Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе "почва-растение" при возрастающих дозах внесения фосфорных удобрений

Дипломная работа
«Микроэлементы(цинк, железо, марганец) в системе «почва-растение» при возрастающих дозахвнесения фосфорных удобрений»

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Металлы в почвах
1.1.1 Цинк
1.1.2 Железо
1.1.3 Марганец
1.2 Микроэлементы врастениях
1.2.1 Цинк
1.2.2 Железо
1.2.3 Марганец
1.3 Взаимодействие Zn – P в почве и растениях
1.4 Коррекциядефицита цинка. Микроудобрения
Глава 2. Объекты и методы исследования
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Агрохимическая характеристика почвы
3.2 Определение эффективности удобрений
3.3 Содержание элементов в почве опыта
3.4 Содержание подвижных форм металлов в растениях
3.5Содержание кислоторастворимого цинка в растениях
3.6 Содержание металлов и фосфора в растениях
Выводы
Список литературы
 

Введение
Цинк – один из восьми микроэлементов,необходимых для нормального здорового роста и размножения растений; остальнымиприходятся бор, хлор, медь, железо, марганец, молибден и никель. Эти элементыотносятся к «необходимым микроэлементам», так как они требуются в сравнительномалых количествах для растительных тканей (5 – 100 мг/кг). Некоторые из этихэлементов, а именно: медь, железо, марганец и цинк, вдобавок с кобальтом,хромом, йодом и селеном, являются также необходимыми для животных.
Цинковое голодание нарушаетуглеводный обмен у растений, процесс образования хлорофилла, изменениеморфологических признаков растения (в частности, образование розеточности — побегов с укороченными междоузлиями и мелкими листьями) (Минеев, 2004).
Основным источником цинка длярастений является почва. Элемент легко адсорбируется как минералами, так иорганическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв наблюдается егоаккумуляция в поверхностных горизонтах (Ермохин, Синдирёва, Трубина, 2002).Недостаток цинка в почвах приводит к нарушению обмена веществ, снижению продуктивностирастений и качества их продукции.
Причинами дефицита цинка могутслужить низкие природные концентрации доступного растениям цинка в почвах,которые связаны:
—   с низким валовым содержанием элементав почвах;
—   с факторами, обуславливающими низкую подвижностьметалла в почвах (высокое содержание гидроксидов железа, карбонатов,органических соединений, фосфатов). Так же отрицательно на подвижность в почвахи поступление цинка в растения влияют фосфаты почвы.
По данным А. Н. Аристархова (2000),95.5% от площади 44 млн. га плодородных почв страны содержат недостаточноеколичество подвижных форм Zn.
Поскольку фосфор – один из главныхэлементов питания растений и постоянно вносится в возделываемую почву, еговзаимодействие с цинком, как в самой почве, так и в растениях, становится однойиз основных причин дефицита цинка в последних.
По данным ВНИИА на 1 января 2005 годапахотные почвы России характеризуются в основном средней обеспеченностью подвижнымфосфором.Доля пахотных почв со средним и повышенным содержаниемподвижного фосфора составляет 57.0% от обследованной площади. Вместе с тем, ещёимеются отдельные регионы, где преобладают почвы с низким содержаниемподвижного фосфора. Всего пахотных почв с низким содержанием подвижного фосфорабыло 23.0 млн. га, что составляет 21.5% от обследованной площади.
Все субъекты Северо-Западного округа(кроме Вологодской области), где преобладают дерново-подзолистые почвы, имеютзначительные пахотные площади с высоким и очень высоким содержанием подвижного фосфора(от 40.2% в Псковской области до 82.4% в Республике Карелия). В Центральномокруге только 3 субъекта имеют более 40% таких почв (Московская область — 76.0%, Брянская — 62.0%, Тверская 47.3%).
Казалось бы, что в последнее времяизучение проблем, связанных с интенсивным применением минеральных удобрений внашей стране, не вполне актуально. Однако даже при общем резком снижении уровняприменения минеральных удобрений, остались регионы (Кубань, Татарстан), гдеприменение удобрений сохранилось на прежнем уровне. По данным Бакирова (2009)на 90-е годы ХХ века (когда в большинстве регионов удобрения не применяли)приходился пик применения удобрений в Татарстане – до 130 кг д.в. на га.
В 13 субъектах России одновременно ссокращением площадей пахотных почв с высоким содержанием подвижного фосфораувеличиваются площади с очень низким и низким содержанием. В общей сложности по27 субъектам площадь пахотных почв с низкой обеспеченностью фосфоромувеличилась на 478.7 тыс. га.
Около 30% территорий мира, занятыхпод сельское хозяйство, обладают почвами с низкой доступностью для растенийжелеза (Chen, Barak, 1982) и около 50% территорий, используемых длявыращивания зерновых культур, — низкой доступностью цинка (Graham, Welch, 1996).
Состояние в почвах и обеспеченностьрастений цинком, марганцем и железом зависит от уровня фосфатов в почве, от дозвнесения фосфорных удобрений. Наиболее часто встречающаяся ситуация (по даннымАристархова) – недостаточное количество цинка, обуславливающее дефицит его врастениях. По тем же данным, даже на хорошо обеспеченных подвижными формамицинка почвах при интенсивном ведении сельскохозяйственного производстварекомендуется применять цинковые микроудобрения. В существующих градациях пообеспеченности почв к группе высоко обеспеченных относятся почвы, содержащиеболее 5 мг/кг наиболее мобильных соединений элемента. Верхняя границадопустимого количества – ПДК, равная 23 мг/кг. Большинство исследователейизучает состояние цинка в системе почва-растение либо при выраженнойнедостаточности цинка в почвах, либо при моделировании его загрязнения вединицах, кратных ПДК. Диапазон значений содержания цинка в почве от 5 до 23мг/кг, как правило, выпадает. Однако, при попадании концентрации цинка в этотдиапазон возможно проявление его фитотоксического действия, особенно начувствительные культуры, что может служить поводом для пересмотра существующихПДК.
В связи с этим, целью работыпослужило изучение состояния цинка, железа и марганца в дерново-подзолистойвысоко обеспеченной элементом почве и их накопления растениями ячменя привнесении возрастающих доз фосфорных удобрений.
Задачами работы стали:
· оценка влияниявозрастающих доз фосфорных удобрений на агрохимическую характеристикудерново-подзолистой почвы
· оценка состоянияцинка, железа и марганца в почве опыта (валовое содержание и подвижные формы)
· изучениеэффективности цинковых микроудобрений для ячменя на высоко обеспеченныхэлементом и фосфатами почвах
· изучениеэффективности возрастающих доз фосфорных удобрений для растений ячменя навысоко обеспеченной цинком и фосфатами почве
· оценка накоплениямикро- и макроэлементов растениями ячменя на высоко обеспеченной цинком ифосфатами почве
· изучение влияниявозрастающих доз фосфорных удобрений и Zn-микроудобрения на содержание Zn, Fe, Mn, P и N врастениях ячменя.

Глава 1. Обзор литературы
 
1.1 Металлы в почве
 
1.1.1. Цинк
Основным источником цинка в почве являютсяматеринские породы. Дополнительными источниками служат атмосферные осадки (пыльи аэрозоли – коллоидные частицы в сухом состоянии или с дождями) и агрохимическиесредства (удобрение, известкование). Почвы на речных поймах получаютмикроэлементы из потока воды и оседающих частиц. Все из этих источников могутсильно отличаться по значимости и приводить к тому, что в почвах будут широкиедиапазоны содержания микроэлементов. Пространства в почве, в которыхсконцентрирован цинк, доступный для корней растений или миграционноспособный,определяются рядом почвенных свойств (Alloway, 2004).
/>
Рисунок 1
При растворении минералов Zn в процессе выветривания образуетсяподвижный ион Zn2+, особенно в кислых окислительныхсредах. Однако Zn легкоадсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому вбольшинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в поверхностных горизонтах(рис.) (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Дополнительный приход цинка в почвувозможен в зонах воздействия различных промышленных производств (Софронов,2003). Как отмечают И. И. Судницын и И. И. Сашина, загрязнение почв веществами,содержащими цинк, систематически происходит вблизи автомагистралей. С дождевымиосадками и ветром мелкие частицы, содержащие цинк, могут переноситься наразличные расстояния и оседать на поверхности почвы, листьях растений. Затем (впроцессах реакций обмена и замещения, адсорбции, аккумуляции, миграции)происходит поглощение цинка растениями либо его накопление в почве иперемещение вниз по профилю. Накопление происходит в виде гидроксидов,карбонатов, сульфидов и органических комплексов. Однако кислотность средыспособствует растворимости цинка, и при высокой концентрации его подвижныеформы выщелачиваются, что приводит к дефициту цинка для растений. Органическоевещество способно связывать цинк в устойчивые формы, вследствие чего оннакапливается в верхних горизонтах культурных и органогенных почв (Судницын,Сашина, 2006).
По обобщённым данным А.Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989), средние содержания Zn в поверхностных слоях почв различных стран изменяются впределах 17—125 мг/кг. Эти значения могут рассматриваться как фоновыесодержания Zn. Наибольшие средние величиныустановлены для некоторых аллювиальных почв, солончаков и каштанозёмов, а наиболеенизкие — для светлых минеральных и органических почв. Баланс Zn в поверхностных слоях почв вразличных экосистемах показывает, что атмосферное поступление этого металлапревышает его вынос за счет выщелачивания и образования биомассы.
Основной и наиболее подвижной формой Zn в почвах считается Zn2+, однако в почвах могутприсутствовать и некоторые другие ионные формы (рис.2) (Кабата-Пендиас,Пендиас, 1989)

Рисунок 2
/>

Цинк наиболее подвижен и биологическидоступен в кислых легких минеральных почвах. Как установлено Норришем (цитированопо Кабата-Пендиас, Пендиасу, 1989), фракция Zn, связанная с оксидами Fe и Mn,по-видимому, более доступна растениям. Растворимость и доступность Zn в почвах обнаруживают отрицательнуюкорреляцию со степенью насыщенности кальцием и с содержанием соединенийфосфора. Эти соотношения могут отражать как влияние адсорбции и осаждения, таки взаимодействие между этими элементами. Кроме того, в области высоких значенийpH необходимо учитывать влияние нарастворимость и доступность Zn,образования растворимых Zn-органическихкомплексов и комплексных анионных форм Zn (рис.3).
Однако твёрдой и жидкой фазами почв может осуществляться иммобилизацияцинка в процессах изоморфного замещения ионов в первичных и вторичныхминералах, образования труднорастворимых соединений элемента, специфическойадсорбции его органическими и неорганическими компонентами почвы с образованиемпрочных связей координационного типа, окклюзии оксидами и гидроксидами железа,алюминия, марганца и кремния, поглощения и включения в состав тканей живой фазыпочвы (Переломов, Пинский, 2005). Как отмечает И. Г. Юлушев (1999), недостатокцинка возможен в первую очередь на карбонатных почвах.
/> />
Рисунок 3
Расчёт факторов биологической доступности и коэффициентабиологического поглощения в работе Л. В. Переломова и Д. Л. Пинского (2005) показал,что способность почв прочно связывать цинк играет важную роль в доступностиметалла растениям. Несмотря на увеличение потенциальной доступности цинка сростом дозы вносимого элемента, относительные показатели поглощения металларастениями в целом максимальны в контрольных вариантах, при концентрациях, к которымрастения эволюционно адаптированы. Это также свидетельствует о том, чторастение поглощает цинк не только из подвижных, но и из прочносвязанных формметалла. По данным Стивенсона и Ардакани (Stevenson, Ardakani, 1972), такие прочносвязанные формыобразуют распространённые в почвенном растворе алифатические и ароматическиекислоты.
В своей работе А. Ю. Кудеярова (2005) отмечает, чтоспособность почвы связывать поступающие извне соединения цинка в основномопределяется реакциями координации, которые происходят на поверхностях разделатвёрдых и жидких фаз (сорбент – почвенный раствор). Как правило, химическоесвязывание (хемосорбция) экзогенных соединений осуществляется на поверхностях,представленных металлогумусовыми комплексами, которые способны связыватькатионы и анионы почвенного раствора. Большой вклад в связывание катионов цинкавносят железогумусовые комплексы, свойственные кислым почвам.
По данным Я. В. Пейве (цитировано поМинееву, 2004), почвы по обеспечённости их подвижным цинком делятся на следующиегруппы (мг/кг почвы):

0.3 – 1.0 – бедные,
1.1 – 3.0 – среднеобеспеченные,
3.1 – 5.0 – богатые,
>5.1 – очень богатые.
Эта группировка почв ориентировочнаяи должна уточняться в конкретных почвенно-климатических условиях путём закладкиполевых опытов.
 
1.1.2 Железо
Железо – один из главных компонентов литосферы и составляетприблизительно 5% её массы (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Поведение железа вокружающей среде во многом определяется его способностью легко изменять валентностьв зависимости от физико-химических условий среды и тесно связано сгеохимическими циклами кислорода, серы и углерода. Как правило, сообщаютКабата-Пендиас и Пендиас (1989), окислительные и щелочные условия средыспособствуют осаждению железа, а кислые и восстановительные – растворению егосоединений. Свободное железо фиксируется, образуя оксиды и гидроксиды,органо-комплексы и замещая магний и алюминий в минералах.
В почвах железо присутствует главным образом в виде оксидов игидроксидов, находящихся в форме небольших частиц или связанных с поверхностьюнекоторых минералов. Однако в богатых органическим веществом горизонтах Fe находится преимущественно в хелатнойформе. По данным А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989), микроорганизмы такжемогут принимать участие в преобразовании железа, вовлекаясь в круговоротэлемента и аккумулируя его на поверхности живых клеток.
В растворении почвенного железа участвуют многие реакции, нонаиболее значимыми из них являются гидролиз и процессы комплексообразования. Поданным В. Л. Линдсея (цитировано по Кабата-Пендиас, Пендиасу, 1989),подвижность железа в почвах во многом определяется растворимостью аморфныхводных оксидов Fe3+ и Fe2+. Однако на растворимость железа может существенно влиятьобразование других его соединений, таких, как фосфаты, сульфиды и карбонаты.
Минимальные содержания растворимого железа отмечаются прищелочных значениях pH. Поэтому кислыепочвы более обогащены растворимым неорганическим железом, нежели нейтральные ищелочные (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Таким образом, катионы Fe2+ в кислых анаэробных почвах могутдостигать токсичных для растений уровней, а в щелочных хорошо аэрируемых почвахнизкие концентрации растворимого железа не могут удовлетворить потребностирастений в этом элементе.
Подобно соединениям марганца, соединения железа активновлияют на поведение некоторых элементов питания и многих микроэлементов.Степень ответственности железа за растворимость микроэлементов и их доступностьдля растений во многом зависят от некоторых почвенных факторов.
Для почвенного железа характерно сильное сродство к подвижныморганическим комплексам и хелатам. Эти соединения ответственны за миграцию иперераспределение железа в почвенных горизонтах, а также выщелачивание его изпочвенных профилей. Кроме того, комплексные соединения играют большую роль вобеспечении железом корневых систем растений (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Количество железа в почвахопределяется как составом материнских пород, так и характером почвенныхпроцессов. Как правило, сообщают Кабата-Пендиас и Пендиас (1989), содержаниежелеза изменяется от 0.5 до 5%. На бедных железом почвах не отмечается егоабсолютного дефицита для растений, а фиксируется лишь недостаток еголегкорастворимых форм.
1.1.3 Марганец
Марганец – один из наиболеераспространённых микроэлементов в литосфере, его содержание в горных породахизменяется в пределах 350 – 2000 мг/кг (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Марганец образует ряд минералов, вкоторых он обычно присутствует в виде ионов Mn2+, Mn3+ и Mn4+, однако наиболее распространённым в породообразующихсиликатных минералах является его окисленное состояние +2. Катион Mn2+ обладает способностью замещатьдвухвалентные катионы некоторых элементов (Fe2+, Mg2+) в силикатах и оксидах(Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). При выветривании в атмосферных условияхсоединения марганца окисляются, а образующиеся при этом оксиды вновь осаждаютсяи формируют вторичные минералы. Поведение марганца в почвах исключительносложное и зависит от различных факторов, из которых наибольшее значение имеют pH и Eh среды.
Маккензи (цитировано по Кабата-Пендиас,Пендиасу, 1989) отметил, что Mnраспространён в почвах в виде оксидов и гидроксидов, осаждённых как напочвенных частицах, так и в виде конкреций различного диаметра, способных концентрироватьжелезо и некоторые другие микроэлементы почв.
Значение соединений марганца длясостояния почв очень велико, поскольку этот элемент не только жизненнонеобходим растениям, но и контролирует поведение ряда других питательныхмикроэлементов. Соединения марганца способны быстро окисляться ивосстанавливаться в изменчивых условиях почвенной среды. Следовательно,окислительные условия могут заметно снижать доступность марганца и связанных сним питательных веществ, тогда как восстановительные способствуют увеличению ихдоступности для растений даже до токсичных значений. (Кабата-Пендиас, Пендиас,1989).
Растворимость марганца в почвахзависит от pH и Eh среды, поэтому наиболее распространёнными являются реакцииокисления-восстановления и гидролиза (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Из-занизкой растворимости соединений марганца в окислительных условиях при значении pH, близких к нейтральным, даженезначительные изменения Eh – pH могут оказать существенное влияниена содержание элемента в почвенном растворе.
С помощью экстрагирующихрастворителей установлено (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989), что наиболее активнопоглощаются растениями водорастворимые, способные к обмену и легковосстанавливаемые формы марганца.
Растворимые формы марганца имеютважно е экологическое значение, поскольку его содержание в растенияхопределяется пулом растворимого в почвах Mn (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). В хорошо дренируемых почвахрастворимость Mn всегда возрастает с увеличениемкислотности почв. Однако способность марганца образовывать анионные комплексы икомплексы с органическими лигандами может приводить к увеличению егорастворимости и в щелочных условиях.
Распределение марганца в почвеннойтолще весьма неоднородно. Марганец может накапливаться в различных почвенныхгоризонтах, особенно в обогащённых оксидами и гидроксидами железа, однакообычно элемент аккумулируется в верхнем слое почв за счёт фиксации органическимвеществом (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
По данным А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса(1989), содержание марганца в почвах Мира изменяется от 10 до 9000 мг/кг, аобщее среднее оценивается в 545 мг/кг.
 

1.2 Микроэлементы в растениях
 
1.2.1 Цинк
Форма поступления Zn в корни растений точно неустановлена. Однако в целом мнения сходятся на том, что преобладает поглощениеиона Zn2+ и гидратированных форм Zn. А. Д. Халворсен и В. Л. Линдсей (цитированопо Кабата-Пендиас, Х. Пендиасу, 1989) пришли к заключению, что корни кукурузыпоглощают только Zn2+ и что даже очень низкие концентрацииэтого иона достаточны для развития растений.
Среднее содержание цинкав растениях – 0.002%.
В растениях цинк неучаствует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку не меняетстепень окисления. Он входит в состав более 30 ферментов, в т. ч. фосфатазы,карбоангидразы, алкогольдегидрогеназа, РНК-полимераза и др. Карбоангидразакатализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Этареакция важна для процесса фотосинтеза. Фермент карбоангидраза, катализируявысвобождение CO, из гидрата окиси углерода, способствуетего использованию в процессе фотосинтеза. Кроме того, цинк активирует такиеферменты, как енолаза, альдолаза, гексокиназа, триозофосфатдегидрогеназа. Вэтой связи понятно значение цинка для процессов дыхания и фотосинтеза.
Цинк играет важную рольпри образованиифитогормона ауксина. Это связано с тем, что цинк,повышая активность триптофансинтетазы, влияет на образование аминокислотытриптофана — предшественника ауксина. Внесение цинка повышает содержаниеауксинов и заметно сказывается на темпах роста растений. При дефиците цинкавозрастает проницаемость мембран, что свидетельствует о роли этого элемента вструктуре мембран, в поддержании их интеграции.
Цинк влияет на белковый синтез, на активность РНКазы.Обнаружены белки, содержащие цинк и участвующие в репликации ДНК итранскрипции. Цинк входит в состав одного из факторов регуляции транскрипции всоединении с остатками гистидина и цистеина («цинковые пальцы») (Якушина,Бахтенко, 2005).
Кочиан (Kochian,цитировано по Alloway, 2004) предложил, что перемещениецинка через плазматическую мембрану направлен мощным отрицательным зарядом, и,следовательно, этот процесс термодинамически пассивен. Этот отрицательный зарядплазматической мембраны движет цинк во множестве потоков дивалентных катионов вдвудольных и однодольных за исключением злаков. Кочиан (Kochian, цитировано по Alloway, 2004) предположил, что безбелковыеаминокислоты, именуемые «фитосидерофорами» или «фитометаллофорами», создаюткомплексное соединение с цинком и выводят его на поверхность плазматическоймембраны корневой клетки. Эти фитосидерофоры выделяются из корней в результатедефицита железа и цинка. Получившийся комплекс в дальнейшем транспортируется вклетку с помощью белка-транспортёра.
Цинк поглощается в форме Zn2+ или Zn(OH)2 при высоких значениях pH. По причине низкой концентрациицинка в почвенном растворе поглощение происходит преимущественно через прямойкорневой контакт, и оно метаболически контролируемо. Пространственныевзаимодействия возможны между поглотительными процессами цинка и другихмикроэлементов, например цинк – медь, которые обоюдно задерживают друг друга,указывая на то, что они оба абсорбированы по одинаковому механизму транспортныхузлов. Рис с цинковым дефицитом показывает повышенное впитывание кадмия, ноколичество перемещённого цинка в надземные органы оказывается значительно вышеколичества кадмия в этих органах. Добавление цинка в пропитанные водой почвывыявило увеличение количества экстрагируемого диэтилентриаминпентауксуснойкислотой марганца и уменьшение поступления и перемещения меди, железа и фосфора(Alloway, 2004)
Чодри и Лонераган (Chaudry, Loneragan) сообщают,что щелочноземельные катионы неконкурирующе задерживают абсорбцию цинка (позначимости: Mg2+ > Ba2+ > Sr2+ = Ca2+) (цитировано по Alloway, 2004).
Растворимые формы Zn доступны для растений, и, поимеющимся данным А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989), потребление Zn линейно возрастает повышением егоконцентрации в питающем растворе и в почвах (рис.4).
/>
Рисунок 4
Скорость поглощения Zn сильно колеблется в зависимости от вида растений и условий среды роста.Большое значение имеет состав питающего раствора, в особенности присутствие Ca. По вопросу о том, является липотребление Zn активным или пассивным процессом,существуют разногласия. При всей дискуссионности результаты явносвидетельствуют о том, что потребление Zn контролируется метаболизмом растений, но может участвовать инеметаболический процесс.
По мнению А. Кабата-Пендиас и Х.Пендиаса (1989), связывание Znнизкомолекулярными органическими соединениями в соках ксилемы и в экстрактах издругих растительных тканей может означать, что он очень подвижен в растениях. ДоляZn, связанного в комплексы сотрицательным зарядом, составляет более половины его общего содержания врастениях.
Некоторые авторы считают Zn очень подвижным элементом, другие жеполагают, что он обладает умеренной подвижностью (Кабата-Пендиас, Х. Пендиас,1989). В действительности, при оптимальном поступлении Zn некоторые виды растений перемещают заметные количества этогоэлемента из старых листьев в генеративные органы, но в условиях дефицита Zn эти же виды мобилизовали тольконебольшие количества или вообще не мобилизовали цинк из старых листьев.
Корневые системы часто содержатгораздо больше Zn, чем надземныечасти, в особенности, если растение выросло на почве, богатой Zn. При оптимальном уровне содержания Zn в почве этот элемент можетперемещаться из корней и накапливаться в верхних частях растений. Поопубликованным данным Znконцентрируется в хлоропластах. У некоторых видов это особенно заметно,например у шпината. Цинк, вероятно, накапливается также в жидкости, заполняющейвакуоли, и в клеточных мембранах (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Намбиар (Nambiar,цитировано по Alloway, 2004) показал, что растения могутполучать цинк из сухой почвы с помощью выделенного клейкого вещества, норезультаты подобного питания составляют лишь 40% от результатов питания вовлажной почве. Как отмечают Лавадо, Поркелли и Альварес (Lavado, Porcelli, Alvarez, 1998), в их опыте экстрагируемая концентрация истратификация цинка были связаны с органическим веществом и pH.
Растительные виды и разновидностисильно различаются по чувствительности к дефициту Zn. Хотя такой дефицит относительно обычен, установить егодовольно сложно. Наилучший диагноз получается при совместном использованиивизуальных симптомов, анализов химического состава растений и почвенных тестов.Следует отметить, что для ряда культур и почв дваэкстрагента-хелатообразователя (ДТПА и ЭДТА) дают линейную зависимость междусодержанием Zn в растении и запасом его растворимыхформ в почве (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Согласно Намбиару и Мотирамани(цитировано по Кабата-Пендиас, Пендиасу, 1989), при использовании дляпредсказания дефицита цинка содержаний его в тканях часто получаются неверныерезультаты, тогда как отношение Fe/Zn в тканях представляется болееперспективным для предсказания даже скрытого дефицита Zn. Критическое значение отношения Fe к Zn в кукурузесоставляет примерно 0,6. Линдсей (цитировано по Кабата-Пендиас и Х. Пендиасу,1989) опубликовал обзор данных о проявлениях дефицита Zn и его распространении на Земле. Согласно этому автору,наиболее важными факторами, участвующими в создании дефицита цинка, являются:
1)  низкое содержание Zn в почве;
2)  карбонатность почв и значения pH больше 7;
3)  низкие содержания органических веществ в почве;
4)  слабая микробиологическая активация Zn в почве;
5)  ограниченное поглощение Zn корнями, вызванное сужением зоныразвития корневых систем и холодными весенними сезонами;
6)  различия свойств видов и генотиповрастений;
7)  антагонистические эффекты.
Внесение цинка в почвуснижает концентрации Fe, Mn и Cu в растениях и повышает содержание цинка. Обогащение зерна Zn, Fe и Mn (всбалансированном соотношении) благоприятно для здоровья человека. Однако, каксообщает Ареф (Aref, цитированопо Zhu и др., 2007), при стрессе отдефицита цинка растения абсорбируют большие количества Fe и Mn,усугубляя неблагоприятный эффект дефицита.
Несмотря на то, что дефицит цинка известен как наносящий вредширокому ряду злаков в разных частях Света, генотипические отличия междухлебами делают некоторые виды более восприимчивыми к дефициту, чем остальные(табл.1). Отдельно от внешних отличий существуют также важные внутренние,которые могут быть в некоторых случаях более значимыми, чем просто различиямежду видами. На примере пшеницы, твёрдая пшеница (Triticum durum) более устойчива к нехватке цинка, чем мягкая (Triticum aestivum). Однако имеются важные сортовыеотличия в обоих видах пшеницы (Alloway,2004).
Сорта хлебов, пшеницы или риса, которые, как выяснилось,более толерантны к нехватке цинка, были описаны как рационально расходующиецинк.
Из таблицы видно, что кукуруза, рис и бобовые культурынаиболее чувствительны к нехватке цинка, и только пшеница имеет низкийпоказатель. Тем не менее, пшеница во многих местах на Земле подверженацинковому дефициту, несмотря на врождённую низкую восприимчивость к недостаткув сравнении с кукурузой и подобными. Цинковая недостаточность, до сих пор, — главная проблема пшеницы. Если кукуруза или бобовые росли на той же почве, чтои пшеница, они, скорее всего, будут жёстко поражены. Следовательно, градацию изтаблицы можно использовать для сравнения чувствительностей к недостатку иоткликов на цинковые удобрения, но не для определения пределов поражения этихзлаков цинковым дефицитом в разных районах мира (Alloway, 2004).
Таблица 1. Врождённая чувствительность к дефициту цинка (Alloway. 2004)высокая средняя низкая бобовые ячмень люцерна цитрусовые хлопчатник спаржа лён салат-латук морковь фруктовые деревья (лиственные) картофель клевер виноград соя петрушка, укроп хмель сахарный тростник овёс кукуруза суданская трава горох луковичные свёкла рожь орех пекан томат пшеница рис сорго сладкая кукуруза
Браун и Джонс (Brown,Jones, цитировано по Alloway, 2004) отметили в своей статье, чтоотклик растения на микроэлементный стресс – генетически контролируемаяадаптация. Сложные механизмы могут содержать способность впитывания питательныхвеществ в количестве ниже оптимума, мобилизировать элементы в почве с помощьюсекреции корневых выделений и усиливать их впитывание корнями и перемещатьвпитанные вещества внутри растения. Грэм и др. (Graham et al., цитировано по Alloway, 2004) сообщили, что в пшенице, ячмене и овсе могут бытьобнаружены различные вариации цинковой усвояемости. Это качество может бытьплохо связано с усвояемостями других микроэлементов, таких как марганец,который вызывает независимый механизм и генетический контроль цинковойпродуктивности. Работая с различными типами почв в Южной Австралии, они обнаружили,что характерные черты цинковой усвояемости в бедных питательными веществамипесчаных и в богатых ими глинистых почвах были генетически различными. Генотипыцинковой усвояемости обуславливают потребление большего количества цинка издефицитных почв, производят больше сухого вещества и больше урожая зерна, но необязательно имеют высокие концентрации цинка в листьях или зёрнах. Высокоесодержание цинка в зёрнах выглядит генетически контролируемым, но не связанонапрямую с цинковой усвояемостью. Оно же влияет на развитие побега и важно длячеловеческих диет, основанных на крупах (Alloway, 2004).
Известно, что некоторые виды игенотипы обладают большой толерантностью к Zn и большой способностью к селективному поглощению его изпочв. Таким образом, по данным Е. А. Софронова (2003), овёс концентрирует цинки имеет значительные коэффициенты биоаккумуляции его в зерне (от 4.9 до 11.7) исоломе (в большинстве >1.0).
Изменения содержания Zn в среде роста обычно отражаются насоставе растений, поэтому растения — хороший индикатор для биогеохимическихисследований. Некоторые генотипы, растущие на богатых цинком почвах или вобластях с большим его поступлением из атмосферы, могут накапливатьэкстремально высокие количества этого элемента без видимых симптомов токсикоза.Выносливые виды могут ослаблять действие избыточных концентраций Zn либо путем метаболической адаптациии комплексообразования, либо путем ограничения присутствия элемента в клетках,либо переводя его в нерастворимую форму в запасающих тканях (А. Кабата-Пендиас,Х. Пендиас, 1989).
Большинство растительных видов и генотипов обладает высокойтолерантностью к избыточным количествам цинка. Обычные симптомы токсикоза Zn — хлороз, особенно у молодыхлистьев, и ослабление роста растений.
Цинк не считается сильнофитотоксичным. Предел токсичности Zn зависит как от видовой принадлежности и генотипа растения, так и отстадии развития. Например, есть данные, что 300 мг Zn на 1 кг почвы ядовиты для молодого ячменя, в то время какдля овса в начале стадии кущения токсичны примерно 400 мг/кг. В тканях корней,где Zn иммобилизован в стенках клеток илисвязан в комплексы с неспособными к диффузии протеинами, его критическиеконцентрации гораздо выше (А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас, 1989).
Ренджел (Rengel,цитировано по Alloway, 2004) суммировал различные возможныемеханизмы улучшения поглощения цинка и его перераспределения в растении:
1) большееравномерное распределение длинных, тонких корней (
2) характеристическиеизменения в химии и биологии ризосферы, включая внушительное выделение хелатов– фитосидерофоров,
3) повышенноевпитывание, приводящее к увеличению роста аккумуляции цинка,
4) болеепродуктивная утилизация и компартментализация цинка внутри клеток, тканей иорганов, включение повышенной активности углеродной ангидразы и антиокислительныхферментов, поддержание сульфгидрильных групп в корневых клеточных мембранах вистощённом состоянии и различных моделях биосинтеза.
1.2.2 Железо
Железо один из важнейших микроэлементов растений. Оноспособно формировать 6 координационных связей с атомами-донорами электронов,такими как азот и кислород (Marschner, 1997). Поэтому оно входит в состав активных центров многихметаллопротеинов в виде различных простетических групп, включающих гем и Fe-S кластеры. Наличие в растениях форм железа с различнойвалентностью объясняет его участие в основных окислительно-восстановительныхреакциях, таких как фотосинтез и дыхание, в составе многих белков хлоропластныхи митохондриальных электрон-транспортных цепей. Железо также вовлечено вомногие ферментные реакции, необходимые для фиксации азота, синтеза ДНК ирастительных гормонов (Briat, 2007).
Хлоропласты — основное место утилизации железа в растениях. Вних сосредоточено до 80% от общего железа в листьях (Smith, 1984). В зеленых тканях арабидобсиса 70% от общего железа находится вхлоропластах, а 40% — в тилакоидах (Shikanaiet al., 2003).Доказана необходимость железа для биосинтеза хлорофилла (Pushnik et al., 1984).В фотосинтезе железо участвует, ассоциируясь с металлопротеинами, вэлектрон-транспортной цепи тилакоида. Эта ассоциация достигается посредствомдвух простетических групп: гема и железо-серного кластера.
В электрон-транспортных цепях принимает также участиеферредоксин, относится к группе Fe-S белков (Kapazoglou et al., 2002).В таких белках металл координирован в кластеры тиоловыми группами цистеина илинеорганической серой. Биосинтез Fe-S кластеров, как и биосинтез гема, осуществляется в пластидах имитохондриях растений (Briat, 2007). Ферредоксин — кислый гидрофильный белок, содержит дваили четыре атома трехвалентного железа и четыре атома серы в качестве лигандовв расчете на один каталитический центр (Рубин, Кренделева, 2003). Ферредоксин — конечный акцептор и переносчик электронов в фотосинтетических электрон-транспортныхцепях (Toshiharu et al., 2006).Он входит в состав ферредоксин-НАДФ-редуктазы — компонентаэлектрон-транспортной цепи.
Ферредоксин может быть восстановителем для целого рядабиохимических процессов, не относящихся к фотосинтезу. Он вовлечен в реакциивосстановления нитрата до нитрита и нитрита до аммония в составеферредоксинзависимой нитрат- и нитритредуктаз (Toshiharu et al., 2006). Эти ферменты используют ферредоксин в качестведонора электрона. Впоследствии в цикле восстановления. катализируемом системойглутаминсинтаза — глутамин-оксоглутарат-аминотрансфераза, образуютсяаминокислоты, вовлекаемые в синтез белка. Электрон, поступающий с ферредоксина,может также участвовать в восстановлении сульфатов и кислорода (Рубин,Кренделева, 2003).
Железо входит в состав пероксидазы и каталазы, которыезадействованы в трансформации пероксида водорода (Passardi et al., 2005; Bartosz,2005). В пероксидазегемовая часть фермента играет роль активного центра, участвующего в разложенииили активации пероксида водорода. Этот фермент катализирует окисление различныхвеществ (фенолов, ароматических кислот, нитритов) в присутствии пероксидаводорода, действующего как акцептор водорода и превращающегося в воду в ходетакой химической реакции. Пероксидазы могут катализировать образованиепоперечных связей между фенольными компонентами клеточных стенок (Marschner, 1997). Реакции с участием пероксидаз ведут к образованиюмножества активных форм кислорода, способных влиять на активность различныхпроцессов или участвовать в передаче сигналов (Passardi et al., 2005).
Одна из форм аккумуляции железа в растении представленаферритином, который представляет собой железо- и фосфорсодержащий пептид (Briat, Lobreaux, 1997). Ферритинаккумулируется главным образом в «бесцветных» пластидах, таких как этиопласты иамилопласты, в то время как в зрелых зеленых хлоропластах, гдефотосинтетический процесс активен, его концентрация находится на низком уровне (Briat, 2007). Однако распределение железа в листьях зависит от стадия развития.Регулирование синтеза ферритина в к-ченис жизненною цикла подтверждено фактамиувеличения его содержания в развивающихся и стареющих листьях (Briat, Lobreaux, 1997). В корняхферритин может быть вовлечен в модулирование потока железа в верхние части растениячерез загрузку ксилемы с помощью не описанных в данное время транспортеров (Briat, 2007).
Железо вступает в реакции со свободными радикалами (Briat, 2002). Поэтому накопление и буферность соединений Fe — ключевые элементы защитных механизмов у живых организмов вборьбе с окислительным стрессом. Ферритины играют активную роль в этихмеханизмах, благодаря их способности запасать большое количество железа вбезопасной форме (Harrison, Arosio, 1996).
Железо поступает в растение в основном в восстановленнойформе Fe2+ (может затем вновь окисляться до Fe3+) y растений стратегии 1 (двудольные инезлаковые однодольные), либо в виде Fe3+-фитосидерофорного комплекса у растений стратегии II (злаки) (Hell, Stephan,2003). Поступление всимпласт клеток сопровождается восстановлением Fe3+ до Fe2+ (Kim, Guerinot, 2007). Предполагают, что подвижность железа в корне зависитот его Fe3+-редуктазной способности, подавляемойпри высоких значениях pH вапопласте (Kosegarten, Коуго, 2001). При такой реакции среды концентрация железа вапопласте может увеличиваться до 2000 мкг/г, главным образом за счетаккумуляции в форме Fe3+. Инактивация в апопласте эпидермальных клеток корнейвследствие окисления железа может сопровождаться ослаблением его транспорта впобег. Увеличению pH апопластаспособствуют повышенные концентрации бикарбоната, характерные для обогащенныхкарбонатами почв, а также поглощение растениями азота в форме нитрата (Kosegarten, Koyro, 2001).
Поглощенное корнями железо транспортируется в другие органырастения по ксилеме. Попадая в сосуды ксилемы, оно окисляется до Fe3+ и далее передвигается в форме Fe-цитратного комплекса (Kochian, 1991, Lopez-Millan et al., 2000; Kim, Guerinot, 2007). В листьях комплексы железа восстанавливаются Fe-хелатредуктазами, связанными сплазматическими мембранами мезофилла (Lopez-Millan et al., 2000).Активность Fe-хелатредуктаз зависит от реакции среды (pH) апопласта, и может снижаться сувеличением значений pH. Этотпроцесс сопровождается снижением скорости поступления Fe2+ в симпласт и, как следствие, появлением у растений признаковхлороза.
1.2.3 Марганец
Марганец, как железо и цинк, относится к группе необходимыхдля растений микроэлементов. Он является активатором ферментов, вовлеченных вфотосинтез, дыхание, синтез белков и углеводов (Mukhopadhyay, Sharma, 1991; Kabata-Pendias, Pendias, 2002).
Марганец — кофактор Mn-супероксиддисмутазы (Mn-СОД) и Mn-каталазы (Laszlo, 2008). Фермент Mn-СОДлокализован в основном в митохондриях (Buettner, 2006). Оба фермента входят в составантиоксидантной системы растений.
Марганец — часть Mn4-Ca-кластера комплекса фотосистемы II.выделяющего кислород (Barber, Murray, 2007). При дефиците марганца в питательной среде отмечено значительноеснижение интенсивности фотосинтеза у пресноводной водоросли Ankistrodesmus. Причем, вследствие возобновления снабжения растений Mn2+ уровень фотосинтезавосстанавливался. В условиях освещения потребность водорослей этого вида вмарганце намного выше, чем в темноте. Такой же эффект впоследствии описан длядругих видов водорослей и высших растений (Barber, Murray, 2007).
Марганец активирует многочисленныеферменты в процессах фосфоролирования. Известно более 35 ферментов,активируемых марганцем. Большинство из них катализируют реакцииокисления-восстановления, декарбоксилирования, гидролиза (Burnell, 1986). Марганец участвует в белковом обмене через регулированиеактивности ДНК- и РНК-полимераз (Marschner, 1997).
1.3 Взаимодействие Zn– Pв почве и растениях
Во всём мире высокий уровень содержания фосфора в почве являетсядостаточно распространённой причиной дефицита цинка в культурных растениях.Несмотря на то, что этот признак известен давно, фактический механизм такоговзаимодействия до сих пор не вполне определён.
Фосфор в почве способен создать с цинком:
1. труднорастворимыесоединения;
2. комплексныесоединения (металл-органофосфатные) с разным соотношением лигандов и металла,что, в свою очередь, приводит к различию в подвижности этих комплексов
А. Ю. Кудеяровой (2005) установлено, что степень связыванияцинка в почве усиливается на фоне внесения в почву как орто-, так ипирофосфатов. Под воздействием фосфат-ионов изменяется структура сорбирующихметаллогумусовых соединений. Согласно проведённым ей исследованиям, связываниефосфат-ионов в почве сопровождается деструктивной трансформациейжелезогумусовых сорбентов, следствием которой являлось увеличение способностисорбентов связывать цинк. Содействие фосфатов связыванию металла осуществлялосьчерез изменение структуры и свойств гумусовых макролигандов в почвенных желозогумусовыхкомплексах-сорбентах. При использовании железогуминового комплекса в качествемодели почвенного сорбента было установлено, что в трансформированном сучастием орто- и пирофосфатов гуминовом макролиганде накапливалисьфосфоросодержащие функциональные группы, способные к прочному связыванию цинка.
Как показала работа Р. Р. Кинжаева (2004), усилениеиммобилизации цинка в почве под влиянием высокого содержания подвижных формфосфора приводило к возникновению дефицита Zn в растениях.
Однако, как утверждает Ю. И. Ермохин (1995), улучшениефосфатного питания картофеля и овощных культур до оптимального способствовалобольшому потреблению ими цинка. По данным Ю. И. Ермохина (1995), внесениефосфора под картофель в дозе 200 мг/кг почвы способствовало усиленномупоглощению цинка растениями в фазу цветения с 2,96 до 11,3 мг. Таким образом,при улучшении фосфатного режима обыкновенного тяжелосуглинистого чернозема дооптимального путем внесения суперфосфата проявляется синергизм между P и Zn. А при превышении оптимальной концентрации фосфора отношениямежду названными элементами могут перейти в антагонистические. Фосфорныеудобрения при неправильной дозировке способны нарушить микроэлементный обмен влистьях растений и изменить внутренний баланс элементов питания в овощах иклубнях в сторону увеличения или снижения (Ермохин, 1995).
Установлено, что антагонизм Zn — P врастениях не может быть объяснен исключительно взаимным ограничениеммиграционной способности. Это взаимодействие является главнымобразомфизиологическим свойством (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989).
Маршнер (Marschner) указывает (цитировано по Alloway,2004), что при наличии в почве фосфора или внесении фосфорных удобренийрастения быстро преодолевают дефицит цинка, зачастую даже выше того уровня,который мог бы быть определён как следствие быстрого роста растения. Тем неменее, количество извлекаемого из почвы цинка либо значительно (по причинеобразования труднорастворимых соединений), либо в очень малой степени снижаетсяпри внесении фосфорных удобрений (из-за образования подвижных форм). В кислыхпочвах риск дефицита цинка из-за наличия фосфора возрастает с внесениемфосфорных удобрений в комплексе с известкованием. Известкование подавляетзагрязнение алюминием и, таким образом, усиливает образование корней, но резкоепадение концентрации цинка в почве, в сочетании с возросшей потребностью в нёмиз-за быстро растущих побегов, требует дополнительного внесения цинка, чтобыпредотвратить задержку роста при высоком содержании фосфора и извести.
Лонераган и Уэбб (Loneragan, Webb, 1993) определяютдва различных типа взаимодействия Zn – P:
1) при которомувеличение доз фосфора снижает концентрацию цинка в побегах;
2) при которомувеличение доз фосфора не снижает концентрацию цинка в побегах.
Наиболее распространённым является первый тип взаимодействия Zn – P, при котором соли фосфора вызывают снижение концентрациицинка. Обычно это происходит, когда почвы бедны и фосфором и цинком, и внесениефосфорных удобрений приводит к достаточному росту растений и вызывает снижениеконцентрации цинка в тканях растения и приводит к дефициту цинка.
Тем не менее, существует иная ситуация, при которой дефицитцинка индуцируется фосфором без уменьшения концентрации цинка в тканяхрастения. Вероятно, что фосфор может подавлять абсорбцию цинка корнями растенияили же его транслокацию из корней в стебель.
Существует четыре возможных причины, по которым фосфор мог быпонижать абсорбцию цинка из почвы:
 I. Пузырчатаядревовидная микориза (ПДМ) подавляется высокой концентрацией фосфора.
 II. Катионы фосфатов могутпрепятствовать абсорбции цинка из раствора.
 III. H+ ионы, генерируемые солями фосфора, могутпрепятствовать абсорбции цинка из раствора
 IV. Фосфор снижаетадсорбцию цинка компонентами почвы.
Роль ПДМ в усвоении фосфора растениями хорошо известна.Микориза очень эффективно увеличивает поглощающую способность адсорбции всехэлементов из почвы, т.е. не только фосфора. Таким образом, при высокойконцентрации в почве фосфора и соответствующем подавлении развития микоризы,снижается абсорбция других ионов, например Zn2+. Большинство растений имеют микоризу (83% двудольных и 79%однодольных), но ни маревые (свёкла, шпинат), ни крестоцветные (капуста,турнепс) её не имеют. Тем не менее, микориза не образуется, если почва слишкомбогата азотом или очень суха, засолена (солончак) или заболочена.
На капусте не образуется колоний ПДМ, поэтому культуры,высаженные после капусты, скорее всего, будут иметь низкий уровень ПДМколонизации, и это может привести к дефициту цинка в плодах, выращенных напочвах с низким Zn – P статусом.
Растения с хорошо развитой корневой системой, как злаковые итравы, в основном не очень зависимы от наличия ПДМ для усвоения питательныхвеществ. Однако, растения со слабо развитой корневой системой и малым количествомкорневых волосков, как большинство овощей, могут получать значительноеколичество питательных веществ посредством ПДМ.
Такие культуры, как лён, очень зависят от ПДМ в получениицинка и фосфора. Сокращения количества колоний ПДМ, являющиеся следствием длительногопребывания (более 12 месяцев) почвы «под парами», приводит к ослаблению питанияцинком и фосфором последующих посадок (болезнь долгого пара). Низкаяколонизация ПДМ может также являться результатом засухи или излишне обильногоприменения растворимых фосфорных удобрений.
Механизмы II и III относятся не столько к состояниюпочвы, сколько к режиму полива. Последний механизм (IV) определяется несколькими факторами, при которых цинк можетбыть абсорбирован, в их числе – гидрооксиды железа и алюминия и pH почвы. Ситуацию, при которой фосфорнапрямую подавлял бы абсорбцию цинка, трудно смоделировать (Alloway, 2004).
Итак, в растении существуют несколько механизмов, которымифосфор может влиять на мобильность и наличие цинка. Они следующие:
—   подавление перемещения цинка изкорней в стебель;
—   снижение количества растворимогоцинка;
—   связывание цинка фосфором –содержание фитата;
—   фосфорное истощение мембран клеток.
Теория о том, что перемещения цинка из корней в стебельподавляется избытком фосфора, по мнению Лонерагана и Уэбба (Loneragan, Webb, 1993), не подтверждается экспериментами. Тем неменее, было показано на многих видах культур, что при условии большогопоступления цинка, фосфор может нейтрализовать цинк в корнях растения путёмобразования фитата, но, возможно, это не может быть отнесено к нехватке цинка.
Некоторые добавки и фосфорные удобрения способны повыситьконцентрацию цинка в растении. Это может объясняться повышением кислотностикорневого окружения (и, как следствие, увеличение потребления цинка) илиналичием примесей цинка в удобрении. Коммерческие удобрения, как напримерсуперфосфат, содержат значительные количества Zn (и Cd), атакже закисляют почву из-за своего высокого содержания сульфат-иона.
Получил широкое признание тот факт, что дефицит цинка можетвызвать отравление фосфором в стеблях. Это было отмечено у клевера, картофеля,пшеницы и хлопчатника. В данных случаях это была концентрация фосфора влистьях, находящихся в определённом соотношении с содержанием цинка.
Полагают, что накопление высокой концентрации фосфора принизком уровне содержания цинка вызывает синдром «фосфорной повышеннойпотребности в цинке». В некоторых культурах, таких, как картофель и хлопчатник,низкое содержание цинка в сочетании с высокой подачей фосфора приводит котравлению фосфором из-за усиления его потребления, что приводит к накоплению P в листьях. Однако в пшенице можновидеть процесс аккумуляции фосфора в отмирающих листьях с последующим удалениемего из растения (Alloway, 2004).
При исследовании риса, Нойе и Мармариль(Neue, Marmaril, цитировано по Alloway,2004) отметили, что применение фосфора снижает в основном количествополучаемого из почвы цинка, нежели получаемого из удобрений. При этом в почвеобразуются органические комплексы металл-фосфат.
1.4 Коррекция дефицита цинка. Микроудобрения
Основным способом компенсации цинкового дефицита являетсявнесение микроудобрений. Формирование нормативной базы по их эффективномуиспользованию целесообразно проводить по той же системе, как и по макроудобрениям,т.е. на уровне природно-сельскохозяйственных зон, провинций, подпровинций иобластей. Объективность нормативной базы обусловлена качеством и количествомполевых опытов, необходимость которых актуальна и по сей день. В результатеобобщения и анализа множества полевых опытов А. Н. Аристарховым составленатаблица доз цинковых удобрений для внесения под основные культуры.
Из приведённой таблицы видно, что зональные дозымикроудобрений под одни и те же культуры имеют существенные различия, что обуславливаетих дифференцированное применение. Для большинства культур установлена общаятенденция увеличения доз применения микроудобрений от более северных зон кюжным, за исключением пропашных культур (сахарная свёкла, картофель)(Аристархов, 2000).
Таблица 2. Дозы цинковых удобрений под основные культуры.



Культуры Южно-таёжно-лесная зона Лесостепная зона Степная зона Сухостепная зона Зерновые 2.9 (2.3 – 3.2) 2.7 (2.7 – 3.2) 3.3 (3.0 – 3.7) 2.5 (2.3 – 2.6) кукуруза (з. м.) 2.5 (2.0 – 3.0) 2.9 (2.0 – 3.0) 5.0 (4.0 – 5.0) 5.5 (5.5 – 6.5) кукуруза (зерно) - 3.9 (3.5 – 4.5) 4.1 (4.0 – 5.0) 6.3 (5.5 – 6.5) зернобобовые - 4.2 (4.0 – 5.0) - - сахарная свёкла 4.1 (3.5 – 4.5) 3.3 (3.0 – 4.0) 3.0 (3.0 – 4.0) - картофель 4.3 (4.0 – 5.0) 3.5 (3.0 – 4.0) - 3.7 (3.0 – 4.0)
При выявлении дефицита цинка у растений наряду с основнымприменением микроудобрений, достаточно эффективны и экономичные способы –предпосевная обработка семян и некорневые подкормки растений. Кроме того,целесообразно обрабатывать семена и посевы микроудобрениями на полях, с которыхожидают получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур, и на почвах сповышенным общим содержанием микроэлементов (Аристархов, 2000). В подобнойпрактике применения микроудобрений предпосевной обработки семян и некорневойподкормки при экономном расходовании препаратов хорошо совмещаются спротравливанием семян, борьбой с вредителями и болезнями вегетирующих растений.Как сообщает А. Н. Аристархов (2000), цинковые удобрения больше тяготеют к основномувнесению, но в степной и сухостепной зонах обработка семян и некорневыеподкормки более эффективны или не уступают основному внесению.

Глава 2. Объекты и методы исследования
Вегетационный опыт был заложен на дерново-подзолистойлегкосуглинистой почве, отобранной на территории УО ПЭЦ Чашниково.
Погодные условия за период проведения вегетационного опытаописаны в табл.3.
Таблица 3.Погодные условия во время проведениявегетационного опытамесяц
средняя toC воздуха сумма осадков, мм июнь 18,1 21,7 июль 19,3 56,3 август 20,7 76,2
Почвой набивались сосуды ёмкостью 5 кг. Схема опыта представлена в табл.4. Контрольный вариант – почва без удобрений. В почву вариантовNPK вносилось полное минеральноеудобрение в порошке с постоянным количеством азота и калия (100 мг/кг) и разнымидозами фосфора (100, 200 и 300 мг/кг). Через сутки в соответствующие сосудыбыло добавлено микроудобрение в виде раствора соли ZnSO4 в рекомендованном Аристарховым количестве (3 мг/кг) иповышенной дозе (10 мг/кг) (все вышеуказанные единицы – в расчёте надействующее вещество). Ещё через двое суток были высажены растения ячменя сорта«Сонет» по 10 семян на сосуд.
Все варианты выполнялись в четырёхкратной повторности.
Сбор урожая был произведён в период восковой спелости.Растения срезались на уровне 2 см от почвенной поверхности. Колосья былиотделены от стеблей, весь материал был высушен и впоследствии взвешен.

Таблица 4. Варианты опытаВариант номер образца Контроль 21, 2, 62, 81 Zn 3 мг/кг 88, 86, 87, 85 Zn 10 мг/кг 17, 18, 16, 84 NPK 4, 89, 3, 20
NP2K 78, 82, 83, 79
NP3K 80, 40, 11, 49 NPK+ Zn 3 мг/кг 12, 13, 32, 14
NP2K+ Zn 3 мг/кг 36, 52, 90, 47
NP3K+ Zn 3 мг/кг 48, 51, 31, 22 NPK+ Zn 10 мг/кг 53, 95, 96, 54
NP2K+ Zn 10 мг/кг 1, 77, 23, 35
NP3K+ Zn 10 мг/кг 37, 50, 25, 24
Почвенные образцы были отобраны в количестве 500 г из каждого сосуда со всей его глубины, высушены и растёрты (диаметр частиц ≤ 1 мм).
Агрохимические исследования проводились по общепринятымметодам (Минеев (ред.), 2001):
· почва: определениеpH в водных вытяжках с помощью pH-метра, суммы поглощённых оснований –методом титрования по Каппену-Гильковицу, содержания гумуса – методом Тюрина,валового содержания цинка, железа и марганца – эмиссионным спектральнымметодом, содержания подвижных форм цинка, железа и марганца – вацетат-аммонийных вытяжках (pH=4,8)с соотношением почва-раствор 1:10, и содержания кислоторастворимых форм цинка ввытяжках HCl 1н 1:10 – атомно-абсорбционнымметодом, содержания калия и фосфора – в вытяжках 0.2М HCl 1:5 (по Кирсанову): K пламенно-фотометрическим методом и P фотоколориметрическим методом;
· солома и зерно озолялисьпри t=450oC; зола растворялась в 10% HCl при нагревании; в растворе определяли Zn, Fe, Mn методом ААС и P фотоколориметрическим методом, N в зерне – методом Кьельдаля.

Глава 3. Результаты и их обсуждение
почва растение металл удобрение
3.1 Агрохимическая характеристика почвы
Сумма поглощённых оснований в исходной почве составила 8.4мг-экв./100 г. Степень насыщенности основаниями – 75%.
Показатели агрохимического состояния почвы опыта приведены втабл.5.
Таблица 5. Агрохимические свойства почвывариант содержание гумуса, %
pHводн гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г
K2O мг/100г
P2O5 мг/100г контроль 2,49 6,4 2,8 12,3 47 Zn 3 мг/кг 2,65 6,3 2,6 13,7 45 Zn 10 мг/кг 2,56 6,7 3,0 11,5 26 NPK 2,65 6,8 4,2 10,2 47
NP2K 2,58 6,2 4,4 12,0 65
NP3K 2,41 6,2 4,5 12,1 69 NPK+ Zn 3 мг/кг 2,57 7,2 4,2 10,4 56
NP2K+ Zn 3 мг/кг 2,69 6,3 4,4 10,5 60
NP3K+ Zn 3 мг/кг 2,49 6,1 4,5 9,4 73 NPK+ Zn 10 мг/кг 2,51 5,8 4,2 12,1 51
NP2K+ Zn 10 мг/кг 2,45 5,8 4,4 9,5 51
NP3K+ Zn 10 мг/кг 2,49 6,0 4,5 8,9 74
Содержание подвижных соединений калия в почве опытаизменялось от 9.5 до 13.7 мг/100 г. Согласно группировкам почв по их содержанию(Минеев (ред.), 1989) данная дерново-подзолистая почва повышенно обеспеченакалием (повышенная обеспеченность: 10 – 15 мг/100г).
Количество подвижных форм фосфора в почве опыта варьирует от26 до 74 мг/100 г и относит почву к группе очень высоко обеспеченных фосфором(очень высокая обеспеченность: >30 мг/100г). Внесение соединений цинка (особенно10 мг/кг) в исходную почву привело к снижению концентрации подвижных соединенийфосфора до минимальной (26 мг/100 г), что, вероятно, может быть связано собразованием труднорастворимых соединений фосфатов цинка. При применениивозрастающих доз фосфорных удобрений наблюдается увеличение количестваподвижных фосфатов, что может быть подтверждением гипотезы А. Ю. Кудеяровой(2005) об образовании подвижных цинк-фосфатных или цинк-органофосфатныхкомплексов.
Гидролитическая кислотность возросла в вариантах с внесениеммакроудобрений по сравнению с контрольным вариантом пропорционально увеличениюдоз фосфора, что связано с процессами гидролиза при взаимодействии удобрений спочвенным раствором.
3.2 Определение эффективности внесения макро- и микроудобрений
Урожай основной и побочной продукции ячменя по вариантамопыта распределился следующим образом (табл.6).
Таблица 6. Урожайные данныевариант масса зерна, г масса соломы, г контроль 2,3 2,3 NPK 8,9 9,8
NP2K 10,1 10,9
NP3K 9,4 11,6 Zn 3 мг/кг 2,5 2,7 Zn 10 мг/кг 1,5 2,2 NPK+ Zn 3 мг/кг 9,9 10,8
NP2K+ Zn 3 мг/кг 8,2 10,9
NP3K+ Zn 3 мг/кг 8,8 11,1 NPK+ Zn 10 мг/кг 5,0 8,3
NP2K+ Zn 10 мг/кг 7,8 10,1
NP3K+ Zn 10 мг/кг 8,7 10,2
НСР0,5 1,4 0,8
Внесение микроудобрения достоверно не повлияло на урожай посравнению с контролем.
В вариантах с внесением полного минерального удобренияпроизошло достоверно значимое увеличение урожая при всех дозах фосфора (позакону Либиха лимитирующими факторами урожайности являются содержания N и K). Также подействовало внесение полного минеральногоудобрения в сочетании с рекомендованной дозой Zn 3 мг/кг. Данная доза цинка не обеспечила прибавку урожая всравнении с внесением полного минерального удобрения. Следовательно, внесениецинковых удобрений в высоко обеспеченную фосфором дерново-подзолистую почву привыращивании ячменя неэффективно.
Повышение дозы Zn до10 мг/кг повлияло на урожай негативно. Несоблюдение норм микроудобрений можетпривести к негативным экологическим последствиям – снижению урожая продукции. Повышенныеконцентрации вносимого фосфора снижают фитотоксическое действие избыточныхконцентраций микроэлемента.
 
3.3 Содержание элементов в почве опыта
Валовое содержание цинка в контрольном варианте, равное 98мг/кг, является повышенным для дерново-подзолистых почв московского региона иприближается к ОДК (110 мг/кг). По данным Е. А. Карповой (2006) всреднесуглинистой почве полевого опыта на ОУПЭЦ «Чашниково» содержаниеварьируется от 44 до 76 мг/кг.
Валовые содержания железа в контроле – 2.9%. По данным Е. А. Карповой(2006), опытные поля окрестностей Чашникова в среднем содержат 2.6% железа. Вработе Н. Ф. Гомоновой и В. Г. Минеева (2003) в среднесуглинистойдерново-подзолистой почве длительного полевого опыта в Чашникове общееколичество железа находится в диапазоне 2.30 – 2.80%. Следовательно, количествометалла в почве нашего опыта фактически не отличается от свойственного емузначения.
Содержание марганца в почве контрольного варианта – 392мг/кг, что несколько ниже кларка (545 мг/кг), приводимого в работе А. Кабата-Пендиаси Х. Пендиаса (1989). В работе Е. А. Карповой (2006) этот показатель длядерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава находится вдиапазоне 580 – 850 мг/кг. Таким образом, исследуемая почва характеризуетсяпониженным общим содержанием марганца.
3.4 Содержание подвижных форм металлов в почве опыта
Содержание наиболее мобильных соединений цинка в почвеварьируется в пределах от 6.0 до 10.3 мг/кг (табл.7) и свидетельствует опринадлежности почвы к группе высоко обеспеченных цинком (>5 мг/кг) (Савин идр., 2004). Также концентрации цинка не превышают ПДК для почв равную 23 мг/кг.
В литературе приводятся неоднозначные данные о влияниифосфатов на подвижность цинка, железа и марганца. По данным А. Н. Аристархова(2000), внесение фосфорных удобрений обуславливает снижение подвижныхсоединений этих металлов.
Однако в монографии А. Ю. Кудеяровой (1995) приводятсясведения, что под влиянием фосфатов происходила сильно выраженная трансформацияприродного металлогуматного комплекса. Она сопровождалась высвобождением враствор значительных количеств железа, алюминия и цинка. В связи с этим способностьпирофосфат-анионов образовывать растворённые комплексы с ионами металлов лежитв основе методов извлечения из почв железа и алюминия (Кудеярова, 1995).
Внесение полного минерального удобрения достоверно неповлияло на подвижность цинка в почве исследуемого опыта.
При внесении полного минерального удобрения в сочетании смикроудобрением наблюдается тенденция увеличения количества подвижного цинка. Снижениеподвижности вследствие применения возрастающих доз фосфорных удобрений непроизошло. Вероятно, это подтверждает гипотезу А. Ю. Кудеяровой (2005) обобразовании подвижных цинк-фосфатных или цинк-органофосфатных комплексов впочвах с высоким содержанием фосфора.
Таблица 7. Подвижные металлы в почвеВариант Zn мг/кг Fe мг/кг Mn мг/кг Контроль 7,2 ± 0,56 10,0 ± 2,13 96,9 ± 13,8 NPK 6,6 ± 2,28 11,3 ± 3,23 92,6 ± 9,1
NP2K 7,0 ± 3,03 14,3 ± 0,21 80,1 ± 1,7
NP3K 6,7 ± 2,10 9,0 ± 2,70 97,3 ± 11,0 Zn 3 мг/кг 6,0 ± 1,35 21,2 ± 0,33 82,7 ± 0,5 Zn 10 мг/кг 6,9 ± 2,60 18,1 ± 0,41 51,6 ± 1,2 NPK+ Zn 3 мг/кг 8,8 ± 2,78 10,5 ± 2,85 88,8 ± 8,2
NP2K+ Zn 3 мг/кг 10,3 ± 4,15 9,2 ± 2,13 101,2 ± 0,7
NP3K+ Zn 3 мг/кг 9,9 ± 1,67 6,2 ± 0,37 87,0 ± 8,4 NPK+ Zn 10 мг/кг 7,5 ± 0,61 15,3 ± 0,22 60,5 ± 4,5
NP2K+ Zn 10 мг/кг 9,0 ± 1,59 11,0 ± 1,19 77,6 ± 6,7
NP3K+ Zn 10 мг/кг 9,3 ± 2,97 8,0 ± 2,74 72,3 ± 3,0
При внесении только цинкового микроудобрения в рекомендуемойдозе Zn 3 мг/кг концентрация наиболееподвижных форм имеет тенденцию к снижению. Единственное объяснение сложившейсяситуации может заключаться в следующем: если мы обратимся к опытам постатической сорбции металлов почвой, то увидим, что в области низких значенийконцентраций происходит полное поглощение почвой элементов, что связано сбезобменной специфической сорбцией.
Содержание железа в ААБ-вытяжке в контрольном вариантесоставило 10 мг/кг. В дерново-подзолистой почве длительного полевого опыта,описываемого в работе Н. Ф. Гомоновой и В. Г. Минеева (2003), количествоподвижных соединений железа попало в диапазон 50 – 74 мг/кг. Относительнонизкое значение этого показателя в исследуемом нами опыте может быть связано скислотно-основными условиями среды: pH почвы контрольного варианта близок к 7.
Концентрация подвижных форм железа в обоих вариантах внесениячистого цинкового микроудобрения значимо возросла по сравнению с контролем:21.2 мг/кг при 3 мг/кг Zn и18.1 мг/кг при 10 мг/кг. И в этих же вариантах значение pH уменьшилось, что подтверждает прямуюзависимость подвижности железа от кислотности почвы.
Внесение полного минерального удобрения, как в чистом виде,так и совместно с микроудобрением в рекомендованной дозе Zn 3 мг/кг, достоверно не повлияло наподвижность соединений железа. Но при повышении доз применения фосфорапрослеживается тенденция к снижению подвижности железа. Количество металла,извлекаемого ААБ, уменьшается от 11.3 и 10.5 мг/кг при внесении 100 мг/кг д.в.фосфора до 9.0 и 6.2 мг/кг – при 300.
Варианты внесения минерального удобрения в сочетании с микроудобрениемв повышенной дозе 10 мг/кг Znуказывают на ту же тенденцию, с той лишь разницей, что при меньшей дозевнесения фосфора (100 мг/кг на д.в.) концентрация подвижного железа выше – 15.3мг/кг. Это ещё раз указывает на то, что вносимый сульфат цинка, будучигидролитически кислой солью, позитивно влияет на обеспеченность почвы подвижнымжелезом.
Концентрация подвижных форм марганца составила 96.9 мг/кг. Поклассификации Г.А.Соловьева (Минеев (ред.), 1989) такая почва относится кгруппе повышенной обеспеченности элементом.
Внесение возрастающих доз фосфатов в составе полногоминерального удобрения не приводило к достоверным изменениям подвижностимарганца.
3.5 Содержание кислоторастворимого цинка в почве опыта
В пахотных горизонтах дерново-подзолистых почв Подмосковьясодержится 20 мг/кг цинка, извлекаемого 1М раствором HCl (Карпова, 2006). Полученное значение для почвы контрольноговарианта исследуемого опыта – 26 мг/кг. Почва относится к группе избыточнообеспеченных элементом (Справочник агрохимика, 2007).
Результаты внесения раствора сульфата цинка указывают натенденцию повышения этого показателя. Причем увеличение содержаниякислоторастворимых соединений металла в этом случае несколько больше, чемобусловлено его внесением, что может быть связано с возрастанием количествакислоторастворимого цинка в почве и за счет подкисления среды.
Применение полного минерального удобрения в сочетании с Zn-микроудобрением в дозе 3 мг/кг привелок некоторому снижению (тенденция) количества кислоторастворимых форммикроэлемента по сравнению с вариантами внесения только микроудобрения. Причем,от возрастания доз фосфатов эта тенденция не усиливалась.
Применение полного минерального удобрения в сочетании с Zn-микроудобрением в дозе 10 мг/кгпривело к еще большему снижению количества кислоторастворимого цинка(тенденция).
Причем, как и в предыдущем случае, максимальное снижениесодержания кислоторастворимого цинка отмечено в варианте NPK, а при возрастании доз фосфорныхудобрений этот показатель несколько увеличивается. Т.е. высокие дозы фосфорныхудобрений, применяемые на высокообеспеченных цинком почвах практически неснижают количество кислоторастворимых соединений цинка.
Таблица 8. Кислоторастворимый цинк в почве опытаВариант Zn мг/кг Контроль 26,0 ± 1,7 NPK 30,6 ± 8,3
NP2K 30,5 ± 2,7
NP3K 25,7 ± 1,4 Zn 3 мг/кг 35,3 ± 13,7 Zn 10 мг/кг 39,4 ± 18,5 NPK+ Zn 3 мг/кг 24,2 ± 1,8
NP2K+ Zn 3 мг/кг 32,8 ± 0,4
NP3K+ Zn 3 мг/кг 29,4 ± 1,6 NPK+ Zn 10 мг/кг 21,5 ± 0,3
NP2K+ Zn 10 мг/кг 25,3 ± 0,3
NP3K+ Zn 10 мг/кг 28,2 ± 5,4
 
3.6 Содержание микроэлементов, фосфора и азота в растенияхопыта
Результаты анализа органов исследуемых растений представленыв табл.9 и 10. В контрольном варианте концентрация цинка в зерне составила 38.9мг/кг и попадает в диапазон часто встречающихся для зерна ячменя, который, поданным Т. Н. Кулаковской (1990), составляет от 9.6 до 50 мг/кг.

Таблица 9. Микроэлементы, фосфор и азот в зернеВариант Zn мг/кг Fe мг/кг Mn мг/кг
P2O5 % N % Контроль 38,9 ± 6,9 39,3 ± 7,7 5,5 ± 4,2 0,88 2,9 NPK 35,3 ± 13,6 50,5 ± 1,6 6,5 ± 3,8 0,75 2,9
NP2K 33,9 ± 11,1 42,8 ± 11,2 5,0 ± 0,3 0,77 2,9
NP3K 36,8 ± 12,0 62,2 ± 17,7 11,5 ± 2,6 0,68 2,9 Zn 3 мг/кг 33,3 ± 5,7 43,7 ± 2,0 6,6 ± 0,4 0,76 2,6 Zn 10 мг/кг 34,5 ± 9,0 46,1 ± 8,2 6,1 ± 2,8 0,75 2,2 NPK+ Zn 3 мг/кг 40,9 ± 18,2 51,6 ± 8,8 7,8 ± 2,7 0,61 2,9
NP2K+ Zn 3 мг/кг 46,4 ± 9,5 52,1 ± 9,1 9,5 ± 2,0 0,74 4,7
NP3K+ Zn 3 мг/кг 34,9 ± 3,0 65,3 ± 17,9 9,8 ± 0,8 0,67 3,4 NPK+ Zn 10 мг/кг 72,5 ± 13,8 73,1 ± 8,1 10,5 ± 0,4 0,92 4,6
NP2K+ Zn 10 мг/кг 56,4 ± 23,8 62,3 ± 4,5 9,2 ± 1,1 0,63 3,1
NP3K+ Zn 10 мг/кг 47,4 ± 11,7 64,4 ± 5,6 9,2 ± 4,7 0,87 3,1
В справочной таблице Практикума по агрохимии (Минеев (ред.), 1989)приводимый диапазон значительно уже – от 15 до 20 мг/кг. ПДК для цинка в зернеравна 50 мг/кг (Минеев (ред.), 1989).
На концентрацию цинка в зерне ячменя не повлияло ниприменение возрастающих доз фосфатов в составе полного минерального удобрения,ни внесение микроудобрений в рекомендованной и повышенной дозах. Что можетподтверждать гипотезу В. Б. Ильина (1977) о влиянии фактора наследственности,обеспечивающего стабильность химического состава семян растений.
В вариантах с внесением 10 мг/кг Zn совместно с NPKпривело к тенденции возрастания концентрации цинка в зерне (72 мг/кг) инесоответствию продукции гигиеническим нормам (ПДК). При внесении возрастающихдоз фосфорной составляющей полного минерального удобрения концентрациямикроэлемента имеет тенденцию к снижению, и при дозе P3 содержание его в зерне приближается к норме (47.4 мг/кг).
Содержание железа в зерне в контрольном варианте составило39.3 мг/кг. В сравнении с приводимым В. Б. Ильиным (1977) значениемконцентрации Fe в зерне зерновых надерново-подзолистой почве (54 мг/кг), содержание Fe в зерне исследуемого опыта оказывается пониженным, чтосогласуется с низким уровнем подвижных соединений железа в почве опыта. Поданным А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989), диапазон среднего содержанияжелеза в зерне ячменя, возделываемого в разных странах севера Европы, ограничиваетсязначениями 33 и 52 мг/кг.
На концентрацию железа в зерне ячменя применение возрастающихдоз фосфатов в составе полного минерального удобрения и внесение микроудобренийв рекомендованной и повышенной дозах также не повлияли. Это тоже может бытьсвязано с вышеупомянутой гипотезой о доминирующем наследственном факторенакопления химических элементов (Ильин, 1977).
В вариантах внесения полного минерального удобрения совместнос повышенной дозой цинка (10 мг/кг) содержание железа увеличилось (в среднем до60 мг/кг). Но при возрастающих дозах внесения фосфатов данные показателидостоверно не отличаются. Следовательно, обуславливающим увеличениеконцентрации Fe фактором служит действие повышеннойдозы внесения соли цинка на кислотность почвы.
Накопление марганца растениями контрольного вариантаостановилось на отметках: 5.5 мг/кг в зерне. Данный показатель не достигаетнижней границы диапазона наиболее часто встречающихся значений для зерна ячменяна территории Европы, приводимых в работе А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989):13 – 48 мг/кг. Т.е. низкий уровень накопления металла в зерне ячменя висследуемом опыте проявляется при относительно повышенном содержании в почвеподвижных соединений марганца. Это может быть связано с сортовой спецификойэлементного состава зерна (сорт «Сонет»), а также с явлениями антагонизма цинкаи марганца в растениях, особенно при избыточной обеспеченности растений цинком(в нашем случае). Об антагонизме цинка и марганца в растениях свидетельствуютданные А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989).
Применение минеральных удобрений и микроудобрений (как поотдельности, так и в сочетании) практически не оказало влияния на концентрациюмарганца в зерне.
Количество азота в зерне вариантов опыта варьируется от 2.2до 4.7%, что несколько больше среднего для зерна ячменя (2.04%, Кулаковская,1990) Сочетание цинкового микроудобрения с полным минеральным способствовалоувеличению этого показателя (на абсолютно сухую массу) (2.9 – 4.7%) посравнению с остальными вариантами. Возможно, это связано с сортовымиособенностями культуры (ячмень, «Сонет») и с повышением образования белковыхсоединений вследствие увеличения содержания цинка в растении.
Содержания фосфора в зерне составили диапазон от 0.63 до0.92% и были близки к свойственным ячменю значениям (0.93%, Кулаковская, 1990).Сравнительно низкое варьирование содержания фосфора в зерне являетсяестественным и связано с генотипически закреплённым стабильным химическимсоставом генеративных органов растений. Применение фосфорных и цинковыхудобрений на дерново-подзолистой почве, исходно богатой и фосфором, и цинком,не привело к изменению накопления фосфора в зерне ячменя.
При рассмотрении закономерностей накопления цинка в соломеячменя в исследуемом опыте в первую очередь обращает на себя внимание этот показательдля контрольного варианта (59.9 мг/кг), который превышает ВМДУ длясельскохозяйственных растений равный 50 мг/кг (Минеев (ред.), 2001). Притом,что почва входит в класс безопасных по содержанию цинка (ПДК по подвижнымсоединениям – 23 мг/кг – не превышена). Это может свидетельствовать не в пользусуществующих нормативов (ПДК) для почвы.
Внесение минеральных удобрений в исходную почву приводит кполучению экологически безопасной кормовой продукции с концентрацией цинка от32 до 44 мг/кг.
В вариантах внесения рекомендованной и повышенной доз Zn без применения NPK-удобрений была получена продукция несоответствующая ВМДУ по содержанию цинка в соломе, притом, что в почве ПДК поподвижной форме Zn не достигнута.
При внесении цинка в дозе 3 мг/кг в сочетании с полнымминеральным удобрением в соломе ячменя наблюдалось накопление металла до 110.2мг/кг, что почти в 2 раза выше ВМДУ. Внесение максимальной дозы фосфорныхудобрений приводило к снижению содержания цинка почти до нормы.
Совместное внесение удобрений NPK + Zn 10мг/кг привело к тому же результату. Применение возрастающих доз фосфатов улучшаеткачество продукции по этому показателю пропорционально увеличению этих доз. Нодаже при максимальной дозе P ВМДУпо цинку оказывается превышен.
Таблица 10. Микроэлементы и фосфор в соломеВариант Zn мг/кг Fe мг/кг Mn мг/кг
P2O5 % Контроль 59,9 ± 18,2 90,7 ± 46,8 12,1 ± 3,4 0,71 NPK 43,9 ± 10,8 94,6 ± 0,4 9,2 ± 2,1 0,47
NP2K 33,7 ± 23,3 55,0 ± 12,5 7,2 ± 1,1 0,38
NP3K 32,4 ± 15,1 70,6 ± 35,9 11,3 ± 4,3 0,42 Zn 3 мг/кг 50,8 ± 1,2 70,3 ± 7,2 10,0 ± 2,3 1,36 Zn 10 мг/кг 54,2 ± 24,2 60,3 ± 8,7 7,7 ± 2,1 1,48 NPK+ Zn 3 мг/кг 76,5 ± 37,8 93,3 ± 27,4 9,8 ± 0,1 1,50
NP2K+ Zn 3 мг/кг 110,2 ± 19,6 69,9 ± 10,1 10,7 ± 1,9 1,95
NP3K+ Zn 3 мг/кг 50,9 ± 18,2 56,5 ± 4,2 14,2 ± 0,4 1,40 NPK+ Zn 10 мг/кг 109,0 ± 30,2 125,8 ± 5,2 16,2 ± 5,1 1,13
NP2K+ Zn 10 мг/кг 89,5 ± 30,2 105,7 ± 7,6 13,3 ± 0,9 1,78
NP3K+ Zn 10 мг/кг 71,1 ± 18,2 65,8 ± 9,7 15,0 ± 2,2 1,20
В соломе растений исследуемого опыта содержание железаобразует диапазон 55 – 126 мг/кг. По классификации уровней содержаниямикроэлементов в сельскохозяйственных культурах, приводимой В. В. Церлинг(1990), полученные значения концентрации железа характеризуют его уровень какнизкий (
При внесении возрастающих доз фосфатов в составе полногоминерального удобрения, особенно при сочетании их с микроудобрениями цинка,выявляется тенденция пропорционального снижения накопления железа в соломе.
Концентрация марганца в соломе составляет диапазон 7.2 – 16.2мг/кг. По данным R. J. Hannam и K. Ohki (1988) критически минимальнаяконцентрация марганца в зрелых листьях растений варьирует от 10 до 20 мг/кг.Следовательно, как в зерне, так и в соломе наблюдается марганцевый дефицит. Такимобразом, при повышенной обеспеченности почвы марганцем растения испытывают Mn-недостаточность, что может бытьследствием проявления антагонизма марганца с цинком и фосфором. Диагностикаобеспеченности почвы марганцем в этом случае не обеспечивает точный прогнозполучения полноценной продукции и должна быть совмещена с анализом растений.
Внесение возрастающих доз фосфатов и цинковых микроудобренийна концентрацию марганца в соломе ячменя исследуемого опыта достоверно неповлияли, так как при высокой исходной обеспеченности почвы фосфором и цинкомситуация с накоплением растениями марганца – критическая.
В соломе растений опыта концентрация фосфора изменялась вдиапазоне от 0.38 до 1.95% и превысила среднее значение, приводимое Т. Н. Кулаковской(1990), равное 0.28%. Повышенное содержание подвижных соединений фосфора впочве приводит к интенсивному накоплению его в соломе ячменя. Применениецинкового микроудобрения привело к увеличению концентрации фосфора в соломе,что требует дальнейшего изучения.

Выводы
 
1. При внесении возрастающихдоз фосфорных удобрений в почве увеличилась гидролитическая кислотность на 1 –1.5 мг-экв./100 г почвы.
2. Внесение цинковыхмикроудобрений в высоко обеспеченную фосфором и цинком дерново-подзолистуюпочву при выращивании ячменя неэффективно и не приводит к увеличению урожая.
3. Внесениеповышенных доз фосфорных удобрений на почвах с относительно высокимфитотоксическим содержанием цинка позволяет восстановить продуктивность ячменя.
4. Снижениеподвижности цинка в дерново-подзолистой почве, обогащённой подвижным фосфором,при применении возрастающих доз фосфорных удобрений не происходит, чтоподтверждает гипотезу Кудеяровой об образовании относительно подвижныхцинк-фосфатных или цинк-органофосфатных комплексов.
5. Внесение цинка вдозе 10 мг/кг приводит к превышению ПДК металла в зерне и соломе ячменя. Сувеличением доз вносимого фосфора содержание цинка в растениях снижается,достигая нормативного уровня при дозе фосфора 300 мг/кг.
 

Список литературы
 
1. А. Н. Аристархов,Эколого-агрохимическое обоснование оптимизации питания растений и комплексногоприменения макро- и микроудобрений в агроэкосистемах // диссертация в виденаучного доклада … доктора биологических наук, МГУ, Москва, 2000, 88 с.
2. Н. Б. Бакиров,Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи СреднегоПоволжья // автореферат … доктора биологических наук, КГУ, Киров, 2009, 32 с.
3. Бюллетеньметеостанции МГУ // МГУ, Москва, 2007
4. Б. А. Доспехов,«Методика вегетационного опыта» // «Агропромиздат», Москва, 1985, 352 с.
5. Ю. И. Ермохин,«Диагностика питания растений» // ОмГАУ, Омск, 1995, 208 с.
6. Ю. И. Ермохин, А.В. Синдирёва, Н. К. Трубина, «Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля,цинка в системе «почва-растение-животное» // монография, ОмГАУ, Омск, 2002, 117с.
7. В. Б. Ильин, М. Д.Степанова, А. А. Трейман, Ассоциации элементов-биофилов в вегетирующей массе иплодах злаковых и бобовых растений // «Этюды по биогеохимии и агрохимииэлементов-биофилов», «Наука» (сибирское отделение), Новосибирск, 1977, с. 90 –100
8. А. Кабата-Пендиас,Х. Пендиас, «Микроэлементы в почвах и растениях» // «Мир», Москва, 1989, 439 с.
9. Е. А. Карпова,Влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние железа итяжёлых металлов в дерново-подзолистых почвах // Почвоведение, 2006, №9, с.1059-1067
10. Е. А. Карпова,Эколого-агрохимические аспекты длительного применения удобрений: состояниетяжёлых металлов в агроэкосистемах // автореферат … доктора биологических наук,Москва, 2006, 47 с.
11. Р. Р. Кинжаев,Влияние длительного применения удобрений на состояние биогенных и токсичныхэлементов в агроценозе на дерново-подзолистой почве // автореферат … кандидатабиологических наук, Москва, 2004, 25 с.
12. А. Ю. Кудеярова,Влияние орто- и пирофосфатов на трансформацию железогумусовых сорбентов и их способностьсвязывать калий и цинк // Агрохимия, 2005, №6, с. 66 – 75
13. А. Ю. Кудеярова,«Фосфатогенная трансформация почв» // «Наука», Москва, 1995, 288 с.
14. Т. Н.Кулаковская, «Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений»// «Агропромиздат», Москва, 1990, 220 с.
15. В. Г. Минеев,«Агрохимия» // МГУ, Москва, 2004, 720 с.
16. В. Г. Минеев(ред.), «Практикум по агрохимии» // МГУ, Москва, 1989, 512 с.
17. В. Г. Минеев(ред.), «Практикум по агрохимии» // МГУ, Москва, 2001, 688с.
18. М. С. Панин, Е.Н.Бирюкова, Закономерности аккумуляции меди и цинка в ризосфере растений //Агрохимия, 2005, № 1, с. 53 — 59
19. М. С. Панин, Е.Н.Бирюкова, Динамика содержания меди и цинка в почве прикорневой зоны ячменя ипшеницы в период вегетации // Агрохимия, 2005, №8, с. 39 — 44
20. Л. В. Переломов,Д. Л. Пинский, Иммобилизация водорастворимых солей цинка в почве // Агрохимия,2005, №7, с. 66 – 72
21. Реестр«Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных угодий РФ» // ГНУВНИИА, Москва, 2006, 180 с.
22. А. Б. Рубин, Т.Е. Кренделева, Регуляция первичных процессов фотосинтеза // Успехибиологической химии, т. 43, 2003, с. 225 – 266
23. В. В. Савич, Л.Л. Шишов, Х. А. Амергужин, Ж. Норовсурен, Н. Л. Поветкина, «Агрономическаяоценка и методы определения агрохимических и физико-химических свойств почв» //«АкПол», Астана, 2004, 620 с.
24. Е. А. Софронов,Тяжёлые металлы (цинк и кадмий) в почвах Северо-Востока Нечерноземья //автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственныхнаук, ГУ ТатНИИ АиП РСХАН, Казань, 2003, 18 с.
25. И. И. Судницын,И. И. Сашина, Закономерности распределения меди, цинка, свинца и никеля впочвах московской области // Агрохимия, 2006, №2, с. 30 – 37
26. В. В. Церлинг,«Диагностика питания сельскохозяйственных культур: справочник» //«Агропромиздат», Москва, 1990, 235 с.
27. И. Г. Юлушев,«Система применения удобрений в севооборотах» // «Кирово-Чепецкий химическийкомбинат», Киров, 1999, 154 с.
28. Б. А. Ягодин(ред.), «Практикум по агрохимии» // «Агропромиздат», Москва, 1987, 304 с.
29. Н. И. Якушина, Е.Ю. Бахтенко, «Физиология растений» // «Владос», Москва, 2005, 464 с.
30. B. J.Alloway, “Zinc in soils and crop nutrition” // International Zinc Association(IZA) – Международная цинковая ассоциация, Брюссель, 2004, 116 с.
31. F.Aref, The effect of zink and boron interaction on the concentration and totaluptake of iron and marganese in corn grain // Y. G. Zhu, N. Lepp, R. Naidu(eds), “Biogeochemistry of trace elements: environmental protection,remediation and human health”, Tsinghua University Press, Пекин, 2007, с. 600
32. J.Barber, J. W. Murray, Revealing the structure of the Mn-cluster of photosystemII by X-ray crystallography // Coordination Chemistry Reviews, vol. 252, 2007, с. 233 – 243
33. G.Bartosz, Superoxide dismutases and catalase // The handbook of environmentalchemistry, Haidelberg: Springer-Verlag, vol. 2, Берлин, 2005, с. 109 – 149
34. J.-F. Briat,Iron dynamics in plants // ABR, vol. 46, 2007, с. 138-180
35. J.-F.Briat, Metal-ion-mediated oxidative stress and its control // Oxidative stressin plants (M. Montagu, D. Inze – eds.), Taylor and Francis Publishers, Лондон, Нью-Йорк, 2002, с. 171 – 189
36. J.-F.Briat, S. Lobreaux, Iron transport and storage in plants // Trends in PlantSciences, vol. 2, 1997, с. 187 – 193
37. G.R.Buettner, A new paradigm: manganese superoxide dismutase influences theproduction of H2O2 in cell and thereby their biologicalstate // Free Radical Biology and medicine, vol. 41, 2006, с.1338 – 1350
38. J. N.Burnell, Purification and properties of phosphoenolpyruvatecarboxylase from C4-plants// AJPP, vol. 13, 1986, с. 577 – 587
39. P. M.Harrison, P. Arosio, The ferritins: molecular properties, iron storage functionand cellular regulation // BBA, vol. 1275, 1996, с. 161 – 203
40. R.Hell, U. W. Stephan, “Iron uptake, trafficking and homeostasis in plants” //Planta, vol. 216, 2003, с. 541 – 551
41. A.Kapazoglou, R. M. Mould, J. C. Gray, Assembly of the Rieske ironsulphur proteininto the cytochrome of complex in thylakoid membranes of isolateted peachloroplasts // European Biochemistry, vol. 267, с. 352 – 360
42. S. A.Kim, M. L. Guerinot, Mining iron: uptake and transport in plants // FEBSLetters, vol. 581, 2007, с. 2273 – 2280
43. L. V.Kochian, Mechanisms of micronutrient uptake and translocation in plants //Micronutrients in agriculture (S. Segoe – ed.), SSSA Book Series, #4, 1991, с. 291-304
44. H.Kosegarten, H. W. Koyro, Apoplastic accumulation of iron in the epidermis of maize rootsgrown in calcareous roots // PP, vol. 113, 2001, с. 515 – 522
45. M.Laszlo, Manganese requirement of sunflower, tobacco and triticale at earlystage of growth // European Journal of Agronomy, vol. 28, 2008, с. 586 – 596
46. R. S.Lavado, C. A. Porcelli, R. Alvarez, Concentration and distribution ofextractable elements in a soil as affected by tillage system and fertilization// “The Science of The Total Environment”, vol. 232, issue 3, Буэнос-Айрес, 1999, с. 185- 191
47. J. F.Loneragan, M. J. Webb, Interactions between Zinc and Other Nutrients Affectingthe Growth of Plants // Robson, A.D. (ed), Zinc in Soils and Plants, KluwerAcademic Publishers, Дордрехт, 1993, с. 119 – 134
48. A. F.López-Millán, F. Morales, A. Abadia, J. Abadia, Effects of irondeficiency on the composition of the leaf apoplastic fluid and xylem sap insugar beet. Implications for iron and carbon transport // Plant Physiology,vol. 124, 2000, с. 873 – 884
49. H.Marschner, “Mineral plant nutrition” // Academic Press, Лондон, 1997, 889 с.
50. M. J.Mukhopadhyay, A. Sharma, Manganese in cell metabolism of higher plants //Botanic, rev. 57, 1991, с. 117 – 149
51. F.Passardi, C. Cosio, C. Penel, C, Dunand, “Peroxidases have more functions thana Swiss army-knife” // Plant Cell, vol. 25, 2005, с. 255 – 265
52. M.Pestana, E. A. Faria, A. de Varennes, Lime-induced iron chlorosis in fruittrees // Production practices and quality assessment of food crops, vol. 2,Plant mineral nutrition and pesticide management, Kluwer Academic Publishers,2004, с. 171 — 215
53. J. C.Pushnik, G. W. Miller, J. H. Manwaring, The role of iron in higher plantschlorophyll biosynthesis, maintenance and chloroplast biogenesis // Journal ofPlant Nutrition, vol. 7, 1984, с. 733– 758
54. T.Shikanai, P. Muller Moulé, Y. Munekage, K. K. Niyogi, M. Pilon, PAA1, aP-type ATPase of Arabidopsis, functions in copper transport in chlooplasts //The Plant Cell, vol. 15, 2003, с. 1333– 1346
55. B. N.Smith, Iron in higher plants: storage and metabolic role // Journal of PlantNutrition, vol. 7, 1984, с. 759-766
56. F. V.Stevenson, M. S. Ardakani, Organic matter reactions involving micronutrients insoil // Mortvedt, J.J. (ed), “Micronutrients in Agriculture”, SSSA, Мэдисон, Вашингтон, США, 1972, с. 79 – 114
57. H.Toshiharu, P. Shurmann, D. B. Knaff, The interaction of ferredoxin withferredoxin-dependent enzymes // Photosystem I: the light-driven plastocyanin:ferredoxin oxidoreductase (J. H. Golbeck ed.), 2006, с. 477 – 498