Влияние способов основной обработки почвы на содержание тяжёлых металлов в почве

УДК 631. 452

Влияние способов основной обработки почвы на содержание тяжёлых металлов в почве

С.И. СМУРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук О.В. ГРИГОРОВ, научный сотрудник

Н.В. ШЕЛУХИНА, младший научный сотрудник

Белгородская ГСХА им. В.Я. Горина E-mail: SSMUROV61@MAIL.RU

В условиях полевого стационарного опыта, расположенного в лесостепной зоне ЦЧО, на чернозёме типичном изучено влияние способов основной обработки на валовое содержание в разных слоях почвы свинца, кадмия, ртути и мышьяка. По истечении пяти ротаций севооборота валовая концентрация свинца в слое 0-30 см составила 9,7-10,0, кадмия -0,30-0,32, ртути - 0,023-0,024, мышьяка -3,33-3,48 мг/кг.

Ключевые слова: баланс, кадмий, кларк, мышьяк, ртуть, свинец, тяжёлый металл, чернозём.

Наиболее опасные токсиканты, загрязняющие почву и сельскохозяйственную продукцию, - свинец, кадмий, ртуть и мышьяк. Эти элементы относятся к первому классу опасности и их определение обязательно при анализе качества продовольственной продукции и сырья. Часто перечисленные элементы называют тяжелыми металлами (ТМ), поскольку их атомная масса больше 40, или ультрамикроэлементами, из-за того, что их содержание в сухой массе растений, как правило, не превышает 0,0001 % [1-3].

Концентрация названных токсикантов в растениеводческой продукции во многом зависит от их содержания в почвах. Поэтому контроль величины этого показателя - важная составная часть агроэкологического мониторинга. К основным факторам, Ч1 определяющим концентрацию ТМ в о почвах, относятся направленность Ф и интенсивность процессов почвообразования, а также их содержание а, в материнской породе. В последние | годы на величину этого показателя ^ все больше влияют антропогенные о факторы.

2 Одна из основных причин, опреде-5 ляющих подвижность ТМ в почве -

кислотность. Изучаемые элементы при подкислении увеличивают свою доступность растениям [4-6].

Кларки свинца и кадмия в почвах, установленные А.П. Виноградовым, составляют соответственно 10 и 0,5 мг/кг Кларк ртути точно не определен и ориентировочно равен 0,01 мг/ кг, а фоновое варьирование этого элемента находится в очень широких пределах от 0,001 до 1 мг/кг Среднее содержание мышьяка в почве достигает 5-6 мг/кг при колебаниях в пределах 0,1-40 мг/кг [7].

Агрохимическая служба оценивает уровень валовой концентрации свинца, кадмия и мышьяка на основе утвержденных ориентировочно-допустимых концентраций (ОДК), которые для песчаных и супесчаных почв составляют соответственно 32, 0,5 и 2 мг/кг; для суглинистых и глинистых с рНКС|<5,5 -65, 1 и 5 мг/кг, с рНКС|>5,5 - 130, 2, 10 мг/кг Для валового содержания ртути в почвах установлена предельно-допустимая концентрация (ПДК) -2,1 мг/кг [8, 9].

Цель нашей работы - изучить влияние способов основной обработки почвы на валовое содержание в разных ее слоях свинца, кадмия, ртути и мышьяка.

Исследования проводили в 19912013 гг в полевом стационарном опыте, расположенном в лесостепной зоне в Белгородском районе. Почва опытного участка чернозём типичный тяжелосуглинистый.

Опыт развернут во времени и пространстве в четырех полях. Исследования проводили в четырехпольном севообороте со следующим чередованием культур: горох, озимая пшеница, подсолнечник, ячмень. Повторность вариантов - трехкратная. В среднем за пять ротаций под горох вносили дозу М29 5Р29 5К29 5, под озимую пшеницу - М63,5Р29,5К29 5, под подсолнечник - Ы415Р415К415, под яровой ячмень - М29,5Р295К29 5.'В качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру и азофоску. Органические удобрения не применяли. Побочную продукцию

сельскохозяйственных культур заделывали в почву. В качестве способов основной обработки почвы использовали вспашку (ПН-5-35), мелкую безотвальную обработку (КПЭ-3,8) и глубокую безотвальную обработку (ПЧ-2,5) [10].

Все аналитические исследования проводили в аккредитованной лаборатории. Валовое содержание кадмия, ртути и свинца определяли в соответствии с «Методическими указаниями по определению ТМ в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства»

При расчете хозяйственного баланса ТМ в приходной статье учитывали их поступление с минеральными удобрениями и семенами, в расходной - отчуждение с основной продукцией сельскохозяйственных культур.

В условиях опыта не установлено существенного влияния способов основной обработки почвы на урожайность изучаемых культур и продуктивность севооборота, которая в среднем за пять ротаций по вариантам опыта находилась в пределах 4,3-4,4 тыс. корм. ед./га [10].

В связи с этим не наблюдали и существенных различий между показателями баланса изучаемых ТМ. В среднем за год поступление с семенами свинца составляло 0,06 г/га, кадмия - 0,007, ртути - 0,002, мышьяка - 0,005 г/га, с минеральными удобрениями - соответственно 0,05, 0,021, 0,006 и 0,2 г/га.

По вариантам опыта вынос с урожаем свинца в среднем за год был равен 1,30-1,32, кадмия - 0,1720,175, ртути - 0,033-0,034, мышьяка - 0,09 г/га. В результате баланс первых трех из перечисленных элементов складывался резко отрицательным, а его интенсивность (отношение приходной статьи баланса элемента к расходной, выраженное в процентах) составляла соответственно 8,3-8,5, 16,0-16,3 и 23,5-24,2%. Баланс мышьяка был положительным с величиной интенсивности 228% (табл. 1). Однако это не может привести в обозримом будущем к загрязнению агроландшафтов указанным токсикантом, поскольку ежегодное

1. Баланс тяжёлых металлов

Статья баланса Тяжёлый металл

Cd Pb As Hq

Вспашка

Поступление, г/га 0,028 0,11 0,205 0,008

Вынос, г/га 0,175 1,32 0,09 0,034

Баланс, ±г/га -0,147 -1,21 0,115 -0,026

Интенсивность баланса, % 16 8,3 228 23,5

Глубокая безотвальная обработка

Поступление, г/га 0,028 0,11 0,20 0,008

Вынос, г/га 0,172 1,30 0,09 0,033

Баланс, ±г/га -0,144 -1,19 0,11 -0,025

Интенсивность баланса, % 16,3 8,5 228 24,2

Мелкая безотвальная обработка

Поступление, г/га 0,028 0,11 0,20 0,008

Вынос, г/га 0,172 1,32 0,09 0,034

Баланс, ±г/га -0,144 -1,21 0,11 -0,026

Интенсивность баланса, % 16,3 8,3 228 23,5

накопление мышьяка в размере 0,115 г/га составляет всего 0,001% от запасов этого элемента в пахотном слое (10,53 кг/га).

Фоновые для западной части ЦЧО чернозёмы типичные заповедника «Белогорье» (участок «Ямская степь») в верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта (10-20 см) содержат свинец в количестве -14,5 мг/кг кадмий - 0,35, ртуть - 0,03 и мышьяк - 3,12 мг/кг [8].

Среднее валовое содержание свинца, кадмия, ртути и мышьяка в пахотном слое почв реперных объектов на территории Белгородской области составляет соответственно 13,1±0,74, 0,32±0,01, 0,023+0,001 и 3,76+0,29 мг/кг, а его варьирование находится в пределах 10,2-15,5, 0,280,36, 0,020-0,027 и 2,97-4,92 мг/кг, что обусловлено свойствами почвоо-бразующих пород. В почве более тяжёлого гранулометрического состава содержание ТМ, как правило, выше. При этом превышения уровней ОДК и ПДК изучаемых элементов в почвах Белгородской области не отмечали [8, 11, 12].

2. Валовое содержание тяжёлых металлов в почве, мг/кг

Слой почвы

Тяжёлый металл

Cd

Pb

As

Ж.

Вспашка

0-15 0,32 9,6 3,51 0,025

16-30 0,31 9,8 3,44 0,023

0-30 0,32 9,7 3,48 0,024 Глубокая безотвальная обработка

0-15 0,30 10,1 3,23 0,025

16-30 0,30 9,9 3,42 0,023

0-30 0,30 10,0 3,33 0,024 Мелкая безотвальная обработка

0-15 0,32 9,9 3,35 0,023

16-30 0,32 9,4 3,33 0,022

0-30 0,32 9,7 3,34 0,023

В полевом опыте установлено, что способы основной обработки почвы не влияли на валовое содержание изучаемых элементов в пахотном слое. По истечении пяти ротаций севооборота валовое содержание свинца в слое 0-30 см составило 9,7-10,0, кадмия - 0,30-0,32, ртути - 0,023-0,024, мышьяка - 3,33-3,48 мг кг (табл. 2). То есть величины этих показателей находятся в пределах фонового варьирования концентрации перечисленных элементов, характерного для почв Белгородской области, что не представляет опасности для производства растениеводческой продукции.

Таким образом, установлено, что способы основной обработки почвы не оказывают влияния на валовое содержание свинца, кадмия, ртути и мышьяка в пахотном слое чернозёма типичного. При ежегодном внесении средней дозы минеральных удобрений N41P32 5K32 5 в четырехпольном севообороте формируется резко отрицательный баланс свинца, кадмия, ртути и положительный баланс мышьяка. Интенсивность балансасвинца составляет 8,3-8,5, кадмия - 16,0-16,3, ртути - 23,5-24,2, мышьяка - 228%. По истечении пяти ротаций севооборота валовое содержание свинца в слое 0-30 см было равно 9,7-10,0, кадмия - 0,30-0,32, ртути - 0,023-0,024, мышьяка - 3,33-3,48 мг/кг

Литература.

1. Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладо-нин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжёлыми металлами. М.: Агроконсалт, 1999. 176 с.

2. Соколов О.А., Черников В.А., Лукин С.В. Атлас распределения тяжёлых металлов в объектах окружающей среды. Белгород: КОНСТАНТА, 2008. 188 с.

3. Лукин С.В. Эколого-агрохимические основы адаптивных систем земледелия для эрозионно-опасных и загрязненных тяжёлыми металлами агроландшафтов в ЦЧР России: автореферат дис. ... д-ра с.-х. наук. М.: ВИУА, 1999. 46 с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.

5. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва - растение. Новосибирск: Наука, 1991. - 150 с.

6. Корнейко Н.И., Поддубный А.С. Программа известкования кислых почв Белгородской области // Достижения науки и техники АПК. 2012. №12. С. 17-19.

7. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 259 с.

8. Лукин С.В. Мониторинг содержания микроэлементов 7п, Си, Мо, Со, РЬ, Сс1, Ав, Нд в пахотных чернозёмах юго-запада Центрально-Чернозёмной зоны // Агрохимия. 2012. №11. С. 52-59.

9. Лукин С.В. Агроэкологическое состояние почв Белгородской области. Белгород: КОНСТАНТА, 2008. 176 с.

10. Смуров С.И., Шелухина Н.В. Влияние способов основной обработки почвы на некоторые агрохимические показатели чернозёма типичного // Достижения науки и техники АПК. 2013. №11. С. 24-26.

11. Лукин С.В., Четверикова Н.С. Мониторинг плодородия пахотных почв лесостепной зоны Центрально-Чернозёмного района // Вестник Россельхозакадемии. 2010. №1. С. 71-73.

12. Четверикова Н.С., Марцинев-ская Л.В. Кадмий в агроландшафтах лесостепной зоны ЦЧО // Достижения науки и техники АПК. 2013. №7. С. 69-70.

Influence of the basic soil cultivation on contents of heavy metals in soil

S. I. Smurov, O. V. Grigorov, N. V. Shelukhina

In conditions of stationary field experience, located in the forest-steppe zone of Central Black Earth Region, on typical black eartch the influence of the main ways of processing on the total contents in different soil layers of lead, cadmium, mercury and arsenic. After five rotation of crop rotation total lead content in the layer 0-30 cm was 9.7-10.0, cadmium - 0.30-0.32, mercury - 0.0230.024, arsenic - 3.33-3.48 mg/kg. Keywords: balance, cadmium, clarke, arsenic, mercury, lead, heavy metal, black earth.

CO (D S ü

(D

g

(D S S

(D

00 О