CC BY
41
*УДК - 631.46
СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ, ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВЕ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ КУКУРУЗЫ В АДАПТИВНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
ЮГО- ЗАПАДА НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ
А.М. Хлопяников, Г.В. Хлопяникова
В результате проведенных исследований доказано, что в почве под кукурузой отмечено незначительное содержание тяжелых металлов и радионуклидов по всем технологиям возделывания, не превышающее предельно допустимые концентрации, что дает возможность производства биологически полноценной и экологически безопасной продукции из кукурузы.
Ключевые слова: кукуруза, микроэлементы, тяжелые металлы, радионуклиды, почва.
Почва - это особенное природное тело, которое рождается в зоне обмена энергии между живой и косной материей, в результате которой образуется новое органоминеральное соединение - гумус, показатель ее плодородия. Как любой природный процесс он протекает по естественным законам биологии, физики и химии. Исходя из этого все теоретические и эмпирические модели, описывающие изменения плодородия почвы, продуктивности растений при той или иной технологии должны соответствовать естественным законам, основанным на диалектических взаимосвязях, обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой, определяющим уровень продуктивности культуры. Охрана почв от загрязнений и других антропогенных воздействий является важнейшей проблемой, которая встала в связи с интенсификацией современного земледелия, появлением огромного количества промышленных предприятий, мощной сельскохозяйственной техники, загрязнением почв нефтепродуктами и выбросами предприятий. Почва аккумулирует загрязнение тяжелыми металлами или персистентными ксенобиотиками в большей степени, чем атмосфера и природные воды, которая еще больше усугубляется антропогенной деятельностью человека, приёмами обработки почвы, использованием минеральных удобрений и пестицидов, связанных с возделыванием сельскохозяйственных культур [1].
Применение новых адаптивных технологий сводит к минимуму экологические риски химического загрязнения по сравнению с интенсивными агрогехнологиями, предотвращая деградацию почв и ландшафтов.
Нами, в стационарном полевом опыте, изучено влияние органических, минеральных удобрений и пестицидов в сочетании с различными приемами основной обработки почвы на содержание подвижных форм микроэлементов, тяжелых металлов и радионуклидов в серой лесной почве, под кукурузой, возделываемой на силос.
Хорошо известно, что вносимые в почву минеральные удобрения и известь могут уменьшать подвижность микроэлементов, что существенно снижает их доступность растениям. В то же время органические удобрения (навоз, сидераты, солома) привносят в почву значительные количества микроэлементов. Так, с 40 т/га навоза вносится бора - 0,67, молибдена - 0,07, меди - 0,52, цинка - 3,21, кобальта - 0,03, марганца - 6,7 мг/кг почвы [2].
Помимо поступления микроэлементов с минеральными, органическими удобрениями и известью следует также учитывать поступление микроэлементов непосредственно в почву с пожнивными остатками. Все это создает условия для более благоприятного режима содержания подвижных форм микроэлементов в почве [3].
Средним содержанием подвижных форм микроэлементов в серой лесной почве считается: бора -
мг/кг почвы. Результаты анализа (табл. 1) свидетельствуют о том, что согласно градации содержание бора в почве по всем вариантам технологий было высокое и составило при возделывании кукурузы на силос 0,87-1,23 мг/кг. Эта закономерность особенно характерна для альтернативных, биологических технологий с внесением одних органических удобрений - навоза, сидерата, соломы без средств химизации, которые способствовали повышению содержания бора по сравнению с другими технологиями.
Количество молибдена 0,10-0,12 мг/кг, меди 3,2-4,7 мг/кг, кобальта 1,0-1,2 мг/кг и марганца 25-61 мг/кг в почве соответствовало их среднему содержанию, а цинка 0,6-0,8 мг/кг - низкому. Особенно низкое содержание цинка 0,6-0,8 мг/кг почвы объясняется, по-видимому, большим выносом растениями цинколюбивой культурой - кукурузой.
Содержание подвижных форм микроэлементов в почве под кукурузой на силос в зависимости от
0,34-0,70; молибдена - 0,11-0,22; меди - 1,6-3,3; цинка - 2,1-5,0; кобальта - 1,1-2,2; марганца - 31,0-70,0
Таблица 1
технологий возделывания, мг/кг
вариант техно- логии Ведущие звенья технологий В Мо Си 2п Со Мп
1 Вспашка + №К+ солома + сидерат + пестициды 0,87 0,10 4,0 0,7 1,0 48
2 Вспашка + №К+ навоз + пестициды 1,10 0,10 3,8 0,7 1,0 39
3 Вспашка + №К+ навоз + солома + сидерат + пестициды 0,98 0,10 3,8 0,6 1,1 37
4 Вспашка + навоз + солома + сидерат (контроль) 1,11 0,11 4,0 0,7 1,0 25
5 Рыхление стойками СибИМЭ + №К+ солома + сидерат + пестициды 0,96 0,12 4,7 0,7 1,0 61
6 Рыхление стойками СибИМЭ +№К + навоз + пестициды 0,99 0,12 4,0 0,7 1,1 41
7 Рыхление стойками СибИМЭ +№К+ навоз +солома + сидерат + пестициды 1,07 0,11 3,9 0,8 1,2 37
8 Рыхление стойками СибИМЭ + навоз + солома + сидерат (контроль) 1,22 0,10 3,9 0,7 1,0 34
9 Рыхление по типу «параплау» + №К + солома + сидерат + пестициды 0,62 0,11 3,6 0,7 1,0 39
10 Рыхление по типу «параплау» + №К + навоз + пестициды 1,17 0,11 3,2 0,8 1,1 42
11 Рыхление по типу «параплау» + №К + навоз + солома + сидерат + пестициды 1,02 0,11 3,8 0,7 1,0 36
12 Рыхление по типу «параплау» + навоз + солома + сидерат (контроль) 1,23 0,10 3,9 0,8 1,0 29
Следует также отметить, что в серой лесной почве под кукурузой увеличилось содержание подвижных форм бора и молибдена - 23 и 38 % соответственно по сравнению с их количеством перед закладкой опыта в 1982 году. Увеличение содержания остальных подвижных микроэлементов в пахотном слое было выражено менее отчетливо. Наблюдалось также снижение всех микроэлементов, особенно количество бора, марганца и меди по профилю почвы при переходе к материнской породе.
Данные полевого опыта по содержанию микроэлементов в серой лесной почве в зависимости от приемов обработки почвы, при совместном внесении органических и макроудобрений не позволяет отдать особое предпочтение ни одному из них, т.е. количественное содержание микроэлементов в почве находилось в одних пределах по всем вариантам технологий.
В этом случае следует обратить внимание на накопление микроэлементов в растениях и влияние их на качество получений продукций.
Содержание тяжелых металлов в серой лесной почве в целом было низкое, не обнаружено их изменение в зависимости от приемов основной обработки почвы и системы удобрений (табл.2). Наблюдается некоторая тенденция увеличения содержания марганца при более глубокой обработке почвы стойками СибИМЭ и по типу "параплау" на глубину 28-30 см. Большое накопление марганца 199-290 мг/кг объясняется улучшением структуры почвы и ее водно-воздушным режимом в нижнем 20-30 см слое почвы, что оказывает положительное влияние на рост, развитие и продуктивность растений кукурузы.
Таблица 2
Содержание валовых форм тяжелых металлов в почве под кукурузой в зависимости от _________________________________технологий возделывания, мг/кг___________________________________
Вариант технологии Ведущие звенья технологий 2п Со Си Мп са РЬ N1 Сг
1 Вспашка + №К+ солома + сидерат + пестициды 5,1 14,9 3,8 222 0,47 8,4 9,8 8,0
2 Вспашка + №К+ навоз + пестициды 4,9 14,7 3,4 205 0,50 8,4 9,3 8,0
3 Вспашка + №К+ навоз + солома + сидерат + пестициды 4,2 13,2 3,5 199 0,57 8,7 9,3 7,9
4 Вспашка + навоз + солома + сидерат (контроль) 5,0 14,7 3,6 241 0,57 8,1 9,3 7,9
5 Рыхление стойками СибИМЭ + №К+ солома + сидерат + пестициды 5,5 14,9 3,4 281 0,60 8,8 9,9 7,5
6 Рыхление стойками СибИМЭ +№К + навоз + пестициды 5,6 15,3 3,1 290 0,56 8,4 10,1 7,9
7 Рыхление стойками СибИМЭ +№К+ навоз +солома + сидерат + пестициды 5,8 14,2 4,0 264 0,53 8,0 10,8 8,7
8 Рыхление стойками СибИМЭ + навоз + солома + сидерат (контроль) 5,1 14,6 3,4 284 0,56 8,4 9,7 8,3
9 Рыхление по типу «параплау» + №К + солома + сидерат + пестициды 5,3 14,8 3,5 239 0,54 8,6 10,3 7,6
10 Рыхление по типу «параплау» + №К + навоз + пестициды 4,6 4,6 3,7 258 0,51 8,0 9,7 8,3
11
12
Рыхление по типу «параплау» + №К + навоз + _________солома + сидерат + пестициды__________
Рыхление по типу «параплау» + навоз + солома ______________+ сидерат (контроль)______________
5,5
5,1
14,0
14,8
3,6
248
240
0,52
0,55
8,2
7,9
10,2
В связи с применением средств химизации, возрождением промышленных предприятий в городах юго-западной части Центрального региона России, в значительной мере загрязняющих окружающую среду, а также аварией на Чернобыльской атомной электростанции, увеличивается поступление в биосферу естественных радионуклидов, в результате чего возникают локальные участки с повышенной концентрацией их в почве. В той или иной степени ими оказались загрязнены земли югозападной части Центрального региона России, и особенно Брянской области, часть таких территорий выведена из хозяйственного оборота, другая - используется ограниченно, третья - оказалась совершенно чистой, что подтверждает локальное выпадение радионуклидов.
Обнаруживаются радионуклиды, в основном цезий-137, во всех звеньях пищевой цепи: почва -растение - животное - человек. Этот радионуклид характеризуется длительным лет периодом полураспада (около 30), поэтому он долгое время находится во внешней среде, активно включается в биологический круговорот веществ, имеет способность накапливаться в отдельных органах и тканях, плохо выводится из организма. В литературе достаточно полно отражены аспекты поведения радионуклидов в природных биогеоценозах. Однако в агроценозах закономерности поведения радионуклидов как правило иные, что связано с изменением агрохимических показателей почв под воздействием агротехнических приемов и, в частности, основной обработки почвы, системы удобрений и средств защиты растений. Поэтому решение проблемы производства биологически полноценной, экологически безопасной продукции для данного региона имеет исключительное значение.
Одним из важнейших аспектов охраны окружающей среды является проблема сокращения содержания радионуклидов и в частности цезия в серой лесной почве. Поэтому в задачу наших исследований входило изучение различных органических (навоз, сидерат, солома) и минеральных удобрений при совместном их внесении в почву в сочетании с основной обработкой на содержание цезия в почве под кукурузу на силос.
В таблице 3 представлены результаты полевого стационарного опыта, расположенного на территории учхоза «Кокино», на серых лесных почвах с загрязнением от 12 до 20 мкр/час, спустя 5 и 15 лет после аварии на Чернобыльской АЭС, из которых видно, что через 5 лет содержание цезия-137 и суммарного цезия в зависимости от технологии возделывания варьировала по слоям почвы 0-10, 10-20 и 20-30 см в пределах 8,7-12,8; 7,5-9,8 и 6,8-7,6 Бк/кг и 10,3-14,3; 9,4-12,0 и 8,0-9,2 Бк/кг соответственно. Это содержание не превышало предельно-допустимых концентраций (ПДК цезия-137 - 12,6 Бк/кг, суммарного цезия - 15,2 Бк/кг). Вносимые органические удобрения - навоз (вар. 2) и сидерат редьки масличной с соломой (вар. 1) в сочетании с К152Р85К92 и Кш-гпРт-шКп^гов по влиянию на загрязнение почвы было равнозначным.
Таблица 3
Содержание цезия- 137 в почве по слоям под кукурузой на силос в зависимости от технологий
возделывания, мг/кг____________________
Варианты опыта Цезий-137, Бк/кг Суммарный Цезий, Бк/кг Плотность поверхностного загрязнения, Ки/ км2
0-10 см 10-20 см 20- 30см 0-10 см 10-20 см 20- 30см 0-10 см 10-20 см 20- 30см
Среднее за 1990-1991 гг.
Вспашка + №К + солома + сидерат + пестициды 8,7 9,8 7,6 10,3 12,0 9,2 0,6 0,6 0,5
Вспашка + №К + навоз + пестициды 9,9 7,7 6,8 11,2 9,5 8,7 0,7 0,5 0,5
Рыхление стойками СибИМЭ + №К + навоз + пестициды 11,0 7,5 7,0 12,4 9,4 8,3 0,7 0,5 0,4
Рыхление по типу «параплау» + навоз + пестициды 12,8 8,2 7,1 14,3 9,7 8,0 0,8 0,6 0,5
Среднее 2006- 2007 гг.
Вспашка + №К + солома + сидерат + пестициды 8,1 8,9 7,0 9,7 11,4 8,3 0,5 0,5 0,4
Вспашка + №К + навоз + пестициды 8,6 7,3 6,2 10,4 8,3 7,9 0,6 0,5 0,4
Однако следует отметить, что на вариантах с использованием вспашки установлена тенденция уменьшения цезия-137 и суммарного цезия в слое почвы 0-10 см до 8,7 Бк/кг и 10,3 Бк/кг соответственно
^увеличению его содержания в слое 20-30 см по сравнению с технологиями рыхлением стойками СибИ^ч! на 28-30 см и по типу «параплау» на 28-30 см, которые наоборот имели повышенное их содержание в верхнем слое почвы от 11,0 до 12,8 Бк/кг и от 12,4 до 14,3 Бк/кг и пониженное в нижнем слое 20-30 см от 7,0-7,1 Бк/кг и 8,0-8,3 Бк/кг соответственно. Повышенное содержание цезия в верхнем слое почвы 0-10 см в технологиях с безотвальной обработкой, по-видимому, связано с уменьшением сорбционной способности почвы в верхнем слое по отношению к этому радионуклиду, в результате безотвальной обработки при внесении органических удобрений. Плотность загрязнения по слоям почвы составила 0,4-0,7 Ки/км2 и не превышала предельно допустимой концентрации (ПДК до 1 Ки/км2).
Аналогичные закономерности по содержанию цезия-137 в почве под кукурузой и плотности поверхностного загрязнения получили при традиционной её обработке, вспашке на 23-25 см и тем же системам удобрений и средствам защиты растений (вар. 1) NPK+солома+сидерат+пестициды и (вар. 2)
NPK+навоз+пестициды спустя 15 лет после аварии на Чернобыльской АЭС. Содержание цезия-137 составило по вариантам опыта в слое почвы 0-30 см - 7,0-8,9 и 6,2-8,6 Бк/кг, суммарного цезия 8,3-11,4 и 7,9-10,4 Бк/кг при плотности поверхностного загрязнения 0,4-0,5 и 0,4-0,6 Ки/км2 соответственно (табл. 3).
По результатам проведенных исследований можно констатировать, что содержание цезия-137 в почве под кукурузой незначительное и дифференцируется по слоям почвы в зависимости от способа основной обработки почвы. Растительная масса и солома, прошедшие через животных на ферме и возвращенных в почву в виде навоза также как и пожнивные остатки, сидерат с соломой, не повышали содержание радионуклидов, что свидетельствует о нормальной радиационной обстановке почвы. В целом общую радиобиологическую обстановку по технологиям возделывания кукурузы на данной территории следует признать вполне приемлемой для производства биологически полноценной и экологически безопасной продукции кукурузы.
As a result of the conducted research it was proved that in the soil under corn slight content of heavy metals and radionucleds in all technologies of cultivating was marked. It does not exceed the maximum permissible standarts that gives opportunity to produce biologically full and ecologically safe corn product.
The key-words: corn, microelements, heavy metals, radionuclides, soil.
Список литературы
1. Звягинцев Д.Г. Биология почв: Учебник / Д.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. Издательство: МГУ, 2005 г. 447 с.
2. Анспок П. И. Микроудобрения : справочник / П. И. Анспок. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 271 с.
3. Кузнецов М.Ф., Владыкина Р.И. Изменение агрохимических свойств и содержания микроэлементов в почве за ротацию кормовых севооборотов в зависимости от внесения удобрений и орошения // Агрохимия.-1990.-№6.-С.76-81
Об авторах
Хлопяников А.М. - доктор сельскохозяйственных наук, доцент Брянского государственного университета имени академика И.Г.Петровского
Хлопяникова Г.В. - кандидат экономических наук, доцент Брянского государственного университета имени академика И.Г.Петровского
