Влияние фторидов на продуктивность и качество сельскохозяйственных культур в степной зоне республики Хакасия Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 633.111.1:633.13:633.15 (546.1) Р.Р. Галеев,

Е.Г. Чагина

ВЛИЯНИЕ ФТОРИДОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СТЕПНОЙ ЗОНЕ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ

Ключевые слова: фтор, продуктивность растений, качество, питательная ценность, яровая пшеница, овес, кукуруза.

Введение

Республика Хакасия расположена в левобережье верхнего и среднего течения Енисея, что является частью Алтайско-Саянской горной провинции. Одной из особенностей данного региона является относительно недорогая электроэнергия, вырабатываемая Саяно-Шушенской ГЭС. Данное условие формирует относительно привлекательные условия для производства цветной металлургии, обеспечивающей основную долю загрязнения земельных угодий соединениями F, А1, №, Са и Мд, среди которых самым опасным для почвы и растений является NaF. На территории республики расположено два алюминиевых завода — Саяногорский (САЗ) и Хакасский (ХАЗ), на долю которых приходится производство более 800 тыс. т алюминия в год.

Природными источниками фтора являются почвообразующие породы, вулканические газы и термальные воды. Загрязнением техногенного характера является алюминиевое производство наряду со сжиганием угля другой промышленности, работой двигателей внутреннего сгорания, процесса сварки и других технологических операций. Содержание фторидов в верхних слоях почвы может возрастать за счёт длительного применения фторсодержащих фосфатных удобрений, пестицидов, загрязненных оросительных вод [1].

Даже при очень низких концентрациях этот элемент может угнетать или стимулировать ферментативные процессы и взаимодействовать с органическими и неорганическими соединениями организма, что имеет негативные последствия. Химическая активность фтора очень велика, он способен

входить в состав многочисленных соединений. Поэтому данный элемент относится к первому классу высокоопасных химических веществ и при повышенных концентрациях оказывает влияние на растения, животных и человека [2].

Накапливаясь в сельскохозяйственных культурах, фтор может приводить к загрязнению последующих звеньев пищевой цепи, обуславливая болезни скота [3]. Водорастворимые соединения фтора обладают наибольшей токсичностью, так как они полностью усваиваются организмом. В результате накопления фтора происходят десперги-рование почвенной массы, изменение физико-химических свойств почвы и, как следствие, снижение плодородия [4].

Заметная биологическая активность и высокая токсичность фтора делают актуальным изучение процессов его трансформации в агроценозах. Для решения проблем, связанных с загрязнением пахотных почв фторидами, включая экологическое нормирование, необходимо комплексное изучение поведения фтористых соединений в системе почва-растение, что является крайне важной составляющей для экологически безопасного земледелия.

Целью исследований являлось изучение влияния различных доз фтора на продуктивность и качество яровой пшеницы, овса и кукурузы.

Объекты и методы

Объектами исследования являлись пшеница яровая сорта Кантегирская — 89, овес Саян и гибрид кукурузы РОСС-197. Исследования проводились в течение 2007-2009 гг., на опытном участке ЗАО «Усть-Абаканское» в Уйбат-Биджинской степи Республики Хакасия. Эта территория является подпойменной террасой р. Енисея со слабоволнистым рельефом. Почва опытного участка — каштановая,

малогумусная (2,2%), слабощелочной реакцией среды (рН — 8,2). Почвообразующие породы — аллювиально-делювиальные суглинки преимущественно легкого гранулометрического состава.

Опыты проводили согласно общепринятым методикам Б.А. Доспехова, в 6-кратной повторности с рендомизированным размещением вариантов [5].

Высокий уровень загрязнения фтором создавали внесением на опытные делянки фтористого натрия (NaF) в виде сухого порошка на глубину 0-20 см в дозах: 10 ПДК (100 мг/кг), 50 ПДК (500 мг/кг), 100 ПДК (1000 мг/кг).

Система ухода за посевами общепринятая для данной зоны. Внесение минеральных удобрений проводилось поверхностно с дальнейшей их заделкой. Уборку пшеницы, овса проводили в период полной спелости, кукурузу на зеленую массу — в фазу молочной спелости. Площадь листьев растений рассчитывали по формулам регрессии на основе методики профессора Н.Ф. Коняева [6].

Агрохимический анализ почвенных и растительных образцов проводился в агрохимической службе «Хакасская» по общепринятым методикам [7]. В растительных образцах фтор определялся по методике ЦИНАО [8].

Уровень загрязнения фтором растений оценивался согласно существующим предельно-допустимым концентрациям (ПДК) водорастворимых фторидов в зерне продовольственном — 2,5 мг/кг, зернофураже — 10, грубых и сочных кормов — 20 мг/кг [8].

Результаты и их обсуждение

Анализ результатов проведенных опытов на яровой пшенице, овсе и кукурузе показал, что значительное превышение ПДК фтора в почве влияет на показатели урожайности всех изученных культур. Наибольшие потери урожайности достоверно

наблюдались на вариантах с дозой внесения 500 и 1000 мг/кг. При внесении в почву 100 мг/кг существенных достоверных различий не наблюдается. Величины урожайности изучаемых культур на данном варианте не превышают пределы ошибки опыта (рис. 1).

Наибольшие потери урожайности наблюдались на посевах овса, что свидетельствует о его меньшей устойчивости к фтору, в сравнении с яровой пшеницей. Потери урожая при максимальной дозе внесения составили 73,7% в сравнении с контрольным вариантом.

Влияние фтора на зеленую массу кукурузы наблюдались уже на варианте с внесением фтора 100 мг/кг, что говорит о высокой чувствительности растений на действие фтора в почве. Потери урожая при внесении 100 мг/кг составили 8,7%, 500 мг/кг

— 51,4%, 1000 мг/кг — 85,8% (рис. 2).

На фоне снижения урожая культурами отмечается уменьшение размеров вегетативной массы растений (г = 0,89-0,93 при 1Г = 4,86, 105 = 2,43). Средние показатели площади листьев, определенные в различные фенологические фазы роста культур, указывают на негативное влияние внесенного фтора на растения. Значительное снижение фотосинтетической поверхности листьев наблюдается при дозе внесения 500 и 1000 мг/кг NaF (рис. 3).

При внесении в почву 100 мг/кг фтора достоверного снижения площади листьев на изучаемых культурах не отмечено. Интенсивнее площадь листовой поверхности снижалась на посевах кукурузы: на контрольном варианте — 31,4 тыс. м2/га, при внесении 100 мг/кг — 28,5 тыс. м2/га, 500 мг/кг

— 16,1 тыс. м2/га и 1000 мг/кг — 7,6 тыс. м2/га. Наименьшей интенсивностью снижения характеризовались посевы яровой пшеницы.

контроль(без внесения)

100 мг/кг 500 мг/кг доза внесения NaF

1000 мг/кг

■ пшеница

овес

НСР05 (пшеница) = 0,10 т/га; НСР05 (овес) = 0,17 т/га Рис. 1. Урожайность зерна пшеницы и овса (среднее за 2007-2009 гг.)

контроль (без 100 мг/кг 500 мг/кг 1000 мг/кг

внесения)

доза внесения NaF

- кукуруза

НСР05 = 5,12 т/га

Рис. 2. Урожайность зеленой массы кукурузы (среднее за 2007-2009 гг.)

внесения)

доза внесения МаР

□ пшеница Яовес □ кукуруза

НСР05 (пшеница) = 0,53 тыс. м2/га; НСР 05 (овес) = 0,70 тыс. м2/га;

НСР05 (кукуруза) = Ы9 тыс- М2/гЭ

Рис. 3. Площадь листьев сельскохозяйственных культур (ср. за 2007-2009 гг.)

Анализ данных питательной ценности культур показал, что наличие фтора в почве в различных концентрациях по-разному оказывает влияние на изучаемые культуры (табл. 1).

Процент содержания сырого и перева-римого протеина снижается в вариантах с высокими дозами фтора (500 и 1000 мг/кг), при этом отмечается увеличение содержание клетчатки в изучаемых образцах. На показатели содержания сухого вещества и кормовых единиц четкой тенденции влияния фтора не выявлено.

Полученные результаты влияния различных доз фтора на аккумуляцию его в сельскохозяйственных растениях свидетельствуют о том, что содержание его в основной и

побочной продукции в независимости от дозы внесения токсиканта находится в пределах предельно допустимой концентрации (табл. 2).

Данные опыта свидетельствуют, что аккумуляция фтора зерном и соломой происходит неодинаково. Большее его количество накапливается в соломе. В целом растения пшеницы показали большую устойчивость к накоплению фтора в сравнении с растениями овса, аккумуляция которого проходила значительно заметнее. Наибольшее количество фтора накапливала зеленая масса кукурузы. Максимальные значения были выявлены на варианте 1000 мг/кг — 6,61 мг/кг, однако данный показатель находился в пределах ПДК.

Таблица 1

Питательная ценность сельскохозяйственных культур (среднее за 2007-2009 гг.)

Культура Показатели Варианты

контроль (без внесения фтора) 100 мг/кг 500 мг/кг 1000 мг/кг

1 2 1 2 1 2 1 2

Пшеница Сухое вещество, % 90,5 81,2 90,8 83,1 89,5 84,0 90,3 83,6

Сырой протеин, % 16,6 5,43 15,8 4,80 14,1 4,10 12,7 3,79

Клетчатка, % 3,71 39,6 4,23 40,3 4,74 42,4 5,28 43,1

Перевар. протеин, % 12,9 1,93 12,4 1,54 11,7 1,61 11,3 1,27

Корм. ед. 1,20 0,20 1,20 0,20 1,21 0,22 1,22 0,21

Овес Сухое вещество, % 90,3 84,4 90,5 82,3 90,6 83,2 90,2 83,6

Сырой протеин, % 15,7 4,21 14,3 3,95 13,6 3,34 12,8 3,26

Клетчатка, % 12,4 32,9 12,7 35,7 13,8 39,4 14,5 41,2

Перевар. протеин, % 9,7 2,52 9,4 2,23 8,6 1,92 8,2 1,83

Корм. ед. 0,95 0,30 0,94 0,31 0,94 0,35 0,93 0,33

Кукуруза Сухое вещество, % 20,2 22,3 21,3 22,4

Сырой протеин, % 13,1 12,7 12,1 11,4

Клетчатка, % 22,7 23,4 24,9 25,7

Перевар. протеин, % 8,19 8,03 7,78 7,52

Корм. ед. 0,58 0,61 0,57 0,59

Примечание. 1 — зерно; 2 — солома.

Таблица 2

Содержание фтора в растениях при натуральной влажности (среднее за 2007-2009 гг.)

Культура Вид продукции Содержание фтора, мг/кг

контроль (без внесения фтора) 100 мг/кг 500 мг/кг 1000 мг/кг

Пшеница зерно 0,63±0,03 0,72±0,06 1,63±0,11 2,46±0,13

солома 0,87±0,07 0,96± 0,09 2,04±0,23 3,81±0,18

Овес зерно 0,83±0,06 1,00±0,07 1,86±0,18 2,83±0,10

солома 1,24±0,09 1,21±0,16 2,99±0,15 4,24±0,13

Кукуруза зеленая масса 0,42±0,16 1,26±0,25 4,52±0,20 6,61±0,23

Заключение

Полученные результаты опытов, проведенные на яровой пшенице, овсе и кукурузе, свидетельствуют о существенной фитотоксичности NaF на продуктивность растений. Снижение урожайности и площади фо-тосинтетической поверхности листьев отмечается при дозах 500 мг/кг (50 ПДК) и 1000 мг/кг (100 ПДК).

Искусственное внесение в почву NaF в пределах изучаемых концентраций выявило влияние его на повышение содержание клетчатки и снижение сырого и перевари-мого протеина в растениях.

Наличие фтора в растениях при различных концентрациях его в почве находилось на уровне ниже ПДК в получаемой основной и побочной продукции.

Наибольшей устойчивостью растений к внесенному фториду среди изучаемых культур в условиях степной зоны Республики Хакасия характеризуется яровая пшеница, наименьшей — овес и кукуруза.

Библиографический список

1. Орлов Д.С., Малинина М.С. Химическое загрязнение почв и их охрана: словарь-справочник. — М.: Агропромиздат, 1991. — 518 с.

2. Гапонюк Э.И. и др. Изменение свойств дерново-подзолистой почвы и серозема под влияние фтора // Почвоведение.

— 1982. — № 4. — С. 148-154.

3. Пашова В.Т. Содержание фтора в почве и растениях // Агрохимия. — 1980. — № 10. — С. 165-171.

4. Антонов И.С., Градобоева Н.А., Са-раева Л.А. и др. Алюминиевая промышленность и проблемы загрязнения растительного покрова в Республике Хакасия. — Абакан, 1997. — 209 с.

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. — М.: Агропроиздат, 1985. — 352 с.

6. Коняев Н.Ф. Математический метод определения площади листьев растений // Доклады ВАСХНИЛ. — 1970. — № 9. — С. 43-46.

7. Плешков В.П. Практикум по биохимии растений. — М.: Колос, 1976. — 256 с.

8. Санитарные нормы допустимых концентраций токсических веществ в почве. СанПин 42-126-4433-87. Методы определения загрязняющих веществ в почве. — М., 1988.

9. Танделов Ю.П. Фтор в системе почва

— растение. — М., 2004. — 106 с.