Снижение содержания тяжёлых металлов в корнеплодах сахарной свёклы

ПРОБЛЕМЫ ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ

УДК 633.63.631.8

СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОРНЕПЛОДАХ САХАРНОЙ СВЁКЛЫ

© 2015 В. А. Ошкин

Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина

Поступила в редакцию 12.05.2015

В статье приведены результаты анализов содержания тяжёлых металлов в корнеплодах сахарной свёклы под действием внекорневого внесения регуляторов роста и нереутилизующихся микроэлементов. Закладывались полевые и вегетационные опыты для установления снижения ТМ и изучения их детоксикации. Результаты исследований показывают, что внекорневая подкормка мелафеном и микроэлементами бором, цинком и марганцем ограничивает поступление ТМ в корнеплоды сахарной свёклы. По данным содержания ТМ в отобранных образцах наблюдается тенденция снижения их аккумуляции, в особенности при совместном использовании используемых препаратов. Ключевые слова: тяжёлые металлы, агрофитоценоз, сахарная свёкла, корнеплод, уменьшение, вегетационный опыт, мелафен, нереутилизующиеся микроэлементы.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время существенно возрос и продолжает расти спрос на производство продуктов питания. Сельское хозяйство является основным источником получения пищевого сырья. В связи с этим, с каждым годом многократно возрастает интенсификация сельскохозяйственного производства, что приводит к сильнейшей нагрузке на агрофитоценозы.

В Ульяновской области, как и во всём мире, остро стоит проблема загрязнения почв сельскохозяйственного назначения тяжёлыми металлами (ТМ). Технология возделывания сахарной свёклы, как одной из самых высокоинтенсивных культур, требует особого внимания для предотвращения накопления и трансформации ТМ в растения данной культуры.

Избыточное влияние тяжелых металлов на растительные организмы, как одного из многих загрязнителей, вызывает анатомические и морфологические изменения, нарушения физиологических и биохимических процессов [1]. Именно проблемы загрязнения окружающей среды в настоящее время вызвали усиленный интерес к изучению тяжелых металлов как стрессового фактора, выявлению механизмов защиты организмов от их токсического действия. Избыточные концентрации ТМ в клетках растений вызывают окислительный стресс [2]. Серьёзность нарастающего «металлического пресса» на биосферу заключается в том, что ТМ надолго входят в круговорот органического вещества. Другое немаловажное обстоятельство - большая скорость и лавинообразный характер поступления ТМ в биосферу. Техногенная миграция ТМ может при-Ошкин Владимир Александрович, аспирант кафедры «Биология, химия, ТХППР». E-mail: oshkin@yahoo.com

водить к нарушению физиологических функций организма и обмена веществ, снижению продуктивности, изменению структуры экосистем и видового разнообразия [3].

Исходя из этого, крайне важно проводить исследования по определению содержания ТМ в сельскохозяйственных растениях, разработать и применить практические методы снижения аккумуляции подвижных форм тяжёлых металлов в конечную готовую продукцию.

МАТЕРИАЛЫ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Нами проводились исследования по изучению влияния регуляторов роста и микроэлементов (бор, марганец и цинк) на содержание ТМ в корнеплодах сахарной свёклы под влиянием внекорневых подкормок в течение вегетации.

На базе лаборатории ФГБУ «Станция агрохимической службы «Ульяновская» по общепринятым методам было определено валовое содержание тяжёлых металлов (медь, цинк, свинец, кадмий, никель) в отобранных исследуемых образцах корнеплодов сахарной свёклы, без учёта их концентрации в почве опытного участка.

Объектом исследования служили образцы корнеплодов сахарной свёклы (Beta vulgaris) гибрида Манон селекции бельгийской фирмы «SESVanderHave», выращенные в полевом и вегетационном опытах в период с мая по октябрь 2014 года.

Первая внекорневая подкормка сахарной свёклы проводилась в фазу 5-6 настоящих листьев в баковой смеси одновременно со вторым опрыскиванием гербицидами, вторая подкормка - в период формирования корнеплода. Растворы нереутилизующихся [4, 5] микроэлементов при-

готовляли в концентрации 0,05%, а именно: бор (в виде борной кислоты - Н3В03), цинк (в виде сульфата цинка - 7пБ04), марганец (в виде сульфата марганца - МпБ04). Концентрация раствора мелафена - 1-10-7%.

Мелафен - синтетический регулятор роста растений нового поколения. Химически представляет собой меламиновую соль бис (окси-метил) фосфиновой кислоты. Ранее в наших исследованиях [6, 7, 8] было установлено, что мелафен увеличивает урожайность, повышает засухоустойчивость, улучшает биохимические и технологические качества корнеплодов.

Опыты проводились в специализированном свекловодческом КФХ «Сяпуков Е.Ф.» Цильнин-ского района Ульяновской области. Почва опытного участка - чернозём выщелоченный средне-мощный среднегумусный среднесуглинистый.

Полевой опыт выполнялся по схеме из следующих вариантов: Контроль;

Мелафен; Н3В03;

^0

4

МпБ0

Н3В03 + Мелафен; 7пБ04 + Мелафен; МпБ04 + Мелафен; + МпБ0 •

44

Н3В03 + 7пБ04; Н3В03 + МпБ04; 7пБ04 + МпБ04 + Н3В03;

4 4 3 3'

7пБ04 + МпБ04 + Мелафен; Н3В03 + 7пБ04 + Мелафен; Н3В03 + МпБ04 + Мелафен; 7пБ04 + МпБ04 + Н3В03 + Мелафен.

Таблица 1. Содержание ТМ в корнеплодах сахарной свёклы на полевом опыте

№ Вариант мг/кг

Си Zn РЬ са N1

1 Контроль 0,925 21,700 0,550 0,395 1,350

2 Мелафен 0,375 5,650 0,400 0,200 0,600

3 НзВОз 0,805 19,000 0,550 0,380 1,250

4 2и8О4 0,755 14,050 0,500 0,380 1,200

5 МиБО4 0,690 12,050 0,500 0,375 1,115

6 НзВОз + Мелафен 0,340 5,500 0,400 0,195 0,550

7 2пБО4 + Мелафен 0,315 4,700 0,300 0,155 0,500

8 МпБО4 + Мелафен 0,305 4,550 0,300 0,155 0,450

9 2пБО4 + МпБО4 0,450 7,350 0,400 0,225 0,650

10 НзВОз + 2пБО4 0,655 10,200 0,450 0,370 0,900

11 НзВОз + МпБО4 0,565 7,750 0,400 0,325 0,840

12 2пБО4 + МпБО4 + НзВОз 0,425 6,500 0,400 0,220 0,600

13 2пБО4 + МпБО4 + Мелафен 0,200 2,350 0,150 0,070 0,300

14 НзВОз + 2пБО4 + Мелафен 0,300 4,250 0,300 0,120 0,450

15 НзВОз + МпБО4 + Мелафен 0,275 4,050 0,300 0,120 0,350

16 2пБО4 + МпБО4 + НзВОз + Мелафен 0,180 2,000 0,150 0,070 0,050

пдк 55 100 20 0,5 85

Проблемы прикладной экологии

Вегетационный опыт выполнялся на повышенном фоне содержания ТМ в почве. Для более точного и полного изучения детоксикации тяжёлых металлов, установления снижения содержания в корнеплодах ТМ были дополнительно внесены растворы меди, цинка, свинца, кадмия (в виде: СиБ04, ZnSO4, РЬ(СН3СОО)2, СаБ04) в почву опытного участка [9]. Концентрация внесённых растворов составляла 0,001%. Схема представлена следующими вариантами:

Контроль без ТМ;

Контроль;

Мелафен;

Н3В°3;

ZnS04;

МПБ04;

Н3В03 + Мелафен;

ZnS0. + М^0 •

44

Н3В03 + ZnS04;

Н3В03 + MnS04;

ZnS04 + М^04 + Н3В03 + Мелафен.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты анализов содержания ТМ в корнеплодах сахарной свёклы на полевом опыте представлены в табл. 1.

Под влиянием используемых регуляторов

роста и микроэлементов происходит уменьшение содержания ТМ в корнеплодах сахарной свёклы. Содержание меди снижается с 0,925 мг/ кг на контроле до 0,180 мг/кг на варианте с совместным внесением используемых препаратов, содержание цинка уменьшилось с 21,700 мг/кг до 2,000 мг/кг, свинца - с 0,550 мг/кг до 0,150 мг/кг, кадмия - с 0,395 мг/кг до 0,070 мг/кг и содержание никеля снизилось с 1,350 мг/кг до 0,050 мг/ кг. Наибольшее снижение по всем определяемым тяжёлым металлам наблюдается на варианте с совместным внесением всех используемых препаратов.

В табл. 2 приводятся результаты анализов содержания ТМ в корнеплодах сахарной свёклы на вегетационном опыте с внесением в почву дополнительных доз ТМ.

Как и в полевом опыте без внесения ТМ в почву, видно, что в вегетационном опыте под действием используемых препаратов тоже происходит уменьшение содержания ТМ в корнеплодах исследуемой культуры сахарной свёклы. Содержание меди по сравнению с контролем снизилось на 26,0%, цинка - на 48,3%, свинца - на 41,7%, кадмия - на 41,7% и никеля снизилось на 32,1%. Наибольшее снижение содержания ТМ наблюдается на варианте с внекорневым внесением регулятора роста мелафена и микроэлементов бора, цинка и марганца.

Таблица 2. Содержание ТМ в корнеплодах сахарной свёклы на вегетационном опыте с внесением в почву ТМ

№ Вариант мг/кг

Си Zn РЬ са N1

0 Контроль без ТМ 0,365 7,350 0,200 0,215 0,400

1 Контроль 1,460 16,650 0,600 0,600 1,400

2 Мелафен 0,975 15,450 0,600 0,505 1,325

3 НзВОз 0,890 14,200 0,550 0,485 1,250

4 2и8О4 0,870 13,550 0,500 0,475 1,200

5 МиБО4 0,830 12,650 0,350 0,450 1,100

6 НзВОз + Мелафен 0,390 8,100 0,250 0,280 0,550

7 2иБО4 + МиБО4 0,530 11,000 0,350 0,405 0,850

8 НзВОз + 2иБО4 0,435 8,950 0,250 0,290 0,650

9 НзВОз + МиБО4 0,525 10,100 0,300 0,385 0,700

10 2иБО4 + МиБО4 + НзВОз + Мелафен 0,380 8,050 0,250 0,250 0,450

пдк 55 100 20 0,5 85

ВЫВОДЫ

Результаты исследований показывают, что в растениях, обработанных используемыми препаратами, по-видимому, создаются физиологические барьеры, которые ограничивают поступление тяжёлых металлов из корней в листья и обратно в корнеплоды.

Используемые микроэлементы входят в состав кофакторов, т.е. растениям они более необходимы. Поэтому миграция ТМ в растения уменьшается при дополнительном внесении микроэлементов в вегетирующие растения.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что растения сахарной свёклы за счёт внесения микроэлементов и регулятора роста мелафена, особенно совместного, в качестве внекорневых подкормок имеют большую возможность создавать барьеры для ограничения трансформации тяжёлых металлов из листьев в корнеплоды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Промышленная ботаника / Кондратюк Е.Н., Тара-брин В.П., Бакланов В.И., Бурда Р.И., Хархота А.И.

- Киев: Наукова думка, 1980. - 260 с.

2. Кошкин, Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур: учебник / Е.И. Кошкин. - М.: Дрофа, 2010. - 640 с.

3. Лукаткин, А.С. Синтетические регуляторы роста как индукторы холодоустойчивости и продуктивности растений / А.С. Лукаткин, С.В. Пугаев, А.В. Пугаев, Н.В. Кипайкина // Тезисы докладов VI Международной конференции «Регуляторы роста растений в биотехнологиях» 2001 года. - М.: 2001.

- С. 108-109.

4. Костин, В.И. Изучение взаимодействия микроэле-

ментов и мелафена на технологические качества корнеплодов сахарной свёклы / В.И. Костин, В.А. Исайчев, В.А. Ошкин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.

- 2014. - №4 (28). - С. 64-69.

5. Ошкин, В.А. Использование нереутилизирующихся микроэлементов для внекорневой подкормки сахарной свёклы / В.А. Ошкин // Научное обеспечение АПК. Итоги и перспективы: Материалы Международной научно-практической конференции, по-свящённой 70-летию ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.

- Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2013. - Том 1. - С. 100-102.

6. Костин, В.И. Экологическая эффективность применения регулятора роста нового поколения ме-лафена и борной кислоты в популяции сахарной свёклы / В.И. Костин, В.А. Ошкин, Е.Е. Сяпуков // XXVII Любищевские чтения - 2013 «Современные проблемы эволюции и экологии»: Сборник материалов международной конференции. - Ульяновск: УлГПУ, 2013. - С. 353-356.

7. Костин, В.И. Формирование урожайности и улучшение качества корнеплодов сахарной свёклы под действием фиторегулятора и борной кислоты / В.И. Костин, В.А. Ошкин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.

- 2014. - №1 (25). - С. 13-18.

8. Костин, В.И. Возможности активации продукционного процесса и повышения засухоустойчивости сахарной свёклы / В.И. Костин, В.А. Ошкин, О.Г. Музурова // Сахарная свёкла. - 2014. - №10. - С. 30-33.

9. Ошкин, В.А. Детоксикация тяжёлых металлов в растениях Triticum aestivum и Beta vulgaris при действии регуляторов роста и нереутилизующихся микроэлементов / В.А. Ошкин, Е.Н. Ерофеева, О.Г. Музурова // XXVIII Любищевские чтения - 2014 «Современные проблемы эволюции и экологии»: Сборник материалов международной конференции. - Ульяновск: УлГПУ, 2014. - С. 387-390.

DECREASE IN THE CONTENT OF HEAVY METALS IN ROOT CROPS OF SUGAR BEET

© 2015 VA. Оshkin

Ulyanovsk State Agricultural Academy named after PA. Stolypin

In article results of analyses of the content of heavy metals are given in root crops of sugar beet under the influence of extra root introduction of regulators of growth and unsalvaged microelements. Field and vegetative experiments for establishment of decrease in TM and studying of their detoxication were put. Results of researches show that extra root top dressing of melafen and microelements limits to boron, zinc and manganese receipt of TM in root crops of sugar beet. According to the maintenance of TM in the selected samples the tendency of decrease in their accumulation is observed, in particular when sharing of the used preparations.

Key words: heavy metals, agrophytocenosis, sugar beet, root crop, reduction, vegetative experience, melafen, unsalvaged microelements.

Vladimir Oshkin, Post-Graduate Student of the Biology, Chemistry, ТSPPPSDepartment. E-mail: oshkin@yahoo.com