Содержание тяжёлых металлов в почве и конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) озимой ржи (сорт Сибирь) при влиянии длительного применения средств интенсификации в южной лесостепи Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 581.5(571.1)+633.14+631.416.8 Н.И. ЛОЖКИНА,

Н.А. КАЛИНЕНКО

Омский государственный педагогический университет

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ И КОНЕЧНОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ (ЗЕРНО) ОЗИМОЙ РЖИ (СОРТ СИБИРЬ) ПРИ ВЛИЯНИИ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ_

Процессы роста и развития растений находятся под влиянием всего комплекса экологических факторов, составляющих среду обитания организмов. Каждый организм испытывает на себе воздействие других видов растений, животных и человека. В связи с бурным развитием промышленности влияние антропогенного фактора резко возросло. К экстремальным факторам, способным вызвать повреждения растительных организмов, следует отнести загрязнение окружающей среды ТМ [1].

Существует два источника поступления ТМ в ок- считается атмосфера. Атмосферные выпадения мик-

ружающую среду: природный и техногенный. Из роэлементов участвуют в загрязнении всех других

природных наибольшее значение имеют выветри- компонентов биосферы - воды, почв и растительнос-

вание горных породи минералов, эрозия почв, вул- ти, а также зависят от целого ряда факторов: близос-

каническая деятельность, высокие естественные ти индустриальных центров, заводов и фабрик, нали-

уровни содержания ТМ [1]. Наиболее мощный по- чия ТЭЦ, расстояния от автомагистралей и авиалиний,

ток ТМ в среду обеспечивает антропогенный фак- розы ветров, количества осадков, рН почвы [4]. тор, развитие металлургических, угледобывающих Известно, что известь и фосфаты эффективно

и энергетических мощностей, продукты сжигания понижают содержание тяжелых металлов в растени-

топлива, использование сточных вод, применение ях. Из всех видов минеральных удобрений наиболь-

больших доз удобрений. шее количество тяжелых металлов содержат фос-

Одним из источников поступления элементов-заг- форные удобрения, наименьшее - азотные и

рязнителей как тяжелых металлов в агроэкосистемы калийные. Комплексные удобрения занимают про-

Таблица 2

Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в зерне озимой ржи в зависимости от технологии выращивания.

Таблица 1

Содержание подвижных форм металлов в почве под посевами озимой ржи в зависимости от технологии выращивания.

Место отбора образца Вариант обработки почв Глубина отбора образца, см Содержание химических элементов, мг/кг

Си гп С<1 РЬ Сг

Контроль 1-Отвальная 0-10 0,09 0,46 0,051 0,64 0,70

10-20 0,09 0,39 0,046 0,61 0,60

Контроль З-Минимальная 0-10 0,09 0,59 0,057 0,68 0,68

10-20 0,09 0,38 0,048 0,53 0,68

Среднее по Контролю 0,09 0,45 0,05 0,62 0,68

Комплексная химизация 1-Отвальная 0-10 0,10 0,46 0,052 0,60 0,62

10-20 0,08 0,39 0,050 0,56 0,60

Комплексная химизация З-Минимальная 0-10 0,09 0,56 0,058 0,70 0,64

10-20 0,09 0,44 0,050 0,58 0,62

Среднее по Комплексной химизации 0,09 0,46 0,05 0,61 0,62

пдк 3,0 23,0 2,0 6,0 6,0

Фон химизации Вариант обработки почвы Содержание химических элементов, мг/кг

Сс1 РЬ Ня Ая

Контроль 1-Отвальная 0,010 0,30 0,004 0,06

Контроль З-Минимальная 0,028 0,17 0,005 <0,001

Гербициды 1 -Отвальная 0,010 0,29 0,003 <0,001

Гербициды З-Минимальная 0,103 0,31 0,009 <0,001

Гербициды + удобрения Гербициды + удобрения 1-Отвальная 0,027 0,27 <0,005 <0,001

З-Минимальная 0,097 0,29 0,004 <0,001

Комплексная химизация 1-Отвальная 0,043 0,22 0,005 <0,001

Комплексная химизация З-Минимальная 0,108 0,26 0,003 <0,001

ПДК 0,2 <0,5 0,03 0,2

межуточное положение [4]. Минеральные удобрения оказывают па почву и растения положительное влияние и выполняют важные экологические функции: улучшают свойства почвы, оптимизируют параметры плодородия, снижают поступление в растения тяжелых металлов и радионуклидов, повышают стойкость сельскохозяйственных культур к различным заболеваниям, улучшают качество продукции [3].

Анализ поступления тяжелых металлов в почвы Омской области показал, что наименьшее их количество приходится на минеральные удобрения, При этим свинца, цинка и меди больше всего поступаете атмосферными осадками, а кадмия, никеля и хрома с органическими удобрениями [4].

Главный путь поступления микроэлементов в растение - это корень, листья и другие ткани. Часть микроэлементов, захваченная листьями, может быть вымыта дождевой водой. Например, удаление РЬ при смывании присутствует в виде осадка на поверхности листьев. Напротив, малая доля Си, которая может быть смыта, указывает на значительное проникновение этих металлов в листья [ 1 ].

Максимальную опасность ТМ представляют для человека, находящегося на вершине цепи питания, где может получать продукты с концентрацией токсикантов в 100-1000 раз более высокой, чем в почвах.

Выявлено, что свинец, цинк, медь больше всего поступаете атмосферными осадками, а кадмий, и хром - с органическими удобрениями. Следовательно, с органическими удобрениями в почву поступает в несколько раз большетяжелых металлов, чем с минеральными. [4]

Избыток ТМ вызывает подавление роста растений, слабое развитие корневой системы и плазмолиз корней, увядание листьев и их отмирание, снижение

транспирации и поступления воды в растения. В конечном счете происходит резкое снижение урожая растений. Содержание металлов в организме человека является причиной хронических заболеваний. Обладают способностью к аккумуляции и имеют чрезвычайно длительный период полувыведения.

Это позволяет практически повсеместно получать экологически чистую в отношении этих показателей сельскохозяйственную продукцию. Также о благоприятной агроэкологической ситуации региона в плане присутствия токсикантов, таких, как тяжелые металлы. В растительной продукции озимой ржи остатков пестицидов: луварама, ГХЦГ и его изомеров, ДДТи его метаболитов, 2,4-Дкислота, её соли, эфиры, Тилт обнаружены не были.

Цель исследования: выяснить, изменения содержания тяжелых металлов в верхнем слое выщелоченного чернозёма и конечной сельскохозяйственной продукции (зерне) под влиянием длительного систематического применения средств химизации при выращивании озимой ржи.

Залачи: 1. Выявить закономерности агроэкологи-ческого состояния посевов озимой ржи при влиянии природных, техногенных и антропогенных факторов.

2. Установить направленные изменения содержания тяжёлых металлов (ТМ) в верхнем слое выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) озимой ржи сорта Сибирь в зависимости от технологии выращивания культуры.

Методика проведения исследований:

Исследования проводились в стационарном двух-факторном опыте лаборатории земледелия чернозёмной лесостепи СибНИИСХоза, расположенном в зоне южной лесостепи Омской области, в 2005 г.

Объектом исследования являлась озимая рожь (сорт Сибирь), предшественником для которой был чистый пар.

Стационар заложен на черноземе слабовыщело-ченном, среднегумусовом среднемощном тяжелосуглинистом с содержанием гумуса в верхнем слое 6-7%. В почвах, богатых гумусом, подвижность ТМ резко снижается, так как гумус хорошо связывает ТМ, переводя их в недоступные для растений соединения.

В схему опытов по изучению системы основной обработки почвы в севообороте включены следующие ващщщъ!:

1.Отвальный (вспашка на глубину 20-22 см, осенью в начале парования);

2.Плоскорезный (плоскорезная обработка на 2527 см, осенью в начале парование); 3.Минимальный (плоскорезная обработка на 10-12 см, в начале июня).

Варианты химизации:

1.Контроль (без химизации); 2.Гербициды (Г); 3.Удобрения РбОи гербициды (УГ); 4.Удобрения, гербициды и ретарданты (УГР); 5.Удобрения, гербициды, ретарданты и азотная подкормка весной 40 кг д.в.; 6.Удобрения, гербициды, ретарданты, весенняя азотная подкормка и фунгициды или комплексная химизация (КХ).

Применение удобрений в стационаре осуществлялось в течение 33 лет (с 1972 года), за это время в почву было внесено: Си-155 гр., 2п-208, РЬ-38, Сс1-5, Сг-230 гр., а применение интенсивных технологий - в течение 19 лет (с 1986 года), Удобрения - Р60 вносились в период парования. Гербицид Секатор - весной. Ретардант - в посевах весной в фазу трубкования применялась баковая смесь ТУР + кампозан. Фунгицид — фалькон применение при первых признаках пустул. Вся солома в стационаре при уборке измельчается и разбрасывается по полю. Внесение удобрений осуществлялось в расчете 57 кг/га д.в. на 1 га севооборотной площади, в том числе азотных 15, фосфорных42 (удобрения).

Почвенные образцы отбирались после уборки урожая на 2-х фонах — контроль (без химизации) и комплексная химизация (удобрения + гербициды + ретарданты 4- весенняя азотная подкормка, фунгициды) и 2-х вариантах обработки почвы (отвальная, минимальная) на глубине 0-10 и 10-20 см. Комплексные образцы зерна отбирались на тех же фонах химизации. Повторность отбора проб — 4-кратная.

Анализ почвы и зерна на содержание токсичных элементов проводились в ФГУ «Центр агрохимической службы «Омский»».

Результаты исследования показали, что содержание подвижных форм тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, хрома и свинца и другие) в почвенных образцах и в зерне озимой ржи не превышает ПДК.

Так, содержание меди в почвенных образцах при длительном применении азотно-фосфорных удобрений было ниже ПДК в среднем в 11 раз в вариантах без химизации и в 33,3 раза - при применении комплексной химизации, цинка - в 51 и 50 раза соответственно, свинца - в среднем в 6,2 раза во всех местах отбора образцов, кадмия - в 40 раз в контрольном варианте и комплексной химизации. Наблюдалось небольшое увеличение концентрации таких металлов, как медь, кадмий, свинец по сравнению с контрольным вариантом (таблица 1., рис. 1 - среднее содержание ТМ в почве).

Несмотря на систематическое применение азотно-фосфорных удобрений при выращивании озимой ржи, содержание тяжёлых металлов (ТМ)

в зерне культуры не превышало ПДК. Концентрация кадмия была ниже предельно допустимого значения в 11 раз в контрольном образце, в 2,85 раз - в варианте применения комплексной химизации, свинца - в 2 раза, ртути - в 6,6-7,5 раза, мышьяка - 6,5-200 раз (таблица 2).

Таким образом, в образцах зерна озимой ржи, взятых с варианта применения комплексной химизации, содержание всех исследуемых металлов было ниже, чем в варианте без химизации. Это доказывает, что разумное научно-обоснованное применение средств интенсификации при возделывании зерновых культур способствует существенному повышению урожайности культуры в 3,5 т/га или 1,5 раз, и в то же время не оказывает негативного влияния на качество конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) и не представляет опасности для здоровья человека. Главное и необходимое условие любого организма состоит в том, чтобы содержание элементов не превышало предельно допустимых концентраций и не представляло опасности для окружающей среды и человека.

Выводы

1. Длительное применение средств химизации в научно обоснованных рекомендациях и нормах при выращивании озимой ржи по чистому пару не вызывает накопление опасных количеств тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий, свинец, хром) в верхнем слое выщелоченного чернозёма, так как содержание меди было ниже ПДК в среднем в 11 раз и в 33,3 - на комп-

25 :

20 4-

¡¡5 5»

3 г г 3[

з а г г§9

Тяжёлые металлы Устные обом*ш«я

□ Контроль) в Контроль3 о Комлвкснмтмшции1 окомтлмейи

Рис. 1. Среднее содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почве под посевами озимой ржи в зависимости от технологии выращивания

9

И.

• I

II

и

з

5 «г.*

0,2 г 0.1 -

ш

л: I •

ттш

3

I

Фон химизации

Условные обозначения

0 Контроль В-1

□ Гербициды В-1

■ Гер6ициды»УДобр*нмя В-1

■ Комплексная домшцкя В-1

□ ПДК

■ Контроль В>3 О Гербициды В-а О ГербмцидьпУдобренмя 6-Э □ Комимктм «имиация В-9

Рис. 2. Содержание подвижных форм тяжёлых металлов озимой ржи в зерне в зависимости от технологии выращивания

лексной химизации, цинка в 51 и 50 раз соответственно, свинца - в среднем в 6,2 раза, кадмия - в 40 раз.

2. Выявлено, что содержание кадмия на контроле было ниже предельно допустимого значения в 11 раз, на комплексной химизации - 2,85 раза, свинца — в 2 раза, ртути - 6,6-7,5 раза соответственно, мышьяка - 6,5-200 раз. Следовательно, уровень содержания подвижных форм тяжелых металлов в конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) озимой ржи в южной лесостепи Западной Сибири невысок и в среднем не превышает ПДК по каждому из элементов и не представляет экологической опасности для человека.

Библиографический список

1. Говорина В.В., Виноградова С.Б. Минеральные удобрения и загрязнение почв тяжёлыми металлами // Химизация сел.

х-ва-1991. №3.-С. 13-19.

2. Барсукова B.C. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжёлым металлам - Новосибирск, 1997.-63 с.

3. Ильин В.Б. О загрязнении тяжёлыми металлами почв и сельскохозяйственных культур предприятиями цветной металлургии / / Агрохимия.-1990.-№ 3.-С.92-100.

4. Красницкий В.М. Агрохимическая и экологическая характеристики почв Западной Сибири: Монография / ОмГАУ. - Омск, 2002.-С.144.

ЛОЖКИНА Наталья Ивановна. КАЛИНЕНКО Николай Алексеевич.

Дата поступления статьи в редакцию: 05.06.2006 г. © Ложкина Н.И., Калиненко H.A.

УДК 631.363.2.636.081.4

У.К. САБИЕВ

Омский государственный аграрный университет

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ КОРМОВ ВИБРАЦИОННЫМ ДОЗАТОРОМ_

Получено дифференциальное уравнение относительного движения частицы по наклонной плоскости, совершающей продольные негармонические колебания, описывающие теоретическое описание процесса дозирования сыпучих кормов вибродоэатором.

Приведены теоретические траектории изменения перемещения, скорости и ускорения частицы за один период колебания лотка вибродозатора при различных значениях обобщенного коэффициента К, полученные на ЭВМ по результатам численных решений.

Справедливо отмечено, что «задача о движении материальной точки по вибрирующей шероховатой поверхности играет в теории вибрационного перемещения не меньшую роль, чем уравнения движения осциллятора в теории линейных колебаний» [2].

При определении закона движения сыпучего корма в вибрационном дозаторе [5] были приняты следующие допущения:

1. По грузонесущему органу (лотку) вибродозатора перемещается материальная частица.

2. Сопротивление воздуха не оказывает существенного влияния на движение корма.

Теоретическая модель сводится к анализу движения материальной частицы, лежащей на шероховатой поверхности, которая подвергается кинематическому вибрационному возбуждению, подчиняющемуся

закону ф = А(ф):

Материальная частица сыпучего корма находится в равновесии под действием следующих сил (рис.1):

1. Веса P = mg

2. Нормальной силы реакции плоскости лотка N = Р cos а.

3. Силы трения, описываемой законом Амонтона-Кулона:

FTP ■

fNs<gnv,u ф 0 g/N,v = 0(-t<g<l),

А{<р) =

Scos{^> - <p¡) + R¡~S2 sin1 (ip-<p¡), npu(p\(ip{<pi

Л

--при<рг(</>(ф,

sin«?

R. при(/)г {(p(ipx (<я, - общий c.i) чай)

(1)

Хотя известно, что наблюдаемые на практике реальные зависимости силы трения скольжения от величины относительной скорости носят более сложный характер и могут значительно отличаться от кулоновой аппроксимации [3].

Тем не менее, следуя установившейся традиции при решении динамических задач и учитывая, что главный интерес представляет усредненные параметры процесса вибродозирования, пользуемся понятием статической характеристики трения применительно к нашей схеме вибродозатора, что позволяет относительно просто получить достаточно общие и наглядные результаты.