Агроэкологические особенности возделывания овощных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами

PHYTOTOXITY OF LEACHED BLACK SOIL UNDER THE DIFFERENT SYSTEMS

OF CULTIVATION OF SOILS

S.V. Bogomasov, S.M. Nadeshkin

Summary. It is important for the agroecological conditions of soils to evaluate the influence of cultivation on the level of phytotoxity of soils. The differentiation of arable layer under the minimization of tillage due to the content of humus, of elements of mineral feeding is determined. The intensification of processes of transformation post-harvesting residues reduces the toxity of arable layer. The dutente of microbiological activity by minimization of soil tillage provokes the growing of phytotoxity.

Key words: systems of soil cultivation; root and harvest residues; soil microorganisms; elements of plant feeding; mineralization of plant residues; common phytotoxity of soils.

УДК 631.453: 546: 635

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР НА ПОЧВАХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

С Д. ЛИЦУКОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, декан агрономического факультета

АВ. АКИНЧИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. декана агрономического факультета Белгородская ГСХА E-mail: bsaa@belgtls.ru

Резюме. В статье представлены агрохимические приемы, снижающие уровень тяжелых металлов в растениях. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что высокое содержание тяжелых металлов в почве снижает урожай сельскохозяйственных культур. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают отрицательное влияние этих элементов на урожайность культур. Ключевые слова: тяжелые металлы; кадмий; цинк; свинец; медь; растениеводческая продукция; минеральные, органические, известковые удобрения; токсичность.

Ежегодно в мире образуется в среднем до 5 т органических и минеральных отбросов и отходов на каждого человека. Эти вещества загрязняют почвенный покров, воду и воздух, причем из водной и воздушной среды прямыми и косвенными путями они попадают в почву [2]. Почвы, загрязненные тяжелыми металлами (ТМ), могут на долгие годы стать непригодными для производства растениеводческой продукции. Миграция тяжелых металлов в агроэкосистемах определяется рядом факторов. Среди них наибольшее значение имеют почвенные условия и биологические особенности самих растений [2]. Разработка приемов, способствующих снижению содержания тяжелых металлов в растениях, — одна из основных задач земледельческой науки.

Цель наших исследований — изучение приемов детоксикации почвы для получения экологически чистой овощной продукции.

Для ее достижения были поставлены следующие задачи:

определить влияние тяжелых металлов на урожайность овощных культур;

изучить поступление кадмия, цинка, свинца и меди в растениеводческую продукцию в зависимости от внесения минеральных удобрений, извести и навоза на искусственно созданном повышенном фоне содержания тяжелых металлов.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава в условиях Белгородской области.

Опыт заложен в 4-кратной повторности, по схеме: контроль (без удобрений и дополнительного внесения тяжелых металлов);

N Р К, •

180 180 480’

К180Р180К180+™;

Т'?180Р.80К180 + ИЗВеСТЬ <4 Т/га) + ™; наюз (50 т/га)+™;

МШ)Р1801С1№ 4- известь (4 т/га) + навоз (50 т/га) +ТМ; НзбоРзбоКзбо+™-

Тяжелые металлы — СЖ04

— вносили каждый отдельно, предварительно смешав соли с почвой, во избежание непосредственно го контакта между ними. Затем почву делянки перекапывали.

Агрохимические показатели опытного участка: содержание гумуса — 5,8 %, подвижного фосфора — 312 мг/кг, обменного калия — 174 мг/кг, азота легкогидролизуемого — 175 мг/кг, рНш—5,6. Посевная площадь делянки 4,5 м2, учетная — 3,25 м2. Уход за растениями проводили по общепринятым технологиям для зоны возделывания. Учет урожая осуществляли вручную. Полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа.

В опыте использовали нитрофоску. Минеральные, органические и известковые удобрения вносили одновременно на поверхность почвы вручную и заделывали при перекопке участка. Высокие дозы азота, фосфора и калия были выбраны с целью изучения действия полного минерального удобрения на подвижность тяжелых металлов и их поступление в растениеводческую продукцию.

Таблица. Урожайность овощных культур в среднем за три года, т корм, ед./га

Вариант Картофель Столовая свекла Фасоль В среднем

урожай- ность при- бавка урожай- ность прибав- ка урожай- ность при- бавка урожай- ность при- бавка

Контроль 6,42 3,20 1,44 3,69

М-шоР-шоК-шо 8,70 2,28 3,84 0,64 1,63 0,19 4,72 1,03

N180^ 180^180 + ТМ 6,99 0,57 3,55 0,35 1,43 -0,01 3,99 0,3

М180Р180К180 + ТМ + известь 8,22 1,8 4,30 1,10 2,03 0,59 4,85 1,16

^18оР 180^180 + ТМ + навоз 8,22 1,8 4,36 1,16 1,98 0,54 4,85 1,16

^8оР18оК18о + ТМ + навоз + известь 8,67 2,25 4,51 1,31 2,1 0,66 5,09 1,40

№боРзбоКзбо+ ТМ 7,65 1,23 3,74 0,54 1,72 0,28 4,37 0,68

НСРо.об 1,13 0,49 0,64 0,80

Агрохимические показатели почвы определяли следующими методами: рНш — потенциометричес-ки; гумус — по Тюрину; легкогидролизуемый азот — по Корнфилду; фосфор и калий — по Чирикову.

Концентрацию тяжелых металлов определяли по методическим указаниям разработанным ЦИНАО.

Результаты и обсуждение. Для изучения влияния тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции, а также их взаимодействия с почвой, мы провели исследования в звене севооборота картофель — столовая свекла — фасоль. Внесение водорастворимых солей кадмия, меди, цинка и свинца привело к превышению их валового содержания над уровнем ОДК в 13-17; 2-2,4; 1,4-1,8 и 1,6-3,4 раза соответственно.

Картофель возделывали в первый год после заделки токсичных элементов. Это привело к снижению урожайности культуры до 6,99 т корм, ед./га (см. табл.), что на 1,71 т/га ниже, чем в варианте с применением только ]Ч180Р180К180. Известь и навоз уменьшали токсичность тяжелых металлов. Урожайность на делянках с их использованием составила 8,22 т корм, ед./га, или 117,6 % по отношению к варианту ^18оР1юК,80 + ТМ. Наибольшая прибавка (1,68 т/га) зафиксирована в случае внесения органических и минеральных удобрений в сочетании с мелиорантом.

Столовую свеклу выращивали на второй год после внесения тяжелых металлов. В варианте ^18оР18о^18о + ТМ урожайность корнеплодов составила 3,55 т корм, ед./га. Использование извести повысило величину этого показателя до 4,30 т корм, ед./га, навоза — до 4,36, а их совместное внесение — до 4,51 т корм, ед./га.

Тяжелые металлы проявляли токсичность и на третий год после заделки при выращивании фасоли. Урожайность этой культуры в контроле была равна 1,44 т корм, ед./га, в варианте >1180Р180К180 — 1,63, а М|80Р180К180 + ТМ — 1,43 т корм, ед./га. То есть в последнем случае она снизилась до уровня контроля. На делянках с использованием извести собрали по 2,03 т корм, ед./га, или на 0,60 т/га больше, чем в варианте ^18оРш^18о + ТМ В случае применения навоза урожайность достигла 1,98 т корм, ед./га, а при его совместном внесении с известью — 2,10 т корм, ед./га. Двукратное увеличение дозы минеральных удобрений на фоне загрязнения тяжелыми металлами обеспечило прибавку в размере 0,29 т корм, ед./га. Одна-

ко и в этом случае урожайность фасоли была ниже, чем в варианте К180Р180К180 + ТМ + известь.

В среднем по севообороту урожайность в контроле составила 3,69 ткорм, ед./га, в варианте сМ180Р180К180

— 4,72 т корм, ед./га. Внесение тяжелых металлов снижало величину этого показателя до 3,99 т корм, ед./га. На делянках с использованием извести и навоза, а также в случае их сочетания отрицательное влияние токсичных элементов ослаблялось. Прибавка по отношению к варианту 1Ч180Р|80К180 + ТМ составила 0,86; 0,86 и 1,10 т корм, ед./га соответственно.

В среднем за 3 года исследований содержание кадмия в клубнях картофеля в контроле и в варианте М,80Р180К180 было равно 0,037 мг/кг. Заделка тяжелых металлов приводила к его увеличению до 0,073 мг/кг. Внесение извести снижало поступление кадмия до 0,057 мг/кг, навоза — до 0,067 мг/кг, а использование их сочетания — до 0,060 мг/кг.

Концентрация меди в клубнях в контроле была равна 0,423 мг/кг, в варианте с ^80Р180К180 — 0,373, с >}180Р18()К180 + ТМ — 0,537 мг/кг. При внесении извести, навоза и двойной дозы минеральных удобрений она увеличилась до 0,597; 0,580 и 0,643 мг/кг соответственно, что тем не менее было в 7,7-9,6 раз ниже ПДК. Некоторое снижение содержания этого элемента (до 0,523 мг/кг) обеспечило совместное использование навоза и извести.

Концентрация свинца в картофеле в контроле была равна 0,287 мг/кг, в варианте Л^Р^К^ — 0,297. На делянках, загрязненных токсичными элементами, она колебалась от 0,350 мг/кг (^180Р|80К|80 + ТМ + известь + навоз) до 0,427 мг/кг (М360Р360К360 + ТМ), что ниже ПДК на 0,15 и 0,073 мг/кг соответственно. Снижение накопления свинца в клубнях, по сравнению с вариантом М180Р,80К180 + ТМ, отмечено при внесении извести отдельно (на 0,013 мг/кг) и в сочетании с навозом (на 0,03 мг/кг).

Содержание цинка в клубнях в контроле составляло 5,583 мг/кг, в варианте с М|80Р180К180 — 5,020 мг/кг. На загрязненных делянках оно не превышало ПДК и достигало в варианте 1Ч180Р180К180 + ТМ 7,287 мг/кг. Использование извести отдельно и вместе с навозом снижало поступление цинка в клубни соответвенно до 7,007 и 6,820 мг/кг.

Столовая свекла, возделываемая в севообороте после картофеля, накапливала меньше кадмия и меди, а интенсивность поступления свинца и цинка в корнеп-

лоды этой культуры была такой же, как и у предшественника. В контроле содержание кадмия составило 0,015 мг/кг, в варианте с — 0,024 мг/кг. На

делянках, загрязненных тяжелыми металлами

+ ™ и Н360 Р360К360 + ™)>его содержание превысило ПДК на 0,006 мг/кг и составило 0,036 мг/кг. Несколько меньше, хотя все равно выше ПДК, этот элемент накапливался при использовании навоза в отдельности (0,033 мг/кг) и в сочетании с известью (0,031 мг/кг). До уровня ниже ПДК концентрация кадмия опустилась только при внесении извести (0,025 мг/кг).

В контроле в корнеплодах столовой свеклы содержалось 0,221 мг/кг меди, что ниже, чем в клубнях картофеля на 0,202 мг/кг. Применение минеральных удобрений вызвало повышение величины этого показателя до 0,262 мг/кг, а дополнительное внесение тяжелых металлов — до 0,358 мг/кг (на 4,642 мг/кг ниже ПДК). Использование извести обеспечило снижение поступления меди до 0,258 мг/кг; навоза — до 0,304, а их совместное использование — до 0,336 мг/кг. В случае удвоения дозы минеральных удобрений содержание меди в столовой свекле уменьшилось на 0,019 мг/кг.

Концентрация свинца в корнеплодах в контроле составила 0,263 мг/кг, в варианте с М180Р180К180 — 0,311 мг/кг, а при заделке тяжелых металлов (Й180Р|80К180 + ТМ) она на 0,065 мг/кг превысила ПДК и достигла 0,565 мг/кг. До безопасного уровня содержание этого элемента снизилось при использовании извести (0,324 мг/кг), навоза (0,495 мг/кг) и их сочетания (0,358 мг/кг). Двойная доза минеральных удобрений привела к повышению накопления свинца в корнеплодах до 0,688 мг/кг.

Концентрация цинка в корнеплодах столовой свеклы в контроле была равна 6,91 мг/кг, в варианте с к,шр.80к180 - 6’93 МГ/КГ>с + ТМ - 8,53 мг/кг

(ниже ПДК на 1,47 мг/кг). Применение извести уменьшало величину этого показателя до 7,54 мг/кг, навоза — до 8,50 мг/кг, а совместное их внесение — до 8,41 мг/кг. При двойной дозе минеральных удобрений содержание цинка в корнеплодах возросло до 9,58 мг/кг, но тем не менее не превысило ПДК.

Из трех изученных культур севооборота наибольшее количество тяжелых металлов накапливала фасоль. Содержание кадмия в ее бобах в контроле со-

ставило 0,069 мг/кг, при внесении минеральных удобрений — 0,075 мг/кг, а в варианте ТЧ|80Р180КШ + ТМ — 0,123 мг/кг (на 0,023 мг/кг выше ПДК). До безопасного уровня оно снижалось в случае использования извести (0,063 мг/кг), навоза (0,076 мг/кг) и их сочетания (0,069 мг/кг). Увеличение дозы минеральных удобрений в 2 раза также приводило к некоторому уменьшению концентрации этого элемента в бобах, однако она оставалась на 0,003 мг/кг выше ПДК.

Содержание меди в контроле было равно 0,94 мг/кг, в варианте с К1ЮР1ЮК,Ю - 0,91, а с Т^Р,^ + ТМ -2,91 мг/кг. Внесение извести снижало поступление этого элемента до 1,08 мг/кг, навоза — до 1,07 мг/кг. Еще больше концентрация меди уменьшалась в случае их совместного применения (до 1,04 мг/кг). Двойная доза минеральных удобрений незначительно снижала содержание этого элемента (до 2,86 мг/кг).

Фасоль в контроле накапливала свинец интенсивнее, чем картофель и столовая свекла. Его содержание в бобах достигало 0,56 мг/кг, что почти в 2 раза больше, чем в ранее рассмотренных культурах. В варианте 1Ч180Р180К180 + ТМ величина этого показателя превысила ПДК на 0,24 мг/кг. Использование извести, навоза и их сочетания уменьшало концентрацию этого элемента до 0,56; 0,58 и 0,54 мг/кг соответственно. При внесении удвоенного количества минеральных удобрений она снижалась всего лишь на 0,07 мг/кг.

Содержание цинка в бобах в контроле составляло 14,86 мг/кг, в варианте с Ы180Р180К180 — 13,65 мг/кг, с М180Р180К]80 + ТМ — 23,40 мг/кг. Применение извести и навоза по отдельности и их совместное внесение уменьшило накопление цинка почти в 2 раза (до 13,24; 13,29 и 14,54 мг/кг соответственно). Двойная доза минеральных удобрений снижала величину этого показателя на 0,98 мг/кг.

Выводы. Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют, что высокое содержание тяжелых металлов в почве снижает продуктивность овощных культур в течение не менее 3 лет.

Внесение извести отдельно и вместе с навозом уменьшает их отрицательное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, а также сокращает поступление тяжелых металлов в растениеводческую продукцию.

Литература.

1. Мальцев В. Ф., Бельченко С А., Слрокин А.Е. Накопление тяжелых металлов в почве и растениях. Сборник научных трудов. — Биоло-гизация земледелия в Нечерноземной зоне России. — Брянск, 2005.

2. Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В., Садовникова Л.К., Соколова Т.А. Химическое загрязнение почвы и их охрана.-М.: ВО Агропромиздат, 1991.-297с.

3. Овчаренко М.Н., Шильников И.А., Комарова Н.А. приемы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами. — Агрохимический вестник. — 2005. — №3. — С. 2-4.

AGRO ECOLOGICAL FEATURES OF CULTIVATING VEGETABLE CROPS ON SOILS,

POLLUTED BY HEAVY METALS

S.D. Litsukov, A.V. Acinchin

Summary. Agrochemical methods reducing the level of heavy metals in plants are represented in this article (work). According to obtained valuable conclusions, it is clear, that high contents of heavy metals in soil reduce crop capacity. Applying lime and combined applying lime and manure reduce negative influence of these elements on crop capacity. Key words: heavy metals; cadmium; zinc; lead; copper; plant-growing production; mineral; organic; lime fertilizers; toxic.