Оценка агроэкологического состояния чернозема типичного в условиях юго-западной части ЦЧР

Вестник аграрной науки, 6

ОЦЕНКА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО В УСЛОВИЯХ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЦЧР

ASSESSMENT OF THE AGROECOLOGICAL STATE OF BLACK EARTH TYPICAL IN THE SOUTH-WEST PART OF THE CENTRAL BLACK EARTH REGION

Морозова T.C.*, кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель Morozova T.S.*, Candidate of Agricultural Sciences, Senior Lecturer

Линков С.А., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Linkov S.A., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Лицуков С.Д., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Litsukov S.D., Doctor of Agricultural Sciences, Professor Колесниченко Е.Ю., кандидат биологических наук, доцент Kolesnichenko E.Yu., Candidate of biology Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Белгородский государственный аграрный университет имени

В.Я. Горина», Белгородская область, Россия Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Belgorod State Agricultural University named after V. Gorin", Belgorod region, Russia *E-mail: tamara.morozova.1988@mail.ru

При оценке агроэкологического состояния пахотных почв к числу важных показателей, указывающих на их плодородие, следует отнести содержание гумуса как наиболее значимого свойства потенциального плодородия почв и содержание питательных элементов (Р2О5, К2О), подвижность которых в почвах черноземного ряда может быть первичным фактором, лимитирующим урожайность сельскохозяйственных культур. Одними из наиболее значимых показателей агроэкологического состояния пахотных почв является содержание в них подвижных соединений тяжелых металлов. Целью данного исследования являлось количественная оценка содержания питательных веществ и кадмия в почве, а также установление возможной связи между этими показателями и аккумуляцией кадмия озимой пшеницей. В рамках настоящей работы было проведено обследование почвы опытного участка по содержанию в почве подвижных форм кадмия, определено содержание кадмия в растениеводческой продукции. Внесение удобрений приводит к увеличению содержания элементов питания в почве. Минеральная система удобрений имеет преимущество в увеличении подвижного фосфора по отношению к органической, а сочетание органических и минеральных удобрений, особенно в двойных дозах, оказывают наибольшее положительное влияние на повышение содержания подвижного фосфора и обменного калия в 3,5 и 1,5 раза соответственно по отношению к контролю. Внесение минеральных, органических удобрений и их совместное внесение с 2013 г. по 2019 г. изменяют содержание подвижных форм кадмия, в сторону увеличения. Наибольшее содержание подвижных форм кадмия отмечено на вариантах с внесением навоза. Ключевые слова: почва, чернозем типичный, озимая пшеница, минеральные удобрения, органические удобрения, гумус, подвижный фосфор, обменный калий, кадмий.

When assessing the agroecological state of arable soils, it is important to mention the humus content as the most significant property of the potential soil fertility and the content of nutrients (P2O5, K2O), the mobility of which in rich black soils (Chernozem) can be the primary factor limiting the yield of crops as well as, one of the important indicator of soil fertility. One of the most significant indicators of agroecological condition of arable soils is the content of mobile compounds of heavy metals in them. The aim of this study was to establish in a stationary field experiment on typical rich black soil (Chernozem) influence of different doses of fertilizers,

manure and their combined action on the content of nutrients in the soil. The work was carried out a survey of the soil of the experimental site on the content of mobile forms of cadmium in the soil, the content of cadmium in plants. Fertilizing leads to an increase in the content of nutrients in the soil. The mineral fertilizer system has the advantage of increasing mobile phosphorus over organic, and a combination of organic and mineral fertilizers, especially in double doses, have the greatest positive effect on increasing the content of mobile phosphorus and metabolic potassium by 3.5 and 1.5 times, respectively, in relation to control. Use of mineral, organic fertilizers and their joint application from 2013 to 2019 change the content of mobile forms of cadmium, upwards. The highest content of mobile cadmium forms is noted in manure application variants.

Key words: soil, typical chernozem, winter wheat, mineral fertilizers, organic fertilizers, humus, mobile phosphorus, metabolic kalium, cadmium.

Введение. Важнейшим компонентом природных ресурсов страны, определяющих социально-экономическое богатство любого государства, являются земельные ресурсы, в том числе и пахотные угодья. В Белгородской области, которая относится к числу крупнейших сельскохозяйственных регионов страны, проблема сохранения и повышения плодородия почв, их рациональное использование с получением высоких и стабильных урожаев культурных растений, охрана окружающей природной среды является весьма актуальной. Вопросы современного состояния плодородия пахотных почв и его агроэкологической оценки находятся в центре внимания ученых-аграриев. Агроэкологическая оценка плодородия предусматривает определение изменений свойств пахотных почв при антропогенном воздействии с учетом почвенно-климатических условий [2, 5].

По данным В.Д. Соловиченко и С.И. Тютюнова (2013) агроэкологическое состояние почвенного покрова Белгородской области вызывает тревогу и серьёзные опасения в перспективе дальнейшего использования. Следовательно, сельскохозяйственное использование почв и воспроизводство плодородия должны сопровождаться комплексом обязательных агромероприятий: защита почв от эрозии, сохранение и повышение содержания гумуса, питательных элементов, известкование кислых почв, а также мониторинг содержания тяжелых металлов [8].

В последние годы ряд учёных уделяют особое внимание вопросам поступления и накопления тяжелых металлов в почве. Тяжелые металлы широко распространены в биосфере и являются наиболее токсичными химическими загрязнителями окружающей среды [4]. Накопление основной части загрязняющих веществ наблюдается, главным образом, в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте, где они связываются алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Состав и количество удерживаемых в почве элементов находятся в зависимости от содержания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения.

Установлена положительная корреляция между накоплением тяжелых металлов и поглощением калия и фосфора, а между поглощением тяжелых металлов и поглощением азота такая связь не установлена [6, 7].

Наибольшую опасность представляют водорастворимые и ионообменные формы тяжелые металлы способные легко поглощаться растениями, а затем передаваться в экосистемах по пищевым цепям. Такой механизм особенно опасен для сельскохозяйственных растений, таккак конечным потребителем в этом случае является человек [1, 3].

Всё чаще время многие исследователи указывают на небезопасность длительного внесения в почву удобрений, из-за содержания в них определенных количеств примесей тяжелых металлов. Таким образом, в современных условиях необходимость агроэкологической оценки плодородия пахотных почв не вызывает сомнения.

Цель исследований - количественная оценка содержания питательных веществ и кадмия в почве, а также установление возможной связи между этими показателями и аккумуляцией кадмия озимой пшеницей.

В задачи исследований входило: изучение закономерности изменения основных агрохимических показателей плодородия чернозёма типичного в зависимости от внесения удобрений; изучение влияния удобрений на подвижность кадмия в почве и накопление его озимой пшеницей.

Условия, материалы и методы. Экспериментальные исследования проводились в вегетационный период 2019 г. на опытном участке многолетнего стационарного полевого опыта лаборатории плодородия почв и мониторинга ФГБНУ «Белгородский ФАНЦ РАН», заложенного в 1987 г. Почва участка -чернозем типичный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Агрохимические показатели опытного участка: содержание гумуса- 5,3%, рНш - 5,8, подвижного фосфора - 57 мг/кг, обменного калия - 121 мг/кг, азота легкогидролизуемого - 160 мг/кг.

Исследования по изучению влияния доз удобрений на урожайность и качество озимой пшеницы проводили по схеме: без удобрений (контроль); №0Р60К60 + N30 рано весной; М20Р120К120+ N30 рано весной; навоз 40 т/га (последействие); №0Р60К60 + N30 рано весной +навоз 40 т/га (последействие); М20Р120К120+ N30 рано весной + навоз 40 т/га (последействие); навоз 80 т/га (последействие); №0Р60К60 + N30 рано весной +навоз 80 т/га (последействие); М20Р120К120+ N30 рано весной + навоз 80 т/га (последействие).

В качестве основной обработки почвы проводилась вспашка на глубину 22 см.

Согласно схеме опыта, минеральные удобрения в виде азофоски ежегодно вносили под основную обработку и 30 кг/га д.в. азота для проведения подкормки аммиачной селитрой рано весной.

Из органических удобрений применяли навоз КРС. Навоз вносили под сахарную свёклу один раз за ротацию севооборота. В расчете на простое воспроизводство почвенного плодородия навоз вносился в одинарной дозе, которая составляла 40 т/га, а в расчете на расширенное воспроизводство доза внесения навоза была увеличена вдвое и составляла 80 т/га.

Образцы исследуемой почвы и сельскохозяйственной культуры были отобраны на опытных делянках лаборатории мониторинга и плодородия почв ФГБНУ «Белгородский ФАНЦ РАН». Образцы почвы отбирали ежегодно в апреле и июле через 20 см до глубины 1 метр.

Пробы растений озимой пшеницы с выделением основной и побочной продукции отбирали во время уборки урожая.

Определяли следующие агрохимические показатели почвы: содержание гумуса, К2О, Р2О5.

Количественное содержание кадмия в почве и растении озимой пшеницы выявляли атомно-адсорбционным методом.

Результаты и обсуждение. В данной работе представлены результаты исследований влияния видов и доз удобрений на содержание в почве органического вещества, элементов минерального питания, а также содержание подвижного кадмия. Результаты исследований показывают, что содержание гумуса в почве изменяется под влиянием удобрений. Применение минеральных удобрений усиливает процессы минерализации органического вещества

относительно контроля (табл. 1). Так, при внесении Ы9оРбоКбо содержание гумуса уменьшилось на 0,08% по отношению к контрольному варианту. Двойная доза минеральных удобрений сохраняет процесс снижения содержания гумуса.

Таблица 1 - Содержание питательных веществ в почве в слое 0-30 см

Вариант Содержание питательных веществ

Гумус, % Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг

Контроль 4,95 77 Ю9

№оРбоКбо 4,87 138 116

Ы1бо Р12оК12о 4,66 177 168

Навоз 40* 5,о1 138 126

№оРбоКбо+ Навоз 40* 4,83 147 141

Ы1бо Р12оК12о+Навоз 40* 5,о3 212 152

Навоз 80** 5,23 94 125

№оРбоКбо+Навоз 80** 5,19 178 157

Ы1бо Р12оК12о+ Навоз 80** 5,19 268 166

НСРоб о,72 1,1 1,17

Примечание: *- последействие 40 т/га навоза; **- последействие 80 т/га навоза.

Последействие органических удобрений несколько снижали процессы минерализации. Применение навоза в дозе 80 т/га навоза приводит к накоплению гумуса в почве.

Содержание подвижного фосфора значительно возрастает при внесении минеральных удобрений в одинарной и, особенно, в двойных дозах. Так, при внесении минеральных удобрений в дозе №оРбоКбо его содержание в слое 0-30 см увеличилось (по отношению к контролю) в среднем в 1,8 раза. При внесении минеральных удобрений на фоне последействия навоза содержание подвижного фосфора в пахотном слое существенно увеличивается.

При совместном внесении удобрений наблюдается значительное увеличение обменного калия. Внесение одной и двух доз минеральных удобрений на фоне последействия навоза обеспечивает максимальное повышение обменного калия в почве, доводя обеспеченность почвы элементом до высокой - от 125 до 168 мг/кг.

Таким образом, внесение органических удобрений повышают содержание гумуса в почве, наибольшее его содержание 5,23% отмечено на варианте с внесением двойной дозы навоза, рассчитанной на расширенное воспроизводство почвенного плодородия. Накопление питательных элементов в почве способствует внесение минеральных удобрений на фоне последействия навоза.

Для оценки вероятности загрязнения сельскохозяйственной продукции тяжелыми металлами важно знать содержание их подвижных форм. Мы ведём наблюдения за изменением содержания подвижной формы кадмия в почве с 2013 года. Информация по содержанию подвижных форм кадмия представлена в таблице 2. Полученные данные показывают, что регулярное внесение минеральных и органических удобрений и их совместное внесение изменяют содержание подвижных форм кадмия в почве. Внесение минеральных удобрений, органических удобрений и внесение минеральных удобрений на фоне последействия навоза приводит к увеличению подвижных форм кадмия в почве и, следовательно, может оказать отрицательное влияние на агроэкологическое состояние почвы.

Таблица 2 - Содержание подвижных форм кадмия в почве в слое 0-30 см, мг/кг

Вариант Годы исследования

2013г. 2015 г. 2019г.

Контроль 0,14 0,18 0,22

N9 о Ре о Кб о 0,12 0,13 0,26

N180 Р120К120 0,11 0,11 0,26

Навоз 40 0,08 0,15 0,23

№оРбоКбо+ Навоз 40 0,17 0,17 0,22

N180 Р120К120+Нав03 40 0,08 0,11 0,26

Навоз 80 0,07 0,14 0,27

№0Рб0Кб0+Нав03 80 0,07 0,15 0,19

М80Р120К120+ Навоз 80 0,14 0,10 0,09

одк 1,0

Примечание: *- последействие 40 т/га навоза; **- последействие 80 т/га навоза.

Анализ полученных данных показал различия в количественном распределении кадмия и питательных веществ в почве опытного участка. По результатам этого анализа было установлено: в вариантах с высоким содержанием питательных веществ содержанием кадмия ниже; в вариантах с относительно низким содержанием питательных веществ концентрация подвижного кадмия выше.

Накопление в почве тяжелых металлов, обладающих биоцидным действием (ртуть, кадмий, свинец и др.), входящих в состав пестицидов и удобрений может стать причиной накопления их различными частями растений и как следствие приведёт к загрязнению продуктов питания и кормов.

В таблице 3 представлены данные о накоплении кадмия в основной и побочной продукции озимой пшеницы.

Таблица 3 - Содержание кадмия в основной и побочной продукции, мг/кг

Вариант Зерно Солома

Контроль 0,05 0,07

N9 0 Рб 0 Кб 0 0,06 0,07

N180 Р120К120 0,07 0,09

Навоз 40* 0,07 0,08

№0Рб0Кб0+ Навоз 40* 0,07 0,08

N180 Р120К120+Нав03 40* 0,08 0,07

Навоз 80** 0,06 0,07

№0Рб0Кб0+Нав03 80** 0,07 0,08

М80Р120К120+ Навоз 80** 0,07 0,09

пдк 0,1

Примечание: *- последействие 40 т/га навоза; **- последействие 80 т/га навоза.

При анализе образцов озимой пшеницы было выявлено, что содержание кадмия в соломе несколько выше, чем в зерне, что подтверждает положение о большей их аккумуляции в органах, не участвующих в репродукции [1].

На варианте без внесения удобрений содержание кадмия в соломе составило 0,05, что на 0,02 мг/кг или в 1,2 раза больше, чем в зерне.

Удобрения способствовали накоплению токсиканта в растении, причем темпы накопления кадмия в зерне по отношению к соломе возрастали соответственно их дозам.

Выводы. В результате проведенного исследования агрохимического состояния чернозема типичного в условиях многолетнего стационарного полевого опыта была установлена высокая его обеспеченность содержанием гумуса, подвижным фосфором и обменным калием. Агроэкологическая характеристика пашни оптимальна за счет невысокого содержания подвижных форм кадмия и непревышения установленных санитарно-экологических норм. Однако, следует отметить тенденцию накопления подвижного кадмия в почве, что требует постоянного контроля его содержания кадмия в почве, для поддержания оптимального агроэкологическое состояние почвы.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

2. Лицуков С.Д. Накопление тяжелых металлов растениями фасоли на черноземе типичном // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. С. 49-51.

3. Лицуков С.Д. Получение экологически чистой продукции на почвах, загрязненных кадмием // Достижения науки и техники АПК. 2004. № 4. С. 22-23.

4. Лицуков С.Д., Акинчин A.B. Транслокация тяжёлых металлов в системе почва - растение. Белгород: Изд-во БелГСХА, 2007. 201 с.

5. Лукин C.B. Экологические проблемы и пути их решения в земледелии Белгородской области. Белгород: Издательство «Крестьянское дело», 2004. 164 с.

6. Матвеев Н.М., Павловский В.А., Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Изд-во «Самарский университет», 1997. 215 с.

7. Путятина Л.А., Лицуков С.Д. Действие удобрений на экологическое состояние чернозема типичного юго-западной части ЦЧР // Биологизация земель в адаптивно-ландшафтной системе земледелия: материалы Всероссийской научно-практической конференции Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства 14-17 июля 2015 г. Белгород: «Отчий край», 2015. С. 338-342.

8. Соловиченко В.Д., Тютюнов С.И. Почвенный покров Белгородской области и его рациональное использование. Белгород: «Отчий край», 2013. 372 с.