Мониторинг содержания микроэлементов (Mn, Zn, Co) в агроценозах юго-западной части центрально-черноземного района России

Potassium status of soils in rice fields of the Kuban

A. Kh. Sheudzhen12,

0. A. Gutorova12, H. D. Hurum1,

1. A. Lebedovsky, T. A. Illarionova1

1I. T Trubilin Kuban State Agrarian University, ul. Kalinina, 13, Krasnodar, 350044, Russian Federation 2Federal scientific rice centre, pos. Belozernyi, 3, Krasnodar, 350921, Russian Federation

Abstract. The purpose of the work was to study the effect of fertilizers on the potassium regime of meadow and meadow-boggy soils in rice fields in the Republic of Adygeya. The experimental design provided for the option without fertilizers (control) and the use of N90P60K45, N120P80K60, N150P100K75 and N180P120K90. The soil was sampled before the flooding and sowing of rice, during the growing season and after harvesting from the layer of 0-20 cm. We determined the total content of potassium and its forms. In meadow and meadow-boggy soils, the share of exchange, non-exchange hydrolyzable, non-exchange inert and silicate potassium accounts for 1.3% and 1.2%; 8.9% and 8.2%; 19.7% and 20.9%; 70.1% and 69.7 % of the total amount (18,356and20,138 mg/kg), respectively. The proportion ofwater-soluble potassium was 21 -23 % of the exchange potassium. The application of potassium fertilizers against the background of nitrogen-phosphorus fertilizers in the rates of N150P100K75 and N180P120K90 increased the amount of total potassium in the meadow and meadow-boggy soils, in relation to the control, by 41 and 84 mg/kg and 55 and 76 mg/kg; of water-soluble potassium - by 15 and 18 mg/kg and 9 and 12 mg/kg; of exchange potassium - by 16 and 30 mg/kg and 8 and 32 mg/kg; of non-exchange hydrolyzable potassium - by 16 and 20 mg/kg and 39 and 42 mg/ kg; of non-exchange inert potassium - by 70 and 179 mg/kg and 142 and 164 mg/kg, respectively. The increase in the content of organic potassium was associated with the additional influx of plant residues into the soil under the influence of fertilizers. The improvement of the potassium regime of soils during their flooding was influenced by the norms of fertilizers of N150P100K75 and N180P120K90, with the application of which the amount of exchange potassium increased by 10-27 mg/kg, or by 4.3-10.8%, depending on the phase of rice vegetation. Meadow-boggy soil is better provided with total potassium and its forms than meadow one.

Keywords: rice (Oryza sativa); meadow soil; meadow-boggy soil; fertilizers; total potassium; water-soluble potassium; exchange potassium; non-exchange potassium; silicate potassium; organic potassium

Author Details: A. Kh. Sheudzhen, member of the RAS, D. Sc. (Biol.), head of department, headofdivision (e-mail: ashad.sheudzhen@mail. ru); O. A. Gutorova, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof., leading research fellow (e-mail: oksana.guto-rova@mail.ru); H. D. Hurum, D. Sc. (Agr.), prof.; I. A. Lebedovsky, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; T. A. Illarionova, post graduate student.

For citation: Sheudzhen AKh, Gutorova OA, Hurum HD, et al. [Potassium status of soils in rice fields of the Kuban]. Zemledelie. 2020;(5):6-9. Russian. doi: 10.24411/00443913-2020-10502.

doi: 10.24411/0044-3913-2020-10503 УДК 631.416.9

Мониторинг содержания микроэлементов (Мп, Zn, Со) в агроценозах юго-западной части центрально-черноземного района России

Д. В. ЖУЙКОВ, зав. лабораторией

Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация

Исследования проводили с целью обобщения и анализа результатов государственного агроэкологического мониторинга пахотных почв по содержанию марганца (Mn), цинка (Zn) и кобальта (Co) в Белгородской области за 2015-2018 гг. Низким содержанием подвижного марганца характеризуются 38,6 % пахотных почв, цинка - 98,7 %, кобальта - 99,3 %. Главная причина дефицита подвижного цинка и кобальта в черноземе -низкое фоновое содержание. С увеличением объёмов внесения органических удобрений наметилась тенденция роста содержания в почвах подвижных форм марганца и стабилизация обеспеченности цинком и кобальтом. В почвенном профиле чернозема типичного установлена сильная связь между валовым содержанием кобальта и марганца (r = 0,88), обыкновенного (r=0,55) - средняя, корреляция между кобальтом и цинком в черноземах обоих подтипов была одинаковой (r = 0,77). В растениях озимой пшеницы, люпина белого и сои больше микроэлементов накапливаются в семенах, чем в соломе, для растений гороха наблюдали обратную закономерность для марганца. Наибольшую аккумуляцию изучаемых минеральных элементов, особенно марганца, отмечали в люпине белом. Семена этого растения аккумулировали 1053,0 мг/кг марганца (это в 44 раза больше, чем в семенах сои), 43,5мг/кгцинка, 0,90мг/кг кобальта. Меньше всего микроэлементов было в растениях гороха: марганца в семенах - 9,22 мг/кг, цинка и кобальта в вегетативных органах -3,34 и 0,10 мг/кг соответственно.

Ключевые слова: марганец, кобальт, цинк, почва, чернозем, коэффициент накопления.

Для цитирования: Жуйков Д. В. Мониторинг содержания микроэлементов (Mn, Zn, Co) в агроценозах юго-западной части центрально-черноземного района России//Земледелие. 2020. №5. С. 9-13. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10503.

Присутствие микроэлементов в микродозах от 0,1 до 0,00001 % необходимо для нормального функционирования живых организмов. Они входят в состав ферментов, витаминов и гормонов, участвуют в важнейших биохимических реакциях. Дефицит или избыточное их накопление в организме животных и растений приводит к сбоям в обмене

веществ, что в конечном итоге вызывает развитие различных заболеваний [1].

Находясь в почвенном растворе в высоких концентрациях, микроэлементы поглощаются растениями и включаются в пищевые цепи, представляя опасность для здоровья человека. По степени токсичности отечественные нормативные документы относят Мп к третьему классу опасности, Со - ко второму, Zn - к первому. В то же время ряд ученых называет их «элементами жизни», подчеркивая возможность жизни и развития живых организмов только в присутствии этих минеральных элементов.

Важное значение имеет оптимальное содержание микроэлементов в кормовых растениях, что способствует повышению иммунитета и продуктивности животных [2].

Предельно допустимая концентрация (ПДК) валового марганца для всех типов почв составляет 1500 мг/кг Ориентировочно-допустимая концентрация цинка в суглинистых и глинистых почвах с рН >5,5, согласно ГН 2.1.7.251109, - 220 мг/кг Валовое содержание кобальта в почве не нормировано отечественным законодательством, в зарубежных источниках допустимым считается его содержание 250 мг/кг [3]. ПДК подвижных форм марганца, цинка и кобальта в почве составляет соответственно 140, 23 и 5 мг/кг

Согласно ВМДУ-87 максимально допустимый уровень (МДУ) концентрации цинка в кормах для сельскохозяйственных животных (зерно, зернофураж, грубые и сочные корма) составляет 50,0 мг/кг, кобальта - 1,0 мг/кг Содержание марганца в продовольственном сырье и пищевых продуктах не нормировано.

На сегодняшний день пахотные почвы многих регионов слабо обеспечены подвижными формами микроэлементов, что отрицательно сказывается на ы продуктивности растениеводства и е устойчивости агроландшафтов [4, 5, л 6]. Так, на всех реперных участках, рас- Д положенных в зоне деятельности ЦАС л «Волгоградский», отмечен дефицит под- е вижных соединений цинка и кобальта при 2 содержании этих элементов на уровне 5 0,60.. .0,64 мг/кг почвы и 0,04.. .0,06 мг/кг м почвы соответственно. Динамика со- 2 держания марганца - отрицательная, 0

почвы реперных участков перешли из группы высокообеспеченных в группу со средней обеспеченностью подвижными формами этого элемента. Его средневзвешенное содержание снизилось с 27,8 мг/кг в 1995 г до 16,2 мг/кг в 2016 г [7]. Культурные растения на обследованной территории центральной, восточной и южной зон Курганской области испытывают острый недостаток в меди и цинке, соответственно 98,7 % и 91,5 % почв пашни бедны этими микроэлементами. Кобальтом бедны 69,5 % почв, марганцем - 42,7 %, молибденом - 26,8 % [8]. Почвы Чувашии характеризуются низкой обеспеченностью подвижным марганцем : 97 % пахотных земель содержат его в недостаточном количестве [9].

Цель исследований - изучение особенностей распределения марганца, цинка, кобальта в почвах юго-западной части ЦЧР России (на примере Белгородской области), а также их накопления в растениях на этой территории.

Длятерритории Белгородскойобласти характерен умеренно-континентальный климат, изменяющийся с запада на юго-восток от влажного до недостаточно увлажненного, что отражается на закономерностях влияния факторов почвообразования. Почвенный покров зоны обследования представлен черноземами типичным (лесостепная зона, Прохоровский район, ГТК 1,1...1,2) и обыкновенными (степная зона, Ровень-ский район, ГТК < 0,9) [10].

В работе проанализированы материалы сплошного агрохимического обследования пахотных почв и результаты локального агроэкологического мониторинга на реперных объектах (участки площадью 4.40 га в 20 административных районах) в Белгородской области. Аналитические исследования проводили в испытательной лаборатории ФГБУ «Центр агрохимической службы «Белгородский». Подвижные формы микроэлементов извлекали ацетатно-аммонийным буфером (ААБ) с рН 4,8 по методу Крупского и Александровой: марганец - по ГОСТ Р 50685-94, цинк - по ГОСТ Р 50686-94, кобальт - по ГОСТ Р 50683-94. Валовое содержание изучаемых элементов измеряли на атомно-абсорбционном спектрометре

Квант-2М после экстракции 5М HNO3 согласно методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства (ЦИНАО, 1992 г).

При статистической обработки результатов исследований рассчитывали средние значения с доверительным интервалом (х ±^5з-), а также коэффициент вариации (V).

Для количественной оценки распределения и накопления микроэлементов в отдельных генетических горизонтах при различных почвенно-геохимических условиях рассчитывали коэффициента накопления (КН) - отношение валового содержания микроэлемента в генетическом горизонте к его концентрации в почвообразующей породе.

В природе поступление микроэлементов в ландшафты происходит главным образом из почвообразующих пород. Среди антропогенных источников - выбросы предприятий черной и цветной металлургии, сточные воды, микроудобрения, пестицидные препараты. На территории Белгородской области основной и наиболее значимый источник поступления микроэлементов в агроландшафты -органические удобрения (табл. 1). В результате реализации программ развития птицеводства и свиноводства начиная с 2006 г на территории области вырос уровень их применения. В 2015-2018 гг. он достиг рекордного значения 8,1 т/га посевной площади [11].

По нашим данным, среди органических удобрений наибольшие валовые концентрации цинка в расчете сухого вещества (2401 мг/кг) и кобальта (6,76 мг/кг) содержатся в навозных стоках, марганца (284 мг/кг) - в соломопомет-ном компосте (см. табл. 1). Самая низкая средняя валовая концентрация цинка (80 мг/кг) и кобальта (1,40 мг/кг) отмечена в навозе КРС, марганца (179 мг/кг) - в навозных стоках. При внесении средних доз органических удобрений: соломо-помётного компоста 15 т/га, навоза КРС 40 т/га и навозных стоков 70 т/га в почву поступит марганца соответственно 1335; 480; 6,17 г/га, цинка - 2520; 200; 82,8 г/ га, кобальта - 13,1; 3,5; 0,23 г/га.

Незначительное количество марганца, цинка, кобальта как сопутствующих

элементов поступает в агроценозы с наиболее распространенными в области минеральными удобрениями: аммиачной селитрой - соответственно 1,3; 0,68; 0,26 мг/кг и азофоской (16:16:16) - 72,4; 11,8; 0,18 мг/кг

По результатам исследований в юго-западной части Центрального Черноземья наибольшим валовым содержанием Мп, Zn и Со характеризуются верхние горизонты почвы пахотных земель: в черноземах типичных оно составляет345; 36,5; 8,48 мг/кг; в черноземах обыкновенных - 397; 42,9; 9,51 мг/кг Аналогичная ситуация характерна для заповедных земель. Концентрация микроэлементов в черноземе обыкновенном (природный парк «Ровеньский») выше, чем в типичном (территория участка «Ямская степь» государственного заповедника «Белогорье»). Однако абсолютные фоновые значения содержания элементов в гумусово-аккумулятивных горизонтах, по сравнению с пахотными землями, выше только по марганцу и цинку. На глубине 10.20 см целинного чернозёма типичного концентрация марганца, цинка и кобальта составляет соответственно 362; 44,7; 8,3 мг/кг в слое 15.25 см чернозёма обыкновенного - 442; 51,2; 8,6 мг/кг.

Почвы более тяжёлого механического состава, как правило, отличаются повышенным содержанием микроэлементов. Чернозем обыкновенный сформировался на карбонатных лёссовидных глинах более тяжелого гранулометрического состава и высокодисперсные минералы способствуют закреплению элементов. Кроме того, ввиду большей окарбо-наченности он обладает повышенным окислительно-восстановительным потенциалом, что также способствует переводу микроэлементов в труднодоступные для растений формы [12, 13]. С глубиной почвенный раствор подщелачивается и валовые запасы микроэлементов снижаются (табл. 2).

По результатам наших исследований установлены тесные связи между содержанием органического вещества и марганца (г = 0,77 в черноземе типичном и 0,79 в черноземе обыкновенном). Существует высокая одинаковая степень ассоциации валового содержания кобальта и цинка (г = 0,77) по почвенному профилю

1. Содержание микроэлементов в органических удобрениях и дефекате, мг/кг

Вид удобрения Показатель Мп гп Со

на исходную влажность на сухое вещество на исходную влажность на сухое вещество на исходную влажность на сухое вещество

о

СЧ О СЧ 1Л

Ф ^

Ф

4

ф

^

5

Ф

СО

Стоки навозные Ит 1,13. .7,08 50,9. ..319 22,7. .88,9 1023. ..4005 0 08. .0, 23 3,6.. .10 ,4

(влажность ± г053- 3,97 0,59 179 ± 27 53,3 ± 7,77 2401 ± 350 0, 15 ± 0 02 6, 76 ± 0 90

97,78 %, п = 26) V, % 36 7 36, 1 25 6

Компост соломо- Ит 66.. 257 118. .459 139. .451 248. ..805 0 65. .2, 54 1 16 ..4 54

помётный (влаж- ± г053- 159 ± 21,0 284 ± 38 300 ± 42,1 536 ± 75,2 1, 56 ± 0 ,21 2, 79 ± 0 38

ность 34 %, п = 25) V, % 32 6 34, 7 33 7

Навоз КРС (влаж- Ит 17,4. .88,4 69,6. ..354 11,5. .37,4 46.. .150 0 14. .0, 56 0 56 ..2, 24

ность ± г053- 48,0 5,32 192 ± 21,3 20,0 ± 2,44 80,0 ± 9,76 0, 35 ± 0 05 1, 40 ± 0 20

75 %, п = 32) V, % 30 8 33 8 36 5

Дефекат (влажность Ит 97,4. ..268 112. .308 16,6. .62,7 19,1. ..72,1 1 ,81.. .4, 35 2,08... 5

13 %, п = 18) ± г053- 185 ± 26,9 213 ± 30,9 43,8 7,54 50,3 ± 8,67 2, 76 ± 0 40 3, 17 ± 0 46

V, % 29 3 34, 6 28 8

Генетический горизонт* Чернозем типичный Чернозем обыкновенный

рН , ^ вод' ед. органическое вещество, % Х ± ^ Ит V, % КН рН , ^ вод' ед. органическое вещество, % X ± 105!5Х Ит V, % КН

Мп

Апах 6,7 5,6 345 ± 14,6 245. ..396 9,6 1,53 7,8 5,2 397 ± 17,9 311. .463 10,2 1,43

А"" 6,9 5,0 329 ± 15,9 254. ..393 10,9 1,46 7,9 4,8 390 ± 16,9 315. .445 9,8 1,40

АВ 7,5 3,6 308 ± 17,0 241. ..383 12,4 1,37 7,9 4,1 363 ± 21,8 246.. .434 13,5 1,31

ВСа ВССа ССа 8,0 2,1 256 ± 19,4 154. .321 17,1 1,14 8,1 2,9 327 ± 19,6 238.. .420 13,5 1,17

8,1 1,3 234 ± 18,8 175. ..328 18,1 1,03 8,3 1,9 287 ± 16,2 225.. .387 12,7 1,03

8,1 1,0 232 ± 21,7 123. ..317 21,1 1,00 8,3 1,6 279 ± 10,3 233.. .327 8,3 1,00

Zn

А

пах

А АВ

ВСа ВСС

ССа

А

пах

А АВ

ВСа ВСС

6,7 6,9 7,5 8,0 8,1 8,1

6,7 6,9 7,5 8,0 8,1 8,1

5,6

5.0 3,6

2.1 1,3 1,0

5,6

5.0 3,6

2.1 1,3 1,0

36.5 ± 2,91 35,1 ± 2,42

33.6 ± 2,27

32.1 ± 3,01

31.2 ± 2,34 31,2 ± 2,91

8,48 ± 0,37 8,34 ± 0,36 8,23 ± 0,42 7,14 ± 0,55 6,61 ± 0,38 6,71 ± 0,53

23.2. 23,5. 24,5.

20.3. 21,2. 16,8.

5,91. 6,39. 6,43. 4,87. 5,14. 4,24.

52,5 .44,0 .44,1 .42,7 .41,7 .43,0

9,64 9,26 .10,1 9,68 8,45 .9,14

18 15,6 15,3 21,1 16,9 21,1

10 9,8 11,6 17,3 12,9 17,8

Со

1,19 1,14 1,10 1,04 1,01 1,00

о

1,29 1,27 1,25 1,08 1,00 1,00

7.8

7.9 7,9 8,1 8,3 8,3

7.8

7.9 7,9 8,1 8,3 8,3

5,2

4.8

4.1

2.9 1,9 1,6

5.2

4.8 4,1

2.9 1,9 1,6

42,9 ± 2,20

42.1 ± 2,18 40,9 ± 2,36 38,7 ± 2,32

36.2 ± 2,47

35.3 ± 2,55

9,51 ± 0,46 9,55 ± 0,44 9,37 ± 0,52 8,67 ± 0,47 8,01 ± 0,55 7,74 ± 0,47

33,6. 31,0.

25.8. 28,6. 26,4.

24.9.

7,80. 7,10. 6,60. 6,10. 6,10. 5,90.

.50,5 .50,0 .48,3 .46,6 .46,6 .44,2

.10,9 .10,9 .11,5 .10,8 .10,5 .9,50

11,5 11,7 13

13.5 15,4 16,3

11,0 10,3

12.6 12,2

15.6

13.7

1,24 1,21 1,18 1,11

1.03 1,00

1.24

1.25 1,22 1,13

1.04 1,00

*средняя мощность горизонтов: чернозем типичный - А - 0...25 см, А - 26.

' пах '

чернозем обыкновенный - А - 0...25 см, А

пах

указанных подтипов черноземов, а связь между валовой концентрацией кобальта и марганца в черноземе типичном (г = 0,88) сильнее, чем в обыкновенном (г = 0,55). Между распределением марганца и цинка установлены корреляционные связи средней величины: г=0,63 в черноземе типичном и г = 0,59 в черноземе обыкновенном.

В целом по почвенному профилю КН марганца и кобальта несколько выше в черноземе типичном, цинка - в черноземе обыкновенном. По сравнению с содержанием марганца, цинка, кобальта в породе, накопление этих элементов в пахотном горизонте (Апах) чернозема типичного составило соответственно 1, 53; 1,19; 1,29, чернозема обыкновенного - 1,43; 1,24; 1,24.

С точки зрения жизнеобеспеченности питательными веществами растений, больший интерес вызывает доступность подвижных форм микроэлементов. Как свидетельствуют результаты сплошного агрохимического обследования почв Белгородской области, максимальное содержание подвижного марганца и цинка фиксировали в 1990-1994 гг, за 1995-2009 гг оно снизилось до минимума (табл. 3) [14]. Такая ситуация была вызвана отрицательным балансом питательных веществ в агроэкосистемах области на протяжении 1995-2008 гг. из-за резкого снижения уровня использования органических удобрений, объем внесения которых в 2006 г составлял 912 тыс. т (0,9 т/га посевной площади) [11]. Подвижный кобальт при сплошном агрохимическом обследовании пахотных почв начали определять в 2005-2009 гг В 2010-2014 гг к категории низкообеспеченных по содержанию подвижных форм цинка относилось

.36 см, АВ - 47...90 см, ВС - 91...111 см, ВСО - 112...134 см, СО

' ' Са ' Са 'С

- 26...43 см, АВ - 44...72 см, Вг. - 73...90 см, ВСГ. - 91...124 см,

- > 135 см

99,2 % пахотных почв, кобальта - 94,1, марганца - 54,4 % [15].

К 2018 гг произошел небольшой рост содержания подвижного марганца до среднего (по существующей градации) уровня обеспеченности - 11,7 мг/кг при этом концентрация подвижных форм цинка и кобальта не снижалась. Тем не менее, по данным сплошного агрохимического обследования 2015-2018 гг, большинство пахотных почв области относится к категории низкообеспеченных подвижными формами этих элементов (98,7 % и 99,3 % площади соответственно), что потенциально ограничивает возможности производства высококачественной сельскохозяйственной продукции. Доля почв области, низко обеспеченных подвижным марганцем, составляет 38,6 %.

Чернозем обыкновенный, несмотря на большие абсолютные значения валового содержания микроэлементов, обеспечен их подвижными формами в меньшей степени. При этом в почвах естественных ландшафтов их концентрация, за исключением марганца в черноземе типичном, выше. Содержание подвижных марганца, цинка, кобальта в верхних горизонтах заповедных черноземов типичного и обыкновенного составляет 10,9; 0,79; 0,20 и 6,10; 0,80;

0,14 мг/кг соответственно, в пахотных горизонтах - 16,7; 0,39; 0,08 и 4,14; 0,36; 0,09 мг/кг,. Пониженное содержание подвижных форм микроэлементов в верхних горизонтах пахотных почв обусловлено выносом с сельскохозяйственной продукцией.

Концентрация подвижных форм минеральных элементов варьировала по почвенному профилю сильнее, чем их валовое содержание. В процентном выражении доля подвижных марганца, цинка, кобальта к валовому их содержанию в среднем по почвенному профилю чернозема типичного составила 5,27; 1,11; 1,38 %, чернозема обыкновенного -2,2; 1,07; 1,30 % соответственно,

Наибольшую концентрацию подвижных марганца и цинка отмечали в горизонтах А (16,7 и 0,39 мг/кг) и С (17,7

пах са

и 0,43 мг/кг) чернозема типичного (см. рисунок). Самое низкое содержание подвижных марганца (9,24 мг/кг), цинка (0,26 мг/кг) и кобальта (0,06 мг/кг) фиксировали в горизонте АВ, ввиду закрепления микроэлементов щелочным барьером (рНвод между горизонтами А и В резко возрастал с 6,9 до 8,0 ед.). Концентрация подвижных форм кобальта в горизонтах А , А, АВ изменялась незначительно

пах

(0,06.0,08 мг/кг), увеличиваясь к горизонту ССа (0,14 мг/кг),

3. Динамика средневзвешенного содержания подвижных Мп, Zn, Со в пахотных почвах Белгородской области

Годы Средневзвешенное содержание подвижных форм микроэлементов, мг/кг почвы

Мп гп Со

1990-1994 17,5 1,40 нет данных

1995-1999 12,1 0,66 нет данных

2000-2004 9,8 0,51 нет данных

2005-2009 9,2 0,50 0,08

2010-2014 10,3 0,52 0,10

2015-2018 11,7 0,50 0,08

(О Ф

Ш, ь

Ф

д

ф

ь

Ф

сл 2 О м о

Чернозем типичный

40

Ь 35

^ 30 25

20

£ 15

*

I 10

I 5 0

Ыг

А АВ В Горизонт

ВС С

0,9

Ь 0,8 £ 0,7

с 0,6 N

>5 0,5 _0

* 0,4

ЕЙ 0,3

° 0,2 0,1

Апах А

АВ В Горизонт

+ ♦

ВС С

0,25 0,2

5

<3 0,15

х 0,1

*

! 0,05

о

с

0

т +

т

т

А АВ В Горизонт

ВС С

Чернозем обыкновенный

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

>

А АВ В Горизонт

ВС С

0,9

0,8

5 0,7

г 0,6

N

0,5

п

X * 0,4

т 0,3

о С 0,2

0,1

т

А АВ В Горизонт

т т

ВС С

0,25

0,2

:>

О о 0,15

_о Т 0,1

*

N

Ш ¡3" 0,05

О

0

ж

А АВ В Горизонт

ВС С

Рисунок. Распределение подвижных форм микроэлементов (Мп, Zn, Со) в профиле черноземов типичного и обыкновенного («коробки» — средние значения содержания подвижных форм микроэлементов с доверительным интервалом (— ± tg,sx, «усы» — максимальные и минимальное значения для соответствующих групп наблюдений).

Содержание подвижных форм марганца (4,14 мг/кг) в горизонте Апах чернозема обыкновенного в 4 раза ниже, чем в черноземе типичном, ввиду подще-лачивания почвенной среды. Концентрация подвижного цинка и кобальта в горизонтах А , А, АВ почвы этого типа

^ пах' '

находилась на одном уровне. Лучше всего марганцем, цинком и кобальтом были обеспечены нижние горизонты ССа - 11,0, 0,47 и 0,14 мг/кг соответственно,

Результаты исследования растениеводческой продукции свидетельствуют, что у озимой пшеницы, люпина белого и сои микроэлементы больше накапливаются в зерне, чем в соломе, у гороха наблюдалось обратное соотношение по марганцу (табл. 4).

По обобщенным данным, количество марганца в растениях в среднем составляет 10.300 мг/кг сухой массы, дефицит его проявляется при концентрациях 15.25 мг/кг а токсичное воздействие - при 500 мг/кг [16, 17]. Однако существуют виды, содержание этого элемента в которых может достигать 1000 мг/кг сухой массы без проявления каких-либо признаков физиологического стресса [18, 19]. По результатам наших исследований установлена гипераккумуляция марганца в семенах люпина белого - 1053 мг/кг что в 44 раза больше, чем в семенах сои. В зерне озимой пшеницы, семенах сои и гороха величина этого показателя составляет 33,3; 24,1 и 9,22 мг/кг соответственно. В кормовых травах содержание марганца примерно одинаковое (28,5.31,2 мг/кг) и меньше, чем в заповедном степном разнотравье (41,2 мг/кг).

Нормальное содержание цинка в растениях составляет20.60 мг/кг [20], а при 300 мг/кг они испытывают вредное воздействие этого минерального элемента [21, 22]. В наших исследованиях цинк преимущественно был сосредоточен в семенах растений: люпин белый - 43,5 мг/кг соя - 25,3 мг/кг озимая пшеница -28,6 мг/кг горох - 26,5 мг/кг Содержание цинка в люцерне, клевере и эспарцете

4. Содержание Mn, Zn, ^ в растениеводческой продукции, мг/кг абсолютно сухого вещества

Микроэлемент Показатель Озимая пшеница Люпин белый Соя Горох Клевер (сено) Эспарцет Люцерна Луговое разнотравье

зерно 1 солома зерно 1 солома зерно 1 солома зерно 1 солома (сено) (сено) (сено) - фон

Мп п 22 22 20 20 22 22 22 22 22 22 22 22

- ± ^^ 33,3± 23,7± 1053± 841± 91 24,1± 12,4± 9,2± 18,0± 31,2± 30,7± 28,5± 41,2±

2,7 2,0 50 1,2 1,1 0,5 1,7 1,7 1,0 1,5 3,0

Ит 23,0... 15,3... 857... 594... 16,9... 7,50... 7,3... 7,76... 24,5... 27,4... 22,9... 31,6...

48,1 30,9 1221 1207 27,9 17,6 10,9 22,5 37,6 34,9 37,5 53,9

V, % 18,9 19 10,3 23,2 10,8 20 11,6 21,0 12,3 7,1 11,8 16,3

Zn п 20 20 20 20 22 22 22 22 22 22 22 22

- ± 28,6± 10,4± 43,5± 9,0± 1,2 35,6± 6,4± 0,6 26,5± 3,3± 0,6 16,5± 17,8± 14,0± 21,7±

1,6 0,7 1,9 3,5 1,5 0,8 1,0 1,8 1,2

Ит 23,4... 8,55... 36,5... 6,1... 25,3... 4,49... 17,3... 1,3... 13,0... 12,7... 6,9... 16,3...

34,0 13,7 51,1 16,2 47,3 8,54 30,9 5,5 19,2 20,7 19,8 26,3

V, % 11,6 14,1 9,4 28,5 22,5 20,7 12,6 38,5 11,0 12,7 29,3 12,8

Со 20 20 20 20 20 20 22 22 22 22 22 22

- п - 0,12± 0,11± 0,90± 0,60± 0,21± 0,14± 0,18± 0,10± 0,21± 0,07± 0,07± 0,09±

0,01 0,01 0,11 0,07 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Ит 0,08... 0,09... 0,64... 0,38... 0,16... 0,11... 0,15... 0,06... 0,17... 0,04... 0,05... 0,04...

0,15 0,14 1,41 0,93 0,25 0,19 0,21 0,12 0,24 0,08 0,12 0,15

V, % 15,4 13,9 27,0 25,1 14,3 18,4 10,0 16,0 9,3 17,0 21,7 30,6

о

СЧ О СЧ 1Л

Ф ^

Ф

4

ф

^

5

Ф

СО

А

А

А

А

А

19. Effects of manganese on the microstructures of Chenopodium ambrosioides L. / S. Xue, F. Zhu, C. Wu, et al. // International Journal of Phy-toremediation. 2015. Vol. 18. No. 7. P. 710-719.

20. Ковальский В. В., Раецкая Ю. И., Грачева Т. И. Микроэлементы в растениях и кормах. М.: Колос. 1971. 235 с.

21. Воропаев В.Н., Машкова О.М. Цинк в почвах и растениеводческой продукции стационарного опыта // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2009. № 2. С. 26-31.

22. Хижняк Р. М. Экологическая оценка содержания микроэлементов (Zn, Cu, Co, Mo, Cr, Ni) в агроэкосистемах лесостепной зоны юго-западной части ЦЧО: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2016. 24 с.

Monitoring of the content of trace elements (Mn, Zn, Co) in agrocenoses of the southwestern part of the Central Chernozem region of Russia

варьировало от 14,0 до 17,8 мг/кг а в заповедном разнотравье составляло 21,7 мг/кг

Содержание кобальта в растительных кормах в количестве менее 0,08.0,10 мг/кг сухой массы препятствует нормальному развитию животных. В наших исследованиях близкие к этим величины отмечены в эспарцете и люцерне (0.07 мг/кг), в клевере его содержание было в 3 раза выше (0,21 кг/кг). В семенах люпина белого, сои, гороха и озимой пшеницы концентрация кобальта превышало величину этого показателя в соломе и составляло 0,90; 0,21 ; 0,18 и 0,12 мг/кг соответственно, что свидетельствует о более интенсивной его аккумуляции бобовыми растениями, по сравнению со злаковыми. Содержание этого элемента в луговом разнотравье заповедника составляло 0,09 мг/кг

Таким образом, пахотные почвы в Белгородской области практически полностью относятся к категории низко обеспеченных подвижными формами цинка и кобальта. Важное значение для восполнения микроэлементов в агроце-нозах имеет применение органических удобрений, среди которых наибольшее количество марганца (284 мг/кг сухого вещества) содержится в соломопомет-ном компосте, цинка и кобальта (2401 и 6,76 мг/кг) - в навозных стоках.

В пахотном горизонте (Апах) валовое содержание марганца, цинка, кобальта в степном черноземе обыкновенном выше, чем в лесостепном черноземе типичном в 1,15; 1,18; 1,12 раза, соответственно. Для указанных микроэлементов характерно биофильное накопление в пахотном слое, которое составило 1,53; 1,19; 1,29 в черноземе типичном и 1,43; 1,24; 1,24 в черноземе обыкновенном.

Содержание подвижных форм марганца и кобальта выше в пахотном слое чернозема типичного (в 4,03 и 1,08 раза), цинка - в черноземе обыкновенном (в 1,13 раза).

Наибольшие концентрации марганца, цинка, кобальта фиксировались в зерне люпина - 1053; 43,5; 0,90 мг/кг сухой массы, а наименьшие - в зерне гороха -9,22; 26,5; 0,18 мг/кг соответственно. Содержание микроэлементов в озимой пшенице, люпине белом и сое было выше в основной продукции, а в растениях гороха - в побочной.

Литература.

1. Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие для вузов. 30 изд., испр. М.: Интеграл-Пресс, 2003. 727 с.

2. Пейве Я. В., Айзупиет И. П. Краткий обзор результатов исследований по проблеме «микроэлементы в растениеводстве и животноводстве» за 1972 г // Микроэлементы в СССР: методические материалы. 1974. С. 23-32.

3. Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for

food safety // Environment International. 2016. Vol. 88. P. 299-309. doi: 10.1016/j. envint.2015.12.017.

4. Лукин С. В. Геохимические закономерности распределения микроэлементов в почвах и растительном покрове естественных биоценозов лесостепи ЦЧО // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 8. С. 5-7.

5. Агрохимическое и агроэкологическое состояние почв Брянской области / П. В. Прудников, С. В. Карпеченко, А. А. Новиков и др. Брянск: Издательство ГУП «Клинцовская городская типография», 2007. 608 с.

6. Мониторинг агрохимических показателей почв Липецкой области / П. А. Чекмарев, Ю. И. Сискевич, Н. С. Бровченко и др. // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 8. С. 9-16.

7. Сухова О. В., Болдырев В. В., Акулов А.

B. Мониторинг содержания микроэлементов в почвах Волгоградской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 4. С. 20 -21. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10405.

8. Лысухин Д. В. Агрохимическая характеристика почв центральной, восточной и южной зон Курганской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 4. С. 35 -41. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10409.

9. Лисицын С. В., Ахметшин Ш. М., Белов О. А. Состояние и динамика плодородия почв пахотных земель в Чувашской Республике // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 4. С. 31 -34. DOI: 10.24411/0235-24512019-10408.

10. Марганец и цинк в почвах Каменной Степи при различной степени гидроморфизма / Д. И. Щеглов, Н. С. Горбунова, Л. А. Семенова и др. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2012. № 2. С. 220-226.

11. Лукин С. В. Биологизация земледелия в Белгородской области: итоги и перспективы // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 7. С. 20-23.

12. Побилат А. Е., Волошин Е. И. Марганец в почвах и растениях южной части Средней Сибири // Микроэлементы в медицине. 2017. № 2 (18). С. 43-47.

13. McKenzie R. M., Varentsov I. M., Grasselly G. The manganese oxides in soils // Geology and Geochemistry of Manganese. Budapest: Akademiai Kiado, 1980. 259 p.

14. Лукин С. В., Авраменко П. М., Мелен-цова С. В. Динамика содержания подвижных форм цинка и марганца в почвах Белгородской области // Агрохимия. 2006. № 7. С. 5-8.

15. Лукин С. В. Динамика агрохимических показателей плодородия пахотных почв юго-западной части Центрально-Черноземных областей России // Почвоведение. 2017. № 11.

C. 1367-1376.

16. Дуглас П. О. Воздействие загрязнения микроэлементами на растения // Загрязнение воздуха и жизнь растений. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1988. С. 327-356.

17. Loneragan J. F., Nicholas D. J. D., Egan A. R. The availability and absorption of trace elements in soil-plant systems and their relation to movement and concentration of trace elements in plants // Trace Elements in Soil-Plant-Animal Systems. New York: Academic Press, 1975. 109 p.

18. Manganese accumulation in the leaf mesophyll of four tree species: a PIXE/EDAX localization study / D. R. Fernando, E. J. Bakkaus, N. Perrier, et al. // New Phytologist. 2006. Vol. 171. No. 4. P. 751-758.

D. V. Zhuikov

Center of Agrochemical Service "Belgorodsky", ul. Shchorsa, 8, Belgorod, 308027, Russian Federation

Abstract. The studies were carried out to summarize and analyze the results of state agro-ecological monitoring of arable soils for the content of manganese (Mn), zinc (Zn) and cobalt (Co) in the Belgorod region during 2015-2018. The low content of mobile manganese in the federal subject is characteristic for 38.6% of arable soils, of zinc - for 98.7%, of cobalt - for 99.3%. The main reason for the deficiency of mobile zinc and cobalt in chernozem is the low background content. With an increase in the application of organic fertilizers, there was a tendency for an increase in the content of mobile forms of manganese in soils and a stabilization of the supply with zinc and cobalt. In the soil profile of typical chernozem, a strong relationship was established between the total content of cobalt and manganese (r=0.88). This correlation in ordinary chernozem was average (r = 0.55). The correlation between cobalt and zinc in chernozems of both subtypes was the same (r = 0.77). In plants of winter wheat, white lupine, and soybeans more microelements accumulate in seeds than in straw; for pea plants, the opposite pattern was observed for manganese. The greatest accumulation of the studied mineral elements, especially manganese, was noted in white lupine. The seeds of this plant accumulated 1053.0 mg/kg of manganese (this is 44 times more than in soybean seeds), 43.5 mg/kg of zinc, 0.90 mg/kg of cobalt. The least trace elements were in pea plants: 9.22 mg/kg of manganese in seeds, 3.34 mg/kg and 0.10 mg/kg of zinc and cobalt, respectively, in vegetative organs.

Keywords: manganese; cobalt; zinc; soil; e chernozem; accumulation coefficient. S

Author Details: D. V. Zhuikov, head of labora- e tory (e-mail: oaem_agrohim_31@mail.ru).

For citation: Zhuikov DV [Monitoring of the u content of trace elements (Mn, Zn, Co) in agro- e cenoses of the southwestern part of the Central z Chernozem region of Russia]. Zemledelije. 2020. 5 (5):9-13. Russian. doi: 10.24411/0044-3913- 2 2020-10503. 2

0