Транслокационная и аккумуляционная способности hord_um vulg_re по отношению к нитратному азоту Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 574.24

ТРАНСЛОКАЦИОННАЯ И АККУМУЛЯЦИОННАЯ СПОСОБНОСТИ HORDEUM VULGARE ПО ОТНОШЕНИЮ К НИТРАТНОМУ АЗОТУ

12 3

© 2016 Е. П. Проценко , Н. П. Неведров , Т. В. Березуцкая , М. В. Протасова4, Е. В. Иванова5

1докт. с.-х. наук, профессор кафедры общей биологии и экологии

e-mail: [email protected] 2канд. биол. наук, ассистент кафедры общей биологии и экологии

e-mail: [email protected] 3студентка 4 курса естественно-географического факультета e-mail: [email protected] 4канд. с-х. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии, e-mail: [email protected] 5аспирант кафедры почвоведения, общего земледелия и растениеводства, Курская государственная сельскохозяйственная академия e-mail: [email protected]

Курский государственный университет

В статье сообщаетсяо транслокациинитрат-ионов в органы растений ячменя обыкновенного(НоМёитуи1даге) при модельном загрязнении почв агрофитоценоза. Приводятся данные по аккумуляциинитрат-ионов в соломе и зерне ячменя обыкновенного. Отмечена зависимость между загрязнением почвы высокими дозами нитратного азота (3, 6 ПДК) и продукцией надземной фитомассы. Установлено, что растения ячменя в изучаемых агроклиматических условиях способны депонировать в своей надземной части до 4324 мг/кг и выносить до 18 кг/ганитратов.

Ключевые слова: нитраты, серые лесные почвы, ячмень обыкновенный, биокомплекс, модельное загрязнение.

В современном мире возникает глобальнаяпроблема, связанная с превышением содержания нитратов в объектах окружающей среды [Антипина и соавт. 1990: 42; Бояркин 2013; Журавлева, Цапков 1983]. Эта проблема обострилась в связи с нерегулируемым применением минеральных удобрений, а также с размещением отходов животноводства в почвах сельхозугодий [Черных 2003]. В настоящее время отдельное внимание уделяется контролю содержания нитратов в почве, загрязнение которой приводит к поступлению нитратов в сельскохозяйственные растения, грунтовые и поверхностные воды, а через них в организм человека[Антипина и соавт. 1990;Журавлева, Цапков 1983; Ореховская, Ступаков 2014; Проценко и соавт. 2016].

Целью нашей работы является изучение транслокационной и аккумуляционной способностей ячменя обыкновенного по отношению к нитратному азоту в серых лесных почвах.

Исследование проводилось на участке агробиостанции Курского государственного университета в вегетационный период 2015 года. Участок находится в северной части г. Курска на водораздельном плато и представляет собой агроценоз, опоясанный смешанным лесонасаждением. Почва серая лесная, среднемощная, среднегумусированная на тяжелом карбонатном лессовидном суглинке. Содержание

гумуса среднее (4,2 %), содержание К/Р/К = 18,2/17,1/19,3 мг/100 г почвы, что соответствует повышенному уровню обеспеченности питательными веществами.

В ходе исследования использовался микрополевой опыт. Размер делянок 1х1 м, защитная полоса 0,5 м. Моделировалось искусственное загрязнение почв агроценоза. В почвы делянок вносился азот в форме мочевины. Дозы загрязнения почв рассчитывались соответственно 3, 6 и 9 ПДК нитратов. В качестве контроля использовали незагрязненные делянки с фоновым содержанием нитратов. Также использовался препарат предположительно для стимулирования аккумуляции биомассы растений. В качестве стимулятора роста использовали диспергированный до наноразмеров торф - биокомплекс (агропрепаратООО Торгово-производственной компании «КАВИТА»).

Посев семян ячменя на делянках проводился с учетом двукратной стандартной густоты посева. Еженедельно проводилась некорневая обработка (опрыскивание) растений 3%-м раствором биокомплекса. Растения выращивались при естественном поливе до полной спелости зерна. Затем производили определение нитратов в зерне и сене при помощи ионометрического метода [Минеев 2001]. Для получения наиболее достоверных данных опыт проводили в двух повторениях.

В ходе статистической обработки массива данных отчетливых корреляционных связей между содержанием в почве нитратов и высотой побегов ячменя обнаружено не было (рис. 1). Самые высокие побеги отмечались в варианте опыта без применения обработки с дозой загрязнения почвы 6 ПДК и достигали 56 см, самые низкорослые -в вариантах опыта 3 и 6 ПДК с применением обработки агропрепаратом и 9 ПДК без обработки. Внекорневая обработка растений раствором агропрепарата в целом по результатам опыта также не оказала достоверного влияния на рост растений в длину. Хотя при загрязнении 9 ПДК наблюдалось некоторое достоверное увеличение длины побегов при обработке биокомплексом и снижение их длины на необработанном варианте (рис. 1).

58

4 56 ей

о 54

1> гл

о 52 о

= 50 «

н о о

3 46

48

еа

3 ПДК 6 ПДК 9 ПДК

Доза загрязнения почвы, ПДК

| с обработкой ■ без обработки

Рис. 1. Влияние доз нитратного загрязнения и внекорневой обработки биокомплексом на высоту побегов ячменя обыкновенного

Сухая масса надземных органов ячменя находится в зависимости от загрязнения почв нитратами. На рисунке 2 видно, что при низких дозах загрязнения почвы (3 ПДК) не было существенных различий между вариантами, и сухая масса находится в пределе 1,2-1,5 кг на делянку. Однако при более высоких дозах загрязнения (6 и 9 ПДК) биомасса заметно снижается, и ее значения находятся в диапазоне 0,6-1 кг на делянку.

Проценко Е. П., Неведров Н. П., Березуцкая Т. В., Протасова М. В., Иванова Е. В.

Транслокационная и аккумуляционная способности Иогёеиш уи^аге

по отношению к нитратному азоту

Следует заметить, что обработка растений биокомплексом увеличивает толерантность ячменя по отношению к нитратам при возрастании дозы загрязнения от 3 ПДК до 6 ПДК.

Фон

3 ПДК 6 ПДК

Доза загрязнения почвы, ПДК

с обработкой ■ без обработки

9 ПДК

Рис. 2. Влияние доз нитратного загрязнения и внекорневой обработки биокомплексом на накопление надземной биомассы ячменя обыкновенного

Вероятнее всего, в диапазоне концентраций загрязняющего вещества (нитратов) от 3 ПДК до 6 ПДК находится пороговая токсичная концентрация для растений ячменя. При обработке препаратом снижение биомассы происходит постепенно, а без обработки - резко. То есть установлено, что обработка растений ячменя 3%-м раствором агропрепарата фирмы «КАВИТА» повышает толерантность ячменя к высоким концентрациям нитратов. В ходе опыта были отмечены корреляции между дозой загрязнения почв нитратами и накоплением биомассы надземной частью растений ячменя.

Аккумуляция нитратов соломой и зерновками ячменя

В ходе выполнения опыта определилась концентрация нитратов в зерне и соломе ячменя без обработки и с обработкой препаратом «Кавитабиокомплекс».

На рисунке 3 показано, что в соломе ячменя на контрольном (без обработки) варианте содержание нитратного азота составило 2123 мг/кг, что превышает ПДК в 4 раза. Впрочем, наибольшее количество нитратов наблюдалось в образцах соломы, в варианте опыта с 6 ПДК по нитратам. Концентрация нитратов достигает 4324 мг/кг (8,6 ПДК). В образцах 3 ПДК и 9 ПДК содержание нитратов превышает норму ПДК в 6 и 8 раз соответственно.

В образцах, которые подвергались обработке биогелем, сначала идет увеличение показателей содержания нитратов (с фонового до 6 ПДК), затем наблюдается понижение с 4737 до 4735 (6 ПДК до 9 ПДК). Отмечено, что в вариантах опыта, 3 ПДК, 6 ПДК и 9 ПДК превышают норму содержания нитратов в 4, 5 и 9 раз соответственно. Можно предположить, что такой эффект наблюдается в результате того, что физиологические барьеры не справляются (рис. 3).

Необходимо отметить высокое накопление нитратов на всех вариантах, включая контрольный, что, видимо, связано с погодными условиями - крайне засушливым маем 2015 года: растения растут плохо, а нитратный азот при этом не расходуется.

а

а е н я

5 =

S

6000

5000

u 4000 2

3 S я в

— w

=

а

3000

5 2000

1000 о

Фон 3 ПДК 6 ПДК

Доза концентрации, доля ПДК

■ без обработки ■ с обработкой

9 ПДК

Рис. 3. Зависимость содержания нитратов в соломе ячменя от дозы загрязнения почвы и внекорневой обработки биокомплексом

На контрольном варианте без нитратного загрязнения содержание азота в зерновках составляет 655,5 мг/кг, что также превышает ПДК (500 мг/кг) (рис. 4). Однако наибольшее количество нитратов наблюдается в образцах зерновок в варианте опыта с загрязнением 3 ПДК. Концентрация нитратов достигает 1025 мг/кг (2,05 ПДК). По всей вероятности, при данном уровне загрязнения физиологические барьеры не препятствуют поступлению нитратов в плоды ячменя (зерновки). Затем происходит снижение массовых концентраций до нормального значения в варианте опыта с дозой загрязнения 6 ПДК. Следовательно, такое зерно можно использовать в пищевых целях. При увеличении дозы загрязнения почвы до уровня 9 ПДК отмечалось увеличение концентрации нитратов в зерновках ячменя. В этом варианте опыта с применением биокомплекса содержание нитратов находится на уровне ПДК, а без его применения превышает норму в 2,8 раза (рис. 4).

В результате в зерне, которое не подвергалось обработке биогелем, не все образцы пригодны для употребления на корм животным и тем более человеку. Лишь в образце, выращенном на дозе 6 ПДК, концентрация соответствует норме нитратов в зерне, и его можно использовать по назначению (рис. 4).

Проценко Е. П., Неведров Н. П., Березуцкая Т. В., Протасова М. В., Иванова Е. В.

Транслокационная и аккумуляционная способности Иогёеыш уи^аге

по отношению к нитратному азоту

Рис. 4. Зависимость содержания нитратов в зернах ячменя от дозы загрязнения почвы и внекорневой обработки биокомплексом

Таким образом, в зерновках накапливается меньше нитратов, чем в соломе ячменя обыкновенного. В образцах, которые подвергались обработке препаратом только на фоновом варианте, содержание нитратов не отличается от контрольного, а при обработке происходит достоверное снижение поступления нитратов в зерновки, особенно заметное при 9 ПДК. При катастрофических дозах (9 ПДК) диспергированный до наноразмеров торф задерживает транслокацию нитратов в зерновки ячменя.

Биологический вынос нитратов надземнойфитомассой ячменя

Растения имеют такую способность, как усвоение питательных веществ из внешней среды. Зависит эта способность от нескольких факторов: объем корневой системы, внешнее и внутреннее развитие корневой массы. Основнаяазотфиксация происходит в период вегетации. Общий вынос азота из почвы преимущественно зависит от сорта растения, питания, условий среды. Однако усвоение азота наблюдается в различных частях по-разному. Вынос элементовминерального питания культурами - важнейший агрохимический показатель, применение которого дает большие возможности для определения потребности возделываемых растений в минеральных удобрениях и в планировании их применения, а также в поддержании баланса минерального питания и сохранения плодородия почвы.

В ходе статистической обработки данных были получены результаты по общему выносу азота из почвы. На рисунке 5 видно, что общий вынос в контроле с обработкой и без обработки равен 3,1 и 3,8 соответственно. В образцах с обработкой биогелем наблюдается увеличение общего выноса азота из почвы растением с 3,1 до 5,2 (3 ПДК -6 ПДК), затем происходит резкое уменьшение в 2 раза (9 ПДК). В образцах без обработки накопление азота значительно меньше (рис. 5).

К

«

е £ о Ч е

W

О

3

а 22

20 15 10

0

Фон 3 ПДК 6 ПДК

Доза загрязнения, доля ПДК

■ без обработки ■ с обработкой

9 ПДК

Рис. 5. Общий вынос азота растениями, г/м

Таким образом, наибольший вынос азота наблюдался в образцах, загрязненных нитратами в дозе 3 ПДК и 6 ПДК, при обработке биокомплексом.

Транслокационный показатель ячменя обыкновенного при выращивании на искусственно загрязненной почве

Транслокационный показатель - это показатель, который характеризует переход химического вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений. Недействующей концентрацией по данному показателю принято считать наибольшее содержание химического вещества в почве, при котором накопление вещества фитомассой культурных растений к моменту созревания и сбора урожая не превышает установленных для продуктов питания допустимых остаточных количеств.

Изменение транслокационного показателя при обработке растений биокомплексом

Без обработки биокомплексом С обработкой биокомплексом

Фон 0,01 0,04

3 ПДК 0,12 0,13

6 ПДК 0,18 0,06

9 ПДК 0,31 0,17

Необходимо отметить, что на основании данных, представленных в таблице, в целом на всех вариантах опыта наблюдался низкий транслокационный показатель (меньше единицы). При этом в образцах, обработанных биогелем, он ниже в 3 раза при 6 ПДК и в 2 раза при 9 ПДК, то есть переход нитратов из корней в плоды растений значительно снижен.

Выводы

1. Установлена обратная зависимость между накоплением биомассы надземной частью растений ячменя и уровнем загрязнения серой лесной почвы нитратами.

П., Неведров Н. П., Транслокационная

Березуцкая Т. В., Протасова М. В., Иванова Е. В. и аккумуляционная способности Иогёеиш уи^аге по отношению к нитратному азоту

2. При увеличении загрязнения происходит возрастание концентрации в соломе. В зерне при увеличении загрязнения линейной зависимости не наблюдается.

3. Зерновки накапливают в 5 раз меньше нитратов, чем солома ячменя обыкновенного.

4. Коэффициент транслокации нитратов из побегов в плоды достаточно низкий и колеблется в пределах от 0,01 до 0,34, что обусловлено работой защитных физиологических барьеров, расположенных на границе побег-плод.

5. Обработка растений биокомплексом увеличивает толерантность ячменя по отношению к нитратам при возрастании дозы загрязнения от 6 ПДК до 9 ПДК, в данном диапазоне концентраций загрязняющего вещества находится пороговая токсичная концентрация для растений ячменя, что отчетливо наблюдается в вариантах опыта без обработки биокомплексом.

Библиографический список

Антипина В.Д. «Нитратная проблема» и пути ее решения / В.Д. Антипина, З.П. Фалунина, Ю.Б. Моисеев, Н.Н. Рощина М.: Мосгорагропром НПО «Хранение», 1990. 42 с.

Бояркин Е.В. Активность нитратредуктазы в органах редьки масличной в зависимости от факторов внешней среды. Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2013. 120 с.

Журавлева В.Ф., Цапков М.М. Токсичность нитратов и нитритов // Гигиена и санитария. 1983. № 1. С. 60-69.

Минеев В.Г. Практикум по агрохимии: учеб. пособие. 2-е изд., переработ. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.

Ореховская А.А., Ступаков А.Г. Азотный режим чернозема типичного и продуктивность озимой пшеницы под влиянием севооборотов, способов основной обработки почвы и удобрений в условиях ЦЧР // Белгородский Агромир. Белгород: ОГАУ «ИКЦ АПК». 2014. № 7 (88). С. 29-31

Проценко Е.П., Неведров Н.П., Неведрова Н.Ю. Аккумуляция нитратного азота органами редьки масличной КарЬапшвайушуаг. о1е1Гега в условиях модельного загрязнения // Актуальные проблемы почвоведения экологии и земледелия: сб. докл. науч.-практич. конф. с междунар. участием / Курское отделение МОО «Общество почвоведов им. В.В. Докучаева», Курск, 22 апреля 2016 г.- Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2016. С. 256-257.

Черных А.М. Угрозы здоровью человека при использовании пестицидов // Гигиена и санитария. 2003. № 5. С. 25-29.