CC BY
40
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ УДОБРЕНИЙ
НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ZN,CU) В ЗЕРНЕ
М.Н. Картузова1, Н.А. Черных1, Т.Л. Жигарева2, Г.И. Попова2
'Экологический факультет Российский университет дружбы народов Подольское шоссе, 8/5, Москва, Россия, 113093
2Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН Киевское шоссе, 109 км, Обнинск, Калужская обл., Россия, 249032
Изучено влияние различных удобрений (ЫРК, нитрофоска, Супродит) на продуктивность пшеницы и переход тяжелых металлов в растения в 2-летнем вегетационном эксперименте. Результаты исследований показали, что внесение в дерново-подзолистую среднесуглинистую почву Сё, 2п и Си приводит к снижению урожая зерна от 10 до 45% по сравнению с почвой, где тяжелые металлы не были внесены. Наибольшее отрицательное влияние на рост, развитие и формирование урожая яровой пшеницы оказывало присутствие в почве 2п, особенно в варианте с №К. При загрязнении дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы Сё, 2п и Си, Супродит ограничивает поступление токсикантов, как в первый, так и во второй год исследований в 1,4—2,2 раза по сравнению с КРК и нитрофоской.
Ключевые слова: тяжелые металлы, дерново-подзолистая почва, продуктивность, супродит, КРК, нитрофоска.
Антропогенное воздействие на рубеже третьего тысячелетия породило целый ряд проблем, связанных с техногенным загрязнением значительных по масштабам территорий. Увеличение производства продуктов питания обеспечивается за счет повышения урожайности сельскохозяйственных культур, что неизбежно связано с интенсивной химизацией производства. Это создает масштабные экологические проблемы (загрязнение почвы, водоемов, атмосферы). Тяжелые металлы (Си, Zn, Сё) накапливаясь в почвах и растениях в больших концентрациях, становятся токсичными для растений, животных и человека. При загрязнении почва проявляет свои буферные свойства, переводя металлы в труднорастворимые
соединения, однако буферная способность почвы не беспредельна, и с возрастанием экзогенных концентраций элементов постепенно увеличивается количество и тех форм, в которых они становятся доступны для растений [1]. В результате техногенного загрязнения избыточное накопление растениями тяжелых металлов приводит к повышению их концентрации в продукции растениеводства, что влияет на качество урожая. Повышенные концентрации Си, Zn и Сё (в 2—10 раз выше уровня ПДК) приводят к снижению продуктивности зерновых культур.
В условиях техногенного загрязнения окружающей среды и деградации экосистем проблеме повышения устойчивости агробиоценов уделяется все большее внимание. Производство экологически безопасных продуктов питания становится приоритетным для всех стран. Применение природных мелиорантов и различных искусственных сорбентов нивелирует отрицательное действие тяжелых металлов (ТМ) на урожай зерна [2]. Разработка новых технологий с использованием сорбентов, направленных на минимизацию поступления химических токсикантов в продукцию растениеводства, позволит во многом решить проблемы получения экологически безопасной продукции в регионах с высокими уровнями содержания загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов.
Изучение влияния ТМ (Сё, Си, Zn) и агромелиорантов на показатели продуктивности и накопления ТМ в растениях на дерново-подзолистой среднесугли-нистой почве проводилось в вегетационных опытах при выращивании пшеницы в сосудах, вмещавших 4 кг воздушно-сухой почвы. Тяжелые металлы вносили в виде сернокислых солей в дозах: Сё — 6, Си — 390, Zn — 600 мг/кг почвы, что соответствует 3 ОДК для нейтральных суглинистых почв [3]. Питательные элементы вносили в количестве по 0,15 г/кг почвы К, Р2О5 и К2О, которые внесены в виде растворов солей КН4К03, КН2Р04 и К2Б04 соответственно. Новое комплексное удобрение пролонгированного действия Супродит, полученное путем термохимической модификации природного трепела, содержит все основные питательные элементы (№К) и обладает высокой емкостью катионного обмена 126 мг-экв/100 г почвы. Супродит вносили в дозе 1,4 г/кг почвы, нитрофоску — в дозе 1,2 г/кг почвы. Нитрофоска содержит КРК в соотношении питательных элементов N : Р205 : К20 = 1 : 1 : 1. Повторность опытов 4-кратная. Опыт проводили на яровой пшенице, сорт «Энита».
Агрохимические показатели почвы определяли по общепринятой методике [4] (табл. 1).
Таблица 1
Агрохимические показатели дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы до проведения вегетационного опыта
рНсол P2O5 K2O Ca+2 Mg+2 Емк. погл. Нг Гумус,
мг/100 г почвы мг-экв/100 г почвы %
6,2 25,3 10,7 11,6 2,8 22,9 0,4 2,3
Определение содержания ТМ в зерне проводили атомно-абсорбционным способом по методике ЦИНАО [5] с использованием плазменного атомно-абсорбци-онного спектрометра ICP-AES, Liberti II фирмы Varian (Spectr AA 250+).
Планирование экспериментов осуществляли по методике Журбицкого [6], анализ структуры урожая после уборки зерновой культуры и статистическую обработку данных проводили по Доспехову [7].
Математическую обработку результатов исследований, включавшую расчет статистических оценок, выполняли с использованием пакета прикладных программ в составе Microsoft Excel 2007.
Результаты исследований показали, что внесенные в дерново-подзолистую среднесуглинистую почву Cd, Zn, Cu в концентрации 3 ОДК привели к снижению урожая зерна от 10 до 45% по сравнению с почвой, где ТМ не были внесены. Наибольшее отрицательное влияние на рост, развитие и формирование массы зерна яровой пшеницы оказывало присутствие Zn в концентрации 600 мг/кг почвы, особенно в варианте с внесением NPK (рис. 1). При использовании Супродита и нитрофоски на почве, загрязненной Zn, масса зерна на 33—36% ниже, чем на почве без ТМ. На почве, где присутствовал Zn, применение комплексных удобрений способствует получению более высокой массы зерна на 9—26% по сравнению с NPK.
Потери массы зерна в варианте с Cd в зависимости от видов удобрений составляют 15—24%, причем наименьшие потери урожая в первый год опыта отмечены в варианте с нитрофоской (рис. 1).
Рис. 1. Влияние удобрений на массу зерна яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (1-й год опыта)
При внесении в почву Си в количестве 390 мг/кг урожай зерна и соломы яровой пшеницы на фоне простых минеральных удобрений (КРК — фон 1) на 16— 34%, а при внесении нитрофоски (фон 3) на 9—15% ниже, чем на почве без Си.
Эффективность Супродита по влиянию на урожай зерна яровой пшеницы на почве, где внесены ТМ, в первый год проведения эксперимента выше, чем нитрофоски.
Следует отметить, что на почве, где не внесены ТМ, продуктивность яровой пшеницы при внесении супродита в первый год опыта на 16% выше, чем при использовании нитрофоски. Эта закономерность сохраняется и на второй год опыта (рис. 1 и рис. 2).
ЫРК Супродит Нитрофоска
Рис. 2. Влияние удобрений на массу зерна яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2-й год опыта)
При внесении в дерново-подзолистую среднесуглинистую почву Cd в концентрации 6 мг/кг урожай зерна яровой пшеницы на фоне простых минеральных удобрений снижается по сравнению с почвой без применения ТМ на 12%. Минимальные потери урожая зерна на почве, загрязненной Cd, отмечены при внесении Супродита (рис. 3). Через год после внесения нитрофоски и Супроди-та в почву, содержащую Cd, урожай зерна в 1,1—1,2 раза выше, чем в варианте с простыми минеральными удобрениями.
Негативное действие Zn в концентрации 600 мг/кг почвы на продуктивность яровой пшеницы проявилось и на второй год опыта: на фоне 1 (№£) масса зерна снизилась на 24%, на фоне нитрофоски — на 20%, на фоне Супродита — на 16% по сравнению с почвой без ТМ. При двухлетней инкубации Zn в почве отрицательное влияние на урожайность яровой пшеницы на всех исследуемых агрофонах значительно меньше, чем в год внесения.
Продуктивность яровой пшеницы при внесении в почву ^ в количестве 390 мг/кг снижается на 5—14% по сравнению с почвой, не содержащей ТМ (см. рис. 2). При использовании нитрофоски на почве, содержащей получен урожай зерна в 1,2 раза выше, чем в варианте с
На почве, содержащей Cd, Zn, при внесении Супродита продуктивность яровой пшеницы повышается на 23—34% по сравнению с NPK (фон 1). Наибольшее влияние Супродита на нивелирование отрицательного действия ТМ на ростовые процессы и формирование зерна отмечено на почве, загрязненной Zn. Масса зерна на загрязненной Zn почве, в варианте с Супродитом была выше на 34%, чем на фоне Использование Супродита на техногенно загрязненной почве на второй год опыта обеспечивало получение более высокого урожая зерна яровой пшеницы — на 10—16%, чем при внесении нитрофоски.
Известно, что повышение уровня плодородия почв и улучшение условий минерального питания растений, возделываемых на почвах, загрязненных ТМ, способствует получению продукции с наименьшим содержанием загрязнителей.
При загрязнении дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы Cd в концентрации 6 мг/кг Супродит ограничивает поступление токсиканта в растения в 1,7—2,0 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями и нитрофоской (табл. 2). В первый год опыта накопление Cd в зерне яровой пшеницы при внесении нитрофоски было в 1,2 раза выше, чем в варианте NPK (фон 1).
Таблица 2
Влияние удобрений на накопление Cd, Zn, в зерне яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (1-й год опыта)
Вариант Содержание элементов в зерне, мг/кг
Cd Zn Си
NPK — фон 1 0,010 ± 0 43,1 ± 0,9 5,6 ± 0,4
Фон 1 + Cd6 2,53 ± 0,009 40,4 ± 1,5 4,7 ± 0,3
Фон 1 + ^600 0,03 ± 0,008 266,9 ± 18,0 4,0 ± 0,5
Фон 1 + Си390 0,02 ± 0,007 42,3 ± 1,7 19,3 ± 0,9
Супродит — фон 2 0,015 ± 0,002 45,3 ± 0,8 4,9 ± 0,4
Фон 2 + Cd6 1,50 ± 0,07 41,8± 1,5 5,3 ± 0,5
Фон 2 + ^600 0,02 ± 0,008 164,9 ± 9,5 5,1 ± 0,3
Фон 2 + Си390 0,03 ± 0,007 43,8±1,4 11,5 ± 0,5
Нитрофоска — фон 3 0,015 ± 0,001 43,6 ± 0,6 5,1 ± 0,3
Фон 3 + Cd6 3,06 ± 0,12 42,8 ± 0,9 5,7 ± 0,2
Фон 3 + ^00 0,015 ± 0,003 247,4 ± 10,0 4,9 ± 0,4
Фон 3 + Си390 0,020 ± 0,005 39,8 ± 1,2 15,7 ± 0,6
Внесение комплексных удобрений — нитрофоски и Супродита — в почву, загрязненную Zn в концентрации 3 ОДК, снижает накопление токсиканта в зерне яровой пшеницы в 1,1—1,6 раза по сравнению с применением простых минеральных удобрений (NPK).
Эффективность Супродита по снижению перехода Zn из почвы в зерно яровой пшеницы максимальна и составляет 1,6 раза. Содержание Zn в зерне при внесении Супродита в 1,5 раза ниже, чем при использовании нитрофоски.
При загрязнении почвы Си в концентрации 390 мг/кг применение нитрофоски способствует снижению накопления загрязнителя в урожае в 1,2 раза. Содержание Си в зерне при внесении Супродита в 1,7 раза ниже, чем в варианте с внесением простых минеральных удобрений (фон 1). В первый год опыта применение Супродита на почве, содержащей ТМ в концентрации 3 ОДК, обеспечивает снижение содержания Cd, Zn, Си в зерне яровой пшеницы в 1,4—2,0 раза по сравнению с нитрофоской.
Через год после внесения комплексные удобрения — Супродит и нитрофоска — способствуют снижению поступления Cd, Zn, Си из почвы в растения в 1,2—2,2 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями (NPK). Максимальное снижение содержания Cd в зерне яровой пшеницы до 2,2 раза получено при внесении Супродита. Накопление Cd в урожае при использовании нитрофоски снижается в 1,4 раза по сравнению с NPK (фон 1). Последействие Супродита по снижению поступления Cd в растения при одинаковом уровне загрязнения почвы выше (до 1,5 раза), чем нитрофоски (табл. 3).
Таблица 3
Влияние удобрений на накопление Cd, Zn, в зерне яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2-й год опыта)
Вариант Содержание элементов в зерне, мг/кг
Cd Zn Cu
NPK — фон 1 0,02 ± 0,001 37,8 ± 1,2 5,5 ± 0,3
Фон 1 + Cd6 1,85 ± 0,11 40,3 ± 1,8 4,7 ± 0,5
Фон 1 + ^600 0,05 ± 0,01 232,5 ± 14,0 3,9 ± 0,2
Фон 1 + <^390 0,04 ± 0,01 41,4 ± 1,9 19,5 ± 0,7
Супродит — фон 2 0,04 ± 0,01 40,8 ± 2,1 4,9 ± 0,6
Фон 2 + Cd6 0,84 ± 0,09 41,6 ± 2,4 5,6 ± 0,4
Фон 2 + ^600 0,06 ± 0,02 128,1 ± 8,9 5,0 ± 0,2
Фон 2 + Сиз90 0,07 ± 0,01 42,7 ± 1,5 10,4 ± 0,5
Нитрофоска — фон 3 0,02 ± 0,01 39,9 ± 1,7 4,9 ± 0,3
Фон 3 + Cd6 1,30 ± 0,08 44,3 ± 1,8 5,8 ± 0,2
Фон 3 + ^600 0,06 ± 0,01 193,3 ± 12,0 4,3 ± 0,3
Фон 3 + Си390 0,04 ± 0,01 40,7 ± 1,5 14,3 ± 0,5
Наибольшее количество Zn в зерне яровой пшеницы, как и в первый год опыта, накапливалось при внесении NPK. Содержание Zn в зерне при внесении нитрофоски в 1,2 раза ниже, чем в варианте с NPK. Эффективность Супродита по ограничению перехода Zn из почвы в растения на второй год составляет 1,8 раза, т.е. выше, чем в год внесения. При загрязнении почвы Zn положительное действие Супродита как по увеличению продуктивности яровой пшеницы, так и по снижению накопления загрязнителя в урожае, значительно выше, чем при использовании нитрофоски. На второй год опыта накопление Cu в зерне при применении Супродита в 1,9 раза ниже, чем при внесении NPK. Содержание Cu в зерне при внесении нитрофоски снижается по сравнению с NPK в 1,4 раза. В свою очередь, Супродит в 1,4 раза эффективнее нитрофоски в ограничении перехода Cu в зерно. Последействие Супродита и нитрофоски по ограничению перехода Cu из загрязненной почвы в растения значительно выше, чем в первый год опыта. Положительное действие Супродита проявилось как по снижению фитотоксичности ТМ на рост и развитие растений, особенно Zn, внесенного в количестве 600 мг/кг почвы, так и по накоплению их в зерне.
Применение комплексных удобрений — Супродита и нитрофоски — при выращивании зерновых культур на техногенно загрязненных почвах позволяет получать зерно с меньшим содержанием Cd, Zn, Cu, чем при внесении традиционных минеральных удобрений промышленного производства (NPK).
Полученные результаты исследований свидетельствуют о перспективности использования нового комплексного удобрения Супродит, обладающего пролонгированным действием, при возделывании яровых зерновых культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. — М.: Агроконсалт, 1999.
[2] Жигарева Т.Л., Алексахин Р.М., Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Попова Г.И., Петров К.В. Влияние природных мелиорантов и тяжелых металлов на урожай зерновых культур и микрофлору дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. — 2005. — № 11. — С. 60—65.
[3] Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. — С. 43.
[4] Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во МГУ, 2001.
[5] Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. — М.: ЦИНАО, 1992.
[6] Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного опыта. — М.: Наука, 1968.
[7] Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. — М.: Колос, 1972. — С. 85—92.
FERTILIZERS EFFECTS ON SPRING WHEAT PRODUCTIVITY AND HEAVY METALS (CD, ZN, CU) ACCUMULATION
IN PLANT
M.N. Kartuzova1, N.A. Chernjkh1, T.L. Zhigareva2, G.I. Popova2
'Peoples' Friendship University of Russia
Podolskoe shosse, 8/5, Moscow, Russia, 113093
2Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology Kievskoe av., 109 Obninsk, Russia, 249032
Results of a 2-year greenhouse experiment have shown, that fertilizers differently effect on spring wheat productivity and heavy metals accumulation in the plant.
Contaminated with Cd, Zn h Cu soddy-podzolic soil shown 10—45% lower wheat yield, compared with the soil without heavy metals. Zn effects more negative on growth and formation of wheat yield, especially in a variant with NPK-amended soil. In the second year, the effect is the same. Supro-dit-amended Cd, Cu and Zn contaminated soil showed a 1,4—2,0 lower uptake of heavy metals in the plant than NPK and nitrophosphate-amended soils in the first year and a 1,4—2,2 — in the second year.
Kej words: heavy metals, soddy-podzolic soil, productivity, Suprodit, NPK, nitrophosphate.
