Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

THE INCREASE OF NITRIC FERTILIZERS EFFECTIVENESS WITH THE PURPOSE OF DECREASING THE ENVIRONMENTAL POLLUTION AND OBTAINING THE ECOLOGICALLY PURE PRODUCTS FROM ARTICHOKE PRICKLY (CYNARA SCOLYMUS L.)

Belolipov I. V. 1 Mamatkulov Z. U. 1 Kadirkhodjaev A. 1 Abzalov A. A. 1
1 Tashkent Pharmaceutical institute, Tashkent Agrarian University
Результатами проведенных исследований выявлено, что при выращивании артишока колючего (Cynara scolymus l.) использование полного удобрении, особенно с навозом, способствует снижению загрязнения окружающей среды и получению экологически чистой продукции (листья и семена). При этом у артишока колючего, выращенного в условиях типичного серозема, биомассы лекарственного растительного сырья (листья и семена) больше, чем в почве светлого серозема. Карбамидноформальдегидные азотные удобрения повышают коэффициент полезного действия азота на растение и снижают непроизводительные потери азота из почвы. Результаты исследований указывают на определённое преимущество применения медленнодействующего карбамидноформальдегидного удобрения (КФУ), чем мочевины и аммиачной селитры, в снижении загрязнения окружающей среды вредными для организма остатками туков. Установлено, что применение медленнодействующего Карбамидформальдегидного удобрения особенно важно в условиях засолённых почв с близким залеганием грунтовых вод, где происходят значительные потери азота, в результате выщелачивания нитратов в грунтовые воды. Выявлено, что большое содержание нитратов в почве при внесении азотных удобрений в виде аммиачной селитры и мочевины приводит к значительным потерям данного элемента питания, размеры которых достигают значительных величин.
The results of the conducted researches have revealed that when growing artichoke prickly (Cynara scolymus L.) the use of full fertilizer, particularly with manure provides the decreasing of environmental pollution and obtaining the ecologically pure products (leaves and seeds). With it all the artichoke prickly grown in the conditions of typical serozem has the biomass of medicinal plant raw material (leaves and seeds) more than in the soil of bright serozem. Carbamide-formaldehyde nitric fertilizers increase the efficiency coefficient of nitrogen on a plant and decrease unproductive losses of nitrogen from the soil. The research results indicate to a definite advantage of using slow-acting carbamide-formaldehyde fertilizer (CFF) than urea and ammonia saltpetre in decreasing environmental pollution by harmful for the organism residue of mineral fertilizers. It was ascertained that use of slow-acting carbamide-formaldehyde fertilizer is particularly important in the conditions of salty soil with close deposits of subsoil waters where occur considerable losses of nitrogen in the result of leaching of nitrates into subsoil waters. It was revealed that large content of nitrates in soil when bringing nitric fertilizers in the form of ammonia saltpetre and urea bring to considerable losses of this nutrition element sizes of those reach significant values.
nitrogen
immobilization
phosphorus
potassium
sodium
nitrates
sulfur
biomass

Цель. Известно, что среди минеральных удобрений наиболее существенное влияние на урожайность растений оказывают азотные удобрения. С применением стабильного изотопа азота 15N установлено, что на типичном сероземе хлопчатник используют азот удобрений не на 60–70 %, как считалось ранее, a 40–42 % [14]. Основная причина не полностью использованного растениями азота удобрений газообразные и другие виды потерь, возникающих в результате денитрификации и выщелачивания нитратов в грунтовые воды, такие потери достигают 40–45 и более процентов.

Исследователи [7] считают, что систематическое и массированное применение азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры может вызвать нарушение в биохимическом цикле питательных веществ в природной среде. Такие нарушения, прежде всего, распространены в регионах интенсивного ведения сельскохозяйственного производства в хлопкосеющих, свёклосеющих, овощеводческих и других зонах земледелия.

Интенсивное применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений под сельскохозяйственные и лекарственные культуры, а также различные системы обработки почвы активизировало микробиологические процессы и ускорило круговорот питательных элементов. В этих условиях первоначально повышалась и продуктивность растений при одновременном уменьшении перегнойных веществ в почве вследствие сокращения величины гумификации растительных остатков и органических удобрений. Это привело к снижению защитной функции гумусовых веществ как адсорбента токсических соединений и поступающих в почву элементов минерального питания, что явилось ограничивающим фактором повышения урожая как сельскохозяйственных, так и лекарственных культур и снижению эффективности минеральных удобрений, особенно азотных [3,4,6,13].

Интенсификация биологических процессов приводила не только к разрушению органического вещества почвы, но и быстрому превращению амидных и аммиачных форм азотных удобрений в нитраты с последующим их вымыванием в грунтовые воды и реки, развитию денитрификации, которая способствовала увеличению газообразных непроизводительных потерь азота из почвы и удобрений, и загрязнению ими окружающей нас природной среды. [7,8,9,10]. Всё это способствовало уменьшению коэффициента полезного действия азотных удобрений на сельскохозяйственные растения и снижению их эффективности.

Дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных и лекарственных культур, в том числе Gossypium L, Cynara scolymus L. и других, требует увеличения дозы азотных удобрений. По подсчётам специалистов около 50–60 % прибавки урожая получается за счёт применения азотных удобрений.

Эффективность азотных удобрений во многом зависит от поведения их в почве и от доступности растениям. Известно, что аммиачная селитра и мочевина, как основные формы азотных удобрений, используемые в хлопководстве, характеризуются высокой подвижностью в почве.

Резюмируя приведённые выше доводы, следует отметить, что применение высоких норм азотных удобрений, превышающих потребность растения для формирования планируемых урожаев, сопровождается значительным накоплением азотистых веществ в почве, водоисточниках, кормовых продуктах питания. Кроме того, в результате денитрификации и ряда других химических реакций происходят огромные потери азота в виде неполных его окислов, которые, проникая в атмосферу, загрязняют окружающую среду.

В связи с этим разработка научных основ полезного действия азота на сельскохозяйственные и лекарственные растения, снижение загрязнения окружающей среды вредными для организма остатками туков представляют большое научное и практическое значение.

Аммиачный и амидный азот этих удобрений в виду высокой биогенности почвы Средней Азии быстро переходит в нитратную форму. Большая подвижность нитратов в почве приводит к тому, что в летний период под влиянием поливной воды они вымываются в глубокие слои почвы, а после полива восходящими токами влаги поднимаются на поверхность и концентрируются на гребнях рядков в горизонте 0,5 см, что снижает эффективность азотных удобрений. Кроме того, большая часть внесённого азота теряется безвозвратно в газообразной форме, либо вымывается и не используется растениями.

В связи с этим разработка методов эффективного использования азотных удобрений под растениями, в том числе хлопчатника и артишока колючего, имеет не только научное, но и практическое значение, так как обеспечивает на изучаемых растениях высокие урожаи повышенного качества, а также снижение уровня загрязнения окружающей среды.

Потери азота из почвы и вносимых удобрений могут происходить в результате вымывания атмосферными осадками, оросительными водами больше всего в формах нитратов и нитритов.

Одним из методов повышения коэффициента полезного действия азотных удобрений и снижений непроизводительных его потерь является применение медленнодействующих азотных удобрений.

В связи с отмеченным, применение медленнодействующих удобрений для повышения продуктивности сельскохозяйственных и лекарственных культур, а также снижения загрязнения окружающей среды и водоисточников вредными остатками туков является одним из основных вопросов агрохимической науки.

Трансформация азота удобрений в орошаемом, как типичном, так и светлом сероземе, а также использование его растениями в зависимости от режима азотного питания изучено недостаточно [1,5,11].

В связи с этим мы задались целью изучить использование хлопчатником и артишоком колючим азота мочевины и карбамидноформальдегидных удобрений (КФУ), их превращения в почве и их значения в снижении загрязнения окружающей среды.

Методы исследования. Изучалась эффективность применения мочевины и карбамидноформальдегидных удобрений (КФУ) на типичном незасолённом серозёме Ташкентского и светлом среднезасолённом серозёме Сирдарьинского вилоятов. Проводились вегетационные, лизиметрические и полевые опыты. Повторность всех вышеуказанных видов опытов – 4-х кратная. Площадь делянки 600 м2 на среднезасолённом  светлом серозёме и 400 м2 на типичном незасолённом серозёме.

В связи с этим нами в 2005–2014 гг. проводились как вегетационные, так и полевые опыты на светлых и типичных серозёмных почвах Самаркандской и Ташкентской областей Республики Узбекистана. Площадь каждой делянки 480 м2. Схема расположения растений хлопчатника 90х40XI, а для артишока колючего 60x40x2.

Повторность вегетационных опытов 10-ти, а полевых 4-х кратная.

Набивку сосудов проводили осенью почвой, взятой из полевого опыта (горизонт 0–50 см) с учетом её генетических горизонтов.

Влажность почвы в сосудах поддерживали на уровне 75 % от полной полевой влагоемкости. Полив в полевых опытах проводили по схеме 2-5-2.

Изучалась эффективность применения мочевины и карбамидноформальдегидных удобрений (КФУ) на типичном незасолённом серозёме Ташкентского и светлом среднезасолённом серозёме Сирдарьинского вилоятов. Проводились вегетационные, лизиметрические и полевые опыты. Повторность всех вышеуказанных видов опытов – 4-х кратная. Площадь делянки 600 м2 на среднезасолённом  светлом серозёме и 400 м2 на типичном незасолённом серозёме.

Проводились также лизиметрические опыты по изучению выщелачивания нитратов в грунтовую воду в зимне-весенний период и в период вегетации хлопчатника. Лизиметры приспособлены для сбора грунтовой воды. Размер лизиметра 1м2, глубина 1,5 м. Уровень грунтовых вод поддерживался на 1,2–1,4 м.

13) Почвы для закладки вегетационных и лизиметрических опытов взяты из полевых опытов, заложенных в бывшем колхозе «Ленинизм» Янгиюльского тумана, Ташкентского вилоята и Мехнатабадского тумана Сырдарьинского вилоята, с учётов генетических горизонтов.

Известно, что почвы хлопковых районов характеризуются высокой биологической активностью. Интенсивно протекающие микробиологические процессы способствуют быстрому переходу вносимых амидных аммиачных форм азота в нитратную форму. Нитраты, как известно, хорошо растворяются в воде и при близком залегании грунтовых вод они выщелачиваются в грунтовый поток, что снижает эффективность удобрений.

Из приведённых данных видно, что содержание нитратов в лизиметрических водах во все сроки их определения значительно снижается при внесении КФУ, чем мочевины. Следовательно, применение карбамидноформальдегидного удобрения особенно важно в условиях засолённых почв с близким залеганием грунтовых вод, где можно ожидать значительные потери азота в результате выщелачивания нитратов в грунтовые воды. Кроме того, большее содержание нитратов в почве при внесении стандартных туков приводит к значительным потерям азота, размеры которых достигают значительных величин. В результате этого возникает целый ряд проблем загрязнения окружающей нас среды, так как наибольшую опасность представляет большое нахождение нитратов в почве. При этом нитраты накапливаются не только в почве и грунтах, грунтовой воде, но выше допустимой нормы накапливаются в продуктах питания и кормах, и следовательно, попадают в организм человека и животных. В этом отношении применение для растений КФУ в условиях засолённых светлых серозёмов с близким содержанием грунтовых вод особенно приемлемо в экологическом отношении, чем стандартные туки.

Результаты исследования. Результаты проведенных нами исследований свидетельствуют в том, что с внесением навоза еще больше снижается содержание неорганического азота удобрений, неиспользованного растениями азота удобрений (в конце его вегетации) на светлом серозёме, особенно при внесении навоза больше, чем на типичном серозёме.

На основании результатов наших исследований по балансу и превращению азота удобрений в системе почва – растение можно утверждать, что на типичном серозёме с высоким содержанием органических веществ и широким соотношением C: N, в начальный период развития растений более требовательны к внесению азота, чем на светлом сероземе.

Как показали исследования, с наступлением фазы цветения и созревания семян обеспеченность растений азотом на типичном сероземе более высокая, чем на светлом сероземе, что объясняется высвобождением ранее поглощенного азота почвенными микроорганизмами.

Результатами исследований в вегетационных опытах установлено, что содержание соединений азота удобрений зависит от почвенных разностей (таблица 1).

Таблица 1

Изменение содержания органического и неорганического азота удобрений на типичном серозёме и светлом серозёме (мг на сосуд) 

Годовая

норма

г/сосуд

Фазы развития

2–3 настоящих листьев

Бутонизация

N

Р

K

навоз

Вало-

вый

Органи­-

ческий

Неорга­-

нический

Вало-

вый

Органи­

ческий

Неорга­-

нический

Светлый серозем

6

5

2

-

1390

736

654

2848

1208

1640

6

5

2

400

1620

900

720

3004

1500

1504

Типичный серозем

6

5

2

-

1694

1064

630

3136

1556

1580

6

5

2

400

1690

1250

440

3252

1640

1612

 

В первой половине вегетации (до массовой бутонизации) величина иммобилизации азота из вносимых удобрений на типичном серозёме (или переход неорганического азота в органическую форму в теле микроорганизмов) происходит более интенсивно, чем в светлом серозёме.

С внесением навоза ещё более снижается содержание неорганического азота удобрений, неиспользованного растениями азота удобрений (конце его вегетации) на типичном сероземе Ташкентской области, особенно при внесении навоза больше, чем на светлом сероземе. (таблица 2).

Поэтому внесение навоза усиливает этот процесс на типичном серозёме, что связано с различным содержанием в этих почвах массы органических остатков, а также соотношением C: N.

В связи с иммобилизацией азота содержание доступных для растений неорганических соединений его в ранние фазы развития и бутонизации растений снижается, особенно в условиях светлого серозёма.

Всё это способствует снижению загрязнения окружающей среды и получению экологически чистой продукции, т.е. биомассы (листья) из артишока колючего.

Таблица 2

Содержание соединений азота удобрений в различных почвенных условиях (мг/сосуд).

 

Годовая

норма

г/сосуд

 

Фазы развития

 

 

 

2-3 настоящих листьев

Бутонизация

N

Р

К

навоз

Валовый

Органи­-

ческий

Неорга­-

нический

Валовый

Органи­-

ческий

Неорга­-

нический

Светлый серозем

6

5

2

-

1842

960

882

1362

1290

72

6

5

2

400

1992

960

1032

1722

1380

342

Типичный серозем

6

5

2

-

2400

1260

1140

1770

1560

210

6

5

2

400

2460

1380

1080

1872

1442

432

 

Это делает необходимым изучение эффективности сроков внесения азотных удобрений с учетом биологических особенностей трансформации азота и почвенных условий.

Количественные показатели содержания аммиачного и нитратного азота зависят от фазы развития. Более высокие показатели этих соединений азота приурочены к фазам бутонизации и цветения, а затем они снижаются, доходя до минимума в фазе созревания семян изучаемых растений. В период созревания семян количество остаточного азота значительно превалирует при внесении под растения мочевины, чем КФУ. Эти данные свидетельствуют, что нитрификация аммиачного азота КФУ значительно меньше, чем азота мочевины. В результате этого выщелачивание нитратов, особенно в условиях засолённых почв с близким залеганием грунтовых вод, происходит в большей мере при внесении мочевины, чем КФУ.

Благодаря большему содержанию в почве аммиачного азота при внесении КФУ, остаточный азот (неиспользованный растением) снижается по отношению к мочевине, что в конечном счёте повышает коэффициент полезного действия азота на растения, и снижаются его потери. Общее количество остаточного неорганического азота, слагающего из нитратов и аммиака, заметно выше при использовании растениями мочевины, чем КФУ. Исходя из этих данных, можно предполагать, что потери азота из мочевины в результате денитрификации и выщелачивания происходят в большой мере при использовании растениями мочевины, чем КФУ.  Это указывает на определённое преимущество применения КФУ, чем мочевины, в снижении загрязнения окружающей среды вредными остатками туков (таблица 3).

Таблица 3

Содержание в лизиметрических водах нитратов, мг/л. Лизиметрические опыты

Формы удобрения

Годовая норма г/лизиметр

                           Фазы развития

N

P

K

Бутонизация

Цветение

плодообразование

Мочевина

6

5

2

9,3

12,0

15,4

КФУ

6

5

2

5,8

9,1

11,3

Исследованиями, проведёнными нами, установлено, что содержание нитратов и аммиачного азота в почве зависит от формы применяемых азотных удобрений (таблица 4).

Таблица 4

Содержание аммиачного и нитратного азота в почве при внесении под хлопчатник мочевины и КФУ (Гор. 0–50 см). Лизиметрические и полевые опыты.

Форма удобрений

Годовая норма г/лизиметр, кг/га

Фазы развития

2–3 наст листа

Бутонизация

Цветение

Плодообразование

Созревание

N

P

K

NH3

NO3

NH3

NO3

NH3

NO3

NH3

NO3

NH3

NO3

                           

Лизиметрический опыт

Мочевина

6

5

2

9,5

1465

35

5250

3,0

1200

42,0

6300

6,2

930

46,0

6000

3,5

525

28,0

4200

3,4

510

23,2

3480

КФУ

6

5

2

14,5

21,5

24,0

3600

16,0

2400

32,0

4800

12,2

1800

33,0

4950

10,1

1500

20,0

3000

6,0

960

16,2

2430

Полевой опыт

Мочевина

200

170

90

-

-

8,0

28,0

28,0

101,0

6,0

21,6

30,1

108,0

8,0

28,8

21,0

75,6

5,0

54,0

16,0

67,6

КФУ

200

170

90

-

-

13,5

48,6

20,0

72,0

13,2

47,5

23,2

83,5

9,1

32,7

16,0

67,6

6,2

22,3

14,0

49,9

Примечание: В числителе мг/кг, а в знаменателе мг/лизиметр, кг/га.

Как показали исследования, с наступлением фазы цветения и созревания семян обеспеченность растений азотом на типичном серозёме более высокая, чем на светлом серозёме, что объясняется высвобождением ранее поглощённого азота почвенными микроорганизмами.

В результате проведённых исследований установлено, что содержание соединений азота удобрений в тканях растений зависит от  почвенных разностей (таблица 5).

Таблица 5

Изменение содержания органического и неорганического азота удобрений на типичном серозёме и светлом серозёме (мг на сосуд).

Годовая норма г/сосуд

2-3 наст листа

Бутонизация

N

P

K

Навоз

Валовый

Органич.

Неорганич.

Валовый

Органич.

Неорганич.

Светлый серозём

6

5

2

-

1390

736

654

2848

1208

1640

6

5

2

400

1620

900

720

3004

1500

1504

Типичный серозём

6

5

2

-

1694

1064

630

3136

1556

1580

6

5

2

400

1690

1250

440

3252

1640

1612

 

В первой половине вегетации (до массовой бутонизации) величина иммобилизации азота из вносимых удобрений на типичном серозёме (или переход неорганического азота в органическую форму в теле микроорганизмов) происходит более интенсивно, чем в светлом серозёме.

Внесение навоза усиливает этот процесс на типичном серозёме, что связано с различным содержанием в этих почвах массы органических остатков, а также соотношением C:N.

В связи с иммобилизацией азота содержание доступных для растений неорганических соединений в его ранние фазы развития и бутонизации растения снижается, особенно в условиях светлого серозёма (таблица 6).

Таблица 6

Содержание соединений азота удобрений в различных почвенных условиях (мг/сосуд)

Годовая норма г/сосуд

2-3 наст листа

Бутонизация

N

P

K

Навоз

Валовый

Органич.

Неорганич.

Валовый

Органич.

Неорганич.

Светлый серозём

6

5

2

-

1842

960

882

1362

1290

72

6

5

2

400

1992

960

1032

1722

1380

342

Типичный серозём

6

5

2

-

2400

1260

1140

1770

1560

210

6

5

2

400

2460

1380

1080

1872

1442

432

 

Это делает необходимым изучение эффективности сроков внесения азотных удобрений с учётом биологических особенностей трансформации азота и почвенных условий.

Выводы

  1. Установлено, что хлопчатник и артишок колючий, выращенные на светлом серозёме с внесением полно нормы удобрений, особенно с навозом, способствует большему образованию семян и формированию большего урожая. Величина урожая при этом больше на типичном серозёме, чем на светлом.
  2. По отношению к светлому серозёму более высокий урожай биомассы обеспечивается при внесении полно нормы удобрений, особенно с навозом на типичном серозёме.
  3. Исследованиями выявлено, что Cynara scolymus L., выращенные на светлом сероземе с внесением полного удобрений, особенно с навозом, способствует снижению загрязнения окружающей среды и получению большему образованию экологически чистых семян и биомассы артишока колючего. Величина биомассы при этом больше на типичном сероземе, чем на светлом сероземе.
  4. Применение под Gossypium L и Cynara scolymus L. карбамидноформальдегидных удобрений способствует снижению загрязнения окружающей среды нитратами на типичном незасолённом серозёме, особенно в условиях засолённых светлых серозёмов с близким залеганием грунтовых вод, чем внесение аммиачно-нитратных форм азота.
  5. Карбамидноформальдегидные азотные удобрения повышают коэффициент полезного действия азота на растение и снижают непроизводительные потери азота из почвы.