CC BY
1
Осипова Галина Степановна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор кафедры Плодоовощеводства и декоративного садоводства, Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»; https://orcid.org/0000-0002-5433-4482, SPIN-код: 3655-6388, Scopus ID: 5722309033; e-mail: prof.osipova@mail.ru.
Information about the authors Yulia M. Samburova, agronomist, Federal State Budgetary Institution Management of the President of the Russian Federation "House of Stage Veterans named after M.G. Savina", St. Petersburg; Assistant at the Department of Horticulture and Ornamental Horticulture, Federal State Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", St. Petersburg, Pushkin, https;//orcid org/0000-0002-4315-5008, SPIN-code: 8555-9172; e-mail: konstanta-1@yandex.ru.
Osipova G. Stepanovna, Doc. Sci. (Agric.), Professor of the Department of Horticulture and Ornamental Horticulture, Federal State Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", SPIN-code: 3655-6388; Scopus ID: 5722309033; e-mail: prof.osipova@mail.ru.
Статья поступила в редакцию 28.09.2023; одобрена после рецензирования 13.11.2023; принята к публикации 20.11.2023.
The article was submitted 28.09.2023; approved after reviewing 13.11.2023; accepted for publication 20.11.2023
Научная статья
УДК 631.416.8
Код ВАК 4.1.3
doi: 10.24412/2078-1318-2023-4-33-45
ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ НА НАКОПЛЕНИЕ КАДМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ РАСТЕНИЯМИ
М.А. Ефремова1 И, И.В. Ельшаева1, А.С. Пинаева1
1Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия И marina_efremova@mail.ru
Реферат. Для определения влияния органического вещества на подвижность кадмия в системе почва-растение были заложены вегетационный и полевой опыты. В задачи вегетационного опыта входило установление зависимости содержания кадмия в растениях люцерны изменчивой (Medicago varia L.) от количества органического вещества в почвенной смеси, загрязненной тяжелым металлом. Для создания смеси использовали дерново-подзолистую и торфяную низинную почвы, доля которых изменялась в восьми вариантах. Люцерна произрастала в сосудах емкостью 5 л и была убрана в период цветения. В полевом мелкоделяночном опыте изучалось влияние навоза и компоста на основе осадка сточных вод на накопление кадмия вико-овсяной смесью (Vicia sativa L., Avena sativa L.) из дерново-подзолистой почвы. Компост, приготовленный из осадка сточных вод, золы каменного угля и кислого верхового торфа, применялся в двух вариантах: самостоятельно и на фоне внесения минеральных удобрений. Аналогично был использован навоз. Увеличение содержания органического вещества в почве при внесении низинного торфа и навоза способствовало накоплению кадмия в сельскохозяйственных культурах. Между содержанием тяжелого
металла в растениях и ёмкостью катионного обмена почвы найдена существенная положительная корреляционная связь. В вегетационном опыте в условиях повышения доли торфа в почвенном субстрате концентрация кадмия в люцерне возрастала в 2 раза при увеличении ЕКО субстрата на 239 ммоль(экв)/100 г почвы. Использование компоста на основе осадка сточных вод в полевом опыте способствовало снижению содержания тяжелого металла в зеленой массе однолетних трав в 1,4-3,5 раза, что, по-видимому, связано с присутствием в составе компоста золы каменного угля и специфической сорбцией кадмия на его поверхности.
Ключевые слова: органическое вещество почвы, емкость обменного поглощения, кадмий, люцерна, вико-овсяная смесь, осадки сточных вод
Цитирование. Ефремова М.А., Ельшаева И.В., Пинаева А.С. Влияние органического вещества почвы на накопление кадмия сельскохозяйственными растениями // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2023. - № 4 (73). С. 33-45, doi: 10.24412/2078-1318-2023-4-33-45.
INFLUENCE OF SOIL ORGANIC MATTER ON THE ACCUMULATION OF CADMIUM BY AGRICULTURAL PLANTS
Marina Anatolievna Efremova1 И, Irina Vladimirovna Elshaeva 1 Anna Sergeevna Pinaeva1
1Saint-Petersburg State Agrarian University, Pushkin, St. Peterburg, Russia И marina_efremova@mail.ru
Abstract. To determine the influence of organic matter on cadmium mobility in the soil-plant system, vegetation and field experiments were conducted. The objectives of the vegetation experiment were to determine the dependence of cadmium content in alfalfa variegated (Medicago variaL.) plants on the amount of organic matter in the soil mixture contaminated with heavy metal. Sod-podzolic and peat lowland soils were used to create the mixture, the proportion of which varied in eight variants. Alfalfa grew in 5-litre vessels and was harvested during the flowering period. The effect of manure and compost based on sewage sludge on cadmium accumulation by vetch-oat mixture (Vicia sativa L., Avena sativa L.) from sod-podzolic soil was studied in a field small-scale experiment. Compost prepared from sewage sludge, coal ash and acidic peat was used in two variants: independently and against the background of mineral fertiliser application. Manure was similarly used. Increase in the content of organic matter in the soil with the application of lowland peat and manure contributed to the accumulation of cadmium in crops. A significant positive correlation was found between the content of heavy metal in plants and cation exchange capacity of soil. In the vegetation experiment under the conditions of increasing the share of peat in the soil substrate, the concentration of cadmium in alfalfa increased 2-fold with an increase in the substrate CEC by 239 mmol(eq)/100 g of soil. The use of compost based on sewage sludge in the field experiment contributed to the reduction of heavy metal content in the green mass of annual grasses by 1.4-3.5 times, which is apparently due to the presence of coal ash in the compost and specific sorption of cadmium on its surface.
Keywords: soil organic matter, capacity of soil cation exchange, cadmium, alfalfa, annual grasses, sewage sludge
Citation. Efremova M.A., Elshaeva I.V., Pinaeva A.S. (2023), "Influence of soil organic matter on the accumulation of cadmium by agricultural plants", Izvestiya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol.73, no 4 , pp. 33-45 (In Russ.), doi: 10.24412/2078-1318-2023-4-33-45.
Введение. Получение чистой растениеводческой продукции может быть связано с рядом трудностей, обусловленных загрязнением почвы тяжелыми металлами. Подвижность металлов в системе почва-растение зависит от их физических и химических свойств, генетических особенностей растений, физико-химических свойств почвы, климатических характеристик исследуемой территории. Наиболее подвижен в системе почва-растение кадмий. Период полуудаления этого металла из почвы значительно короче, чем других металлов первого класса токсичности, и составляет 13-110 лет [1], что объясняется низкой прочностью связи кадмия с почвенно-поглощающим комплексом. Коэффициент диффузии Cd в почве на порядок больше, чем аналогичные показатели Cu и Zn [2].
Кадмий является одним из наиболее токсичных тяжелых металлов [3, 4], его среднее содержание в почвах мира составляет 0,41 мг/кг, фоновое содержание металла в дерново-подзолистых почвах Ленинградской области находится на уровне 0,12 мг/кг [5, 6]. По литературным данным [7, 8, 9], в минеральных почвах доля подвижных соединений кадмия, выделенных ацетатно-аммонийным буферным раствором (рН 4,8), может достигать 10-18%, в органогенных - 30-35%.
В агроценозах валовое содержание этого элемента в почве может возрастать под влиянием промышленного атмосферного загрязнения, выбросов двигателей внутреннего сгорания, применения минеральных и органических удобрений, включающих примеси металла [10, 11, 12, 13]. В загрязненных почвах возрастает доля подвижной формы кадмия, которая включает некоторое количество металла, связанного ионообменно с почвенно-поглощающим комплексом, а также находящегося в составе легкорастворимых солей или подвижных органо-минеральных комплексов. В результате краткосрочных вегетационных опытов было установлено, что в легких почвах, свежезагрязненных этим токсикантом, содержание подвижной формы может достигать 81-97% от его валового содержания (Л.Г. Суслина, Л.Н. Анисимова, С.В. Круглов и др., 2006).
Известно, что сорбция кадмия почвой положительно коррелирует с катионообменной емкостью почвы, содержанием в почве наиболее мелкодисперсных фракций (илистой и коллоидной). Степень закрепления элемента почвой уменьшается при снижении её кислотности и увеличении концентрации карбоната кальция [14].
Интересно неоднозначное влияние органического вещества на подвижность кадмия в системе почва-растение [15; 16; 17, 18]. С одной стороны, увеличение органической компоненты почвы сопровождается возрастанием емкости её ионообменного комплекса, увеличением количества сорбционных позиций на твердой фазе почвы, что должно приводить к некоторому снижению накопления катиона растениями. Однако согласно литературным данным, кадмий не теряет своей подвижности, в этих условиях он формирует комплексные соединения с органическим веществом, способные легко мигрировать по почвенному профилю, достигая поверхности корневой системы растений на разной глубине её залегания.
Цель исследований состояла в определении роли органического вещества в процессе накопления кадмия растениями, для чего в 2021 г. были заложены вегетационный и полевой опыты. В задачи вегетационного опыта входило выявление зависимости содержания этого металла в бобовой культуре от доли органического вещества в почвенной смеси. В полевом
опыте было определено влияние навоза и компоста на основе осадка сточных вод на накопление кадмия однолетними травами при их выращивании на дерново-подзолистой почве.
Материалы, методы и объекты исследования. В вегетационном опыте выращивали люцерну изменчивую (Medicago varia L.) на почвенном субстрате, приготовленном из дерново-подзолистой и торфяной низинной почв. Схема опыта: 1) Пд (100%); 2) Пд (90%) + Т (10%); 3) Пд (80%) + Т (20%); 4) Пд (70%) + Т (30%); 5) Пд (60%) + Т (40%); 6) Пд (50%) + Т (50%); 7) Пд (40%) + Т (60%); 8)Т (100%), где Пд - дерново-подзолистая почва, Т - торфяная низинная почва.
Дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая почва на остаточно карбонатной морене характеризовалась средним содержанием органического вещества (Сорг = 3,3%), высоким содержанием подвижного фосфора (154,5 мг Р205/кг) и низким содержанием подвижного калия (51,5 мг К20/кг). Реакция почвенной среды - близкая к нейтральной (рНка 6,55). Емкость катионного обмена этой почвы составляла 46 ммоль(экв)/100 г, что в 5,4 раза меньше емкости торфяной низинной почвы. В свою очередь, органогенная почва обладала высокой зольностью (12,5%), более высокой кислотностью среды (рНка 6,2), средним содержанием подвижных форм калия (290,5 мг К20/кг) и фосфора (267,0 мг Р205/кг). Валовое содержание кадмия в обеих почвах было сравнимо, оно составляло 0,121 и 0,133 мг/кг в дерново-подзолистой и торфяной почвах соответственно.
В качестве фона в почвенный субстрат вносили азофоску из расчёта 0,1 г каждого питательного макроэлемента (NPK) на 1 кг почвы, а также кадмий в составе раствора ацетата кадмия в дозе 1 мг Cd/кг почвы, что соответствует половине ориентировочно допустимой концентрации кадмия в почве с рНка > 5,5. Люцерну изменчивую сорта Луговая 67 выращивали в сосудах Кирсанова емкостью 5 л, она была срезана в период цветения. Опыт проведен в трёхкратной повторности.
Для изучения влияния органических удобрений на накопление кадмия растениями был заложен мелкоделяночный полевой опыт в учебном саду Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. Схема опыта состояла из 7 вариантов: 1) контроль без удобрений; 2) навоз - 20 т/га, 3) компост ОСВ - 20 т/га, 4) навоз - 20 т/га + N30P30K30, 5) компост ОСВ - 20 т/га + N30P30K30, 6) навоз - 40 т/га, 7) компост ОСВ - 40 т/га. Площадь делянки 5,06 м2 (2,25 м х 2,25 м). В первый год опыта выращивали вико-овсяную смесь (Vicia sativa L., Avena sativa L.). Повторность опыта трехкратная.
В качестве минеральных удобрений применялись аммиачная селитра, калимагнезия (K2SO4-MgSO4) и суперфосфат простой (Ca(H2PO4)2 H2O+CaSO4). Исследуемые органические удобрения: навоз крупного рогатого скота (полуперепревший подстилочный навоз, в котором в результате микробиологических процессов подстилка и кормовые остатки приобретают тёмно-коричневый цвет, теряют прочность и легко разрываются), компост из осадка сточных вод в смеси с золой. Компост из ОСВ приготовлен по следующей технологии: осадки сточных вод смешивали с золой, образовавшейся при сжигании каменного угля, в соотношении 1:0,3. Полученная смесь характеризовалась щелочной средой, показатель рН в начале её приготовления достигал 13. Для нормализации кислотности смесь компостировали с кислым верховым торфом (рН 3,2) в соотношении торф: ОСВ с золой - 1: 0,25. Компост перед внесением в почву выдерживали в течение двух недель. В результате компостирования кислотность была отмечена на уровне рН 6,8. Согласно литературным данным [16], ОСВ могут
содержать органические и неорганические токсиканты, однако содержание тяжелых металлов в полученном компосте не превышало нормативов, установленных ГОСТ Р 17.4.3.07 - 2001.
Полевой опыт был заложен на дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой глеевой на моренном суглинке почве, агрохимическая характеристика которой следующая: содержание органического вещества среднее (Сорг = 3,6%), реакция среды слабокислая (рНка 5,29), сумма поглощенных оснований 20,9 ммоль(экв)/100 г почвы, очень высокое содержание подвижного фосфора и калия (339 мг Р205/кг, 440 мг К20/кг).
После уборки урожая в полевом и вегетационном опытах содержание кадмия в растениях, подвижная форма элемента в почве, а также его валовое содержание определялись атомно-абсорбционным методом. Подвижная форма металла в почве была определена в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера с рН 4,8, почва и буфер смешивались в соотношении 1:10. Для определения валового содержания кадмия почва подвергалась обработке 5 М азотной кислотой (соотношение почва-кислота - 1:5) при трехчасовом кипячении. Подготовка растений к химическому анализу заключалась в их мокром озолении смесью концентрированных серной и хлорной кислот (соотношение 5:1). Агрохимические показатели почв были определены по методикам ГОСТ, ёмкость катионного обмена почвы в вегетационном опыте - по методу Бобко-Аскинази, в полевом опыте - методом суммирования показателей гидролитической кислотности и суммы поглощенных оснований.
Результаты исследования. После уборки люцерны были определены обменная кислотность почвенного субстрата, емкость катионного обмена (ЕКО) его твердой фазы, сумма поглощенных оснований во всех вариантах опыта (рис. 1). Увеличение доли органического вещества способствовало снижению показателя рНка (R = -0,832), возрастанию емкости катионного обмена (R = 0,974) и суммы поглощенных оснований (R = 0,926). Таким образом, низинный торф, добавляемый в дерново-подзолистую почву, обогащал полученный субстрат обменными основаниями.
Увеличение доли низинного торфа в субстрате привело к возрастанию накопления кадмия в растениях (R = 0,817), по-видимому, за счет возрастания его подвижности в почве. Содержание элемента в растениях, выращенных на дерново-подзолистой почве, оказалось в 2,8 раза ниже того же показателя на торфяной низинной почве (рис. 2). В целом по опыту содержание Cd в растениях люцерны высокое, что может быть объяснено коротким сроком пребывания химического элемента в загрязненной почве.
Корреляционный анализ данных показал тесную прямолинейную связь содержания Cd в люцерне с емкостью катионного обмена почвенного субстрата (R = 0,766), а также с суммой поглощенных оснований (R = 0,706). Однако во втором случае связь не существенна. В литературе имеются сведения о том, что прочная сорбция кадмия на органических кислотах возможна только при высокой кислотности среды [ 19, 20]. Повышение подвижности кадмия в системе почва-растение при увеличении доли торфа в почвенном субстрате, по-видимому, связано со слабой ионообменной сорбцией катиона на органическом веществе, вытеснением кадмия с обменных позиций катионами Ca2+ и Mg2+.
Можно предположить образование растворимых комплексных соединений кадмия с молекулами органического вещества, активно мигрирующих в системе почвенный раствор-корень растения. Подтверждением этому могут быть данные, полученные в исследованиях по химическому синтезу органических координационных соединений цинка и кадмия [20]: размерность полимера уменьшается от слоистой к цепочечной с увеличением ионного радиуса d-металла при переходе от цинка к кадмию.
с £
р
6,8 6,7 6,6
«
6,5 6,4
6,з 6,2 6,1
(а)
0
20
40
—i—
60
—i— 80
100
Содержание органического вещества, %
г 0
в к
л
ч
о
л
в ч о
С
О
&
m
з00
200
100
46
г
(б)
67 67
76
i
1
118
I
I
250
170 180
160
0 10 20 з0 40 50 60 100 (в)
140
s —
« о
0 120 с о
¿ ™ 100 2 ° ^ J 80
Л U
S Ъ 60
ч о
s s
1 S 40
20
0 10 20 з0 40 50 60 100 Содержание органического вещесва, %
Organic matter content, %
0
0
Рисунок 1. Зависимость pHkci (а), ёмкости катионного обмена (б) и суммы поглощенных оснований (в) от содержания в почвенном субстрате органического вещества Figure 1. Dependence of pHkci (a), the capacity of cation exchange (б) and the sum of absorbed bases
(в) on the content of organic matter in the soil
Применение экспоненциальной функции для описания зависимости между содержанием кадмия в растениях и емкостью катионного обмена почвенного субстрата позволило рассчитать величину ЕКО, способствующую увеличению содержания кадмия в люцерне в 2 раза (рис. 2). Она составила 239 ммоль(экв)/100 г почвы.
1,0
г
0,
I 0,6
ни
<ц
§0,4 &
в
^ 0 2
0,0
y = 0,378e°'0029x R = 0,769
50 100 150 200 ЕКО почвы, ммоль(экв)/100 г
250
Рисунок 2. Зависимость содержания Cd в растениях от емкости катионного обмена почвенного
субстрата
Figure 2. Dependence of Cd content in plants on the capacity of cation exchange
of the soil
Существенного влияния обменной кислотности (рНка) субстрата на накопление токсиканта люцерной не обнаружено, R = -0,474.
В полевом опыте после уборки урожая однолетних трав на всех делянках были отобраны почвенные образцы для определения агрохимических показателей почвы (табл. 1).
Показатель ЕКО почвы в контрольном варианте полевого опыта почти в 5 раз ниже, чем в контрольном варианте вегетационного опыта, что можно объяснить не только различиями в методике определения ЕКО почвы, но и неоднородностью физико-химических характеристик двух дерново-подзолистых почв. Так, почва вегетационного опыта, сформированная на остаточно карбонатной морене, имела нейтральную среду, а почва полевого опыта на моренном суглинке была слабокислой, что предполагает неодинаковое участие в обменной сорбции катионов содержащегося в этих почвах органического вещества. Другой причиной указанных выше различий может быть минералогический состав твердой фазы почв.
В связи с высокой степенью варьирования исходных данных можно утверждать, что ЕКО почвы полевого опыта слабо изменилась после внесения органических удобрений. По результатам статистической обработки не найдено достоверных различий по вариантам между показателями содержания органического вещества, обменной и гидролитической кислотности почвы, суммы поглощенных оснований (табл. 1). Применение компоста совместно с минеральными удобрениями и без них способствовало достоверному увеличению содержания подвижного фосфора в почве. Количество подвижного калия в почве существенно снижалось при внесении органических удобрений в дозе 40 т/га, причиной этого могло быть появление дополнительного числа обменных позиций на твердой фазе почвы и формирование слабых, но многочисленных ионообменных связей калия с карбоксильными (и иными) группами органического вещества.
0
Таблица 1. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы после уборки урожая
однолетних трав (2021) Table 1. Agrochemical characteristics of sod-podzolic soil after harvesting annual grasses
Сор^ % Нг S ЕШ P2O5
Варианты рНКС1 подвижная форма,
ммоль(экв)/100 г мг/кг
1. Контроль 4,73 ±1,42 5,22 ±0,2б 2,43 ±0,09 б,80 ±0,92 9,23 375,0 ±3б,0 510,5 ±б9,1
2. Навоз 20 т/га б,б2 5,30 2,83 7,07 9,9 400,0 529,5
±0,29 ±0,2б ±0,23 ±2,02 ±33,9 ±50,3
3. Компост ОСВ б,б2 5,30 2,74 б,87 9,б1 575,0 457,8
20 т/га ±0,б9 ±0,28 ±0,54 ±1,81 ±42,4 ±б0,2
4. Навоз 20 т/га б,б5 5,50 2,58± б,б0± 9,18 832,5 5б1,5
+ ^0Рз0Кз0 ±1,37 ±0,48 0,47 2,51 ±22,б ±50,1
5. Компост ОСВ 20 т/га + ^0Рз0Кз0 б,8б 5,18 2,7б 4,53 7,29 757,5 541,0
±0,37 ±0,32 ±0,38 ±3,24 ±21,2 ±50,0
6. Навоз 40 т/га б,89 4,93 2,75 5,20 7,95 580,0 337,б
±0,79 ±0,08 ±0,59 ±0,87 ±51,4 ±29,3
7. Компост ОСВ б,42 5,02 2,73 4,93 7,бб 592,5 413,б
40 т/га ±0,77 ±0,0б ±0,б3 ±0,83 ±3б,7 ±б5,9
R (с подвижным -0,189 -0,280 -0,134 -0,155 -0,178 -0,218 -0,092
Cd в почве)
R
(с содержанием -0,28б -0,474 -0,307 0,8бб 0,855 -0,354 0,400
Cd в растениях)
Валовое содержание кадмия в почве заметно повышалось при внесении навоза (табл. 2), который может являться причиной искусственного загрязнения почв тяжелыми металлами [21, 22]. Доля подвижного кадмия варьировала в пределах 46-64% от валового его содержания. Корреляционный анализ не показал выраженной связи содержания подвижного кадмия в почве с ее исследуемыми агрохимическими показателями.
Содержание кадмия в однолетних травах не повышено и соответствует нормальным фоновым значениям, отмеченным в литературе, 0,05-0,2 мг/кг [23]. Концентрация экотоксиканта в зеленой массе вико-овсяной смеси оказалась существенно выше в варианте с внесением навоза в дозе 20 т/га, чем в контроле, однако при внесении навоза в двойной дозе наблюдалось снижение накопления кадмия растениями (табл. 2). Использование компоста на основе ОСВ во всех вариантах способствовало снижению концентрации тяжелого металла в однолетних травах в 1,4-3,5 раза. Наиболее эффективно вносить компост в дозе 40 т/га или в дозе 20 т/га в сочетании с минеральными удобрениями. Вероятно, кадмий прочно сорбировался добавленной в компост золой с образованием минеральных комплексных соединений или труднорастворимых солей, например, фосфатов кадмия.
Таблица 2. Содержание кадмия в почве и растениях, мг/кг Table 2. Cadmium content in the soil and plants, mg/kg
Варианты Почва Вико-овсяная смесь
Валовое содержание Подвижная форма
1. Контроль 0,094±0,006 0,055±0,003 0,077±0,013
2. Навоз 20 т/га 0,098±0,005 0,057±0,002 0,095±0,014
3. Компост ОСВ 20 т/га 0,075±0,005 0,039±0,001 0,053±0,003
4. Навоз 20 т/га + ^Рз0Кз0 0,085±0,004 0,054±0,004 0,086±0,005
5. Компост ОСВ 20 т/га + ^0Рз0Кз0 0,086±0,003 0,049±0,003 0,022±0,003
6. Навоз 40 т/га 0,121±0,001 0,056±0,003 0,053±0,003
7. Компост ОСВ 40 т/га 0,090±0,005 0,057±0,002 0,024±0,001
Я (с содержанием Cd в растениях) 0,114 0,247 -
НСР05 - - 0,0135
Между содержанием экотоксиканта в почве и растениях корреляционная зависимость слабая. Тесная существенная положительная корреляционная связь обнаружена между содержанием кадмия в растениях, с одной стороны, и содержанием поглощенных оснований в почве и ёмкостью её катионного обмена, с другой стороны (табл. 1), что сопоставимо с данными, полученными в вегетационном опыте.
Выводы. Увеличение содержания органического вещества в почве при внесении низинного торфа и навоза способствовало накоплению кадмия в сельскохозяйственных культурах. Между содержанием этого элемента в растениях и ёмкостью катионного обмена почвы найдена существенная положительная корреляционная связь. В вегетационном опыте в условиях повышения доли торфа в почвенном субстрате концентрация кадмия в люцерне возрастала в 2 раза при увеличении ЕКО субстрата на 239 ммоль(экв)/100 г почвы.
Использование компоста на основе осадка сточных вод в полевом опыте способствовало снижению содержания тяжелого металла в зеленой массе вико-овсяной смеси в 1,4-3,5 раза, что, по-видимому, связано с присутствием в составе компоста золы каменного угля и специфической сорбцией кадмия на его поверхности.
Список источников литературы
1. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
2. Фрид, А. С. Миграция меди, цинка и кадмия в аридных почвах Египта, орошаемых природными и городскими сточными водами / А. С. Фрид, М. А. Гома Ботхина Саад, Т. И. Борисочкина // Агрохимия. - 2014. - № 11. - С. 62-73.
3. Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies / F. U. Haider, C. Liqun, J. A. Coulter [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. - 2021. - V. 211, 111887. ISSN 0147-6513, https://doi.Org/10.1016/j.ecoenv.2020.111887.
4. A critical review on effects, tolerance mechanisms and management of cadmium in vegetables / M. Rizwan, Sh. Ali, M. Adrees [et al.]. // Chemosphere. - 2017. - V. 182. - P. 90-105. ISSN 0045-6535, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.05.013.
5. Акатова, А. А. Распределение никеля, меди и кадмия в дерново-подзолистых и подзолистых почвах северо-востока Лужской возвышенности / А. А. Акатова, М. А. Ефремова, Т. В. Родичева // Агрофизика. - 2021. - № 2. - С. 1-9. - DOI 10.25695.
6. Селюкова, С. В. Тяжелые металлы в агроценозах / С. В. Селюкова // Достижения науки и техники АПК. - 2020. - Т. 34. - № 8. - С. 85-93. - DOI 10.24411/0235-2451-2020-10815/
7. Сладкова, Н. А. Распределение цинка и кадмия в системе торфяная почва - растение под влиянием фосфорных и калийных удобрений : специальность 06.01.03 «Агрофизика» : автореф. дисс. ... канд. биолог. наук / Сладкова Надежда Анатольевна. - Санкт-Петербург-Пушкин, 2016. - 22 с.
8. Влияние влажности почвы на содержание кадмия, свинца и урана в подвижных формах / Г. А. Соколик, С. В. Овсянникова, М. В. Попеня, Е. В. Войникова // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. - 2018. - Т. 54. - № 3. - С. 338-348. - DOI 10.29235/1561-8331-2018-54-3-338-348.
9. Морозова, Т. С. Оценка накопления кадмия озимой пшеницей / Т. С. Морозова, С. Д. Лицуков // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. - 2019. - № 2(22). - С. 173-181.
10. Стримжа, Т. П. Техногенная биохимическая провинция кадмия на территории Красноярска и его окрестностей / Т. П. Стримжа, П. Н. Самородский // Горный журнал. - 2015. - № 1. - С. 7279. - DOI 10.17580/gzh.2015.01.13.
11. Минералого-геохимические особенности и степень загрязнения почв в районе комбината по обогащению цинковой руды месторождения Шаабет-эль-Хамра (Алжир) / Р. Омара. -М. В. Чарыкова, А. В. Русаков [и др.] // Записки Российского минералогического общества. -2020. - Т. 149. - № 2. - С. 96-110. - DOI 10.31857/S0869605520020057.
12. Фрид, А. С. Миграционная подвижность тяжелых металлов в сильнозагрязненных почвах в окрестностях комбината «Североникель» (Мурманская область) / А. С. Фрид, Т. И. Борисочкина // Почвоведение. - 2020. - № 9. - С. 1144-1154. - DOI: 10.31857/S0032180X2 0090051.
13. Кропова, Ю. Г. Влияние транспортно-дорожного комплекса на загрязнение почв и растений тяжелыми металлами / Ю. Г. Кропова, А. Н. Ховрин, И. В. Выродов // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). - 2021. - № 4(61). - С. 36-44. -DOI 10.31677/2072-6724-2021-61-4-36-44.
14. Леднев, А. В. Ремедиация загрязненных кадмием агродерново-подзолистых почв /
A. В. Леднев, А. В. Ложкин // Почвоведение. - 2017. - № 5. - С. 624-633. -DOI 10.7868/80032180X17050094.
15. Кирдей, Т. А. Влияние гумусовых кислот низинного торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы при комплексном загрязнении тяжелыми металлами / Т. А. Кирдей // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2021. - Т. 11. - № 2(37). - С. 228-235. -DOI 10.21285/2227-2925-2021-11-2-228-235.
16. Lamastra, L. Sewage sludge for sustainable agriculture: contaminants' contents and potential use as fertilizer / L. Lamastra, N.A. Suciu, M. Trevisan // Chemical and Biological Technologies in Agriculture. - 2018. - Vol. 5 (1). - DOI: 10.1186/s40538-018-0122-3.
17. Sorption of heavy metals by humic acids of chestnut soils / A. N. Sabitova, B. B. Bayakhmetova,
B. Kh. Mussabayeva [et al.] // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. - 2020. - No. 3(99). - P. 88-98. - DOI 10.31489/2020Ch3/88-98.
18. The influence of organic matter on limiting the bioavailability of heavy metals / A. Maciejewska, J. Kwiatkowska-Malina // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019: Conference proceedings. SOILS; FOREST ECOSYSTEMS, Albena, 30 июня - 06 2019 года. Vol. 19. - Sophia: SGEM. - 2019. - Рр. 515-522. - DOI 10.5593/sgem2019/3.2/S13.067.
19. Effects of root exudates on the activation and remediation of cadmium ion in contaminated soils/ Li, Z., Li, S., Deng, N., & Mei, P. // Environmental Science and Pollution Research. - 2019 - 27(3) - Pp. 2926-2934, doi: 10.1007/s11356-019-07263-8.
20. Влияние радиуса иона металла на строение комплексов SrII-ZnII и SrII-CdII с анионами циклобутан-1,1-дикарбоновой кислоты / Е. Н. Зорина-Тихонова, Н. В. Гоголева, А. С. Чистяков [и др.] // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2023. - № 1. - С. 184-192.
21. Co-composting of sewage sludge and wetland plant material from a constructed wetland treating domestic wastewater / A. Kwarciak-Kozlowska. - Industrial and Municipal Sludge. - 2019. - Pp. 337360. - DOI: 10.1016/B978-0-12-815907-1.00015-5.
22. Лукин, С. В. Агроэкологическая оценка влияния органических удобрений на микроэлементный состав почв / С. В. Лукин, С. В. Селюкова // Достижения науки и техники АПК. - 2016. - Т. 30, № 12.- С. 61-65.
23. Влияние биопрепаратов на элементный химический состав газонных растений в течение вегетационного периода / А. Н. Лебедев, М. В. Хазов, О. М. Поцелуев [и др.] // Агрохимия. -2018. - № 2. - С. 79-87. - DOI 10.7868/S0002188118020072.
References
1. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. Moscow: Mir, 1989. - 439 p. (In Russ).
2. Fried, A. S. Migration of copper, zinc and cadmium in arid soils of Egypt irrigated by natural and urban wastewater / A. S. Fried, M. A. Goma Botkhina Saad, T. I. Borisochkina // Agrochemistry. -2014. - No. 11, pp. 62-73. (In Russ.).
3. Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies / F. U. Haider, C. Liqun, J. A. Coulter [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. - 2021. - V. 211, 111887. ISSN 0147-6513, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111887.
4. A critical review on effects, tolerance mechanisms and management of cadmium in vegetables / M. Rizwan, Sh. Ali, M. Adrees [et al.] // Chemosphere. - 2017. - V. 182, pp. 90-105. ISSN 0045-6535, https://doi.org/ 10.1016/j .chemosphere.2017.05.013.
5. Akatova, A. A. Distribution of nickel, copper and cadmium in sod-podzolic and podzolic soils of the north-east of the Luga upland / A. A. Akatova, M. A. Efremova,
T. V. Rodicheva // Agrophysics. - 2021. - No. 2. - pp. 1-9. - DOI 10.25695. (In Russ.).
6. Selyukova, S. V. Heavy metals in agrocenoses / S. V. Selyukova // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. - 2020. - Vol. 34, No. 8, pp. 85-93. - DOI 10.24411/02352451-2020-10815. (In Russ.).
7. Sladkova, N. A. Distribution of zinc and cadmium in the peat soil - plant system under the influence of phosphorus and potash fertilizers : specialty 06.01.03 «Agrophysics» : abstract of the dissertation for the degree of Candidate of Biological Sciences / Sladkova Nadezhda Anatolyevna. - St. Petersburg-Pushkin, 2016. - 22 p. (In Russ.).
8. Influence of soil moisture on the content of cadmium, lead and uranium in mobile forms / G. A. Sokolik, S. V. Ovsyannikova, M. V. Popenya, E. V. Voynikova // Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of Chemical Sciences. - 2018. - vol. 54, No. 3, pp. 338-348.
- DOI 10.29235/1561-8331-2018-54-3-338-348. (In Russ.).
9. Morozova, T. S. Assessment of cadmium accumulation by winter wheat / T. S. Morozova, S. D. Litsukov // Innovations in agriculture: problems and prospects. - 2019. - № 2(22), pp. 173-181. (In Russ.).
10.Strimzha, T. P. Technogenic biochemical province of cadmium on the territory of Krasnoyarsk and its environs / T. P. Strimzha, P. N. Samorodsky, Neustroeva // Mining Journal. - 2015. - No. 1, pp. 7279. - DOI 10.17580/gzh.2015.01.13. (In Russ.).
11.Mineralogical and geochemical features and degree of soil contamination in the area of the zinc ore processing plant of the Shaabet-el-Hamra deposit (Algeria) / R. Omara, M. V. Charykova, A.V. Rusakov [et al.] // Notes of the Russian Mineralogical Society. - 2020. - Vol. 149, No. 2, pp. 96-110.
- DOI 10.31857/S0869605520020057. (In Russ.).
12.Fried, A. S. Migration mobility of heavy metals in heavily polluted soils in the vicinity of the Severonikel plant (Murmansk Region) / A. S. Fried, T. I. Borisochkina // Soil Science. - 2020. - No. 9, pp. 1144-1154. - DOI 10.31857/S0032180X20090051. (In Russ.).
13.Kropova, Yu. G. The influence of the transport and road complex on soil and plant pollution with heavy metals / Yu. G. Kropova, A. N. Khovrin, I. V. Vyrodov // Bulletin of the NGAU (Novosibirsk State Agrarian University). - 2021. - № 4(61), pp. 36-44. - DOI 10.31677/2072-6724-2021-61-4-3644. (In Russ.).
14.Lednev, A.V. Remediation of cadmium-contaminated agrodernovo-podzolic soils / A.V. Lednev, A.V. Lozhkin // Soil science. - 2017. - No. 5, pp. 624-633. - DOI 10.7868/80032180X17050094. (In Russ).
15.Kirdey, T. A. The influence of humic acids of lowland peat on the remediation properties of wheat plants under complex contamination with heavy metals / T. A. Kirdey // News of universities. Applied
chemistry and biotechnology. - 2021. - Vol. 11, No. 2(37), pp. 228-235. - DOI 10.21285/2227-29252021-11-2-228-235. (In Russ.).
16.Lamastra, L. Sewage sludge for sustainable agriculture: contaminants' contents and potential use as fertilizer / L. Lamastra, N.A. Suciu, M. Trevisan // Chemical and Biological Technologies in Agriculture. - 2018. - Vol. 5 (1). - DOI: 10.1186/s40538-018-0122-3.
17.Sorption of heavy metals by humic acids of chestnut soils / A. N. Sabitova, B. B. Bayakhmetova, B. Kh. Mussabayeva [et al.] // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. - 2020. - No. 3(99), pp. 88-98. - DOI 10.31489/2020Ch3/88-98.
18.The influence of organic matter on limiting the bioavailability of heavy metals / A. Maciejewska, J. Kwiatkowska-Malina // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019: Conference proceedings. SOILS; FOREST ECOSYSTEMS, Albena, 30 June 2020. Vol. 19. - Sophia: SGEM. - 2019, pp. 515-522. - DOI 10.5593/sgem2019/3.2/S13.067.
19.Effects of root exudates on the activation and remediation of cadmium ion in contaminated soils/ Li, Z., Li, S., Deng, N., & Mei, P. // Environmental Science and Pollution Research. - 2019 - 27(3), pp. 2926-2934 - doi: 10.1007/s11356-019-07263-8.
20.The influence of the radius of a metal ion on the structure of SrII-ZnII and SrII-CdII complexes with cyclobutane-1,1-dicarboxylic acid anions / E. N. Zorina-Tikhonova, N. V. Gogoleva, A. S. Chistyakov [et al.] // Izvestiya Akademii nauk. Chemical series. - 2023. - No. 1, pp. 184-192.
21.Co-composting of sewage sludge and wetland plant material from a constructed wetland treating domestic wastewater / A. Kwarciak-Kozlowska. -Industrial and Municipal Sludge. - 2019, pp. 337360. - DOI: 10.1016/B978-0-12-815907-1.00015-5.
22.Lukin, S. V. Agroecological assessment of the effect of organic fertilizers on the microelement composition of soils / S. V. Lukin, S. V. Selyukova // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. - 2016. - Vol. 30, No. 12, pp. 61-65. (In Russ.).
23.The influence of biological products on the elemental chemical composition of lawn plants during the growing season / A. N. Lebedev, M. V. Khazov, O. M. Potseluev [et al.] // Agrochemistry. - 2018. -No. 2, pp. 79-87. - DOI 10.7868/S0002188118020072. (In Russ.).
Cведения об авторах
Марина Анатольевна Ефремова, кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры почвоведения и агрохимии Л.Н. Александровой, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», https://orcid.org/0000-0003-1428-2750, SPIN-код: 5018-1583, Author ID:89623, Scopus author ID 6603265696; e-mail: marina_efremova@mail.ru.
Ирина Владимировна Ельшаева, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры почвоведения и агрохимии Л.Н. Александровой, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», https://orcid.org/0000-0002-3900-3044, SPIN-код: 4904-7863, Scopus author ID: 57221476016; e-mail: elshaevaiv@mail.ru.
Анна Сергеевна Пинаева, аспирант кафедры почвоведения и агрохимии Л.Н. Александровой, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», https://orcid.org/0000-0001-6421-1999, SPIN-код: 7230-1429, Scopus author ID: 57221461546, Researcher ID: AGA-8652-2022; e-mail: pinaeva95@inbox.ru.
Information about the authors
Marina A. Efremova, Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Soil Science and Agrochemistry, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", https://orcid.org/0000-0003-1428-2750, SPIN-code: 5018-1583, Author: ID:89623, Scopus author ID: 6603265696; e-mail: marina_efremova@mail.ru. Irina V. Elshaeva, Cand. Sci. (Agric.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Soil Science and Agrochemistry, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", https://orcid.org/0000-0002-3900-3044, SPIN-код: 4904-7863, Scopus author ID: 57221476016; e-mail: elshaevaiv@mail.ru.
Anna S. Pinaeva, postgraduate student of the Department of Soil Science and Agrochemistry, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", https://orcid.org/0000-0001-6421-1999, SPIN-код: 7230-1429, Scopus author ID: 57221461546, Researcher ID: AGA-8652-2022; e-mail: pinaeva95@inbox.ru.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 01.09.2023; одобрена после рецензирования 09.11.2023; принята к публикации 20.11.2023.
The article was submitted 01.09.2023; approved after reviewing 09.11.2023; accepted for publication 09.11.2023.
Научная статья
УДК 631.95; 631.615; 631.626.1; 631.6.03 Код ВАК 4.1.3.
doi: 10.24412/2078-1318-2023-4-45-52
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДРЕНАЖНО-СБРОСНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОСУШАЕМОГО ТОРФОМАССИВА «ГАДОВСКОЕ»
КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Н.А. Уланов1, А.Н. Уланов1, В.П. Царенко2И
1Кировская лугоболотная опытная станция - филиал ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса», п. Юбилейный, Оричевский район, Кировская область, Россия 2Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия И tsarenko.prof@yandex.ru
Реферат. Существует мнение, что осушение торфяных болот, дальнейшая их эксплуатация в торфодобывающей промышленности, последующее использование выработанных земель в лесном и сельскохозяйственном производстве приводят к загрязнению водной среды (водоприемников) продуктами разрушения торфа и остаточными агрохимикатами, применяемыми при выращивании кормовых культур. На примере типичного выработанного низинного торфомассива «Гадовское», находящемся в культуре более 100 лет, было установлено, что в условиях ограниченного применения удобрений и пестицидов экологическая нагрузка на окружающую водную среду от поступающих болотных вод незначительна. Отмечено лишь некоторое превышение нитратного и аммиачного фона в нижней части русла реки. Кроме того, приводится сравнительная гидрохимическая оценка дренажно-сбросных и подземных (артезианских) вод внутри самого торфомассива. В сезонной динамике максимальное количество водорастворимых фракций органического вещества и зольных элементов в дренажных водах приходится на позднюю осень, в артезианских - на весну или лето. Под кормовыми культурами минимальные потери с дренажными водами базовых формирующих урожай элементов (азота, фосфора, калия) отмечены в летний период. Наименьшая степень минерализации поверхностных вод отмечена на выработанных участках,
