Применение гуминовых кислот оказывает максимальное благоприятное влияние на процесс зарастания угольных отвалов шахт, развитие посттехногенных почвообразовательных процессов, что способствует ускорению формирование на отвалах плодородного слоя почв. Существенное влияние гуматы оказывают на водно-физические и физико-химические свойства почвы (повышают влагоёмкость легких почв, улучшают порозность и водопроницаемость тяжелых почв и др.), увеличивают урожайность зерновых, кормовых и овощных культур и повышают сопротивляемость растений к болезням, заморозкам и засухе[1; 3; 5; 10].
Установлено благоприятное влияние гуматов на ростовые процессы растений, а также формирование почвенной структуры в условиях нарушенных горными разработками земель [2; 6; 8].
Цель данной работы заключается в изучении влияния различных концентраций гуматов натрия и калия на площадь листьев и урожайность растений овса в условиях породного отвала угольного разреза «Кедровский».
Объекты и методы
Объектом исследований является типичный бурый уголь группы Б2 («рядовой») Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна, пласт Итатский основной (КБР) и естественно-окисленная форма данного угля, называемая далее «сажистый» (КБС), являющаяся отходом угледобычи. Из образцов углей КБР и КБС наработаны образцы гуматов натрия (HumNa) и калия (HumK). Полученныегуматы обладают различным структурно-групповым составом. Естественно-окисленная форма угля и полученные из нее гуматы имеют более ароматический характер и большее содержание фенольных гидроксилов. Содержание гуминовых кислот в полученных образцах представлено в табл.1.
Таблица 1
Содержание гуминовых кислот в исследуемых гуматахNa и K
|
Образец |
Фактическое содержание гуминовых кислот, г/л |
Выход гуминовых кислот, % (масс.) от исходного угля |
|
HumK КБР |
35,00 |
9,10 |
|
HumNa КБР |
34,05 |
9,31 |
|
HumK КБС |
196,8 |
79,38 |
|
HumNa КБС |
193,8 |
78,81 |
Модельный эксперимент заложен на железнодорожном внешнем отвале «Южный» угольного разреза «Кедровский». Возраст отвала 25 – 30 лет, проведен комплекс работ по его планировке. Для исследования выбраны участки, лишенные растительности. Повторность деляночного опыта – 3-х кратная. Поливы гуматами проводили 2 раза за вегетацию – в середине июня и июля. Из исходных гуматов готовили водные растворы с концентрацией 0,01 и 0,005 %. Объем вносимых растворов составлял 7 л/м3.
Пробные площадки (ПП) площадью 1 м2 разбиты по следующей схеме: 1) контроль (полив водой); 2) HumNa (р) 0,01%; 3) HumNa (р) 0,005%; 4) HumNa (с) 0,01%; 5) HumNa (с) 0,005%; 6) HumК (р) 0,01%; 7) HumК (р) 0,005%; 8) HumК (с) 0,01%; 9) HumК (с) 0,005% (р – гуматы, полученные из рядового бурого угля; с – гуматы, полученные из сажистого бурого угля).
В качестве модельного растения использовали овес сорта «Ровесник». Эффективность внесения гуматов оценивали по динамике площади листьев и структуре урожая овса.
Площадь листьев определяли по формуле [4]:
Aл = N × aл, где N – число листьев растения, aл – средняя площадь листа
aл= В × Б, где В – ширина листа у основания, Б – длина листа
В конце вегетационного периода проведен анализ структуры урожая: количество зерен с 1 растения, масса 1000 зерен, масса зерен с 1 растения.
Обработка экспериментальных данных проведена с использованием статистического пакета Statistica 6.0.
Результаты и их обсуждение
К важным показателям, определяющим урожайность растений, относится величина площади листьев и динамика ее формирования. Формирование наибольшей биомассылистьев является результатом высокой фотосинтетической активности. Ее учет на протяжении вегетации позволяет прогнозировать урожай растений [4]. Площадь листовой поверхности является одним из показателей достаточно полно отражающим условия развития растений. Оптимальное развитие листовой поверхности зависит от условий влагообеспеченности и комплекса агротехнических мероприятий.
Известно, что высокие урожаи сельскохозяйственных культур можно получить только в посевах, динамично формирующих оптимальную площадь листьев, способную к активной работе в течение длительного времени вегетации.
Анализ полученных результатов за два года показал, что в течение вегетации данный показатель при внесении гуматов, как правило, выше, чем в контроле (рис. 1). Максимальная средняя площадь листьев 27 июня отмечена при внесении гуматаNa (р) 0,005% и гумата К (с) в разных концентрациях (выше контроля на 48 – 56%). Максимальные значения площади листьев за два года отмечены 7 июля. Однако в данный и следующий период исследования площадь листьев при внесении гуматов, как правило, находится на уровне контроля либо ниже. Превышение контрольных значений отмечено 17 июля при внесении гуматаNа (р) в разных концентрациях – 15 и 22 %, соответственно. В конце периода вегетации максимальная площадь листьев наблюдалась на ПП 2, 4, 5 и 8 (выше контроля, в среднем, на 30 – 40%).
Примечание: 1 – контроль (полив водой); 2 – гуматNa (р) 0,01%; 3 – гуматNa (р) 0,005%; 4 – гуматNa (с) 0,01%; 5 – гуматNa (с) 0,005%; 6 – гумат К (р) 0,01%; 7 – гумат К (р) 0,005%; 8 – гумат К (с) 0,01%; 9 – гумат К (с) 0,005%
Рис. 6. Динамика площади листьев (средние данные за 2 года)
К концу роста и развития растений результатом их фотосинтетической деятельности через цепь превращения веществ и энергии является определенный потенциал продуктивности, мерой которого считается урожай.Доказано положительное влияние гуминовых препаратов на урожайность зерновых культур. Считается, что при воздействии биопрепаратов дополнительно усвоенный азот преимущественно поступает в репродуктивные органы растений с пропорциональным увеличением их массы, в результате чего существенно возрастает урожай зерна [9].
Анализ экспериментальных данных показал, что внесение гуматов способствует увеличению основных показателей структуры урожая – количества зерен с одного растения, массы зерен с одного растения и массы 1000 зерен (табл. 2). Так масса зерен с 1 растения на ПП 3 (внесение гуматаNa (р) 0,005%) превышает контроль в 3 раза. На остальных ПП отличия от контроля составляют 3 – 60%. Максимальная масса 1000 зерен отмечена на ПП 5 (при внесении гуматаNa (р) 0,005%) и превышает контроль на 62 %. Наибольшее среднее количество зерен с 1 растения наблюдается на ПП 3 (превышает контроль на 56%).
Таблица 2
Структура урожая овса
|
ПП |
Масса зерен с 1 растения |
Количество зерен с 1 растения |
Масса 1000 зерен |
|
|
1 |
контроль (полив водой) |
0,037±0,004 |
2,03±0,12 |
16,08±0,53 |
|
2 |
гуматNa (р) 0,01% |
0,051±0,008 |
2,15±0,15 |
23,94±0,37 |
|
3 |
гуматNa (р) 0,005% |
0,111±0,004 |
3,16±0,14 |
21,21±0,53 |
|
4 |
гуматNa (с) 0,01% |
0,048±0,004 |
2,30±0,13 |
20,01±3,78 |
|
5 |
гуматNa (с) 0,005% |
0,048±0,004 |
2,13±0,08 |
26,06±0,65 |
|
6 |
гумат К (р) 0,01% |
0,043±0,005 |
2,15±0,15 |
19,88±0,88 |
|
7 |
гумат К (р) 0,005% |
0,038±0,003 |
1,97±0,08 |
19,35±0,56 |
|
8 |
гумат К (с) 0,01% |
0,059±0,005 |
2,45±0,15 |
24,48±4,21 |
|
9 |
гумат К (с) 0,005% |
0,051±0,003 |
2,13±0,09 |
22,65±1,93 |
Заключение
Проведенные исследования показали, что внесение гуматов натрия и калия, изготовленных из типичного бурого угля («рядовой») и его естественно-окисленной формы («сажистый») Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна оказывает положительное влияние на увеличение площади листьев и основных показателей структуры урожая овса. В течение вегетации максимальная площадь листьевнаблюдалась при внесениигуматовNa, полученных из рядового бурого угля, в концентрациях 0,005 и 0,01 %. Более интенсивное развитие листового аппарата овса, в свою очередь, положительно сказывается на развитии урожая. Максимальные отличия от контроля по показателям структуры урожая отмечены при внесении того же гумата в концентрации 0,005 %.
Рецензенты:Куприянов А.Н, д.б.н., профессор, заведующий отделом «Кузбасский ботанический сад» ФГБУН Института экологии человека СО РАН, г. Кемерово;
Неверова О.А., д.б.н., профессор, заведующая лабораторией экологического биомониторинга ФГБУН Института экологии человека СО РАН, г. Кемерово.