Диагностический контроль обеспеченности растений питательными веществами на основе анализа растений
Диагностирование обеспеченности сельскохозяйственных культур питательными веществами и отсюда — эффективность минеральных удобрений не могут исчерпываться только изучением запаса этих веществ в почве или постановкой полевых агрохимических опытов.
В последнее время в России за рубежом начинают все больше признавать необходимость диагностирования условий питания растений по их химическому составу. Разработка быстрых, достаточно точных и простых методов диагностики минерального питания — один из главных приемов повышения эффективности удобрений. Растительная диагностика является новым перспективным методом, уточняющим действительную потребность сельскохозяйственных культур в удобрениях и дающим возможность принять меры к улучшению питания растений в период вегетации.
Различают несколько методов химической диагностики:
1) метод листовой диагностики – в его основу положен химический анализ листьев после озоления сухих проб (разработан во Франции, Х.Лагатю, Л.Мом, 1926). При этом проводят определение общего (валового) содержания элементов питания в индикаторных органах;
б) метод тканевой диагностики – основан на анализе растительных вытяжек, особенно уксуснокислой (К.П. Магницкий, 1959). Она в свою очередь подразделяется на собственно тканевую, когда для анализа используется ткань листа и соковую, при которой отжимается клеточный сок растений. При этом проводят определение неорганических (минеральных), резервных соединений, доступных для растений. Оба эти способа равноценны и применяются в зависимости от того, какое растение используется. Не из всех растений можно получить сок.
в) экспресс-анализ на срезах или в капле сока растений.
Химическому анализу растений, будь то «листовая», «тканевая» или «соковая» диагностика в настоящее время уделяется много внимания, т.к. оптимальный уровень питания растений определяется величиной урожая, химическим составом листьев, целых растений и качеством урожая.
Одним из важнейших вопросов физиологии питания растений является изучение их потребности в элементах питания по периодам роста с целью разработки рациональных приемов удобрения сельскохозяйственных культур. О потребности растений в питательных веществах можно судить по химическому составу как целого растения, так и листа-индикатора. Именно в листьях синтезируется в основном органическое вещество урожая, поэтому анализ листьев дает наиболее точную информацию об обеспеченности растений питательными веществами. К. А. Тимирязев отмечал, что в жизни листа отражается сущность растительной жизни, растение — это лист. Лист как объект анализа имеет следующие преимущества:
—это физиологически наиболее активный орган;
—изменения в химическом составе в процессе его онтогенеза почти те же, что и в целом растении;
—характеризует определенный физиологический возраст растений;
—взятие проб не причиняет серьезного вреда растению.
Поэтому по химическому составу листьев или сока черешков можно судить об обеспеченности элементами питания целых растений в период их роста и развития.
Многолетние исследования, проведенные на овощных культурах сотрудниками кафедры агрохимии ОмГАУ, свидетельствуют о том, что взятие того или иного органа растений для целей диагностики должно проводиться только с обязательным и строгим учетом места и времени отбора. Молодые органы растений (листья, черешки, ткани), находящиеся в фазе активного роста, больше пригодны на роль индикатора, так как критерий достоверности при их анализе наивысший. Для картофеля, огурцов, помидоров такой фазой является начало цветения, для капусты — начало завязывания кочана, для моркови и столовой свеклы — период утолщения корней. В это время в растениях мобилизуются внутренние запасы элементов питания, наблюдается тесная взаимосвязь между концентрацией этих элементов в листьях и почве и величиной конечного урожая (Ю. И. Ермохин, 1967, 1968, 1974). Однако чтобы обеспечить формирование наилучшего урожая, надо проводить химический анализ листьев или сока черешков в ранний период развития — фазу быстрого роста и накопления минеральных и органических веществ.
Поэтому первую пробу (первый срок отбора образцов) у картофеля, помидоров, огурцов Ермохин Ю.И. предлагает отбирать в фазу 4—5-го настоящего листа, т. е. до образования мелких зеленых бутонов; у ранней и поздней капусты — в фазу розетки (8—10 листьев); у столовой свеклы, лука, редиса и моркови — в фазу четырех настоящих листьев.
Второй срок взятия листьев для анализа приходится на период образования мелких зеленых бутонов у картофеля и огурцов, т. е. на самое начало бутонизации; на фазу 1—2-й кисти — у томатов; на начало завязывания кочана у капусты и шести листьев — у моркови, лука, редиса и столовой свеклы.
Третью пробу у картофеля и огурцов проводим в фазу цветения; у томатов — в фазу 4—5 кистей, у поздней капусты — через 10—12 дней после второй, у моркови, лука, редиса и столовой свеклы — в фазу 8 – 10 листьев.
Важным моментом при отборе растительных образцов является выбор органа, наиболее отражающего своим химическим составом условия питания. Исследованиями установлено, что еще молодые, но уже закончившие рост листья, более подходят для диагностики, чем быстро растущие или старые, сформировавшиеся на ранних этапах развития.
У картофеля, огурцов, томатов надо брать на анализ 4-5лист; у капусты — 3-4-й; у столовой свеклы, моркови, лука, редиса – 1-2-й физиологически функционирующий внешний лист. При этом взятие проб производится три-четыре раза в течение вегетации. Срок взятия проб не должен определяться календарем, он должен приурочиваться к названным физиологическим фазам развития растений.
По данным ряда исследователей из-за суточных колебаний концентрации питательных веществ в листьях брать пробы необходимо в одно и то же время дня (от 9 до 12 ч). Такой сжатый срок для взятия растительных проб является одним из недостатков растительной диагностики. Исследованиями сотрудников кафедры агрохимии ОмГАУ установлено, что химический состав даже сока черешков листьев в течение дня колеблется незначительно и вполне укладывается в один и тот же класс обеспеченности. Валовое содержание азота, фосфора и калия в листьях изменяется еще меньше.
Использование химического анализа растений для диагностики условий питания основано на том, что с увеличением дозы питательного вещества, вносимого под растение, концентрация его в тканях (соке) и урожай увеличиваются. Внесение удобрений в большем количестве, чем требуется для получения максимального урожая, обычно приводит к увеличению концентрации в растении. При этом обмен веществ может нарушиться и тогда урожай будет ниже, чем при оптимальной концентрации. Такую концентрацию в растении часто называют токсичной.
Кафедрой агрохимии ОмГАУ (ранее ОмСХИ) на протяжении более сорока лет проводились исследования по тематике почвенной и растительной диагностики. Были определены оптимальные уровни содержания элементов питания в почве, растениях, большое количество иных параметров.
В частности, определение в соке черешков листьев минеральных форм элементов питания и выявление количественной связи их с урожаем позволили установить оптимальный состав растений, характеризующий количественную сторону питания овощей (табл. 1).
Таблица 1 – Оптимальные уровни содержания элементов питания в минеральной форме в соке черешков листьев, мг/100 мл
| Фаза развития | N-NО3 | фосфор | калий |
| Картофель | |||
| Бутонизация и цветение | 110 | 9,5 | 325 |
| Столовая свекла | |||
| 4-6 листьев | 120 | 7,5 | 480 |
| 8 – 10 листьев | 160 | 7,0 | 450 |
| 10 – 12 листьев | 130 | 6,0 | 420 |
| Томаты | |||
| 1 – 2 кисти | 62,5 | 17,5 | 375 |
| 4 – 6 кистей | 112,5 | 22,5 | 375 |
| Огурцы, кабачки | |||
| 4 – 5 листьев | 155 | 7,5 | 450 |
| Бутонизация | 125 | 6,5 | 40 |
| Цветение | 95 | 5,5 | 400 |
| Патиссоны | |||
| 4 – 5 листьев | 155 | 7,5 | 450 |
| Бутонизация | 125 | 6,5 | 400 |
| Цветение | 95 | 5,5 | 400 |
| Тыква | |||
| Бутонизация, цветение | 185 | 8 | 550 |
| Капуста | |||
| Образование розетки | 175 | 11 | 475 |
| Завязывание кочана | 125 | 11 | 425 |
| 12 дней спустя | 125 | 9 | 375 |
| Лук репчатый | |||
| 3 – 4 листа | 12,0 | 8,0 | 450 |
| Морковь | |||
| 4 – 5 листьев | 55 | 9 | 400 |
| Редька | |||
| 3 – 4 листа | 255 | 8,5 | 400 |
| 8 – 10 листьев | 170 | 7,3 | 350 |
| Репа | |||
| 4 – 6 листьев | 60 | 8,75 | 400 |
Прогнозирование потребности растений в элементах питания в количественном и качественном отношении должно строиться на точных математических характеристиках физиолого-биохимических закономерностей. Сотрудниками кафедры агрохимии ОмГАУ разработаны коэффициенты суммарной оценки связи между дозами удобрений и химическим составом сока черешков листьев растений (коэффициент «b»). Он не является постоянной величиной, а зависит от биологии культуры, фазы ее роста и развития, применяемых удобрений (табл. 2).
Таблица 2 – Коэффициент b суммарной оценки связи между дозами удобрений и химическим составом сока черешков листьев растений
| Фаза роста | b для азота | b для фосфора | b для калия |
| Картофель | |||
| Бутонизация | 0,81 | 0,014 | 0,28 |
| Цветение | 0,96 | 0,026 | 0,38 |
| Столовая свекла, морковь, репа, редька | |||
| 4-6 и 6-8 листьев | 0,64 | 0,016 | 0,80 |
| 8 – 10 листьев | 0,75 | 0,019 | 0,48 |
| 10 – 12 листьев | 0,16 | 0,012 | 0,48 |
| Капуста | |||
| Образование розетки | 0,78 | 0,020 | 1,68 |
| Завязывания кочана | 0,49 | 0,024 | 1,33 |
| Огурцы, кабачки, тыква | |||
| Бутонизация | 0,44 | 0,019 | 1,48 |
| Цветение | 0,22 | 0,019 | 0,91 |
| Томаты | |||
| Образование 2 кисти | 0,23 | 0,023 | 0,21 |
| Образование 4–5 кистей | 0,34 | 0,064 | 0,39 |
| Лук репчатый | |||
| 3 – 4 листа | 0,27 | 0,057 | 0,30 |
Чем больше коэффициент, тем требуется меньшая доза удобрений для получения высокого урожая хорошего качества.
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что листовой, соковый или тканевый анализ имеет большие достоинства. Он отражает весь комплекс факторов роста и, в первую очередь, условия минерального питания. Поэтому метод растительной диагностики в сочетании с почвенной должен иметь решающее значение при оценке плодородия почвы и при расчете доз удобрений по овощные культуры в условиях орошения и защищенного грунта.
Расчет доз удобрений в подкормку на основе растительного анализа
Применение подкормок в открытом грунте часто становится необходимым вследствие неблагоприятных климатических условий, вымывания питательных веществ обильными осадками или чрезмерными поливами, а также когда требуется какое-либо исправление системы удобрений, примененной перед посевом или посадкой.
Планируя применение подкормки следует учитывать следующие моменты: 1)подкормка в условиях недостаточного увлажнения в большинстве случаев малоэффективна и положительный эффект дает только при орошении; 2)подкормка не может полностью заменить основное удобрение, т.к. туки вносят в верхний, быстро высыхающий почвенный слой, поверх основных корней. При этом удобрения часто не используются; 3)различные растения по-разному отзываются на подкормку. Даже в орошаемых условиях подкормка моркови, свеклы, лука, редиса не всегда эффективна. Хорошо отзываются на подкормки: огурец, томат, капуста, многолетние овощные и зеленные культуры.
Однако было бы неверным рекомендовать отказ от подкормок овощных культур. Правильно рассчитанные дозы подкормки способствовали получению прибавки урожая томатов – 26%, картофеля – 37%, столовой свеклы – 26%, тыквы – 23%, то есть в среднем на 1/3 урожая (данные кафедры агрохимии ОмГАУ). Первую подкормку овощных культур обычно проводят через 15 – 20 дней после посадки или 30 – 35 дней после посева, используя культиваторы- растениепитатели (при междурядной обработке). Вторую рекомендуют проводить в период интенсивного роста растений. Для овощных культур с коротким периодом вегетации (салат, шпинат и т.д.) применяют только одну подкормку, используя хорошо растворимые удобрения.
Разработаны нормативные показатели для внесения удобрений в рядки (табл. 3) и в подкормку (табл. 4,5).
Таблица 3 – Ориентировочные дозы внесения удобрений в рядки, кг/га д.в.
Таблица 3 – Ориентировочные дозы внесения удобрений в рядки при посеве или посадке, кг/га д.в.
| Культура | N | Р2О5 | К2О |
| Капуста ранняя | 10 | 20 | 10 |
| Капуста средняя и поздняя | 15 | 15 | 15 |
| Томат | 10 | 12 | 10 |
| Огурец | 10 | 7 | 8 |
| Свекла | 10 | 10 | 8 |
| Морковь | — | 10 | — |
| Лук | 10 | 10 | 10 |
Таблица 4 – Ориентировочные дозы внесения удобрений в первую подкормку, кг/га д.в.
| Культура | N | Р2О5 | К2О |
| Капуста ранняя | 20 | — | 30 |
| Капуста средняя и поздняя | 30 | 20 | 30 |
| Томат | 15 | 20 | 15 |
| Огурец | 20 | 20 | 20 |
| Свекла | 20 | 15 | 30 |
| Морковь | 15 | 10 | 20 |
| Лук | 20 | 15 | 10 |
Таблица 5 – Ориентировочные дозы внесения удобрений во вторую подкормку, кг/га д.в.
| Культура | N | Р2О5 | К2О |
| Капуста ранняя | — | — | — |
| Капуста средняя и поздняя | 40 | — | 60 |
| Томат | 20 | — | 30 |
| Огурец | 15 | — | 40 |
| Свекла | 20 | — | 60 |
| Морковь | — | — | — |
| Лук | 20 | — | 20 |
Однако средние дозы не учитывают действительной потребности растений в элементах питания. Кафедрой агрохимии ОмГАУ разработана комплексная система почвенно – растительной оперативной диагностики «ПРОД» ОмСХИ .Она основана на том, что наряду с применением удобрений в основное внесение по анализу почвы, проводят корректировку питания, рассчитывая дозы удобрений в подкормку с учетом химического состава растений. При этом учитывается, что фактический уровень содержания элементов в целом растении или листьях и соке в тот или иной период роста характеризует запас физиологически доступных питательных веществ в почве. Оптимальные уровень и баланс элементов питания в листьях, соке или тканях в период вегетации овощей указывают на достаточное минеральное питание (стандарт), которое при наличии других благоприятных факторов обеспечивает формирование высокого урожая хорошего качества.
На основании установленных характеристик (Э0 и b), для целей корректировки питания в период роста и развития овощных культур и картофеля Ермохиным Ю.И. предложена формулы расчета доз (Д) удобрений в подкормку (кг/га):
Д = (Э0 – Эф)2 /b х Э0
Э0, Эф — оптимальное и фактическое содержание элементов питания в органе – индикаторе
«в» – количественная характеристика интенсивности действия элемента питания удобрения на химический состав растений, % или мг%
Пример: В соке черешков листьев поздней капусты в фазу розетки обнаружено (Эф): N-NО3 — 95, Р – 10 и К2О – 450 мг/100 мл сока. Поставить диагноз питания и рассчитать потребную дозу элементов питания в подкормку.
Решение. По таблице 1 находим оптимальное содержание элементов питания в данную фазу, равное: N-NО3 — 175, Р – 11 и К – 475 мг/100г. Коэффициент «в» находим в таблице 2, он равен 0,78. Сопоставление данных (диагноз питания) показывает недостаток азота, который требуется внести в подкормку.
Д = (175 – 95)2 / 0,78 х 175 = 46,8 кг/га
Вносим мочевину в зависимости от содержания азота в почве – при низком его содержании – всю расчетную дозу (1 ц.); при среднем и высоком – 2/3 дозы или 30 кг/га д.в. Если бы капуста была ранняя – 1/3 расчетной дозы.
В случае «перекорма» растений азотом или фосфором нарушается баланс питательных веществ и проявляется относительный недостаток какого-либо элемента. Дозы удобрений в подкормку рассчитывают по следующей формуле:
Д = (Эф х Кп — Эф)2 / b х Эф х Кп
Азотно-калийные удобрения вносят гидроподкормщиками вместе с поливной водой либо сухими удобрениями культиваторами-растениепитателями. Суперфосфат плохо растворим в воде, поэтому фосфорные удобрения с поливом обычно не применяют, а только сухими удобрениями. Растворять удобрения в оросительном канале нецелесообразно, так как в этом случае крайне нецелесообразно используются удобрения (на 10-15%), засоряются и засоляются водоемы, создается пестрота посевов на полях.
Помимо корневых, применяют некорневые подкормки. Особенно большое значение они имеют в плодоводстве и при подкормке микроэлементами. Особенностью некорневых подкормок является то, что питательные элементы, попадая на листья, быстро включаются в обмен веществ растений. Удобрения, не соприкасаясь с почвой, не поглощаются ею, а остаются в форме легкодоступных для растений соединений. Работами ряда авторов установлено, что подкормка через листья имеет преимущество перед корневой подкормкой при пониженных температурах при выращивании теплолюбивых культур (томатов, перца, фасоли). При выращивании на фоне пониженных температур более холодостойкой капусты, преимущества некорневой подкормки перед корневой не обнаружено. Большую роль некорневая подкормка играет в оптимизации минерального питания плодовых культур. Это относится прежде всего к подкормке мочевиной и микроэлементами.
Недостаточная обеспеченность плодовых культур микроэлементами , наблюдаемая в садах, возникает вследствие нарушения сбалансированности питания макроэлементами или связывания в корнеобитаемом слое микроэлементов в малодоступные для растений формы. Некорневая подкормка в этом случае часто служит единственным средством устранения дефицита микроэлементов. Особо важное значение имеют подкормки овощных культур в условиях защищенного грунта и гидропоники.
