CC BY
18
УДК 631.6:631.416.9
DOI 10.24411/0235-2516-2019-10064
ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ, ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ И МИНЕРАЛЬНОЙ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПАХОТНОМ СЛОЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В ПОСЛЕДЕЙСТВИИ
А.Д. Федулова, аспирант (научные руководители - Г.Е. Мерзлая, д.с.-х.н., ДА Постников, д.с.-х.н.)
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Представлены результаты исследования, направленные на изучение влияния длительного применения минеральной, органической и органоминеральной систем удобрения на содержание тяжелых металлов в пахотном слое дерново-подзолистой почвы. При использовании минеральных систем удобрения в почве опытных вариантов в 2017 г. отмечено превышение содержания меди относительно контроля - 15,1 мг/кг, в 2018 г. это показатель составил 4,5 мг/кг, что было ниже показателя контрольного варианта. В последействии длительного применения различных удобрений за два года отмечено снижение содержания тяжелых металлов в пахотном слое почвы. Во всех вариантах опыта оно не превышало ориентировочно допустимых концентраций.
Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, ориентировочно допустимая концентрация, системы удобрения, последействие, тяжелые металлы.
INFLUENCE OF ORGANIC, ORGANIC-MINERAL AND MINERAL FERTILIZER SYSTEMS ON HEAVY METALS CONTENT IN ARABLE LAYER OF SODDY-PODZOLIC SOIL IN AFTEREFFECT
Ph.D. student A.D. Fedulova (scientific supervisors - Dr.Sci. G.E. Merzlaya, Dr.Sci. D.A. Postnikov)
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: [email protected]
The paper presents the results of a study aimed at studying the effect of long-term use of mineral, organic and organic-mineral fertilizer systems on the content of heavy metals in the arable layer of soddy-podzolic soil. When using mineral fertilizer systems in the soil of experimental variants, in 2017, copper content was exceeded relative to the control - 15.1 mg/kg, in 2018 this figure was 4.5 mg/kg, which was lower than the control variant. In the aftereffect of long-term use of various fertilizers for two years, a decrease in the content of heavy metals in the arable layer of soil was noted. In all variants of the experiment, it did not exceed the approximate permissible concentration.
Keywords: soddy-podzolic soil, approximate permissible concentration, fertilizer system, aftereffect, heavy metals.
С 1978 по 2008 г. включительно в опыте на протяжении четырех ротаций изучали действие органических и минеральных удобрений в разны дозах и концентрациях на двух полях, с 2009 г. в опыте изучалось последействие различных систем удобрений. В связи с этим, представляло интерес проанализировать, используя элементы локального экологического мониторинга, влияние длительного применения различных систем удобрения на содержание тяжелых металлов в слое почвы 0-20 см. Следует отметить, что нерациональное использование удобрений прямо или опосредованно может нанести ущерб почвенному плодородию и создать предпосылки для угнетения почвенной биоты, нарушения структурной основы микроагрегатов почвы и последующей эрозии [1-5].
Цель исследования - изучение и анализ последействия минеральной, органической и органоми-неральной систем удобрения при длительном применении на валовое содержание тяжелых металлов в почве пахотного слоя.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на территории бывшего Смоленского филиала ВИУА, расположенного в поселке Ольша. Полевой стационарный опыт был заложен в 1978 г.
Климат области умеренно-континентальный. В данной географической зоне преобладают дерново-подзолистые почвы (разной степени оподзоленно-сти и оглеенности), которые занимают 63,6% от всей территории области, 97,6% из которой занято пашней [6, 7].
Схема опыта включала следующие варианты: 1. контроль (без удобрений); 2. тройная доза азота; 3. тройная доза фосфора; 4. тройная доза калия; 5. тройная доза полного минерального удобрения (NPK); 6. тройная доза органического удобрения (подстилочный навоз крупного рогатого скота); 7. единичная доза №К + единичная доза навоза; 8. двукратная доза №К + двукратная доза навоза; 9. трехкратная доза №К + трехкратная доза навоза; 10. четырехкратная доза КРК + четырехкратная доза навоза; 11. пятикратная доза КРК + пятикрат-
ная доза навоза. Единичные дозы азота, фосфора и калия составляли 30 кг действующего вещества на 1 га. За 30 лет опыта в почву поступило с минеральными удобрениями по 765 кг/га азота, фосфора и калия. Повторность опыта трехкратная. Агротехника общепринятая для региона [8].
Почва опытного участка дерново-подзолистая легкосуглинистая окультуренная. Перед закладкой опыта (1978 г.) слой почвы 0-20 см характеризовался следующими агрохимическими показателями: рНка 5,5-6,4; содержание органического углерода -1,3-1,45%; подвижного фосфора и калия соответственно - 110 и 115 мг/кг почвы.
В настоящее время почва опытного участка имеет следующие агрохимические показатели: рНка 4,6-5,4; содержание органического углерода -0,93-1,20%; подвижного фосфора - 64-318 мг/кг; подвижного калия - 101-338 мг/кг.
За тридцать лет опыта по изучению действия систем удобрения прошло четыре ротации севооборота (1979-2008 гг.), с 2009 г. изучали их последействие, при этом применяли поддерживающую азотную подкормку - N45. Насыщенность севооборота зерновыми культурами составляла от первой к пятой ротации: 54, 50, 50, 57, 57%, в среднем -54%; насыщенность многолетними травами - соответственно 18, 33, 33, 28, 28%, в среднем - 28%.
В качестве органических удобрений вносили навоз крупного рогатого скота с небольшим количеством подстилки - в первых трех ротациях и компост на основе навоза и торфа - в четвертой ротации.
Агрохимический анализ почвы в слое 0-20 см перед закладкой опыта проводили с определением следующих показателей: pHкa - потенциометриче-ским методом (ГОСТ 26483-85); гумус по Тюрину в модификации ЦИНАО; подвижный фосфор и калий по методу А.Г. Кирсанова (ГОСТ 26207-91), фосфор на ФЭК-КФК-3, калий - на пламенном фотометре; содержание нитратного азота в почве -ионометрическим методом.
Массовые доли токсичных металлов (медь, цинк, свинец, кадмий) в пробах почв определяли атомно-абсорбционным методом ФР.1.31.2007.04106.
Результаты и обсуждение. Анализ определения валового содержания тяжелых металлов (ТМ) в пахотном слое почвы (0-20 см) по вариантам опыта, проведенный в 2017-2018 гг., выявил следующие закономерности: валовое содержание свинца в почве имело повышенное значение в контрольном варианте, а также на участках, где изучали минеральную систему (N9oP9oK9o) и в вариантах органоминераль-ных систем в трех- и пятикратных дозах (табл. 1). Необходимо отметить, что валовое содержание ТМ в данном случае условно, поскольку использовали кислотную вытяжку на основе 5М азотной кислоты и правильнее будет говорить о кислотораствори-мых формах тяжелых металлов. Для определения тотального содержания ТМ необходимо последовательное осаждение данным растворителем или использовать известную смесь азотной и соляной кислот [9]. Во всех вариантах опыта независимо от системы удобрения валовое содержание ТМ в пахотном слое дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы не превышало ориентировочно допустимых концентраций (ОДК).
В 2017 г. значения по валовому содержанию цинка варьировали от 50,7 мг/кг в варианте с односторонним применением азотного удобрения (N90) до 71,8 мг/кг в варианте органоминеральной системы с пятикратными дозами (Nl5oPl5oKl5o + навоз, 15 т/га), но полученные результаты не превышали ОДК (табл. 1). Интересно отметить, что за год содержание металла в пахотном слое почвы в варианте последействия длительного применения органоминераль-ной системы удобрения в высокой пятикратной дозе, снизилось в 2 раза, значение составило - 29,7 мг/кг. Вероятно, это связано с особенностями химизма реакций почвенного раствора при внесении высоких доз солей азотной кислоты и выносом с урожаем возделываемых культур севооборота.
Валовое содержание свинца и цинка в почве
Вариант Валовое содержание РЬ Валовое содержание Zn
2017 г. 2018 г. 2017 г. 2018 г.
мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля
Контроль 23,9 - 10,3 - 69,9 - 25,4
N90 15,8 66,1 8,3 80,6 50,7 72,5 27,1 106,7
Р90 16,5 69,0 8,1 78,6 62,5 89,4 26,0 102,4
К90 19,7 82,4 9,5 92,2 66,5 95,1 25,7 101,2
Навоз, 9 т/га 20,2 84,5 8,0 77,7 65,8 94,1 25,5 100,4
22,5 94,1 9,7 94,2 67,6 96,7 28,6 112,6
^0Р30К30 + навоз, 3 т/га 16,7 69,9 10,1 98,1 63,8 91,3 26,0 102,4
N60P60K60 + навоз, 6 т/га 19,1 79,9 10,1 98,1 68,2 97,6 25,8 101,6
№0?90^0 + навоз, 9 т/га 21,0 87,9 10,9 105,8 68,8 98,4 28,6 112,6
^гоРтКш + навоз, 12 т/га 19,8 82,8 11,3 109,7 55,1 78,8 27,3 107,5
^50Р150К150 + навоз, 15 т/га 21,1 88,3 11,3 109,7 71,8 102,7 29,7 116,9
ОДК 65 65 110 110
2. Валовое содержание кадмия и меди в почве
Вариант Валовое содержание Cd Валовое содержание Cu
2017 г. 2018 г. 2017 г. 2018 г.
мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля мг/кг % от контроля
Контроль 0,36 - 0,20 - 12,5 - 5,3 -
N90 0,07 19,4 0,22 110 15,1 120,8 4,5 84,9
Р90 0,27 75,0 0,22 110 11,0 88,0 5,0 94,3
К90 0,39 108,3 0,11 55 11,9 95,2 4,5 84,9
Навоз, 9 т/га 0,24 66,7 0,12 60 11,4 91,2 5,1 96,2
^оР9оК90 0,35 97,2 0,12 60 12,8 102,4 4,8 90,6
№0Р30К30 + навоз, 3 т/га 0,17 47,2 0,09 45 11,5 92,0 4,8 90,6
^оРбоКбо + навоз, 6 т/га 0,24 66,7 0,12 60 13,0 104,0 4,7 88,7
^0Р90К90 + навоз, 9 т/га 0,27 75,0 0,09 45 12,1 96,8 5,1 96,2
№2оР12оКш + навоз, 12 т/га 0,25 69,4 0,10 50 10,9 87,2 4,7 88,7
^50Р150К150 + навоз, 15 т/га 0,44 122,2 0,15 75 12,3 98,4 5,2 98,1
ОДК 1,0 1,0 66 66
Максимальное содержание кадмия в почве (табл. 2) отмечено в варианте последействия применения органоминеральной системы удобрения в пятикратной дозе (КшРиоКш + навоз, 15 т/га) до 0,44 мг/кг, но оно не превысило ОДК, при этом в 2017 г. также отмечено повышенное содержание кадмия в контроле - 0,36 мг/кг. Следует также отметить, что в варианте применения калийного минерального удобрения получено максимальное значение 0,39 мг/кг по кадмию для единичных форм.
Содержание меди в почве исследуемых вариантов было почти в 5 раз ниже ОДК (табл. 2).
Надо отметить, что, хотя медь - металл фито-токсичный, но общее низкое его содержание в почве пахотного слоя указывает, что его поступление с удобрениями было незначительным за все годы активного применения различных систем удобре-
ния. В то же время с экологической точки зрения необходимо подчеркнуть, что повышенное содержание меди в почве варианта с трехкратной дозой применения только азотных удобрений ^90) возможно связано с действием аммиачной селитры, которая, подкисляя почвенный раствор, может способствовать высвобождению закрепленных солей меди из ППК пахотного слоя.
Таким образом, длительное применение органических и минеральных удобрений (30 лет) в последействии не оказало отрицательного влияния на накопление тяжелых металлов в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Также отмечена динамика снижения содержания металлов в почве пахотного слоя в 2018 г. по сравнению с 2017 г.
Литература
1. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв. - М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2007. - 237 с.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. - 216 с.
3. Белоброва Д.В. Трансформация почв и агрохимических параметров плодородия в условиях интенсивного землепользования // Агрохимический вестник, 2018, № 2. - С. 62-67.
4. Корченкина Н.А., Гувеннов А.И., Богомолова Ю.А., Малахов Р.М. Последействие известкования и длительного внесения удобрений на динамику физико-химических свойств светло-серой лесной почвы // Агрохимический вестник, 2017, № 5. - С. 2-6.
5. Конова А.М. Изучение возрастающих доз минеральных удобрений и их моделирование по результатам полевого опыта // Агрохимический вестник, 2008, № 4. - С. 29-30.
6. Агроэкологический мониторинг в Смоленской области / Под ред. А.М. Гордеева. - Смоленск: Универсум, 2001. - 244 с.
7. Александровский А.Л., Александровская Е.И. Эволюция почв и географическая среда. - М.: Наука, 2005. - 223 с.
8. Об итогах работы сельхозпроизводителей Смоленской области в отрасли растениеводства за 2015 год (Смоленская область 19.02.2016) // Агровестник (электронный журнал). https://agrovesti.net/about.html. Дата обращения 24.05.2019.
9. Avtukhovich I., Postnikov D. Chelate-assisted phytoextration of heavy metals from substratum, composed on the basis of sewage sludge // Journal of Agriculture and Environment, 2017, № 1(2). - С. 2.
10. Автухович И.Е., Постников Д.А. Влияние ЭДТА на поведение металлов в субстрате и их накопление растениями // Агрохимический вестник, 2014, № 1. - С. 23-25.
11. Фирсов С.А., Баранова Т.Л., Фирсов С.С. Экологический мониторинг безопасности почв по содержанию тяжелых металлов // Агрохимический вестник, 2014, № 3. - С. 5-7.
