В повышении плодородия почв и росте урожайности сельскохозяйственных культур одним из самых мощных и быстродействующих средств в комплексе агротехнических мероприятий является комплексная химизация земледелия.
Наукой и передовой практикой доказано, что наибольший эффект достигается при дифференцированном использовании средств химизации с учетом свойств почв и биологических особенностей сельскохозяйственных культур на основе оптимизации почвенно-агрохимических условий питания растений.
Одним из новых разделов теории минерального питания растений является учение о микроэлементах. На фоне интенсивного применения органических и минеральных удобрений микроудобрения нередко выступают в качестве дополнительного фактора повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения качества урожая. Микроэлементы в сочетании с макроэлементами необходимы для создания в почве оптимального соотношения химических элементов питания растений, обусловливающих их нормальный рост и развитие. Научно обоснованное применение микроудобрений должно проводиться с учетом агрохимических свойств и химического состава почв, в том числе обеспеченности их микроэлементами.
Исследованиями ряда ученых доказана высокая физиологическая роль микроэлементов в живых организмах. Установлено их специфическое влияние на характер синтеза и функции многих биологически активных веществ (ферментов, витаминов, гормонов и др.) растений и животных. Недостаток или избыток элементов в кормах, продуктах питания, питьевой воде вызывает эндемическое заболевание животных и человека.
В настоящее время в отечественной и зарубежной науке большое внимание уделяется исследованиям роли микроэлементов в жизни растений. Практическое применение в сельском хозяйстве нашли бор, медь, марганец, молибден, кобальт и цинк. Доказана физиологическая специфичность и незаменимость их для растений. При недостатке или нарушении соотношения между отдельными элементами в почвах у растений проявляются симптомы микроэлементного голодания, снижается урожай и ухудшается его качество.
Обеспеченность сельскохозяйственных культур химическими элементами питания, в том числе микроэлементами, определяется преимущественно их запасом в почвах. Содержание микроэлементов в разных типах почв различных зон и республик страны изучено многими отечественными учеными.
Химический состав почв, подвижность и соотношение элементов питания, их доступность растениям значительно изменяются под влиянием производственной деятельности человека (осушение, орошение, известкование, внесение минеральных и органических удобрений и другие мероприятия). Доказано, что дефицит микроэлементов в почвах возрастает в связи с увеличением производства и применения концентрированных и комплексных удобрений.
Калининградская область издавна славится своей земледельческой культурой и характеризуется своеобразием почв, спецификой условий их формирования и развития, значительной пестротой почвенного покрова и другими особенностями.
По вопросам общих агрохимических свойств почв и применению минеральных удобрений в послевоенный период большая работа на территории области была проведена комплексной экспедицией АН СССР. За период с 1949 по 1961 год агрохимические исследования были выполнены на всех основных типах почв, установлена корреляционная связь между агрохимическими показателями почв и отзывчивостью растений на отдельные элементы питания. Начиная с 1954 года вопросами агрохимического обследования почв занимались районные агрохимические лаборатории, а с 1965 года — Калининградская областная станция химизации.
Выполнение комплекса работ по агрохимическому обследованию почв и проведению полевых опытов с удобрениями позволило подробно изучить агрохимические свойства почв всех видов сельскохозяйственных угодий в разрезе административных районов, колхозов и совхозов, а также установить оптимальные дозы минеральных удобрений под различные сельскохозяйственные культуры. Установлено, что в целом почвы области характеризуются повышенной кислотностью, недостаточной обеспеченностью основными элементами питания растений.
Однако до начала наших исследований на территории Калининградской области, расположенной в западной части Нечерноземной зоны РФ, отсутствовали данные о содержании бора, цинка, кобальта, марганца, молибдена в основных звеньях ландшафта: почвообразующих породах, почвенно-грунтовых водах, почвах и растениях, не выявлена их роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
В условиях интенсификации земледелия и повышения уровня химизации стало необходимым исследование микроэлементного состава почв, выявление роли микроэлементов с целью разработки научно обоснованной системы применения микроудобрений с учетом региональных почвенно-климатических особенностей и широкого распространения мелиорируемых земель.
Для достижения этой цели перед специалистами-агрохимиками были поставлены следующие задачи:
- Изучить содержание валовых и подвижных форм микроэлементов в почвообразующих породах, почвенно-грунтовых водах и почвах.
- Выявить закономерности вертикального распределения микроэлементов, особенности их миграции и трансформации в профилях основных типов почв.
- Изучить влияние интенсивной химизации земель на содержание и подвижность микроэлементов в почвах.
- Выявить особенности распределения и динамики выноса микроэлементов в мелиорированных почвах с дренажным стоком.
- Установить количественную зависимость между свойствами почв и содержанием микроэлементов.
- Установить закономерности географического распределения микроэлементов в почвах.
- Определить влияние различных доз и способов внесения микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур.
- Дать теоретическое обоснование оценки обеспеченности почв микроэлементами по их запасам в пахотном слое с учетом отзывчивости исследуемых культур.
Исследования по теме проводились в период с 1967 по 1984 г. Калининградской областной проектно-изыскательской станцией химизации сельского хозяйства в колхозах и совхозах области.
В книгу также включены материалы собственных исследований, опубликованные за период с 1968 по 1985 год в книгах, брошюрах и статьях.
С целью познания закономерностей распределения микроэлементов на территории области были отобраны наиболее репрезентативные образцы почвообразующих пород, почвенно-грунтовых вод и почв. Было заложено и исследовано свыше 700 полных почвенных разрезов, в том числе дерново-подзолистых почв — 360, дерновых луговых — 120, аллювиально-луговых — 112 и осушаемых торфяных — 123. Кроме того, отобрано и проанализировано около 4000 образцов с перегнойно-аккумулятивных горизонтов почв. Общее число почвенных образцов, проанализированных на содержание валовых форм микроэлементов, составило 3700, подвижных — свыше 20 тыс. Были исследованы также 345 образцов почвенно-грунтовых вод.
Для изучения влияния микроэлементов на химический состав сельскохозяйственных культур было исследовано 9000 растительных образцов.
Отбор образцов почв, почвообразующих пород, почвенно-грунтовых вод, растений и подготовка их к анализу проводились с учетом «Методических указаний по агрохимическому обследованию почв сельскохозяйственных угодий» (М., 1982) и «Методических указаний по агрохимическому обследованию и картографированию почв на содержание микроэлементов» под редакцией Важенина И. Г. (1976).
Образцы почв из перегнойно-аккумулятивных горизонтов отбирали с площади элементарного участка на пашне 3—5 га, на лугопастбищных угодьях с 10—15 га, на полях овощных севооборотов с площади около 2 га. Отбор образцов проводили тростьевым буром на всю глубину гумусового горизонта, который на пахотных землях колебался от 20 до 26 см, а на лугопастбищных угодьях — от 13 до 18 см.
В период с 1968 по 1971 год проведены методические исследования по различным способам отбора и количества индивидуальных проб (уколов) для составления смешанного образца, ас 1971 по 1973 г. — по срокам отбора. Отбор смешанных образцов проводили по диагонали элементарного участка.
Валовое содержание меди, цинка, и марганца в почвах и растениях определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометрах С-302 и AAS-1 из солянокислого раствора, полученного после озоления навески и переведения золы в раствор. Данный метод по ряду технических характеристик (универсальность, высокая точность, экспрессность, производительность и др.) превосходит химические и другие методы анализа малых концентраций элементов. Подвижные формы меди и марганца в почве также определяли атомно-абсорбционным методом: медь из вытяжки HCL, марганец-0,1 и H2SO4.
Содержание бора, кобальта и молибдена в почвах и растениях, а также количество подвижного цинка в почвах определяли фотоколориметрически по методике Ринькиса Г. Я. (1965). Бор анализировали из отдельной навески после обработки горячей водой хинализариновым методом, молибден-роданидным методом с изоамиловым спиртом, кобальт-нитрозо-R-солью, подвижный цинк в почвах — экстракцией дитизоном из вытяжки.
Для производственных условий важным критерием применения того или иного метода определения малых количеств элементов являются экспрессность и повышение производительности с наименьшими затратами ручного труда. По атомно-абсорбционной спектрофотометрии была проведена методическая работа поиска путей снижения затрат времени на подготовку образцов к анализу и выбору оптимальных условий фотометрии.
В эксперименте найдено, что для полного перехода меди и марганца в почвенную вытяжку достаточно 20-минутного встряхивания вместо одночасового, что позволяет в три раза сократить время на проведение данной операции.
Замена фильтрования суточным отстаиванием сокращает число операций при анализе, что значительно сказывается на экономии времени, а результаты проведенного эксперимента показали на возможность введения данной замены в массовых определениях микроэлементов атомно-абсорбционным методом. Замена фильтрования суточным отстаиванием не только исключала затраты времени и труда на фильтрование, но и повышала точность определения микроэлементов. Значительное сокращение времени анализа достигнуто также за счет приготовления эталонных смесей определяемых элементов и подбора оптимального режима работы прибора.
Воспроизводимость определения микроэлементов атомно-абсорбционным методом изменялась от 3,8 до 17,6% и в среднем была равна ±7-9%, фотоколориметрическим — от 7,9 до 32,6% и в среднем равнялась ±12-17%.
Чувствительность атомно-абсорбционного определения меди составляла 0,06—0,11, цинка 0,02—0,07, марганца — 0,04—0,08 мкг/мл. Ошибка определения микроэлементов не превышала 5—10%. Ошибка фотоколориметрического определения микроэлементов в дерно-подзолистых и дерновых глеевых почвах и растениях составляла 9—12%, в торфяных и аллювиальных — 8—22%. Относительная ошибка атомноабсорбционного определения микроэлементов, полученная при проверке правильности анализа методом добавок, составила ±0,8—4,2%, фотоколориметрического — ±7—12%.
Для марганца, меди и цинка проведено сравнение атомно-абсорбционного метода определения с химическим (фотоколориметрическим). Определение подвижных форм марганца и меди обоими методами дает близкие результаты. Хотя количественные показатели, полученные атомно-абсорбционным методом, как правило, отличаются от химических определений и в основном выше их. По-видимому, при химических определениях данных элементов имеют место потери, связанные с разнообразием и многочисленностью операций по подготовке образцов к фотометрированию.
Следует отметить, что определение содержания марганца данными методами более стабильно по сравнению с медью — относительная ошибка не превышает 4,1%. С увеличением концентрации меди в почве также увеличивается точность ее определения.
Аналогичная закономерность получена при определении меди, марганца, цинка в растениях.
Определение цинка в растениях фотоколориметрическим и атомно-абсорбционным методами дает более значительный разброс результатов, однако он не превышает 10 относительных процентов, что позволяет судить о надежности данных методов его определения.
Не отрицая полезности сравнения двух независимых методов определения микроэлементов, следует отметить, что такой прием не всегда может давать надежные результаты, и вряд ли следует отдавать предпочтение химическим методам анализа как контролирующим.
Научно обоснованное использование методов анализа должно базироваться прежде всего (мы здесь учитываем стоимость аналитических методов, их производительность и другие характеристики) на основе учета природного варьирования изучаемого показателя.
Кроме аналитических работ, непосредственно связанных с определением микроэлементов, были проведены анализы по гранулометрическому валовому химическому составу почв, а также по агрохимическим свойствам почв и биохимическому составу растений.
Для оценки качества урожая, кроме содержания микроэлементов, в растениях определено количество аминокислот на аминокислотном анализаторе НД-1200 по методике, разработанной ЦИНАО.
Важным этапом исследований явилось установление полноценности питания сельскохозяйственных растений путем применения микроудобрений. Было заложено свыше 150 полевых опытов по изучению действия микроудобрений на урожай и качество ведущих сельскохозяйственных культур. Опыты проводились на основных типах почв — дерново-подзолистых, дерновых, аллювиальных и осушаемых торфяных — с учетом их свойств и запасов микроэлементов в 4—5-кратной повторности по методике Доспехова Б. А. (1972).
Все производственные опыты с микроудобрениями (около 100), выполненные в колхозах и совхозах области в период с 1967 по 1984 год, были обобщены и тщательно проанализированы.
Математико-статистическая обработка результатов анализов и полевых опытов проведена по Доспехову Б. А. (1972). Теория данного вопроса отражена в работах Фишера Р. А. (1958), Снедекора Дж. У. (1961), Вольфа В. Г. (1966).
Настоящая монография является результатом работы коллектива проектно-изыскательного центра агрохимической службы по проблеме микроэлементов в Калининградской области за последние 30 лет.