ФУНКЦІОНАЛЬНА ДІАГНОСТИКА – СУЧАСНИЙ МЕТОД ДІАГНОСТИКИ ЖИВЛЕННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР
Анотація. У роботі відображені результати функціональної діагностики, проведеної у посівах кукурудзи на зерно на лучно-чорноземному карбонатному ґрунті. Зазначені переваги й складнощі у використанні цього виду діагностики.
Ключові слова: функціональна діагностика живлення рослин, фотохімічна активність хлоропластів, кукурудза.
Abstract. The results of functional diagnosis of corn nutrition on meadow-chernozemic calcareous soil are showed. The advantages and complications of application of this type of diagnosis are mentioned.
Key words: functional diagnosis of plant nutrition, chloroplast photochemical activity, corn.
Поглинання тих чи інших елементів живлення рослинами не завжди відображає їх реальну в них потребу. До того ж, процеси поглинання і засвоєння елементів залежать від наявних синергетично-антагоністичних взаємодій між ними. Тому методи діагностики живлення рослин, які базуються на хімічному аналізі вмісту елементів в тканинах, не завжди дають можливість отримати об’єктивну інформацію. Часто ці методи потребують значної витрати часу, що обмежує можливість швидкого прийняття рішень про необхідність коригування живлення рослин. Тому увагу вчених і виробників привертають методи, які дозволяють врахувати природу взаємодії елементів живлення між собою на всіх етапах надходження в рослину і їх участь в метаболізмі [1].
Функціональні методи діагностики дозволяють визначити не вміст того чи іншого елементу живлення, а потребу рослин в ньому. Цю потребу можна оцінити, контролюючи інтенсивність фізіолого-біохімічних процесів [1].
Відомо, що фотосинтетична функція багато в чому залежить від процесів росту і розвитку рослини. З одного боку, фотосинтетична активність підглядає ендогенній регуляції (гормональній і метаболічній), з іншого – фотосинтетичний апарат є лабільною системою, яка реагує на зміни зовнішніх факторів, що призводить до змін інтенсивності його функціонування [2].
Зелені рослини перетворюють енергію сонячного світла в органічні речовини, і відбувається цей процес в хлоропластах. Ці органели рослинної клітини можна виділити і деякий час підтримувати у живому стані (до 1 год.). При цьому, якщо рослина потребує якогось елементу, то і хлоропласти також відчувають у ньому потребу і мають знижену активність. При додаванні цього елементу хлоропласти збільшують свою активність, що може бути зафіксоване за допомогою вимірювальних пристроїв [3].
О.С. Плешковим і Б.А. Ягодіним (1982) був розроблений принцип діагностики живлення рослин за визначенням фотохімічної активності хлоропластів. Метод базується на зміні фотохімічної активності суспензії хлоропластів листків діагностованих рослин без додавання елементу, а потім – з додаванням цього елементу.
Проведення аналізу полягає в тому, що із середньої проби листків вилучають хлоропласти. Певний об’єм суспензії хлоропластів приливають у кювету фотоколориметра, додають барвник синього кольору 2,6-дихлорфеноліндофенол (2,6-ДХФІФ) і визначають оптичну густину розчину (D1). Потім кювету освітлюють, в результаті чого молекула хлорофілу приходить в активний стан і активізуються процеси фотосинтезу. Під час освітлення барвник в результаті проходження фотохімічних реакцій відновлюється з утворенням безбарвної сполуки, що фіксують за зміною оптичної густини (D2). Фотохімічна активність хлоропластів являє собою різницю D1 – D2. Те ж саме повторюють, але із додаванням до суспензії хлоропластів певного елементу живлення [3].
У випадку підвищення фотохімічної активності суспензії хлоропластів порівняно із контролем (без додавання елементів) роблять висновок про необхідність елементу, при зниженні – про надлишок, і за активності, однакової з контролем, – про його оптимальну концентрацію в поживному середовищі [3].
Поряд із діагностикою живлення метод дозволяє своєчасно встановити наявність стресового стану у рослин ще до того, як почали з’являтись зовнішні ознаки, але уже відбулись зміни фізіолого-біохімічних процесів [3].
У 2011-2012 рр. нами був апробований метод функціональної діагностики у посівах кукурудзи на зерно у мікропольовому досліді, закладеному на лучно-чорноземному карбонатному ґрунті. Ділянка розміщена в Київській області (50°05´північної широти та 30°12´східної довготи) в зоні Лісостепу України. Дослід передбачав вивчення впливу зростаючих норм азотних добрив на фоні однакового фону фосфорно-калійного удобрення за схемою: 1) Без добрив (контроль); 2) Р90К90 (фон); 3) Фон + N60; 4) Фон + N120; 5) Фон + N180; 6) Фон + N240; 7) Фон + N360. У 2012 році до схеми було додано варіант 4а) Фон + N120 + N60, у якому 60 кг/га азоту було внесено у вигляді аміачної селітри у кореневе підживлення у фазу 4 листків. Введення додаткового варіанту було необхідне, аби перевірити ефективність норми азоту 180 кг/га (яка у 2011 р. показала найкращий агрохімічний і економічний ефект) при її роздрібному внесенні.
Функціональну діагностику було проведено у фазу 5 листків. Строк вибрано відповідно до того, що у фазу 5-6 листків рекомендується проведення підживлення рослин, оскільки цей час відповідає часу закладання елементів продуктивності (формуються волоть і початок).
Площа облікової ділянки – 25 м2, повторність досліду 3-разова. Вносили добрива аміачну селітру, суперфосфат простий гранульований, калій хлористий в передпосівне удобрення.
Під час інтерпретації результатів нами були прийняті наступні критерії: підвищення фотохімічної активності хлоропластів порівняно з контролем на значення менше за 10% вважали за таке, коли немає потреби у додатковому внесенні елементу; за значень від 10 до 20% – низька потреба (Н), від 20 до 50% – середня потреба (С) і більше 50% – висока потреба (В) в добривах.
У 2011 році отримані дані (табл. 1), які засвідчують наявність дефіциту кальцію майже в усіх варіантах досліду. Проте, обґрунтованого пояснення цьому явищу ми не знайшли, адже ґрунт дослідної ділянки є лучно-чорноземним карбонатним і сумнівно очікувати нестачу кальцію за таких умов. У 2012 р. (табл. 2) також зафіксований середній дефіцит кальцію у варіантах з високими нормами азотних добрив.
Таблиця 1
Результати функціональної діагностики, 2011 р.
Варіант | N | P | S | K | Ca | Mg | B | Cu | Zn | Mn | Fe | Mo | Co | I |
Без добрив (К*) | – | – | – | – | Н | Н | – | – | – | – | – | – | – | – |
Р90К90 (фон) | Н | – | – | С | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
Фон + N60 | – | – | – | – | В | Н | – | – | – | – | – | – | – | – |
Фон + N120 | – | – | – | – | С | – | Н | – | – | – | – | – | – | – |
Фон + N180 | – | – | – | – | С | С | – | С | – | – | – | – | – | – |
Фон + N240 | – | – | – | С | Н | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
Фон + N360 | – | – | – | С | С | – | – | – | С | В | С | Н | – | – |
К* – контроль, (–) – зниження фотохімічної активності хлоропластів, надлишок чи оптимальна кількість елементу; Н – низька потреба в добривах, С – середня потреба в добривах, В – висока потреба в добривах.
Низьку потребу в азоті виявили в обидва роки у варіанті внесення фосфорно-калійних добрив, що пояснюється тісним синергізмом, який існує між іонами азоту і фосфору. За внесення азотних добрив навіть у половинній нормі (N60)дефіциту вже не відзначали.
Фосфоромрослини були забезпечені у 2011 році в усіх варіантах досліду. Однак, у 2012 році відмічена низька потреба у фосфорі у контрольному варіанті та висока потреба у варіанті з проведеним кореневим підживленням азотом. Останнє стає зрозумілим, виходячи з того, що азот і фосфор у рослині вступають у синергетичні взаємодії, і внесена у передпосівне удобрення кількість фосфору виявляється недостатньою для засвоєння додаткового азоту.
Таблиця 2
Результати функціональної діагностики, 2012 р.
Варіант | N | P | S | K | Ca | Mg | B | Cu | Zn | Mn | Fe | Mo | Co | I |
Без добрив (К*) | – | Н | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
Р90К90 (фон) | Н | – | – | С | – | – | – | С | – | В | – | – | – | С |
Фон + N60 | – | – | Н | – | – | – | – | – | Н | С | С | – | – | – |
Фон + N120 | – | – | – | – | – | – | – | С | С | С | – | – | – | – |
Фон + N180 | – | – | – | Н | С | В | – | В | С | С | – | – | – | – |
Фон + N120+N60 | – | В | – | С | С | – | С | Н | – | – | – | – | С | С |
Фон + N240 | – | – | Н | – | – | – | – | С | – | – | С | – | – | – |
Фон + N360 | – | – | В | – | С | – | – | – | – | – | Н | – | В | С |
Дефіциту сірки у 2011 р. виявлено не було, тоді як у 2012 р. відмічений дефіцит у окремих варіантах: висока потреба в сірці встановлена у варіанті максимальної дози азоту N360, що є проявом синергізму між азотом і сіркою.
Дефіцит калію у 2011 р. проявився за внесення високих норм азоту. Адже, відомо про взаємодію калію і азоту: співвідношення між ними повинно становити близько 1/1 – 1/2. За істотного підвищення норми внесеного азоту співвідношення знижується, що призводить до прояву дефіциту. Проте, у 2012 р. ситуація складалась інакше: дефіцит калію був виявлений навіть у варіанті внесення фосфорно-калійних добрив.
Дефіцит магнію у деяких варіантах можна пояснити антагонізмом, що існує між магнієм і кальцієм, адже ґрунт – карбонатний.
Характерним є те, що із зростанням норм азоту ми почали відзначати дефіцит мікроелементів, який у 2011 р. яскраво проявився за внесення найбільшої кількості азотних добрив. Адже, відомо про те, що мікроелементи є активаторами ферментів, зокрема тих, що приймають участь у метаболізмі азоту. За підвищення його норм кількості мікроелементів виявляється недостатньо для проходження нормального метаболізму.
Проте, у 2012 р. дефіцит окремих мікроелементів був виявлений і у варіантах з низькими дозами азоту. До того ж є відмінність і у наборі дефіцитних мікроелементів.
Усе вища зазначене наводить нас на думку про те, що прояв дефіциту того чи іншого елементу носить унікальний характер і залежить від низки факторів, як то погодні умови року, характеристики ґрунту конкретної ділянки, стан рослин, антагоністично-синергетичні взаємодії між елементами як при надходженні в рослину, так і при їх мобілізації всередині рослини, тощо. Поширювати результати функціональної діагностики на інші ділянки та інші часові відрізки не коректно. Проводити функціональну діагностику необхідно кожного разу перед тим, як вирішується питання про підживлення рослин, а проміжок часу між діагностикою і прийманням рішення щодо удобрення повинен бути якнайменшим.
Отже, використання функціональної діагностики дозволяє досить швидко (упродовж 1 години) визначити потребу рослин у 14 макро- і мікроелементах. На ринку представлені декілька подібних приладів функціональної діагностики вітчизняного і російського виробництва. Також ряд російських і українських компаній пропонує послугу з проведення функціональної експрес-діагностики.
Проте, на наш погляд, використання цього методу діагностики потребує усвідомлення складності взаємодії між іонами при надходженні їх у рослину і може бути коректно використаний лише у поєднанні з іншими методами діагностики та ґрунтовними знаннями з фізіології живлення рослин.
Література:
1. Агрохимия / [Б.А. Ягодин, П.М. Смирнов, А.В. Петербургский и др.]: под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Агропромиздат, 1989. – 639 с.
2. Большой практикум по физиологии растений / [В.Ф. Гавриленко, М.Е. Ладыгина и др.]. – М: ВШ, 1975. – 392 с.
3. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур: Справочник / В.В. Церлинг. – М.: Агропромиздат, 1990. – 235 с.
Стаття відправлена: 28.02.2014г.
© Логінова І.В., Пасічник Н.А.