Отправить статью по E-mail 
Влияние длительного последействия известкования дерново-подзолистой почвы доломитовой мукой на микроэлементный состав растений ячменя
- Авторы: Витковская С.Е.1,2
-
Учреждения:
- Российский государственный гидрометеорологический университет
- Агрофизический научно-исследовательский институт
- Выпуск: № 9 (2024)
- Страницы: 43-50
- Раздел: Агроэкология
- URL: https://bakhtiniada.ru/0002-1881/article/view/270702
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188124090059
- EDN: https://elibrary.ru/CCTVSI
- ID: 270702
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В многолетнем прецизионном микрополевом эксперименте изучено влияние известкования кислой дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы доломитовой мукой (ДМ, диапазон доз 0–2.0 Нг, 9-й год последействия) на реакцию почвы, содержание подвижных соединений Zn, Cu, Mn, Fe, Cd, Pb в почве и микроэлементный состав растений ячменя (Hordeum L.). Выявлено, что наиболее чувствительными к изменению кислотно-основных свойств почвы были Zn и Mn, содержание которых в органах растений ячменя достоверно линейно уменьшалось в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг. Существенным было последействие даже минимальной дозы ДМ (0.2 Нг). Наблюдали тенденцию к снижению содержания Fe в соломе и колосе растений (r = –0.572 и –0.570 соответственно) в указанном диапазоне доз. Полученные данные подтвердили, что известкование может приводить к увеличению содержания Cd в зерновых культурах: в интервале доз ДМ 0.8–2.0 Нг увеличение содержания элемента в колосе по отношению к контрольному варианту опыта достигало 1.6–2.0 раза, а в соломе – линейно возрастало в интервале доз ДМ 0–1.0 Нг (r = 0.945). Содержание Cu и Pb в растениях ячменя слабо зависело от дозы известкового мелиоранта.
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшая задача сельскохозяйственного производства – сбалансированный и безопасный элементный состав продукции растениеводства и животноводства, одним из инструментов достижения которой на кислых почвах является применение известковых мелиорантов. Такой прием повышения плодородия кислых почв, как известкование, имеет ряд специфических особенностей, определяющих его влияние на кислотно-основные свойства почвы и элементный состав сельскохозяйственных культур. Известно [1], что действие известкового мелиоранта может проявляться в течение 15–20 лет и более. При внесении повышенных доз доломитовой муки (2.0 и 2.5 Нг) нейтрализующее действие мелиоранта наблюдали даже через 32 года после внесения [2].
В процессе взаимодействия известковых мелиорантов с почвой, помимо нейтрализации почвенной кислотности и насыщения почвенного поглощающего комплекса основаниями, происходит усиление конкурентных взаимодействий между Ca, Mg и их химическими аналогами, приводя к изменению элементного состава почвенного раствора и растений. Степень и продолжительность воздействия на систему почва–растение определяется дозой, нейтрализующей способностью и фракционным составом мелиоранта, составом и свойствами почвы [3, 4].
Изменение реакции почвы и насыщения ППК кальцием и магнием при известковании кислых почв может приводить к существенному снижению содержания химических элементов в культурных растениях, к дефициту необходимых для растений и человека микроэлементов, что можно рассматривать как дополнительный фактор риска здоровью населения, особенно при низком фоновом содержании эссенциальных микроэлементов в почве [4]. Известно [5], что дефицит микронутриентов в питании современного человека – это объективная реальность, которая проявляется независимо от качества и количества потребляемой пищи. Известно также [6], что в таежно-лесной нечерноземной зоне реакции живых организмов обусловлены недостатком кальция, фосфора, кобальта (73% всех почв), меди (70%), йода (80%), молибдена (53%), бора (50%), цинка (49%), оптимумом содержания марганца (72%), относительным избытком особенно в поймах рек стронция (15%). Влияние известкования на элементный состав растений существенно зависит также от почвенно-климатических условий и видовых и сортовых особенностей растений, определяющих интенсивность накопления химических элементов, распределение их в органах растений, отношение к реакции среды.
Цель работы – в условиях многолетнего микрополевого эксперимента изучить влияние последействия доломитовой муки (ДМ) в широком диапазоне доз на микроэлементный состав (Zn, Cu, Mn, Fe, Cd и Pb) растений ячменя.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в условиях многолетнего микрополевого прецизионного (без повторностей) опыта, заложенного на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в Меньковском филиале Агрофизического института (Ленинградская обл., Гатчинский р-н) в полиэтиленовых сосудах без дна (S = 1 м2, глубина – 25 см, ≈300 кг почвы/сосуд) в мае 2012 г. [7, 8].
Перед закладкой опыта из каждой делянки (сосуда площадью 1 м2) была вынута почва на глубину пахотного слоя (25 см). По периметру делянок размещали полиэтиленовые сосуды без дна, которые наполняли кислой легкосуглинистой дерново-подзолистой почвой с показателями: рН 4.6 ед., Нг – 3.96, сумма обменных оснований – 0.87 ммоль/100 г. Схема опыта, варианты: 1 – контроль (фон NPK), 2 – фон + ДМ 0.2 Нг, 3 – фон + ДМ 0.3 Нг, 4 – фон + ДМ 0.4 Нг, 5 – фон + ДМ 0.5 Нг, 6 – фон + ДМ 0.6 Нг, 7 – фон + ДМ 0.7 Нг, 8 – фон + ДМ 0.8 Нг, 9 – фон + ДМ 0.9 Нг, 10 – фон + ДМ 1.5 Нг. Размещение делянок систематическое, 2-рядное. Доза доломитовой муки (СаСO3 50.4% + MgCO3 48.9%) по 1 Нг составила 5.54 т/га. Ежегодно вносили минеральные удобрения (АЗФК, суммарная за 2012–2020 гг. доза – N604P484K414).
На 9-й год взаимодействия ДМ с почвой (2020 г.) выращивали ячмень (Hordeum L.) сорта Ленинградский до фазы колошения. Почвенные пробы были отобраны до посева, результаты их аналитических испытаний (рНKCl почвы и содержания подвижных соединений тестируемых химических элементов) представлены в табл. 1.
Таблица 1. Реакция почвы и содержание подвижных соединений микроэлементов в почве (через 9 лет после внесения доломитовой муки)
Вариант | Показатели | |||||||
рНKCl | Нг, ммоль/100 г | Zn | Cu | Cd | Pb | Mn | Fe | |
мг/кг (экстрагент – ААБ рН 4.8) | ||||||||
1. Контроль | 4.2 | 5.0 | 0.79 | 0.15 | 0.02 | 0.18 | 22.0 | 24.6 |
2. ДМ 0.2 | 4.4 | 4.3 | 0.51 | 0.12 | 0.02 | 0.13 | 15.5 | 19.2 |
3. ДМ 0.3 | 4.6 | 3.7 | 0.43 | 0.14 | 0.02 | 0.17 | 13.9 | 15.1 |
4. ДМ 0.4 | 4.6 | 3.8 | 0.96 | 0.16 | 0.03 | 0.18 | 13.5 | 14.1 |
5. ДМ 0.5 | 5.0 | 3.3 | 0.39 | 0.15 | 0.02 | 0.12 | 9.6 | 9.7 |
6. ДМ 0.6 | 4.9 | 3.3 | 0.33 | 0.17 | 0.02 | 0.05 | 11.1 | 10.8 |
7. ДМ 0.7 | 5.1 | 3.0 | 0.26 | 0.08 | 0.02 | 0.02 | 9.6 | 9.2 |
8. ДМ 0.8 | 5.2 | 2.8 | 0.32 | 0.18 | 0.02 | <0.01 | 9.6 | 8.4 |
9. ДМ 0.9 | 5.2 | 2.8 | 0.32 | 0.11 | 0.03 | <0.01 | 10.4 | 9.4 |
10. ДМ 1.0 | 5.9 | 1.7 | 0.24 | 0.22 | 0.01 | <0.01 | 7.5 | 6.0 |
11. ДМ 1.5 | 6.0 | 1.6 | 0.22 | 0.16 | 0.02 | <0.01 | 8.2 | 5.8 |
12. ДМ 2.0 | 6.4 | 1.1 | 0.15 | 0.12 | <0.01 | 0.02 | 8.8 | 5.4 |
Аналитические исследования выполнены сотрудниками испытательной лаборатории Агрофизического института. Содержание цинка, меди, марганца, железа, кадмия и свинца в почве и растениях ячменя определяли атомно-абсорбционным методом после мокрого озоления, рНKCl почвы – потенциометрическим методом. Математическую обработку данных проводили в программе ORIGIN 7.5.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты многолетнего микрополевого эксперимента свидетельствовали о длительном последействии известкования дерново-подзолистой почвы на элементный состав сельскохозяйственных культур. В зависимости от дозы известкового мелиоранта, генетически обусловленных особенностей растений и свойств химических элементов возможен широкий диапазон варьирования эффектов [7, 9–11].
Установлено, что наиболее чувствительными к изменению кислотно-основных свойств почвы являются цинк и марганец: на 9-й год последействия ДМ содержание данных эссенциальных (жизненно необходимых) химических элементов в органах растений ячменя линейно зависело от дозы известкового мелиоранта (рис. 1).
Рис. 1. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на содержание цинка и марганца в растениях ячменя.
По уменьшению содержания Zn (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд: колос (36.0–13.0) > корни (14.0–8.0) > солома (7.6–0.2).
На 9-й год после внесения ДМ в дозе 1.0 Нг содержание Zn в колосе, соломе и корнях снизилось по отношению к контролю на 46, 77 и 29% соответственно, при увеличении дозы мелиоранта до 2.0 Нг различие составило 63, 97 и 39%. Установлено, что содержание Zn в колосе, соломе и корнях растений линейно снижалось в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг (коэффициенты корреляции r = –0.899, –0.895, –0.750 соответственно, при критической величине r на 5%-ном уровне значимости, равной 0.576) (рис. 1, табл. 2).
Таблица 2. Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимости содержания Zn, Mn, Cu, Fe и Cd в растениях ячменя от дозы доломитовой муки и реакции почвы в интервале доз 0–2.0 Нг (критическая величина r на 5%-ном уровне значимости = 0.576)
Зависимость | Колос | Солома | Корни |
Zn(f) = Доза ДМ | –0.899 | –0.895 | –0.750 |
Zn(f) = рН почвы | –0.915 | –0.903 | –0.930 |
Zn(f) = Znподв почвы | 0.665 | 0.632 | 0.722 |
Mn(f) = Доза ДМ | –0.818 | –0.841 | –0.733 |
Mn(f) = рН почвы | –0.857 | –0.869 | –0.783 |
Mn(f) = Mnподв почвы | 0.902 | 0.945 | 0.633 |
Fe(f) = Доза ДМ | –0.572 | –0.576 | 0.460 |
Fe(f) = рН почвы | –0.542 | –0.587 | 0.410 |
Fe(f) = Feподв почвы | 0.593 | 0.864 | –0.212 |
Cu(f) = Доза ДМ | –0.260 | –0.252 | –0.406 |
Cu(f) = рН почвы | –0.334 | –0.343 | –0.380 |
Cu(f) = Cuподв почвы | –0.583 | –0.286 | –0.271 |
Cd(f) = Доза ДМ | 0.557 | 0.178 | 0.258 |
Cd(f) = рН почвы | 0.573 | 0.270 | 0.346 |
Cd(f) = Cdподв почвы | –0.405 | 0.165 | –0.204 |
Pb(f) = Доза ДМ | 0.226 | –0.394 | 0.020 |
Pb(f) = рН почвы | 0.232 | –0.492 | 0.036 |
Pb(f) = Pbподв почвы | 0.340 | –0.627 | 0.174 |
В зависимости от дозы известкового мелиоранта убыль содержания Zn по отношению к контролю варьировалась в пределах: колос – 7–63, солома – 18–97, корни – 10–39%.
Выявлено, что внесение ДМ оказывало длительное последействие на содержание подвижных соединений Zn в почве: на 9-й год после внесения ДМ содержание элемента линейно снижалось (r = –0.752) в интервале величин рН 4.2–6.4 (табл. 1, 2). Наибольшую интенсивность указанного процесса наблюдали в интервале рН почвы 5.0–6.4 (интервал доз ДМ 0.5–2.0 Нг). Последействие доз ДМ 0.5 и 2.0 Нг привело к снижению содержания подвижных соединений цинка в почве по отношению к контролю на 51 и 81% соответственно (табл. 1).
Известно [12, 13], что растворимость и доступность растениям соединений Zn возрастает с подкислением среды: минимальная растворимость элемента отмечена при рН 5.5–6.9, дальнейшее повышение рН ведет к увеличению его растворимости. Установлено [7, 14], что увеличение содержания Mg в почве и растениях при внесении ДМ оказывало более существенное влияние на содержание Zn в растениях, чем увеличение содержания Ca.
Реакция почвенного раствора существенно влияет на подвижность Mn и Fe в почве и их доступность растениям, недостаток или избыток этих химических элементов негативно сказывается на процессах жизнедеятельности всех организмов [10, 12, 13].
Марганец относится к важнейшим для организма человека микроэлементам, является компонентом множества ферментов и выполняет в организме многочисленные функции, особенно выраженное действие Mn оказывает на инсулиновый обмен. На фоне недостатка Mn у практически здоровых людей может развиваться психоневрологическая симптоматика, напоминающая такие заболевания, как шизофрения и болезнь Паркинсона [15]. Дефицит Mn в кормах может вызывать патологические нарушения у животных [16].
Установлено, что известкование дерново-подзолистой почвы сопровождалось длительным последействием, влияющим на содержание Mn в культурных растениях. Зависимость содержания Mn в колосе, соломе и корнях растений ячменя в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг по линейной модели характеризовалась коэффициентами корреляции r = –0.818, –0.841 и –0.733 соответственно (рис. 1, табл. 2). В отличие от цинка, максимальное содержание марганца отмечено в корнях растений (рис. 1). По уменьшению содержания Mn (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд: корни (391–224) > солома (112–21) > колос (64–20).
В варианте 10 (доза ДМ 1.0 Нг) последействие мелиоранта привело к снижению содержания Mn по отношению к контролю в колосе, соломе и корнях на 65, 69 и 52% соответственно. Существенным было последействие даже минимальной дозы ДМ (0.2 Нг): по отношению к контролю содержание Mn в колосе и соломе снизилось на 35% (рис. 1).
Содержание подвижных соединений Mn и Fe в почве линейно снижалось в интервале величин рН 4.2–6.4 (r = –0.802 и –0.877 соответственно) (табл. 1, 2). Наибольшую интенсивность указанного процесса наблюдали в интервале рН почвы 5.0–6.4 ед. Максимальное по отношению к контролю снижение содержания подвижных соединений указанных химических элементов составило: Mn – 66 (вариант 10), Fe – 78% (вариант 12) (табл. 1).
Железо преимущественно накапливалось в корнях растений (табл. 3). По убыванию среднего в вариантах содержания Fe (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд: корни (2260 ± 470) > солома (75 ± 24) ≥ колос (75 ± 7).
Таблица 3. Влияние последействия возрастающих доз ДМ на содержание Cu, Cd, Pb и Fe в растениях ячменя (через 9 лет после внесения мелиоранта), мг/кг абсолютно сухого вещества
Вариант | Колос | Солома | Корни | |||||||||
Cu | Cd | Pb | Fe | Cu | Cd | Pb | Fe | Cu | Cd | Pb | Fe | |
1. Контроль | 1.3 | 0.09 | 0.6 | 88.6 | 1.5 | 0.06 | 1.0 | 128.8 | 1.3 | 0.14 | <0.10 | 2400 |
2. ДМ 0.2 Нг | 1.1 | 0.06 | 1.0 | 75.3 | 3.6 | 0.09 | 1.3 | 106.2 | 1.4 | 0.21 | 1.31 | 1690 |
3. ДМ 0.3 Нг | 1.8 | 0.07 | 1.1 | 76.4 | 1.8 | 0.14 | 1.4 | 98.0 | 2.1 | 0.41 | <0.10 | 2210 |
4. ДМ 0.4 Нг | 1.3 | 0.05 | 2.0 | 78.7 | 1.4 | 0.15 | 1.4 | 72.8 | 1.4 | 0.29 | <0.10 | 2310 |
5. ДМ 0.5 Нг | 1.4 | 0.08 | 1.5 | 77.0 | 1.3 | 0.13 | 0.8 | 71.8 | 2.4 | 0.48 | <0.10 | 1870 |
6. ДМ 0.6 Нг | 1.2 | 0.02 | 1.6 | 67.7 | 1.2 | 0.15 | 0.5 | 53.0 | 2.3 | 0.36 | <0.10 | 2490 |
7. ДМ 0.7 Нг | 1.9 | 0.09 | 3.6 | 85.7 | 0.8 | 0.19 | <0.1 | 52.1 | 1.7 | 0.48 | 0.55 | 1960 |
8. ДМ 0.8 Нг | 1.5 | 0.19 | 1.9 | 68.5 | 1.2 | 0.23 | 0.6 | 59.5 | 0.2 | 0.50 | 1.20 | 1680 |
9. ДМ 0.9 Нг | 1.3 | 0.14 | 2.0 | 67.0 | 1.3 | 0.24 | <0.1 | 53.7 | 2.4 | 0.36 | 1.28 | 2870 |
10. ДМ 1.0 Нг | 0.8 | 0.14 | 1.7 | 71.6 | 1.0 | 0.21 | <0.1 | 68.3 | <0.1 | 0.38 | 0.71 | 2590 |
11. ДМ 1.5 Нг | 0.9 | 0.09 | 0.8 | 76.7 | 0.9 | 0.15 | <0.1 | 68.6 | 0.9 | 0.36 | 0.54 | 1930 |
12. ДМ 2.0 Нг | 1.3 | 0.17 | 2.0 | 64.8 | 1.9 | 0.09 | 1.1 | 64.5 | 0.7 | 0.32 | <0.10 | 3180 |
В интервале доз ДМ 0–2.0 Нг содержание Fe в соломе и колосе ячменя линейно убывало, в корнях наблюдали устойчивую тенденцию указанного эффекта (табл. 2, 3). Максимальное снижение по отношению к контролю содержания Fe в колосе составило 27% (доза ДМ 2.0 Нг), в соломе – 55% (доза ДМ 0.7 Нг).
Известно [10, 12, 13], что поглощение и перенос Fe в растительных органах во многом зависят от величины рН, окислительно-восстановительного потенциала (Eh) почвы, содержания кальция и фосфора, а также соотношения некоторых тяжелых металлов в почвенном растворе. Основным следствием острого или хронического дефицита железа у человека является железодефицитная анемия [15]. Для профилактики дефицита железа ВОЗ рекомендует обогащать Fe пищевые продукты массового потребления, например, пшеничную муку [17].
Медь является жизненно важным для человека и животных элементом, который входит в состав витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ, в тканевом дыхании и т. п. [15]. Большинство почв в достаточной степени обеспечено подвижной медью. Наименьшее количество подвижных соединений Cu характерно для дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв, а также многих торфяных почв [12].
Содержание подвижных соединений Cu в почве опыта (варианты 1–12) варьировалось в пределах 0.15 ± 0.04 мг/кг (табл. 1), что, согласно группировке почв по содержанию подвижных форм микроэлементов, определяемых в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора (рН 4.8) [18], соответствует низкому содержанию. Считается [13], что содержания Cu в почве <2 мг/кг неблагоприятны для большинства видов растений.
Корреляционная связь между содержанием подвижных соединений Cu в почве, дозой ДМ и реакцией почвы отсутствовала. Наблюдали тенденцию к снижению содержания Cu в растениях в интервале доз мелиоранта 0–2.0 Нг (табл. 2). Содержание Cu в органах растений ячменя можно характеризовать как равномерное, мг/кг: колос – 1.3 ± 0.3, солома, корни – 1.5 ± 0.7 (табл. 3). Вероятно, отсутствие выраженного эффекта последействия известкования на содержание Cu в растениях обусловлено низким содержанием элемента в почве.
Кадмий – один из самых опасных экотоксикантов внешней среды, в организм человека поступает в основном с продуктами растительного происхождения. Достоверные доказательства эссенциальности Cd для человека и животных отсутствуют. Это кумулятивный яд, который может вызывать острое и хроническое отравление [19–22].
Кадмий характеризуется как элемент высокой биологической доступности для растений. В отличие от большинства других тяжелых металлов, он способен накапливаться в генеративных органах (зерне) до опасных уровней концентраций. Содержание Cd в растениях зависит от его содержания в почве, физико-химических свойств почвы и видовых и сортовых особенностей растений. Реакция почвы, наряду с видовыми особенностями растений, считается одним из основных факторов, определяющих распределение Cd в системе почва–растение. По данным [23–26], известкование кислых почв может привести к загрязнению кадмием зерновых культур, даже при низком (кларковом) уровне содержания элемента в почве.
Содержание подвижных соединений Cd в почве опыта варьировалось в диапазоне 0.019 ± 0.007 мг/кг (коэффициент вариации v = 37%). Минимальное содержание подвижного Cd в почве соответствовало величинам рН 5.9 и 6.4. Наблюдали тенденцию к снижению содержания подвижных соединений Cd в почве в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг (r = 0.465 при критической величине r на 5%-ном уровне значимости, равной 0.576) (табл. 1).
По убыванию содержания Cd (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд: корни (0.36 ± 0.11) > солома (0.15 ± 0.06) > колос (0.1 ± 0.05) (табл. 3).
Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимость содержания Cd в органах растений ячменя от дозы ДМ и реакции почвы в интервале доз мелиоранта 0–2.0 Нг, представлены в табл. 2. Выявлено, что в интервале доз ДМ 0.8–2.0 Нг (pHKCl почвы 5.2–6.4 ед. (табл. 1)) увеличение содержания Cd в колосе по отношению к контрольному варианту опыта достигало 1.6–2.0 раза (табл. 3). В соломе и корнях растений ячменя содержание Cd линейно возрастало в интервалах доз ДМ 0–1.0 Нг (r = 0.945) и 0–0.8 Нг (r = 0.872) соответственно, затем несколько снижалось (табл. 2, 3). Максимальное содержание Cd в колосе и корнях соответствовало дозе ДМ 0.8 Нг (рН почвы 5.2 ед. (табл. 1)). МДУ Cd для грубых и сочных кормов и зернофуржа составляет 0.3 мг/кг [27].
Ранее в условиях данного эксперимента было установлено [4], что через 3 года после внесения ДМ в интервале доз 0–2.0 Нг содержание Cd в зерне ячменя сорта Ленинградский линейно возрастало (r = 0.857 при критической величине r на 5%-ном уровне значимости, равной 0.576), при внесении ДМ в дозах 1.0 и 2.0 Нг содержание Cd в зерне превысило содержание в контроле в 5.4 и 10.0 раз соответственно.
Содержание подвижных соединений Pb в почве вариантов 1–12 (9-й год последействия ДМ) варьировалось в диапазоне 0.08 ± 0.07 мг/кг (коэффициент вариации v = 88%) (табл. 1). Коэффициенты корреляции (r), характеризующие зависимости содержания подвижных соединений Pb в почве от дозы ДМ и реакции почвы (в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг), составили соответственно 0.744 и –0.783 (критическая величина r на 5%-ном уровне значимости = 0.576) (табл. 2). Резкое снижение содержания подвижных соединений Pb наблюдали при рН почвы >5.0 ед., что соответствовало интервалу доз ДМ 0.6–2.0 Нг (табл. 1).
Известно [13], что при взаимодействии известковых мелиорантов с почвой растворимость Pb снижается: при высоких уровнях рН происходит его осаждение в виде гидроксида, фосфата, карбоната, а также создаются благоприятные условия для образования Pb-органических комплексов.
Свинец – канцероген и тератоген. Роль Pb в жизнедеятельности организма человека изучена недостаточно, однако известно, что он участвует в обменных процессах костной ткани, а основной путь поступления в организм – через желудочно-кишечный тракт [15]. Имеются данные о стимулирующем действии низких концентраций Pb(NО3)2 на рост растений [13]. Диапазон нормальных концентраций Pb в растениях (мг/кг сухого вещества), варьируется в пределах 0.1–5.0 [28], МДУ Pb для грубых и сочных кормов и зернофуржа составляет 5.0 мг/кг [27].
По убыванию среднего в вариантах содержания свинца (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд (табл. 3): колос (1.6 ± 0.8) > солома (0.7 ± 0.5) ≥ корни (0.5 ± 0.5).
В интервале доз ДМ 0–2.0 Нг содержание Pb в колосе и соломе растений ячменя слабо зависело от дозы мелиоранта и реакции почвы, в корнях не зависело от указанных показателей (табл. 2). Однако следует отметить тесную положительную корреляционную связь (r = 0.821) между дозой ДМ и содержанием Pb в колосе в интервале доз 0–0.7 Нг (табл. 3), что соответствовало интервалу величин рНKCl 4.2–5.1 (табл. 1). Известно [13], что некоторые факторы (например, низкий рН почв, низкое содержание Р в почве, присутствие органических лигандов) способствуют поглощению Pb корнями или перемещению его в надземные органы растений.
В заключение следует отметить, что эффективность известкования как приема снижения поступления в культурные растения такого опасного экотоксиканта, как свинец, будет зависеть от физико-химических свойств почвы, гранулометрического состава и уровня ее плодородия, дозы известкового мелиоранта и продолжительности его взаимодействия с почвой, а также в значительной степени – от видовых и сортовых особенностей растений.
ВЫВОДЫ
Известкование кислых дерново-подзолистых почв оказывало длительное последействие на микроэлементный состав сельскохозяйственных культур. Эффект зависел от дозы и продолжительности контакта известкового мелиоранта с почвой, видовых особенностей растений и свойств химических элементов. От свойств химических элементов существенно зависело также их распределение в органах растений.
В условиях многолетнего микрополевого эксперимента установлен выраженный эффект длительного последействия доломитовой муки (ДМ) через 9 лет после внесения мелиоранта на элементный состав растений ячменя. Выявлено, что из тестированных микроэлементов (Zn, Cu, Mn, Fe, Cd, Pb) наиболее чувствительными к изменению кислотно-основных свойств почвы были Zn и Mn, содержание которых в органах растений ячменя достоверно линейно снижалось в интервале доз ДМ 0–2.0 Нг, существенным было последействие даже минимальной дозы ДМ (0.2 Нг). На 9-й год после внесения ДМ в дозе 1.0 Нг содержание в колосе, соломе и корнях цинка снизилось по отношению к контролю на 46, 77 и 29% соответственно, марганца – на 65, 69 и 52%.
Достоверного влияния последействия доломитовой муки на содержание Cu в растениях ячменя не выявлено. Содержание элемента в органах растений можно характеризовать как равномерное: в колосе – 1.3 ± 0.3, соломе, корнях – 1.5 ± 0.7 мг/кг.
Железо преимущественно накапливалось в корнях растений ячменя. В интервале доз ДМ 0–2.0 Нг наблюдали тенденцию к снижению содержания Fe в соломе и колосе (r = –0.572 и –0.570 соответственно, при критической величине r на 5%-ном уровне значимости, равной 0.576). Максимальное снижение по отношению к контролю содержания Fe в колосе составило 27% (доза ДМ 2.0 Нг), в соломе – 55% (доза ДМ 0.7 Нг).
Полученные данные подтвердили, что известкование может приводить к увеличению содержания Cd в зерновых культурах: в интервале доз ДМ 0.8–2.0 Нг увеличение содержания элемента в колосе по отношению к контрольному варианту опыта достигало 1.6–2.0 раза, а в соломе линейно возрастало в интервале доз ДМ 0–1.0 Нг (r = 0.945). Максимальное содержание Cd в колосе и корнях соответствовало дозе ДМ 0.8 Нг (рН почвы 5.2 ед.).
По убыванию среднего в вариантах содержания свинца (мг/кг) органы растений ячменя располагались в ряд: колос (1.6 ± 0.8) > солома (0.7 ± 0.5) ≥ корни (0.5 ± 0.5). В интервале доз ДМ 0–2.0 Нг содержание свинца в колосе и соломе растений ячменя слабо зависело от дозы мелиоранта и реакции почвы, в корнях не зависело от указанных показателей.
Об авторах
С. Е. Витковская
Российский государственный гидрометеорологический университет; Агрофизический научно-исследовательский институт
Автор, ответственный за переписку.
Email: s.vitkovskaya@mail.ru
Россия, 192007 Санкт-Петербург, ул. Воронежская, 79; 195220 Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14
Список литературы
- Шильников И.А., Сычёв В.Г., Зеленов Н.А., Аканова Н.И., Федотова Л.С. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. М.: ВНИИА, 2008. 340 с.
- Булатова Н.В., Чеботарёв Н.Т., Регорчук Н.В. Влияние длительного последействия извести и внесения минеральных удобрений на кислотно-основные свойства дерново-подзолистой почвы и продуктивность многолетних трав // Перм. аграрн. вестн. 2018. № 3(23). С. 35–41.
- Витковская С.Е., Яковлев О.Н., Шаврина К.Ф. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на кислотно-основные свойства дерново-подзолис- той почвы // Агрохимия. 2016. № 7. С. 3–11.
- Витковская С.Е. Методы оценки эффективности и экологической безопасности химических мелиорантов. СПб.: АФИ, 2017. 76 с.
- Тармаева И.Ю., Боева А.В. Минеральные вещества, витамины: их роль в организме. Проблемы микронутриентой недостаточности: учеб. пособ. Иркутск: ИГМУ, 2014. 89 с.
- Самофалова И.А. Химический состав почв и почвообразующих пород: учеб. пособ. Пермь: Перм. ГСХА, 2009. 30 с.
- Витковская С.Е., Шаврина К.Ф., Яковлев О.Н. Продуктивность растений ячменя и взаимодействие цинка, кальция и магния в системе почва–растение при нейтрализации почвенной кислотности доломитовой мукой // Агрохимия. 2020. № 1. С. 50–57.
- Витковская С.Е., Шаврина К.Ф. Влияние известкования дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы доломитовой мукой на урожайность сельскохозяйственных культур (результаты многолетнего микрополевого эксперимента) // Агрохимия. 2022. № 4. С. 52–59.
- Витковская С.Е., Яковлев О.Н., Оглуздин А.С., Дубовицкая В.И. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на поведение тяжелых металлов в системе почва–растение // Пробл. агрохим. и экол. 2014. № 3. С. 31–34.
- Витковская С.Е., Яковлев О.Н. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение марганца и железа в системе почва–растение // Агрохимия. 2017. № 11. С. 44–51.
- Шаврина К.Ф., Витковская С.Е. Влияние возрастающих доз доломитовой муки на распределение цинка, кальция и магния в растениях овощных бобов // Мат-лы IV Международ. научн.-практ. конф. молод. ученых “Актуальные вопросы наук о Земле в концепции устойчивого развития Беларуси и сопредельных государств”. Ч. 2. Гомель, 2018. С. 151–154.
- Возбуцкая А.Е. Химия почвы / Под ред. Д.Л. Аскинази. 3-е изд. испр. и доп. М.: Высш. шк., 1968. 426 с.
- Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.
- Витковская С.Е., Шаврина К.Ф. Влияние различных доз органических и минеральных удобрений на распределение цинка в системе “дерново-подзолистая почва–растения озимой ржи” // Агрофизика. 2017. № 3. С. 4–12.
- Радыш И.В., Скальный А.В., Нотова С.В., Маршинская О.В., Казакова Т.В. Введение в элементологию: учеб. пособ. Оренбург: ОГУ, 2017. 183 с.
- Бурдуковский М.Л. Влияние длительной химизации почв юга Дальнего Востока на биологический круговорот и содержание макро- и микроэлементов: Дис. … канд. биол. наук. Владивосток, 2014. 134 с.
- Гальченко А.В., Назарова А.М. Эссенциальные микро- и ультрамикроэлементы в питании вегетарианцев и веганов. Ч. 1. Железо, цинк, медь, марганец // Микроэл-ты в медицине. 2019. Т. 20(4). С. 14–23.
- Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех, 2003. 240 с.
- Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных / Под ред. А.В. Скального. Пер. с англ. Оренбург, 2018. 658 с.
- Каплин В.Г. Основы экотоксикологии. М.: КолосС, 2006. 232 с.
- Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. Учеб. пособ. СПб.: Химиздат, 1999. 144 с.
- Кожина Л.Ф. Металлы подгруппы цинка и их соединения. Учеб.-метод. пособ. для студентов направления подготовки “Педагог. образ-е”, профиль “Химия”. Саратов, 2018. 49 с.
- Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте. СПб.: ПИЯФ РАН, 2008. 216 с.
- Алексеев Ю.В., Литвинович А.В., Маслова А.И. Экологическая проблема, возникающая при известковании почв в зерновых севооборотах // Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления. Тр. Всерос. конф. с международ. участием. СПб.: АФИ, 2009. С. 207–211.
- Литвинович А.В., Ковлева А.О., Хомяков Ю.В., Лаврищев А.В., Павлова О.Ю. Возможность загрязнения кадмием яровых зерновых культур при мелиорации кислых почв // Агрохимия. 2014. № 4. С. 80–87.
- Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Устойчивость растений к кадмию (на примере семейства злаков): учеб. пособ. Петрозаводск: Карел. НЦ РАН, 2012. 55 с.
- Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках. М., 1987. 4 с.
- Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва–растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
Дополнительные файлы
