Управління живленням рослин в умовах стресу

Управління поживним режимом рослин спрямоване на збалансування процесів використання сільськогосподарськими культурами поживних речовин під час їхньої вегетації та зворотного їхнього надходження в ґрунт із рослинними рештками, органічними й мінеральними добривами. Головною метою цього завдання є підвищення врожайності й оптимізація якості сільгосппродукції за мінімізації витрат на її вирощування та впливу на навколишнє природне середовище.

Оскільки зростання врожаю і процеси трансформації макро- й мікроелементів у ґрунті та власне баланс поживних речовин залежать від температурних умов і вологості, управління поживним режимом може стати одним із важливих факторів адаптивної практики для мінімізації екстремальних погодних явищ на сільськогосподарське виробництво.

Управління живленням може включати низку взаємопов’ язаних методів, упровадження яких має залежати від обраної системи землеробства. До таких методів належать: оптимальний підбір сівозмін, використання сидератів та покривних культур, мінімізація обробітку ґрунту, зрошення, управління відходами й компостування, удосконалення системи удобрення та оптимізація кореневого живлення рослин, застосування препаратів ростостимулювальної та стреспротекторної дії. Управління поживним режимом — це складний процес, тож його планування має важливе значення для правильної інтеграції у виробництво.

За екстремальних змін погодних умов поліпшення кореневого живлення рослин шляхом оптимального (з урахуванням потрібної дози, строку внесення та місця локалізації) внесення мінеральних добрив дає змогу суттєво розширити діапазон запасів ґрунтової вологи, доступної рослинам, і завдяки цьому збільшити водоспоживання посівів у стресових для рослин умовах, що забезпечує їхню високу продуктивність.

Оптимізація живлення рослин підвищує осмотичний тиск клітинного соку й ступінь гідратації колоїдів, збільшує вміст колоїдно зв’язаної води у листках та інтенсивність асиміляції пластичних речовин. Позитивний вплив добрив на ефективність використання вологи вже досить давно підтверджений дослідженнями вчених на різних континентах. Однак почастішання прояву екстремальних погодно-кліматичних умов зумовило потребу в удосконаленні технології застосування мінеральних добрив, а саме в оптимізації їхніх видів і препаративних форм, а також способів унесення.

Основною ідеєю під час розробки прийомів, які забезпечують високу ефективність добрив, є живлення ними рослин, а не ґрунту. Властивість кореневої системи краще розвиватися в тому шарі ґрунту, де більше поживних речовин, підсилює її ріст і розвиток, стійкість до стресів, особливо в місцях розміщення добрив, забезпечує формування більшої поглинальної поверхні коренів і вносить зміни в розподіл їхньої маси в ґрунті. Технологія рядкового (локального) внесення, попри суттєве зменшення нормативів внесення добрив, не знижує продуктивну функцію ґрунтів. Водночас матеріально-енергетичні витрати за локалізації добрив значно менші.

Висока ефективність локальних способів унесення мінеральних добрив засвідчена в багатьох працях учених, і на сьогодні цей спосіб набув більшого поширення порівняно з унесенням добрив урозкид під оранку. І все ж, попри це, щодо просторового розміщення (локалізації) стрічок добрив єдиного рішення не може бути. Занадто мілке їх загортання стимулює поверхневе розміщення кореневої системи рослин, що матиме негативні наслідки в разі настання посушливих умов, особливо в першій половині вегетації культур.

Регулювання розміщення поживних речовин на відповідній глибині — вертикально або горизонтально — має гарантувати, що коріння рослин поглинатиме достатню їхню кількість протягом усього вегетаційного періоду. Система розміщення добрив має керуватись позиційною їхньою доступністю кореням рослин та створювати так звані зони комфортності.

Досліди з різноглибинним унесенням рідких азотних добрив під зернові культури у Баргузинському сухому степу виявили вищу ефективність водного аміаку, який уносили на глибину 20–22 см, порівняно з унесенням їх на глибину 10–12 см. Підвищення продуктивності зерна пшениці та вівса становило відповідно 0,20 та 0,06 т/га. У іншому досліді внесення повного мінерального добрива (N30P20K20, N60P40K40, N90P60K60) та висів насіння на глибину 7 см було неефективним: мінімальна доза добрив забезпечила величину врожаю на рівні контролю, а зі збільшенням доз урожай знижувався. За умов відносно високого вмісту продуктивної вологи в шарі ґрунту 0–50 см перед висівом (>52 мм) ефективним було розміщення добрив на глибині 14 см, за менших запасів вологи більша продуктивність отримана в разі їхнього внесення на глибину 21 см.

У технології рядкового (локального) внесення мінеральних добрив, окрім глибини їхнього загортання, важливим фактором створення «комфортних» зон є ще й особливості горизонтального розміщення добрив відносно насіння, що також чинить суттєвий вплив на величину врожаю сільськогосподарських культур.

Під час припосівного (стартового) внесення добрив фосфорні добрива рекомендують переважно розміщувати або безпосередньо в посівному рядку разом із насінням, або на відстані 2–3 см убік від нього. Відомим фактом є те, що запасів фосфору в насінині недостатньо, й потреба молодих рослин у цьому елементі перевищує потребу в азоті та калії в кілька разів. Отримавши підвищену кількість стартового фосфору, молоді рослини прискорено формують кореневу систему, що сприяє повнішому засвоєнню елементів живлення й вологи. Як наслідок, середня прибавка врожаю озимих від стартового удобрення фосфором у дозі 10– 15 кг/га становить 2,9 ц/га за врожайності на контролі — 22,6 ц/га.

Що стосується азотних добрив, то дані досліджень свідчать про обов’язкову потребу під час сівби відокремлювати мінеральні добрива від насіння. Причому зміщення їх лише вертикально (нижче від місця закладання насіння) недостатньо ефективне. За такого розташування добрив прибавка врожаю зернових становить не більше ніж 2,8 ц/га. Дослідження Вожика Ю. та Насонова В. (2017) показали, що поєднання розміщення добрив вертикально й горизонтально від насіння на 3 см убік від рядка і на 3–6 см углиб від насіння дає змогу підвищити врожайність зернових, порівняно з поверхневим способом унесення, на 3,7–3,8 ц/га, а за зміщення «поживи» для майбутніх рослин убік на 6 см — відповідно на 4,2–4,6 ц/га.

Досвід фермерських господарств Великої Британії, Німеччини, Канади щодо рядкового (локального) способу внесення добрив свідчить про доцільність зміщення стрічки добрив убік від висівного ряду на 6–7 см, а в деяких випадках — навіть на 12 см (залежно від технологічних можливостей агрегату). Наприклад, за використання техніки фірми John Deere під час вирощування злакових культур добрива закладають у кожне друге міжряддя. За висіву з міжряддями 25,4 см відстань між стрічками основних добрив становить 50,8 см.

Власні дослідження, проведені на дослідному полі ДП «ДГ «Граківське»» ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського» (Харківський р-н Харківської області), метою яких було визначення ефективності диференційованого внесення мінеральних добрив на різну глибину, показали дані, що практично не різнилися з показниками попередніх досліджень. Під кукурудзу на зерно вносили мінеральні добрива у вигляді аміачної селітри різними способами, формуючи стрічки на глибині 3–5 та 15 см нижче від місця закладання насіння. Зокрема, за даними досліджень 2016 р., за умов посухи в другій половині вегетації найбільшу врожайність зерна отримали за глибокого розташування стрічки добрив (табл.). Дослід довів також недоцільність розподілу добрив на дві стрічки.

Під час вегетації рослин проводили спостереження за динамікою вмісту доступних форм елементів живлення у верхньому 20-сантиметровому шарі ґрунту в рядку рослин кукурудзи. Результати спостережень показують, що за глибокого розташування стрічки добрив відбувається найбільше накопичення нітратного азоту у фази активного росту рослин (від сходів до утворення восьми — десяти листків), тоді як у період від цвітіння до молочно-воскової стиглості за цього способу внесення добрив відзначали найбільше накопичення в ґрунті рухомого фосфору. За мілкого розташування стрічки добрив, навпаки, вміст рухомого калію у фази сходів та цвітіння, а також вміст рухомого фосфору у фази молочно-воскової та повної стиглості культури був достовірно нижчим, ніж за глибокого розташування добрив.

Завдяки збільшенню вмісту доступних форм елементів живлення у кореневмісному шарі ґрунту за глибокого розташування добрив коефіцієнти використання елементів живлення з добрив збільшуються до 58,9–73,3% для азоту, 35,8–52,9 — для фосфору та 64,5–65,9% для калію порівняно із 21,4%, 15,3 та 19,9% відповідно за мілкого розміщення стрічки. Коефіцієнти використання елементів живлення кукурудзою із добрив за різних способів їхнього внесення наведено в таблиці.

Отже, проведені дослідження підтвердили доцільність та обґрунтованість закладання однієї локальної стрічки добрив на глибину 13–15 см нижче від місця розміщення насіння кукурудзи в зоні з високою вірогідністю посух у період вегетації рослин.

Водночас в екстремальних умовах росту рослин, крім оптимального позиційного розташування добрив, важливого значення набуває оптимізація форм, видів та доз їхнього внесення. Для окремих несприятливих факторів досліджена антистресова активність фітогормонів, мікроелементів та мікродобрив.

На сьогодні встановлено наявність загального механізму в прояві реакцій рослин на різноманітні типи стресів. Універсальною неспецифічною відповіддю є розвиток окислювального стресу через посилення утворення активних форм кисню (АФК), що спричинює пошкодження ліпідів мембран і накопичення продукту їхнього окиснення маланового діальдегіду. Відомим фактом є те, що інтенсифікація пероксидного окиснення ліпідів та зміна у метаболізмі рослин лімітуються роботою антиоксидантної системи, що включає біогенні елементи. Одним із таких важливих біогенних елементів є кремній. Кремній бере учать у синтезі специфічних проміжних антиоксидантних сполук, сприяє підвищенню стійкості молекул хлорофілу й власне його концентрації у рослинних тканинах. Позитивний вплив кремнію на ріст і розвиток рослин полягає у підвищенні їхньої стійкості до біотичних (хвороби, шкідники) та абіотичних стресів (хімічний — дисбаланс живлення, інтоксикація важкими металами; сольовий; фізичний — водний, температурний, радіаційний, вилягання) та поліпшенні фотосинтезу. Дослідження й висновки передових світових учених, зроблені протягом останнього десятиліття, підтверджують саме цю властивість кремнію і висувають її на перше місце.

Зміцнення кремене-целюлозної мембрани за використання кремнійумісних добрив є одним із найважливіших механізмів підвищення опору рослин небажаному впливу зовнішніх несприятливих факторів: хвороб, комах-шкідників, посух, вітрів тощо. Крім того, однією з важливих функцій активних форм кремнію є стимуляція розвитку кореневої системи культури. Вже доведено, що за покращення кремнієвого живлення кукурудзи збільшується кількість вторинних і третинних корінців рослин на 20–100%.

Ми провели лабораторні дослідження з визначення ефективності використання кремнію у вигляді розчину силікату калію різної концентрації (з масовою часткою діоксиду кремнію 21,3% та оксиду калію — 8,3%) на проростання насіння ячменю ярого й кукурудзи. Ефективність застосування розчину силікату калію методом передпосівної обробки насіння визначали за показниками схожості, енергії, дружності та швидкості його проростання.

Схожість і енергія проростання — це головні показники якості насіння, які безпосередньо впливають на підвищення продуктивності сільськогосподарських культур, що особливо важливо за сучасних умов почастішання повторюваності посух та інших абіотичних стресів, пов’язаних зі зміною кліматичних умов. Схожість насіння — це його можливість формувати нормально розвинені проростки.

Дослідження показали, що середній показник схожості й енергії проростання насіння ячменю та кукурудзи на всіх варіантах із обробкою насіння розчином силікату калію був вищим порівняно з контрольним варіантом (рис. 1). Однак різницю за обробки 1,0%-вим розчином можна вважати несуттєвою щодо контролю, тобто збільшення концентрації розчину силікату калію понад 0,7% є неефективним за передпосівної обробки насіння.

Максимальний показник схожості й енергії проростання для обох культур, що були на 10–15% вищими для ячменю та на 12,5% – для кукурудзи, порівняно з контрольним варіантом, визначено за обробки насіння 0,75%-вим розчином силікату калію. Закономірність у зміні дружності проростання насіння ячменю та кукурудзи, залежно від обробки їх розчином силікату калію у різних концентраціях, мала такий самий характер, як і щодо показників схожості й енергії проростання. Тобто підвищення концентрації розчину препарату до 1,0% призводить до зниження всіх показників проростання насіння.

Ще одним показником впливу силікату калію на проростання насіння, що визначали в лабораторному досліді, є довжина корінців. Відомий факт, що дефіцит кремнієвого живлення є також одним із чинників послаблення розвитку кореневої системи рослин. А оскільки остання відповідає за поглинання рослиною й транспортування елементів живлення та вологи для забезпечення потреб рослинного організму під час вегетації, то нормальний ріст і розвиток підземної частини рослини є надзвичайно важливим для подальшого формування нею врожаю.

Довжина корінців кукурудзи на сьому добу пророщування насіння за умов обробки його розчином силікату калію коливалась від 8,7 до 9,75 см, для ячменю цей показник був 4,2–5,25 см. Порівняно з контрольним варіантом, довжина корінців відповідно була більша на 2,6% для кукурудзи та на 9,4% — для ячменю ярого. Максимальний ефект досягнуто на варіанті з обробкою насіння розчином силікату калію з концентрацією 0,75 % (рис. 2).

Таким чином, на основі отриманих даних встановлено високу стимулювальну дію силікату калію на показники проростання насіння ячменю ярого та кукурудзи. Рекомендована концентрація розчину силікату калію під час передпосівної обробки насіння становить 0,75%, оскільки саме розчин цієї концентрації мав найбільш позитивний ефект на досліджувані показники схожості, енергії, дружності проростання насіння та довжину корінців ячменю і кукурудзи.

Основною функцією кремнію (кремнійумісних препаратів) у рослині можна вважати підвищення її стійкості до несприятливих умов, що виражається в потовщенні епідермальних тканин (механічний захист), прискоренні зростання й посилення кореневої системи (фізіологічний захист) і збільшенні стійкості до абіотичних стресів (біохімічний захист).

Отже, кремнійумісні препарати типу силікату калію або інші мають досить вагому антистресову активність протягом вегетації рослин, тому можуть стати цінною складовою багатокомпонентного поліфункціонального препарату, спрямованого на посилення адаптаційних можливостей рослини. Адже останніми роками для підвищення ефективності й розширення сфери впливу на розвиток рослини все частіше створюють і застосовують препарати, які містять у якості діючої речовини не одну, а цілий комплекс хімічних речовин або біологічних компонентів.

М. Мірошниченко, д-р біол. наук

Є. Гладких, канд. с.-г. наук

В. Сміченко, аспірант,

ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського»

Журнал «Пропозиція», №7-8, 2018 р.