Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Основные понятия о «тяжелых металлах» 8
1.2. Экологические проблемы современного земледелия 10
1.3. Источники поступления тяжелых металлов в почву 16
1.4. Приемы снижения фитотоксичности ТМ в почве 20
Глава 2, Методика и условия проведения исследований
2.1. Методика полевых опытов и лабораторных исследований 27
2.2. Почвенные, агротехнические и метрологические условия 1997-1999г.г 31
Глава 3. Изменения агрохимических свойств почвы в условиях детоксикации тяжелых металлов
3.1. Транслокапия ТМ в серой лесной почве 38
3.2. Влияние агромелиорантов на содержание в почве меди, цинка, свинца и кадмия 43
3.3. Влияние ТМ и приемов детоксикации на основные агрохими ческие показатели почвы 63
Глава 4. Влияние ТМ и приемов детоксикации на химический состав растений
4.1. Изменение химического состава вико - овсяной смеси в условиях детоксикации ТМ 70
4.2. Последействие ТМ и приемов их детоксикации на химический состав зерна и соломы озимой ржи 76
4.3. Последействие ТМ и приемов их детоксикации на химический состав картофельного растения 83
4.4. Корреляционная зависимость ТМ в почве и растениях 89
Глава 5. Влияние тяжелых металлов и приемов их де-токсикации на урожайность сельскохозяйственных культур
5.1. Изменение урожайности вико - овсяной смеси в условиях де-токсикации почвы 91
5.2. Последействие ТМ и приемов их детоксикации на урожайность озимой ржи 93
5.3. Последействие ТМ и приемов их детоксикации на урожайно-стькартофеля 96
Глава 6. Влияние тяжелых металлов и приемов их де токсикации на качество сельскохозяйст венной продукции
6.1. Влияние ТМ и приемов их детоксикации на качество сена ви-ко-овсяной смеси 99
6.2. Последействие ТМ и приемов их детоксикации на качество зерна и соломы озимой ржи 101
6.3. Последействия ТМ и приемов их детоксикации на качество клубней картофеля 104
Глава 7. Биоэнергетическая и экономическая оценка продуктивности звена полевого севооборота
7.1. Биоэнергетическая оценка 107
7.2. Экономическая оценка 111
Выводы 118
Рекомендации производству 121
Список литературы 122
Приложения 138
- Экологические проблемы современного земледелия
- Почвенные, агротехнические и метрологические условия 1997-1999г.г
- Влияние агромелиорантов на содержание в почве меди, цинка, свинца и кадмия
- Последействие ТМ и приемов их детоксикации на химический состав зерна и соломы озимой ржи
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время наметившаяся тенденция увеличения содержания ТМ в почвах сельхозяйственных угодий, особенно вблизи промышленно - развитых центров, вызывает особую обеспокоенность, так как многие хозяйства, расположенные в этой зоне, как правило, обеспечивают горожан многими продуктами питания, в том числе овощами и фруктами. Данное обстоятельство делает необходимым проведение мониторинга за содержанием ТМ в почвах, а на загрязненных участках - проведение агротехнических и агрохимических мероприятий по их детоксикации. Таким образом, вопросы восстановления плодородия загрязненных почв ТМ и разработки комплексных мер по их детоксикации в нынешних условиях приобретают большую агроэкологи-ческую, социальную значимость и становятся одними из наиболее сложных проблем агробиоценоза.
Степень изученности. Многочисленные исследования, проведенные за последние десятилетия, свидетельствуют о сложном характере взаимодействия ТМ с почвенной средой, где основными показателями являются не только свойства самих металлов и почвенно- климатические условия, но и биологические особенности самих растений. Все это приводит к необходимости проведения специальных исследований в каждой почвенно-климатической зоне, которые способствовали бы более глубокому пониманию характера взаимодействия ТМ с почвенной средой и их транслокации в системе «почва - растения», а в итоге позволили бы разрабатывать конкретные агроприемы по их детоксикации .
Цель и задачи исследований. Для Чувашской Республики проблема очищения (детоксикации) почвы от ТМ особенно актуальна, так как ее небольшая территория насыщена промышленными, в том числе химическими предприятиями. Кроме этого, она имеет очень сложную и сильно рассеченную сеть автомобильных и железных дорог, которые, как известно, считаются приоритетными загрязнителями окружающей среды ТМ. С 1977 по 1993 год Институтом экспериментальной метрологии НПО "Тайфун" обследованы почвы
вокруг более 150 населенных пунктов РФ повышенного техногенного воздействия на окружающую среду, и в их списке г. Чебоксары находится на 16 месте. Отсюда, целью данной работы является выявление характера транслокации ТМ в системе «почва- растение» в условиях серой лесной почвы и оценка эффективности детоксикации загрязненной почвы агрохимическими приемами.. Для достижения намеченной цели ставились следующие задачи:
Оценка динамики валовых и подвижных форм ТМ в серой лесной почве и их транс локации в системе «почва - растение».
Выявление детоксикационной способности почвы, извести, трепела, минеральных удобрений и навоза по отношению к ТМ.
Установление влияния ТМ на урожай и качество сена однолетних трав, зерна и соломы озимой ржи и клубней картофеля.
Оценка биоэнергетической и экономической эффективности агрохимических прёмов детоксикации почв в звене полевого севооборота.
Положения, выносимые на защиту.
Почвенная среда, как саморегулирующая система, обладает определенными свойствами самоочищения, путём перевода ТМ в малоподвижные соединения. Внесение извести, трепела, навоза и повышенной дозы минеральных удобрений снижает количества подвижных форм ТМ в почве и усвоение их растениями (однолетние травы, озимая рожь, картофель).
1,5 - 2,5 кратное повышение содержания подвижных форм ТМ (меди, цинка, свинца, кадмия) в почве вызывает снижение количества и качества продукции сельскохозяйственных культур.
Научная новизна. Впервые установлено влияние извести, трепела, навоза и минеральных удобрений на состояние ТМ в системе «почва - растение» в условиях серых лесных почв Чувашской Республики, продуктивность и качество сельскохозяйственных культур.
Практическая ценность. Выявлены уровни детоксикационной способности извести, трепела, навоза, минеральных удобрений по отношению к ТМ в
7 пахотном горизонте серой лесной тяжелосуглинистой почвы и растениях. Определены степени влияния загрязненной почвы ТМ на уровень урожайности и качество сельскохозяйственных культур, что позволяет рекомендовать конкретные дозы удобрений и агрохимикатов при возделывании однолетних трав, озимой ржи и картофеля на загрязненной ТМ серой лесной почве.
Реализация результатов исследований. Материалы научных исследований были использованы для составления программ повышения плодородия почв Чувашской Республики на период 2003- 2005 и 2006-2010 годы.
Апробации работы. Результаты исследований доложены: на научно-практической конференции, посвященной 75-летию Госсанэпидемслужбы Чувашской Республики (1997г.), на межрегиональных научно- практических конференциях, посвященных 100 летию со дня рождения профессора СИ. Андреева (22-23 июня 2000г.), 70- летию Чувашской ГСХА в 2001г., на районных агрономических конференциях Чувашской Республики в 2002-2004 годах, в Мо-соловских чтениях в 2005 г.
Выражаю благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки РФ и ЧР, доктору сельскохозяйственных наук, профессору А.И. Кузнецову за оказанные консультации при выполнении научно- исследовательской работы.
Экологические проблемы современного земледелия
В условиях повышенного техногенного прессинга на биосферу элементы интенсификации сельского хозяйства накладывают определенный отпечаток на состояние окружающей среды и становятся поводом для многих дискуссий в научной среде (Попович, 1993; Тюрюканова, Андреева, Федоров, 1993; Ла-донин, 1995; Нестерова, Сиранин, Макаров, 1996; Овчаренко, Графская, Шильников, 1996). Наиболее острые дискуссии разворачиваются вокруг химизации земледелия. Обвиняя ее во всех экологических бедах, многие требуют немедленного отказа от применения всех средств химизации земледелия, включая органоминеральные удобрения. Если одни вкладывают в это понятие рациональное ведение сельского хозяйства с разумной степенью его химизации, то для других оно ассоциируется, главным образом, со всевозрастающим применением удобрений, средств защиты растений и т.д., то есть в рамках интенсификации сельскохозяйственного производства предполагается в основном экстенсивное развитие его химизации.
Чрезмерное увлечение средствами химизации, несоблюдение научно-обоснованных рекомендаций, а порой безграмотное использование ее средств приводит к негативным последствиям (Ладонин,1993). В высокоразвитых странах внесение в больших количествах минеральных удобрений, особенно в высоких дозах азотных, привело к загрязнению нитратами многих водоемов, а при промывном типе водного режима - и грунтовых вод. В настоящее время в этих странах вода во многих артезианских скважинах непригодна для питья (При-жуков, Янчук, 1984; Смирнова, Карцева, Потатуева,1985; Благовещенская, Мо-гиндовид, 1987; Благовещенская, Могиндовид, Трошина, 1990; Державин, 1991; Балкж, Головина, Косаненко,1994). При длительном применении азотных удобрений, особенно в нитратной форме, отмечают депрессию почвенной микрофлоры, изменение реакции почвенной среды, ухудшение структурного состояния почвы и накопление вредных веществ (Безруков, Дробезко, 1994; Ми-неев, 1998). Подобная ситуация сложилась и в некоторых районах нашей страны (Скоропанов, 1980; Быстраков, 1985; Державин, 1991).
По данным ВИУА, окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожая у нас значительно ниже, чем в высокоразвитых странах. В производственных условиях эффективность удобрений составляет: азотных-40-50%, фос-форных-15-20 %, калийных и сложных удобрений- 30-40 %. Растения в полевых условиях используют из удобрений азота всего 30-40 %.В зависимости от рельефа местности, погодных условий, времени и способов внесения до 50 % азота теряется в газообразной форме и 5-15 % вымывается из корнеобитаемого слоя почвы (Донцов, Кравченко, 1985). Потери фосфора и калия в этих условиях составляют 20 и даже до 50 % (Благовещенская, Могиндовид, Трошина, 1990; Минеев, 1998). Физические потери из-за недостатка специальных транспортных средств и складских помещений достигают 12-14%. Несбалансирован ное внесение минеральных удобрений позволяет усваивать растениям только 10-15 % элементов питания от общего количества (Минеев, 1984; Минеев, 1990). В этих условиях, признавая губительное последствие химизации земледелия, одни видят выход в ведении сельского хозяйства на биосферно-биогеоценотической основе, предлагая отказаться от всех средств химизации, другие рассматривают использование органических удобрений как один из важнейших агроприемов снижения и предотвращения избыточного накопления токсикантов в грунтовых водах, продуктах питания и кормах (Скоропанов, 1980; Ефремов, Курмышева, 1994; Кандыба, Фатеев, 1995). Итак, при нерациональном и неразумном подходе к средствам химизации, они могут оборачиваться бедой для самой химизации земледелия. Однако, многочисленные опыты, проведенные за последние десятилетия научными учреждениями и станциями агрохимической службы в различных почвенно-климатических зонах России, однозначно доказали, что при соблюдении научно-обоснованных рекомендаций, технологической дисциплины используемые средства химизации (удобрение, известь и пестициды) не оказывают заметного негативного влияния на агробиоценоз вследствие самоочищающей способности почвы (Ладонин, 1993; Шильников, Аканов, 1995). Наглядным примером является Япония, где,несмотря на 100%- ную химизацию земледелия, не отмечается ухудшения экосистемы, а наоборот, наблюдается улучшение производительной силы почвы, при этом качество сельскохозяйственной продукции остается неизменно высоким, а среднестатистический японец имеет самую высокую продолжительность жизни на планете ( Милащенко, Захаров, 1991). Следовательно, земледелие России должно развиваться, опираясь на те знания, которые доказывают безопасность использования тех или других средств химизации в воспроизводстве плодородия почв и получении экологически безопасной продукции сельского хозяйства (Овчаренко, 1994).
Во многих исследованиях, проведенных как за рубежом, так и в России, отмечается ухудшение окружающей среды. В некоторых регионах загрязнение окружающей среды стало настолько актуальным, что его стали обсуждать в высших органах управления большинства стран мира. Даже такая авторитетная международная организация, как Организация Объединенных Наций, на своих Генеральных Ассамблеях не раз возвращалась к вопросам охраны окружающей среды и даже принимала ряд специальных резолюций. Здесь большого уважения заслуживают работы ее таких специализированных органов, как ЮНЕСКО и ФАО, которые прилагают большие усилия в охране агробиоценозов. Следует отметить то, что в 1993 году в г. Рио-де-Жанейро ООН на своей конференции признала Россию неблагоприятной в экологическом отношении, и включила её в число самых загрязненных стран на планете, представляющих опасность для всего мирового сообщества (Недел, 1993). В этой обстановке особую обеспокоенность вызывает и загрязнение почвы тяжелыми металлами, т.к. от ее состояния, в конечном счете, зависит благополучие всех живых организмов, обитающих на Земле.
Информацию о состоянии почв в России мы получаем благодаря осуществлению мониторинга загрязнения почв (Добролюбский, Кривокапин, 1980; Гончарук, Сидоренко, 1986; Добровольский, 1986; Боыиаков,1991; Акулов, Доцен-ко,1995; Болотина, 1999). Так, в частности, институтом экспериментальной метеорологии в течение многих лет проводятся обследования почв вокруг центров цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, энергетики и других зон повышенного техногенного воздействия на окружающую среду. Анализы и обобщения полученных материалов свидетельствуют об увеличении массовых долей ТМ в почве по сравнению с фоновыми значениями (Бобовникова, Малахов, Махонько, 1980).
Почвенные, агротехнические и метрологические условия 1997-1999г.г
Почва опытного участка сформировалась под воздействием двух взаимосвязанных процессов - подзолистого и дернового, и классифицируется как типличная серая лесная, тяжелосуглинистая на лессовидном суглинке. Сверху имеет пахотный горизонт (А„) мощностью до 30 см, ниже которого выделяется переходный гумусово-оподзоленный горизонт (А2В) белесоватого цвета, имеющий признаки оподзоливания - кремнеземистую присыпку на гранях структурных отдельно стей. Этот горизонт постепенно переходит в иллювиальный, бурый, уплотненный слой (В]В2), доходящий до 102 см, и постепенно переходящий в материнскую породу (С). В целом, мощность почвенного профиля составляет около 120 см. Грунтовые воды располагаются на глубине 5-6 м.
Результаты агрохимического анализа пахотного слоя почвы показали, что опытный участок характеризуется слабокислой реакцией почвенной среды (рН 5,2), с низким содержанием гумуса (2,5 %), очень высоким содержанием подвижного фосфора (264 мг/кг) и повышенным содержанием обменного калия (135 мг/кг) по Кирсанову.
С учетом шкалы экологического нормирования ТМ для геохимической ассоциации почв со слабокислой и кислой реакцией (Обухов,ЕфремоваД988), пахотный горизонт опытного участка по содержанию валовых форм ТМ оценивается средним содержанием меди (15,1 мг/кг), цинка (44,5 мг/кг), свинца (12,4 мг/кг) и высоким содержанием кадмия (0,72 мг/кг). По степени обеспеченности подвижными формами МЭ (рН 4.8) оценивается высоким содержанием меди (0,6 мг/кг), средним - цинка (2,6 мг/кг), а по содержанию подвижных форм токсических элементов (ТЭ) - высоким и средним содержанием кадмия (0,35 мг/кг) и свинца (1,7 мг/кг). ПДК подвижных форм ТМ составляют: меди- 3,0; цинка - 23,0; свинца - 6,0 и кадмия 0,5 мг/кг почвы. Таким образом, уровень содержания ТМ в почве опытного участка вполне позволяет получить экологически безопасную сельскохозяйственную продукцию.
Агротехника возделываемых культур на опытном участке была общепринятая для данной зоны. В первый год после заделки удобрений и агроме-лиорантов, до посева однолетних трав проводилась предпосевная поверхностная обработка агрегатом РВК- 3 на глубину 6-7 см. Посев однолетних трав осуществляли в оптимальные агротехнические сроки (13 мая) сеялкой СЗУ- 3,6 на глубину 3-4 см с одновременным прикатыванием. Норма высева (семена 1 класса) вики сорта Льговская 60 - ПО кг/га, овса Горизонт- 90 кг/га. Уборку проводили вручную, в фазе массового образования бобов у вики (24 июня). Вслед за уборкой стерню обрабатывали агрегатом БДТ- 3 на глубину 8-9 см, а через две недели - лущильником ПЛ-5-25, с одновременным боронованием БЗСТ- 1,0 на глубину 15-16 см. В конце июля участок прокультивировали агрегатом КПС- 4 + БЗСТ- 1,0 на глубину 8-10 см. Озимую рожь сорта Чулпан с нормой высева 7 млн. всхожих семян посеяли 5 сентября. Весной, после схода снега, посевы пробороновали бороной ЗБП- 0,6 А на глубину 1-2 см. Уборку проводили в фазе полной спелости, 24 августа. Вслед за уборкой стерню продисковали тяжелыми дисковыми боронами БДТ- 3 на глубину 8-9 см, а через две недели вспахали плугом ПЛН - 4-35 на глубину 28-30 см. Весной, после схода снега, опытный участок пробороновали боронами БЗСТ- 1,0 в два следа на глубину 4-5 см. Через неделю прокультировали агрегатом КПС- 4 + БЗСТ-1,0 на глубину 20-22 см, а до посадки картофеля нарезали гребни орудием -КОН - 2,8. Посадку картофеля (сорт Невский) выполняли после установления температуры почвы 6-8С. Норма посадки клубней 40 ц на 1 га. С целью уничтожения сорных растений на 4, 11 и 16 дни после посадки участок пробороновали лёгкими боронами. После четкого обозначении рядков провели первую междурядную обработку на глубину 8-Ю см, а при достижений 18-20 см и 25-28 см вторую и третью междурядную обработку на глубину 7-8 и 4-5 см соответственно.
Во время массового появления личинок колорадского жука осуществляли опрыскивание препаратом "децис" из расчета 10 мл рабочего раствора (2 мл препарата на 10 л воды) па одну сотку. Уборку и учет урожая картофеля проводили 2 сентября.
Погодные условия вегетационного периода 1997 года в основном отличались от многолетних данных по сумме осадков (рис.3 и 4). В мае месяце температурный режим почти не отличался от среднемноголетних данных. Лишь небольшие отклонения отмечались в третьей декаде мая. Средняя декадная температура была меньше на 2,6С, но осадков за этот период выпало на 20 мм больше по сравнению с многолетними данными (приложение 1). В июне месяце отмечалась более высокая температура, примерно на 3 С выше многолетних данных, и осадков было в первой декаде на 22 мм больше, во второй - на 19 мм. Такая сложившаяся погода в целом благоприятствовала росту и развитию однолетних трав. В июле температурный режим складывался на уровне средне-многолетних данных, но осадков выпало меньше, всего 34 мм, т.е. меньше половины нормы. В августе месяце погодные условия благоприятствовали подготовке почвы под озимую рожь. После лущения прошедшие осадки благоприятно повлияли на прорастание семян сорных растений и спровоцировали прорастание вегетативных органов у многолетних сорняков. После второго лущения, в середине второй декады августа, прошедшие дожди способствовали увеличению запаса влаги в почве, В третьей декаде августа осадков было в два раза меньше, по сравнению с многолетними данными, но они не могли повлиять на качество подготовки почвы под озимую рожь. В сентябре сложившиеся погодные условия в целом благоприятствовали прорастанию и развитию озимой ржи, а также подготовке ее к перезимовке.
В 1998 году весна пришла с опозданием. Снег сошел только в конце третьей декады апреля, а температура в конце апреля установилась чуть более 5С. В начале мая пришедший антициклон вызвал увеличение среднесуточной температуры воздуха. В первой декаде мая температура установилась на 2 С вьше по сравнению с многолетними данными, а осадки выпали на 7 мм меньше. При этих условиях озимые хорошо пошли в рост за счет использования зимнего и весеннего запасов влаги в почве, а прошедшие дожди в третьей декаде мая и соответствующий температурный режим в целом благоприятствовали росту и развитию озимой ржи. Осадков выпало на 54 мм больше по сравнению с многолетними данными. Однако установившаяся засуха в июне месяце негативно повлияла на рост и развитие озимой ржи. В первые две декады не выпало ни одного мм осадков, а температура установилась на 4 - 10С выше среднемного-летних данных. Лишь в конце июня и в начале июля прошедшие дожди позволили снять отрицательное влияние температуры на развитие растений. Антициклон, пришедший в первой декаде июля, снова подверг испытанию сельскохозяйственные культуры на засухоустойчивость. Температура установилась на 5-6С выше средней многолетней, а осадков выпало в третьей декаде всего 6 мм. Такие условия несомненно привели к более ускоренному созреванию озимой ржи и благоприятствовали уборке урожая. Установившаяся дождливая погода в августе месяце не повлияла на сроки проведения основной обработки почвы под картофель.
Влияние агромелиорантов на содержание в почве меди, цинка, свинца и кадмия
Медь. В детоксикации ТМ важное место отводится известковым минералам и различного рода органоминеральным удобрениям. Их -действия, как правило, базируются на связывании и переводе катионов металлов в малоподвижные недоступные для растений формы.
В наших исследованиях известкование загрязненной ТМ почвы привело лишь к незначительному изменению подвижной формы меди (рис.5). Так, внесение извести в первом году исследования вызвало снижение подвижной формы меди по сравнению с фоновым загрязнением ТМ с 9,5 до 8,7 мг/кг или на 8 %, к концу второго года исследования - с 9,2 до 8,0 или на 13 %, а к концу третьего года исследования - с 8,5 до 6,1 мг/кг почвы, то есть 28 %. Эти изменения, хотя и носят незначительный характер, но в целом отражают усиливающееся во времени действие извести на содержание подвижной формы меди.
Эти выводы параллельно подтверждаются характером изменения содержания в почве валовой формы меди (рис.6). Здесь можно отметить детоксикаци-онную способность самой почвы. С момента внесения ТМ содержание валовой формы меди выросло к концу исследования с 15,0 до 60,3 мг/кг почвы или в 4 раза. На этом фоне внесение извести привело к еще большему возрастанию: содержание в почве валовой формы меди за первый год увеличилось с 39,1 до 52,32 мг/кг или на 34 %, во второй - с 68,4 до 82,8 мг/кг или на 21 % и третий -с 68,3 до 85,6 мг/кг почвы, что составляет 24 %. Таким образом, за три года исследований внесение извести привело к увеличению валовой формы меди на 33,3 мг/кг почвы или на 64 %.
Трепел, как и известь, способствовал снижению количества подвижной формы меди, а по эффективности даже превосходил ее, а по форме последействия несколько отличался от нее. Если внесение извести последовательно за три года исследования вызывало снижение подвижной формы меди с 8,7до 6,1 мг/кг почвы или с 8 до 24%, то внесение трепела, наоборот,привело к некоторому ее увеличению. Так, внесение трепела по сравнению с фоновым загрязнением снизило содержание подвижной формы меди к концу первого года исследования с 9,5 до 6,1 мг/кг почвы или на 36 %, что превосходило действие извести на 28 %, но в дальнейшем содержание ее подвижной формы увеличивалось и к концу второго года достигло до 6,8 мг/кг, или возросло на 11 %, а концу третьего года - до 6,5 мг/кг почвы, что составляет 8 % от исходного. По сравнению с фоновым загрязнением содержание подвижной формы меди снизилось к концу второго года исследования на 2,4 мг/кг или на 2 % и третьего - на 1,9 мг/кг почвы или 22%. На этом фоне последовательно увеличивалось, как и при внесении извести, в значительных количествах, содержание валовой формы меди. За три года исследования оно возрасло с 74,8 до 108,1 мг/кг почвы или на 44%. По сравнению с фоновым загрязнением увеличение составило в первом году исследования с 39,1 до 74,8 мг/кг, или 91 %, во втором-с 68,4 до 102,0 мг/кг, или 41%, и в третьем- с 69,3 до 108,1 мг/кг почвы, что составляет 56 %, а по сравнению с известью действие трепела было выше в первом году исследования на 43%, во втором - на 23 % и в третьем на 25 % (рис.6).
Внесение навоза вызвало неадекватное изменение подвижной формы меди. Так, в год его внесения содержание подвижной формы меди по сравнению с фоновым загрязнением снизилось с 9,5 до 4,2 мг/кг почвы, что составляет 56 %, а по эффективности даже превосходило действие извести на 48 %, трепела - на 21 %, но в дальнейшем содержание меди в почве резко увеличилось - с 4,2 до 19,0 мг/кг почвы. Увеличение составило более чем в 4,5 раза, а по сравнению с фоновым загрязнением - в 2,1 раза. Такие изменения, видимо, связаны с поглощением меди в начальном этапе внесенной органической массой в виде перепревшего навоза, но в дальнейшем, в процессе быстрой адаптации почвенной микрофлоры к условиям загрязнения почвы ТМ, происходит активизация их деятельности, вследствие чего резко увеличивается содержание подвижной формы меди. Аналогичные высказывания встречаются во многих источниках (Алексеев, 1987; Минеев, 1984, 1988, 1998). В дальнейшем, с уменьшением субстрата питания для микроорганизмов, ослабляется биоактивность почвы и снижается подвижность меди. Так, к концу третьего года исследования содержание подвижной формы меди снизилось с 19,0 до 12,6 мг/кг почвы или на 34 %.
Последействие ТМ и приемов их детоксикации на химический состав зерна и соломы озимой ржи
В предыдущих разделах работы были рассмотрены особенности распределения ТМ в различных органах растений, где на примере викоовсяной смеси и озимой ржи, было отмечено, что корни растений до определенного уровня обеспечивают защиту надземных органов от негативных действий ТМ. Если несмотря на защитную функцию корней токсикант проникает в стебель и листья, то растение способно ограничить его поступление в запасающие органы. В связи с этим определенный интерес представляет накопление ТМ в хозяйственно ценном органе картофельного растения - в клубнях и изменения, которые они вызывают в их химическом составе.
Результаты анализов различных органов картофельного растения показали, что ТМ в основном вызывали существенные изменения в химическом составе растений ( табл.11). В корневой системе по сравнению с контрольным вариантом, отмечено увеличение содержание калия на 0,33 %, в вегетативной массе - снижение азота на 0,41 % и повышение калия на 0,28 %, а в клубнях -увеличение азота на 0,52 % на сухое вещество.
Последействие извести проявилось в основном на содержании калия в нетоварной части картофельного растения.
Навоз не обладал длительным последействием и его влияние не проявилось на химическом составе растений. Однако, по сравнению с известью, он вызвал увеличение накопления калия в корневой системе на 0,34 %, а в клубнях снизил содержание азота на 0,52 %, а по отношению к фоновому загрязнению-на 0,58 % на сухое вещество. Последействие совместного внесения извести и навоза, по сравнению с фоновым загрязнением, в третьем году исследования порявилось на содержании азота и калия. Содержание калия в корневой системе снизилось на 0,32 %, в клубнях снизилось содержание азота на 0,76 %, увеличилось содержание азота в вегетативной массе на 0,42 %, а калия - в клубнях на 0,50% на сухое вещество. Относительно извести, в год исследования по навозу увеличилось содержание в корневой системе азота на 0,34 % и калия на 0,37 %, а в клубнях - содержание калия на 0,52 %. Снизилось так же содержание в вегетативной массе калия на 0,28 % и в клубнях - содержание азота на 0,72 %. Следует подчеркнуть, что при совместном внесении извести и навоза преобладающее влияние сохранялось за навозом.
Последействие трепела, по сравнению с фоновым загрязнением, проявилось в содержании в растении картофеля азота и калия. В корневой системе оно вызвало снижение концентрации калия на 0,39 %, в вегетативной массе - на 0,5 %, в клубнях - азота на 0,53 %.
Минеральные удобрения, внесенные в повышенной дозе, обладали длительным последействием, привели к незначительному увеличению содержания фосфора в корнях, снижению содержания азота в вегетативной массе по сравнению с фоновыми загрязнением на 0,22 % и азота в клубнях - на 0,4 %.
Таким образом, анализ содержания азота, фосфора и калия в картофельном растении позволяет сделать заключение, что загрязнение почвы ТМ и приемы их детоксикации обладают длительным последействием в отношении основных элементов питания. В основном они затрагивают содержание калия в корневой системе, вегетативной массе и клубнях, а азота - в клубнях и вегетативной массе.
Данные, полученные в результате анализа картофельных растений, свидетельствуют о существенных изменениях в содержании ТМ в различных органах растений под воздействием изучаемых приемов.
Минеральные удобрения, внесенные в начале опыта под однолетние травы, и в третьем году обладали последействием, и оно в основном отразилось на содержании ТМ в корневой системе и надземной (вегетативной) массе. По сравнению с абсолютным контролем (с вариантом без удобрений) в корневой системе снизилось содержание меди с 31,7 до 23,4 мг/кг или на 26 %, цинка- с 225,1 до 193,3 мг/кг или на 14 %, свинца - с 17,9 до 15,6 мг/кг или на 13 % и кадмия - с 17,6 до 14,6 мг/кг или на 17 %, в надзеі\іной массе - меди с 21,9 до 18,7 мг/кг или на 15 %, цинка - с 139,4 до 122,5 мг/кг или на 12 % и свинца - с 3,61 до 272 мг/кг или на 25 %, существенных изменений в содержании меди, цинка, свинца и кадмия в клубнях не отмечено, как и в концентрации кадмия в надземной массе (табл. 12).
По сравнению с контрольным вариантом в корневой системе при загрязнении увеличилось содержание меди с 13,4 до 42,9 мг/кг или на 83 %, цинка с 193,3 до 426,5 мг/кг или на 121 %, свинца- с 15,6 до 37,7 мг/кг или на 111 %, и кадмия - с 14,6 до 16,7 мг/кг или на 14 %, в вегетативной массе увеличилось содержания меди с 18,7 до 39,0 мг/кг или на 109 %, цинка-с 122,5 до 301,9 мг/кг или на 146 %, свинца - с 2,72 до 8,74 мг/кг или на 221 % и кадмия- с 1,15 до 4,72 мг/кг или на 310 %. В хозяйственно ценном органе растений - клубнях - последействие ТМ проявилось только в отношении свинца. Анализируя полученные данные в целом, можно сказать следующее, что ТМ, с одной сторо-ны,обладают длительным последействием, увеличивая прессинг на растение, и с другой стороны, само растение наделено мощным защитным механизмом, препятствующим транслокацию ТМ в системе корень - стебель - органы раз-множения.К примеру, относительно к корневой системе в надземной массе снизилось содержание меди с 42,9 до 39,0 мг/кг или на 9 %, цинка - с 426,5 до 301,9 мг/кг или на 29 %, свинца- 37,7 до 8,74 мг/кг или на 77 % и кадмия - с 16,7 до 4,72 мг/кг сухого вещества или на 48 %, а в клубнях содержание меди снизилось до 8,1 мг/кг или на 81 %, цинка - до 29,4 мг/кг или на 93 %, свинца - до 0,54 мг/кг или на 96 % и кадмия - до 0,28 мг/кг или на 98 %. По отношению к надземной массе в клубнях снизилось содержание меди на 30,9 мг/кг или на 79 %, цинка - на 272,5 мг/кг или на 90 %, свинца - на 8,2 мг/кг или на 94 % и кадмия - на 4,44 мг/кг сухого вещества или 94 %. Таким образом, наибольшая нагрузка по блокированию меди и цинка падает на защитные механизмы в системе растение- корень, а свинца и кадмия - на корневую систему или на поясок каспария.
Внесение навоза уменьшило содержание в корнях цинка на 7,3, свинца на 14,3 мг/кг, в ботве меди на 5,1, цинка на 57,7, свинца 4,51 и кадмия на 0,71 мг/кг, в клубнях цинка на 5,2 и свинца на 0,12 мг/кг сухого вещества. Внесение извести уменьшило содержание в корнях свинца на 8,0 мг/кг, в ботве - цинка на 65,7, свинца на 2,23, кадмия на 1,4 мг/кг, в клубнях - цинка на 4,5, свинца на 0,11, кадмия на 0,04 мг/кг сухого вещества.
Трепел, используемый в опыте как детоксикапт ТМ, по отношению к фоновому загрязнению, увеличил содержание меди в корневой системе на 13,1 мг/кг или на 30 %, кадмия - на 6,5 мг/кг или на 39 %, в надземной части увеличил содержание меди на 5,5 мг/кг или на 14 %, но снизил содержание свинца в корневой системе на 12,3 мг/кг или на 33 %, в подземных органах снизил содержание свинца - на 12,3 мг/кг или на 15 %, а в клубнях несущественно уменьшил количество содержание цинка,свинца и кадмия. Относительно извести трепел увеличил содержание в корневой системе меди на 7,3 мг/кг или 15 %, свинца - на 2,0 мг/кг или на 9 %, кадмия - на 2,3 мг/кг сухого вещества или на 11 %, в надземных органах повысил концентрацию меди на 9,6 мг/кг или на 28 % и цинка - на 39,5 мг/кг сухого вещества или на 16 %, также увеличил содержание в клубнях цинка на 3,4 мг/кг сухого вещества или на 14 %, но снизил количество кадмия на 0,97 мг/кг сухого вещества или на 28 %.
