УДК 58:631.4:546.36 О. И. Родькин Республика Беларусь

УДК 58:631.4:546.36
О. И. Родькин
Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова, г. Минск,
Республика Беларусь
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРОДУКТИВНОСТЬ КАРТОФЕЛЯ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЗОЛЫ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ
Одной из проблем эффективного использования древесины и соломы в качестве возобновляемого
биотоплива является образование значительных объемов золы. Химический состав золы, прежде
всего, содержание в ней соединений калия, фосфора, кальция, а также микроэлементов позволяет
применять ее в сельском хозяйстве для улучшения структуры почвы и поддержания продуктивности
растений. В наших исследованиях изучалось влияние золы на продуктивность и ряд физиологических
параметров картофеля. Результаты экспериментов свидетельствуют о стимулирующем
воздействии внесения золы в качестве минерального удобрения на рост и развитие картофеля.
Измерение ряда физиологических параметров коррелирует с данными по продуктивности растений.
Оптимизация водного режима, минерального питания, увеличение содержания хлорофиллов
позволяют получить достоверную прибавку урожайности. Оптимальная доза внесения золы для
картофеля не превышает одной тонны. При планировании доз применения золы для других культур
следует учитывать их специфику, а также содержание элементов в почве и золе различного
происхождения.
Ключевые слова: биоэнергетика, физиология, водный и питательный режимы, хлорофилл,
древесина, зола
Введение
Развитие альтернативной, или возобновляемой, энергетики, обусловленное ограниченностью
запасов ископаемого топлива на планете, реализуется по нескольким направлениям, которые зависят
от климатических, экономических и технологических условий региона. Например, ветровая энергетика наиболее активно внедряется в странах с морским климатом и высоким уровнем развития
технологий: страны западной Европы и Скандинавии, США, Канада. Использование энергии солнца
или геотермальных вод так же наиболее эффективно при оптимальных климатических условиях.
Названные направления, безусловно, могут быть реализованы и успешно внедряются и в Республике
Беларусь. Тем не менее природно-климатические и социально-экономические условия страны, так же
как и других государств СНГ, расположенных на европейской территории, наиболее перспективны
для развития биоэнергетики. Территория Республики Беларусь располагается в зоне достаточного
увлажнения, и страна характеризуется высокой степенью обеспеченности сельскохозяйственными
угодьями и пахотными землями на одного жителя по сравнению, например, с государствами Западной
Европы [11].
Актуальность такого подхода определяется требованиями Национальной программы развития
местных и возобновляемых энергоисточников на 2011–2015 гг., согласно которой предусмотрено,
например, создание более 1 тыс. га плантаций быстрорастущих древесно-кустарниковых пород и
увеличение использования соломы в качестве биотоплива от 72,3 тыс. т у.т. в 2010 г. до 219,5 в 2015
г. [6]. Расчеты показывают, что такое количество соломы может быть свободно получено, исходя из
площади посевов зерновых культур и их средней урожайности за последние годы, без ущерба для
альтернативных направлений ее использования [10].
Биоэнергетика основана на использовании широкого спектра источников, в том числе биомассы
быстрорастущих древесных культур и соломы. Одной из проблем, проявляющихся при использовании
древесины и соломы в качестве возобновляемого биотоплива, является образование значительных
объемов золы. Поиск эффективных путей ее утилизации ведется в ряде стран. Химический состав
золы, в принципе, позволяет применять ее в сельском хозяйстве для улучшения структуры почвы и
поддержания продуктивности растений. Повышение плодородия обусловлено присутствием в золе
ряда необходимых растениям минеральных элементов, прежде всего, соединений калия и фосфора,
а также кальция [1,8].
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, № 4 (26)
89
Например, содержание калия и кальция в золе, образующейся после сжигания растительных
остатков, может достигать 30 %, фосфора – 7–8 %. Дискуссионным является вопрос об оптимальном количестве золы, которое можно использовать в качестве удобрения. На практике золу мало
используют в интенсивном земледелии, хотя ее можно рассматривать как комплексное калийнофосфатно-известковое местное удобрение [2]. Согласно классическому учебнику по агрохимии,
рекомендуемая доза внесения золы травянистых растений и древесного топлива под вспашку и
культивацию составляет 5–6 ц. Авторы отмечают, что в первую очередь в соответствии с характеристиками золы ее следует применять под картофель.
Как правило, золу активно вносят садоводы на приусадебных участках, с рекомендуемой
нормой от одной до трех тонн в пересчете на гектар [5].
В наших исследованиях изучалось влияние золы на продуктивность и ряд физиологических
параметров картофеля. Физиологические показатели, такие как водный режим и содержание
хлорофиллов, позволяют судить о состоянии растения в процессе вегетации и его потенциальной
продуктивности.
Методика проведения исследований
Экспериментальный участок был заложен на базе учебно-научной станции МГЭУ имени
А.Д. Сахарова «Волма». Почва опытного участка дерново-подзолистая, легкосуглинистая. Кислотность почвы pH – 5,6, содержание гумуса – 2,2 %, фосфора и калия соответственно – 60 и
148 мг/кг почвы. Картофель сорт «Скарб» высаживался в четырехкратной повторности. Площадь
опытной делянки составляла – 15 м2. Зола, полученная в результате сжигания древесины
быстрорастущей ивы, вносилась по всходам картофеля под междурядную культивацию. Схема опыта
включала 4 варианта: контроль (без внесения), В-1 (0,5 т золы в расчете на гектар), В-2 (1 т), В-3 (1,5
т на гектар). Содержание макро- и микроэлементов в золе представлено в табл. 1.
Содержание элементов в золе древесины ивы и соломы с/х культур
Таблица 1
Среднее содержание, %
Солома
Элемент
Древесина
Пшеница
ивы
Рожь озимая
Тритикале
Ячмень
Лен
озимая
К
8,6
14,1
12,2
11,5
9,9
19,5
Са
35,6
11,5
10,5
8,5
5,6
15,3
Zn
0,15
0,014
0,006
0,007
0,018
0,006
Cu
0,015
0,003
0,002
0,002
0,002
0,003
Mn
0,020
0,028
0,005
0,016
0,011
0,008
Посадка картофеля, уход за культурой и система защиты растений проводилась согласно
отраслевова регламента возделывания картофеля в условиях Республики Беларусь.
Азотные удобрения вносились в дозе 70 кг действующего вещества в пересчете на гектар,
фосфорные и калийные дополнительно не вносились.
Для определения водного режима растений в полевых условиях применяли метод быстрого
взвешивания листьев на торсионных весах [4]. Метод основан на учете изменения массы срезанного листа за короткие промежутки времени, что дает возможность определять транспирацию при
естественном состоянии растения. Метод также позволяет рассчитать такие параметры, как водный
дефицит, водоемкость и водообеспеченность.
Водоудерживающая способность растений определялась по количеству потерянной воды
листьями за каждые 30 мин, начиная от момента срезания растений [7].
Содержание хлорофилла определяли по Т. Н. Годневу [3].
Статистическая обработка результатов исследований проводилась с использованием дисперсионного анализа.
Результаты и обсуждение
Процесс транспирации, или испарения воды растениями, во многом определяет их нормальную
жизнедеятельность. В результате транспирации растение обеспечивается водой и минеральными
веществами, достигается оптимальная терморегуляция и устойчивость к неблагоприятным внешним
90
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
факторам. Температура листа нормально функционирующего, здорового растения при аномально
высоких температурах благодаря транспирации снижается на несколько градусов по сравнению с
окружающей средой. Транспирация в первую очередь характеризуется интенсивностью, т. е. количеством
воды, испаряемой с поверхности листа за единицу времени. Интенсивность транспирации зависит от
ряда внешних и внутренних факторов. Наиболее масштабные исследования по вопросам транспирации
картофеля были выполнены М. Н. Гончариком [3]. В частности, автором изучена зависимость транспирации
от температуры и влажности воздуха, времени суток, ветра, солнечной инсоляции и других факторов.
Суточный ход транспирации картофеля, как правило, представляет собой одновершинную кривую, с
пиком в полуденные часы. Нельзя однозначно ответить, что более высокая интенсивность транспирации
характерна для самых продуктивных растений картофеля. Например, излишне высокая температура
воздуха при низкой влажности способствует чрезмерно интенсивной транспирации, что приводит к росту
водного дефицита растений, низкой продуктивности фотосинтеза и как результат невысокой урожайности.
Схожая тенденция отмечена и для температуры почвы. Вместе с тем, если внешние условия
не являются аномальными, то более высокая в среднем за вегетацию транспирация картофеля в
конечном итоге положительно коррелирует с продуктивностью растений [11].
Результаты измерения интенсивности транспирации картофеля в наших экспериментах
представлены на рис. 1.
Рис. 1. Влияние золы на интенсивность транспирации картофеля 02.07.2013
Как следует из представленных на рисунке данных, величина интенсивности транспирации по
вариантам опыта была достаточно близкой. В полуденные часы несколько более высокая интенсивность
отмечена для контрольного варианта. Ход транспирации характеризовался одновершинной кривой,
что свидетельствует о стабильном водном режиме картофеля.
Рис. 2. Влияние золы на динамику водоотдачи растений картофеля. 02.07.2013
Одним из ключевых показателей, определяющих устойчивость растений к неблагоприятным
условиям внешней среды, является их водоудерживающая способность. При любых аномальных
факторах воздействия (повышение или понижение температуры, низкая влажность воздуха или почвы
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, № 4 (26)
91
и т. д.) метаболизм растения в результате обезвоживания нарушается. Чем выше водоудерживающая
способность растения, тем оно устойчивее к неблагоприятным условиям среды. По количеству
потерянной воды за первые 30 мин судят о водоудерживающей способности растений. Растения
считают устойчивыми, если за 30 мин они теряют не более 4–5 % воды от своей массы.
Как следует из рис. 2, более высокая водоудерживающая способность характерна для вариантов с внесением высоких доз золы. Экономный расход воды косвенно свидетельствует о более высокой эффективности ее использования.
При более высокой температуре воздуха и низкой облачности водный режим растений картофеля
становится более напряженным, что, в частности, выражается в интенсивной транспирации в
утренние и полуденные часы (рис. 3).
Рис. 3. Влияние золы на интенсивность транспирации картофеля. 19.07.2013
Вместе с тем отмеченные ранее тенденции остаются стабильными. При приблизительно
одинаковой интенсивности транспирации картофеля водоудерживающая способность растений при
дополнительном внесении золы в качестве минерального удобрения улучшается.
Рис. 4. Влияние золы на динамику водоотдачи растений картофеля. 19.07.2013
Содержание хлорофиллов в растении так же является лабильной величиной. Например, для
образования хлорофилла большое значение имеет интенсивность освещения. Существует и верхний
предел освещенности, выше которого образование хлорофилла тормозится. Важнейшее значение
для образования хлорофилла имеют влагообеспеченность и условия минерального питания. Прежде
всего, необходимо достаточное количество железа. Большое значение для обеспечения синтеза
хлорофилла имеет нормальное снабжение растений азотом и магнием, так как оба эти элемента
входят в состав хлорофилла. При недостатке меди хлорофилл может разрушаться. Это, по-видимому,
связано с тем, что медь способствует образованию устойчивых комплексов между хлорофиллом и
соответствующими белками [13].
Образование хлорофилла зависит от температуры. Оптимальная температура для накопления
хлорофилла 26–30 °С. Дополнительный обогрев корнеобитаемого слоя почвы в наших экспериментах
92
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
стимулировал образование хлорофилла у картофеля. Как следствие, в конечном итоге такие растения
были более продуктивными [9].
Таким образом, можно заключить, что содержание хлорофиллов в растении увеличивается
при оптимизации условий произрастания, в том числе минерального питания. Результаты измерения
содержания хлорофиллов в растениях картофеля представлены в табл. 1.
Влияние золы на содержание хлорофиллов в растениях картофеля. Фаза цветения
Вариант
Контроль
В -1
В -2
В -3
Таблица 2
Содержание хлорофилла, мг/л (на сырое вещество)
Прочносвязанный
Лабильный хлорофилл
Соотношение
хлорофилл
Хлорофилл a
Хлорофилл b
Хлорофиллы a+b
Хл-л a/Хл-л b
15,77
4,25
24,29
3,7
16,25
4,03
24,73
4,0
17,76
4,16
26,87
4,3
19,56
5,72
30,71
3,4
Как следует из представленных в таблице данных, внесение золы, безусловно, стимулирует
синтез хлорофиллов в растениях. Содержание хлорофилла а увеличивается в соответствии с дозой
внесения, а по хлорофиллу b динамика не столь однозначная. Также при максимальных дозах внесения
золы происходит изменение соотношения хлорофилла а к хлорофиллу b. Возможно, этот факт связан
с изменением соотношения микроэлементов в растениях вследствие их поступления с золой.
Данные по урожайности картофеля представлены в табл. 3.
Влияние золы на урожайность картофеля в пересчете на ц/га. 2013 г.
Вариант/
повторность
Урожайность ц/га
Таблица 3
НСР05
Контроль
В-1
В-2
В-3
1
150
152
178
173
2
163
171
167
181
3
142
149
171
167
4
145
154
169
176
Средняя
150
156,5
171,2
174,2
10,12
Внесение золы в дозе 0,5 т/га незначительно увеличило урожай картофеля по сравнению с
фоновым вариантом. Статистически достоверные прибавки были получены на вариантах с внесением
1 и 1,5 тонны золы (соответственно 21,2 и 24,2 т/га).
Как известно, картофель предъявляет повышенные требования к калию, а также к
микроэлементам. Расчеты показывают,что при внесении золы в дозе 0,5 т/га (вариант 1) дополнительно
вносится в почву 43 кг/га калия, с дозой 1,0 т/га (вариант 2), и 1,5 т/га (вариант 3) – 86 и 129 кг/га
соответственно.
Заключение
Проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют о стимулирующем
воздействии использования золы в качестве минерального удобрения на рост и развитие картофеля.
Внесение золы не оказывает значительного влияния на интенсивность транспирации картофеля, но
стимулирует водоудерживающую способность растений. Как результат улучшается эффективность
использования воды, что, в том числе положительно влияет, на синтез хлорофилла и увеличение его
содержания в листьях.
Внесение золы в почву способствует росту продуктивности растений картофеля. Однако достоверные
прибавки урожая клубней картофеля установлены при внесении 1 и 1,5 т/га и 24,2 т/га соответственно.
Список литературы
1. Straw for energy production. Technology – Environment – Economy / The center for biomass
technology. – 1998. – P. 53.
2. Агрохимия / под редакцией В. М. Клечковского, А. В Петербургского // М. : «Колос»,
1964. – С. 527.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, № 4 (26)
93
3. Годнев, Т. Н. Строение хлорофилла и методы его количественного определения / Минск :
Издательство АН БССР, 1952 . – 164 с. 4. Гончарик, М. Н. Влияние экологических условий на физиологию культурных растений //
Минск : Изд-во АН БССР, 1962. – 148 с.
5. Зола как удобрение // Азбука садовода [Электронный ресурс].– 2013.– Режим доступа:
http://sazhaemvsadu.ru/zola/ . – Дата доступа: 04.11.2013
6. Об утверждении Национальной программы развития местных и возобновляемых
энергоисточников на 2011–2015 годы и признании утратившим силу постановления Совета
Министров Республики Беларусь от 7 декабря 2009 г. № 159: Постановление Совета Министров
Республики Беларусь (10 мая 2011 г.). – № 586.
7. Определение водоудерживающей способности растений Летние практические занятия по
физиологии растений / Под ред. М. С. Миллера. – М. : «Просвещение», 1973 . – 208 с.
8. Производство энергии из соломы. Положение, технологии и инновации в Дании 2011 Agro Business Park A/S, Niels Pedersens Allé 2, 8830 Tjele, 2011
9. Родькин, О. И. Влияние дополнительного обогрева корнеобитаемого слоя почвы на содержание хлорофилла и продуктивность раннего картофеля / О. И. Родькин, В. М. Иванченко // Весцi
Aкадэмii навук Беларусi, сер.бiял. навук, 1991. – № 3. – С. 20–24
10. Родькин, О. И. Производство возобновляемого биотоплива в аграрных ландшафтах:
экологические и технологические аспекты: монография / О. И. Родькин.- Минск : МГЭУ им. А.Д.
Сахарова, 2011. – 212 с.
11. Родькин, О. И. Физиология и продуктивность некоторых овощных культур в условиях
термической мелиорации почв : автореф. дис. ... канд. биол. наук 03.00.12 / О. И. Родькин, Минск,
1992. – С. 21
12. Сельское хозяйство Республики Беларусь: стат. сб. / Национальный статистический
комитет Республики Беларусь. – Минск, 2011. – 283 с.
13. Бахтенко, Е. Ю. Физиология растений / Е. Ю. Бахтенко, Н. И. Якушкина // Издательство
«Владос», 2004. – 464 с.
Aleh Rodzkin
PHYSIOLOGICAL PARAMETERS AND PRODUCTIVITY OF POTATO AT THE
RESULT OF FERTILIZATION BY ASH
One of the problems for efficiency using of wood and straw as biofuel is obtaining of big volume of ash.
The chemical contents of ash, and primary content of potash, calcium, phosphorus and some microelements
let us use it in agricultural practice for soil structure amendment and supporting of yield of crops. In our
experiments influence of ash application on productivity and physiology of potato were investigated. The
positive effect for potato yield after ash fertilization has been supported. Potato production also has positive
correlation with physiological parameters. Optimization of water regime and nitrification, increasing of
chlorophyll contents stimulate potato yield. The optimal dose of ash from willow wood for potato is not more
than one ton per hectare. It is necessary to estimate of specific of agricultural plants and contents of elements
in the soil and ash for calculation of dose application for other crops in practice.
94
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ