CC BY
53
001: 10.24411/0044-3913-2018-10807 УДК 631.416.8
Влияние внесения кадмия, никеля, цинка на уровень содержания их в почве, урожайность и качество корнеплодов овощных культур
Л.Н. АНДРИЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (е-шаМ: !п.ап^1епко@ omgau.org)
Ю.В. АКСЕНОВА, кандидат биологических наук, доцент (е-шаМ: [email protected])
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, пл. Институтская, 1, Омск, 644008, Российская Федерация
Исследования проведены в 20132017 гг. с целью установления влияния различных доз цинка, кадмия и никеля на уровень содержания их в почве, урожайность и качество корнеплодов овощных культур. Объекты исследования: лугово-черноземная маломощная слабогумусиро-ванная тяжелосуглинистая почва, расположенная в южной лесостепной зоне Омской области, свекла столовая, морковь. Схемы микрополевых опытов включали следующие варианты внесения микроэлементов: для свеклы столовой на фоне М5Рд0 - 0,
Сб29 Сб58 Сб„6 Сб7 ^ N¡,2.0 ^ ¿"414 1п478 ^28 1П166; для моркови на фоне Р*0 - Сб^ С^* Сб^ Сбцб №60, Ы1!Ю, Т"15,1"30,1"45. Из минеральных удобрений использовали аммиачную селитру, двойной суперфосфат, микроэлементы вносили в виде сухих ацетатных солей в слой почвы 0...30 см. Применение микроэлементов повышало содержание их подвижных форм с низкого и среднего уровня до высокого. При внесении никеля и цинка наблюдали снижение обеспеченности почвы подвижным кадмием в среднем на 0,05 мг/кг. Возрастающие дозы кадмия обеспечивали стабильное повышение количества подвижного никеля на 0,05.0,12 мг/кг. Каждый килограмм кадмия, никеля и цинка, внесенный в почву, в среднем увеличивал содержание их подвижных форм на 0,18, 0,08 и 0,09 мг/кг соответственно. Установленные коэффициенты интенсивности действия микроэлементов «Ь» позволяют прогнозировать их содержание в почве в случае внесения или техногенного загрязнения. По концентрации в растениях (мг/кг сухого вещества) элементы можно расположить в следующем порядке: цинк (13,3.21,1) > никель(0,9.3,18) > кадмий (0,15.0,33). Каждый килограмм кадмия, никеля и цинка, поступивший в почву в оптимальных дозах, в среднем увеличивает урожайность корнеплодов свеклы столовой на 3,6, 7,4 и 4,9 т/га, моркови - на 3,2,4,4 и 3,4 т/га соответственно.
Ключевые слова: тяжелые металлы, свекла, морковь, микроэлементы, кадмий, никель, цинк.
Для цитирования: Андриенко Л.Н., Аксенова Ю.В. Влияние внесения кадмия, никеля, цинка на уровень содержания их в почве, урожайность и качество корнеплодов овощных культур //Земледелие. 2018. № а. С. 23-25. СЮ1: 10.24411/0044-39132018-10807.
Почва выступает основной депонирующей средой для загрязняющих веществ и главным биогеохимическим барьером на пути миграции тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и прочих токсичных веществ и соединений из атмосферы в другие объекты окружающей среды. Наиболее распространенный вид техногенного загрязнения почв - поступление тяжелых металлов, способствующее развитию химической деградации. В малых количествах тяжелые металлы как микроэлементы необходимы для роста и развития живых организмов. В повышенных концентрациях они оказывают негативное воздействие, изменяя физико-химические и биологические свойства почв, что в свою очередь приводит к увеличению их содержания в растениях и снижению качества растениеводческой продукции [1]. К наиболее типичным тяжелым металлам-загрязнителям относят свинец, кадмий, цинк, никель, кобальт, молибден, медь, ртуть, титан, олово и ванадий [2].
Каждый регион имеет свои особенности накопления и распределения тяжелых металлов в почвах [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Одним из основных источников загрязнения почв тяжелыми металлами выступают минеральные удобрения. В связи с этим возникает необходимость изучения интенсивности ихнакопления в почвах при внесении определенных доз макро- и микроудобрений.
Цель исследования - установить влияние различных доз цинка, кадмия и никеля на уровень содержания их в почве, урожайность и качество корнеплодов овощных культур.
Объект исследований расположен в южной лесостепной зоне Омского Прииртышья и представлен лугово-черноземной маломощной слабогу-
мусированной тяжелосуглинистои почвой. До закладки опыта содержание Сс1, N и в слое почвы 0...30 см в среднем составляло 0,051, 0,68 и 2,46 мг/кг соответственно. Из овощных культур для исследований выбраны свекла столовая сорт Бордо 237 и морковь сорт Шантенэ 2461.
Исследования проводили с 2013 по 2017 гг. в микрополевых опытах, заложенных на территории Малого опытного поля Омского ГАУ, в лизиметрах, размером 1 м2. Повторность опыта четырёхкратная, расположение вариантов - систематическое, последовательное. Норма полива зависела от погодных условий, фазы развития, биологических особенностей культур и в среднем составляла 400 м3/га.
Поскольку тяжелые металлы в виде примесей содержатся в минеральных удобрениях, то схемы опытов разрабатывали с учетом фонов их внесения: для свеклы столовой (фон М45Р90) -
0 СС^ СС5^ СС1№ СС^ N¡5^ N¡1
, N1
для моркови (фон Р90) - 0, СС15,
СС2^ СС5,8 СС1№ ^ ^
^ 2п45.
Из минеральных удобрений применяли аммиачную селитру, двойной суперфосфат, микроэлементы - в виде сухих ацетатных солей. Удобрения вносили вручную, предварительно смешав с почвой.
Подвижные формы цинка, кадмия и никеля извлекали из почвы с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8. Из растений элементы выделяли путем мокрого озоления. Содержание цинка, кадмия и никеля в вытяжках определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
В почве опыта до посева свеклы столовой на фоне азотно-фосфорных удобрений количество кадмия (0,09 мг/ кг) и никеля (0,53 мг/кг) оценивалось как среднее, цинка (1,87 мг/кг) - низкое [9]. Высокое содержание подвижных форм элементов в почве отмечали при внесении кадмия во всех указанных дозах, цинка - в дозах 47,8, 82,8 и 166 кг/ га, никеля - в дозе 23 кг/га, при дозе этого элемента 82 кг/га оно превышало ПДК в 1,8 раза. Количество подвижных форм кадмия, никеля и цинка в почве повышалось пропорционально возрастающим дозам внесения микроэлементов: содержание кадмия увеличилось на 0,46.2,97, никеля - на 0,36.6,61, цинка - на 2,82.14,33 мг/кг почвы.
Перед посевом моркови содержание кадмия (0,15 мг/кг) и цинка (3,55 мг/кг) в почве на фоне Р90 было высоким, никеля (0,53 мг/кг) - средним. Внесение этих элементов в почву в указанных дозах повышало содержание подвижных форм кадмия, по отношению к фону, на 0,36.4,56, цин-
со ф
з
ь
ф
д
ф
ь
ф
00 О 00
М0„, ¿п„0, 7п0„0, 7п
Рис 1. Содержание кадмия в корнеплодах овощных культур: — морковь.
— свекла столовая;
Рис 2. Содержание никеля в корнеплодах овощных культур.
Рис 3. Содержание цинка в корнеплодах овощных культур.
ка - на 3,33...11,45 мг/кг При внесении никеляуровень обеспеченности почвы элементом увеличивался на 1,07. 6,61 мг/кг то есть до высокого, а при дозе 90 кг/га превышал ПДК в 1,8 раза.
При внесении никеля и цинка наблюдалось снижение обеспеченности почвы подвижным кадмием в среднем на 0,05 мг/кг. Возрастающие дозы кадмия обеспечивали стабильное повышение содержания подвижного никеля на 0,05.0,12 мг/кг 5? Значительное увеличение содержась ния подвижного кадмия при его вне-оо сении обусловлено тем, что до 70 % ^ этого элемента при попадании в почву о связывается с ее химическими ком-| плексами, доступными для усвоения растениями [10]. Небольшое повыше® ние обеспеченности почвы подвижным 5 никелем связано со способностью $ элемента образовывать стабильные
комплексные соединения с почвенным органическим веществом, что снижает его доступность растениям.
Между дозами микроэлементов и содержанием их подвижных форм в почве установлены тесные корреляционные зависимости, которые показывают, что каждый килограмм кадмия, никеля и цинка, внесенный в почву, в среднем увеличивает содержание их подвижных форм на 0,18, 0,08 и 0,09 мг/кг соответственно. Установленные коэффициенты интенсивности действия микроэлементов «Ь» позволяют прогнозировать их содержание в почве в случае внесения или техногенного загрязнения:
С = Сн + Д ■ Ь, мг/кг (1),
где Сн и С - фактическое содержание подвижного кадмия, никеля и цинка в почве соответственно до и после внесения элемента, мг/кг; Д - доза внесенного в почву элемента, кг/га;
Ь - коэффициент интенсивности действия единицы (1 кг/га) поступившего в почву элемента.
В среднем ошибка прогнозирования количества кадмия, никеля и цинка в почве по формуле (1) составила соответственно 5,9, 17,1 и 7,4 %, от их фактического содержания в почве. На основании установленных ориентировочных нормативов измененияуровня обеспеченности почвы при внесении определенных доз микроэлементов, можно прогнозировать их накопление и в растениеводческой продукции.
Поскольку элементы, поступающие в почву в виде удобрений, наиболее доступны растениям для потребления, то пропорционально увеличению дозы вносимого элемента повышается и уровень его содержания в корнеплодах овощных культур (рис. 1, 2, 3).
Поступление микроэлементов в растения определяется их физиологическим значением, видом растений, концентрацией подвижных форм элемента в почве, внешними и внутренними взаимодействиями с ионами других элементов. По поступлению, усвоению и по уровню содержания в растениях изучаемые элементы можно расположить в следующей последовательности: - N - Сс1.
Действие кадмия, никеля и цинка на урожайность корнеплодов свеклы столовой и моркови зависело от метеорологических условий года, вносимого элемента, его дозы, концентрации в почве и растении. Максимальная в опыте прибавка урожая корнеплодов свеклы столовой отмечена при внесении по фону Ы45Р90 кадмия в дозе 5,8, никеля - 23 и цинка - 41,4 кг/га (табл. 1). Среднее достоверное увеличение урожая корнеплодов по вариантам составило 3,63 т/га, или 30,2 %.
Наибольшая урожайность моркови установлена в вариантах с заделкой по фону Р90 кадмия в дозе 2,9, никеля и цинка - по 30 кг/га (табл. 2). Угнетаю-
1. Влияние кадмия, никеля и цинка на урожайность корнеплодов свеклы столовой (среднее за 2013-2017 гг.)
Вариант Урожайность, т/га Прибавка к фону
т/га %
М45Р90 - фон 12,0 - -
СС 2,9 13,4 1,4 11,6
СС 5,8 15,6 3,6 30,0
СС 11,6 14,0 2,0 16,7
СС 17,0 12,9 0,9 7,5
N1 5,4 15,5 3,5 29,2
12,6 16,7 4,7 39,2
^ 23,0 19,4 7,4 61,7
^ 82,0 14,7 2,7 22,5
2П 41,4 16,9 4,9 40,8
2П 47,8 15,5 3,5 29,2
82,8 14,6 2,6 21,7
166,0 12,7 0,7 5,8
НСР05 1,3 -
2. Влияние кадмия, никеля и цинка на урожайность корнеплодов моркови (среднее за 2013-2017 гг.)
Вариант Урожайность, т/га Прибавка к фону
т/га %
P90 - фон 27,1 - -
Cd1,5 28,4 1,3 4,8
Cd2,9 30,3 3,2 11,8
Cd5,8 29,0 1,9 1,0
Cd11,6 27,3 0,2 0,7
P90 - ф0Н 24,6 - -
N¡30,0 29,0 4,4 17,9
N¡60,0 26,0 1,4 5,7
Ni90,0 23,5 - 1,1 - 4,8
Zni5,0 27,3 2,6 11,0
Zn30,0 28,0 3,4 13,8
Zn45,0 26,1 1,5 6,1
НСР05 4,2 -
щее действие на растения моркови и низкая урожайность были отмечены при внесении никеля в дозе 90 кг/га, при которой уровень его содержания в почве превышал ПДК в 1,8 раз.
Применение микроэлементов в дозах, превышающих оптимальные (при которых была получена наибольшая прибавка урожая корнеплодов), приводило к снижению урожайности овощных культур.
Установлено, что в условиях Омского Прииртышья для формирования максимально возможного урожая свеклы столовой на лугово-черноземной почве при ее обеспеченности кадмием 0,051, никелем 0,68 и цинком 2,46 мг/ кг необходимо вносить кадмия 5,8, никеля 23 и цинка 41,4 кг/га. Расчетные оптимальные дозы элементов под свеклу столовую составят:
Ды =
0,296
Cd мг/кг 101,8
(2); Дш =
(4).
15,1
Ni мг/kj
(3);
Zn мг/кг
Под морковь рекомендованы следующие оптимальные дозы элементов: кадмия 2,9, никеля и цинка по 30 кг/га, которые рассчитаны по формулам:
Дсч =
Дгп =
0,147
Cd мг/кг
73,8
(5 У,Ш =
(7).
19,7
Ni мг/ki
(6);
Zл мг/кг
Таким образом, располагая определенными количественными показателями в системе «почва-удобрение-урожайность (величина и качество)», можно установить оптимальные уровни содержания тяжелых металлов в почве и корнеплодах, которые могут служить физиологическими характеристиками сбалансированного и оптимального питания растений цинком, никелем и кадмием.
Внесение микроэлементов повысило содержание их подвижных форм
в почве с низкого и среднего уровня до высокого. Установлено, что каждый килограмм кадмия, никеля и цинка, внесенный в почву, в среднем увеличивает содержание их подвижных форм на 0,18, 0,08 и 0,09 мг/кг соответственно. На основе полученных коэффициентов интенсивности действия «b» (0,18, 0,08 и 0,09 мг/кг) предложены формулы для расчета ориентировочного накопления кадмия, никеля и цинка в корнеплодах при их поступлении из почвы и формулы для расчета оптимальных доз элементов под овощные культуры с целью получения максимально возможного урожая. Максимальная в опыте прибавка урожая корнеплодов свеклы столовой отмечена при внесении по фону N45P90 кадмия в дозе 5,8, никеля - 23 и цинка - 41,4 кг/га. Для моркови можно рекомендовать следующие оптимальные дозы элементов: кадмия 2,9, никеля и цинка по 30 кг/га по фону P90.
Литература.
1. Теоретические и методические основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий: коллективная монография // Научные основы предотвращения деградации почв (земель) сельскохозяйственных угодий России и формирования систем воспроизводства их плодородия в адаптивно-ландшафтном земледелии: в 3-х т. Т1. М.: Почв. ин-тим. В. В. Докучаева Рос -сельхозакадемии, 2013. С. 523-524.
2. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005. 558 с.
3. Азаренко Ю .А. Рейнгард Я.Р. Содержание микроэлементов в почвах и почвенно-геохимическое районирование Омской области // Омский научный вестник. 2012. № 1(108). С. 188-192.
4. Горяников Ю.В., Калаханова В.Ю., Тамова Э.В. Агрохимическое и эколого-токсическое состояние почв, эффективность применения средств химизации в Карачаево-Черкесской Республике // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. №8. С. 23-27.
5. Чекмарев П.А., Сидоров А.В., Моисеев А.А. Динамика плодородия пахотных почв Республики Мордовия // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 1. С. 4-9.
6. Алхименко Р.В. Мониторинг состояния пахотных почв в западном и центральном территориальных округах Красноярского края // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 10-14.
7. Котченко С.Г., Воронин А.Я. Динамика плодородия пахотных почв Тюменской области // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 7. С. 41-43.
8. Градобоева Н.А., Елизарьев В.В., Сиренева Н.В. Мониторинг почвенного плодородия пахотных земель Республики Хакасия // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 7. С. 44-47.
9. Обухов А.И., Ефремова Л. А. Охрана и рекультивация почв, загрязненных тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы: Сборник
материалов Всесоюзной конференции. Том I. М., 1988. С. 23-25.
10. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 1-4 групп : справочник / под ред. В. А. Филова. Л.: Химия, 1988. 512 с.
Influence of Application of Cadmium, Nickel, Zink on the Level of Their Content in Soil, Productivity and Quality of Root Crops
L.N. Andriyenko, Yu.V. Aksenova
P.A. Stolypin Omsk State Agrarian University, pl. Institutskaya, 1, Omsk, 644008, Russian Federation
Abstract. The investigation was carried out in 2013-2017in order to establish the influence of various doses of zinc, cadmium and nickel on their content in soil, productivity and quality of root crops. The objects of the research were the meadow-chernozemics low-thick heavy loamy soils with low humus content, located in the southern forest-steppe zone of Omsk region, table beet, carrot. Designs of microfield experiments included the following variants of application of trace elements: 0, Cd2.9, Cd5.8, Cd11.6, Cd17, Ni5.4, Ni12.6, Ni23, Ni82,Zn41.4, Zn47.8, Zn82.8, Zn 166 for table beet against the background of N45P90; Cd1.5, Cd2.9, Cd5.8, Cd11.6, Ni30, Ni60, Ni90, Zn15, Zn30, Zn45 for carrot against the background of P90. Of mineral fertilizers, ammonium nitrate and double superphosphate were applied; trace elements were introduced in the form of dry acetate salts in the soil layer of 0-30 cm. Application of trace elements increased the content of their mobile forms from the low and average level to the high one. Application of nickel and zinc decreased the provision of the soil with mobile cadmium on average by 0.05 mg/kg. The increasing doses of cadmium provided a stable increase in the amount of mobile nickel by 0.05-0.12 mg/kg. Each kilogram of cadmium, nickel and zinc, applied in the soil, increases the content of their mobile forms on average by 0.18,0.08 and 0.09 mg/kg, respectively. The obtained coefficients of action intensity of trace elements enable to predict the content of the trace elements in the soil in case of their application or technogenic pollution. According to the content in plants (mg/kg of dry matter), the elements can be ranked in descending order in the next row: zinc (13.3-21.1), nickel (0.9-3.18), cadmium (0.15-0.33). Each kilogram of cadmium, nickel and zinc, applied in the soil in the optimal dose, enables to get additionally 3.6, 7.4 and4.9 t/ha of roots of table beet and 3.2, 4.4 and 3.4 t/ha of roots of carrot.
Keywords: heavy metals; beet; carrot; trace elements; cadmium; nickel; zinc.
Author Details: L.N. Andriyenko, Cand. Sc (Agr.), assoc. prof. (е-mail: ln.andrienko@ omgau.org); Yu. V. Aksenova, Cand. Sc(Biol.), assoc. prof. (е-mail: axsenovajulia@gmail. com).
For citation: Andriyenko L.N., Aksenova Yu.V. Influence of Application of Cadmium, Nickel, Zink on the Level of Their Content in Soil, Productivity and Quality of Root Crops. Zemledelie. 2018. No. 8. Pp. 23-25(in Russ.). DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10807.
Ы (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
00 О 00
