УДК 633:631.811:[631.86+579.852.11]
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГУМАТОВ И БАКТЕРИАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ БИОСТАР НА АККУМУЛИРОВАНИЕ РАСТЕНИЯМИ СЕЛЕНА, ЦИНКА И МЕДИ НА ФОНЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
Н.А. ГОЛУБКИНА1, С.П. ЗАМАНА2, М.М. ТАРЕЕВА1, В.Ю. МУХОРТОВ1, В.Ф. ПИВОВАРОВ1
В полевых условиях на растениях капусты японской, лука-порея и чеснока изучали видовые и сортовые особенности накопления Se, Zn и Cu из почвы и продуктивность растений при использовании гумата и препарата Биостар. Показаны неоспоримые преимущества бактериального препарата, применение которого позволяет максимально увеличить поступление микроэлементов в растения.
Ключевые слова: гумат, Биостар, селен, цинк, медь, Brassica japonica, Allium porrum, Allium sativum L.
Получение экологически чистой продукции (так называемая «organic food») с высокой пищевой ценностью (в частности, в овощеводстве — с высоким содержанием микроэлементов и витаминов) составляет важнейшую задачу современного агропроизводства. Для ее решения предпринимаются меры по снижению количества используемых минеральных удобрений, более широкому применению стимуляторов роста, повышению эффективности питания растений за счет увеличения фертильности почвы и биодоступности микроэлементов.
К перспективным приемам здесь следует отнести использование природных комплексонов (гуматов, цеолитов) (1), фитогормонов (2) и почвенных микроорганизмов (3). Гуминовые вещества — наиболее распространенные естественные лиганды, обеспечивающие структурирование почвы, повышение ее водоудерживающей способности, ускорение усвоения микронутриентов растениями и прорастания семян, активацию и развитие микрофлоры (4), способствующие повышению фертильности почвы (5). Предполагают, что гуминовые кислоты могут также влиять на фотосинтез и дыхание, проявлять гормоноподобную активность (1).
Колонизация гумуса микрофлорой почвы (как за счет использования гуминовых кислот, так и при внесении микроорганизмов в почву) обеспечивает образование биологически доступных для растений водорастворимых форм кальция, фосфора и железа; снижается испарение воды, что особенно важно для почв с низким содержанием глины и песчаных почв, неспособных удерживать воду.
В то же время использование гуминовых кислот осложняется их гетерогенностью (6), а применение микроорганизмов требует тщательной оценки получаемого положительного эффекта.
Целью настоящего исследования было сравнение влияния гумата натрия и микробиологического удобрения Биостар (на основе Bacillus sp.) на аккумулирование селена, меди и цинка у овощных культур на фоне использования органических удобрений.
Методика. Объектами исследования (Московская обл., 2007-2008 годы) служили следующие овощные культуры: капуста японская Brassicajaponica L. сортов Mizuna, Shiroguki Kyona (Русалочка) и Бансэи Маруба Мибуна, лук-порей Alliumporrum L. сорта Карантанский и чеснок Alliumsativum L. сорта Петровский.
1. Элементный состав гу-мата натрия (г. Крассноярск) | |
Элемент |
Содержание, мг/г |
Al |
3,520 |
Ca |
11,110 |
K |
0,049 |
Mg |
1,600 |
Na |
15,530 |
Sr |
0,170 |
Ba |
0,126 |
Si |
0,520 |
B |
0,020 |
Zn |
0,050 |
Cu |
0,020 |
Ba |
0,126 |
Fe |
7,450 |
Co |
0 |
Mo |
0 |
V |
0 |
Ti |
0 |
Zr |
0 |
Hg |
0,00003 |
As |
0,00050 |
Cd |
0 |
Pb |
0 |
Ni |
0 |
Растения выращивали на дерново-подзо-листой почве (площадь участков — по 50 м2) с внесением конского навоза из расчета 0,5 кг/м2 по схеме: I вариант — контроль (без обработки), II и III варианты — с дополнительным внесением перед посадкой соответственно гумата натрия (5 % раствор из расчета 3-6 л/га, состав см. табл. 1) и препарата Биостар («Agrostar S.a.», Бельгия) (из расчета 1 кг/м2). Бактериальное удобрение Биостар состоит из мелкоизмельченной соломы (75 %), минерального комплекса, содержащего N, P и K в соотношении 4:4:4 (24 %) и комплекса селективных микроорганизмов Bacillussp. — 5x106КОЕ/г (1 %).
Урожай капусты японской убирали в середине июля, лука-порея и чеснока — в конце августа. Луковицы чеснока анализировали на содержание микроэлементов без предварительной обработки, растения остальных культур перед анализом высушивали при комнатной температуре до постоянной массы и гомогенизировали. В почве и растениях определяли содержание селена — флуорометрически на флуориметре MPF-2A (Япония) (7), других микро- и макроэлементов — методом атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием прибора Analyst 200 («Perkin Elmer», США) (8).
Статистическую обработку полученных данных осуществляли с использованием критерия Стьюдента.
Результаты. На всех участках после внесения конского навоза почва характеризовалась очень высоким содержанием подвижного фосфора и обменного калия (табл. 2), что связано с использованием органического удобрения. Содержание кальция, магния, меди, цинка и селена было в пределах фоновых значений.
2. Агрохимическая характеристика дер-ново-подзолистой почвы опытных участков после внесения органического удобрения (конский навоз, 0,5 кг/м2; Московская обл., 2007-2008 годы) | ||
Показатель |
Значение |
|
фактическое, Х±х |
фоновое |
|
рН |
6,5±0,1 |
4,5-6,5 |
Р2О5, мг/100 г |
918±41 |
5-10 |
К2О, мг/100 г |
449±121 |
7-12 |
NО3, мг/100 г |
6,3±3,3 |
Отсутствует |
Са, мг-экв/100 г |
7,8±1,6 |
5-10 |
Mg, мг-экв/100 г |
2,0±0,4 |
2-3 |
Cu, мг/100 г |
29,1±11,3 |
27 |
Zn, мг/100 г |
62,4±22,7 |
50 |
Se, мкг/кг |
224±32 |
210-270 |
Гумат и бактериальное удобрение эффективно повышали урожай у изученных культур, однако проявляли при этом значительную видоспецифичность. Так, на чесноке применение гумата и Биостара давало практически одинаковую прибавку массы луковиц, составившую около 70 %, в то время как масса растений капусты японской и лука-порея достоверно различалась во II и III вариантах (P < 0,001) (табл. 3). Ее наибольшее увеличение по сравнению с контролем наблюдали при использовании удобрения Биостар: в 2,5 раза — на капусте японской и в 3,1 раза — на луке-порее.
Накопление Se, Zn и Cu для всех исследованных культур под влиянием гумата и удобрения Биостар также усиливалось. При этом аккумулирование селена в наименьшей степени определялось используемым удобрением (превышение контрольной величины в 1,07-1,37 раза). Различия по накоплению Se между II и III вариантами для растений чеснока и капусты японской было недостоверно (P > 0,5), в то время как для лука-порея отмечали лишь тенденцию к увеличению содержания указанного микроэлемента в III варианте по сравнению со II (P < 0,5).
Отметим, что положительное действие микроорганизмов почвы на накопление селена растениями описано в связи с возможностью фиторемедиации загрязненных почв (9). По нашим данным, бактериальные удобрения можно использовать для повышения содержания селена в овощах, учитывая сортовые различия по этому признаку (рис.). Так, при сравнении трех сортов капусты японской мы выявили достоверно более высокую способность сорта Русалочка аккумулировать селен (P < 0,001) по сравнению с сортами Мибуна и Mizuna. В то же время сорт Мибуна характеризовался наибольшей отзывчивостью на применение как гумата, так и бактериального удобрения Биостар.
Аккумулирование Se растениями разных сортов капусты японской в контроле (а), при использовании гумата (б) и бактериального удобрения Биостар (в) (Московская обл., 2007-2008 годы). |
Существенно более значительными оказались изменения в накоплении растениями Zn и Cu по вариантам опыта. Так, для цинка при внесении гумата в почву содержание почти не изменилось (увеличение в 1,00-1,20 раза), при использовании Биостара — возросло по срав-нению с контролем в 1,24-2,46 раза. По меди у гумата эффект также был существенно меньше, чем у Биостара (P < 0,001): рост содержания микроэлемента — соответственно в 1,07-1,73 и 1,80-8,50 раза по сравнению с контролем. Кроме того, из изучаемых культур в обычных условиях вегетации лук-порей проявлял себя как аккумулятор одновременно цинка и меди (содержание этих элементов было соответственно в 3 и 10 раз больше, чем, например, в растениях капусты японской).
Обращают на себя внимание существенные видовые различия в накоплении микроэлементов под действием использованных удобрений. Наиболее значительные изменения содержания Se по сравнению с контролем при воздействии Биостара наблюдали у растений лука-порея (в 1,34 раза), Zn — у капусты японской (в 2,46 раз), Cu — у капусты японской (в 8,50 раз) и чеснока (в 6,30 раза) (у лука-порея содержание Cu увеличилось всего в 1,80 раза).
На фоне увеличения массы растения при применении гумата и Биостара изменялось не только содержание микроэлементов, но и их соотношение, которое во всех случаях стремилось к целым значениям (см. табл. 3). Однако только в вариантах с использованием удобрения Биостар были получены числа Фибоначчи, то есть достигались оптимальные условия выращивания, что обеспечивало высокую массу растений. Принцип золотого сечения в растениеводстве подробно исследован лишь на примере филлотаксиса (10) и никогда ранее не применялся для оценки природной симметрии в аккумулировании микроэлементов.
3. Содержание микроэлементов и масса растения у изученных культур под влиянием гумата и бактериального удобрения Биостар на фоне применения органического удобрения (X±x, Московская обл., 2007-2008 годы) | ||||
Показатель |
Вариант |
Капуста японская, сорт Mizuna |
Лук-порей, сорт Карантанский |
Чеснок, сорт Петровский |
Масса одного растения, г (кратность) |
I |
208±43 |
31±8 |
23±5 |
II |
367±30 |
71±7 |
40±2* (1,73) |
|
III |
520±48 |
95±8 |
39±2* |
|
Se, мкг/кг сухой массы (кратность) |
I |
168±15 |
135±10 |
173±15 |
II |
179±15 (1,07) |
171±14 |
237±19 (1,37) |
|
III |
185±16 |
181±15 |
206±18 (1,19) |
|
Zn, мг/кг сухой массы |
I |
65±5 |
182±11 |
33±4 |
II |
74±6 |
183±12 |
37±4 |
|
III |
160±9 |
226±17 |
61±5 |
|
Cu, мг/кг сухой массы (кратность) |
I |
19±4 |
242±17 |
11±1 |
II |
25±3 |
258±18 |
19±1 (1,73) |
|
III |
162±8 |
436±17 |
69±3 (6,30) |
|
1000 Se:Zn:Cu |
I |
9:3:1 |
2:3:4 |
16:3:1 |
II |
7:3:1 |
7:7:10 |
13:2:1 |
|
III |
1:1:1 |
1:1:2 |
3:1:1 |
|
П р и м е ч а н и е. I вариант — контроль, II и III — обработка соответственно гуматом и бактериальным препаратом Биостар (во всех вариантах фон — органическое удобрение). Масса одного растения: для капусты японской и лука-порея — сухая, для чеснока — сырая. |
Таким образом, сравнение эффективности использования гумата и бактериального удобрения Биостар на капусте японской, луке-порее и чесноке указывает на неоспоримые преимущества препарата Биостар, позволяющего достичь наибольшую массу растений и улучшение состава микроэлементов в продукции.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. P e n a - M e n d e z E.M., H a v e l J., P a t o c k a J. Humic substances-compounds of still unknown structure:applications in agriculture, industry, environment and biomedicine. J. Appl. Biomed., 2005, 3: 13-24.
2. Х р ы к и н а Ю.А., Г о л у б к и н а Н.А., Н и к у л ь ш и н В.П., Г р и г о р ь я н ц И.К., Б о г а ч е в В.Н. Аккумулирование селена чесноком AlliumsativumL. Вест. РАСХН, 2007, 5: 32-33.
3. L a r s e n E.H., L o b i n s k i R., B u r g e r - M e y e r K. e.a. Limitations in the use of commercial humic acids in water and soil research. Environ. Sci. Technol.,1986, 20: 904-911.
4. S e n e s i N., M i a n o T.M., P r o v e n z a n o M.R., B r u n e t t i G. Characterization, differentiation and classification of humic substances by fluorescence spectroscopy. Soil Sci., 1991, 152: 259-271.
5. B u c k a u G., H o o k e r P., M o u l i n V. e.a. Versatile components of plants, soils and water. In: Humic substances /E.A. Ghabbour, G. Davies (eds.). RSC, Cambridge, 2000.
6. M a l c o l m R.E., M a c C a r t h y P. Limitations in the use of commercial humic acids in water and soil research. Environ. Sci. Technol.,1986, 20: 904-911.
7. A l f t h a n G.V. A micromethod for the determination of selenium in tissues and biological fluids by single-test-tube fluorimetry. Anal. Chim. Acta, 1984, 65: 187-94.
8. ГОСТ 30178-96. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. М., 2003.
9. S l o t h J.J., S c h o l t e n O., K i k C. Uptake and speciation of selenium in garlic cultivated in soils amended with symbiotic fungy (mycorrhiza) and selenate. Anal. Bioanal. Chem., 2006, 385(6): 1098-1108.
10. Ш е л е п и н Л.А. Золотая пропорция и ее роль в организации природных систем. СПб, 2002: 365-389.
N.A. Golubkina1, S.P. Zamana2, M.M. Tareeva1, V.Yu. Mukhortov1, V.F. Pivovarov1
In the field conditions the specific and varietal features of Se, Zn and Cu accumulation from soil and plant productivity during utilization of humate and Biostar preparation were investi-gated in Brassica japonica, Allium porrum and Allium sativum L. plants. The authors shown the un-questionable advantage of bacterial preparation, which permit to raise maximum the microelements accumulation in plants and the harvest of improved cultures.
Key words: humate, Biostar, selenium, zinc, copper, Brassica japonica, Allium porrum, Allium sativum L.
1Центр «Биоинженерия» РАН, |
Поступила в редакцию |