Содержание к диссертации
Введение
1. Тяжелые металлы, их трансформация и транслокация в системе почва-растение 8
1.1. Тяжелые металлы - опасные загрязнители окружающей природной среды 8
1.2. Источники поступления тяжелых металлов в почву и растения 23
1.3.Трансформация соединений тяжелых металлов в системе почва-растение 28
1.4. Способы детоксикации почв для получения экологически чистой продукции 33
2. Почвенно-климатические условия и методика проведения исследований 38
2.1. Общие сведения 38
2.2. Погодные условия в годы проведения исследований 41
2.3. Характеристика почвы опытного участка 44
2.3.1. Морфологические признаки почвы 44
2.3.2. Гранулометрический состав почвы 45
2.3.3. Валовой химический состав почвы 46
2.3.4. Агрохимические свойства почвенного профиля 47
2.3.5. Тяжелые металлы в почве 49
2.4. Методика проведения исследований 52
3. Динамика основных элементов питания в почве под картофелем в зависимости от применяемых агрохимикатов 56
3.1. Динамика азота в почве 57
3.2. Динамика фосфора в почве 61
3.3. Динамика калия в почве 64
4. Влияние удобрений, агромелиорантов и тяжелых металлов на урожай и качество картофеля 68
4.1. Влияние агрохимикатов на урожай клубней картофеля 68
4.2. Содержание крахмала и нитратов в клубнях картофеля 72
4.3. Содержание азота, фосфора и калия в клубнях картофеля и вынос их с урожаем 74
5. Транслокация тяжелых металлов в системе почва -растение 77
5.1. Динамика содержания тяжелых металлов в почве под картофелем 79
5.2. Содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля 87
5.3. Содержание тяжелых металлов в ботве (фаза цветения) 90
5.4. Хозяйственный вынос тяжелых металлов 92
6. Экономическая и энергетическая эффективность приемов детоксикации почв при возделывании картофеля 97
6.1. Экономическая эффективность 97
6.2. Энергетическая эффективность 100
Выводы 104
Рекомендации производству 109
Список использованной литературы по
Приложения 133
- Источники поступления тяжелых металлов в почву и растения
- Погодные условия в годы проведения исследований
- Динамика фосфора в почве
- Содержание крахмала и нитратов в клубнях картофеля
Введение к работе
В последние годы заметно усиливается антропогенное и техногенное воздействие на окружающую природную среду, на среду обитания человека. Наблюдаются все усиливающиеся процессы разрушения и загрязнения природных объектов, в т.ч. загрязнения почв различными токсичными веществами, что представляет опасность для жизнедеятельности людей.
Одними из наиболее опасных для здоровья человека и животных загрязнителями природной среды являются тяжелые металлы (ТМ). Они не разлагаются в окружающей среде и аккумулируются в тканях живых организмов. Проникнув, например, в растения они могут оказывать отрицательное воздействие на процессы метаболизма, что в итоге приводит к уменьшению урожая и угрозе загрязнения токсикантами последующих звеньев пищевой цепи.
К тяжелым металлам относят химические элементы Периодической системы Менделеева с атомной массой более 50. Являясь составляющими земной коры, тяжелые металлы образуют разное фоновое содержание в различных почвах и в то же время они попадают в почву с техногенными выбросами и накладываются на фоновые содержания, повышая загрязнение почв, а также воздуха и воды, до опасных концентраций.
Основными источниками техногенного загрязнения биосферы тяжелыми металлами являются промышленные предприятия, в первую очередь металлургические, автотранспортные средства, коммунальные хозяйства, и т.д. К факторам, загрязняющим окружающую среду, часто относят химизацию земледелия, в частности применение, в первую очередь минеральных, а также известковых и органических удобрений. Названные средства химизации играют двоякую роль, с одной стороны, в составе удобрений имеются тяжелые металлы, которые в повышенных количествах могут загрязнять почву, растения и грунтовые воды, с другой стороны, удобрения, активно изменяя агрохимические свойства почвы (реакцию среды, содержание гумуса, кон центрацию и ионный состав почвенного раствора, соотношение поглощенных катионов и содержание питательных веществ), способствуют улучшению питания растений, в то же время влияют на подвижность тяжелых металлов в почве и снижают потенциальную опасность загрязнения ими растительной продукции и грунтовых вод. Следовательно, применение удобрений может стать фактором детоксикации загрязненных тяжелыми металлами почв.
Однако в последние годы в нашей стране отмечалась серьезная недооценка агрохимии в повышении продуктивности земледелия, получении высококачественной продукции растениеводства. Возникающие экологические проблемы в этой отрасли пытались отнести за счет минеральных удобрений, не понимая сути их действия, да и содержания агрохимии как науки (Минеев, 1998). Главное в этом деле, подчеркивает далее В.Г. Минеев, реализация комплекса мер по воспроизводству плодородия почв, которое тесно связано с разумным использованием всех видов удобрений и химических мелиорантов. Главная задача заключается в том, чтобы всесторонне показать экологические функции агрохимии. Зная механизм поступления биогенных и токсических элементов в корни, транслокацию их в надземную часть, в том числе и в генеративные органы, можно существенно снизить накопление токсикантов в растениях, а следовательно и в продукции растениеводства. Без научно-обоснованной системы использования агрохимических средств нельзя оптимизировать параметры плодородия и основных химических и физико-химических ее свойств.
Наукой в достаточной мере еще не решены экологические вопросы земледелия, позволяющие разрабатывать безопасные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Разработка таких технологий возможно лишь на основе накопления и обобщения целенаправленного доброкачественного научно-экспериментального материала, получаемого на основе осуществления полевых и лабораторных исследований по заданной тематике. В то же время в специальной литературе пока мало сведений о подобных рабо тах, а по Северной Осетии - Алании до настоящего времени вообще отсутствовали, что послужило основанием для выбора темы и проведения настоящих исследований.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение особенностей трансформации и транслокации ТМ в выщелоченном черноземе подстилаемом галечником и изыскание приемов снижения поступления их из загрязненной почвы в растения для получения экологически безопасных клубней картофеля.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить условия формирования и свойства чернозема выщелоченного на галечнике.
2. Проследить за динамикой питательных веществ в пахотном слое почвы в период вегетации картофеля.
3. В микрополевом опыте изучить динамику содержания тяжелых металлов в выщелоченном черноземе на галечнике в зависимости от использования агромелиорантов.
4. Изучить влияние органических и минеральных удобрений, агромелиорантов, а также тяжелых металлов на урожай клубней картофеля и их качество, определить вынос основных элементов питания (N, Р, К) с урожаем.
5. Определить содержание тяжелых металлов (Си, Zn, Pb, Cd, Ni) в ботве в фазе цветения и в клубнях картофеля после уборки и рассчитать их хозяйственный вынос.
6. Выявить влияние агромелиорантов на подвижность тяжелых металлов в почве и поступление их в растения, определить наиболее эффективные способы детоксикации почв и получения экологически чистой продукции.
Научная новизна работы. Впервые на выщелоченном черноземе подстилаемом галечником Республики Северная Осетия - Алания проведено комплексное изучение транслокации тяжелых металлов в системе почва -растение. Исследовано влияние удобрений, агромелиорантов и местных цео литоподобных глин (ирлитов) на детоксикацию почв и накопление ТМ в растениеводческой продукции (картофель). Предложены наиболее рациональные приемы снижения поступления ТМ в растения.
Практическая значимость работы. Практическая значимость результатов проведенных исследований заключается в выработке рекомендаций по выращиванию экологически чистого картофеля в эксперименте на загрязненном тяжелыми металлами выщелоченном маломощном черноземе на галечнике.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Северо-Кавказской региональной конференции «Студенческая наука - экологии России» (Владикавказ, 2004), на кафедре геоэкологии и землеустройства Се-веро-Осетинского государственного университета им. К.Л. Хетагурова, на заседании научно-технического совета федерального государственного учреждения Станция агрохимической службы «Северо-Осетинская».
По теме диссертации опубликовано 3 работы, в т.ч. 2 в центральном журнале «Агрохимический вестник».
Источники поступления тяжелых металлов в почву и растения
Фоновые (естественные) уровни содержания ТМ в почвах подвержены значительным колебаниям и в большой степени зависят от состава материнской почвообразующей породы и генезиса почвообразования (Авраменко, Лукин, 1998). И.А. Батурин, А.В. Ряховский (1998) считают, что нулевым отчетом по количеству ТМ в почвах является их естественное кларковое содержание. Повышение этих значений свидетельствует о повышении количества тяжелых металлов в почве, которое может быть обусловлено, как естественными процессами, так и техногенным загрязнением. Поэтому основные источники загрязнения природной среды тяжелыми металлами можно разделить на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). К естественным относят извержения вулканов, пылевые бури, лесные и степные пожары, морские соли, поднятые ветром, растительность и др. (Мажайский, 2001; 2003) Естественные источники загрязнения носят либо систематический равномерный, либо кратковременный стихийный характер и, как правило, мало влияют на общий уровень загрязнения. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения природы тяжелыми металлами являются ан тропогенные (Черных, Овчаренко, 2002). Поэтому необходимо в почвах определять содержание ТМ, ибо увеличение их концентрации под действием антропогенных факторов не редко приводит к заметному повышению их количества в растениях (Алексеев, 1987). А это чревато опасными последствиями для здоровья населения и животных, потребляющих такую загрязненную продукцию.
Среди тяжелых металлов наиболее приоритетными загрязнителями считаются Hq, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni. А.И. Осипов, Ю.В. Алексеев (1996) пишут, что в хозяйствах, расположенных вокруг крупных городов с развитой промышленностью, почвы сельскохозяйственного использования более загрязнены цинком, медью, свинцом, менее хромом, никелем и кадмием, еще реже - ртутью. В.Б. Ильин (1990) отмечает сильное загрязнение почв цинком, свинцом, кадмием в радиусе 3-4 км от предприятий цветной металлургии, где валовое содержание цинка и кадмия превышает рекомендуемые нормы.
Установлено, что в результате работы металлургических предприятий на поверхность земли ежегодно поступает не менее 154650 т меди, 121500 т цинка, 89000 т свинца, 12000 т никеля, 765 т кобальта, 1500 т молибдена, 30,5 т ртути (Акопов, 1974; Area, 1979).
Кроме того, в биосферу ежегодно выбрасывается сотни тысяч тонн различных токсикологических веществ в результате сжигания угля и нефти, отходы тепловых электростанций, отвалы золы и шлака и т.д. По данным В.А. Ковды (1979), в атмосферу земли выбрасывается ежегодно (5-10)хЮ тонн кислот, которые, попадая на поверхность почвы с атмосферными осадками, приводят к ряду ее изменений: выщелачивают кальций, магний, калий, увеличивают общую кислотность, мобилизуют аммоний, железо, марганец, связывают фосфор, повышают токсичность ртути, свинца и меди.
Очень существенным источником загрязнения почвы и растений является транспорт, особенно автомобильный. Загрязнение вегетативной массы сельскохозяйственных культур на полях отмечается даже на удалении до 100 метров от полотна автомобильной дороги с интенсивным движением. Только соединений свинца в выхлопных газах автотранспорта содержится около 1мг/м (Берния, 1981; Diez, Kpauss, Wurzinder, 1991). В отработанных газах двигателей внутреннего сгорания содержится более 170 вредных для живой природы компонентов, из них 160- производные углеводородов, появляющиеся в результате неполного сгорания автомобильного топлива (Голубев, Новиков, 1987). Примерно 50% всех атмосферных выбросов приходится на долю автомобильного транспорта (Бутовский, 1990).
Многие исследователи (Добровольский, 1981; Адерихин, Копаева, 1981; Агаев. 1983; Гамаш, 1987; Алексеев, 1987; Минеев, 1988; 1990; 1994; Черных, Ладонин, Черных, 1994) отмечают возможность накопления в почве и сельскохозяйственной продукции тяжелых металлов в результате внесения минеральных и органических удобрении, а также других агрохимикатов.
Так, В.Г. Минеев, (1994) подчеркивал, что любые направления современного высокопродуктивного земледелия базируются на достижениях научно-технического прогресса и требуют наличия хорошо окультуренных, плодородных почв - главного богатства каждого государства и мира в целом. Что же касается тяжелых металлов, то в химическом составе минеральных удобрений их нет, или их совсем мало. В то же время в извести, фосфоритной муке или в навозе их иногда даже больше, чем в промышленных минеральных удобрениях. Далее он пишет, что при проведении агрохимических исследований важно учитывать баланс тяжелых металлов в агроэкосистемах с учетом всех источников их поступления, в том числе и из атмосферы. Необходимы более активные исследования по разработке комплекса агроприемов по предотвращению поступления тяжелых металлов в растения и формированию высококачественной продукции.
По данным других авторов (Овчаренко, 1995, 2000; Алметов, 1996; Ефремов и др., 2001; Овчаренко и др., 1998) применение минеральных удобрений в рекомендуемых научно обоснованных дозах не приводит к существенным изменениям содержания форм ТМ в почве. М.М. Овчаренко с соавторами (1998), в целом поддерживая мнение В.Г. Минеева (1994) о ничтожно ма 26 лом количестве вносимых с минеральными удобрениями тяжелых металлов, пишет, что нет ограничений на применение известняковой муки, связанного с содержанием в ней ТМ. Анализы ее химического состава свидетельствуют о том, что содержание всех тяжелых металлов в известняках ниже фонового в почве. И что при известковании почвы один раз в 6 лет дозой 5 т/га среднегодовое поступление ТМ в почву ничтожно мало: Cd-0,083 г/га, или 0,00003 мг/кг почвы, РЬ - 0,83, или 0,0003; Zn - 52,3 или 0,017, Ni-2,2, или 0,0007, Си-36,5, или 0,012, Сг- 67,5, или 0,023, Sr-290,5 г/га, или 0,096 мг/кг почвы. В то же время если известняковая мука и месторождения рыхлых карбонатных пород не содержат ТМ в опасном для загрязнения почвы и растений количестве, то известьсодержащие отходы промышленности могут включать избыточное содержание токсичных элементов, и применять эти отходы можно лишь после всесторонней экспериментальной проверки.
О минимальных количествах ТМ вносимых в почву с минеральными удобрениями говорят и результаты длительных полевых опытов ВИУА и НИУИФ, которые не выявили сколько-нибудь заметного загрязнения растительной продукции тяжелыми металлами при систематическом применении удобрений. Согласно элементарным расчетам со средними дозами (90-100кг/га) питательных веществ минеральных удобрений ежегодно в почву поступает ничтожное количество тяжелых металлов (мг/кг почвы): хрома -0,004; меди - 0,002; никеля - 0,01; свинца - 0,0005; цинка - 0,003; кадмия -0,00008. Прогнозные анализы показали, что для удвоения содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве необходимо внести в среднем 300-1000 т/га фосфорных удобрений, не учитывая при этом потерь ТМ вследствие выноса их с урожаями и миграции, и инфильтрационными водами (Овча-ренко, 1998). По свидетельству А.В. Староверовой, П.Б. Ващенко (1998) тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями, содержащимися в агрорудах. Поэтому количество их в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и технологии его переработки. Наиболее существенны как по набору, так и по концентрации примесей ТМ фосфорные удобрения, а также удобрения, получаемые с использованием экстракционной ортофосфорной кислоты-аммофосы, аммофоски, нитрофо-сы, нитрофоски, двойные суперфосфаты (Ковальский, 1974). В фосфоритной муке может содержаться до 137 мг/кг меди, до 210 мг/кг цинка, до 180 мг/кг хрома и до 62 мг/кг никеля (Strzelek, Koths, 1980; Алексеев, 1987).
Погодные условия в годы проведения исследований
Для характеристики метеорологических условий были использованы данные Михайловского метеопунка, расположенного непосредственно вблизи опытного участка. Метеорологические (погодные) условия в годы проведения исследований (2002-2004гг.) сложились неодинаково и отличались от среднемноголет-них данных (табл. 5, 6).
Распределение осадков за время вегетации картофеля было неравномерным и заметно различалось по годам. В 2002г. в первой половине вегетации выпало больше осадков, чем в среднем по многолетним данным. В июне количество осадков составило в 2,3 раза больше среднемноголетней нормы за этот месяц, что создало значительный запас влаги в почве. Во второй же половине вегетации выпадало значительно меньше осадков по месяцам. Такое распределение осадков, создание запаса влаги в почве с последующим умеренным его поддерживанием, способствовало лучшему росту и развитию картофеля и значительному увеличению урожая клубней.
В 2003 году за время вегетации картофеля выпало меньше атмосферных осадков по сравнению с среднемноголетней нормой и другими годами исследований. В первые два месяца вегетации (апрель - май) осадков выпало значительно меньше нормы. В дальнейшем количество их увеличилось и превысило норму.
Весь 2004 год был очень дождливым. Во все месяцы, кроме января и мая, осадков было больше нормы. Дождливая погода и обилие осадков почти за весь вегетационный период (741 мм, что на 232 мм больше годовой нормы), привели к переувлажнению почвы и ухудшению ее аэрации, с более высокими температурами вегетационного периода, что ухудшило условия произрастания картофеля и, по-видимому, стало причиной преждевременного отмирания ботвы и снижения урожая.
Весна в 2002 году была ранней. Устойчивый переход среднесуточных температур воздуха через 0С произошел во второй декаде февраля. Среднегодовая температура воздуха была на 1,1 С выше нормы (табл. 6). Среднеме сячная температура воздуха за вегетационный период картофеля составила: в 2002г. - 15,8С, 2003г. - 16,2С, 2004г. - 16,8С при среднегодовой норме -16,2С. В целом, как видно из данных таблицы 6, среднегодовая температура воздуха в зоне проведения наших опытов за последние годы постепенно повышается.
Микрополевой опыт по изучению транслокации тяжелых металлов в системе почва-растение был заложен на выщелоченном маломощном черноземе на галечнике. Данные почвы распространены в центральной части Севе-ро-Осетинской наклонной равнины и занимают 46586 га (Джанаев, 1970).
Почвообразующими породами рассматриваемых почв являются флю-вио-гляциальные (водно-ледниковые) карбонатные мелкоземистые отложения, которые чехлом небольшой мощности прикрывают валунно-галечниковые отложения. Мощность мелкоземистого чехла колеблется от 25 до 80 см, иногда галечник выходит на дневную поверхность. В большинстве случаев, особенно в массивах с небольшой мощьностью мелкозема, весь мелкоземнистый материал полностью вовлечен в почвообразовательный процесс. В редких случаях в профиле почвы практически отсутствует материнская порода (горизонт С), в лучшем случае выделяется горизонт ВС (Бя-сов, 2000).
Для изучения морфологических признаков, гранулометрического и валового составов, а также агрохимических свойств генетических горизонтов чернозема выщелоченного на галечнике ОПХ «Михайловское», на опытном поле которого проводились наши исследования, был заложен почвенный разрез. Результаты полевых и лабораторных исследований приводятся ниже.
Гранулометрический состав - важнейшая характеристика почвы. От него зависят практически все свойства почвы (водный, воздушный, тепловой, биологический и питательный режимы). Поэтому изучение механического состава в поле и в лаборатории всегда является первым необходимым этапом исследования почвы как природного тела (Розанов, 1983).
В таблице 7 приводятся данные по гранулометрическому составу чернозема выщелоченного на галечнике. Разрез заложен непосредственно на опытном участке. Выщелоченные черноземы на галечнике по механическому составу относятся к тяжелосуглинистым, с глубиной переходят в легко- и среднесугли-нисто-каменистые. Характерным для этих почв является содержание большого количества крупного песка, с глубиной содержания его увеличивается.
Из данных таблицы 7 видно, что в составе механических элементов выщелоченного маломощного чернозема ОПХ «Михайловское» преобладают частицы физического песка по сравнению с физической глиной, однако, по генетическим горизонтам мало меняется. В подпахотном горизонте наблюдается увеличение физической глины на 3,9% по сравнению с пахотным слоем, что свойственно, как отмечает К.Х. Бясов (2000), почвам промывного водного режима, где илистая фракция перемещается в подпахотный горизонт. Важным показателем для характеристики генетических особенностей почв является их валовой химический состав, так как он дает представление о потенциальном плодородии почв и их агрохимических свойствах.
Валовой химический состав чернозема выщелоченного на галечнике (почва опытного участка) в целом по генетическим горизонтам меняется незначительно (табл. 8). Однако следует отметить значительно более высокое содержание фосфора (Р2О5) в пахотном горизонте, по сравнению с нижележащими горизонтами, что, по-видимому, объясняется внесением удобрений и биологическим его накоплением. Несколько больше в пахотном горизонте содержится и калия, что касается кальция, магния, железа, титана и марганца, то в профиле количество их меняется незначительно.
Динамика фосфора в почве
Фосфор, как и азот, является важнейшим элементом питания растений. Без фосфора, как и без азота, невозможна жизнь не только высших растений, но и простейших организмов. Поэтому своевременное удовлетворение потребности растений в фосфоре является одним из главных условий формирования высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Растения потребляют фосфор исключительно из почвы. Фосфор в почве содержится в органической и минеральной формах. Основная масса фосфорной кислоты, входящей в состав органических веществ не доступна для растений. Она становиться доступной в результате разложения органических веществ с помощью микроорганизмов до простых растворимых солей фосфорной кислоты.
Количество валового фосфора в почве не может быть показателем обеспеченности растений фосфорным питанием, но оно характеризует потенциальное ее плодородие. Содержание же подвижного фосфора характеризует эффективное плодородие почв, поэтому надо знать в каком состоянии находятся запасы фосфора в каждой конкретной почве при изучении влияния удобрений на величину урожая любой сельскохозяйственной культуры и качество получаемой продукции.
Многочисленными анализами, проведенными в нашей республике в 1962 г., установлены большие колебания в содержании подвижных фосфатов в пахотном слое выщелоченных черноземов на галечнике, от 40 до 200 мг/кг, чаще 80-100 мг/кг (среднее из 400 определений) (Трофименко, 1964).
Проведенные исследования показали, что количество подвижного фосфора в почве, определенное по методу Чирикова посредством воздействия на почву 0,5 н. раствором уксусной кислоты, по годам исследований несколько различается. В исходной почве, до закладки опыта, в 2003 г. нами определенно 152 мг/кг Р2О5, что считается высоким содержанием, в 2004 же году в почве обнаружено 138 мг/кг подвижного фосфора, характеризуемое как повышенное содержание. Видимо это объясняется различной интенсивностью процессов разложения органических и других труднорастворимых фосфатов в зависимости от складывающихся в разные годы погодных условий, влияющих на протекающих в почве микробиологических процессов. Следует отметить также некоторое снижение содержания подвижного фосфора в последние годы в почвах республики, в том числе в выщелоченном черноземе, на что указывают и другие авторы (Дзанагов, 1999), что объясняется ежегодным выносом фосфора урожаем без соответствующей компенсации в виде удобрений.
Содержание подвижных фосфатов в почве характеризуется определенной динамичностью. Наибольшее количество их в пахотном слое почвы в 2003г. обнаружено до закладки опыта - 152 мг/кг (на контроле). Далее идет их снижение и к фазе цветения картофеля уменьшается до 130 мг/кг Р2О5, а к уборке снижение содержания подвижного фосфора продолжилось до 120 мг/кг. Аналогичная динамика на контрольном варианте с несколько меньшими абсолютными величинами наблюдалось и в 2004г. (рис. 5, прилож. 2).
Удобрения, в состав которых входил фосфор (NPK)3o и (NPK)6o, а также навоз, заметно увеличивали содержание подвижных фосфатов в почве и не смотря на более интенсивное поглощение их более мощной вегетативной массой по сравнению с контролем, к фазе цветения в почве оставалось значительно больше подвижного фосфора, чем на контрольном варианте и в исходной почве.
Наибольшее количество подвижного фосфора в почве к фазе цветения было на вариантах с двойной дозой полного минерального удобрения и при внесении навоза и извести на фоне одинарной дозы полного минерального удобрения. Тяжелые металлы не оказали существенного влияния на содержание подвижных фосфатов в почве.
В дальнейшем, по мере развития растений и клубнеобразования, содержание подвижного фосфора в почве снижалось и к моменту уборки картофеля в оба года исследований составило значительно меньшие величины, чем в исходной почве по всем вариантам опыта. Остаточные количества фосфатов в почве в определенной степени зависели от величены урожаев на исследуемых вариантах, чем больше был получен урожай, тем больше был вынос фосфора с урожаем и в почве его оставалось, как правило, меньше.
Калий играет важную роль в жизнедеятельности растений. Он является третьим, после азота и фосфора, необходимым элементом минерального питания. Но в отличие от азота и фосфора он не входит в состав каких - либо органических соединений в растении. И в почве калий находится в минеральной ее части.
Калий поступает в растения исключительно из почвы через корневую систему. Общее содержание калия в почве обычно выше, чем азота и фосфора вместе взятых. Валовое содержание калия в выщелоченном черноземе на галечнике показано выше (табл. 8).
Однако, обеспеченность растений калием зависит в первую очередь от наличия в почве его обменной формы. В связи с этим проведение систематического контроля за содержанием калия в почве является важной и актуальной задачей. Такой контроль в республике Северная Осетия - Алания осуществляется уже много лет при систематическом агрохимическом обследовании почв сельскохозяйственных угодий (Сокаев, 2001). В то же время при постановке опытов по изучению влияния удобрений, агромелиорантов, тяжелых металлов на урожай и качество любой сельскохозяйственной культуры в конкретных почвенно-климатических условиях и с учетом экологических параметров, необходимо вести наблюдения за динамикой питательных веществ в почве, в т. ч. калия, в течение вегетации изучаемой культуры (культур), в зависимости от поставленных задач.
Проведенные нами исследования показали, что выщелоченные черноземы на галечнике хорошо обеспеченны калием. Определенные нами количества его 136-140 мг/кг в пахотном слое почвы по методу Чирикова (0,5 н. уксуснокислая вытяжка) приравниваются к высокому содержанию, что согласуется с данными других авторов (Джанаев, 1970; Дзанагов 1999; Самаев 2000).
Сезонная динамика обменного калия в общих чертах аналогична таковой подвижного фосфора: тот же максимум весной до закладки опыта, постепенное уменьшение на контрольном варианте к фазе цветения и далее к уборке картофеля (рис. 6 и 7, прилож. 3). Внесенные минеральные удобрения и навоз повышали содержание обменного калия в почве. К фазе цветения на всех удобренных вариантах содержание усвояемого калия было выше, чем на контроле. При этом наибольшее содержание К20 обнаружено на вариантах с внесением двойной дозы полного минерального удобрения (162 мг/кг) и навоза на фоне N30P30K30 + ТМ (158 мг/кг). Высокое содержание обменного калия (153 мг/кг) обнаружено также на варианте с внесением ирлита 1 на фоне одинарной дозы NPK + ТМ, что, по-видимому, объясняется очень высоким содержанием (2000 мг/кг) .
Содержание крахмала и нитратов в клубнях картофеля
Многими исследованиями и практикой установлено, что процесс формирования структуры урожая и его качества тесно связаны с условиями роста и развития растений, которые складываются в течение вегетационного периода. В частности, погодные условия, водный режим и условия питания растений оказывают влияние не только на величину урожая, но и на качество получаемой растениеводческой продукции (Леник, 2001; Бекузарова и др., 2002; Сулейманов, 2002; Себетов, 2004).
В наших исследованиях также установлена зависимость содержания крахмала и нитратов в клубнях от агрометеорологических условий в период вегетации картофеля и от применения удобрений и агромелиорантов.
Из приведенных данных таблицы 14 видно, что содержание крахмала в клубнях по годам заметно различается в зависимости от погодных условий, что отмечали и другие авторы. Например, В.М. Леник пишет (2001), что в среднесухие и средневлажные годы содержание крахмала выше, чем в засушливые. Такая же картина наблюдается в нашем опыте. В 2003 г. с более сухим периодом вегетации содержание крахмала в клубнях на контрольном варианте ниже на 3,6%, чем в среднесухом 2002г. и на 2,4%, чем в более влажном 2004г.
Применение удобрений, как минеральных, так и органических, снижало накопление крахмала в клубнях картофеля, причем более заметно в сухом 2003 г. и переувлажненном 2004г., чем в среднесухом 2002г. Наименьшее содержание крахмала в клубнях определено на вариантах с внесением двойной дозы полного минерального удобрения + ТМ и навоза на фоне одинарной дозы минудобрений + ТМ и составило в среднем за 3 года 12,0% и 13,0%, соответственно, при 15,4% на абсолютном контроле.
Внесенные в почву ТМ незначительно снижали крахмалистость клубней (0,4%). Применение ирлитов в 2003 г. не оказало влияние на крахмалистость картофеля, а в 2004г. значительно повысило содержание крахмала в клубнях по сравнению с фоновым вариантом, причем более заметно ирлит 1. По-видимому, такое действие ирлитов объясняется тем, что глинистые частицы их очень сильно поглощают воду, в 20-30 раз увеличиваясь в объеме (Цогоев, 2001), что видимо, и сыграло положительную роль в накоплении крахмала в клубнях в переувлажненном 2004г.
Как видно из данных таблицы 14, мы рассчитали сколько же можно получить крахмала с 1 гектара посадок картофеля. Расчеты показали, что наибольшее количество крахмала в опыте (2718 кг/га) было получено на варианте Фон + ТМ + известь + навоз, в соответствии с более высокими урожаями на этом варианте.
Внесение минеральных удобрений, а также навоза, способствовало увеличению содержания нитратов в клубнях. На всех удобренных вариантах содержание нитратов в клубнях картофеля было значительно выше, чем на контрольном варианте во все годы исследований. Наибольшее количество нитратов (83,9 мг/кг в среднем за 3 года) определено в клубнях выращенных на варианте N6oP6oK6o + ТМ. Однако следует сказать, что во все годы исследований ни на одном варианте опыта содержание нитратов в клубнях не превышало ПДК.
Все сельскохозяйственные культуры, в том числе картофель, для своего роста и развития, накопления вегетативной массы и в конечном итоге для создания урожая соответствующей растениеводческой продукции потребляют и накапливают необходимые для этого питательные вещества в основном из почвы. Самыми необходимыми и основными из них считаются азот, фосфор и калий. Содержание в почве, поглощение, накопление растениями и вынос их с урожаями тесно взаимосвязаны. Чем больше этих элементов будет содержаться в почве, в должном соотношении, тем лучше будет рост и развитие растений, тем выше получится урожай, значит больше будет и вынос их с урожаем. И если товарная часть урожая большая, то тем больше отчуждается элементов питания из почвы и далее из хозяйства. Поэтому необходимо определять вынос элементов питания, чтобы возвращать их в почву с удобрениями для получения последующих высоких урожаев.
Полученные нами результаты лабораторных анализов по определению содержания основных элементов питания растений в опыте с картофелем в среднем за 3 года приведены в таблице 15. Как видно из приведенных данных картофель больше всего потребляет калий, затем азот и на третьем месте фосфор. Такое соотношение сохраняется по всем вариантом опыта.
Все применяемые в опыте удобрения повысили содержание питательных веществ в клубнях картофеля. Наибольшее содержание азота отмечено на вариантах с внесением навоза на фоне одинарной дозы NPK + ТМ и N6oP6oK60 + ТМ, 1,71% и 1,70% при 0,74% на контроле. Фосфора больше содержали клубни на варианте с внесением ирлита 7. Очевидно в связи с тем, что этот природный материал содержит в своем составе достаточно много фосфора (285 мг/кг). Больше калия обнаружено также на варианте с внесением навоза, так как с ним вносится много калия. В то же время можно было ожидать больше калия в клубнях на варианте с внесением ирлита 1, потому что в нем содержится очень много этого элемента (до 2000 мг/кг). Однако этого не произошло. По-видимому, калий из этого материала труднее усваивается, чем из на воза. Тяжелые металлы также способствовали некоторому повышению содержания всех элементов в клубнях.
Расчеты по определению выноса элементов питания с урожаем (табл. 16) показали, что наибольший вынос N, Р205 и К20 произошел в 2002г., затем в 2003г. и меньше всех в 2004г., что соответствовало полученным в эти году урожаям. По вариантам опыта наибольший вынос питательных веществ отмечен на варианте с совместным внесением извести и навоза на фоне N30P30K30 + ТМ и составил в среднем за 3 года N - 116,5 кг/га, Р205 - 45,1 кг/га и К20 - 178,4 кг/га.
