Визначення вмісту фосфору й калію в тканинах кукурудзи та сої

Починаючи з 1950-тих років, дослідження в Айові постійно враховують зв’язок між урожайністю та вмістом Р і К в ґрунті, застосовуючи різні методи. Безперервні дослідження дали змогу напрацювати й оновити відповідні інтерпретації тестування ґрунтів, які були визнані точними й необхідними.

Однак, до цього часу Державним університетом Айови (ДУА) не було опубліковано досліджень, стосовно визначення змісту фосфору (Р) та калію (К) в кукурудзі та сої.

Концентрація поживних речовин в тканинах рослин, включаючи P і K, може значною мірою змінюватися не тільки за рахунок внесених у ґрунт елементів живлення, але і в залежності від стадії росту рослин, частини рослини, що було взято для тестування, умови зростання, тип гібриду або сорту. Окрім того, визначення вмісту речовин в тканинах рослин відбувається під час вегетаційного періоду, коли успіх від коригувальних заходів із внесення добрив у ґрунт або по листку контрольної групи рослин є достатньо незначним. Щоб бути дійсно вагомими для вирощування сої та кукурудзи, інтерпретації тестів повинні брати до уваги географію вирощування, широкий діапазон сортів та умов вирощування, а також те, яку частину рослини було обрано для тесту та етапи її росту.

Тестування тканин рослин на вміст P і K в Айові

Хоча у 1970-1990 роках було проведено багато дослідів з визначення впливу добрив на концентрацію P або K в різних частинах рослини кукурудзи та сої, здобутих даних було недостатньо для визначення надійної інтерпретації тесту. Так сталося тому, що не було достатньої вибірки за різними роками та на різних ґрунтах, щоб зробити висновки про зв’язок урожайності та концентрації речовин в тканинах рослин. Тому з 2003 по 2014 рік було проведено нове дослідження для оцінки значення тестування тканин рослин на вміст Р і К в кукурудзі та сої. Для визначення Р було взято 66 показників місце-рік (site-year) (32 – для кукурудзи та 34 для сої) та 119 показників місце-рік для К (67 – для кукурудзи та 52 для сої). Результати досліджень минулих років (1990 і нижче) не враховувались, щоб вивести інформацію, релевантну для сучасних обсягів урожаїв, гібридів та сортів.

Об’єктом дослідження були тканинні проби раннього вегетативного етапу та ранніх стадій репродуктивного зростання, визначені за попередніми дослідженнями в Айові та інших штатах. Для тестування тканин на ранньому вегетативному етапі ми відбирали всю верхню надземну частину рослини, яку зрізали на висоті одного дюйму (2,54 см) від землі на стадії V5-V6 росту кукурудзи (Рис. 1) та сої (Рис. 2).

Для тестування тканин кукурудзи на ранній репродуктивній стадії вивчали листок качана й гостру частину листка навпроти і нижче первинного качана (не включаючи листкову оболонку) на стадії R1 (Рис. 3).

Для тестування тканин сої на ранній репродуктивній стадії відібрали три верхніх листки, кордони яких не торкалися (включаючи тристоронні листові черешки) на стадії R2-R3 (Рис. 4).

Для визначення стадій росту рослини, прийнятих в Айові, користувалися наступними вичерпними ресурсами, розробленими ДУА:

Ріст та розвиток кукурудзи (PMR 1009) (https://store.extension.iastate.edu/Product/6065) та Ріст та розвиток сої (PMR 1945) (https://store.extension.iastate.edu/Product/6451). Для обох рослин виміряли загальну концентрацію Р чи К в молодих рослинах та в листках.

Рис. 4 Соя на стадії росту R2. Для тесту було зрізано три верхніх листки, кордони яких не торкалися (включаючи тристоронні листові черешки).

На рисунках 5-8 показані дані кореляції з нещодавнього дослідження Айови, на яких урожай кукурудзи або сої виражається (у відсотках)  відносно урожаю з необмеженим внесенням добрив, що містили Р і К. Урожай кукурудзи та сої у результаті внесення P і K знизився (відносна врожайність збільшилася) при збільшенні концентрації P або K в тканинах рослин від низьких значень до рівня плато з високим показником концентрації. Вища концентрація Р і К в обох культурах спостерігалася в молодих рослинах, зібраних на стадії росту V5-V6, ніж в листках, відібраних на початку репродуктивної стадії, хоча це розходження було набагато вище для кукурудзи, ніж для сої. Дефіцит фосфору, який проявляється у вигляді пурпурного забарвлення листків, не було виявлено на ділянках, в які не вносили добрива з Р, але була очевидна знижена висота рослин на тих ділянках, де вміст Р в рослинах та листках був найменшим. Симптоми дефіциту калію, наприклад, жовті некротичні краї старішого листя та зменшення висоти стебел, часто спостерігалися на ділянках, які не отримували добрив із вмістом калію та містили найнижчу концентрацію калію в листі та стеблі.

Рис. 5 Відповідність між урожайністю кукурудзи та концентрацією Р в рослині на етапі росту V5-V6 та в листах на етапі R1.

Рис. 6 Відповідність між урожайністю сої та концентрацією Р в рослині на етапі росту V5-V6 та в верхніх листах на етапі R2- R3.

Рис. 7 Відповідність між урожайністю кукурудзи та концентрацією К в рослині на етапі росту V5-V6 та в листках початку на етапі R1.

Рис. 8 Відповідність між урожайністю сої та концентрацією К в рослині на етапі росту V5-V6 та в верхніх зрілих листах на етапі R2- R3.

Розподіл точок на малюнках показує, що в деяких випадках врожайність була нижчою, хоча концентрація поживних речовин в тестових групах була приблизно однакова. Окрім того, деякі точки на графах не відповідають загальним тенденціям, що спостерігаються при кореляції тканини рослин та ґрунту. Наявна інформація щодо умов вирощування (ґрунт, погода, гібриди або сорти, що використовувалися) не давала достатнього пояснення причин девіацій.

Варіація співвідношення між результатами тестів на вміст Р в молодій кукурудзі та обсягах подальшого врожаю була вищою, ніж варіація за результатами тестів на вміст Р в листках качанів (Рис. 5). Це свідчить про те, що тестування молодої рослини має нижчу здатність прогнозувати врожайність, ніж тестування листків початків на вміст Р.

Варіація співвідношення між результатами тестів на вміст Р в листках сої та обсягах подальшого врожаю була вищою, ніж варіація за результатами тестів на вміст Р в молодих рослинах сої (Рис. 6). Це свідчить про те, що тестування листків сої має нижчу здатність прогнозувати врожайність, ніж тестування молодих рослин сої на вміст Р.

Результати тестів на вміст Р демонструють розбіжності між зонами концентрації речовини та прогнозованим врожаєм та зонами, що не впливають на врожайність. Це важливо для тестової діагностики.

Графіки відповідності вмісту К в рослинах та листах сої (Рис. 8) демонструють більший ступінь розбіжностей врожайності на нижніх рівнях ніж інші тести, що свідчить про нижчу спроможність визначати рівні концентрації, які можуть підвищити або знизити врожайність.

Розбіжності між впливом Р і К на врожайність на основі тестування молодих рослин та листків обох культур були подібні або більші, ніж розбіжності між врожайністю та вмістом цих речовин в ґрунті.

Великий ступінь розбіжностей між тестами на вміст Р в молодих рослинах кукурудзи (Рис. 5), листах сої на етапі R2-R3 (Рис. 6) та обох тестах на вміст К в сої (Рис. 8) раніше на спостерігався в кореляціях між врожайністю та вмістом речовин в ґрунтах. Інші тести вмісту речовин в рослинах приблизно відповідають результатам відповідності врожаю та вмісту речовин у ґрунтах.

Категорії інтерпретацій тестування тканин рослин

Загальноприйнятих підходів до інтерпретації результатів тестування ґрунтів та тканин рослин не існує. Опубліковані дослідження зазвичай наводять оцінку критичної концентрації. Критичну концентрацію в ґрунтах чи тканинах рослин розрізняють між умовами недостатнього вмісту речовин і вірогідної реакції рослини на внесення добрив та ситуаціями, коли вміст є достатнім, а реакція нетиповою. Часто діапазон критичної концентрації визначається застосуванням двох або більше математичних моделей замість якоїсь однієї, тому що тестування ґрунтів та тканин рослин не буває безпомилковим, зважаючи на територіальні розбіжності, лабораторні умови, складнощі при визначенні умов, які обмежують чи посилюють вплив добрив на врожайність. Хоча метод критичної концентрації є доволі корисним у виробничому с/г, використовуються також інші підходи, деякі з них навіть досить суб’єктивні. Наприклад, врахування різних реакцій та ризиків за умов використання замалої чи занадто високої критичної концентрації речовини.

У Таблиці 1 наведено три категорії інтерпретації: Низький, Достатній і Високий вміст Р і К в тканинах кукурудзи та сої на матеріалі досліджень, відображених на Рис. 5-8.

Тестування тканин рослин та ці методи інтерпретації можна використовувати з метою діагностування вмісту Р і К в кукурудзі та сої, але не для того, щоб передбачити врожайність у результаті внесення сезонних добрив. Як і у випадку інших тестів, завжди є вірогідність певного ступеня невизначеності щодо змісту результату тесту, як показують дані на рисунках.

Існує висока вірогідність того, що результати тесту в категорії «Достатній вміст» вказують, що вміст Р і К є адекватними для досягнення максимальної врожайності або максимальної економічної дохідності.

Таблиця 1. Категорії інтерпретацій тестування тканин рослин кукурудзи та сої на вміст Р і К на двох стадіях розвитку та різних частинах рослин

У всіх випадках середня врожайність в категорії «Достатній вміст» сягала 99-100%, «Низький вміст» вказує на ймовірні проблеми, а «Високий вміст» вказує на вищий за норму, але не надто надмірний, вміст Р і К, необхідний для збільшення врожайності й досягнення більшої економічної вигоди. Проведене дослідження показало, що навіть найвищий вміст Р і К не призвів до зниження врожайності.

Рекомендації щодо проведення тестування тканин рослин

Щоб правильно використовувати вищенаведені інтерпретації у власній діяльності, важливо брати такі ж тестові зразки, що і в дослідженні. Вміст Р і К в обох культурах не дуже різниться на етапах росту V5-V6, на етапі R2-R3 росту сої та листках на кукурудзяних качанах, допоки кукурудзяні рильця не стали коричневими.

Щоб мати репрезентативну вибірку, тестові зразки слід брати як мінімум з 10 рослин сої чи кукурудзи (10 рослин на етапі росту V5-V6, 10 листків кукурудзяних качанів на етапі R1, три верхні литки сої з 10 рослин на етапі R2-R3).

Для тестування тканин рослин можна користуватися такими ж методами відбору, що застосовуються при тестування ґрунтів у зоновій чи сітчастій вибірці. Хоча щільна сітчаста вибірка не дуже підходить для відбору рослин на репродуктивному етапі розвитку. Дослідження показало, що вміст Р і К в тканинах рослин з різних частин поля різниться так само, як і їхній вміст в ґрунтах.

Зразки рослин слід збирати в різні дати, якщо окремі частини поля засаджувалися в різний час, оскільки тоді рослини досягатимуть різних етапів  росту на різних ділянках в різний час. Використання різних гібридів або сортів у межах поля також може означати досягнення неоднакових етапів розвитку, до того ж генотип також може впливати на вміст поживних речовин.

Разом із тим, вплив різних гібридів або сортів на вміст поживних речовин на аналогічних стадіях розвитку ще недостатньо досліджений у кількісному еквіваленті. Тому, навіть якщо стадія зростання приблизно однакова для різних гібридів або сортів в полі, рекомендується здійснювати окрема вибірку.

Щоб знизити ризик псування відібраних зразків і їхнього усихання, рекомендується збирати їх у паперові пакети та одразу ж передавати в лабораторію.

Небажано поміщати зразки в закриті пластикові пакети, оскільки надмірне тепло може пришвидшити розкладання рослин. Не варто також заморожувати зразки, оскільки під час транспортування вони можуть почати танути, що призведе до суттєвого руйнування зразка та втрати вологи.

Перед тестуванням зразки необхідно просушити за допомогою фену, розклавши їх на чистій поверхні, або обережно підсушити в печі при температурі 140°F (60°C) чи нижче.

Застереження щодо використання тестових інтерпретацій

Дослідження показали, що тестування тканин може бути використане як сезонний інструмент для оцінки вмісту P і K у кукурудзі та і сої. Результати показали, однак, що розбіжності між результатами співвідношення вмісту речовин у рослинах і врожайністю, та співвідношенням їх вмісту у ґрунті приблизно однакові або навіть вищі. Окрім того, тестування тканин має сумнівне значення для корекції нестачі P і K в відібраній культурі.

Тому тестування тканин рослин повинно доповнювати, а не заміновати рекомендоване тестування ґрунтів для прийняття правильних рішень по внесенню добрив.

Особливо корисно використовувати тестування тканин, коли на полі є ділянки з добре розвиненими та погано розвиненими рослинами, що може бути пов’язано з вмістом Р або К. У такому випадку варто протестувати ґрунт та тканини рослин, щоб визначити суть проблеми. Будь-які стресові умови, наприклад, посуха, надлишок вологи, наявність шкідників або хвороб, нестача інших поживних речовин можуть позначитися на розвитку рослин та поглинанні поживних речовин і, відповідно, збільшити або зменшити вміст поживних речовин. Тому необхідно ретельно тлумачити результати тканинного тесту, особливо якщо він демонструє показники, набагато нижчі або вищі за норму. Результати дослідження тканин та ґрунту, а також знання про історію поля допоможуть виявити та зрозуміти потенційні проблеми живлення рослин.

Підготовано професорами та фахівцями з розповсюдження с/г знань Державного університету Айови Антоніо П. Малларіно та Джоном Е. Соєром.