно-болотных почвах в условиях центральной Барабы // Бюллетень опытных и научно-исследовательских работ Убинской опытной мелиоративной станции. - 1959. - № 5. - С. 62-77. Ковалев В. А., Жуховицкая А. Л. Фосфор в болотной среде. - Минск: Наука и техника, 1976. 93 с. Шумилова Л. В., Елисеева В. М. Торфяные болота Тоской области и пути их сельскохозяйственного освоения. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1956. - 44 с. Иванов С. Н. Физико-химический режим фосфатов торфов и дерново - подзолистых почв. Минск: Сельхозгиз, 1962. 251 с. Гриндель Н. М., Зырин Н. Г. Метод определения и динамика органических соединений фосфора в пахотном горизонте мало культуренной дерново-подзолистой почве // Почвоведение. - 1965.- № 2. - С. 17-27. Фокин А. Д., Синха М. К. Связывание фосфора гумусовыми веществами почв // Изв. ТСХА. 1969. - №4. - С. 17-181. Немчинов А. А., Тишкович А. В. Биохимические основы использования торфа и продуктов его переработки // Торфяная промышленность. - 1965. - №7. - С. 15-20. Широких П. С. Влияние осушения и окультуривания на состояние органического вещества низинных торфяных почв Барабинской низменности. // Изв. СО АН СССР. Сер. биол. наук. 1979. - Вып. 3. - С.18-22. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв. - М.: Изд-во МГУ, 1974. - 333 с. Блинков Г. Н. Торфяники и их использование в сельском хозяйстве. - Новосибирск: ЗапСиб. кн. изд-во, 1975. - 63 с. Воронков М. Г., Зелчан В. И., Лукевиц Э. Я. Кремний и жизнь. - Рига: Зинатне, 1978. - 587 с. Потатуева Ю. А. О биологической роли кремния: обзор // Агрохимия. - 1968. - №9.- С. 111116. Школьник М. Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л.: Наука, 1974. - 321 с. Jones J.H., Milne A., Wadham S. Stadies of silica in the oat plant, 11. Distribution of the silica in the plant // Plant and Soil. - 1966.- V. 18.- N. 3.- P. 358-371. Проценко В. Д., Карнаухова Л. А. Особенности сортов озимой пшеницы в связи с устойчивостью к полеганию // Физиология и биохимия культурных растений. - 1970. - Т. 2. - Вып. 2. - С. 188-192. Бахнов В. К. Кремний - дефицитный элемент питания растений на торфяных почвах // Агрохимия. - 1979.- № 11. - С. 119-124. Структурная мелиорация торфяно-болотных почв: обзор / Сост.: В. И. Белковский, В. М. Казаков. - М.: Колос, 1973. - 64 с.

ON OPTIMIZATION PROBLEM OF MINERAL NUTRITION

OF CULTIVATED PLANTS ON BOGGY SOILS

V. K. Bakhnov

Due to specific features of their genesis the boggy soils are poor not only in principal nutritive elements for plants but also in silicon. The lack of silicon limits the yield and favors to lodging of silicon demanding plants. In order to enrich the soil with ash elements, including silicon, the mineral ground is recommend to be applied into plowing layer.

УДК 551.0+556.56