Агромелиоративное действие удобрений на торфяную низинную почву и переход свинца в растения

рует получение хлеба высокого качества. Но белки для организма человека крайне необходимы. Сравнительный анализ показал, что в 2008 г. по белковистости выделились варианты с обработкой семян Эпином Экстра, Феровитом и сочетанием его с Цирконом. В остальных вариантах отмечена тенденция к снижению белковистости зерна. В условиях 2009 года во всех вариантах опыта содержание белка в зерне при инокуляции семян препаратами снижалось.

Расчет показал, что при раздельной обработке семян регуляторами роста и микроудобрениями условно чистый доход увеличился на 1,7...8,9 %, а при их сочетании -на 10,7.11,8 %.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что для предпосевной обработки семян наиболее эффективно сочетание регуляторов роста и микроудобрений, обеспечившее достаточно высокую урожайность при хорошем качестве зерна пшеницы.

Литература

1. Вакуленко, В. В. Регуляторы роста /

B. В. Вакуленко // Защита и карантин растений. - 2002. - № 1. - С. 24-25.

2. Веревкин, Е. Л. Биологическая эффективность микроудобрений в хелатной форме / Е. Л. Веревкин // Плодородие. -2006. - № 1(28). - С. 21-22.

3. Карпова, Г. А. Оптимизация продукционного процесса агроценозов яровой пшеницы и ячменя при использовании регуляторов роста / Г. А. Карпова, М. Е. Миронова // Нива Поволжья. - 2009. -№ 1(10). - С. 8-13.

4. Персикова, Т. Ф. Применение регуляторов роста и бакпрепаратов на посевах ячменя и гороха / Т. Ф. Персикова // Плодородие. - 2006. - № 1(28). - С. 19-20.

5. Серегина, И. И. Влияние Циркона на продуктивность пшеницы / И. И. Серегина // Агрохимический вестник. - 2007. - № 3(3). -

C. 18-19.

6. Шалимова, О. А. Влияние лектинов растительного происхождения и препарата Эпин на неспецифический иммунитет зерновых и бобовых культур / О. А. Шалимова, И. Н. Гагарина, Е. Г. Прудникова, Н. Е. Павловская // Агрохимия. - 2005. - № 2. -С. 36-41.

УДК 631.4:502.76

АГРОМЕЛИОРАТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ УДОБРЕНИЙ НА ТОРФЯНУЮ НИЗИННУЮ ПОЧВУ

И ПЕРЕХОД СВИНЦА В РАСТЕНИЯ

А. А. Уткин, канд. с.-х. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,

е-таП: 8На!еи1@тЬох. ги

Использование удобрений в условиях модельного опыта на загрязненной свинцом торфяной низинной почве способствовало снижению обменной и гидролитической кислотности и изменению ёмкостно-сорбционных свойств почвы. Рассмотрены возможные механизмы взаимодействия РЬ2+ с различными органическими и минеральными компонентами почвы. Навоз и известь из всех удобрений проявляли более выраженный эффект инактивации металла в системе почва - растение и усиливали формирование кресс-салатом наибольшей биомассы.

Ключевые слова: торфяная низинная почва, растение, свинец, удобрения.

Один из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроэкосистем - поступление в объекты окружающей среды, в том числе в почву и растения, тяжелых металлов. Поэтому изучение их поведения в экосистемах является приоритетным направлением современных экологических исследований. Особенно они актуальны в зоне умеренного климата Северо-Запада, характерной особенностью почв которой является кислая реакция почвенной среды, излишняя увлажнённость, недостаточная обеспеченность элементами питания и органическим

веществом, что увеличивает доступность металлов и усиливает риск перехода их в растительную продукцию.

Многочисленными исследованиями установлено, что определенные удобрения способствуют улучшению ряда основных агрохимических свойств почв, снижая подвижность многих ТМ в почве и их биодоступность [1, 2].

В силу не всегда благоприятных агрохимических свойств органогенных почв и их значительной распространенности в нашем регионе страны представляется интересной возможность изучения агро-

Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 41

экологической эффективности использования удобрений на загрязненной свинцом торфяной низинной почве.

Целью исследования являлось изучение агромелиоративной эффективности применения цеолитсодержащего препарата, известняковой муки, подстилочного навоза и азофоски на загрязненной свинцом торфяной почве при выращивании кресс-салата.

Модельный эксперимент закладывался по методике, принятой в агрохимической практике, в пластиковых сосудах ёмкостью 300 см3 [4]. Схема опыта включала 6 вариантов в трехкратной повторности.

Объектом изучения являлась мелиорированная торфяная низинная почва, отобранная на торфяном массиве болота Ли-тошицкое Ленинградской области.

Агрохимические свойства торфяной почвы: зольность - 12,6 %; рН (кс1) - 5,38; Нг, Б и ЕКО - 39,01, 67,34 и 105,35 мг-экв/100 г почвы соответственно; V - 63,92 %; подвижные соединения Ы-ЫН4, Р-Р2О5 и К-К2О - 22,1, 68,0 и 16,0 мг/100 г почвы соответственно; валовая фоновая концентрация РЬ - 19,01 мг/кг.

Масса воздушно-сухой почвы в сосудах всех вариантов составляла 90 г. Цеолитсо-держащий препарат «Стимул» Хотынецко-го месторождения (Орловская область) вносился в смеси с торфом по массе в соотношении - торф: ЦСП - 90: 20 г/сосуд.

Физико-химические свойства препарата: рН (кс1) - 8,34; ЕКО - 32,10 (мг-экв/100 г почвы); доступные соединения Ы-ЫН4+ Ы03, Р-Р2О5, К-К2О, Са-СаО, Мд-МдО, Ыа-Ыа20 и Мп-МпО - 7-8, 25-37, 120-270, 4400-5200, 1200-2000, 120-125 и 430-450 мг/кг соответственно. Препарат состоит из неровных гранул светло-серого цвета размером 2-4 мм.

Доза известняковой муки (СаС03 -90 % д. в.) составляла 1,4 г/сосуд.

Минеральное удобрение было представлено азофоской (16-16-16 %) из расчета 0,2 г д. в. (ЫРК)/кг почвы соответственно.

Доза лошадиного навоза на соломистой подстилке - 5 г/сосуд.

Имитация искусственного загрязнения РЬ создавалась за счет внесения в торфяную почву соли - РЬ (И03)2 в концентрации 32 мг РЬ/кг почвы, равной величине ПДК валовой формы.

В качестве тест-культуры использовался кресс-салат сорта «Ажур». Посев семян проводили с нормой высева 3 проросших семени на сосуд. Во время вегетации растений в почве опыта поддерживалась оптимальная влажность на уровне 70 % от

ПВ. Уборку растений проводили на 41-й день вегетации.

Анализы торфяной низинной почвы были выполнены по принятым в агрохимической практике методикам.

После уборки и учета урожая с каждого одноименного варианта из трех повторно-стей составлялась объединенная проба почвы на анализ подвижных соединений ТМ, извлекаемых ААБ с рН 4,8, а также растительная проба на определение содержания Pb сухим озолением методом атом-но-абсорбционной спектрофотометрии.

При обработке экспериментальных данных был рассчитан коэффициент накопления (КН) Pb кресс-салатом, равный отношению концентрации элемента в растениях к его валовой концентрации в почве.

Степень подвижности ТМ в торфяной почве рассчитана из соотношения подвижных соединений металла к величине валовой концентрации, суммарно равной искусственной добавке с учётом фоновой естественной концентрации в почве, и выражена в процентах.

Урожайные данные и аналитические результаты почвенных и растительных образцов подвергались математической обработке с использованием пакета статистической программы DIANA и MS Excel-2003.

При использовании в опыте удобрений было отмечено снижение обменной и гидролитической кислотности по отношению к контрольному и фоновому вариантам. При этом наибольший нейтрализующий эффект на почву проявлялся со стороны внесения извести, а наименьший - азофоски (табл. 1).

Предположительно, под влиянием содержащихся в исследуемых удобрениях и агромелиорантах оснований кальция, магния, калия и натрия происходила частичная нейтрализация кислых органических кислот торфа (ГК, ФК и др.) с образованием комплексных солей - соединений другой, менее кислой химической природы, чем органические кислоты [5].

Применение органического удобрения повлекло за собой некоторое увеличение гидролитической кислотности по сравнению с другими удобрениями и мелиорантами. Слабое повышение ионов водорода мы связываем с содержащимися в составе органических кислот навоза кислыми функциональными группировками, десорбирую-щими в почвенный раствор Н+.

Применение извести, и особенно навоза, положительным образом сказывалось на увеличении обеспеченности торфяной почвы основаниями (параметр S) в 1,18 и

Таблица 1

Изменение агрохимических свойств торфяной низинной почвы, загрязненной свинцом,

под действием удобрений

Вариант рН (кс1)* Содержание, мг-экв./100 г почвы V, %

Нг Б Е (Т

1. Контроль - 0 5,44 ± 0,03 37,74 68,48 106,22 64,47

2. Фон - РЬ 5,49 ± 0,02 36,58 68,88 105,44 65,31

3. Фон + известняковая мука 5,69 ± 0,03 30,28 80,56 110,84 72,68

4. Фон + ЦСП 5,58 ± 0,05 31,69 61,20 92,89 65,88

5. Фон + азофоска 5,54 ± 0,04 31,98 80,44 112,42 71,55

6. Фон + навоз подстилочный 5,66 ± 0,03 32,55 95,80 128,35 74,64

*Под чертой - ошибка среднего арифметического

1,40 раза соответственно по сравнению с контролем. Снижение параметра Б в 1,12 раза (вариант 4) по отношению к контрольному значению показателя можно объяснить тем, что торфяная почва обладала большей (в 3,5 раза) способностью к поглощению оснований по сравнению с цео-литсодержащим препаратом и в данном случае отмечался эффект «разбавления» емкости.

Вместе с тем внесение извести и навоза значительно повышало уровень эффективного плодородия торфяной почвы за счёт увеличения насыщенности почвы основаниями (параметр V).

В условиях нашего опыта между такими показателями, как Нг и Б, а также Нг и V существовала средней и высокой тесноты корреляционная взаимосвязь (г = - 0,37) и (г = - 0,70) соответственно. Прямому характеру зависимости в опыте подчинялась взаимосвязь между значениями (ан+) и гидролитической кислотностью (г = 0,88).

Известно, что влияние повышенных концентраций ТМ в почве, как правило, отрицательно сказывается на росте и разви-

тии растений. Однако характер действия одного и того же металла может сильно изменяться в зависимости от культуры, концентрации металлического токсиканта, агрохимических свойств почвы и условий выращивания культуры.

В рамках эксперимента было решено установить, как изменяется биомасса растений кресс-салата под действием свинца в почве на фоне применения удобрений и агромелиорантов, и определить фитоток-сический эффект, который способен вызываться непосредственно отрицательным действием самого металла, при этом урожайная масса опытных растений снижается более чем на 10 % по отношению к массе контрольных растений [2].

При выращивании растений на торфяной почве, загрязненной свинцом (2 вариант), отмечалось несущественное снижение биомассы, что вполне объяснимо и согласуется с литературными данными (табл. 2).

Использование удобрений существенно нивелировало негативное действие свинца на растения за исключением вари-

Таблица 2

Влияние свинца на биомассу растений кресс-салата

Вариант Биомасса растений

г/сосуд* прибавка к фону, +/-

г/сосуд %

1. Контроль - 0 0,215 - 100

2. Фон - РЬ 0,195 -0,020 -9,30

3. Фон + известняковая мука 0,437 +0,222 +103,25

4. Фон + ЦСП 0,278 +0,063 +29,30

5. Фон + азофоска 0,410 +0,195 +90,70

6. Фон + навоз подстилочный 0,562 +0,347 +161,40

НСР05 0,135

*Среднее значение с трех повторений

Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 43

анта с использованием цеолитсодержаще-го препарата (табл. 2).

Наибольшая масса опытных растений наблюдалась при внесении навоза. Увеличение массы растений могло происходить не только за счет улучшения процесса питания, кислотно-основных свойств торфяной почвы, но и за счет активной деятельности полезных микроорганизмов.

Выбранная и искусственно созданная пороговая валовая концентрация свинца в торфяной низинной почве на уровне ПДК (32 мг/кг почвы) с дополнительным присутствием фонового содержания металла (19,01 мг/кг почвы) отрицательным образом отражалась на изменении массы растений фонового варианта. В условиях эксперимента был установлен фитотоксиче-ский эффект от пороговой «стрессовой» концентрации металла в почве.

Реакция почвенной среды оказывает влияние на рост и развитие, а значит и на формирование биомассы растений. Так, в каждом отдельном случае между изменением обменной и гидролитической кислотности почвы по вариантам опыта и массой кресс-салата отмечалась сильной тесноты корреляционная взаимосвязь (г = 0,81) и (г = - 0,70) соответственно.

Степень подвижности соединений свинца в нативной и особенно загрязненной торфяной низинной почве опыта отличается существенно меньшими значениями от подвижности РЬ в минеральных почвах, где она составляет 40...60 % (табл. 3) [2].

Сокращение в 2,5 раза перехода соединений свинца из валовых в подвижные формы (2 вариант) по сравнению с контрольным показателем мы связываем с образованием в почве с внесенным металлом более термодинамически стойких органических соединений (например, ком-плексно-гетерополярные соли), которые плохо поддаются обнаружению с помощью используемого универсального экстрагента ААБ с рН 4,8, что в результате могло отразиться на переходе содержаний подвижного РЬ (II) в вытяжку [8].

Использование удобрений во всех опытных вариантах приводило к снижению подвижных соединений свинца в торфяной почве по сравнению с фоновой подвижностью металла (табл. 3).

Наименьшая степень подвижности ТМ в почве опыта наблюдалась при использовании препарата в почвоминеральном субстрате (4 вариант).

При этом снижение величины параметра Е (Т) твердой фазы торфоминерального субстрата существенно не отразилось на предполагаемом снижении сорбции соединений свинца цеолитсодержащим препаратом.

Рассмотрим возможные процессы трансформации соединений свинца в почве.

Интенсивность и характер протекания сорбции ТМ в значительной степени определяются количественным и качественным составом органического вещества почвы.

Установлено, что высокое сродство к поглощению РЬ2+ проявляют как гуминовые кислоты, так и фульвокислоты. При этом в области значений рН 3,0.7,0 преимущественно селективными центрами являются карбоксильные группы (- СООН) кислот, а при рН 7,0.9,0 - фенольные (- ОН) группы [91.

Считается, что взаимодействие РЬ + с гумусовыми кислотами низинного торфа занимает ведущее место в закреплении ТМ почвой в виду высокой поглотительной способности и устойчивости к разрушению этих соединений [8].

Такое положительное качество торфяной почвы может играть решающую роль в снижении поступления тМ в растения.

Другим механизмом, регулирующим поведение свинца в системе почва - растение, являлся процесс химического закрепления с известью, прежде всего в виде таких слабо подвижных соединений как РЬСОэ и РЬ (НС0э)2.

По мнению Зырина с соавт. (1986), ионы РЬ2+ могут проникать в межплоскостные промежутки монтмориллонита и гидрослюд, о чём свидетельствуют структурные изменения в рентгендифрактограммах [10].

Таблица 3

Влияние удобрений на накопление свинца растениями кресс-салата из торфяной низинной почвы

Вариант Валовая концен. РЬ в почве, мг/кг Подвижные соед. РЬ в почве, мг/кг Степень подвижности, % Концентрация РЬ в растениях, мг/кг

1. Контроль - 0 19,01 7,11 37,40 4,57

2. Фон - РЬ 51,01 7,56 14,82 3,28

3. Фон + известняковая мука 51,01 7,31 14,33 1,43

4. Фон + ЦСП 51,01 6,27 12,30 3,05

5. Фон + азофоска 51,01 7,38 14,46 3,14

6. Фон + навоз подстилочный 51,01 6,99 13,70 1,56

Высокодисперсные глинистые минералы по всему объёму имеют большую насыщенность тетраэдрическими сетками или ячейками. Таким образом, в результате возможного изоморфного замещения атомов Si4+ на атомы А13+ в тетраэдрах кристаллической решетки глинистых минералов цеолитсодержащего препарата появляется избыточная плотность отрицательного заряда, который в свою очередь компенсируется катионами, проникающими в межпакетные промежутки [9].

Установлено, что характер поглощения Pb (II) минералами зависит от их природы и может быть необменным, как это характерно для ионов NH+ и К+, которые имеют очень близкие по размеру со свинцом ионные радиусы (NH+ - 1,43А, К+ - 1,33А и Pb2+ - 1,26...1,32А), так и обменным [10].

Можно предположить, что в нашем случае также могло происходить проникновение и удержание катионов Pb2+ из почвенного раствора в межпакетных пространствах кристаллической решетки при набухании глинистых минералов (например, монтмориллонит), входящих в состав препарата.

Факт связывания Pb2+ в межпакетных промежутках кристаллической решётки цеолитов отмечен в работе Knox [12].

Глинистым минералам препарата свойственно и экстрамицеллярное поглощение элементов, в данном случае свинца, на внешней поверхности и сколах частиц за счёт выраженных электростатических сил притяжения.

Количество свинца, накопленное культурой из незагрязненной торфяной почвы, согласуется с величинами его содержания у большинства растений, произрастающих на слабо или не загрязненных почвах, которое варьирует от 0,1 до 10 мг/кг воздушно-сухой массы [13].

Между концентрацией подвижных соединений РЬ в почве и концентрацией металла в растениях отмечалась слабой тесноты взаимосвязь (г = - 0,01).

Проведенный расчет прямолинейной корреляционной зависимости между содержанием ТМ в растениях кресс-салата и их биомассой показал сильную корреляционную взаимосвязь (г = - 0,81).

Представленные расчетные величины КН по вариантам опыта соответствуют литературным данным, в которых КН свинца для большинства растений составляет от 0,01 до 0,9 и более [2].

Использование агромелиорантов и удобрений во всех опытных вариантах приводило к снижению накопления свинца из почвы по сравнению с концентрациями его в растениях контрольного и фонового вариантов.

Наибольший эффект детоксикации на ТМ в системе «почва - растение - удобрение» проявлялся со стороны извести, а наименьший - со стороны азофоски, о чем свидетельствуют значения коэффициентов накопления РЬ (рисунок).

Растения всех вариантов опыта (в пересчёте на сырую массу) не накапливали металл в концентрациях, превышающих

КН Pb

0,2-

0,15-

0,1-

0,05-

0

Т

И Контроль - 0  РЬ - фон В Фон + известь В Фон + ЦСП 0 Фон + азофоска в Фон + навоз подстилочный

Т

Т

19,01 51,01 51,01 51,01 51,01 51,01 Валовая концентрация свинца в торфяной почве, мг/кг

Особенности накопления свинца растениями кресс-салата из торфяной почвы

Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 45

установленное допустимое остаточное количество (ДОК) (1,2 мг РЬ/кг сырой массы) для листовых зеленных овощей даже из загрязненной торфяной почвы (2 вариант) (табл. 3).

На основании результатов опыта можно заключить, что использование удобрений является одним из важных факторов влияния на инактивацию свинца в системе «торфяная низинная почва - растения кресс-салата», улучшение агрохимических свойств почвы и физиологических особенностей роста и развития растений.

Литература

1. Байдина, Н. Л. Инактивация тяжелых металлов гумусом и цеолитами в техно-генно загрязненной почве / Н. Л. Байдина // Почвоведение. - 1994. - № 9. - С. 121125.

2. Тяжелые металлы в системе почва -растение - удобрение / Под общ. ред. М. М. Овчаренко. - М.: Пролетарский светоч, 1997. - 290 с.

3. Уткин, А. А. Влияние цеолитсодер-жащего препарата на физико-химические свойства торфяной низинной почвы и аккумуляцию свинца растениями / А. А. Уткин // Агрохимия. - 2010. - № 4. - С. 62-68.

4. Журбицкий, З. И. Теория и практика вегетационного опыта / З. И. Журбицкий. -М.: Наука, 1986. - 266 с.

5. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансфор-

УДК 57.081.23:681.3

мации / Л. Н. Александрова. - Л.: Наука, 1980. 287 с.

6. Кабата Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

7. Уткин, А. А. Тяжелые металлы (цинк, свинец и кадмий) в системе: торфяная низинная почва - растение: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / А. А. Уткин. - СПб. - Пушкин: СПбГАУ, 2004. - 19 с.

8. Каплунова, Е. В. Трансформация соединений Zn, Pb и Cd в почвах: Автореф. дис. . канд. биол. наук / Е. В. Каплунова. -М.: Почв. ин-т им. В. В. Докучаева ВАСХНИЛ, 1983. - 20 с.

9. Кокотов, Ю. А. Иониты и ионный обмен / Ю. А. Кокотов . - Л.: Химия, 1980. - 150 с.

10. Зырин, Н. Г. Сорбция свинца и состояние поглощённого элемента в почвах и почвенных компонентов / Н. Г. Зырин, А. В. Сердюкова, Т. А. Соколова // Почвоведение. - 1986. - № 4. -С. 39-44.

11. Справочник химика-аналитика / А. И. Лазарев [и др.]. - М.: Металлургия, 1976. - 184 с.

12. Knox, A. S. Effect of zeolite and apatite on mobility and speciation of metals / A. S. Knox, D. C. Adriano // 5-th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements. June 11-15, 1999. - Vienna, 1999. -P. 990-991.

13. Алексеев, Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

СРАВНЕНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА И Т-КРИТЕРИЯ СТЬЮДЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ СТАЦИОНАРНОГО ОПЫТА В ЦЕЛОМ, А ТАКЖЕ ПРИ ИХ ЧАСТИЧНОЙ УТРАТЕ

С. В. Фролова, канд. с.-х. наук, доцент; Л. И. Никонорова, ст. преподаватель; Л. В. Бобрович, доктор с.-х. наук, профессор

Мичуринский государственный аграрный университет, т. (47545) 5-26-35, е-таП: ^о@тдаи. ги; аэр@тдаи. ги

Рассмотрен сравнительный подход к обработке экспериментальных данных с биологическими объектами при использовании ортогональных и неортогональных схем дисперсионного анализа и ^критерия Стьюдента.

Ключевые слова: дисперсионный анализ, ^критерий Стьюдента, статистические методы, стационарный эксперимент.

В опытной работе особенно часто приходится встречаться с задачей сравнения между собой двух средних результатов исследований, доказывать методами математической статистики достоверность различий в действии изучаемых факторов,

вариантов опыта и на основании этого сравнения делать выводы и предложения для производства. Действительно, при проведении полевых и вегетационных опытов нам не столько приходится устанавливать и анализировать абсолютные размеры изу-