Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 10
ГЛАВА 2. СОДЕРЖАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОБАЛЬТА В
ОСНОВНЫХ ТИПАХ ПОЧВ АГРОЛАДШАФТОВ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 15
2.1. Характеристика природно-климатических условий и почвенный покров калининградской области 15
2.2. Содержание кобальта в почв бракующих породах и почвенно-грунтовых водах 23
2.3. Содержание кобальта в основных типах почв 31
2.4. Особенности вертикального распределения кобальта в основных типах почв 42
2.5. Коэффициенты распределения кобальта в почвах 67
2.6. Влияние гранулометрического состава и агрохимических свойств почв на содержание кобальта в почвах 77
2.7. Содержание кобальта в почвах различных агроландшафтов 88
2.8. Геохимические ассоциации накопления и рассеяния кобальта в почвах 92
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОБАЛЬТА В АГРОФИТОЦЕНОЗАХ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 97
3.1. Содержание кобальта в растениях 97
3.2. Динамика накопления кобальта растениями 106
ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДЕФИЦИТА КОБАЛЬТА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 113
4.1. Экологическая оценка содержания кобальта в основных звеньях агроэкосистем области.. 113
4.2. Содержание кобальта в кормах 123
4.3. Влияние кобальтовых микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур 128
4.4. Влияние средств химизации на трансформацию и миграцию кобальта в системе почва растение 138
ВЫВОДЫ 145
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 147
ПРИЛОЖЕНИЯ 148
БИБЛИО ГРАФИЧЕСКИЙ СПИСО К 154
- Характеристика природно-климатических условий и почвенный покров калининградской области
- Содержание кобальта в растениях
- Экологическая оценка содержания кобальта в основных звеньях агроэкосистем области..
Введение к работе
Сельское хозяйство является мощным фактором воздействия человека на природную среду. Территория сельскохозяйственных угодий области представлена агроэкосистемами с ярко выраженной древнеземледельческой историей. Человек постоянно воздействует на них с помощью мелиорации, удобрения, агротехники, применения химических средств защиты растений, введения в культуру новых высокопродуктивных сортов и т.д. Достижение стабильного функционирования агроэкосистем, предотвращение возникновения и развития деградационных процессов требуют постоянной целенаправленной работы: научного осмысления особенностей биологического продуцирования, формирования целесообразных направлений практической деятельности.
Известно, что в отличие от естественных биогеоценозов с относительно замкнутым циклом биогенных элементов, в агроценозах происходит разрыв этого цикла из-за отчуждения питательных веществ с урожаем, снижение их доступности растениям, потерь в результате стока, эрозии, денитрификации, инфильтрации и т.д. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии ведет не только к уменьшению производства продукции и ухудшению ее качества, но и к снижению устойчивости агроландшафтов.
В современных условиях агрохимическая концепция оптимизации комплексного минерального питания растений предполагает сбалансированное, экологически безопасное и целенаправленное регулирование питания растений макро- и микроэлементами в агроценозах. Дефицит микроэлементов в почвах является одним из существенных факторов, сдерживающих получение стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур,
В предыдущие годы были опубликованы работы (Панасин, 1979; 1995), посвященные проблеме микроэлементов в земледелии области, однако поведение кобальта в системе «почва-растение-животные» изучено недостаточно.
К настоящему времени необходимость и важность кобальта для растений и животных не подвергается сомнению. Это доказано многочисленными экспериментами, проведенными на протяжении нескольких последних десятилетий в нашей стране и за рубежом. Основными моментами такого рода исследований являются определение роли кобальта в азотфиксации, синтезе белков, Сахаров, жиров, хлорофилла, в процессе дыхания, активизации некоторых ферментов и регуляции роста растений. Оптимальные количества кобальта улучшают диетическую ценность продукции растениеводства вследствие повышения в ней содержания Сахаров, аскорбиновой кислоты и белка (Смирнов, Петербургский, 1975), масла в семенах (Пейве, 1961).
С практической точки зрения кобальт имеет очень большое значение для питания животных. В виде металл-компонента витамина Bt2 он активизирует процессы кроветворения, способствует синтезу гемоглобина, участвует в азотном, углеводном и минеральном обменах в животном организме (Кремлев и др., 1986). Кобальт обладает свойством активировать одни ферменты, тормозить другие и таким образом влиять на процессы обмена. Под его влиянием активируются костные и кишечные фосфатазы, карбоксилаза, аргиназа, каталаза и многие пептидазы.
Недостаток этого элемента в кормах приводит к серьезным нарушениям в процессах обмена у животных, к резкому снижению их продуктивности. При несбалансированности рациона по кобальту у крупного рогатого скота и овец, реже у лошадей, возникает заболевание акобальтозом и авитаминозом Bt2. У животных наблюдается угнетенное состояние, потеря аппетита, похудание, потеря веса, бледность слизистых оболочек, понижение в крови эритроцитов и содержания гемоглобина; шерсть теряет блеск и эластичность, ослаблена усвояемость азотистых веществ пищи; прогрессирующее истощение животного приводит к его гибели. Основной причиной акобальтозов является нарушение обмена кобальта, вызываемое недостаточным поступлением его с пищей в организм. В этом случае в организме животных ослабляется синтез жизненно важного витамина Bi2, который синтезируется микрофлорой различных отделов пищеварительного тракта (Ковальский, L974). Данное заболевание широко распространенно на территории таежно-лесной зоны РФ, почвы которой бедны кобальтом.
Среди микроэлементов кобальт занимает особую роль в питании человека. Под его влиянием в организме накапливаются витамины А, В, С, К, усиливается синтез никотиновой кислоты и рибофлавина. Он участвует в процессах кроветворения, повышает защитные функции организма при инфекционных заболеваниях, а у человека, страдающего спазмами желудочно-кишечного тракта, улучшает моторную деятельность желудка, способствует лучшему кровоснабжению сердечной мышцы. Кобальт незаменим при детских лейкозах (малокровие и белокровие). При Еіедостатке кобальта организм испытывает дефицит фосфора, кальция и йода. Кобальт эффективен при лечении отравлений цианистыми солями (Милащенко и др., 2000).
В определенных районах у людей отмечен ряд заболеваний, связанных с дефицитом кобальта. По данным Л.Р. Ноздрюхиной (1977), недостаток витамина В|2 у человека приводит к тяжелым расстройствам центральной нервной системы, связанным с демиелизацией спинного мозга. Недостаток кобальта также может играть важную роль в патогенезе эндемического зоба, усиливая его проявление (Ковальский, 1982).
Из вышеизложенного следует, что физиологическая роль кобальта специфична, он не может быть заменен каким-либо другим элементом.
Основным источником поступления кобальта в организм человека и животных является растительная пища. В свою очередь, содержание кобальта в растениях зависит от его содержания в почве. Следовательно, основным объектом при изучении распространения кобальта в агроэкосистемах должна быть почва.
В предыдущие годы (1971-1990 гг.) в результате высокого уровня применения минеральных и органических удобрений, больших объемов осушительной и химической мелиорации, фосфоритования в почвах произошли глубокие химические и морфологические изменения. При этом изменилось структурно-текстурное состояние профиля, распределение химических элементов по генетическим горизонтам, а также значительно трансформировались формы связей органоминеральных соединений и их миграция в почвенном профиле. В результате дерново-подзолистые почвы с одной стороны потеряли присущие им классические морфологические и физико-химические признаки, а с другой - обрели признаки новых разновидностей почв - агроземов.
В последние годы из-за резкого снижения всех объемов агрохимических работ в почвах начали развиваться деградационные процессы. Почвенный поглощающий комплекс при этом обедняется основаниями, количественно и качественно видоизменяется органическое вещество почв с преобладанием в его составе фульвокислот. В результате вместо коагупяционных процессов в почве усиливается диспергация почвенных комплексов, что негативно отражается на плодородии почв. Дефицит микроэлементов в почвах возрастает также вследствие применения безбалластных высококонцентрированных удобрений и возделывания культур по интенсивным технологиям без компенсации выноса элементов питания. Отсутствие целенаправленной работы с микроудобрениями в области не создает стабильного запаса микроэлементов в почвах. Это безусловно сказывается на величине и качестве урожая, а также продуктивности животноводства.
Поэтому изучение закономерностей распределения и поведения кобальта в почвах, выявление факторов, влияющих на его накопление в гумусово-аккумулятивном горизонте, приобретает особую актуальность. Из литературных данных (Панасин, 1979, 1995; Дубиковский и др., 1981; Широков, 1982; Анспок, 1990) известно, что возможно повышение концентрации кобальта в продукции растениеводства, а через нее в продукции животноводства. Для этого необходима разработка научно-обоснованной системы применения кобальтовых микроудобрений с учетом свойств почв и биологических особенностей сельскохозяйственных культур.
Хотя кобальт, как правило, не поступает в больших количествах в окружающую среду, он является одним из опасных загрязнителей, так как потенциально токсичен и является канцерогенным элементом (Доминго, 1993). Повышенные концентрации кобальта в растительной продукции могут представлять определенную опасность для здоровья человека. До последнего времени на территории Калининградской области недостаточно было исследовано распространение кобальта в основных звеньях агроэкосистем. Поэтому изучение закономерностей распределения и поведения элемента в системе «почва - растение», а также установление факторов, влияющих на его вертикальную миграцию и трансформацию по почвенному профилю, представляет особую актуальность. Информация о количественных и качественных параметрах содержания кобальта в почвах и растениях позволяет разработать рекомендации по применению кобальтовых микроудобрений в земледелии, способствующих повышению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также дать экологическую оценку территориям на предмет количественного содержания кобальта в агроэкосистемах.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - проведение комплексных эколого-агрохимических исследований по изучению содержания кобальта в основных компонентах агроэкосистем Калининградской области.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
I.Определить содержание кобальта в почвообразующих породах, почвенно-грунтовых водах и почвах.
Установить закономерности вертикального распределения кобальта, особенности его миграции и трансформации в профиле основных типов почв.
Изучить влияние гранулометрического состава и агрохимических свойств почв на содержание кобальта в почвах.
Определить содержание кобальта в сельскохозяйственных культурах и кормах.
Провести экологическую оценку содержания кобальта в почвах и растениях.
Определить влияние различных доз и способов внесения кобальтовых микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур.
Выявить закономерности географического распространения кобальта в почвах агроландшафтов.
Научная новизна. Впервые установлено содержание кобальта в основных почвообразующих породах региона в зависимости от их гранулометрического и химико-минералогического состава. Выявлены особенности внутрипрофильной и пространственной дифференциации кобальта в дерново-подзолистых, дерновых, аллювиальных и болотных почвах агроландшафтов в зависимости от природно-климатических условий и типа почвообразования. Показано, что вертикальная дифференциация кобальта в изучаемых почвах обусловлена развитием следующих процессов - подзолистого, дернового, болотного, буроземного и лессиважа, а также хозяйственной деятельностью человека. Установлено, что содержание кобальта в дерново-подзолистых почвах зависит от их гранулометрического состава, реакции почвенной среды, содержания гумуса и его качественного состава. Выявлено, что концентрация кобальта в почвенно-грунтовых водах обусловлена влиянием химического состава почв и пород.
Впервые изучена динамика накопления кобальта сельскохозяйственными культурами (озимая пшеница, озимая рожь, озимый рапс) и показано его распределение по структурным частям растений.
Проведена экологическая оценка содержания кобальта в основных звеньях агроэкосистемы: почвах, культурных растениях и кормах.
Изучено влияние различных доз и способов внесения кобальтовых микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур.
Защищаемые положения.
Концентрация кобальта в почвообразующих породах определяется их генезисом, составом и свойствами,
Пространственная и вертикальная дифференциация дерново-подзолистых, дерновых, аллювиальных и болотных почв по содержанию кобальта обусловлена направлением и глубиной почвообразовательного процесса, особенностями поведения микроэлемента в ландшафте.
Основными факторами, влияющими на содержание подвижного кобальта в дерново-подзолистых почвах агроэкосистем, являются гранулометрический состав, реакция почвенной среды и содержание гумуса.
Оптимальные дозы и способы внесения кобальтовых микроудобрений повышают урожайность и качество сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость. Основные положения работы могут являться научной базой для организации мониторинга в системе «почва-растение-животные» и разработки оптимальных механизмов воздействия на эту систему. По результатам исследований представляется возможность: регулировать содержание кобальта в почвах, растениях и кормах; рекомендовать оптимальные дозы и способы внесения кобальтовых микроудобрений под сельскохозяйственные культуры.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на: всесоюзных совещаниях специалистов агрохимической службы по вопросам государственного контроля за плодородием почв и охраны объектов окружающей среды (Москва, 1999,2000);
1 Агрономической научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (11-12 апреля 2002, Калининград);
IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Красноярск, 2004). областных семинарах-совещаниях агрохимиков по проблемам агроэкологического мониторинга почв в Калининградской области, по кормопроизводству и качеству кормов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству, приложений и списка литературы из 159 наименований, в том числе 8 иностранных. Материал диссертации изложен на 165 страницах, включает 72 таблицы и 2 рисунка.
Благодарности, Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.И. Панасину за общее методическое руководство, постоянное внимание и создание условий для выполнения диссертации; сотрудникам кафедры ботаники и экологии растений Российского государственного университета им. Канта за помощь на отдельных этапах работы. Особая благодарность сотрудникам ФГУ ЦАС «Калининградский» за помощь, советы, критические замечания и активное обсуждение работы на всех этапах её выполнения. і* Глава 1. Объекты и методы исследований
Объектами исследований служили дерново-подзолистые, дерновые, аллювиальные и болотные почвы агроландшафтов, а также культурные растения, выращиваемые в агроценозах Калининградской области.
Экспериментальный материал, на основании которого выполнена диссертационная работа, получен путем проведения комплексного агрохимического обследования почв (1991-2004 гг.), локального мониторинга на te, реперных участках (1994-2004 гг.), специальных исследований в полевых и мелкоделяночных опытах.
При обследовании почв на содержание кобальта отбор почвенных образцов проводился в соответствии с «Методическими указаниями по агрохимическому обследованию и картографированию почв на содержание микроэлементов» (Важенин И.Г., 1976) и «Методическими указаниями по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий» (М., ЦИНАО, 1994).
Отбор образцов почв с реперных участков осуществлялся согласно '* «Методическим указаниям по проведению локального мониторинга на реперных участках» (М., ЦИНАО, 1993).
На пахотных почвах образцы отбирались на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину гумусово-аккумулятивного горизонта. Всего было отобрано и проанализировано около 20000 смешанных почвенных образцов, а также 40 образцов почвообразующих пород и 27 проб почвенно-грунтовых вод.
Кроме того, был заложен 41 почвенный разрез. Образцы для анализов отбирали по генетическим горизонтам.
Отбор проб снега на реперных участках проводили согласно «Временным методическим указаниям по агрохимическому обследованию снежного покрова сельскохозяйственных угодий» (Мм ЦИНАО, 1989). С*
Для установления количественных параметров содержания кобальта в сельскохозяйственных культурах и кормах было исследовано соответственно 130 и 250 образцов.
Изучение влияния различных доз и способов применения кобальтовых микроудобрений на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур проводилось в полевых и мелкоделяночных опытах. Опыты закладывались в соответствии с ОСТом 10106-87 «Опыты полевые с удобрениями. Порядок проведения» и «Методическими рекомендациями по проведению полевых опытов со средствами повышения плодородия почв» (М., ЦИНАО, 1996). Испытания проводились с кормовыми бобами сорта «Херц-Фрея)>, озимым рапсом сорта «Лираджет», озимой пшеницей сорта «Мироновская Юбилейная». Все сорта относятся к районированным для области. Агротехника возделывания культур общепринятая для Калининградской области. Повторность опытов четырехкратная, общая площадь делянки в полевом опыте 1,2 га, учетная 1,0 га, в мелкоделяночном опыте - соответственно 100 и 60 м2.
Агрохимические свойства почв опытов в пределах пахотного слоя представлены в таблице 1.
Таблица L Агрохимическая характеристика почв опытных участков
Полевой опыт№1 проводился в 1988-1990 гг. в АО «Борьба» Багратионовского района на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с целью изучения влияния кобальтовых микроудобрений на урожайность и качество озимого рапса при предпосевной обработке семян. Схема опыта: 1. Фон - Ni6oPi20*44o; 2. Фон+Со, 100 г физического веса на гектар.
Для предпосевной обработки семян использовалась соль сернокислого кобальта (CoS04*7H20) содержащую 20,96% чистого кобальта. В качестве фоновых удобрений применялись аммиачная селитра, двойной гранулированный суперфосфат и хлористый калий.
Полевой опыт Х2 проводился в 1993-1995 гг, в АО «Добрино» Гурьевского района на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, где было изучено влияние кобальтовых микроудобрений на урожайность и качество кормовых бобов при предпосевной обработке семян. Схема опыта: 1, Фон - N^Peo; 2. Фон+Со, 150 г/га. В качестве фона использовался аммофос, который вносился в предпосевную культивацию.
Полевой опыт №3 проводился в 1998-2000 гг. в СПКХ «Янтарь» Неманского района на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с целью изучения эффективности внекорневой подкормки кобальтовыми микроудобрениями на озимой пшенице. Схема опыта: 1. Фон - N120P52K31; 2. Фон+Со, 150 г/га. Фоновые удобрения - аммофоску вносили осенью в предпосевную культивацию, карбамид -рано весной в подкормку. Внекорневая подкормка раствором сернокислого кобальта проводилась в фазу полного кущения растений совместно с химпрополкой диаленом опрыскивателем ОП-2000.
Мелкоделяночный опыт №4 проводился в 2001-2003 гг. в АО «Добрино» Гурьевского района на дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почве с целью изучения действия различных доз кобальтовых микроудобрений на урожайность и качество семян озимого рапса при внекорневой подкормке растений. Схема опыта: 1. Фон - N127P2oK24; 2. Фон+Со (0,03 кг д.в./га); 3. Фон+Со (0,15 кг д.в./га); 4. Фон+Со (0,30 кг д.в./га); 5. Фон+Со (0,60 кг д.в./га).
Фоновые удобрения - нитрофоску вносили осенью под предпосевную культивацию, аммиачную селитру - весной в подкормку. В качестве микроудобрения использовалась соль хлористого кобальта (СоОг'бНгО) с содержанием 24,8% чистого кобальта.
Внекорневую подкормку растений озимого рапса проводили в фазу бутонизации ранцевым опрыскивателем с нормой расхода воды 1,8 л на делянку (300 л/га).
Уборку урожая в опытах осуществляли механизированным способом. Данные урожая кормовых бобов и озимой пшеницы приведены к стандартной влажности 14%, озимого рапса-12%.
Погодные условия в годы проведения опытов по количеству выпавших осадков, температурному режиму мало отличались от среднемноголетних значений, за исключением 2002 года. В этот год наблюдались высокие среднесуточные температуры, сумма активных температур была выше среднемноголетних на 10-20%, количество выпавших осадков весной и летом - ниже на 57-60%». Из-за недостатка влаги в почве складывались неблагоприятные условия для прорастания семян озимого рапса, что отрицательно отразилось на урожае.
Химические анализы почв, растений, кормов и воды выполнены на базе Государственного центра агрохимической службы «Калининградский».
В почвенных образцах определяли: рН в солевой вытяжке потенциометрически, ГОСТ 26483-85; гидролитическую кислотность по Каппену в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91; сумму поглощенных оснований по Каппену, ГОСТ 27821-88; органическое вещество по Тюрину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91; групповой и фракционный состав гумуса - по Пономаревой и Плотниковой; подвижный фосфор и обменный калий по методу Кирсанова, ГОСТ 262091; подвижные соединения кобальта по методу Пейве и Ринькиса в модификации ЦИНАО, ГОСТР 50687-94; подвижные соединения меди по методу Пейве и Ринькиса в модификации ЦИНАО, ГОСТР 50684-94; подвижные соединения марганца по методу Пейве и Ринькиса в модификации ЦИНАО, ГОСТР 50682-94; подвижные соединения цинка по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО, ГОСТР 50686-94; валовые формы кобальта, железа и марганца путем химического разложения проб почвы 5 М раствором азотной кислоты при нагревании и окончательном определении на атомно-адсорбционном спектрофотометре С-115, Р.Д. 52.18. 191-89.
В растительных образцах определяли: азот фотометрически индофенольным методом, ГОСТ 13496.4-93; фосфор фотометрически ванадо-молибденовым методом, ГОСТ 26657-97; калий пламенно-фотометрическим методом, ГОСТ 30504-97; жир по обезжиренному остатку в аппарате ЭЖ-101, ГОСТ 13496.15-97 белок фотометрически, ГОСТ 10846-91; масличность путем извлечения жира из семян растворителем (эфир, этил) в аппарате Сокслета, ГОСТ 10857-64; стекловидность зерна визуально, ГОСТ 10987-76; кобальт фотометрически, ОСТ 10, 155-88; марганец атомно-абсорбционно, ГОСТ 27995-88; железо атомно-абсорбционно, ГОСТ 27998-88; медь атомно-абсорбционно, ГОСТ 27995-88; цинк атомно-абсорбционно, ГОСТ 27996-88.
Концентрацию кобальта в воде определяли согласно «Методам исследования качества воды водоемов» (Новиков Ю.В. и др., 1990).
Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа по Б.А. Доспехову (1979).
Достоверность результатов исследований обеспечена применением современных методов исследований, большим объемом экспериментального материала, хорошей воспроизводимостью анализов, применением методов математической статистики с оценкой точности н достоверности полученных данных.
class1 СОДЕРЖАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОБАЛЬТА В
ОСНОВНЫХ ТИПАХ ПОЧВ АГРОЛАДШАФТОВ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ class1
Характеристика природно-климатических условий и почвенный покров калининградской области
Калининградская область расположена в пределах длительно развивавшейся Польско-Литовской синеклизы с глубоким погружением поверхности кристаллического фундамента и достаточно мощным осадочным чехлом, компенсирующим этот прогиб.
Подобное геологическое строение определяет в целом равнинный характер рельефа с преобладающими высотами 20-50 м. Новейшие тектонические движения, охватившие отдельные участки платформенного чехла, расчлененного на блоки, привели к некоторому поднятию их на общем прогибании. Вследствие этого сформировались платообразные возвышенности - Самбийская, Вармийская и Виштынецкая (Литвин, 1999).
Значительное влияние на образование форм рельефа, созданных экзогенными факторами оказали оледенения, в частности Валдайское. Поэтому в области широко распространены различные типы ледниково-аккумулятивных форм рельефа эпохи Валдайского оледенения и стадий его деградации - таяния и периодического временного наступления. Наиболее ярко выражен ледниковый характер рельефа с типичной грядовой холмистостью в юго-восточной и северо-западной частях области.
В настоящее время основными рельефообразующими факторами являются флювиальные, береговые абразионно-аккумулятивные и эоловые процессы. В результате сформировались разнообразные формы равнинно-холмистого рельефа: конечно-моренные гряды, моренные холмы, водно-ледниковые и озерно-ледниковые равнины, прибрежные и дельтовые низменности, песчаные косы и дюны, абразионные и аккумулятивные берега, речные долины. Таким образом, рельеф области полигенетичен и характеризуется значительным разнообразием, что обусловливает существенные различия в характере почв и особенно в структуре почвенного покрова.
Почвообразующие породы. Формирование почвообразующих пород области тесно связано с деятельностью ледников и последующих процессов размыва и переотложения моренных образований. Это способствовало дифференциации наносов, что обусловило значительную пестроту почвообразующих пород по составу и распространению. По характеру происхождения они подразделяются на пять генетических групп: ледниковые, водно-ледниковые и древнеаллювиальные отложения, торф и современные аллювиальные наносы.
Преобладающими породами являются ледниковые отложения, которые представлены валунными глинами, суглинками и супесями.
Первые встречаются на вершинах и склонах моренных гряд, а также на плоских абрадированных равнинах. Валунные средние суглинки в основном распространены в юго-восточной части области, легкие валунные суглинки и супеси - в западной части.
Значительную часть территории области занимают ледниковые отложения с характерным двучленным профилем. Верхняя часть породы сложена рыхлой массой облегченного гранулометрического состава, которая подстилается плотной и более тяжелой валунной породой. Двучленность пород оказывает существенное влияние на водный режим и характер процессов миграции веществ по профилю почв, формирующихся на этих породах.
Характерной особенностью ледниковых отложений является повышенная их карбонатность и довольно высокие запасы элементов питания.
Водно-ледниковые отложения по распростраЕіению занимают второе место. Они представлены преимущественно безвалунными тяжелыми иловатыми и ленточными глинами, которые занимают обширную территорию озерно-ледниковой равнины в центральной и восточной частях области. Морфологически они различаются по яркости окраски.
Несмотря на сравнительно высокое содержание элементов питания, водно-ледниковые глины обладают неблагоприятными физико-химическими свойствами. Для них характерны низкая водопроницаемость, слабая теплопроводность и повышенная влагоемкость. Глины способны деформироваться при переувлажнении и иссушении. Они отличаются стойкостью слагающих их минералов к химическому и биологическому выветриванию и сравнительно мало изменяются под влиянием почвообразования.
Среди ледниковых и водно-ледниковых отложений встречаются супесчаные и песчаные породы, которые на территории области имеют небольшое распространение. Древнеаллювиальные отложения представлены в основном сортированными песками. Располагаются в современных надпойменных террасах рек Преголи и Инструча, на Куршской низменности, а также локально в других частях области.
По сравнению с вышерассмотренными породами, они отличаются более низким содержанием элементов питания.
Торф на территории области широко распространен. Основные его массивы расположены на Куршской низменности, в долинах рек Преголи, Деймы и Инструча. Встречаются все виды торфов: верховые, переходные и низинные. Однако для сельскохозяйственного использования наибольшую ценность представляют низинные торфа. Почвы, сформировавшиеся на них, обладают высоким потенциальным плодородием.
Современные аллювиальные отложения располагаются в долинах крупных рек и у побережья Куршской низменности. Гранулометрический состав аллювиальных отложений изменяется от слоистых песков до тяжелых суглинков и глин. Среди них часто встречаются двух- и трехчленные насосы.
Содержание кобальта в растениях
В оптимизации сбалансированного питания растений огромное значение имеют микроэлементы, в частности, кобальт. При решении проблемы кобальта необходимо знать количественные параметры нахождения элемента в растениях. Из литературных источников известно, что содержание кобальта в растениях определяется видовыми особенностями растений, агрохимическими и агрофизическими свойствами почвы.
Формирование и закрепление элементного химического состава растений происходило в процессе становления ботанических семейств в конкретных геохимических обстановках. В.Б. Ильин (1985) приводит сведения о среднем содержании кобальта в растениях различных групп по данным отечественных и зарубежных авторов. Так, представители низших растений — лишайники — содержат 0,48 мг/кг сухой массы кобальта, представители высших растений - мхи — 1,03, папоротники — 0,57 мг/кг. В выборках покрытосеменных преобладали культурные растения. В растениях семейства злаковых его концентрация составляет 0,27 мг/кг, бобовых - 0,33, лебедовых - 0,33, крестоцветных - 0,32, сложноцветных - 0,45 и гречишных - 0,56 мг/кг сухой массы. Среди рассматриваемых групп растений наибольшей концентрацией микроэлемента характеризуются мхи, наименьшей -злаковые растения.
Болотные и водные растения способны концентрировать микроэлемент как из бедной, так из богатой кобальтом почвы или водного раствора. Содержание кобальта в болотных мхах всегда выше, чем в заболоченных минеральных почвах. В золе Нурпит Schrebtri Will, по данным Д.П. Малюги, его содержание составляет 2,0 10 %, в золе красного клевера, выросшего на подзолистых почвах, — 2,9» 10 % (Пейве, 1980).
По данным П.И. Анспока (1990), среднее содержание кобальта в растениях колеблется от 0,01 до 0,5 мг/кг сухого вещества. Иногда его содержание может достигать 11,6 мг на I кг сухой массы растений. Значительное количество кобальта содержится в бобовых, где он сосредоточен в клубеньках. Кобальт концентрируется в пыльце и ускоряет ее прорастание. В растениях около 50% кобальта содержится в ионной форме, около 20% - в форме кобамидных соединений и в составе витамина В її Витамин В и синтезируется микроорганизмами и поступает в растения из почвы или образуется в клубеньках азотфиксиругощих растений. В растениях он обнаружен у бобовых, репы, гороха и лука. Около 30% составляют неидентифицированные высокостабильные органические соединения (Ягодин, 1982).
С целью выяснения распространения кобальта в агрофитоценозах Калининградской области нами были отобраны растительные образцы различных сельскохозяйственных культур. В задачу исследований входило установление количественных параметров содержания кобальта в разных видах растений, изучение распределения его по органам растений и поступление элемента в растения в зависимости от свойств почв.
Проведенные нами исследования позволили установить содержание кобальта в сельскохозяйственных культурах, которые наиболее распространены в агроценозах нашего региона. Установлено, что среди важнейших культур, выращиваемых у нас, довольно высоким содержанием кобальта характеризуются кормовые бобы и озимый рапс (табл. 49).
Сравнительно низкое содержание кобальта имеет зерно озимой пшеницы, более высокое — озимой ржи, зерно ярового ячменя занимает среднее положение. В целом внутривидовые различия содержания микроэлемента в злаковых зерновых культурах незначительны. Напротив, в обзоре Б.Л. Ягодина и др. (1989) отмечается большое варьирование концентраций кобальта в зерновых злаковых культурах в зависимости от условий их произрастания. Максимальной его концентрацией отличалось зерно кукурузы - 1,82-2,02 мг/кг сухого вещества. В зерне пшеницы, ржи, ячменя и овса количество кобальта было примерно в 10 раз меньше, чем в зерне кукурузы.
class3 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДЕФИЦИТА КОБАЛЬТА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ class3
Экологическая оценка содержания кобальта в основных звеньях агроэкосистем области
Калининградская область является высокоурбанизированным регионом с развитой промышленностью и интенсивными транспортными потоками, древнеземледельческои культурой с высоким уровнем применения средств химизации за последнее столетие. Усиление антропогенной нагрузки на природную среду сопровождается аккумуляцией многих химических элементов во всех звеньях агросистемы. Кроме этого агросистемы региона подвергаются воздействию поступающих вследствие техногенной эмиссии загрязняющих веществ, наибольшую опасность из которых представляют тяжелые металлы (ТМ). Последние вследствие высокой биологической активности, попадая в природные среды в миграционно-активном состоянии, включаются в биологический круговорот.
Из литературных источников известно, что кобальт является потенциально токсичным и канцерогенным элементом. По уровню фитотоксичности он занимает третье место среди металлов после кадмия и меди. Токсическое действие избытка кобальта проявляется в подавлении митоза и в повреждении хромосом или эндо плазматического ретикулума корневых окончаний. Внешние признаки токсичности кобальта у растений - междужилковый хлороз молодых листьев, как при Fe-индуцированном хлорозе, белые края и кончики листьев, уродливые кончики корней, (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Кроме того, постоянное употребление растительной продукции, выращенной на почве с низким уровнем загрязнения кобальтом, может приводить к кумулятивному эффекту, т.е. постепенному увеличению его содержания в живом организме. В повышенных концентрациях кобальт может стать фактором антропогенного стресса агроэкосистемы и нарушать нормальное ее функционирование. При избыточном содержании микроэлемента в почве происходит нарушение обмена веществ в растениях (Пейве и др., 1966; Ягодин, 1970), задерживается их рост, развитие и формирование урожая, ухудшается его качество (Кузнецов и др., 1988; Verloo und and. 1986; Юдинпева и др., 1985).
В этой связи возникла необходимость проведения экологической оценки содержания кобальта в основных звеньях агроэкосистем Калининградской области.
Основная масса ТМ, в том числе и кобальт, поступает с выбросами индустриальных предприятий в нижние слои тропосферы, вовлекается в аэральнуго миграцию и осаждается на поверхность почвы. Тяжелые металлы, попадая в почву, оказывают существенное влияние на видовой состав, численность и жизнеспособность микроорганизмов. При этом в зависимости от концентрации ТМ могут выступать либо в роли биоактиватора, либо в роли токсичных для живых организмов элементов. В небольших количествах такие элементы как Zn, Си, Мо, Со стимулируют рост и развитие микроорганизмов, участвуют в их метаболизме (Евдокимова, 1995). Высокие концентрации ТМ нарушают многие жизненно важные функции почвенных организмов. СВ. Летуновой, В.В. Ковальским (1971), экспериментально установлено усиление синтеза витамина В[2 в микроорганизмах при увеличении содержания кобальта в питательной среде. Е.В, Юдинцева с соавторами (1985) наблюдали подавление активности «дыхания» и снижение целлюлозоразрушающей активности почвы при загрязнении ее кобальтом в дозе 30 мг/кг. При этом токсическое действие этого элемента в большей степени проявлялось на менее окультуренной супесчаной почве. Так, целлюлозоразрушающая активность снизилась на супесчаной почве на 20% по сравнению с контролем, тогда как на дерново - подзолистой суглинистой почве -всего на 9%.
По данным разных авторов (Бабаева и др., 1980; Скворцова и др., 1980), наиболее чувствительны к загрязнению почвы тяжелыми металлами аммонифицирующие, нитрифицирующие и целлюлозоразлагающие бактерии, актиномицеты и некоторые водоросли. Исследованиями M.A.Tabatabai (1977), показано ингибирующее действие кобальта на активность почвенной уреазы, что существенно снижало продуцирование минерального азота в почве. Грибы, наоборот, благодаря обширным адаптационным способностям, остаются абсолютными доминантами. Установлено, что среди микромицетов преобладающим становится вид Penicillium purpuragenum, обладающий сильными фитотоксическими свойствами. Некоторые виды почвенных грибов, в частности р. Asperggillus, выделяемые из загрязненных почв, известны как возможные возбудители заболеваний человека и животных. Изменение видового состава почвенной микробиоты представляет опасность как с точки зрения устойчивости комплексов микроорганизмов и уменьшения их разнообразия, так и с точки зрения токсического действия на растения, животных и человека (Почвенно-экологический мониторинг, 1994).
Распределение металлов-загрязнителей в пространстве зависит от многих факторов, но в любом случае именно почва является основным аккумулятором техногенных масс тяжелых металлов. Почва служит естественным барьером на пути ТМ, сдерживая их поступления в растения и миграцию в сопредельные среды. Поэтому наиболее пристального внимания заслуживает установление количественных параметров содержания кобальта в почвах - начальном звене пищевой цепи. Для нормального роста и развития растений, а, следовательно, и животных, почвы должны содержать достаточное количество микроэлементов в оптимальном соотношении и в доступной форме. Как избыток, так и недостаток химических элементов нежелателен. Высокие и недостаточные концентрации кобальта в почвах через пищевые цепи вызывают эндемические заболевания у человека и животных (Ноздрюхина, 1977; Ковальский, 1982; Ковда, 1985). Для оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами необходимо знать их нативное, то есть фоновое содержание и ПДК в почве. Под предельно-допустимым уровнем почв понимают тот уровень, при котором начинает изменяться количество и качество создаваемого живого вещества, то есть биологическая продукция (Глазовская, 1976).
