WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Эвапорация и транспирация как факторы абиогенного и биологического круговорота питательных веществ в агроценозах северного кавказа карачаево-черкесской

На правах рукописи

ГЕХАЕВ ТАУС ЯПУЕВИЧ

ЭВАПОРАЦИЯ И ТРАНСПИРАЦИЯ КАК
ФАКТОРЫ АБИОГЕННОГО И
БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА
ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В АГРОЦЕНОЗАХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКОЙ

Специальность

06.01.04 – агрохимия

03.00.12 – физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТиссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре пищевых производств Грозненского государственного нефтяного института им. акад. М. Д. Миллионщикова

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится «______»_______________2008г. в1400 часов на заседании диссертационного совета Д006.029.01. во Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии им. Д.Н. Прянишникова по адресу: 127500, Москва, ул., Прянишникова 31 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИА.

Автореферат разослан «______»_____________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Цыганок С. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Круговорот питательных минеральных веществ имеет в природе очень важное значение. В земледелии он нарушается вследствие отчуждения из почвы части элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур, в результате эрозионных процессов и нисходящего выведения из почвенного профиля. Отдельными и малоизученными процессами в природных условиях и при возделывании сельскохозяйственных культур является абиогенная миграция ионов в результате испарения с поверхности почвы (эвапорация) и транспирация растительными организмами (биогенная миграция). В комплексе оба эти процесса, влияющие на перемещение питательных веществ объединяются в единое понятие - эвапотранспирация. Изучение этого явления позволит глубже подойти к познанию балансабиофильных элементов в почве прогнозированию и миграции ионов питательных веществ в системе поча – растение - атмосфера. Эвапотранспирация является важным фактором в круговороте минеральных веществ в природе и имеет не только научное, но и прикладное значение при балансовых расчетах в качестве расходной статьи. Изучение этого вапроса необходимо как для понимания природных процессов, так и для рационального использования естественных ресурсов и решения народно-хозяйственных задач в аграрном секторе.

Целью исследований является изучение ионного состава почвенных и транспирационных паров и выявление потерь минеральных веществ при этих процессах в агроценозах Северного Кавказа.

В задачи исследований входит:

1. Определить ионный состав почвенных и транспирационных паров при возделывании зерновых культур, сахорной свеклы, подсолнечника, сои, многолетних трав, овощных культур и картофеля;

2. Установить влияние орошения на миграцию ионов при эвапотранспирации;

3. Выявить действие удобрений на ионный состав почвенных и транспирационных паров;

4. Определить величину потерь минеральных веществ при эвапотранспирации при возделывании различных сельскохозяйственных культур.

Научная новизна и прикладное значение. В работе изучали до сих пор не исследованный процесс потери ионов минеральных веществ, мигрирующих из почвы и растений с транспирационными парами овощных культур, а также содержание их в эвапотранспирационных парах кормовой свеклы, озимой пшеницы и люцерны, озимого ячменя, кукурузы, подсолнечника и других культур. В работе впервые исследованы эколого-агрохимические аспекты потерь ионов минеральных веществ, мигрирующих из растений с транспирационными парами.

Установлено, что растение капусты при орошении за время вегетации при испарении 500 мм воды теряют из почвы с парами 14,26; томаты – 15,40; огурцы – 15,49 и лук – 12,97 кг/га ионов. Потери ионов растениями подсолнечника, кормовой свеклы, люцерны, кукурузы, сахарной свеклы, сои, озимого ячменя и озимой пшеницы равны соответственно: 3,06; 3,59; 3,87; 3,91; 4,05; 4,80; 5,10 и 5,60 мг/л. Данные работы могут быть использованы для конкретного суждения о балансе дефицитных и более распространенных минеральных веществ, потребляемых растениями из почвы в процессе вегетации. К тому же всестороннее исследование биологического круговорота предоставляет возможность для прогнозирования баланса питательных веществ и их миграцию в системе «атмосферные осадки – почва – растение». Они позволяют, более глубоко понимать процессы жизнедеятельности растений и учитывать потери ионов почвой и растениями с парами воды, которые до сих пор не принимались во внимание. Накопление и анализ данных по этому вопросу помогут разработать мероприятия по рациональному использованию удобрений и активному воздействию на метаболизм растений, а также иметь более глубокое представление о солевом обмене в природе. Кроме того, при создании оптимального уровня минерального питания и оптимума влажности почвы учет потери ионов позволяет устанавливать истинный оптимум питания растений основными элементами как необходимое условие для получения высокого, в том числе запрограммированого урожая.

Положение, выносимое на защиту:

1. Ионный состав конденсата паров воды из почвы.

2. Ионный состав конденсатов транспирационных паров различных сельскохозяйственных культур.

3. Влияние агротехнических факторов на катионный и анионный состав канденсатов почвенных и транспирационных паров.

4. Потери элементов питания при эвапотранспирации в различных агроценозах.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Межвузовской научно-практической конференции, посвященной 20-летию Чеченского госпединститута (Грозный, 2001), на Международной конференции, посвященной 125-летию Казанского государственного педагогического университета (Казань, 2002), региональной межвузовской научно-практической конференции (Грозный, 2002), на международной конференции, посвященной 10-летию Ингушского государственного университета (Магас, 2003), на Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального использования растительных ресурсов» (Владикавказ, 2004), Северо-Кавказской региональной конференции (Владикавказ, 2005), Международной конференции, посвященной 75-летию СтГАУ и 65-летию агрономического факультета «Проблемы производства продукции растениеводства на мелиорированных землях» (Ставрополь, 2005), Межвузовской студенческой научно-практической конференции, посвященной 85-летию Грозненского государственного нефтяного института (Грозный, 2006), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 85-летию Грозненского государственного нефтяного института (Грозный, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 34 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 278 страницах машинописного текста, содержит 52 таблицы, 7 рисунков, 5 приложений и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, включающего 538 наименований, в том числе 48 иностранных.

Место и методика проведения исследований.

Для решения поставленных задач были проведены исследования на Кировском сортоиспытательном участке Северной-Осетии, в учебно-опытном хозяйстве Серноводского сельскохозяйственного техникума, на Урус-Мартановском госсортоучастке в Чечне, в овощном севообороте на маломощном карбонатном черноземе. Опыты с томатами, капустой, огурцами, луком, а также с кормовой свеклой, озимой пшеницей и люцерной.

Конденсация почвенных паров производилась по методике, предложенной Г. Е. Немерюком, под колпаками из плексигласа пли плотного полиэтилена на каркасе из алюминиевых угольников, накрывающих 0,56 м2 почвы. Колпаки снабжались кондиционерами, охлаждаемыми извне сухим льдом где, пары воды конденсировались в виде инея. Жидкий конденсат выводили наружу через резиновую трубку в мерную мензурку. Конденсаты хранились в полиэтиленовых сосудах. Опыты проводились в трехкратной повторности. Нитрат и сульфат аммония вносили поверхностно и в почву на глубину 7-8 см.

Перед улавливанием транспирационных паров сельскохозяйственных культур с широкими междурядьями (кукуруза, подсолнечник), почву хорошо закрывали полиэтиленовой пленкой, а затем растения накрывали колпаком с конденсатором. На посевах сои, и сахарной свеклы сделать это не представлялось возможным. Поэтому в опытах с этими культурами под колпаком конденсировались кактранспирационные, так и почвенные (эвапорационные) пары большую часть (90%) конденсатов паров, собранных над этими культурами, мы без сомнения можно отнести к транспирационным, так как в междурядиях, оставались незакрытыми только небольшие пространства между растениями в рядке. В опытах с пшеницей, ячменем и люцерной почву не закрывали, но при этом старались выбрать участки с оптимальной густотой стояния растений.

Химические анализы конденсатов проведены стандартными методами, позволяющих анализировать раствор с содержанием ионов от 1 до 20 мг/л. Максимальная ошибка не превышала 12,5%. При определении небольших количеств ионов такие ошибки являются допустимыми.

Ионы кальция определяли с помощью 0,001 н трилона в присутствии индикатора мурексида при рН 12,5; чувствительность метода – 0,1 мг/л, ошибка – около 5%. Сумму ионов кальция и магния определяли также с помощью трилона в присутствии индикатора хромогена черного и аммиачной буферной смеси. Содержание ионов магния вычисляли по разности. Ионы натрия и калия определяли на пламенном фотометре после 10-кратного концентрирования конденсатов путем выпаривания; количество ионов аммония – колориметрически на ФЭК-Н-57 с применением реактива Несслера. Если содержание аммония в конденсате было велико, то его разбавляли водой. При определении иона хлора применяли меркуриметрический метод с использованием спиртового раствора. После концентрирования конденсата в 20 раз и более, путем выпаривания его в термостойких стаканчиках добавляли 2 мл этилового спирта. Доводя рН до нужной величины, титровали 0,005 н раствором азотнокислой ртути, титр которой устанавливали в идентичных условиях. При определении хлора этим методом важное значение имеет величина рН титруемого раствора. Применение смешанного индикатора, в состав которого входят дифенилкарбазон и бромфеноловый синий, позволяет уста­новить в испытуемом растворе необходимый рН, равный 3,0–3,5. Сульфатные ионы определяли нефелометрически с помощью ФЭК-Н-57. Исследуемый образец конденсата объемом 50-100 мл выпаривали досуха в термостойких стаканчиках. К сухому остатку добавляли 5 мл дистиллированной воды и 5 мл реактива-осадителя, хорошо перемешивали содержимое в стаканчике стеклянной палочкой и по истечении 3 мин проводили нефелометрирование. Осадитель состоял из 3 объемов этиленгликоля, 1 объема 5%-ного ВаСl2 и 3 объемов 96%-ного этилового спирта. Величину рН этой смеси доводили соляной кислотой до 2,5-2,8. Метод достаточно чувствителен и по точности не уступает другим методам. Гидрокарбонатные ионы определяли ацидиметрически с обратным титрованием избытка 0,002 н НС1 и 0,002 н бурой после 10-минутного продувания воздухом, лишенным углекислого газа. В качестве индикатора применяли метиловый красный,чувствительность метода – высокая – 0,1 мг/л, ошибка – 0,5-3%. Нитратные ионы определяли колориметрически с помощью дифениламина, нитритные – таким же способом, но с применением реактива Грисса. Дигидрофосфатные ионы также определяли колориметрически с помощью молибденовокислого аммония и свежеприготовленного хлористого олова. Образец конденсата концентрировали в 5-10 раз путем выпаривания. Концентрацию водородных ионов определяли на ламповом потенциометре со стеклянным электродом ЛПУ-01. Данные обработаны дисперсионным методом анализа. Математическая обработка результатов показала, что квадратичная ошибка от среднего т при определении ионов аммония составляла 0,004-0,111, калия – 0,002-0,044, натрия – 0,002-0,124, кальция – 0,003-0,083, магния – 0,003-0,040, хлора – 0,004-0,100, сульфатных – 0,006-0,125, гидрокарбонатных – 0,015-0,122, нитратных – 0,002-0,120, дигидрофосфатных – 0,002-0,080.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ионный состав эвапорационных паров, выделяемых из почвы

Без полива и внесения удобрений. В связи с тем, что в севообороте предшественником овощных является озимая пшеница, опыты были проведены на убранном поле и затем после его вспашки.

Данные опытов, проведенных на стерне, показали, что потери ионов с парами снижаются до 0,45 мг/л общего содержания катионов, т.е. почти в два раза в сравнении с полем, занятом этой культурой в период вегетации (табл. 1). При этом на долю аммония, происхождение которого связано с жизнедеятельностью микроорганизмов, приходится 41,56% от суммы мэкв. На пахоте потери аммиака в 3,5 раза ниже по сравнению с потерями из невспаханной почвы, что вполне закономерно, потому что на поверхности пашни микроорганизмов меньше, чем в верхних слоях почвы на стерне.

Следует отметить, что и в отсутствии азотных удобрений из почвы с парами воды постоянно выделяется аммиак, как продукт микробиологических процессов минерализации органических веществ в почве. Так как зависимост от влажности, температуры почвы, воздуха и освещения, то вполне понятны колебания содержания аммиака в конденсатах паров воды над почвой в различные периоды в пределах от 0,04 до 0,38 мг/л. Относительно более стабильными являются потери почвой кальция, который в конденсатах эвапорационных паров количественно преобладает над другими катионами. Содержание кальция колеблется в пределах 0,15-0,50 мг/л при общем содержании всех катионов от 0,45 до 1,04 мг/л.

Таблица 1

Содержание ионов в конденсатах паров воды из почвы

без полива и внесения удобрений (мг/л)

Дата Состояние поля катио-нов без ионов
22.VІІ стерня 0,28 0,04 0,20 0,15 0,06 0,45 0,52 0,38 0,55 2,18
21.VІІІ пахота 0,08 0,05 0,13 0,27 0,10 0,55 0,70 0,32 0,79 2,44
10.V наруш. почва 0,19 0,08 0,19 0,30 0,19 0,76 0,58 0,17 1,46 3,16
26.VІІ -//- 0,25 0,10 0,14 0,38 0,14 0,76 0,87 0,42 0,35 2,65
27.VІІ -//- 0,38 0,09 0,06 0,41 0,19 0,75 0,71 0,80 1,24 3,88
22.VІ -//- 0,04 0,05 0,19 0,33 0,12 0,69 0,57 0,55 0,26 2,71
29.VІІІ -//- 0,09 0,06 0,12 0,30 0,12 0,60 0,65 0,50 0,98 2,82
27.Х -//- 0,06 0,04 0,44 0,50 0,06 1,04 0,30 0,24 0,25 1,89
среднее 0,17 0,06 0,18 0,33 0,12 0,70 0,61 0,42 0,81 2,71

В среднем содержание катионов в конденсатах паров воды, испаряющихся из неполитой и неудобренной почвы, располагаются в следующем убывающем порядке: >>>> при общем среднем количестве 0,70 мг/л.

Приведенные данные показывают, что почва теряет кальция относительно интенсивнее, чем другие катионы. Среди анионов в конденсатах паров наиболее резким колебаниям подвержено содержание ионов хлора – 0,30-0,87 и сульфатных ионов 0,17-0,80 мг/л. Общее содержание ионов колеблется в пределах от 1,89 до 3,88, в котором на долю калия приходится в среднем 0,06 мг/л. Следует отметить, что почва при любой влажности и интенсивности испарения воды непрерывно теряет ионы.

Внесение удобрения на разную глубину. Как показали исследования, парующая почва так же, как и растения, непроизводительно теряет часть ионов минеральных веществ, которые в ней содержатся. Это явление имеет определённое значение в связи с тем, что значительная часть площади в междурядьях под овощными и другими культурами находится в открытом состоянии.

Наряду с изучением потерь ионов почвой при испарении воды в условиях орошения, было обращено внимание на изучение потерь азота в зависимости от способов внесения удобрений и влажности почвы. В полевых опытах в качестве азотного удобрения применяли аммиачную селитру и в одном случае сульфат аммония для сравнения величины потерь аммония, связанного с различными анионами. Результаты лабораторных исследований показали, что в случае применения аммиачной селитры потери аммиака были примерно в два раза меньше, чем при внесении сульфата аммония. Одновременно с этим изучались влияние влажности почвы и глубины заделки удобрения на потери ионов.

В результате установлено, что с поверхности удобренной и неудобренной почвы с парами воды теряются не только ионы летучих соединений (аммиак, окислы азота), но и ионы металлов, которые содержатся в почве (таблица 2). При этом в случае внесения аммиачной селитры на поверхность почвы в конденсатах в наибольшем количестве содержится аммоний. При внесении указанного удобрения на глубину 7-8 см содержание аммония в конденсатах значительно уменьшается и колеблется в тех же пределах, которые наблюдаются на неудобренной почве.

При внесении нитрата аммония на поверхность почвы наблюдается повышение содержания в конденсатах не только аммония, но и гидрокарбоната, на долю этого аниона приходится до 96% от суммы мэкв. Почти эквивалентное соотношение NH4+ и НСО-3 свидетельствует о том, что эти ионы образуются в присутствии паров воды в результате взаимодействия аммиака и двуокиси углерода. Вероятно, что еще в почве эти газы переходят в ионное состояние и потом мигрируют с парами воды. Присутствие указанных компонентов повышает рН и общую минерализацию конденсатов (табл. 3).

Таблица 2

Содержание катионов в конденсатах паров воды из почвы удобренного

и неудобренного карбонатного чернозема

Дата катионов
мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв
Внесение нитрата аммония на поверхности почвы
8.VІ 17,0 94,02 0,14 0,35 0,28 1,21 0,44 2,20 0,27 2,22 18,13
9.VІ 17,50 94,68 0,06 0,15 0,16 0,67 0,43 2,10 0,30 3,40 18,45
10.

11,60 91,59 0,05 0,18 0,20 1,22 0,49 3,49 0,30 3,52 12,64
19.VІ 3,85 83,15 0,13 1,28 0,20 3,35 0,30 5,84 0,20 6,38 4,68
20.VІ 2,53 79,68 0,07 1,03 0,10 2,44 0,38 10,38 0,13 6,07 3,21
Внесение нитрата аммония на глубину 7–8 см
8.VІ 0,64 37,52 0,08 2,12 0,19 8,67 0,60 31,72 0,23 19,97 1,74
9.VІ 0,77 38,43 0,04 0,90 0,15 5,04 0,48 21,60 0,46 34,03 1,90
10.VІ 0,56 33,75 0,05 1,36 0,24 10,91 0,47 24,66 0,34 29,38 1,66
19.VІ 0,50 37,33 0,10 3,50 0,26 15,23 0,34 22,91 0,19 21,19 1,39
20.VІ 0,41 27,05 0,07 2,14 0,29 14,96 0,58 34,40 0,22 21,46 1,57
Неудобренная почва
1.VІ 0,71 53,25 0,05 1,75 0,18 10,54 0,23 15,54 0,17 18,92 1,34
2.VІ 0,61 50,82 0,03 1,20 0,13 3,43 0,23 17,25 0,18 22,26 1,18

Общее содержание всех ионов в конденсатах испарения почвы при поверхностном внесении нитрата аммония колеблется в пределах от 11 до 83 мг/л. Этот показатель для вариантов без полива и удобрений и после внесения азотных удобрений с заделкой их в почву и последующим поливом соответственно составлял от 1,89 до 3,88 и 3,67-5,49 мг/л. В варианте без удобрений после полива общее содержание всех ионов в эвапорацинонных парах колеблется в пределах – 2,38-6,39 при средней величине 3.38 мг/л.

Таблица 3

Содержание анионов в конденсатах паров почвы различной влажности

при внесении удобрений на разную глубину (мг/л)

Дата рН анионов
мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв мг/л % от суммы мэкв
Внесение нитрата аммония на поверхности почвы
8. VІ 0,90 2,34 0,37 0,56 0,50 0,96 63,50 96,14 8,08 65,27
9. VІ 0,83 2,76 0,41 0,78 0,53 1,30 49,20 95,16 7,87 50,97
10. VІ 0,74 4,18 0,79 2,54 0,45 1,88 27,89 91,40 7,77 29,87
19. VІ 0,98 11,95 0,14 0,95 0,52 4,68 11,62 82,42 6,72 13,26
20. VІ 0,68 12,64 0,06 0,66 0,23 3,16 7,74 83,54 7,00 8,71
Внесение нитрата аммония на глубину 7–8 см
8. VІ 0,82 60,79 0,09 3,68 0,50 35,53 не обн. 5,20 1,41
9. VІ 0,90 70,16 0,12 5,25 0,53 24,59 не обн. 5,00 1,55
10. VІ 0,70 55,81 0,18 8,22 0,45 35,97 не обн. 5,10 1,33
19. VІ 1,08 59,27 0,14 4,34 0,52 15,18 0,64 20,51 5,40 2,38
20. VІ 1,11 60,54 0,10 3,10 0,23 16,63 0,72 19,73 5,40 2,16
Неудобренная почва
1. VІ 0,70 61,37 0,11 5,60 0,51 33,03 не обн. 5,73 1,32
2. VІ 0,62 56,26 0,08 4,18 0,59 39,18 не обн. 5,33 1,29

После полива. Данные, представленные в табл. 4, показывают, что при поливе количество ионов в парах воды над почвой в среднем возрастает на 24,8% в сравнении с неполитыми участками, а при полной полевой влагоемкости (ППВ) - на 47% и более. По мере высыхания почвы количество мигрирующих катионов уменьшается.

Таблица 4

Ионный состав конденсатов паров воды почвы без внесения

удобрений после полива (мг/л)

Дата Состо-яние почвы Влажность катионов без ионов
18.VІІ пар ППВ 0,21 0,10 0,21 0,45 0,17 0,93 0,46 0,77 0,40 2,77
19.VІІ пар ППВ 0,13 0,12 0,17 0,51 0,23 1,03 0,67 0,50 1,00 3,33
19.VІІ то же –//– 0,37 0,06 0,10 0,44 0,14 0,74 0,55 0,52 0,34 2,52
20. VІІ то же –//– 0,50 0,12 0,16 0,64 0,10 1,02 0,60 0,80 0,12 3,04
21.VІІ то же –//– 0,35 0,15 0,13 0,36 0,12 0,76 0,42 0,72 0,26 2,51
21.VІІ то же –//– 0,40 0,09 0,15 0,38 0,13 0,75 0,50 0,43 0,30 2,38
26.VІІ то же –//– 0,23 0,17 0,26 0,46 0,18 1,07 0,80 0,35 1,56 4,01
27.VІІ то же –//– 0,37 0,15 0,30 0,63 0,31 1,39 0,71 1,28 2,64 6,39
Среднее 0,32 0,12 0,18 0,48 0,16 0,95 0,60 0,68 0,83 3,38

На политой почве потери аммиака колеблются от 0,13 до 0,50 мг/л и в среднем почти удваиваются, достигая 0,32 мг/л в сравнении с неполитой почвой. Удваивается также в среднем и содержание ионов калия, достигая 0,12 мг/л. Количество кальция колеблется в пределах от 0,36 до 0,64; натрия – 0,10-0,30; магния – 0,10-0,31 мг/л. Сумма катионов при средней величине 0,95 изменяется от 0,74 до 1,39 мг/л. По средним данным катионы располагаются в следующем убывающем порядке: >>>>, т. е. ионы аммония перемещаются на второе место в сравнении с расположением их в парах неполитой почвы. Содержание изменяется от 0,12 до 2,64; – 0,35-1,28; – 0,42-0,80 мг/л. По средним величинам они располагаются в следующем убывающем порядке: >>. Общее содержание всех ионов колеблется в пределах 2,38-6,39 при средней величине 3,38 мг/л. Эти колебания зависят от величины влажности почвы.

После полива и внесения удобрений. Опыты по изучению потерь соединений азота и фосфора и других ионов проведены после внесения аммиачной селитры на поверхности почвы и на глубину 7-8 см в опытном хозяйстве Серноводского сельскохозяйственного техникума Чеченской республики.

Данные химического анализа конденсатов (табл. 5) показывают, что при внесении аммиачной селитры в почву, увлажненную до полной полевой влагоемкости, потери аммиака достигают 13,0 мг/л. По мере высыхания почвы на четвертый день потери уменьшаются в пять раз, но и в этом случае они значительно больше тех, которые наблюдаются при внесении удобрения на глубину 7–8 см.

После дождя при меньшей влажности почвы (ниже ППВ) потери аммиака уменьшались до 5,77–6,48 мг/л. При поверхностном внесении в почву сульфата аммония после сильного дождя (30 мм) потери аммиака составляли 16,7 и на третий день – 13,0 мг/л, что существенно больше, чем от применении аммиачной селитры.

Как и следовало ожидать, при внесении удобрения под культиватор в заранее политую почву потери аммиака почти такие же, как при внесении его вручную на глубину 7-8 см.

Высокое содержание в конденсатах ионов аммония при поверхностном внесении солей аммония находится в сопряженном состоянии с гидрокарбонатными ионами. Они образуются в результате взаимодействия аммиака, двуокиси углерода и воды, вследствие чего на их долю приходится до 94% от суммы мэкв при общем максимальном содержании 46,7 мг/л. На выделение аммиака из удобренной почвы может оказывать влияние обменный процесс между гидрокарбонатом кальция и аммиачной солью. Такие потери возрастают, хотя и не пропорционально увеличению содержания карбонатов в почве. Отрицательную роль играет и щелочная реакция ее (Петербургский, 1981).

Процессу выделения аммиака может способствовать также гидролиз нитрата и сульфата аммония: или . Это равновесие смещается в прямом направлении в присутствии гидроксильных ионов и поэтому выделение аммиака находится в прямой зависимости от величины pH, потому что гидроокись аммония легко разлагается: .

Окислы азота, содержащиеся в конденсатах в виде нитратных и нитритных ионов, теряются из почвы с парами воды в значительно меньших количествах, чем аммиак. Потери этих веществ также уменьшаются с глубиной заделки удобрения.

Соединения фосфора в пересчете на дигидрофосфатный ион теряются с парами воды в небольших количествах. Величина этих потерь выражается в мкг/л.

Потеря калия – одного из основных элементов питания растений, на один порядок выше потерь соединений фосфора, они колеблются в пределах 0,04-0,20 мг/л. После полива и дождя потери в мае и июне повышаются до 0,11-0,26 мг/л, а осенью мало отличаются от средней величины. Полив в большей степени сказывается на потерях натрия, кальция и магния. Общее содержание их в конденсатах в среднем равно 1,27 мг/л, на 0,64 мг больше, чем на неудобренной и неполитой почве. Таким образом, при орошении и поверхностном внесении в почву аммонийных удобрений наиболее резко возрастают потери аммония в виде аммиака и в значительно меньшей степени в виде других катионов. В зависимости от этого при внесении азотных удобрений соотношение мэкв колеблется довольно сильно, заметно возрастая в пользу аммония и гидрокарбонатных ионов, а по мере уменьшения потерь аммиака возрастает в пользу других катионов и анионов. При этом в весовом соотношении ионов наблюдается следующий убывающий порядок: >>>> и > > >> > .

Из указанных потерь катионов наиболее существенными являются потери аммония в виде аммиака. Утечку азота в виде аммиака можно подсчитать. Так, если 8 мая за сутки, согласно данным опыта испарилось 21,7 м3/га воды, которая содержала 13,05 мг/л , то потери выражаются в 220 г/га азота в течение суток, или около 0,7% азота, внесенного с аммиачной селитрой. Это количество азота соответствует 1,26 кг аммиачной селитры. В условиях отдельных хозяйств потери азота могут быть и не столь велики, но на миллионах гектаров они превращаются в существенную величину, которую нельзя игнорировать, например, 126 кг NH4NO3 на 100 га/сутки при внесении аммиачной селитры для внекорневых азотных подкормок в период вегетации. В случае же, когда удобрение вносится на глубину 7-8 см. потери уменьшаются более чем в 20-40 раз, т. е. в этом случае аммиак определенное время почти полностью удерживается почвой.

Рассмотренные данные позволяют сделать заключение, что влажная почва является постоянным источником миграции различных ионов в атмосферу.

Пользуясь данными об испарении воды из парующей почвы и средними данными о количестве ионов, мигрирующих с ее парами за вегетацию, можно рассчитать, что общие потери их без орошения равняются 8,13, а при орошении возрастают до 14,5 кг/га. В первом случае потери равны 0,16; – 0,49; – 0,89; – 0,32; – 1,65; – 1,14 и – 2,19; во втором соответственно: 0,52; 0,77; 2,11; 0,69; 2,58; 2,92 и 3,57 кг/га с апреля по ноябрь при испарении из почвы за этот период без орошения и при орошении соответственно: 3000 и 4300 м3/га воды.

По нашим исследованиям поступление ионов , , ,,, , и с атмосферными осадками составляет соответственно: 0.75, 0.60, 1.20, 0.30, 0.60, 3.18, 1.50 и 0.90, а всего – 9.03 кг/га. Потери этих же ионов в условиях орошения при эвапорации 4300 м3/га за вегетацию равны, 14,5 кг/га. Следовательно, разница между потерями ионов при испарении из почвы и поступлением с атмосферными осадками составляет: 5.47 кг/га (без учета выноса при транспирации растениями).

Проведенные исследования на озимой пшенице показали, что эта культура при урожае 46 ц/га и водопотреблении 5000 м3/га выделяет в атмосферу за время вегетации с транспирационными парами 28,0 кг/га различных ионов, в том числе 3,0 кг/га

В хозяйстве, имеющем 1000 га посевов озимой пшеницы на орошении, эти величины составят 28 и 3 т соответственно.

В Южном Федеральном округе Российской Федерации (Северный Кавказ) имеющем 1,5 млн. гектаров орошаемых земель, (из них 600 тыс. га не занятые растениями) такие потери ионов из почвы составят 9,6 тыс. т.

Эвапотранспирационный поток ионов в различных агроэко
системах Северного Кавказа

Состав транспирационных и эвапотранспирационных

паров различных сельскохозяйственных культур

Овощные культуры. Конденсаты транспирационных паров овощных культур содержат одни и те же ионы, которые они извлекают корневой системой из почвы (табл. 6) и часть их теряют с испаряющейся водой, вступая таким образом в обмен с окружающей газообразной средой. Последняя, в свою очередь, может быть источником для них не только кислорода и двуокиси углерода, которые растения поглощают через листовую поверхность, но также паров воды (Л. Н. Бабушкин, 1970; В. М. Свешникова, 1972 и др.), а возможно, и ионов минеральных солей.

Постоянной составной частью конденсатов транспирационых паров является аммиак, который растения поглощают из почвы в виде ионов. В связи с тем, что этот ион не только поглощается, но и образуется в растениях из нитратов при окислительно-восстановительных процессах и распаде органических азотсодержащих соединений, содержание его в транспирационных парах подвержено значительным колебаниям.

Как видно из данных таблицы 6, катионы и анионы в конденсатах транспирационных паров капусты в среднем располагаются в таком убывающем ряде: >>>>и >>. Общее содержание всех ионов в конденсатах паров капусты колеблется в пределах 1,96 – 3,86 при средней величине 2,52 мг/л. Зная количество испарившейся воды, можно рассчитать общие потери ионов растениями. В опытах с капустой за сутки из растений испарилось 24,8 м3 /га воды, следовательно, общие потери ионов составили 2,52 г/м3 х 24,8 м3/га = 62,50 г/га.

Среди овощных культур наибольшее количество ионов с парами воды теряют огурцы и томаты. Повышенная концентрация ионов в конденсатах этих культур обусловлена, главным образом, высоким содержанием в них гидрокарбонатных ионов, содержание которых подвержено наибольшим колебаниям и коррелирует с величиной рН. Чем ниже значение рН, тем меньше в растворе гидрокарбонатных ионов. Содержание хлоридных и сульфатных ионов в пробах конденсатов транспирации менее подвержено колебаниям, но концентрация первых почти в два раза выше концентрации последних.

В конденсатах транспирации в наибольшем количестве содержатся ионы кальция, хотя в ряде случаев первое место занимают ионы аммония. Содержание ионов магния почти в два раза меньше, чем ионов кальция. Концентрация ионов натрия несколько выше, чем ионов магния. Таким образом, химический состав конденсатов указывает не только на потерю некоторого количества ионов с парами воды, но и на изменение относительного содержания ионов в конденсатах в сравнении с содержанием их в растении.

Так, несмотря на большое сходство химических свойств натрия и калия, концентрация ионов натрия в конденсатах испарения более чем в два раза превышает концентрацию ионов калия. Это указывает на избирательный переход ионов из растений в атмосферу с парами воды. Наименьшее количество ионов натрия содержалось в конденсатах испарения на луковичном поле. Следует отметить, что конденсаты, собранные над луком, отличаются меньшим содержанием всех катионов, кроме аммония, в сравнении с конденсатами ис­парения других культур.

В процессе проведения опытов установлено, что в ночное время в среднем испарялось 38,2% валового расхода воды, а потери ионов с парами составили 27,0% общего их количества, мигрировавшегося в атмосферу за сутки. Из этого следует, что ночью растения теряют ионов относительно меньше, чем в дневное время.

Одновременно проведенные опыты на парующей почве показали, что из нее за сутки в среднем испарилось 10.04 м3/га, или 28,7% от валового расхода воды, потерянной почвой и растениями капусты, равного 34,98 м3/га. Испарение воды из почвы тесно связано с температурой воздуха. Максимальная дневная температура (18–20/VII) составляла 32,7–34,6°С, была примерно в два раза выше минимальной в ночное время. Аналогичным образом изменяется и количество испарившейся воды.

Благодаря транспирации растений, потери воды из почвы возрастают примерно в два раза. Так, днем воды испарялось 73–82%, в среднем 77% валового ее расхода растениями. Следовательно, количество испаряющейся воды определяется отношением площадей парующей и занятой растениями почвы. В опытах, проведенных на участках, занятых капустой, огурцами и томатами, на долю почвы приходилось около 30% испарившейся воды. При этом необходимо учитывать, что почва, так же как и растения, теряет с парами воды ионы. В указанном выше опыте с капустой установлено, что из 91,94 г/га ионов, потерянных капустой и почвой за сутки, на долю почвы приходится 36,16 г/га, или 39.3%.

Таким образом, при изучении потерь ионов важно знать количество воды, потерянное отдельно растениями и почвой.

He имея возможности изучить в каждом опыте эти величины, мы для ориентировочных расчетов принимаем испарение из почвы равным 40%, а из растений – 60% валового расхода воды за вегетационный период в 500мм, Это среднее соотношение взято из тех соображений, что в начальной стадии вегетации капусты основная масса воды испарялась из почвы, а затем до 70% из хорошо развитых растений.

На основании средних данных о содержании ионов в конденсатах паров, испаряющихся из орошаемой почвы и растений, подсчитаны общие потери ионов (табл. 7). Согласно данным А. И. Ермаков и В. В. Арасимовича, 1961 о минеральном составе сухого вещества, при урожае 232 ц/га растения капусты поглощают: – 56.0; – 5,3; – 16,2 и – 3,5 кг/га, то есть калия поглощается соответственно в 10,6; 3,4 и 16,0 раза больше, чем других катионов, а выделяется транспирационными парами в 2,4; 3,0 и 1,7 раза меньше. Указанные выше потери катионов растениями соответствуют: – 0,37; – 9,62; – 3,90 и – 10,30%, а вместе с почвой соответственно: 0,80; 16,41; 10,00 и 19,42% от количества ионов, содержащихся в вышеуказанном количестве урожая.

Таким образом, в процессе вегетации капусты, а также и других культур расходуется не только вода, но и часть ионов как из растений, так и из почвы.

Исходя из данных таблицы 7, следует отметить, что из растений капусты и почвы в атмосферу в наибольшем количестве мигрируют гидрокарбонатные ионы, а сульфатные занимают последнее место среди анионов. Среди азотсодержащих ионов в наибольшем количестве мигрируют аммонийные ионы. За вегетационный период растения капусты теряют ионов аммония 0,57, почва - 0,64, а в сумме – 1,21 кг/га. Всего при орошении из почвы за время вегетации капусты при испарении 500 мм воды с парами переходит в атмосферу 14,26 кг/га различных ионов. Для определения величины потерь ионов с парами воды с поля, занятого томатами, можно применять водопотребление, равное водопогреблению капусты, так как расход воды на полив их был одинаков. Используя средние данные анализа конденсатов транспирационных паров томатов и эвапорационных паров почвы, нами рассчитаны потери катионов за вегетацию.

Из почвы через растения в атмосферу мигрируют катионы в таких величинах, которые позволяют расставить их в следующий убывающий ряд: >> > . Однако эти потери составляют небольшую часть ионов, накапливающихся в растениях. Средний урожай томатов за два года составил 220 ц/га, а содержание катионов в сухом веществе равно 5%, следовательно, в плоды томатов из почвы поступило (кг): – 46,75; – 4,86 и – 3,41, то есть калия поглощается соответственно в 9,6 и 13,6 раза больше, чем кальция и магния, В транспирационных парах, наоборот, кальция и магния находится соответственно в 3,5 и 2 раза больше, чем калия, т.е. с парами их теряется больше, чем калия. Количественные потери с транспирационными парами равны: – 0,5; – 17,3 и – 14,0% по отношению к количеству, накопленному в плодах. При учете потерь ионов с парами воды из почвы эти величины возрастают и имеют соответственно следующие значения: 1,0; 37,4 и 23,0%. В этом случае поле томатов теряет с парами кальция относительно больше по сравнению с полем капусты, потому что в плодах томатов его накапливается меньше, чем в кочанах капусты. При среднем урожае огурцов в 152 ц/га по нашим расчетам должно содержаться: – 43; – 3; – 5; – 3 кг. Отношение количества калия к этим элементам соответственно составляет: 14; 9 и 16. Из этого следует, что интенсивность накопления в плодах указанных элементов убывает в следующем порядке: >>>, а потери с парами воды > >>>.

При сопоставлении данных, полученных в опытах с огурцами и томатами, следует отметить, что последние с парами воды теряют больше кальция и магния, чем огурцы. Потери аммиака в виде NH4+ из почвы и растений на огуречном поле равны 1,39 кг/га. Всех ионов за вегетационный период огурцов теряется 15,49 кг/га.

С урожаем лука (луковиц) в среднем 170 ц/га отчуждается из почвы: – 26,5 и – 4,1 кг. Если при образовании урожая испарилось всего 500 мм воды и из них за счет транспирацпи 60% (300 мм), то при этом с парами воды должно улетучиться следующее количество катионов: – 0,15; – 0,27; – 0,51, – 0,27, а в сумме – 1,20 кг/га.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что растения лука теряют с парами катионов меньше, чем растения огурцов, томатов, капусты и почвы.

Наименьше теряется ионов калия и магния. В целом из растений лука с парами выделяется почти одинаковое количество хлоридных и гидрокарбонатных ионов. При этом соотношение ионов аналогично показанным выше для других растений, с которыми проводились опыты. С поля, занятого луком, за вегетацию теряется 1,24 кг/га аммиака, а всех ионов – 12,97 кг/га.

Изучение эвапотранспирационных паров поля кормовой свеклы, люцерны и других культур показало аналогичную картину. Однако необходимо отметить, что в парах поля люцерны натрия содержится в два раза больше, а калия – меньше, чем в парах свекловичного поля.

Озимый ячмень. Средний урожай озимого ячменя на поле, где проводились опыты, составил 35 ц/га. Предшественником была озимая пшеница. В опытах с озимым ячменем почву не закрывали, но при этом старались выбрать участок с оптимальной густотой стояния растений.

Из данных табл. 8 видно, что с эвапотранспирационными парами ячменя мигрирует значительное количество ионов. Среди катионов преобладающими являются ионы кальция. Миграция их в среднем равна 0,85 мг/л. Среди анионов больше всех мигрируют ионы . Среднее содержание их в конденсатах равно 1,11 мг/л.

Мигрирующих с парами воды из ячменя ионов располагается в следующем порядке: > > > > > > .

На основании полученных данных, можно констатировать, что с поля озимого ячменя вместе с эвапотранспирационными парами теряется в среднем 5,10 мг/л ионов.

При среднем урожае озимого ячменя в 35 ц/га, полученном в течение двух лет проведения опытов, суммарный расход воды составил 4500 м3/га. При таком валовом расходе воды полем, общие потери ионов равны 22,9 кг/га, в том числе 2,1 кг/га .

Подсолнечник. Перед улавливанием транспирационных паров подсолнечника почву хорошо закрывали полиэтиленовой пленкой, а затем растения накрывали колпаком с конденсатором. Опыты проводили или раздельно – день-ночь по 12 часов, или непрерывно в течение суток. В первом случае это делалось для того, чтобы знать разницу в количестве транспирационных паров, выделяемых растениями в дневное и ночное время. Длительный промежуток времени необходим для того, чтобы можно было получить достаточное количество конденсата для анализа (350-500 мл).

Данные о содержании ионов в конденсатах транспирационных паров подсолнечника показаны в табл. 9. Количественно катионы в среднем располагаются в таком убывающем порядке: > > > > ,а анионы – > > .

Общее содержание ионов в конденсатах подсолнечника колеблется в пределах 3,97 – 3,3, в среднем 3 мг/л.

При водопотреблении растениями 5000 м3 воды за вегетацию потери ионов с транспирационными парами составят в 15,3 кг/га. Если учесть испарение из почвы, не занятой растениями, которая тоже теряет в среднем 3,48 мг/л ионов и допуская, что из нее испарилось 2000 м3, то общие потери ионов с транспирационными парами за вегетацию будут достигать 22,1 кг/га.

Сахарная свекла. Для проведения опыта на поле сахарной свеклы выбирали площадки с полной густотой стояния растений. Изолирование почвенной поверхности междурядий, так же как и на кормовой свекле, не представляло затруднений, но все же между отдельными растениями в рядке и пленкой оставались небольшие щели. Поэтому здесь, как и на поле, занятом луком и кормовой свеклой, можно считать транспирационными 90% конденсатов.

Из таблицы 10 видно, что преобладающими среди катионов на свекловичном поле являются ионы кальция. Миграция их в среднем равна 0,41 мг/л. Колебание концентрации ионов кальция в эвапотранспирационных парах сахарной свеклы находится в пределах 0,16 – 0,90 мг/л (5,6 раза).

Высокое содержание ионов кальция (0,90 и 0,77 мг/л) в конденсатах было обнаружено после полива. На втором месте по количеству мигрирующих с парами катионов стоят ионы аммония. Среднее содержание их в конденсатах равно 0,27 мг/л. Колебание концентрации ионов в эвапотранспирационных парах сахарной свеклы находится в пределах 0,20 – 0,35 мг/л (1,75 раза). Ионов натрия и магния содержится одинаковое количество – 0,22 мг/л, а калия – меньше всех катионов 0,14 мг/л.

Среди анионов преобладающими являются гидрокарбонатные ионы. Их содержание в парах в среднем равно 1,63 мг/л и колеблется в большей степени в сравнении с другими анионами: от 0,55 до 2,90 мг/л (в 5,3 раза). Содержание ионов и мало отличаются друг от друга. В наименьшем количестве среди анионов в конденсатах содержатся ионы – 0,42 мг/л.

Существенной разницы в концентрации конденсатов, собранных в дневное и ночное время не наблюдается (0,85 – 0,69 мг/л и 2,03 – 1,70 мг/л соответственно для катионов). Для всех ионов в суммарном выражении без полива соответственно 2,36 – 2,20 мг/л и 6,45 – 5,55 мг/л при поливе. Следовательно количество ионов, теряемых через растения сахарной свеклы, зависит в основном от объема испарившейся воды в различное время суток.

Ионы мигрирующие с парами воды из сахарной свеклы, располагаются в следующем порядке: > > = > ; > > .

Общее содержание ионов в конденсатах находится в пределах 2,20 – 6,45 мг/л.

При водопотреблении растениями сахарной свеклы 4500 м3/га потери ионов с транспирационными парами могут доходить до 18,2 кг/га за вегетативный период. Если учитывать потери ионов при испарении с поля, не занятого растениями, которое также теряет в среднем 3,4 мг/л. и допуская, что испарение из почвы составит 2700 м3/га, можно утверждать, что общие потери ионов могут достигнуть 27,35 кг/га за вегетацию.

Кукуруза. Методика проведения опытов на растениях кукурузы та же, что и в опытах с капустой, томатами и другими культурами. В камеру заключали 4 растения, почву тщательно закрывали полиэтиленовой пленкой. Сбор конденсатов и их измерение производили, как описано выше.

Из таблицы 11 видно, что в наибольшем количестве среди катионов с транспирационными парами кукурузы мигрируют в атмосферу ионы кальция. Содержание их в среднем было равно 0,48 мг/л.

На втором месте по количеству мигрирующих с парами катионов стоят ионы магния. Их среднее содержание в конденсатах было равно 0,40 мг/л. В наименьшем количестве наблюдались потери ионов калия – 0,13 мг/л.

В целом, содержание ионов, теряемых с парами воды из растений кукурузы, выразилось следующим рядом: > > > > ; > > . Суммарное содержание ионов было в пределах 3,37 – 4,28 мг/л (среднее – 3,91 мг/л).

При водопотреблении растениями кукурузы 5000 м3/га воды/га потери ионов с транспирационными парами могут доходить до 19,6 кг/га за вегетацию.

При учете испарения из почвы, не занятой растениями, (в среднем 3,38 мг/л), и может допустить, что из нее испарилось 3000 м3 воды/га, то общие потери ионов элементов минерального питания при эвапотранспирации посевов кукурузы могут достигать 29,7 кг/га за вегетацию.

Соя. Анализы конденсатов транспирационных паров растений сои, полученных в условиях замкнутых камер, обнаружили, что таким путем мигрирует в атмосферу значительное количество питательных веществ. Переход элементов питания в атмосферу из почвы за вегетационный период с соевого поля в дневное время суток не отличается по концентрации ионов, но количество конденсата транспирации днем было в два раза больше, чем ночью.

Как видно из таблицы 12, в наибольшем количестве среди катионов с транспирационными парами из растений сои мигрируют в атмосферу ионы аммония (0,68 мг/л).

На втором месте находятся ионы кальция. Их среднее содержание в конденсатах было равно 0,52 мг/л. В наименьшем количестве наблюдаются потери ионов калия – 0,18 мг/л.

Количество ионов, теряемых с парами воды из растений сои, выражаются следующим рядом: > > > > ; > > ;.

Общее содержание (суммарное) находится в пределах 4,51 4,98 мг/л (среднее – 4,80 мг/л).

При водопотреблении растениями сои 5000 м3/га воды, потери ионов с транспирационными парами могут доходить до 24,0 кг/га за вегетацию.

Если учесть испарение из почвы, не занятой растениями в начале вегетации, которая также теряет по результатам наших исследований в среднем 3,38 мг/л ионов, и допустить, что из нее испарилось 3000 м3/га воды, то общие потери за вегетационный период при эвапотранспирации с соевого поля могут достигать 34,1 кг/га.

Озимая пшеница после полива. В опытах с пшеницей почву не закрывали, но при этом старались выбрать участки с оптимальной густотой стояния растений.

Из таблицы 13, из которых видно, что с эвапотранспирационными парами этой культуры мигрирует в атмосферу значительное количество ионов. Среди катионов преобладающими являются ионы аммония. Миграция их в среднем равна 0,60 мг/л. Колебания концентрации ионов аммония в эвапотранспирационных парах озимой пшеницы находятся в пределах 0,48 – 0,73 мг/л. На втором месте по количеству миграции с парами стоят катионы кальция, их концентрация в конденсатах варьирует в пределах от 0,40 до 0,58 мг/л. По содержанию ионы калия стоят на последнем месте среди катионов (среднее значение равно 0,15 мг/л).

Среди анионов больше всех мигрируют гидрокарбонатные ионы . Среднее содержание их в конденсатах равно 1,94 мг/л, а колебания находятся в пределах 1,68 – 2,35 мг/л. На второе место по количеству выходят ионы хлора, среднее содержание которых равно 0,85 мг/л. количество ионы хлора уступают гидрокарбонатным ионам и по степени колебания концентрации их в парах пшеницы в разное время вегетации составляют 0,71 – 0,96 мг/л.

Среднее содержание в парах пшеницы нитратных ионов равно 0,21 мг/л и подвержено колебаниям в довольно широких пределах 0,12 – 0,33 мг/л (почти в 2,8 раза). В наименьшем количестве содержатся дигидрофосфатные ионы , в среднем 0,12 мг/л и варьируют во время вегетации от 0,09 до 0,18 мг/л (в 2 раза).

Количество мигрирующих с парами воды из пшеницы ионов располагаются в следующем убывающем порядке: > > > > ; > > > > .

Таким образом, можно констатировать, что с поля озимой пшеницы вместе с эвапотранспирационными парами теряется в среднем 5,60 мг/л различных ионов.

В наших опытах на орошаемых землях госхоза «Горец» Урус-Мартановского района Чеченской республики суммарный расход воды при урожае 46 ц/га составил 5000 м3/га. При таком валовом расходе воды полем, занятым озимой пшеницей, потери катионов выражаются следующими величинами: – 0,75, – 2,15, – 2,40, – 1,10 кг/га; анионов: – 4,25, – 3,00, – 9,70, – 1,05 и – 0,60 кг/га.

Общие потери ионов равны 28,00 кг/га, в том числе 3.00 кг/га .

Люцерна при орошении. Суммарный расход воды на поле люцерны за весь период вегетации в разных районах колебался в пределах 7500-9000 м3/га. Многолетними опытами Ставропольской ОМС, Сунженского ОМП Чеченской Республики и других, установлено, что для получения высокого урожая сена люцерны (100–140 ц/га) за 4 укоса необходимо, чтобы влажность почвы в слое 0–100 см не опускалась ниже 70–75% ПВ. Для поддержания указанного уровня влажности почвы требуется 5–8 поливов оросительной нормой 4000–6400 м3/га (Г. К. Льгов, 1979).

Для создания урожая сена 200 ц/га люцерна расходует около 6000-8000 м3/воды.

По данным полевых опытов, транспирационный коэффициент люцерны может быть принят равным 700-900 мм (В. Н. Степанов, 1965.)

Средний урожай сена люцерны сорта Синяя гибридная на Урус-Мартановском госсортучастке Чеченской республики составил 160 ц/га. Агротехнический фон был общий для всех испытываемых культур.

Из таблицы 14 следует, что средние показатели содержания ионов в конденсатах, полученных над растениями люцерны, имели следующие значения (мг/л): – 0.30, – 0.10, – 0.38, – 0.32, – 0.20; – 0.60, – 0.44, – 1.70, – 0.12 и – 0.04. Сумма катионов, как видно из приведенных данных, была равна 1.30, анионов – 2.90 и всех ионов – 4.20 мг/л.

Из катионов в наименьшем количестве мигрировали ионы калия. Среднее содержание их в конденсатах было равно 0.10 мг/л, что меньше, чем ионов натрия, в 3.8 раза. В отличие от других культур, в конденсатах, из катионов больше других содержалось ионы натрия. Из анионов в наибольшем количестве мигрировали гидрокарбонатные и меньше всех – дигидрофосфатные ионы.

Учитывая, что при выращивании люцерны на сено проводят несколько поливов и скашивании, которые периодически изменяют испарение, можно считать, что при валовом расходе воды 10тыс. м3 на долю растений приходится 60% и почвы – 40% этого количества (В. Н. Марченко, 1967). В результате потери катионов с парами воды из растений при транспирации выражались следующими величинами: – 1.80, – 0.60, – 2.28, – 1.92, – 1.20; анионы – 3.60, – 2.64, – 10.20, – 0.72 и – 0.24 за вегетацию. В сумме все ионы составляют 25,2кг/га, в том числе катионы – 7.8 и анионы – 17.4 кг/га.

Если учесть, что с поверхности почвы, не занятой растениями, при испарении также теряется в среднем 3,4 мг/л ионов и из нее испарилось 40% от валового расхода воды (4000 м3), то потери почвой составили 13.5 кг/га различных ионов/га за вегетационный период люцерны.

В итоге можно констатировать, что из почвы поля, занятого люцерной, за один год отчуждается в атмосферу с парами воды минеральных веществ до 38.7 кг/га, а при трехлетнем культивировании их количество может достигать 116 кг/га.

При хранении сочных плодов и корнеплодов происходят потери в весе, и их химический состав меняется. Вследствие протекающих в корнеклубнеплодах физиологических процессов в них происходят (в течение всего периода хранения) потери питательных веществ. Решающее влияние на величину потерь оказывает испарение ими воды, врезультате чего ткани подсушеваются и увядают.

Проведенные исследования с плодами овощных культур также показали, что из них с испаряющейся водой мигрируют те же ионы, что и с транспирационными парами из вегетирующих растений, и почти в одинаковых соотношениях и количестве. Некоторая разница наблюдается в том, что в парах воды, испаряющейся из плодов огурцов и корнеплодов свеклы, содержится меньше магния, чем в транспирационных парах этихкультур.

ВЫВОДЫ

1. Эвапорация и транспирация является важным звеном солевого обмена веществ в природе через атмосферу, поскольку пары воды представляют собой не дистиллят, а молекулярные или ионные растворы.

2. В результате эвапорации удобренная почва теряетионы аммония в большей степени, чем неудобренная. Потери почвой аммонийных удобрений зависят от природы анионов, входящих в состав солей. Нитратные соли аммония теряют катионы слабее, чем сульфатные.

3. Конденсаты и эвапорации транспирации растений представляют собой сложные дисперсные системы, содержащие различные ионы. Их количество на протяжении вегетационного периода под действием ряда факторов среды, а также биологических особенностей растений колеблется. Так, суммарное количество ионов в конденсатах транспирации разных культур в среднем составляло 2,12–5,60 мг/л. В конденсатах эвапорационных паров общее содержание ионов без полива составляло 1,89–3,88, после внесения азотных удобрений с заделкой их в почву и последующим поливом – 3,67–5,49. При поверхностном удобрении с таким же увлажнением – 5,82–40,42 мг/л. В последнем случае большая потеря минеральных веществ наблюдалась в мае при высокой температуре, а малая – при похолодании в конце октября.

4. В процессе вегетации овощные культуры с транспирационными парами теряют катионы в атмосферу в следующем убывающем порядке (в среднем): >>>>, в сумме - 0,60–2,50 мг/л и анионы: > > > > > в сумме - 1,63–3,72 мг/л.

5. По возрастанию среднего количества теряемых ионов полевые культуры располагаются в следующем порядке (мг/л): лук – 2,12; капуста – 2,52; озимая пшеница – 2,82; томаты и огурцы соответственно 2,89–2,94; подсолнечник – 3,06; кормовая свекла – 3,59; люцерна на богаре – 3,87; кукуруза – 3,91; сахарная свекла – 4,05; люцерна при орошении – 4,20; соя – 4,80; озимый ячмень – 5,10 и озимая пшеница после полива – 5,60 мг/л. При учете затраченной воды на выращивание урожая и по количеству теряемых минеральных веществ указанные выше культуры располагаются в таком же порядке.

6. После сбора урожая, в процессе его хранения, также наблюдаются потери не только воды, но и минеральных веществ, в частности, соотношение ионов в плодах овощных культур почти такое же, что и в транспирационных парах, выделяемых растениями во время вегетации. Из этого следует, что содержание минеральных солей в сухом веществе ниже, чем в свежесобранном урожае, особенно высокооводненных плодов.

7. Химический состав конденсатов свидетельствует об изменении количественного соотношения отдельных ионов в конденсатах в сравнении с их содержанием в растении. В частности, отмечено относительное увеличение ионов натрия, концентрация которых в конденсатах испарения значительно превышает концентрацию ионов калия. Избирательный переход ионов натрия объясним с точки зрения теории натриевого «насоса» и биологической избирательности растений. Кроме этого количество данного элемента в поливной воде гораздо выше, чем других ионов.

8. Поверхностное внесение азотных удобрений приводит к большим потерям азота в виде аммиака и нитратного азота, чем при заделке в почву. Для лучшего сохранения азота аммиачные удобрения следует вносить с обязательной заделкой в почву. Под пропашные культуры удобрения лучше вносить не по всему полю, а локально, с целью более полного их использования растениями.

9. При расчете баланса элементов потери ионов не учитываются как расходная часть питательных веществ. Данные исследования могут быть использованы для конкретного суждения о балансе минеральных веществ, потребляемых растениями из почвы в процессе вегетации.

10. Исследование биологического круговорота дает возможность для прогнозирования баланса питательных веществ и их миграции в системе: атмосферные осадки – почва – растение. Они позволяют учитывать потери ионов почвой и растениями с парами воды, что является важным компонентом круговорота, который до сих пор не принимали во внимание. Накопление и анализ данных по этому вопросу помогут разработать мероприятия по рациональному использованию удобрений, а также иметь более глубокое представление о солевом обмене в природе.

11. При программировании продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо учитывать эвапотранспирационные потери питательных веществ из почвы и удобрений с учетом особенностей форм азота.

12. Вынос ионов из почвы без растений при эвапорации не компенсируется приносом их с атмосферными осадками, разница составляет: 14,5 кг/га – 9,0 кг/га = 5,5 кг/га. На конкретных полях, занятых культурными растениями, она имеет различные значения. Например, на луковичном поле (наименьшая миграция ионов): 13 кг/га – 9 кг/га = 4 кг/га; на озимой пшенице (наибольшая миграция ионов): 28 кг/га – 9 кг/га = 19 кг/га.

13. потери ионов в орошаемом земледелии в процессах эвапотранспирации должны учитываться при разработке доз минеральных удобрений под планируемые урожаи сельскохозяйственных культур.

Список использованной литературы

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Гехаев Т. Я. Изучение миграции ионов из почвы и растений в целях геосистемного мониторинга, Труды ГГНИ. Вып. 1. Грозный, 2001. С. 80-81.
  2. Гехаев Т. Я. Исследование конденсатов эвапотранспирации с поля озимого ячменя в целях природохозяйственного (геосистемного) мониторинга. Грозный, 2001. Чеченский государственный педагогический институт. Мезвузовская научно-практическая конференция. Материалы конференции. С. 119–120.
  3. Техаев Т.Я. Миграция ионов из растений кормовай свеклы при транспирации. Там же. С.121-123.
  4. Гехаев Т.Я.Потери Элементов питания при транспирации. Труды ГГНИ Выпуск № 1 грозный, 2001. С82-83
  5. Веселяева Л.С., Гехаев Т.Я. Изучение миграции ионов из почв и растений в целях мониторинга. Грозный 2001. Мезвузовская научно-практическая конференция. Материалы конференции. С.123-124.
  6. Гехаев Т. Я. Исследование конденсатов транспирации и эвапорации в целях геосистемного мониторинга. Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий. Казанский государственный педагогический университет. Казань, 2002, с. 34–36.
  7. Гехаев Т. Я. Изучение миграции ионов с поля сахарной свеклы в целях мониторинга. ГГНИ, Грозный, 2003. Всероссийская научно-практическая конференция «Наука, образование и производство». Материалы конф. С. 52-53
  8. Гехаев Т. Я. Исследование конденсатов транспирации растений подсолнечника в целях мониторинга. ГГНИ, Грозный, 2003. Всероссийская научно-практическая конференция «Наука, образование и производство». Материалы конф. С. 51–52.
  9. Гехаев Т. Я. Исследование конденсатов эвапорации и транспирации в целях природохозяйственного мониторинга. Труды ГГНИ, Грозный, 2003. С. 28–30
  10. Гехаев Т. Я. О миграции веществ в природе. Труды ГГНИ, вып.4, 2004. С. 34-37.
  11. Гехаев Т. Я. К вопросу о биогенном круговороте веществ в природе. Труды ГГНИ, вып. №4. 2004, С. 27-29.
  12. Гехаев Т. Я. Эвапотранспирация как фактор аэральной миграции ионов. Труды ГГНИ, вып. № 4, 2004. С. 30–33.
  13. Гехаев Т. Я. Аэральная миграция ионов при транспирации. Материалы V Северо-Кавказской региональной конференции. «Студенческая наука – экологии России», Владикавказ. Изд-во СКГСМИ «Терек», 2005. С. 116 – 120.
  14. Гехаев Т. Я. Переход ионов из растений в атмосферу при испарении. // Плодородие. 2005. № 2. С. 15–16.
  15. Гехаев Т. Я. Транспирация как фактор минерального питания растений. Проблемы производства продукции растениеводства на мелиорированных землях. Сборник научных трудов по материалам Международной конференции. Ставрополь. «Агрус», 2005. С. 296–299.
  16. Гехаев Т. Я. Мониторинг биогенной миграции ионов в природе. // Плодородие, 2005. №5. С. 18.
  17. Гехаев Т.Я., Асхабова З.С., Исмайлова М.С. Миграция ионов в фитоценозах. Материалы межвузовской студенческой научно-практической конференции. Грозный, 2005. с. 41–43.
  18. Гехаев Т.Я., Батуева Р.М., Седиева М.Б. Потери питательных веществ растениями при транспирации. Там же, с. 56–59.
  19. Гехаев Т.Я., Исаева П.А., Ковраева Л.Х. Анализ конденсатов звапотранспирации. Там же, с. 134–137.
  20. Гехаев Т.Я., Сангириева Л.И., Гулаева М.А. Миграция ионов в агроэкосистемах. Там же, с. 166-167.
  21. Гехаев Т.Я., Мусаева Э.М., Эльдербиева П.Х. Исследование агроэкосистем в целях мониторинга. Там же, с. 168-171.
  22. Гехаев Т. Я. Анализ конденсатов транспирации растений кукурузы в целях экологического мониторинга. // Агрохимия, 2006, №4, с. 62–65.
  23. Гехаев Т. Я. Миграция ионов в природе, существенная для мониторинга. Там же, изд-во СКГМИ «Терек», 2005. С. 114–116.
  24. Гехаев Т. Я. Миграция ионов в агроэкосистемах. // Плодородие, №3, 2006. С.14-15.
  25. Гехаев Т. Я. Содержание ионов в конденсатах эвапотранспирации с поля озимой пщеницы. //Известия МСХА, вып.№2. 2006, С. 109-112.
  26. Гехаев Т. Я. Содержание ионов минеральных питательных веществ в конденсатах эвапотранспирации. Доклады Российской академии с.-х. наук, №2. 2006 С. 20-22.
  27. Гехаев Т.Я., Остриков Н.В. Анализ конденсатов транспирационных паров культурных растений. Материалы Всероссийской научно-практической конф. «Наука, образование и производство», Грозный 2006, с. 50–53.
  28. Гехаев Т. Я. Изучение миграции ионов в природе в целях мониторинга. Вестник ин-та проблем образования и науки Чеченской республики. Вып. № 4. Грозный, 2006. С. 81–83.
  29. Гехаев Т.Я., Остриков Н.В. Переход ионов из почвы в атмосферу при эвапотранспирации. Там же, с. 78–81.
  30. Гехаев Т.Я. О миграции ионов из почвы при испарении.Там же, с. 54–60.
  31. Гехаев Т. Я. Изучение биогенной миграции веществ в фитоценозе люцерны. // Агрохимия, 2007, №3, С.57-60.
  32. Гехаев Т. Я. Абиогенная миграция ионов из почвы в атмосферу при внесении азотных удобрений. // Агрохимия, № 4, 2007, С. 51–54.
  33. Гехаев Т. Я. Изучение миграции веществ при эвапотранспирации культурных растений для целей гиосистемного мониторинга. Вестник ЧГУ, вып. № 1, 2007, С. 111–114.
  34. Гехаев Т.Я., Остриков Н.В. Миграция ионов из почвы при транспирации. Сборник материалов республиканской научно-практической конф., посвященной 60-летию ЧГНИИСХ. Грозный, 2007, С. 66–70.
  35. Гехаев Т.Я., Остриков Н.В. Мониторинг круговорота веществ в земледелии. Сборник материалов республиканской научно-практической конф., посвященной 60-летию ЧГНИИСХ. Грозный, 2007, С. 70–72.

Подписано в печать __.___.2007. Формат 60х841/16.

Гарнитура «Times». Печать офсетная.

Усл. п.л. 0,00. Уч.-изд. л. 0,0

Заказ __. Тираж 100.

Отпечатано в типографии ООО «Лотос»

367000, г. Махачкала, ул. Пушкина, 6



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.