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.
Кількість поглинутих рослинами елементів живлення не завжди відображає реальну потребу в них. Процеси поглинання і засвоєння елементів залежать від синергетично-антагоністичних взаємодій між ними. Тому методи діагностики живлення рослин, які базуються на хімічному аналізі вмісту елементів у тканинах, не завжди дають об’єктивну інформацію. Крім того, такі методи часто потребують значних витрат 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 й їхню участь в метаболізмі [1, 4, 5].
Відомо, що фотосинтетична функція рослин 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].
Функціональні методи діагностики дозволяють визначити не вміст того чи іншого елемента живлення, а потребу рослин у ньому. Цю потребу можна оцінити, контролюючи інтенсивність фізіолого-біохімічних процесів [1]. Зелені рослини перетворюють енергію сонячного світла в енергію органічних сполук, і відбувається цей процес у хлоропластах. Ці органели рослинної клітини можна виділити і деякий час підтримувати в 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. Плєшковим 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. При проведенні аналізу 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 щільність розчину (D1). Потім кювету освітлюють, в результаті чого молекула хлорофілу приходить в активний стан і активізуються процеси фотосинтезу. Під час освітлення барвник, у результаті проходження фотохімічних реакцій, відновлюється з утворенням безбарвної сполуки, що фіксують за зміною оптичної щільності (D2). Фотохімічна активність хлоропластів виражається різницею D1 – D2. Те ж саме повторюють, але із додаванням до суспензії хлоропластів певного елемента живлення [3].
Підвищення фотохімічної активності суспензії хлоропластів, порівняно з контролем (без додавання елементів), вказує на дефіцит елемента, зниження – на надлишок, і за активності, однакової з контролем, – про його оптимальну концентрацію в поживному середовищі. Поряд із діагностикою живлення метод дозволяє своєчасно встановити наявність стресового стану рослин до появи зовнішніх ознак, за змінами 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 розташована 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 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 найбільший агрохімічний і економічний ефект за роздрібного внесення. Площа облікової ділянки – 25м2, повторність досліду 3-разова. Вносили добрива аміачну селітру, суперфосфат простий гранульований, калій хлористий у передпосівне удобрення.
Функціональну діагностику було проведено у фазу 5-6 листків, коли рекомендується проведення підживлення рослин, оскільки саме в цю фазу відбувається закладання репродуктивних органів – волоті й початку. Результати інтерпретувалися за наступними критеріями: підвищення фотохімічної активності хлоропластів, порівняно з контролем, менше як на 10% не вказує на потребу в 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 із 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 встановлена у варіанті максимальної дози азоту N360, що є проявом синергізму між азотом і сіркою.
Дефіцит калію у 2011 р. проявлявся за внесення високих норм азоту. Для рослин кукурудзи важливе співвідношення між калієм і азотом – співвідношення між ними повинне становити близько 1/1 – 1/2. За істотного підвищення норми азоту співвідношення звужується, що призводить до прояву дефіциту. Проте, у 2012 р. ситуація складалась інакше: дефіцит калію був виявлений навіть у варіанті з внесенням фосфорно-калійних добрив.
Дефіцит магнію у окремих варіантах можна пояснити антагонізмом між магнієм і кальцієм, адже ґрунт – карбонатний.
Характерним є те, що підвищення норми азоту збільшується дефіцит мікроелементів. Мікроелементи, як відомо, є активаторами ферментів, зокрема таких що беруть участь в метаболізмі азоту. Очевидно, за підвищення норми останнього кількості мікроелементів недостатньо для проходження нормального метаболізму. Проте, у 2012 р. дефіцит окремих мікроелементів був виявлений і у варіантах із низькими дозами азоту. До того ж, є відмінність і у наборі дефіцитних мікроелементів.
Вищезазначене дозволяє стверджувати, що прояв дефіциту кожного елемента має унікальний характер і залежить від ряду факторів, зокрема антагоністично-синергетичної взаємодії між елементами. Використання функціональної діагностики дозволяє досить швидко (упродовж 1 години) визначити потребу рослин у 14 макро- і мікроелементах, проте поширювати результати її на інші ділянки та інші часові відрізки не коректно. Проводити таку діагностику необхідно для встановлення потреби в підживленні в конкретному випадку. На наш погляд, використання функціональної діагностики потребує усвідомлення складності взаємодії між іонами при надходженні їх у рослину, а інтерпретація результатів потребує ґрунтовних знань з фізіології живлення рослин, а в окремих випадках - поєднання з іншими методами діагностики.
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.
4. Binford G.D. Relationships between corn yields and soil nitrate in late spring / G.D. Binford // Agron. J. – 1992. – Vol. 84. – P. 53–59.
5. Coury L. Conductance measurements. Part 1: Theory / Lou Coury // Current Separations. – 1999. – Vol. 18:3. – P. 91–96.
Стаття відправлена: 28.02.2014г.
© Логінова І.В., Пасічник Н.А.