Влияние средств химизации и биологизации на изменение содержания свинца и кадмия в зерне сельскохозяйственных культур

УДК 631.811.94

Влияние средств химизации и биологизации на изменение содержания свинца и кадмия в зерне сельскохозяйственных культур

С.Н. НИКИТИН, кандидат сельскохозяйственных наук

Ульяновский НИИ сельского хозяйства.

E-mail: S_nikitin@mail.ru

Результаты многолетних исследований свидетельствуют, что при использовании различных видов органических удобрений на фоне диатомита снижается поступление свинца и кадмия в зерно сельскохозяйственных культур в зернопаровом севообороте.

Ключевые слова: органические удобрения, тяжелые металлы, диатомит, органические удобрения, минеральные удобрения, биопрепарат, севооборот.

Нормирование содержания тяжелых металлов в растениеводческой продукции - важнейший элемент контроля их поступления в организм животных и человека [1]. Пределы колебания содержания тяжелых металлов в растениеводческой продукции могут достигать больших значений и зависят от источников поступления (близость промышленных предприятий, транспортных магистралей, применение отходов в качестве удобрений). Зерно, как генеративный орган растения, благодаря наличию биологических барьеров накапливает меньшее количество тяжелых металлов, так как они в основном локализуются в корневой системе [2].

В соответствии с установленными Санитарными правилами и нормами (СанПиН 2.3.2.1078-01) определены допустимые уровни содержания токсичных элементов в зерне [3].

Исследования по определению сравнительной эффективности различных видов органических удобрений, внесенных в одинаковом количестве по азоту, в сочетании с биопрепаратами в зернопаровом севообороте проводили на опытном поле Ульяновского НИИСХ.

Основными объектами исследований были отходы промышленного животноводства (подстилочный на-

воз крупного рогатого скота), осадки сточных вод очистных сооружений г Ульяновска, диатомит Инзенского месторождения, солома, сидерат (викоовсяная смесь), биологические препараты (Флавобактерин, Ризоа-грин, Ризоторфин), озимая пшеница Харьковская 92 (2005-2007 гг.) и Бирюза (2008-2010 гг.), яровая пшеница Землячка (2006-2008 гг.) и Симбир-цит (2009-2011 гг.), горох Труженик, ячмень Одесский 100.

Эксперимент проводили в семипольном зернопаровом севообороте: чистый пар, озимая пшеница, яровая пшеница, горох, озимая пшеница, яровая пшеница, ячмень. Схема опыта предусматривала следующие варианты использования органических удобрений: без применения (контроль); М140Р95К175 (эквивалентно 25 т/га навоза); навоз-1 (25 т/га); навоз-2 (50 т/га); ОСВ-1 (эквивалентно по азоту 25 т/га навоза); ОСВ-2 (эквивалентно по азоту 50 т/га навоза); сидерат (эквивалентно по азоту 25 т/ га навоза); солома, 5 т/га + Ы115 (эквивалентно по азоту 25 т/га навоза).

Почва опытного участка перед закладкой эксперимента характеризовалась следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса - 5,59-6,35%, подвижных форм фосфора - 202-258 и обменного калия - 96-130 мг/кг (по Чирикову), рН - 6,6, гидролитическая кислотность - 1,4 мг-экв./100 г почвы.

Посевная площадь делянок - 174 м2 (5,8x30), учетная - 120 м2 (4x30). Число делянок - 96, вариантов в одной закладке - 24. Учетная площадь - 3,5 га, общая - 5 га.

Делянки с органическими удобрениями разбивали поперек на три фона, один из них оставался как контроль, на втором вносили диатомит (измельченный до порошкообразного состояния) в дозе 5 т/ га, а на третьем фоне в день посева проводили обработку семян био-

логическими препаратами (озимая пшеница - флавобактерин; яровая пшеница и ячмень - ризоагрин, горох - ризоторфин) в дозе 600 г торфяного препарата на гектарную норму высева (согласно рекомендациям производителей). Для удержания препарата на поверхности семян использовали обрат.

Навоз, солому, осадки сточных вод и диатомит заделывали в чистом пару (май-июнь) тяжелой дисковой бороной на глубину 10-12 см. Сидерат (вико-овёс) заделывали в фазе цветения вики. Солому каждой культуры после уборки во всех вариантах (кроме контроля) измельчали и заделывали в почву. В контрольном варианте ее удаляли с делянки. Содержание азота в навозе составляло 0,56%, фосфора - 0,38%, калия -0,7%, в осадках сточных вод - 1,15, 1,48 и 0,56% соответственно, в соломе - 0,5, 0,28 и 0,87%. Паровое поле в течение лета обрабатывали по мере появления сорняков культиватором КПИР-3,6. Технология возделывания культур - общепринятая в области.

Метеоусловия в годы исследований различались по температурному режиму и влагообеспеченности почвы и наиболее полно отражали особенности региона лесостепи Поволжья, что позволило всесторонне изучить действие оцениваемых факторов.

Организацию полевых опытов, проведение наблюдений и лабораторных анализов осуществляли по общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам. Цифровой материал подвергали математической обработке методами дисперсионного и корреляционного анализа.

Определение содержания свинца в зерне, получаемом при выращивании в севообороте различных культур, показало, что оно составляло 0,08-0,25 мг/кг, что в 2-6 раз ниже допустимой концентрации по Сан-ПиН для продовольственного зерна (0,5 мг/кг) и в 20-60 раз меньше временного максимального допустимого уровня (5 мг/кг) для кормового зерна. е

По мере удаления поля с посевами л культуры в севообороте от чистого е пара содержание свинца в зерне е несколько снижалось. Наибольшее | накопление этого тяжелого металла отмечено в продукции первой по- ю сле пара озимой пшеницы. Кроме 2 того, явно прослеживалась видовая о специфика. Например, в зерне гороха 4

концентрация свинца была наименьшей [4,5].

Содержание свинца в продукции выращиваемых культур определялось системой применяемых удобрений. При внесении осадка сточных вод в дозе 25 т/га в зерне первой после пара озимой пшеницы на нулевом фоне и при инокуляции семян концентрация обсуждаемого минерального элемента повышалась, по сравнению с контролем, с 0,18 до 0,25-0,26 мг/ кг (см. табл. 1). Внесении фоном диатомита снижало отрицательное влияние осадка сточных вод.

Накопление свинца в зерне второй после пара яровой пшеницы несколько сокращалось и составляло в среднем 0,16 мг/кг. Вместе с тем, на всех фонах с применением навоза и осадка сточных вод в двойных дозах отмечено некоторое повышение содержания этого элемента в продукции.

Горох характеризовался минимальным в опыте накоплением свинца - 0,08-0,19 мг/кг, что значительно ниже существующих нормативных требований. На всех фонах при внесении навоза в дозе 50 т/га и осадков сточных вод в дозе 25 т/га отмечена тенденция повышения его содержания в продукции культуры.

Концентрация свинца в зерне второй озимой пшеницы, возделываемой в четвертом поле после пара,

в целом было в 1,35 раза меньше, чем в продукции этой культуры в первом поле. Внесение в начале севооборота двойных доз навоза и осадка сточных вод на всех трех фонах приводило к росту величины этого показателя, по сравнению с контролями, на каждом из фонов.

В зерне второй яровой пшеницы (пятой культуры севооборота) концентрация свинца практически находилась науровне величины аналогичного показателя для первой яровой пшеницы - 0,14-0,16 мг/кг Так же, как и у предшествующей культуры, при использовании двойных доз навоза и осадков сточных вод она несколько возрастала, по сравнению с другими вариантами, не выходя за пределы нормативов.

При возделывании ячменя в качестве завершающей культуры семипольного зернового севооборота содержание свинца в зерне варьировало от 0,09 до 0,23 мг/кг. Наименьшая величина этого показателя (0,09-0,10 мг/кг) отмечена в продукции, выращенной по сидерату и соломе на фоне с последействием диатомита и по сидерату в сочетании с инокуляцией семян биопрепаратом. Концентрация свинца в ячмене несколько возрастала при внесении в начале севооборота навоза и осадка сточных вод на нулевом фоне и на фоне с применением биопрепарата,

а также при использовании осадка сточных вод в двойной дозе на фоне с диатомитом. При этом использование последнего не приводило к снижению содержания свинца в продукции обсуждаемой культуры.

Накопление в зерне кадмия, согласно нормативным актам, не должно превышать 0,1 мг/кг по СанПиН для продовольственных и 0,3 мг/кг по ВДМУ для фуражных целей.

Реальное содержание кадмия в зерне первой после пара озимой пшеницы изменялось в пределах 0,05-0,08 мг/кг, что находится в пределах обоих нормативов. При использовании в начале севооборота двойных доз навоза и осадка сточных вод имела место тенденция роста накопления указанного элемента. Применение диатомита и биопрепаратов не оказало значительного влияния на величину этого показателя (табл. 2).

Содержание кадмия в зерне второй культуры - яровой пшеницы варьировало от 0,05 до 0,07 мг/кг, что также значительно ниже ограничивающих нормативов. На нулевом фоне внесение навоза и осадков сточных вод в двойных дозах вызвало рост величины этого показателя на уровне тенденции. Аналогичная закономерность накопления кадмия в яровой пшенице от внесения осадка сточных вод в дозе 25 т/га отмечена на фоне диатомита и при использовании биопрепарата.

В зерне гороха содержание изучаемого элемента колебалось от 0,03 до 0,10 мг/кг. Более высокая его концентрация (0,8-0,9 мг/кг) установлена по последействию навоза и осадка сточных вод в двойных дозах на нулевом фоне и в вариантах с биопрепаратом, а также при внесении двойной дозы осадка сточных вод на фоне диатомита. Самое низкое накопление кадмия (0,3-0,4 мг/кг) наблюдали при использовании соломы и компенсационной дозы азота.

Вторая озимая пшеница, выращиваемая в севообороте после гороха, накапливала примерно такое же количество кадмия в зерне, как и первая, - в среднем 0,05-0,06 мг/кг. По последействию навоза в дозе 50 т/га и обеим дозам осадка сточных вод не зависимо от фона содержание этого элемента возрастало до 0,08-0,09 мг/ кг против 0,03-0,05 мг/кг в контроле, вариантах с внесением минеральных удобрений и соломы на всех фонах, а также сидерата на фоне диатомита.

1. Накопление в зерне свинца при использовании различных источников химизации и биологизации, мг/кг

Вариант Озимая Яровая Горох, 20072009 гг. Озимая Яровая Ячмень, 20102012 гг.

фон удобрение пшеница, 20052007 гг. пшеница, 20062008 гг. пшеница, 20082009 гг. пшеница, 20092011 гг.

контроль 0,18 0,15 0,12 0,09 0,12 0,15

N Р К 140 95 175 навоз 25 т/га 0,18 0,17 0,09 0,16 0,14 0,11

0,20 0,18 0,08 0,20 0,17 0,10

О навоз 50 т/га 0,25 0,21 0,18 0,18 0,18 0,22

ОСВ 12,5 т/га 0,20 0,16 0,07 0,13 0,16 0,09

ОСВ 25 т/га 0,26 0,23 0,16 0,23 0,22 0,20

сидерат 0,19 0,14 0,12 0,14 0,14 0,15

солома+К1>; 115 контроль 0,18 0,13 0,09 0,09 0,13 0,11

0,12 0,10 0,12 0,08 0,09 0,15

N Р К 140 95 175 0,16 0,14 0,11 0,14 0,12 0,13

т ^ навоз 25 т/га 0,18 0,16 0,18 0,16 0,15 0,22

5 О навоз 50 т/га 0,20 0,17 0,13 0,18 0,16 0,16

н я ОСВ 12,5 т/га 0,20 0,13 0,17 0,14 0,13 0,21

^ ОСВ 25 т/га 0,23 0,19 0,19 0,20 0,19 0,23

сидерат 0,21 0,14 0,07 0,10 0,13 0,09

солома+^15 0,18 0,12 0,07 0,08 0,11 0,09

контроль 115 0,16 0,13 0,12 0,08 0,12 0,15

СЕ ^ -г N Р К 140 95 175 навоз 25 т/га 0,18 0,19 0,16 0,16 0,14 0,15 0,14 0,15 0,14 0,13 0,17 0,18

навоз 50 т/га 0,22 0,19 0,16 0,17 0,16 0,20

ОСВ 12,5 т/га 0,19 0,14 0,13 0,17 0,14 0,16

0 О 1 ОСВ 25 т/га 0,25 0,21 0,18 0,21 0,21 0,22

сидерат 0,17 0,12 0,08 0,10 0,14 0,10

солома+К.,, ---145— 0,16 0,14 0,12 0,08 0,12 0,15

о

см 00

ш ^

Ф

и

ф

^

2

ш м

2. Накопление в зерне кадмия при использовании различных источников химизации и биологизации, мг/кг

Вариант Озимая Яровая Озимая Яровая

пше- пше- Горох, пше- пшени- Ячмень,

фон удобрение ница, 20052007 гг. ница, 20062008 гг. 20072009 гг. ница, 20082009 гг. ца, 20092011 гг. 20102012 гг.

контроль 0,070 0,062 0,06 0,035 0,055 0,09

N Р К 140 95 175 0,069 0,064 0,04 0,043 0,058 0,06

навоз 25 т/га 0,072 0,068 0,03 0,076 0,062 0,04

О навоз 50 т/га 0,084 0,076 0,08 0,082 0,070 0,12

ОСВ 12,5 т/га 0,075 0,058 0,05 0,080 0,058 0,07

ОСВ 25 т/га 0,084 0,079 0,08 0,097 0,076 0,12

сидерат 0,066 0,053 0,07 0,064 0,053 0,10

солома+^1>; 115 контроль 0,061 0,060 0,03 0,038 0,062 0,04

0,039 0,054 0,08 0,022 0,046 0,12

N Р К 140 95 175 0,021 0,044 0,10 0,032 0,040 0,15

H s навоз 25 т/га 0,052 0,058 0,05 0,070 0,048 0,07

S о навоз 50 т/га 0,067 0,056 0,06 0,082 0,054 0,09

H я ОСВ 12,5 т/га 0,066 0,058 0,08 0,077 0,066 0,12

и ^ ОСВ 25 т/га 0,080 0,072 0,09 0,091 0,072 0,13

сидерат 0,066 0,048 0,05 0,037 0,048 0,07

солома+^15 0,055 0,050 0,04 0,035 0,054 0,06

контроль 0,034 0,052 0,05 0,027 0,050 0,07

CE N Р К 140 95 175 навоз 25 т/га 0,063 0,060 0,08 0,039 0,058 0,12

S ^ -г 0,068 0,058 0,07 0,075 0,062 0,10

t! навоз 50 т/га 0,069 0,062 0,08 0,089 0,064 0,12

ОСВ 12,5 т/га 0,065 0,054 0,07 0,077 0,069 0,10

0 о 1 ОСВ 25 т/га 0,075 0,069 0,09 0,096 0,074 0,13

сидерат 0,064 0,049 0,05 0,057 0,055 0,07

солома+^1>; -115- 0,052 0,056 0,07 0,038 0,057 0,10

В зерне второй в севообороте яровой пшеницы содержание кадмия было относительно близким при различных схемах применения средств химизации и биологизации. Вместе с тем по последействию осадка сточных вод на всех фонах величина этого показателя достигала 0,07-0,08 мг/кг, что не превышало допустимого уровня (0,1 мг/кг) для продовольственного зерна.

Ячмень, завершающая культура севооборота, характеризовался минимальной урожайностью зерна, а генетические особенности культуры, послужили причиной более высокого накопления кадмия, по сравнению с другими культурами. Наименьшее (0,04-0,07 мг/кг), соответствующее допустимому уровню, содержание этого элемента в продукции ячменя наблюдали по сидерату, а самое высокое (0,12 мг/кг) - по последействию навоза и осадка сточных вод в двойных дозах по нулевому фону. На фоне диатомита в контроле, при внесении полного минерального удобрения и применении обеих доз осадка сточных вод зерно по содержанию кадмия не соответствовало продовольственному. При использовании биопрепарата практически во всех вариантах, за исключением контроля и сидерата, концентрация

кадмия не превышала норматив для продовольственного зерна.

Таким образом, содержание свинца в зерне несколько снижается по мере удаления культуры от поля с внесением органических удобрений и осадка сточных вод. Практически все культуры севооборота накапливают в зерне несколько больше свинца при использовании в начале севооборота в качестве удобрения двойных доз навоза (50 т/га) и осадка сточных вод (25 т/га). Наименьшее содержание этого элемента в зерне злаковых и бобовой культур отмечено при использовании в качестве удобрений сидерата и соломы.

Накопление кадмия определяется видом культуры: его концентрация в продукции гороха и ячменя выше, чем в зерне озимой и яровой пшеницы. Практически во всех случаях содержание этого элемента возрастает по последействию навоза и осадка сточных вод. Однако при всех изученных сочетаниях видов удобрений накопление кадмия в продукции озимой и яровой пшеницы не превышает допустимого уровня для продовольственного зерна. У гороха на всех фонах возможно увеличение содержания кадмия выше допустимого уровня для продовольственного зерна. По последействию навоза и

осадка сточных вод на нулевом фоне, полному минеральному удобрению, обеим дозам осадка сточных вод на фоне с диатомитом, а также при инокуляции семян при внесении полного минерального удобрению и по последействию навоза и осадка сточных вод в обеих дозах зерно ячменя пригодно только для фуражных целей. В этой связи, если в технологии его выращивания применяли указанные средства, при заготовке этой культуры на продовольственные цели необходим контроль содержания кадмия.

Литература

1. Черников В.А., Соколов О.А., Лукин С.В. Экология пищевых продуктов. Белгород: КОНСТАНТА, 2013. 606 с.

2. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экологическая безопасность и устойчивое развитие: Кн. 5. Экологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. Пущино: ОНТИ, 2001. 148 с.

3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.107801 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».

4. Немцев С.Н., Никитин С.Н., Орлов А.В. Влияние диатомита на содержание тяжелых металлов в почве и поступление их в зерно озимой пшеницы при применении удобрений // Земледелие. №5. 2011. С.11-12.

5. Куликова А.Х. Влияние высококремнистых пород как удобрений сельскохозяйственных культур на урожайность и качество продукции // Агрохимия. № 7. 2010. С. 18-25.

Influence of chemistry and biologizacii on changing the content of lead and cadmium in grain agricultural crops

S.N. Nikitin

u

The results of long-term researches has g

established the use of different kinds of u

organic manures with diatomite reduced the g

content of mobile forms of heavy metals and § their intake of winter wheat.

Keywords: organic fertilizers, heavy z

metals, diatomite, organic fertilizers, 8

mineral fertilizers, biological product, crop M

rotation. O

4