Конкурентное взаимодействие цинка, кальция и магния в системе дерново-подзолистая почва-культурные растения

Глава 1. Цинк, кальций и магний в системе почва-растение
Представлен анализ имеющихся литературных данных о содержании и
формах нахождения цинка, кальция и магния в почве и факторах, влияющих на
переход данных химических элементов в растения. Проанализированы факто-
ры, влияющие на накопление цинка растением.

Глава 2. Объекты и методы исследования
Влияние известковых, органических и химических мелиорантов на рас-
пределение Zn, Ca и Mg в системе дерново-подзолистая почва – культурные
растения изучали в условиях многолетних полевых экспериментов в Меньков-
ском филиале Агрофизического института.

2.1 Микрополевой опыт
Влияние возрастающих доз доломитовой муки (ДМ) на распределение
Zn, Ca и Mg в системе почва-растение изучали в условиях многолетнего преци-
зионного (без повторностей) микрополевого опыта, заложенного в полиэтиле-
новых сосудах без дна (S=1 м2, глубина 25 см, ≈ 300 кг почвы на сосуд) в мае
2012 года (Витковская и др., 2014). Перед закладкой опыта из каждой делянки
(сосуда) была вынута почва на глубину пахотного слоя (25 см). По периметру
делянок размещали полиэтиленовые сосуды, которые наполняли кислой дерно-
во-подзолистой почвой: рНKCl 4,64±0,04, Нг 4,11±0,08, Ca2+, Mg2+ – 2,68±0,14 и
0,36±0,06 ½ ммоль/100г соответственно. Доломитовая мука (ДМ) была внесена
в почву при закладке опыта. Доза доломитовой муки по 1 Нг составляла 5,54
т/га, нейтрализующая способность – 99,3%: СаСО3 – 50,4%; MgCO3 – 48,9%.
Схема опыта: 1) Контроль (Фон: NPK); 2) Фон + ДМ 0,2 Нг; 3) Фон + ДМ 0,3
Нг; 4) Фон + ДМ 0,4 Нг; 5) Фон + ДМ 0,5 Нг; 6) Фон + ДМ 0,6 Нг; 7) Фон + ДМ
0,7 Нг; 8) Фон + ДМ 0,8 Нг; 9) Фон + ДМ 0,9 Нг; 10) Фон + ДМ 1,5 Нг. Разме-
щение делянок систематическое, 2-рядное. Минеральные удобрения (аммофо-
ска, аммиачная селитра) вносили ежегодно в каждый сосуд (Шаврина, Витков-
ская, 2019).
Исследование проводили в течение вегетационных периодов 2014 –
2017гг. Суммарная за 7 лет доза внесенных минеральных удобрений составила
N470P390K390 кг д.в./га. Отбор смешанных почвенных проб проводили два
раза в год из каждого сосуда тростевым буром: 1-й отбор до внесения удобре-
ний и мелиоранта – 22 мая 2012 года, далее – через 63; 359; 414; 713; 841; 1078;
1211, 1452, 1575, 1834 и 2191суток после закладки опыта.
В 2014 году опытная культура – овощные бобы сорта «Белорусские». Вне-
сение минеральных удобрений (нитрофоска 15:15:15 и аммиачная селитра) в
дозе N60P50K50 и посев были проведены 10 мая. В процессе вегетации овощ-
ных бобов определяли динамику высоты растений – 7 замеров за вегетацию.
Учет урожая проводили в фазу цветения, отбирали 10 растений с делянки, оп-
ределяли сырую и воздушно-сухую массу.
В 2015 году опытной культурой являлся ячмень сорта «Ленинградский».
Посев и внесение минеральных удобрений проводили 5 мая (500 семян/делянку
(м2)). Минеральные удобрения (нитроаммофоска 15:15:15 и аммиачная селитра)
были внесены в дозе N120Р100К100. Почвенные пробы отбирали до внесения
удобрений. В процессе вегетации растений ячменя определяли динамику высо-
ты растений – 10 замеров за вегетацию, объем выборки – 30 растений. Уборку
урожая проводили в фазу восковой спелости, проводили сплошной учет урожая
с каждой делянки. С каждого варианта были отобраны также корни растений
(Витковская и др., 2020).
В 2016 году опытной культурой являлась викоовсяная смесь: вика – сорт
«Льговская – 22», овес – сорт «Аргомак». Соотношение семян вики и овса при
посеве 2:1. С учетом всхожести на каждой делянке количество семян составило
360 и 200 шт. для вики и овса соответственно. Отбор почвенных проб, посев и
внесение минеральных удобрений проводили 13 мая. Минеральные удобрения
(нитроаммофоска 15:15:15) были внесены в дозе N70Р70К70. Почвенные пробы
отбирали до внесения удобрений. Уборку урожая викоовсяной смеси проводи-
ли 19 июля. Определяли сырую и воздушно-сухую массу растений.
В 2017 году выращивали овощные бобы, сорт «Русский черный». Посев
(60 семян на м2) и внесение минеральных удобрений проводили 30 мая. Мине-
ральные удобрения (азофоска 16:16:16) были внесены в дозе N70Р70К70. Поле-
вую всхожесть растений определяли 29 июня. Почвенные пробы отбирали до
внесения удобрений. Уборку урожая овощных бобов проводили 26 июля в фа-
зу цветения. Определяли сырую и воздушно-сухую массу растений.

2.2 Стационарный полевой опыт
Влияние органических и минеральных удобрений на накопление макро- и
микроэлементов растениями озимой ржи сорта «Славия» изучали в условиях
стационарного полевого эксперимента. Опыт был заложен в 2006г. в Меньков-
ском филиале Агрофизического института под руководством академика
РАСХН В.А. Семенова, на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, со-
стоит из 3 парцелл (площадью 0,5 га каждая), различающихся дозами внесен-
ных органических удобрений (бесподстилочный навоз КРС). Формирование
парцелл (внесение органических удобрений) проводили в период 2003-2009гг: 1
– органические удобрения не вносили; 2 – за 7 лет внесено органических удоб-
рений 240 т/га, извести 1 т/га; 3 – за 7 лет внесено органических удобрений 680
т/га, извести 3 т/га. Парцеллы разбиты на 3 повторности, каждая из которых
включает 3 варианта, различавшиеся дозами ежегодно внесенных минеральных
удобрений. Длина делянки – 43 м, ширина – 5.5 м. В настоящее время научным
руководителем опыта является член-корр. РАН Иванов А.И. Посев озимой ржи
был проведен в августе 2014 года (Витковская, Шаврина, 2017). Минеральные
удобрения были внесены по следующей схеме: осень 2014г. 1) Контроль (без
удобрений), 2) N30P30K30, 3) N60P60K60; апрель 2015г – подкормка: 1) Кон-
троль (без удобрений), 2) N40, 3) N80.
Почвенные и растительные пробы отбирали на 2-й повторности каждой
из парцелл (варианты 1–3). Общее количество тестируемых делянок – 9. На ка-
ждой делянке был выделен контрольный участок площадью 2×2 м. Смешанные
почвенные пробы отбирали тростевым буром 1 июня 2015 г. Растительные про-
бы отбирали дважды: 01.06.2015 (фаза начала колошения) и 10.08.2015 (полная
спелость). С каждого тестируемого варианта опыта растительные пробы отби-
рали в 3-х кратной повторности (по 12 растений в каждой пробе). Определяли
сырую и воздушно-сухую массу растений, содержание цинка, кальция и магния
в зерне, соломе, полове и корнях.

2.3 Методы исследования
Ежегодно отбирали растительные и почвенные образцы, определяли со-
держание цинка, кальция и магния. Анализ почвенных и растительных проб
проводили по общепринятым в почвоведении и агрохимии методам в испыта-
тельных лабораториях АФИ и РГГМУ. Повторность измерений – 3-кратная. Со-
держание обменных Ca2+ и Mg2+ в почве устанавливали комплексонометриче-
ским методом согласно (ГОСТ 26487–85), рНKCl – потенциометрическим мето-
дом, гидролитическую кислотность – по Каппену.
Содержание Zn в почве и растениях устанавливали атомно-абсорбционным
методом. В почвенных пробах содержание подвижных соединений Zn опреде-
ляли в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8, содержа-
ние кислоторастворимых соединений – после химического разложения проб 5М
HNO3. Пробоподготовку растительных проб проводили согласно (ПНД Ф
16.2.2:2.3.71-2011) (мокрое озоление HNO3 + конц. перекись водорода, навеска
1 г.). Содержание Са и Mg в растениях устанавливали согласно (Руководство
по методам…, 1998). Математическую обработку данных проводили в про-
грамме ORIGIN 7,5 (Витковская, Шаврина, 2017).

Глава 3. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на урожайность
сельскохозяйственных культур, кислотно-основные свойства почвы и
распределение цинка, кальция и магния в системе почва-растение

3.1 Влияния возрастающих доз доломитовой муки на урожайность
сельскохозяйственных культур
В представленной работе отзывчивость опытных культур на внесение до-
ломитовой муки в условиях микрополевого эксперимента зависела от видовых
особенностей растений и дозы мелиоранта.

3.1.1 Влияния возрастающих доз доломитовой муки на урожайность
овощных бобов
В 2014 и в 2017гг. опытной культурой являлись овощные бобы сортов
«Белорусские» и «Русский черный», соответственно. В 2014г. биомасса расте-
ний не зависела от дозы ДМ, в 2017 году достоверно возрастала. Зависимость
сырой и воздушно-сухой биомассы растений от дозы мелиоранта (2017г.) ха-
рактеризовалась коэффициентами корреляции 0,833 и 0,864, соответственно
(при критическом значении r на 5% уровне значимости 0,632). Вероятно, выра-
женность эффекта в значительной мере связана с неблагоприятными погодны-
ми условиями большей части вегетационного периода 2017 года. Для описания
динамики роста растений в высоту в течение вегетации была применена логи-
стическая (сигмоидная) модель:

(1)

где H1 – начальная высота, см (равна нулю), H2 – максимальная высота расте-
ний (см), t0 – точка перегиба, в момент которой H = 1/2(H1 + H2), dt – крутизна
кривой (угол наклона) – постоянная величина для данной кривой. Скорость
роста в высоту (см/сут) достигала максимума в момент t = t0. Отношение (H2 –
H1) / 4dt характеризовало скорость на момент времени t0 (максимальную),
см/сут (Vmax). Установлено, что максимальная скорость нарастания высоты
растений овощных бобов (Vmaх) варьировалась в пределах 1,40–1,69 см/сутки и
не зависела от дозы доломитовой муки (2014г.).

3.1.2 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на урожайность
растений ячменя
В 2015 году опытной культурой являлся ячмень сорта Ленинградский.
Установлено, что максимальная скорость роста растений ячменя в высоту в те-
чение вегетации (Vmaх) варьировалась в пределах от 2,6 – 2,8 см/cут и не зави-
села от дозы мелиоранта. В интервале доз доломитовой муки 0-0,9 Нг урожай-
ность зерна ячменя линейно возрастала, рисунок 1. Максимальная урожайность
зерна, наблюдаемая в интервале доз 0,5-0,9, варьировалась в пределах 0,45–0,49
кг/м2, что на 29–39% выше, чем в контрольном варианте опыта (Витковская и
др., 2020). При внесении доломитовой муки в дозе 1,5 Нг, прибавка урожая зер-
на не превысила 11%. Выявлена тесная корреляционная связь между дозой до-
ломитовой муки и отношением зерно: солома в урожае ячменя (r=0,925, при
критическом значении r на 5% уровне значимости 0,632).
Масса зерна, г/м
420
r=0,830
0,00,20,40,60,81,0
Доза доломитовой муки, Нг
Рисунок 1 – Влияние возрастающих доз доломитовой муки на
урожайность зерна ячменя в интервале 0–0,9 Нг
3.1.3 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на урожайность
викоовсяной смеси
В 2016 году выращивали викоовсяную смесь: вика – сорт «Льговская –
22», овес – сорт «Аргомак». Максимальную прибавку (11-15% по отношению к
контролю) сырой биомассы наблюдали в интервале доз ДМ 0,6-0,8 Нг. При
внесении ДМ в дозе 1,5 Нг наблюдалась тенденция снижения сырой биомассы
растений. В интервале доз ДМ 0-0,8 Нг наблюдалась линейное увеличение сы-
рой биомассы (коэффициент корреляции по линейной модели составил 0,828
при критическом значении r на 5% уровне значимости 0,707).

3.2 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на кислотно-основные
свойства дерново-подзолистой почвы

3.2.1 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на динамику реакции
почвы
Влияние возрастающих доз доломитовой муки на кислотно-основные
свойства дерново-подзолистой почвы изучали в период с 2012-2018гг. (0–2191
суток после внесения мелиоранта). В течение указанного периода было прове-
дено двенадцать отборов смешанных почвенных проб. В период наблюдения
рН почвы в контрольном варианте линейно снижался с 4,65 до 4,2 (r=-0,839,
при критическом значении на 5% уровне значимости r=0,632) со скоростью (b)
1,44·10-4 в сутки. За 6 лет почва в контрольном варианте опыта из категории
«среднекислая» перешла в категорию «сильно кислая», согласно градации почв
по степени кислотности (Методические указания, 2003). При применении ДМ в
дозе 1,5 Нг, значение рНKCl достигло 6-ти через 414 суток и оставалось на этом
уровне в течение пяти лет, к 2191 суткам значение рН снизилось до 5,8.
Характер зависимости кислотно-основных свойств почвы от времени
взаимодействия доломитовой муки с почвой существенно изменялся в интерва-
ле доз ДМ 0,2–1,5 Нг. Тесную корреляционную связь между реакцией почвы и
дозой мелиоранта наблюдали на протяжении всего срока наблюдения. В интер-
вале доз ДМ 0–1,5 Нг зависимость рНKCl= f (Доза ДМ) характеризовалась по
линейной модели коэффициентами корреляции (r) 0,844 и 0,974 на 63 и 2191-е
сутки взаимодействия доломитовой муки с почвой, соответственно (при крити-
ческом значении на 5% уровне значимости r=0,632) (Витковская, Шаврина,
2021).

3.2.2 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на динамику
содержания обменных соединений кальция и магния в почве
На момент закладки опыта содержание обменного Са2+ в почве составля-
ло 2,7±0,1 ½ммоль/100 г, обменного Mg2+ – 0,36±0,06 ½ ммоль/100 г, что, со-
гласно градации почв по содержанию элементов питания (Методические указа-
ния, 2003), соответствует низкому и очень низкому содержанию элементов, со-
ответственно. В контрольном варианте опыта содержание обменных соедине-
ний Са2+ и Mg2+ не зависело от времени в течение всего срока наблюдения. Ус-
тановлено, что внесение ДМ в дозах 0,2–1,5 обеспечило увеличение содержание
обменных соединений кальция и магния в почве по отношению к контролю не
менее чем на 4 года. В вариантах 2-10 содержание обменного Са2+ возрастало в
период 0-1459 суток со средней скоростью 8,6*10-±2,3*10-4 ½ ммоль/100 г*сут-1
затем снижалось. Скорость увеличения содержания обменного Mg2+ в почве
линейно возрастала в интервале доз ДМ 0,2–0,6 Нг в период 0–1211 суток
(r=0,949). Содержание Mg2+ в вариантах 2–10 линейно возрастало в период 0–
1211 суток, затем снижалась. Линейную зависимость содержания обменных
Са2+ и Mg2+ в почве от дозы мелиоранта наблюдали на протяжении всего срока
наблюдения, таблица 1.

Таблица 1 – Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимость
содержания обменных Са2+ и Mg2+ в почве от дозы мелиоранта
Суткиr
2+
Са = f (Доза)Mg2+= f (Доза)
630,8140,924
3590,5930,866
4140,8760,916
7130,8670,858
8410,8600,904
10790,5170,835
12110,9010,832
14520,7170,945
15750,8020,938
18340,810-
21910,750-0,288

3.3 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на динамику подвижных
соединений цинка в почве
Внесение в почву известковых мелиорантов, помимо нейтрализации поч-
венной кислотности и насыщения почвенного поглощающего комплекса осно-
ваниями, приводит к изменению элементного состава почвенного раствора и
растений (Витковская и др., 2016). Содержание кислоторастворимых и подвиж-
ных соединений Zn в почве до закладки опыта составляла 21,0 и 0,77±0,2
мг/кг. Внесение ДМ существенно повлияло на динамику подвижных соедине-
ний цинка в почве. В период от 0 до 1291 суток наблюдали отрицательную кор-
реляционную связь между содержанием подвижных соединений Zn и временем
взаимодействия доломитовой муки с почвой. Наиболее тесную корреляцион-
ную связь между указанными параметрами наблюдали при внесении мелиоран-
та в дозах 0,8 и 1,5 Нг (рис. 2). Через 6 лет после внесения мелиоранта содержа-
ние подвижных соединений цинка в почве снизилось по отношению к исход-
ному содержанию, в 1,2-3 раза в зависимости от дозы известкового мелиоранта
и составило в среднем по вариантам 0,55±0,2 мг/кг.
1,81,4вариант 10
вариант 8

Zn подв., мг/кг
1,6
Zn подв., мг/кг
1,2
1,4
1,0
1,2
1,0
r= -0,7950,8r= -0,799
0,80,6
0,60,4
0,40,2
0,2
0,0
0,005001000 1500 2000 250005001000 1500 2000 2500
СуткиСутки
Рисунок 2 – Влияние времени воздействия мелиоранта в дозах 0,8 и 1,5 Нг
на содержание подвижных соединений цинка в почве (вар. 8 и 10)

Содержание подвижных соединений цинка в почве линейно снижалось с
увеличением дозы мелиоранта. Наиболее тесную корреляционную связь между
данными параметрами наблюдали в период 1079–2191 сут. Значения коэффи-
циентов корреляции (r) изменялись в пределах от -0,792 до –0,935.

3.4 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение цинка,
кальция и магния в системе почва-растение
Опыт показал, что при внесении ДМ увеличение содержания Mg в расте-
ниях оказывало значительно более существенное влияние на содержание Zn в
растениях, чем увеличение содержания Ca, что, вероятно, связано с соотноше-
нием содержаний данных макроэлементов в почве (Витковская и др., 2020).

3.4.1 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение
цинка, кальция и магния в растениях овощных бобов
Содержание цинка в растениях овощных бобов в среднем по вариантам
варьировалось в пределах: надземная часть – 16±5 (2014) и 24±8 (2017); в кор-
нях – 23±6 и 18±5 мг/кг (на 5-й год взаимодействия мелиоранта с почвой со-
держание Zn увеличилось в среднем в 1,4 раза по отношению к 2014 году). За-
висимость содержания Zn в растениях от дозы ДМ по линейной модели харак-
теризовалась коэффициентами корреляции -0,860 и -0,815 в 2014 и 2017 гг., со-
ответственно (при критическом значении r на 5 % уровне значимости 0,632). В
надземной части растений наблюдали тенденцию возрастания содержания цин-
ка с увеличением содержания кальция (коэффициенты корреляции по линейной
модели в 2014 и 2017 гг. составили 0,609 и 0,622 соответственно (при критиче-
ском значении r на 5 % уровне значимости 0,632)). Содержание Zn линейно
снижалось с увеличением содержания магния, рисунок 3. В корнях растений не
выявлено взаимосвязи между данными показателями.
Установлено, что содержание магния в надземной части и корнях овощ-
ных бобов (2017) линейно возрастало с увеличением дозы ДМ. Коэффициенты
корреляции составили 0,932 и 0,803 соответственно (при критическом значении
r на 5 % уровне значимости 0,632). При внесении мелиоранта в дозе 1,5 Нг, со-
держание Mg в надземной части и корнях растений бобов возросло в 2,5 и 3,0
раза, соответственно и составило 1,0 и 1,7%.
r=-0,875

Zn, мг/кг
14
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Mg,%
Рисунок 3 – Взаимосвязь содержания магния и цинка в надземной части
овощных бобов (2017г)

3.4.2 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение
цинка, кальция и магния в растениях ячменя
Опытная культура 2015 года – ячмень сорта «Ленинградский». Содержа-
ние Zn в зерне, соломе и полове ячменя линейно снижалось с увеличением дозы
ДМ (табл. 2).

Таблица 2 – Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимости содер-
жания Zn, Ca и Mg в растениях ячменя от дозы ДМ (Витковская и др., 2020)
ЗависимостьЯчменьЯчменьЯчменьЯчмень
зерносоломаполовакорни
Са (f) = Доза ДМ0,339–0,2740,711
Mg (f) = Доза ДМ0,8870,6040,903-
Zn (f) = Доза ДМ-0,972-0,792-0,786-0,468
Zn (f) = Ca-0,2360,394-0,127-0,402
Zn (f) = Mg-0,884-0,682-0,745-
Ca-Mg–0,240-0,253
Примечание: r на 5% уровне значимости = 0,632

По убыванию содержания цинка (мг/кг) органы растений ячменя распола-
гались в ряд: зерно (26±9) > корни (12±1) > полова (8±4) > солома (5±2). Внесе-
ние повышенной (1,5 Нг) дозы мелиоранта привело к снижению содержания Zn
в зерне, соломе и полове ячменя по отношению к контрольному варианту в 6, 3
и 4 раза соответственно, рисунок 4.
Содержание магния в зерне, соломе и полове растений ячменя линейно
возрастало в интервале доз ДМ 0–1,5 Нг, коэффициенты корреляции по линей-
ным моделям составили 0,887, 0,604 и 0,903, соответственно. Содержание каль-
ция практически не зависело от дозы мелиоранта. Взаимодействия Mg–Zn и
Са–Zn в вегетативных и генеративных органах растений ячменя хорошо ап-
проксимировались линейной моделью. Содержание Zn в зерне, соломе и поло-
ве ячменя линейно снижалось с увеличением содержания Mg. На рисунке 5
представлено антагонистическое взаимодействие магния и цинка в зерне ячме-
ня. Содержание кальция в растениях ячменя практически не влияло на содер-
жание цинка (Витковская и др., 2020)
4511

Zn, мг/кг, солома
4010
Zn, мг/кг, зерно
r=-0,9729r=-0,792
256
154
52
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,61
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
Доза ДМ, НгДоза ДМ, Нг
r=-0,787
Zn, мг/кг, полова
10
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
Доза ДМ, Нг
Рисунок 4 – Влияние возрастающих доз доломитовой муки на содержание
цинка в органах растений ячменя
40r=-0,884
Zn, мг/кг
15
0,060,070,080,090,100,11
Mg %
Рисунок 5 – Влияние содержания магния на содержание цинка в зерне
ячменя

Содержание Zn в зерне, соломе, полове и корнях растений ячменя линей-
но снижалось с увеличением содержания обменных соединений Са2+ и Mg2+ в
почве. Наиболее тесные отрицательные корреляционные связи были установ-
лены между содержанием обменного магния в почве и содержанием цинка в
зерне, соломе и полове ячменя, таблица 3. Коэффициенты корреляции по ли-
нейным моделям составили -0825, -0,936 и -0,914, соответственно (критическое
значение r на 5% уровне значимости = 0,632) (Витковская и др., 2020).

Таблица 3 – Коэффициенты корреляции (r)*, характеризующие взаимодействие
Ca, Mg и Zn в системе почва-растение (Витковская и др., 2020)
Зависимостьячменьячменьячменьячмень
зерносоломаполовакорни
Са (почва) – Са (растения)0,4870,257-0,2140,550
Са (почва) – Mg (растения)0,7120,5720,731-0,150
Са (почва) – Zn (растения)-0,798-0,623-0,709-0,612
Mg (почва) – Са (растения)0,207-0,384-0,823
Mg (почва) – Mg (растения)0,8060,6670,777-0,117
Mg (почва) – Zn (растения)-0,825-0,936-0,914-0,668
Zn (почва) – Zn (растения)0,7700,9050,8360,673

3.4.3 Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение
цинка, кальция и магния в растениях вики и овса
В 2016 году опытной культурой являлась викоовсяная смесь. Влияние
возрастающих доз мелиоранта на содержания Са, Mg и Zn в растениях характе-
ризуют коэффициенты корреляции, представленные в таблице 4 (Шаврина,
Витковская, 2019). Установлено, что внесение возрастающих доз ДМ привело к
увеличению содержания магния в растениях: коэффициенты корреляции (r),
характеризующие указанную зависимость в растениях вики и колосе растений
овса составили 0,852 и 0,702, соответственно. Содержание кальция и цинка в
растениях вики линейно снижалось с увеличением дозы мелиоранта: коэффи-
циенты корреляции по линейным моделям составили -0,777 и -0,681 соответст-
венно.

Таблица 4 – Коэффициенты корреляции (r), характеризующие зависимости
содержаний Ca, Mg и Zn в растениях
ЗависимостьВикаОвес соломаОвес колос
Са-доза ДМ-0,681-0,611-0,392
Mg-доза ДМ0,8520,4260,702
Zn-доза ДМ-0,777-0,481-0,169
Zn-Ca0,468-0,765
Zn-Mg-0,9090,2250,237
Ca-Mg-0,366-0,617-

Содержание цинка в растениях варьировалось в пределах: 22±7 (вика);
33±5 (овес, колос); 7±1 (овес, солома). Выявлено, что содержание цинка в рас-
тениях вики линейно снижалось с увеличением содержания обменных соедине-
ний кальция и магния в почве: коэффициенты корреляции составили -0,854 и –
0,886, соответственно (рис. 6).
4040
35r=-0,85435r= -0,886

Zn, мг/кг
Zn мг/кг
3030
2525
2020
1515
3,03,23,43,63,84,00,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
2+2+
СаMg
Рисунок 6 – Влияние содержания обменных соединений кальция и магния
в почве на содержание цинка в растениях вики

Конкурентное взаимодействие магния и цинка наиболее ярко проявилось
в растениях вики: содержание Zn линейно снижалось с увеличением содержа-
ния Mg в растениях (г= -0,909), рисунок 7.
Цинк, мг/кг
r=-0,909
15
0,300,350,400,450,50
Mg,%
Рисунок 7 – Влияние содержания магния на содержание цинка в растениях вики

Взаимодействие Са-Zn в растениях вики не выявлено, в растениях овса
(колос) оно носило синергетический характер (r=0,765). Наблюдали тесную
корреляционную связь между содержанием подвижных соединений Zn в почве
и содержанием элемента в растениях вики (г= 0,921) (Шаврина, Витковская,
2019). В отношении растений овса наблюдали достоверные корреляционные
связи: содержание Ca2+ в почве – содержание Mg в соломе (r=0,660) и содержа-
нием Mg2+ в почве – содержание Mg в колосе (r=0,862).

Глава 4. Влияние различных доз органических и минеральных удобрений
на взаимодействие цинка, кальция и магния в системе почва-растение
Влияние органических и минеральных удобрений на накопление макро- и
микроэлементов растениями озимой ржи сорта «Славия» изучали в условиях
стационарного полевого эксперимента (2015 г.).
4.1 Влияние различных доз органических и минеральных удобрений на
содержание цинка, кальция и магния в почве
Влияние окультуривающих мероприятий на агрохимические параметры
дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и содержание подвижных и ки-
слоторастворимых соединений цинка иллюстрируют данные, представленные в
таблице 5. Почва опыта на парцелле 1, согласно (Методические указания…,
2003), характеризовалась слабокислой реакцией, повышенным содержанием
обменного Mg, низким содержанием Ca.
Внесение органических удобрений и известкование оказали существен-
ное влияние на уровень плодородия почвы опыта. На парцеллах 2 и 3 реакция
почвы перешла в категорию близкой к нейтральной и нейтральной, соответст-
венно, содержание обменного Mg оценивалось как высокое, обменного Ca – как
среднее. Внесение органических удобрений существенно повлияло на содержа-
ние Zn в почве: среднее по вариантам содержание кислоторастворимых соеди-
нений Zn на парцеллах 2 (240 т/га органических удобрений за 7 лет) и 3 (680
т/га органических удобрений за 7 лет) превысило средние содержания на пар-
целле 1 в 1,4 раза; содержание подвижных соединений элемента на парцеллах
2 и 3 возросло по отношению к парцелле 1 в 2,4 и 2,7 раза, соответственно, таб-
лица 5 (Витковская, Шаврина, 2017).

Таблица 5 – Агрохимические параметры почвы опыта
Орган.Zn кислот.
Вариант*pHKClCa 2+Mg2+Zn подв.
вещ-вораств
½ ммоль 100 г-1%мг/кг
Парцелла 1 (без органических удобрений)
1. Контроль, б/у5,6±0,1 3,94±0,032,69±0,122,9±0,220,6±0,20,25±0,01
2. N70P30K305,3±0,1 4,56±0,052,49±0,063,3±0,321,4±0,50,34±0,02
3. N140P60K605,1±0,1 4,25±0,052,34±0,083,1±0,322,8±0,50,29±0,02
Парцелла 2 (навоз КРС, 240 т/га)
1.Контроль, б/у5,6±0,15,75±0,043,45±0,07 4,1±0,131,5±0,50,81±0,03
2. N70P30K305,8±0,15,25±0,063,49±0,04 3,9±0,331,2±0,20,72±0,02
3. N140P60K605,8±0,15,19±0,043,43±0,09 3,8±0,227,1±0,50,66±0,04
Парцелла 3 (КРС, 680 т/га)
1.Контроль, б/у6,2±0,1 6,87±0,023,41±0,075,7±0,230,1±0,31,40±0,03
2. N70P30K306,2±0,1 7,00±0,073,43±0,055,6±0,328,8±0,21,07±0,02
3. N140P60K606,1±0,1 7,44±0,033,39±0,025,4±0,329,1±0,20,99±0,02
Примечание* указана суммарная доза внесенных минеральныхудобренийза осенне-
весенний период, 2015г.

Согласно градации почв по содержанию микроэлементов (Методические
указания…, 2003), почва опыта на всех парцеллах характеризовалась низким
(<2 мг/кг-1) содержанием подвижных соединений цинка. Установлено, что со- держание подвижного Zn в почве тесно коррелировало с содержанием органи- ческого вещества (r=0,956). Зависимость содержания кислоторастворимого Zn в почве от содержания органического вещества была менее тесной (r = 0,686) (Витковская, Шаврина, 2017). Содержание обменных соединений кальция и магния в почве на парцеллах 2 и 3 линейно возрастало (табл. 5), коэффициенты корреляции по линейной модели составили 0,952 и 0,789, соответственно, при критическом значении r на 5% уровне значимости 0,666. 4.2 Влияние различных доз органических и минеральных удобрений на накопление цинка растениями озимой ржи С целью изучения влияния различных доз органических и минеральных удобрений и известкования на распределение цинка в системе почва-растение в течение вегетации растений озимой ржи было произведено два отбора расти- тельных проб: в фазах колошения и полной спелости, таблица 6 (Витковская, Шаврина, 2017). Таблица 6 – Влияние различных доз органических и минеральных удобрений на накопление Zn растениями озимой ржи, мг/кг а.с.в. Вариант1-й отбор2-й отбор зел. массазерносоломаполовакорни Парцелла 1 (без органических удобрений) 1. Контроль, б/у15,1±317,2±2,95,0±0,711,8±1,515,6±2,1 2. N70P30K3021,6±223,9±3,410,6±2,318,8±3,318,1±1,5 3. N140P60K6023,1±224,9±4,613,1±1,223,8±2,515,4±1,1 Парцелла 2 (навоз КРС, 240 т/га) 1. Контроль, б/у14,2±216,6±0,65,2±0,59,1±2,823,0±3,2 2. N70P30K3014,9±0.616,7±1,45,2±0,45,9±2,218,8±1,3 3. N140P60K6017,1±219,3±0,68,0±2,38,1±1,812,2±1,1 Парцелла 3 (навоз КРС, 680 т/га) 1. Контроль, б/у16,4±216,2±2,45,8±0,76,8±1,318,1±0,5 2. N70P30K3017,3±117,4±2,14,4±1,04,95±0,316,8±0,7 3. N140P60K6018,6±214,4±0,54,7±0,55,7±1,113,5±0,2 По убыванию содержания цинка (мг/кг) органы растений озимой ржи располагаются в ряд: зерно (194)≥ корни (173)> полова (117)> солома (73).
Установлено, что распределение Zn между надземными органами растений
озимой ржи тесно взаимосвязано. Коэффициенты корреляции, характеризую-
щие зависимости содержаний Zn (зерно) – Zn (солома), Zn (зерно) – Zn (полова)
и Zn (солома) – Zn (полова) составили, соответственно, r=0,953; 0,913 и 0,914
(при критическом значении r на 5% уровне значимости 0,666).
Установлено, что применение органических удобрений в сочетании с из-
весткованием оказало существенное влияние на распределение цинка в системе
почва – растение. Значения КН1 (рассчитанных по отношению к содержаниям
кислоторастворимых соединений элемента в почве) цинка зеленой массой рас-
тений на парцеллах 2 и 3 (навоз КРС, 240 и 680 т/га, соответственно) снизились
по отношению к парцелле 1 (без органических удобрений) на 42 и 34% соответ-
ственно. Значения КН2 (рассчитанных по отношению к содержаниям подвиж-
ных соединений элемента в почве) – на 68 и 77%, соответственно.
Значения коэффициентов накопления цинка растениями озимой ржи (КН 1
и КН2) линейно снижались при возрастании содержания органического вещест-
ва, реакции почвы и содержания обменных соединений кальция и магния в
почве. Коэффициенты корреляции приведены в таблице 7 (Витковская, Шаври-
на, 2017)

Таблица 7 – Коэффициенты корреляции (r), характеризующие зависимость КН
цинка растениями озимой ржи от кислотно-основных свойств почвы
1-й отбор2-й отбор
зеленая массазерносоломаполовакорни
КН1КН2КН1КН2КН1КН2КН1КН2КН1КН2
КН (Zn) = f(органическое вещество)
-0,540-0,800-0,728-0,835 -0,651 -0,744 -0,728 -0,759-0,563-0,868
КН (Zn) = f (pH почвы)
-0,714-0,871-0,838-0,884 -0,846 -0,899 -0,898-0,889-0,641-0,841
2+
КН (Zn) = f (Са в почве)
-0,556-0,817-0,764-0,857-0,668 -0,760 -0,745-0,781-0,604-0,886
2+
КН (Zn )= f (Mg в почве)
-0,921-0,985-0,946-0,977 -0,868 -0,949 -0,971-0,981-0,660-0,908

4.3 Взаимодействие цинка, кальция и магния в системе почва – растения
озимой ржи
В ходе исследования было выявлено, что содержание Mg линейно снижа-
лось с увеличением содержания Ca в зерне озимой ржи, r=-0,932 (рис. 8).
0,28

0,24r=-0,932
Mg, %

0,20

0,16

0,12

0,08 0,200,250,300,350,40
Ca, %
Рисунок 8 – Влияние возрастающих доз кальция в зерне озимой ржи на
содержание магния в зерне растений

Содержание Zn в зерне, полове и соломе растений озимой ржи линейно
снижалось с увеличением содержания обменного Ca в почве: коэффициенты
корреляции составили, соответственно, -0,661; -0,715 и -0,582. Установлено,
что конкурентные взаимодействия Mg-Zn в системе почва-растение проявляют-
ся интенсивнее, чем взаимодействия Ca-Zn: коэффициенты корреляции, харак-
теризующие зависимость содержания цинка в зерне, полове и соломе растений
озимой ржи от содержания обменного Mg2+ в почве составили, соответственно,
-0,814; -0,933 и -0,767. Содержание Zn в корнях растений не зависело от со-
держания обменных соединений кальция и магния в почве (Витковская, Шав-
рина, 2017).

Выводы
1. Известкование кислых почв доломитовой мукой (ДМ) приводит к усиле-
нию конкурентных взаимодействий между ионами Zn, Са и Mg в системе
почва-растение вследствие изменения кислотно-основных свойств почвы,
насыщения ППК кальцием и магнием. Содержание цинка в органах куль-
турных растений зависит от дозы мелиоранта, продолжительности его
контакта с почвой и видовых особенностей растений.
2. Характер зависимости кислотно-основных свойств почвы от времени
взаимодействия доломитовой муки с почвой существенно изменялся в
интервале доз ДМ 0.2–1.5 Нг. Тесную корреляционную связь между ре-
акцией почвы и дозой мелиоранта наблюдали на протяжении всего срока
наблюдения (6 лет): в интервале доз ДМ 0-1.5 Нг зависимость
рНKCl=f(Доза ДМ) характеризовалась по линейной модели коэффициен-
тами корреляции (r) 0,844 и 0,974 на 63 и 2191-е сут., соответственно. В
контрольном варианте опыта в период от 0 до 2191-х суток после заклад-
ки опыта рНKCl почвы линейно снижался от 4,65 до 4,2 (r=-0,839) со ско-
ростью (b) 1,44·10-4 ед. рН в сутки. Через шесть лет после внесения ДМ
потребность в известковании по вариантам опыта изменялась следую-
щим образом: сильная – варианты 1-2; средняя – варианты 3-6; слабая –
варианты 7-9; очень слабая – вариант 10.
3. В интервале доз ДМ 0,2-1,5 Нг содержание обменного Са2+ в почве ли-
нейно возрастало в период 0-1459 суток со средней скоростью 8,6·10-
±2,3·10-4 ½ммоль/100 г·сут-1. Максимальная скорость увеличения содер-
жания обменного Mg составила 0,002 ½ ммоль/100 г·сут-1 почвы при вне-
сении ДМ в дозах 0,6-1,5 Нг. Установлено, что внесение ДМ в дозах 0,2–
1,5 обеспечило увеличение содержание обменных соединений кальция и
магния в почве по отношению к контролю не менее чем на 4 года.
4. Известкование дерново-подзолистой почвы доломитовой мукой может
приводить к существенному снижению содержания подвижных соедине-
ний цинка в почве. Эффект возрастает с увеличением дозы мелиоранта
(зависимость доза-ответ) и времени взаимодействия мелиоранта с почвой
(зависимость время-ответ). Наиболее тесную отрицательную корреляци-
онную связь между содержанием цинка в почве и дозой ДМ наблюдали в
период 1079–2191 сут. после закладки опыта: значения коэффициентов
корреляции (r) изменялись в пределах от -0,792 до -0,935. В зависимости
от дозы ДМ, через 6 лет после внесения мелиоранта содержание подвиж-
ных соединений цинка в почве снизилось по отношению к исходному
содержанию, в 1,2-3 раза. В интервале доз ДМ 0,3-1,5 Нг в период от 0
до 2191 суток содержание подвижного цинка в почве линейно снижалось
(коэффициентов корреляции варьировались в пределах от – от -0,449 до –
0,799 при критическом значении r на 5% уровне значимости 0,632).
5. Влияние доломитовой муки на урожайность сельскохозяйственных куль-
тур зависит от дозы известкового мелиоранта и видовых особенностей
растений. Максимальные значения урожайности были зафиксированы в
интервале доз ДМ 0,6–1,5 Hг (овощные бобы, 2017г.); 0,5–0,9 (зерно яч-
меня); 0,6–0,8 (викоовсяная смесь).
6. Динамика высоты растений хорошо аппроксимировалась логистической
(сигмоидной) моделью. Установлено, что значения максимальной скоро-
сти (Vmax) роста растений овощных бобов и ячменя в высоту варьирова-
лись в пределах 1,4–1,7 и 2,6–2,8 см/сутки, соответственно, и не зависели
от дозы известкового мелиоранта.
7. Содержание цинка во всех опытных культурах линейно снижалось в ин-
тервале доз доломитовой муки 0–1,5 Нг. Повышенные дозы (более 1,0 Нг)
мелиоранта могут приводить к дефициту цинка в растениях: внесение ДМ
в дозе 1,5 Нг привело к снижению содержания Zn в зерне, соломе и поло-
ве ячменя, по отношению к контрольному варианту, в 6; 3 и 4 раза, соот-
ветственно.
8. Увеличение содержания Mg в почве и растениях при внесении ДМ оказы-
вало более существенное влияние на содержание Zn в растениях, чем
увеличение содержания Ca. Конкурентное взаимодействие Mg-Zn в сис-
теме почва – растение проявилось значительно интенсивнее, чем взаимо-
действие Ca-Zn на всех опытных культурах, о чем свидетельствуют высо-
кие отрицательные коэффициенты корреляции, характеризующие зави-
симости Zn(растения)=f(Mg(почва)) и Zn(растения)= f(Mg(растения).
9. В ходе исследования были выявлены синергетические связи Ca-Zn в рас-
тениях: в надземной части растений овощных бобов и колосе овса с уве-
личением содержания кальция линейно возрастало содержание цинка
(коэффициенты корреляции по линейной модели (r) составили 0,806 и
0,765 соответственно, при критическом значении r на 5% уровне значи-
мости 0,632).
10. Систематическое внесение органических удобрений в полевом стацио-
нарном эксперименте привело к увеличению содержания кислотораство-
римых и подвижных соединений цинка в почве в 1,5 и 5,5 раз соответст-
венно. Содержание подвижного Zn в почве тесно коррелировало с содер-
жанием органического вещества (r = 0,956).
11. По убыванию содержания цинка органы растений озимой ржи распола-
гались в ряд: зерно (194) ≥ корни (173)> полова (117) > солома (73).
Содержание цинка в полове растений озимой ржи сопоставимо с содер-
жанием в зерне. Установлено, что распределение цинка между надзем-
ными органами растений тесно взаимосвязано. Коэффициенты корреля-
ции, характеризующие зависимости содержания Zn(зерно) – Zn(солома),
Zn(зерно) – Zn(полова) и Zn(солома) – Zn(полова) составили, соответст-
венно, r=0,953; 0,913 и 0,913.
12. Содержание цинка в зерне, полове и соломе озимой ржи линейно снижа-
лось с увеличением содержания обменного кальция в почве: коэффици-
енты корреляции составили, соответственно, -0,661; -0,715 и -0,582 (кри-
тическое значение r на 5% уровне значимости 0,666). Конкурентные
взаимодействия Mg-Zn в системе почва – растения озимой ржи проявля-
лись интенсивнее, чем взаимодействия Ca-Zn: коэффициенты корреля-
ции, характеризующие зависимости содержания цинка в зерне, полове и
соломе от содержания обменного Mg в почве составили, соответственно,
-0,814; -0,933 и -0,767.
13. Коэффициенты накопления цинка растениями озимой ржи линейно сни-
жались при возрастании содержания органического вещества, реакции
почвы и содержания обменных соединений Са2+ и Mg2+ в почве. Значения
КН1 цинка зеленой массой растений на парцеллах 2 и 3 (навоз КРС, 240 и
680 т/га, соответственно) снизились по отношению к парцелле 1 (без ор-
ганических удобрений) на 42 и 34%, значения КН2 – на 68 и 77%, соот-
ветственно.