CC BY
23
УДК 631.445.2.:665
реакция сельскохозяйственных культур, произрастающих на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах, на внесение мелиорантов и удобрений
А.В. ЛЕДНЕВ1, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора
А.В. ЛОЖКИН1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
И.В. ПУШКАРЕВА2, студент
Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Ленина, 1, п. Первомайский, Завьяловский район, Удмуртская Республика, 427007, Россия.
2Ижевская ГСХА, ул. Студенческая, 11, Ижевск, 426069, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. В работе представлены результаты полевого опыта по изучению влияния различных удобрений и мелиорантов (фосфоритной и известняковой муки, суперфосфата, сульфида натрия, торфа и цеолита), внесённых в загрязнённую тяжёлыми металлами (ТМ) агродерново-подзолистую легкосуглинистую почву, на урожайность викоовсяной смеси и ячменя, а также содержание в растениеводческой продукции кадмия и свинца. Цель исследований - разработать экологически безопасные технологические приёмы рекультивации загрязнённых ТМ почв. Применяемые средства интенсификации производства значительно снижали содержание тяжёлых металлов в продукции. Наибольшее положительное воздействие на концентрацию кадмия в сене викоовсяной смеси обеспечило внесение цеолита (уменьшение на 66%), в зерне ячменя - известняковой муки (на 69%); на содержание свинца в сене викоовсяной смеси -известняковой муки (на 41%), в зерне ячменя - сульфида натрия (на 48%). Благодаря изученным агроприёмам на участке, загрязнённом кадмием и свинцом, удалось вырастить зерно с допустимым содержанием этих тяжёлых металлов. На основании результатов исследований можно значительно расширить спектр приёмов мелиорации почв, содержащих ТМ выше допустимых норм, и адаптировать их к конкретным почвенно-климатическим условиям загрязненных территорий.
Ключевые слова: тяжёлые металлы, химическая мелиорация, сельскохозяйственные культуры, рекультивация, мелиоранты, удобрения.
Для цитирования: Леднев А.В., ЛожкинА.В., Пушкарева И.В. Реакция сельскохозяйственных культур, произрастающих на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах, на внесение мелиорантов и удобрений // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 6. С. 15-17.
В результате хозяйственной деятельности современное общество с каждым годом увеличивает своё негативное воздействие на окружающую среду. Одно из наиболее опасных и распространённых последствий антропогенного влияния - загрязнение почвенного покрова тяжёлыми металлами (ТМ). Оно не только ухудшает экологическое состояние индустриально развитых территорий, но и напрямую влияет на здоровье населения. Экологическое состояние территории России можно определить как критическое, а в некоторых регионах оно приобрело характер бедствия [1].
Выявлению закономерностей поведения ТМ в различных почвах посвящено много исследований [2, 3, 4, 5], разработан ряд технологий рекультивации загрязнённых почв, однако все они характеризуются недостаточно высокой эффективностью или требуют
очень больших материальных затрат. Поэтому поиск новых приёмов восстановления плодородия и агроэкологического состояния почв, загрязнённых ТМ, имеет большую актуальность и практическую значимость.
В Удмуртской Республике самую значительную опасность представляют такие тяжелые металлы, как свинец и кадмий. По данным РЦАС «Удмуртский» доля почв с повышенным и высоким содержанием валового кадмия по республике составляет 84,3%, в том числе с высоким - 14,6%, со средним и повышенным уровнем свинца - 9,2% [6]. Основная часть наиболее загрязнённых почв расположена вокруг крупных населённых пунктов и автодорог. При этом приведённая статистика не учитывает состояние городских и промышленных территорий, степень загрязнения которых ТМ, в большинстве случаев, значительно превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).
В качестве ключевого звена в системе рекультивации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами ученые Удмуртского НИИСХ предлагают использовать химическую мелиорацию. На сегодня в лабораторных и полевых опытах изучена возможность снижения степени подвижности свинца и кадмия в загрязнённых почвах с использованием большого количества мелиорантов и удобрений, выявлены наиболее оптимальные дозы их внесения [7, 8, 9].
Цель наших исследований - проверка разработанных элементов технологий рекультивации почв, загрязненных в условиях производства.
Условия, материалы и методы. Опыт проводили в 2013-2014 гг. в пригородной зоне г. Ижевска. Опытный участок расположен на средней части слабопокатого (1-2°) северо-западного склона увала на расстоянии 2 км от городской черты. Пашня находится в аренде у ООО «Первомайское» Завьяловского района Удмуртской Республики. Почва - агродерново-подзолистая легкосуглинистая на покровных опесчаненных суглинках. Она характеризуется слабокислой реакцией (рНКС| 5,4), средней гумусированностью (2,0%), повышенным содержанием подвижного фосфора (110 мг/кг) и обменного калия (130 мг/кг). Уровень загрязнения по свинцу - 75 мг/кг (низкий), кадмию - 4,9 мг/кг (средний).
Схема полевого опыта предусматривала изучение следующих вариантов: почва без мелиорантов и удобрений (контроль); фосфоритная мука в дозе 1,5 т/га; суперфосфат - 120 кг д.в./га; сульфид натрия - 120 кг д.в./га; известняковая мука - 12 т/га; торф - 100 т/га; цеолит - 100 т/га.
Эксперимент заложен в 3-х кратной повторности. Размер делянок 3x10 м. Размещение делянок систематическое со смещением в 3 яруса.
При проведении исследований использовали фосфоритную муку высшего сорта с содержанием Р2О5 - 30%, простой гранулированный суперфосфат с содержанием Р2О5 - 19%, известняковую муку 1 класса
Таблица 1. Содержание кадмия в продукции культур, возделываемых на загрязнённой почве, мг/кг
воздушно-сухой массы
Вариант Викоовсяная смесь (2013 г.) Ячмень (2014 г.)
среднее содержание, мг/кг снижение в результате применения среднее содержание, мг/кг снижение в результате приме-нения
мг/кг % мг/кг %
Почва загрязненная
(контроль) 2,29 - - 0,59 - -
Фосфоритная мука 2,21 0,08 3 0,40 0,19 32
Суперфосфат 1,24 1,05 46 0,28 0,31 52
Известь 1,14 1,15 50 0,18 0,41 69
Сульфид натрия 1,07 1,22 53 0,28 0,31 53
Торф 1,82 0,47 21 0,43 0,16 27
Цеолит 0,79 1,50 66 0,30 0,29 49
НСР05 0,62 0,19
с нейтрализующей способностью 88%, сульфид натрия - химически чистая соль, низинный сильно разложившийся торф влажностью 65% и цеолит Хотынецкого месторождения Орловской области. Все агротехнические работы в опыте выполнены механизированным способом, за исключением внесения удобрений и мелиорантов, которое осуществляли вручную. Массовую долю тяжёлых металлов в пробах растений определяли атомно-адсорбционным методом. В 2013 г. действие мелиорантов и удобрений изучали на викоовсяной смеси (норма высева овса Гунтер 3,5 млн вхожих семян, вики Людмила - 1,5 млн всхожих семян, семена по сортовым кондициям соответствовали элите), в 2014 г. - на ячмене сорта Белгородский 100 (норма высева 6,5 млн всхожих семян на 1 га, семена по сортовым кондициям соответствовали элите).
Полученные данные подвергали статистической обработке методами дисперсионного анализа [10] с использованием программного пакета Excel.
результаты и обсуждение. Загрязнение почвы кадмием обусловило его повышенное накопление в вегетативной массе викоовсяной смеси и зерне ячменя. Наибольшая концентрация этого элемента отмечена в растениях в контроле (без внесения мелиорантов и удобрений): в сене викоовсяной смеси - 2,29 мг/кг, в зерне ячменя - 0,59 мг/кг (табл. 1), что значительно превышает ПДК (0,5 и 0,3 мг/кг соответственно) [12].
Использование практически всех мелиорантов и удобрения обусловило статистически достоверное снижение содержания кадмия в культурах. Исключением были только варианты с фосфоритной мукой, под воздействием которой отмечена только тенденция к уменьшению концентрации кадмия в сене в первый год после внесения, и торфом, проявившим себя аналогично в оба года исследований. Наибольшее влияние на снижение содержания кадмия в сене однолетних трав оказали цеолит (на 66%), сульфид натрия и суперфосфат (на 53 и 50% соответственно). Но даже при их использовании количество этого минерального элемента в сене превышало нормативные значения. На второй год исследований самое значительное снижение кадмия в зерне ячменя обеспечило внесение известняковой муки (на 69%), сульфида натрия (на 53%) и суперфосфата (на 52%).
Наибольшее положительное влияние на содержание свинца (на 41%) в сене викоовсяной смеси оказало внесение в загрязнённую почву известняковой муки, действие остальных мелиорантов и удобрений было близким и колебалось от 20 до 27%, за исключением торфа - 3% (табл. 2). Самое значительное снижение концентрации свинца в зерне ячменя происходило при использовании сульфида натрия (на 48%), цеолита (на 45%) и известняковой муки (на 43%). Несмотря на высокое содержание свинца в загрязнённой почве, его количество в растениеводческой продукции, даже в контроле (без мелиорантов), не превышало ПДК (5 мг/кг) [12].
выводы. Применение изучаемых мелиорантов и удобрений снижало содержание ТМ в растениеводческой продукции. Наибольшее воздействие на концентрацию кадмия в сене викоовсяной смеси (уменьшение на 66%) обусловлено внесением в почву цеолита, в зерне ячменя - известняковой муки (на 69%); свинца в сене викоовсяной смеси - известняковой муки (на 41%), в зерне ячменя - сульфида натрия (на 48%). Несмотря на повышенное содержание кадмия и свинца в почве, благодаря использованию известняковой муки, суперфосфата, сульфида натрия и цеолита, на загрязнённом участке удалось вырастить зерно с допустимой концентрацией изучаемых минеральных элементов.
Таким образом, эффективное снижение поступления в растениеводческую продукцию свинца и кадмия из загрязнённых почв можно двумя способами: химическим - осаждением ионов ТМ при их реакции с соединениями, которые входят в состав ряда удобрений и мелиорантов, с образованием труднорастворимых веществ; физико-химическим - поглощением ионов тяжёлых металлов путем повышения сорбционных свойств почвенно-поглощающего комплекса. Всё это
Таблица 2. Содержание свинца в продукции культур, возделываемых на
загрязнённой почве, мг/кг воздушно-сухой массы
Вариант Викоовсяная смесь (2013 г.) Ячмень (2014 г.)
среднее содержание, мг/кг снижение в результате применения среднее содержание, мг/кг снижение в результате применения
мг/кг % мг/кг | %
Почва загрязненная ТМ
(контроль) 1,33 - - 0,96 - -
Фосфоритная мука 1,06 0,27 20 0,70 0,26 27
Суперфосфат 0,97 0,36 27 0,72 0,24 25
Известь 0,79 0,54 41 0,54 0,41 43
Сульфид натрия 0,99 0,34 26 0,50 0,46 48
Торф 1,29 0,04 3 0,88 0,07 8
Цеолит 0,97 0,36 27 0,52 0,43 45
НСР05 - 0,25 19 0,17 18
позволяет значительно расширить спектр приёмов их к конкретным почвенно-климатическим условиям мелиорации почв, загрязнённых ТМ, и адаптировать загрязнённых территорий.
Литература.
1. Шихова Л.Н., Егошина Т.Л. Тяжёлые металлы в почвах и растениях Северо-Востока европейской части России. Киров: Зональный НИИСХСеверо-Востока, 2004. 264 с.
2. Никитин С.Н. Влияние средств химизации и биологизации на изменение содержания свинца и кадмия в зерне сельскохозяйственных культур // Земледелие. 2014. № 8. С. 35-37.
3. Фещенко В.П. Экологическая оценка загрязнения тяжелыми металлами сельскохозяйственных культур лесостепи Новосибирского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 1 (111 ). С. 39-41.
4. Водяницкий Ю.Н., ЛадонинД.В., Савичев А.Т. Загрязнение почв тяжелыми металлами. М.: МГУ, 2012. 304 с.
5. Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Тяжелые металлы: экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. 165 с.
6. Безносов А.И., Башмаков Л.Б., Нелюбин В.Г. Содержание тяжелых металлов в пахотных почвах Удмуртской Республики: монография. Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2005. 74 с.
7. Леднев А. В., Ложкин А.В. Влияние видов и доз мелиорантов на снижение степени подвижности свинца в загрязнённой дерново-подзолистой почве // Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции: материалы IXМеждународной научно-практической конференции, Саранск, 18-19 апреля 2013 г. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2013. Ч. 2. С. 156-160.
8. Леднев А. В., Ложкин А.В. Эффективность различных мелиорантов по снижению степени подвижности тяжелых металлов в загрязненном агроземе //Доклады Россельхозакадемии. 2014. № 2. 35-38.
9. Леднев А. В., Ложкин А.В. Урожайность и экологическая безопасность культур на почвах, загрязнённых свинцом, при внесении мелиорантов и удобрений //Российская сельскохозяйственная наука. 2015. № 1. С. 44-47.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
11. Тишкович А.В. и др. Торф на удобрения. Минск: Ин-т торфа АН БССР, 1993. 103 с.
12. Ветеринарные нормы и правила по безопасности кормов, кормовых добавок и сырья для производства кормов ВетПиН 13-5-01/0101. М., 2003. 30 с.
RESPONSE OF CROPS GROwING ON SOILS CONTAMINATED BY HEAVY METALS TO APPLICATION OF AMELIORANTS AND FERTILIZERS
A.V. Lednev1, A.V. Lozhkin1, I.V. Pushkareva2
1Udmurt Research Institute of Agriculture, Lenina str., 1, Pervomaysky settlement, Zav'yalovsky district, Udmurt Republic, 427007, Russia
2Izhevsk State Agricultural Academy, Studencheskauya str., 11, Izhevsk, 426069, Russia
Summary. The work presents results of field experiment on the effect of different améliorants and fertilizers (phosphorite and lime powder, superphosphate, sodium sulfide, peat and zeolite), applied into contaminated by heavy metals (HM) sod-podzol light-loamy soil, on the yield vetch-oat mixture and barley, as well as on the content of cadmium and lead in crop production. The aim of the investigation was to develop the ecologically safe technological methods for recultivation of soils contaminated with HM. Used means of intensification of production significantly reduce the content of heavy metals in crop production. The greatest positive effect on reduction of cadmium content in the hay from vetch-oat mixture was obtained with the application of zeolite (the reduction by 66 %), in barley grain - the introduction of lime powder (the decrease by 69 %). The greatest effect on reduction of lead content in the hay from vetch-oat mixture was due to the entering into the soil of lime powder (by 41 %), in grain barley - the application of sodium sulfide (by 48 %). Thanks to this agronomic practice we were able to harvest grain with the permissible content of cadmium and lead on the area polluted by these heavy metals. On the basis of investigation results it is possible to enlarge the list of methods of reclamation of soil, contaminated with heavy metals, and to adapt them to the specific soil and climatic conditions of contaminated areas.
Keywords: heavy metals, chemical amelioration, agricultural crops, reclamation, ameliorants, fertilizers.
Author Details: A.V. Lednev, Dr. Sci. (Agr.), Deputy Director (e-mail: [email protected]); A.V. Lozhkin, Cand. Sc. (Agr.), Senior Researcher; I.V. Pushkareva, student.
For citation: Lednev A.V., Lozhkin A.V., Pushkareva I.V. Response of crops growing on soils contaminated by heavy metals to application of ameliorants and fertilizers // Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V. 29. № 6. pp. 15-17 (In Russ).
ИНФОРМАЦИЯ
льготная программа опт от РосАгРоЛизингА будет продолжена в 2015 г.
В рамках Программы обновления машинно-тракторного парка Росагролизинг поставит в хозяйства сельскохозяйственную технику на общую сумму 1 млрд. руб. Участниками программы в этом году станут аграрии 11 регионов России - Краснодарского и Приморского краев, Республики Коми, Крыма, Карачаево-Черкесии, Амурской, Архангельской, Воронежской, Курской, Липецкой и Сахалинской областей.
Отсутствие авансового платежа и залогового обеспечения, отсрочка оплаты первого лизингового платежа на 6 мес. при сниженной ставке вознаграждения Общества (3%) делают программу максимально выгодной для отечественных аграриев.
В рамках Программы за 2012-2014 гг. в хозяйства страны было поставлено 5,7 тыс. ед. техники на 14,4 млрд руб. В конце 2014 г., когда Программа завершалась, в Росагролизинг поступило большое количество положительных отзывов от лизингополучателей и прямых просьб от глав регионов продлить сроки ее реализации. В соответствии с решением совета директоров Общества реализация Программы в 2015 г. продлена.
Квоты на реализацию Программы обновления в текущем году распределяли, прежде всего, на основании платежной дисциплины сельхозтоваропроизводителей в субъектах РФ. В список участников Программы вошли те регионы, в которых лизингополучатели не имеют просроченной задолженности перед Росагролизингом по договорам, заключенным по Программе обновления. Оставшиеся регионы также смогут попасть в программу при условии улучшения платежной дисциплины своих сельхозтоваропроизводителей.
по материалам пресс-службы оАо «Росагролизинг»
