Введение
Гуминовые кислоты обладают рядом специфических свойств, открывающих возможности их широкого практического использования во многих областях. Наибольшее внимание в настоящее время привлекает биологическая активность гуминовых кислот и препаратов на их основе.
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; 2; 4; 7–9; 11; 13]. Имеются сведения о применении гуматов в рекультивации земель [5; 6; 10; 14]. Однако сопоставление экспериментальных данных, полученных разными учеными, затруднительно, так как действие гуминовых препаратов зависит от многих факторов: вида, сорта растений, природы и концентрации используемых препаратов, типа почв.
Цель исследования. Испытание гуматов калия и натрия, полученных из бурого угля рядового и его естественно-окисленной формы – сажистого в различных концентрациях в качестве стимуляторов роста сельскохозяйственных культур на черноземах Кузбасса.
Материал и методы исследования
Материалом для работы служили гуминовые препараты, изготовленные из двух типов бурых углей: типичного бурого угля группы Б2 («рядовой») Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна, пласт Итатский основной (КБР) и естественно-окисленной формы данного угля, называемой далее «сажистый» (КБС), являющийся отходом угледобычи.
Исходный уголь КБР в сравнении с КБС характеризуется большей алифатичностью и меньшей ароматичностью, что отражается на характере полученных препаратов гуминовых кислот. Образцы HumK и HumNa, полученные из КБС, более окислены, чем таковые из рядового, и содержат большее число карбонильных и карбоксильных групп, обладают большей степенью восстановленности и большей ароматичностью, но меньшим отношением карбоксильных групп к гидроксильным. В их структурах преимущественно содержатся ароматические группировки и фенолы и в меньшем количестве содержатся окисленные алифатические соединения.
Содержание гуминовых кислот в испытуемых исходных (концентрированных) образцах представлено в таблице 1.
Из концентрированных образцов гуматов готовили испытуемые растворы в концентрациях 0,01 и 0,005%.
Для испытания гуматов в качестве стимуляторов роста растений заложен опыт на территории ботанического сада в вегетационный период 2011 г. по нижеследующей схеме с внесением: 1 – вода (контроль); 2 – гумат Na (р) 0,01%; 3 – гумат Na (р) 0,005%; 4 – гумат Na (с) 0,01%; 5 – гумат Na (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%.
Таблица 1 – Исходные (концентрированные) образцы гуматов Na и K
|
Образец |
Количество, л |
Фактическое содержание гуминовых кислот, г/л |
Выход гуминовых кислот,% (масс.) от исходного угля |
|
HumK р |
9,5 |
35,00 |
9,10 |
|
HumNa р |
10 |
34,05 |
9,31 |
|
HumK с |
16,3 |
196,8 |
79,38 |
|
HumNa с |
16,5 |
193,8 |
78,81 |
Примечание: здесь и далее HumK(Na) р – гуматы K и Na, полученные из рядового бурого угля; HumK(Na) с – гуматы K и Na, полученные из естественно-окисленной формы бурого угля (сажистые).
Размеры делянок 1х1 м. Повторность деляночного опыта – 3-кратная. Испытуемая культура – горох сорта «Кузбасский». Посев растений произведен 25 мая. Поливы гуматами проводили 2 раза за вегетацию – в середине июня и июля. Объем вносимых растворов составлял 7 л/м3.
Эффективность внесения гуматов оценивали по основным характеристикам роста в динамике за вегетацию и урожая растений гороха, а также по общей биологической активности почв. В процессе исследований каждые 10 дней определяли массу растений [3], в конце вегетационного периода – урожайность и общую биологическую активность почв (по интенсивности разложения полотна целлюлозоразрушающими микроорганизмами методом Мишустина, Востровой и Петровой) [12].
Результаты исследования и их обсуждение
Почвы опытного участка на территории ботанического сада представлены выщелоченными черноземами с высоким содержанием гумуса (>2,0%), слабокислой реакцией почвенного раствора (рН 5,5), высокой обеспеченностью основными элементами питания: P2O5 (по Кирсанову100 мг/кг), K2O (по Кирсанову 120 мг/кг), легкогидролизуемым азотом (по Тюрину-Кононовой 50 мг/кг). Наряду с высокой обеспеченностью элементами питания черноземы имеют ряд недостатков. В частности, несмотря на благоприятные водные свойства, снабжение культурных растений водой в них неустойчиво. Весной в период снеготаяния профиль промачивается на значительную глубину, а летом вследствие испарения влаги с поверхности почвы и потребления ее растениями сильно иссушается верхняя часть профиля.
Изучение динамики накопления сухой массы растений гороха за вегетацию показало, что данный процесс происходит по экспоненциальной кривой во всех исследуемых вариантах и в большинстве случаев внесение гуматов стимулирует данный процесс (рис. 1).
|
|
|
|
Рис. 1. Динамика сухой массы гороха при внесении различных концентраций гуматов: 1 – контроль (полив водой); 2 – гумат Na (р) 0,01%; 3 – гумат Na (р) 0,005%; 4 – гумат Na (с) 0,01%; 5 – гумат Na (р) 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%.
В варианте 4 с внесением гумата Na(с) 0,01% отмечаются самые высокие значения прироста в сроки: 5.07 и 15.07 – выше контрольных значений на 72, 187% соответственно (рис. 1). В период 25.07 и 4.08 максимальные показатели сухой массы растений выявлены в варианте 8 (с внесением гумата К(с)0,01%) – выше контрольных значений на 143 и 110% соответственно.
Таким образом, максимальную стимуляцию ростовых процессов у гороха вызывает внесение гуматов Na(с) и К(с) в концентрации 0,01%.
Анализ структуры урожая гороха показал, что стабильно более высокие показатели массы семян с 1 растения, количества и массы бобов с 1 растения выявлены в вариантах 2, 4 и 8 – при внесении гуматов Na(р), Na(с) и К(с) в концентрации 0,01% (табл. 2), с максимальными значениями во 2 и 8 варианте – количество бобов с 1 растения превосходит контроль на 102 и 84% соответственно, масса бобов с 1 растения – на 49 и 57% соответственно
Таблица 2 – Структура урожая гороха при внесении различных концентраций гуматов
|
№ |
Масса 1000 семян |
Масса семян с 1 растения |
Количество бобов с 1 растения |
Масса бобов с 1 растения |
|
1 |
152,20±2,47 |
5,70±0,08 |
9,73±0,90 |
7,34±0,44 |
|
2 |
152,73±0,60 |
10,28±0,91 |
19,63±1,06 |
10,94±0,56 |
|
3 |
150,07±3,85 |
5,77±0,32 |
14,63±0,73 |
7,87±0,26 |
|
4 |
148,40±2,19 |
10,34±0,35 |
14,93±1,12 |
10,01±0,92 |
|
5 |
136,33±1,57 |
4,84±0,30 |
9,33±0,82 |
6,78±0,39 |
|
6 |
147,87±3,07 |
7,59±0,48 |
12,47±0,98 |
9,53±0,49 |
|
7 |
132,23±3,96 |
7,29±0,55 |
12,93±0,87 |
9,42±0,76 |
|
8 |
143,27±14,39 |
8,77±0,50 |
17,93±1,28 |
11,55±0,91 |
|
9 |
143,90±3,40 |
6,49±0,37 |
13,10±0,86 |
9,12±0,74 |
Таблица 3 – Интенсивность разложения целлюлозы в почвах под овсом и горохом в условиях внесения гуматов
|
Варианты |
Разложение ткани |
|
|
% |
% от контроля |
|
|
1. Контроль (полив водой) |
35,90±3,44 |
100,0 |
|
2. Гумат Na (р) 0,01% |
38,10±1,76 |
106,0 |
|
3. Гумат Na (р) 0,005% |
36,13±1,55 |
101,0 |
|
4. Гумат Na (с) 0,01% |
38,47±1,68 |
107,2 |
|
5. Гумат Na (с) 0,005% |
36,27±0,99 |
101,0 |
|
6. Гумат К (р) 0,01% |
37,50±2,89 |
104,5 |
|
7. Гумат К (р) 0,005% |
37,40±0,92 |
104,2 |
|
8. Гумат К (с) 0,01% |
40,70±1,68 |
113,4 |
|
9. Гумат К (с) 0,005% |
37,23±3,04 |
103,7 |
Полученные данные по накоплению сухой массы растениями гороха и его урожая согласуются с результатами биологической активности почв. Установлено, что внесение гуматов Na(р), Na(с) и К(с) в концентрации 0,01% вызывают стимуляцию в черноземах активности целлюлозоразрушающих микроорганизмов (табл. 3).
Наибольшее влияние на активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почвах под горохом оказал гумата натрия и калия из сажистого бурого угля в концентрации 0,01% (выше контрольных значений на 7–13%).
Выводы
1. Исследованиями установлено, что гуминовые препараты HumK и HumNa, изготовленные из типичного бурого угля (рядового) и его естественно-окисленной формы (сажистого) Кайчакского месторождения Канско-Ачинского бассейна, пласт Итатский, являются стимуляторами роста гороха и биологической активности почв.
2. Установлены концентрации, сроки и нормы полива гуминовыми препаратами, вызывающими наибольший стимулирующий эффект: максимальную стимуляцию ростовых процессов и урожая у гороха, а также биологической активности почв вызывает внесение гуматов в концентрации 0,01%, при норме полива – 2 раза за вегетацию (в середине июня и июля), объеме вносимых растворов – 7 л/м3.
3. Наибольшим стимулирующим эффектом на ростовые процессы гороха и биологическую активность почв оказали HumK и HumNa из сажистых бурых углей; существенное повышение урожая отмечается при внесении HumNa и HumK из сажистых бурых углей и HumNa из рядовых бурых углей.
Рецензенты:
Куприянов А.Н., доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом «Кузбасский ботанический сад» ИЭЧ СО РАН, г. Кемерово.
Скалон Н.В., доктор педагогических наук, кандидат биологических наук, профессор, заведующий кафедрой зоологии и экологии ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», г. Кемерово.