CC BY
100
3. Урожайность исследуемых культур, ц/га
Система удобрения Озимая рожь Картофель
Контроль (без извести) 12,3 84,9
Контроль (по извести) 12,6 66,3
Органическая (без извести) 16,5 123,2
Органическая (по извести) 16,2 107,7
Минеральная (без извести) 23,0 189,5
Минеральная (по извести) 24,8 164,3
Органоминеральная (без извести) 24,6 205,6
Органоминеральная (по извести) 26,3 187,4
НСР 2,34 9,27
Выводы. 1. Содержание активных компонентов гумуса, подвижных форм азота, фосфора и калия, а также урожайность по всем вариантам для обеих культур больше на органоминеральной системе удобрения. 2. Наибольшая величина гидролитической кислотности обнаружена в контрольном варианте и соответствует наименьшей урожайности обеих культур. 3. Кислотность не повлияла на величину урожайности, т.к. коэффициент корреляции близок к 0, 4. Коэффициент корреляции по остальным параметрам значим, а его значение говорит о наличии тесной зависимости. 5. Наиболее высокая (26,3 ц/га) урожайность озимой ржи обнаружена на органоминеральной системе удобрения на фоне известкования. Наиболее низкая (12,3 ц/га) обнаружена в контроле без известкования. Наилучший результат для картофеля получен на органоминеральной системе удобрения без известкования - 205,6 ц/га, а худший - в контроле на фоне известкования - 66,3 ц/га.
теме удобрения. Также не обнаружено достоверных различий в величине урожайности по всем системам удобрения между известкованными и неизвесткован-ными вариантами. При расчете НСР для картофеля выявлено, что все системы удобрения достоверно отличаются друг от друга по своему влиянию на урожайность. Достоверного отличия не обнаружено только между органоминеральной на фоне известкования и минеральной системой без известкования.
Литература
1. Черников В.А. Комплексная оценка гумусового состояния почв // Известия ТСХА, 1987, № 6. - С. 83-94.
2. Janowiak J., Smolinski. The Effect of Differentiated Mineral and Organic Fertilization on the Rate of Microorganisms Development end Fertility of a Brown Podzolic Soil Abstracts of International Workshop on Practical Solutions for Managing Optimum C and N Content in Agricultural Soils. II - Prague, June 2003 - P. 39.
3. Державин Л.М. Роль химизации и биологизации земледелия в отечественном производстве с/х продукции и обеспечение продовольственной безопасности РФ // Агрохимия, 2010, № 9. - С. 3-18.
4. Никитишен В.И. Плодородие почвы и устойчивость функционирования агроэкосистемы. - М.: Наука, 2002. - 260 с.
5. Минеев В.Г. Воспроизводство плодородия почвы и экологические функции удобрений в агроценозе // Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 1. - С. 3-6.
6. Капинос В.А., Зейлигер А.М., Смирнов Г.В., Карева О.В. Изменение физических свойств дерново-подзолистой почвы под влиянием органических удобрений и способов обработки // Почвоведение, 1990, № 5. - С. 139-152.
7. Длительный полевой опыт 1912-2012: Краткие итоги научных исследований / Под ред. Академика РАСХН В.М. Баутина. -М.: Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2012. - 27 с.
8. Методы определения активных компонентов в составе гумуса почв. - М.: ВНИИА, 2010. - 32 с.
УДК 581.192.6
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КУКУРУЗЕ И ПОДСОЛНЕЧНИКЕ
С.В. Селюкова, аспирант (научный руководитель - С.В. Лукин, д.с.-х.н.)
Центр агрохимической службы «Белгородский», e-mail: [email protected]
Представлены результаты исследований основной и побочной продукции кукурузы и подсолнечника, а также данные агроэкологического мониторинга пахотных почв реперных участков на наличие тяжелых металлов (свинец, кадмий, мышьяк и ртуть). Установлено, что фоновое валовое содержание свинца (13,1 мг/кг), кадмия (0,32 мг/кг), мышьяка (3,76 мг/кг) и ртути (0,023 мг/кг) в почвах области существенно ниже допустимых концентраций. В продукции подсолнечника содержание тяжелых металлов несколько выше, чем в кукурузе. Наибольшие концентрации свинца (2,0 мг/кг сух.в.), ртути (0,0104 мг/кг сух.в.) и мышьяка (0,025 мг/кг сух.в.) отмечены в соломе, а кадмия (0,086 мг/кг сух.в.) - в семенах подсолнечника. Среднее содержание ртути в побочной продукции кукурузы соответствует ее концентрации в подсолнечнике. Превышений предельно допустимых уровней токсичных элементов в рассматриваемых культурах не обнаружено.
Ключевые слова: кадмий, свинец, ртуть, мышьяк, тяжелые металлы, почва, кукуруза, подсолнечник.
EVALUATION OF HEAVY METAL CONTENT IN CORN AND SUNFLOWER
Ph.D. student S.V. Selyukova (scientific supervisor - Dr. Sci. S.V. Lukin)
State Center of Agrochemical Service «Belgorodskiy», e-mail: [email protected]
There are presented the foundings of the main and by-products of maize and sunflower, as well as data of agroecological monitoring of arable soils of reference sites for the presence of heavy metals (lead, cadmium, arsenic and mercury). It was established that the background gross lead content (13.1 mg/kg), cadmium (0.32 mg/kg), arsenic (3.76 mg/kg) and mercury (0.023 mg/kg) in the soil of the region are significantly below the permissible concentrations. In the production of sunflower, the content of heavy metals is slightly higher than in corn. The highest concentration of lead (2.0 mg/kg dry weight), mercury (0.0104 mg/kg dry weight) and arsenic (0.025 mg/kg dry weight) marked in the straw, and cadmium (0.086 mg/kg dry weight) - in the seeds of sunflower. The average mercury content of corn by-products corresponds to its concentration in sunflower. Exceeding the maximum permissible levels of toxic elements in the cultures in question was not detected.
Keywords: cadmium, lead, mercury, arsenic, heavy metals, soil, corn, sunflower.
К группе приоритетных антропогенных загрязнителей агроэкосистем относят тяжелые металлы (ТМ), к которым относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с массой свыше 40 атомных единиц. Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, поскольку к ним часто относят элементы -неметаллы, отличающиеся высокой токсичностью для живых организмов [1].
Изучение содержания ТМ в растениях имеет несколько практических моментов. Во-первых, растения служат промежуточным резервуаром, через который металлы переходят из воды, воздуха и почвы в организм человека и животных. Поэтому необходима разработка методов защиты пищевых цепей от проникновения токсикантов в опасных концентрациях. Во-вторых, доказана токсичность ТМ для самих растений. В-третьих, это выяснение возможности использования растений в качестве биоиндикаторов загрязненной ТМ среды [2]. Растения, поглощая в течение длительного времени ТМ, количество которых в почве ниже ПДК, аккумулируют загрязняющие соединения до определенного уровня, после которого происходят неблагоприятные изменения, например как хронические повреждения растений [3].
Негативные последствия такого накопления, выражающееся в возрастании содержания ТМ в растениях, могут отчетливо проявиться только во времени. Время их проявления зависит от уровня техногенной нагрузки и от буферности почв по отношению к ТМ [4]. Существенную опасность представляет отсутствие каких-либо визуальных признаков поражения растений при опасных для человека и животных содержаниях токсикантов. Следует учитывать, что дикорастущие растения по сравнению с культурными, как правило, обладают более высокой устойчивостью и приспособленностью к поллютантам.
Цель исследования - оценка содержания ТМ (свинец, кадмий, мышьяк, ртуть) в сельскохозяй-
ственных культурах на примере кукурузы и подсолнечника.
Реперные участки, заложенные на пахотных почвах в 20 районах Белгородской области, представляют собой поле или участок поля площадью 4-40 га, с которых отбирали почвенные и растительные пробы. Почвенный покров реперных участков представлен черноземами типичными и черноземами выщелоченными [5]. В настоящей работе представлены результаты полевых опытов с кукурузой и подсолнечником. Валовое содержание свинца, кадмия и ртути в почве и растениях определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии, мышьяка - фотометрическим методом. При оценке содержания подвижных форм ТМ в почве в качестве экстрагента использовали ацетат-но-аммонийный буфер с рН 4,8. Химический анализ исследуемых объектов проводился в испытательной лаборатории агрохимической службы Белгородской области. При статистической обработке результатов лабораторного анализа проводили расчеты доверительного интервала для среднего значения (x ±to5S x ) и коэффициента вариации (V, %) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel 2007.
Результаты. По данным локального агроэколо-гического мониторинга установлено, что среднее содержание валовых форм свинца в пахотном слое черноземов Белгородской области составляет 13,1 мг/кг, подвижных форм - 1,09 мг/кг, что соответствует 8,3% от его валового содержания (табл. 1). Концентрация подвижного кадмия соответствует 25% валового кадмия (0,32 мг/кг) и в среднем равна 0,08 мг/кг. Содержание валовой ртути варьирует от 0,020 до 0,027 мг/кг и в среднем составляет 0,023 мг/кг. Среднее содержание мышьяка в пахотном слое почв составляет 3,76 мг/кг, максимальная отмеченная концентрация мышьяка соответствует 4,92 мг/кг, а минимальная - 2,97 мг/кг [6].
Для эколого-токсикологической оценки содержания в почве валовых и подвижных форм некото-
рых химических элементов установлены и утверждены их предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДК в почве валовой ртути составляет 2,1 мг/кг, подвижного свинца - 6 мг/кг [7]. Содержание подвижных форм кадмия в почве не нормируется. Оценивая валовое содержание ТМ, более правильно применять ориентировочно допустимые концентрации (ОДК), разработанные с учетом уровня реакции среды и гранулометрического состава почв. ДК свинца для тяжелосуглинистых почв с рНкс1 > 5,5 составляют 130, кадмия - 2, мышьяка - 10 мг/кг. ОДК для тяжелосуглинистых почв с рНкс1 < 5,5 составляет: для свинца - 65, кадмия - 1, мышьяка - 5 мг/кг [2]. Результаты агроэкологического мониторинга показали, что фоновое содержание свинца, кадмия, ртути и мышьяка в пахотных почвах Белгородской области значительно ниже установленных уровней ПДК и ОДК, что обусловлено отсутствием крупных источников загрязнения почв ТМ. При этом следует учитывать, что опасные вещества могут попадать в почву с применяемыми удобрениями, особенно органическими. Кукуруза, образуя большую вегетативную массу и имея продолжительный период вегетации, потребляет питательные вещества вплоть до начала восковой спелости зерна. Особенно хороший эффект оказывает внесение под кукурузу 30-40 т/га полуперепревшего навоза. Для получения высокого урожая семян подсолнечника требуется внесение порядка 20-40 т/га. С этим количеством органики в почву поступает до 38,4 г/га свинца, что составляет всего 0,10% от общего запаса элемента в почве, 3,36 г/га кадмия (0,35%), 5,48 г/га мышьяка (0,05%) и 0,26 г/га ртути (0,38%).
При оценке уровня загрязнения ТМ грубых кормов для сельскохозяйственных животных в РФ используют утвержденные временные максимально допустимые уровни (ВМДУ). При обнаружении в кормах токсичных элементов выше МДУ проводят их подсортировку другими кормами из такого расчета, чтобы общий уровень не превышал показатели МДУ. Корма с повышенным уровнем ртути и кадмия, а также при наличии в них других элементов в количествах, превышающих МДУ в 10 раз и более, подсортировке не подлежат. Для зерна, поставляемого как на пищевые, так и на кормовые цели, предельно допустимые уровни (ДУ) токсичных элементов установлены в техническом регламенте Таможенного союза 015/2011 «О безопасности зерна».
Согласно данным проведенных опытов, концентрации свинца в зерне кукурузы варьируют от 0,18 до 0,45 мг/кг, составляя в среднем 0,31 мг/кг, в семенах подсолнечника это значение несколько выше - 0,36 мг/кг (табл. 2 и 3). Полученные значения не превышают допустимых уровней свинца в зерне злаковых культур и семенах масличных культур, поставляемых на пищевые (соответственно 0,58 и 1,16 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество) и кормовые цели (5,8 мг/кг абсолютно сухого вещества). В побочной продукции кукурузы и подсолнечника содержание свинца в 5 раз больше, чем в основной и составляет соответственно 1,52 и 2,00 мг/кг абсолютно сухого вещества, что ниже установленного ДУ данного элемента для грубых кормов (6,0 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество).
1. Вариационно-статистические показатели содержания элементов в пахотном слое почв реперных участков, мг/кг
Химический элемент X ±t05S X Пш V, %
Свинец валовой 13,1±0,74 10,2-15,5 12,1
подвижный 1,09±0,13 0,69-1,69 26,0
Кадмий валовой 0,32±0,01 0,28-0,36 6,9
подвижный 0,08±0,01 0,06-0,14 19,9
Ртуть валовая 0,023±0,001 0,020-0,027 8,8
Мышьяк валовой 3,76±0,29 2,97-4,92 16,1
2. Вариационно-статистические показатели содержания свинца, кадмия, ртути, мышьяка в __кукурузе, мг/кг абсолютно сухого вещества__
Элемент Продукция X ±t05S X Цш V, %
Свинец зерно 0,31 ± 0,03 0,18-0,45 23,9
солома 1,52 ± 0,17 0,97-2,24 23,4
Кадмий зерно 0,042 ± 0,006 0,016-0,054 29,4
солома 0,059 ± 0,005 0,051-0,088 16,7
Ртуть зерно 0,0036 ± 0,0005 0,0015-0,0050 30,6
солома 0,0104 ± 0,0005 0,0090-0,0120 11,0
Мышьяк зерно 0,019 ± 0,001 0,016-0,024 12,3
солома 0,024 ± 0,001 0,021-0,027 6,9
3. Вариационно-статистические показатели содержания свинца, кадмия, ртути, мышьяка
в подсолнечнике, мг/кг абсолютно сухого вещества
Элемент Продукция x ±t05s x lim V, %
Свинец семена 0,36 ± 0,03 0,26-0,42 15,9
солома 2,00 ± 0,08 1,74-2,28 8,3
Кадмий семена 0,086 ± 0,009 0,073-0,162 21,4
солома 0,070 ± 0,003 0,060-0,079 8,4
Ртуть семена 0,0038 ± 0,0003 0,0021-0,0050 19,1
солома 0,0104 ± 0,0007 0,0080-0,0120 14,1
Мышьяк семена 0,021 ± 0,001 0,018-0,024 9,4
солома 0,025 ± 0,001 0,023-0,028 6,9
Средние концентрации кадмия в зерне кукурузы (0,042 мг/кг) и семенах подсолнечника (0,086 мг/кг) значительно ниже допустимых уровней: для продовольственного зерна - 0,12, для фуражного зерна -0,58 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество. В соломе кукурузы содержание кадмия варьирует от 0,051 до 0,088 мг/кг, в стеблях подсолнечника - от 0,060 до 0,079 мг/кг и составляет в среднем соответственно 0,059 и 0,070 мг/кг при допустимом уровне кадмия в грубых кормах 0,36 мг/кг (в пересчете на абсолютно сухое вещество). Следует отметить, что кадмия в семенах подсолнечника содержится несколько больше, чем в побочной продукции.
Согласно ТР ТС 015/2011 предельно допустимый уровень ртути в фуражном зерне соответствует 0,12 мг/кг абсолютно сухого вещества, в зерне злаковых и семенах масличных культур, поставляемых на пищевые цели, ДУ различаются и составляют соответственно 0,035 и 0,058 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество. Результаты исследований показали, что содержание ртути в зерне изучаемых культур существенно ниже допустимых уровней. Средние концентрации данного элемента в кукурузе и подсолнечнике достоверно не отличаются и находятся на уровне 0,0036-0,0038 мг/кг в основной продукции и 0,0104 мг/кг в побочной продукции при ДУ 0,06 мг/кг абсолютно сухого вещества.
Предельно допустимый уровень мышьяка в продовольственном зерне злаковых культур составляет 0,23 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество, а для зерна, применяемого в кормовых целях, это значение выше в 10 раз. Содержание мышьяка в семенах масличных культур, используемых в пищевых целях, не должно превышать 0,35 мг/кг. По данным исследования в зерне кукурузы средняя концентрация мышьяка равна 0,019 мг/кг, а в семенах подсолнечника - 0,021 мг/кг. В соломе кукурузы и подсолнечника содержание мышьяка приблизительно одинаково и варьирует в пределах от 0,021 до 0,028 мг/кг. Содержание мышьяка в грубых кормах не должно превышать 0,6 мг/кг.
Таким образом, по результатам исследования выявлена закономерность: ТМ наиболее сильно аккумулируются в побочной продукции, а не в их репродуктивных органах (зерне), за исключением кадмия в подсолнечнике, где отмечена обратная зависимость. По количественному содержанию в растениях элементы образуют ряд: РЬ > Cd > As > Щ. Следует отметить, что кукуруза характеризуется более низким содержанием всех изученных элементов по сравнению с подсолнечником. Концентрации свинца, кадмия, мышьяка и ртути в обследованных пахотных почвах и культурах не превышают допустимые уровни, тем не менее это не исключает необходимость мониторинга содержания ТМ в сельскохозяйственной продукции.
Литература
1. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1991. - 151 с.
2. Минкина Т.М., Крыщенко В.С., Федосеенко С.В. Качество зерна пивоваренного ячменя при техногенном загрязнении чернозема обыкновенного // Научная мысль Кавказа, 2003, Приложение. Вып. 2. - С. 119-123.
3. Хованский А.Д. Оценка загрязнения растений: учебно-методическое пособие. - Ростов-на-Дону: РГУ, 1994. -32 с.
4. Манджиева С.С., Минкина Т.М. Экологическое состояние почв и растений природно-техногенной сферы: монография. - Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2014. - 264 с.
5. Лукин С.В. Мониторинг содержания микроэлементов 7п, Си, Мо, Со, РЬ, Сё, Л$, Ы§ в пахотных черноземах юго-запада Центрально-Черноземной зоны // Агрохимия, 2012, № 11. - С. 60-67.
6. Лукин С.В. Агроэкологическое состояние и продуктивность почв Белгородской области: монография. - 2-е изд., доп. - Белгород: КОНСТАНТА, 2016. - 344 с.
7. Гигиенические нормативы: ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. - М.: Технорматив, 2013. - 16 с.
8. Гигиенические нормативы: ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. - М.: Технорматив, 2013. - 10 с.
