Оперативная диагностика питания растений

Министерство образования и науки

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное 

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

О. А. Бирюкова, И. И. Ельников, В. С. Крыщенко

ОПЕРАТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА 

ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2010

УДК 58.01/07
ББК 44

Б 64

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Южного федерального университета

Рецензенты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Агафонов Е. В.;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бельтюков Л. П.

Монография подготовлена и издана  в рамках национального проекта 

«Образование» по «Программе развития федерального государственного 
образовательного учреждения высшего профессионального образования 

«Южный федеральный университет» на 2007–2010 гг.»

Бирюкова О. А., Ельников И. И., Крыщенко В. С.

Б 64
Оперативная диагностика питания растений / О. А. Бирюкова,  

И. И. Ельников В.С. Крыщенко. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2010. –
168 с.

ISBN 978-5-9275-0764-1

В монографии рассматриваются основные современные направления 

почвенно-растительной диагностики в эколого-агрохимических исследованиях. Впервые использован  многоэлементный анализ растений  и новые методы его интерпретации. Разработана комплексная 
система критериев диагностики минерального питания растений, 
включающая агрохимические показатели эффективного плодородия 
почв, содержание и соотношение химических элементов в растениях. 
Разработана концепция оперативной сортовой диагностики питания 
растений для выявления их адаптивного потенциала  и ускоренного 
отбора лучших генотипов. На примере опытных данных с озимой 
пшеницей, сорго, кукурузой проведена оценка соответствия  агрохимических показателей  плодородия почв требованиям выращиваемых 
культур.  

Книга предназначена для специалистов в области агрохимии, агро
номии, экологии, почвоведения, охраны окружающей среды и смежных областей знаний, а также студентов и аспирантов. 

ISBN 978-5-9275-0764-1

УДК 58.01/07
ББК 44

© Бирюкова О. А., Ельников И. И., Крыщенко В. С., 2010
© Южный федеральный университет, 2010
© Оформление.Макет. Издательство 

Южного федерального университета, 2010

Оглавление

Введение………………………………………………………...
5

Часть 1. Теоретические и методологические предпосылки 

диагностики питания растений………………............
7

1.1. Развитие исследований по диагностике питания 

растений………………………………………………….
7

1.2. Методы диагностики питания растений…………………
14

1.3. Интегрированные системы диагностики – новое 

направление в почвенно-агрохимических 
исследованиях………………………………………….…
21

1.4. Характеристика черноземов обыкновенных 

карбонатных………………………………………….……
26

1.5. Методика проведения полевых опытов и методы 

исследований………………………………………………
30

Часть 2. Результаты полевых  и экспериментальных 

исследований………………………………………..
34

2.1. Диагностика минерального питания сорго………….…...
34

2.1.1. Значение сорго…………………………………………..
34

2.1.2. Диагностика сортовых различий минерального 

питания сорго………………………………………..…
35

2.1.2.1. Биометрическая диагностика……………….……….
35

2.1.2.2. Многоэлементная диагностика……………………….
39

2.1.3. Влияние химических свойств почвы на 

сбалансированность питания сорго макрои микроэлементами….……………………………..…
53

2.1.3.1. Содержание подвижного фосфора и обменного 

калия…………………………………………………. 
53

2.1.3.2. Содержание карбонатов………………………………
59

2.1.4. Диагностика  качества урожая сорго по показателям 

сбалансированности……………………….…………...
64

2.1.5. Прогнозирование  химического состава зерна сорго 

с применением многоэлементной диагностики………
74

2.2. Диагностика минерального питания кукурузы………….
86

2.2.1. Значение кукурузы…………………….………………
86

2.2.2. Биометрическая диагностика питания разных сортов 

и гибридов кукурузы……………………………….….
89

2.2.3. Химическая диагностика минерального питания 

кукурузы………………………………………………...
98

2.2.4. Диагностика  продуктивности и качества урожая 

кукурузы  по показателям сбалансированности………
103

2.3. Диагностика минерального питания озимой 

пшеницы………………………………………….……….
113

2.3.1. Значение озимой пшеницы……………………………
113

2.3.2. Прогнозирование продуктивности озимой пшеницы 

с применением многоэлементной диагностики………..
114

2.3.3. Прогнозирование качества урожая зерна озимой 

пшеницы………………………………………………...
126

2.3.4. Прогнозирование оптимального содержания  фосфора 

при возделывании озимой пшеницы…………………
129

Литература……………………………………………………
136

Приложение…………………………………………………….
162

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших составляющих национальной безо
пасности любого государства является качество жизни населения, 
которое напрямую связано с безопасностью его питания. Необходимость увеличения доли экологически чистой, сбалансированной  по химическому составу  продукции в общем ее производстве декларируется в настоящее время даже на правительственном 
уровне, но, как это ни странно, до сих пор отсутствует научное 
обеспечение экологических систем земледелия и применение для 
этих целей методов почвенно-растительной диагностики.

В настоящее время приняты концепция и программа госу
дарственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения (распоряжение Правительства РФ от 30 июля 2010 г.1). В 
указанных документах определена стратегия организации государственного почвенно-экологического мониторинга с использованием информационных технологий. Одна  из основных задач 
предусматривает постоянный мониторинг состояния агроценозов 
и качества растительной продукции.

Обеспечить  население страны  собственными  безопасными  

и качественными  продуктами питания возможно лишь при возделывании сельскохозяйственных культур на плодородных почвах и 
использовании новых агрохимических технологий, обеспечивающих сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами.  Получение высококачественной растительной продукции 
осложняется широким распространением деградационных изменений почв, снижением уровня применения удобрений и загрязнением окружающей среды. В последние десятилетия основное 
внимание агрохимиков и  агроэкологов было обращено на изучение вопросов загрязнения тяжелыми металлами почв и растительной продукции. Не менее важной, чем опасность избыточного поступления тяжелых металлов в рационы питания животных и человека, вновь оказалась проблема дефицита биологически необходимых микроэлементов. Сегодня в России примерно 40 % населе
1 www.mcx.ru

ния страны испытывают недостаток не только белка, но и кальция, 
и микроэлементов, а также цинка, меди и йода. Поэтому требуются новые исследования по изучению взаимосвязи растений и почв, 
более полно учитывающие реакции растений на изменения почвенных условий. Кроме того, агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур по их отношению к свойствам почв является основной предпосылкой адаптивного земледелия, приоритетность которого признана во всем мире.

Элементный химический состав растений – один из важ
нейших показателей качества растительной продукции и, соответственно, эффективности используемых технологий их выращивания. Это ставит задачу по разработке методов его контроля.

Анализ растений как метод диагностики их питания и эф
фективности удобрений применяется практически во всех странах 
мира.  Обзор о проведенных исследованиях по растительной диагностике можно найти в работах российских ученых: Д. А. Сабинина,  Д. Н. Прянишникова, З. Н. Журбицкого, К .П. Магницкого, В. В. Церлинг, Г. Я. Ринькиса, Ю. И. Ермохина, Г. М. Семенюк, Б. А. Ягодина, Н. К. Болдырева и др. Аналогичные исследования проведены  за рубежом (W. B. Anderson, S. K. Khattari, E. R. 
Beaufils, W.Thomas,  M. E. Sumner et al.).

Традиционные методы почвенно-растительной диагнос
тики – сугубо эмпирические методы, не позволяющие вести экологический контроль питания растений по большому числу элементов. Особенностью современного этапа в развитии методов 
почвенно-растительной диагностики является переход от малоэлементной к многоэлементной системе питания растений и плодородия почв.

В условиях юга России методические и экспериментальные 

исследования в этом направлении впервые проведены  на кафедре 
почвоведения и агрохимии Южного федерального университета
совместно с Почвенным институтом им. В. В. Докучаева. Основные результаты этих исследований представлены  в  монографии 
«Оперативная диагностика питания растений».

ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ 

ПРЕДПОСЫЛКИ ДИАГНОСТИКИ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ

1.1. Развитие исследований по диагностике питания

растений

Почвенно-растительная диагностика (ПРД) – это научное 

направление агрохимии и агропочвоведения, основной целью которого является выявление по показателям минерального питания 
растений факторов, лимитирующих величину урожая и его качество. На современном этапе это также один из эффективных методов биоиндикации состояния плодородия почв и растений и его 
изменения под влиянием различных воздействий, в том числе загрязнения окружающей среды и деградации почв. Результаты 
ПРД необходимы для решения важнейших практических задач 
земледелия по регулированию плодородия почв, а также для разработки фундаментальных проблем, связанных с рациональным 
природопользованием, охраной окружающей среды, сохранением 
биоразнообразия и устойчивости экосистем. В зависимости от целей, задач и практического использования результатов диагностики в развитии исследований ПРД следует выделять два основных 
направления: агрохимическое (традиционное) и экологическое. 
Приоритетные задачи агрохимического направления ПРД – определение потребности растений в дополнительном питании, корректировка систем применения удобрений, диагностика величины 
и качества урожая и условий его формирования в течение вегетации. Теоретической и экспериментальной основой развития этого 
направления ПРД являются исследования по агрохимии почв и 
почвенного покрова, классификация типов почв, полевые опыты 
с удобрениями и исследования по физиологическим основам питания растений в течение вегетации. На первом этапе развития 
ПРД приоритетное значение имело аналитическое обеспечение 
почвенной диагностики. Для целей почвенной диагностики разработаны оригинальные методы, включающие способы отбора и 
подготовки к анализу почвенных образцов, методы химического 
анализа почв для определения эффективности удобрений, методику агрохимического картирования почв для научного обеспечения химизации земледелия (Агрохимическое картографирование.., 1962; Руководство.., 1964; Агрохимические методы.., 1975). 

Широкую известность получили и применяются до настоящего 
времени в прикладных и фундаментальных исследованиях разработанные в Почвенном институте агрохимические методы исследования фосфатного режима почв (Кирсанов, 1935; Аскинази, 
1941; Соколов, 1950; Гинзбург, 1981), методы определения различных форм азота почвы и его связи с минералогическим составом почв и другими факторами (Шконде, Королева, 1964; Королева и др., 1998). В Почвенном институте впервые были начаты 
изучение и оценка роли микропестроты почв в повышении эффективности удобрений и точности почвенной диагностики и 
разработаны методы учета влияния неоднородности свойств почв 
на эффективность удобрений (Соколов, 1947; Федоровский, 1978; 
Прохорова, 1984; Ельников, Кочетов, 1991; Прохорова, Фрид, 
1993; Фрид, 2002). Разработаны новые методические подходы к 
применению ионометрии в сочетании с методами функциональной диагностики питания растений по активности хлоропластов, 
что существенно расширяет возможности использования экспресс-диагностики плодородия почв и питания растений (Лыткин, Гребенников, 1998, 2000). Результаты исследований по агрохимии почв, проводимые под руководством Почвенного института в разных регионах бывшего СССР, обобщены в коллективной 
16-томной монографии под общим названием 
«Агрохимическая 

характеристика почв СССР» (1962 – 1976), и до настоящего времени содержат наиболее полные справочные сведения по агрохимическим особенностям почв пашни Российской Федерации и 
стран СНГ. На основе этих материалов под руководством чл.корр. АН СССР А. В. Соколова была разработана почвенноагрохимическая карта пахотных земель СССР и методом полевого опыта проведено уточнение географических закономерностей 
потребности разных типов почв в удобрениях в зональном и мередиальном направлении. Л. И. Кораблева (1969) выполнила фундаментальные исследования агрохимического состояния пойменных почв, что дало возможность разработать для целей диагностики группировки этих почв по содержанию подвижных форм 
питательных веществ и модели их плодородия. Работы Почвенного института по агрохимии почв и почвенной диагностике сыграли ведущую роль в планировании применения удобрений, а так

же в организации и научном обеспечении Государственной агрохимической службы страны, особенно на первом этапе ее становления. Кроме того, накопление и обобщение материалов о связи 
эффективности удобрений с типом и свойствами почв, а также их 
агрохимии, привело к  необходимости выявления оптимальных 
параметров свойств почв, а затем и к постановке фундаментальной 
проблемы по моделированию плодородия. Созданный в отделе агрохимии почв научный задел по определению оптимальных параметров свойств почв позволил в течение многих лет успешно вести 
координационную работу по этой проблеме на всесоюзном и международном уровнях. Разработаны общие принципы и методология определения оптимальных параметров свойств почв (Теоретические основы.., 1980 и др.) и моделей плодородия разных типов 
почв с агрономической интерпретацией их содержания (Шишов, 
Карманов, Дурманов, 1987; Шишов, Дурманов, 1985; Ельников, 
1985; Модели плодородия.., 1982). С 1991 г. начата периодическая 
публикация аннотаций информационных моделей плодородия, 
собранных в автоматизированном банке моделей плодородия 
«ПЛОМОД» (Фрид, Малахова, 1991 и др.).

Моделирование плодородия почв по большому числу поч
венных показателей вызывает необходимость повышения эффективности почвенной диагностики. Однако диагностика питания 
растений по стандартным параметрам (моделям, группировкам и 
т. д.) плодородия не обеспечивает из-за высокой вариации свойств 
почв и непостоянства их экологической роли в питании растений 
достаточного для производственных условий уровня надежности 
диагноза. Эталонизация критериев плодородия почв несовместима 
с научным обеспечением адаптивно-ландшафтных систем земледелия, где требуется высокая точность подбора культур к определенным почвенным условиям, а не их изменение под требование одной культуры, что характерно для интенсивного земледелия. Методами химического анализа почв, результаты которых вводятся в 
модель плодородия, невозможно определить реальную оптимальность всего корнеобитаемого слоя и реальный уровень экологической опасности его изменения под влиянием, например, загрязнения окружающей среды, так как химический анализ почвенных 
образцов характеризует только тот слой почвы, из которого они 

взяты. По современным данным, на доступность растениям питательных веществ почвы и удобрений существенное влияние 
оказывают не только свойства почв, но и сами растения, а также
специфические особенности видового их взаимодействия в агроценозах. Поэтому актуальной задачей в настоящее время является переход от разработки аутэкологических к синэкологическим
моделям плодородия, оптимальные параметры которых определяются не по реакции одного вида растений, а по продуктивности 
всего агрофитоценоза или культур севооборота. Совершенствование методов диагностики и оценки плодородия почв должно идти по пути сопряженного анализа почв и растений, т. е. на комплексной многофакторной основе. Развитие комплексного подхода к диагностике плодородия почв с использованием анализа растений в Почвенном институте стало возможным, благодаря интенсивным методическим исследованиям по растительной диагностике, которые были начаты еще в 1957 г. под руководством 
В. В. Церлинг. По В. В. Церлинг (1976), растительная диагностика – это «комплексное исследование изменений в ходе формирования урожая и в питании растений при одновременном учете условий выращивания и биологических особенностей сельскохозяйсвенных культур». В 1970 г. под редакцией В. В. Церлинг был 
издан первый сборник статей, обобщающий результаты исследований по применению методов растительной диагностики питания полевых, овощных, кормовых, садовых и лесных культур в 
разных районах бывшего СССР (Диагностика потребности.., 
1970). Для производства В. В. Церлинг в соавторстве с другими 
исследователями подготовила и издала методические рекомендации по выявлению потребности в удобрениях методами растительной 
диагностики 
практически 
всех 
ведущих 
сельс
кохозяйственных культур, включая субтропические. Наибольшие 
результаты в практическом применении растительной диагностики в бывшем СССР были достигнуты по зерновым культурам 
(Горшкова, 1984). Достижения первого этапа развития исследований по растительной диагностике обобщены в монографии и 
справочнике В. В. Церлинг (1978, 1990). Она же разработала координационную программу исследований на всесоюзном уровне. 
В ее рамках было проведено 14 совещаний по растительной и