Урожайность и качество картофеля и ячменя, выращенных на дерново-подзолистой почве, загрязненной тяжелыми металлами в зависимости от различных систем удобрения

источников устойчивости ячменя к данной болезни крайне ограниченно (по нашим данным в настоящее время вообще отсутствуют источники высокоэффективной ювенильной резистентности против популяции патогена из Северо-западного региона Российской Федерации), обработка растений растворами макроэлементов питания может рассматриваться как теоретически перспективный метод борьбы с карликовой ржавчиной ячменя.

Литература

1. Тырышкин Л.Г. Изменение вирулентности возбудителя листовой ржавчины пшеницы под действием элементов минерального питания // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2014. - № 35. - С. 85-89.

2. Тырышкин Л.Г. Влияние элементов минерального питания на агрессивность возбудителя листовой ржавчины пшеницы Puccinia triticina Erikss // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. -2015.-№38.-С. 29-33.

3. Тырышкин Л.Г., Мишенькина О.Г., Захаров В.Г. Влияние факторов внешней среды на вирулентность и агрессивность возбудителя корончатой ржавчины овса // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 42. - С. 82-86.

4. Mains Е.В., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopath. - 1926. - V. 16. - № 1. - P. 89-120.

УДК 581.1:633.16:546.48

Доктор с.-х. наук В.П. ЦАРЕНКО

УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ И ЯЧМЕНЯ, ВЫРАЩЕННЫХ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ

УДОБРЕНИЯ

Тяжелые металлы, картофель, ячмень, система удобрений, микрополевой опыт, дерново-подзолистая почва

Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ), особенно в районах, примыкающих к крупным мегаполисам и промышленным зонам, в последнее время стало объектом пристального внимания общества в связи с установленным влиянием ТМ на экологические условия проживания, на здоровье населения. Поэтому проблеме загрязнения окружающей среды и в частности земель сельскохозяйственного назначения, тяжелыми металлами посвящены многие научные исследования. Для обеспечения прав населения промышленных регионов на безопасное для здоровья состояние окружающей среды, включая получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции, необходимы исследования влияния антропогенной нагрузки на свойства почв и воздействия ТМ на урожайность и качество основных сельхозкультур региона. Для Ленинградской области среди таких культур важное место занимают картофель и ячмень. Имеющиеся в настоящее время исследования оценки взаимосвязи урожайности и качества картофеля и ячменя с уровнем содержания ТМ в почве достаточно противоречивы.

В работе исследовалось влияние тяжелых металлов на растения картофеля и ячменя, возделываемых в звене севооборота картофель-ячмень- однолетние травы (вико-овсяная смесь). Результаты работы могут иметь определенное теоретическое и практическое значение для ведения земледелия на загрязненных почвах, получения экологически

безопасной растениеводческой продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям.

Объектом исследования была дерново-подзолистая почва участка опытного поля СПбГАУ, где в 2014 г. был заложен 3-летний микрополевой опыт (картофель - ячмень -вико-овсяная смесь). Исследовалось влияние цинка, кадмия и свинца при совместном их внесении на урожайность и качество культур и накопления тяжёлых металлов в них. Опыт был заложен в сосудах без дна площадью 0,16 м" (40x40 см), установленных в почву на глубину 25 см. В мае 2014 г. были внесены в почву тяжелые металлы: кадмий, свинец и цинк в концентрациях, равных значениям ориентировочно допустимых концентраций этих металлов, утвержденных в 1995 г. Указанные тяжелые металлы вносились в формах следующих солей: Сс1(Ж)з )г, РЬ(Ж)з)2, 2пБ04 в концентрации 1 ОДК по каждому ТМ (Хп\ 220; РЬ: 130; С&. 2 мг/кг почвы) [1].

Для оценки степени загрязнения почвы тяжелыми металлами рассчитан суммарный показатель загрязнения Ъо, [2]:

7 = 1

где Ксг - коэффициенты концентрации ТМ; п - число определяемых химических элементов; Ксг= Сг Сф, где С/ и Сф - массовые доли ьго элемента соответственно в загрязненной и фоновой почвах. Расчет дал значение Хс=2А, что соответствует почвам с умеренно-опасной степенью загрязнения.

Почва на участке - тяжелого гранулометрического состава. Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой опыта была следующая: гумус -2,54%; рНка- 5.8; РгО5-80,0 мг/кг почвы, КгО - 25,0 мг/кг почвы. Содержание ТМ в

почвенных образцах было определено в аналитических растворах на атомно-адсорбционном спектрофотометре и составило для Сё: 0,21 мг/кг. Аналогично определенное содержание Ъл в почве составило 67,6 мг/кг, РЬ - 12,1 мг/кг.

Минеральные удобрения (фон) внесены из расчета ^оР^К^о на 1 га (1,44/1,44/1,44 г д.в. на сосуд).

Органические удобрения (навоз) вносили из расчёта 30 т/га ( 480 г/сосуд) В опыте исследовалось действие органической, минеральной и органо-минеральной систем удобрения.

В 1-й год опыта (2014 г.) был высажен картофель раннеспелого сорта «Лига» первой репродукции. В течение вегетационного периода периодически проводилась прополка сорняков с заделкой их в почву. Год закладки опыта по метеоусловиям характеризовался холодным дождливым июнем и сухой жаркой погодой в июле - первой декаде августа.

Данные по урожайности и содержанию исследуемых тяжелых металлов в клубнях картофеля представлены в табл. 1. Из нее следует, что максимальная урожайность отмечена в варианте: «фон+навоз+ТМ», минимальная - в варианте «контроль+ТМ».

Таблица 1. Урожайность картофеля и содержание ТМ в клубнях

Вариант Урожайность (г/сосуд) ТМ, мг/кг сырого вещества

РЬ Cd Zn

Контроль 187 2,00 0,15 6,20

Контроль+ТМ 181 3,25 0,29 7,07

Фон 249 1,13 0,12 8,95

Фон+ТМ 262 2,92 0,25 9,79

Навоз 222 2,18 0,25 12,56

Навоз+ТМ 226 6,33 0,38 12,95

Фон+навоз 275 1,34 0,18 11,24

Фон+навоз+ТМ 292 7,01 0,48 14,35

НСР„5 26 0,623 0,061 1,522

Вариант «фон+навоз+ТМ» выше по урожайности, чем вариант «фон+ТМ». Внесение ТМ и к фону, и к навозу дало прибавку урожайности. Полученные результаты указывают на то, что тяжелые металлы при внесении в почву в небольших концентрациях совместно с удобрениями не только не имеют угнетающего влияния на растения, а даже иногда способствуют росту растения, играя роль определенного стимулятора или микроэлемента. Подобное наблюдали в своих исследованиях многие авторы [3, 4, 5, 6).

Ранее А.В. Раскатов на дерново-подзолистых почвах установил, что при загрязнении почвы свинцом и кадмием до 2 ПДК (ОДК) их концентрация в картофеле превышала установленные нормативы [4]. В то же время внесение водорастворимых форм свинца, цинка и кадмия в дозах, равных или несколько превышающих ПДК, в опытах Костромского ПИЦАС привело вообще к гибели урожая на всех вариантах без внесения доломитовой муки [4]. В нашем опыте, несмотря на превышение ПДК по кадмию в клубнях, не наблюдалось признаков видимого угнетения растений при внесении ТМ в дозе 1 ОДК.

Внесение минеральных удобрений по вариантам «фон», «фон+навоз», «фон+ТМ», «фон+навоз+ТМ» привело к снижению содержания сухого вещества - соответственно до 17,5; 18,7; 19,5; 19,4% по сравнению с 20% на контроле (и теми же 20% в варианте «контроль+ТМ»), Причем по вариантам с ТМ в опыте снижение было незначительным, по этому параметру товарные характеристики картофеля были близки к значениям на контроле. Варианты с внесением навоза дали больший выход сухого вещества - 22,5% в варианте «навоз» и 21,2% - в варианте «навоз+ТМ».

Визуальный осмотр показал хорошее качество клубней, отсутствие заболеваний; имелось в ряде случаев повреждение клубней проволочником.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству картофеля ПДК для ТМ в клубнях картофеля составляет: Ъл (цинк) - 10,0 мг/кг, Сс1 (кадмий) - 0,03, РЬ (свинец) - 0,5 мг/кг сырой массы [7]. В условиях опыта по всем вариантам, включая контроль, наблюдалось превышение этих гигиенических требований (табл. 1).

В табл. 2 приведены расчетные данные по коэффициентам накопления ТМ в картофеле, представляющие собой отношение концентрации ТМ в клубнях картофеля и к их концентрации в почве.

Таблица2. Коэффициенты накопления ТМ в клубнях картофеля

Вариант Коэффициент накопления в клубнях

РЬ Сс1 Zn

Контроль 0,165 0,69 0,107

Контроль+ТМ 0,023 1,37 0,026

Фон 0,093 0,56 0,155

Фон+ТМ 0,021 1,21 0,035

Навоз 0,179 1,18 0,216

Навоз+ТМ 0,045 1,75 0,047

Фон+навоз 0,110 0,85 0,247

Фон+навоз+ТМ 0,049 2,30 0,040

Как следует из табл. 2, коэффициент накопления цинка в клубнях максимален в варианте «фон+навоз» (в 2,31 выше, чем в контроле); добавление ТМ к варианту органоминеральных удобрений снижает накопление ТМ до уровня 1,81-кратного превышения контроля. Вариант «навоз» дает превышение накопления ТМ по сравнению с контролем в 2,03, а вариант «фон» - в 1,44 раза. По содержанию свинца в клубнях наиболее загрязненным был вариант «навоз» (накопление выше, чем на контроле, 8%), в то время как в других вариантах накопление РЬ даже снизилось по сравнению с контролем. По кадмию вариант «навоз+ТМ» более чем 2,5 раза увеличилось накопление ТМ по отношению к контролю, в то время как вариант «фон+навоз+ТМ» дал рост накопления в 3 раза, в варианте «фон» наблюдалось снижение накопления Сс1 по сравнению с контролем.

В условиях 2015 г., в первый год последействия тяжелых металлов (их вносили только в 2014 г. под картофель), выращивали ячмень сорта Владимир. Лето 2015 г. было теплым, начало и конец лета - засушливые с кратковременными дождями, в июле наблюдалась жаркая погода с периодическими ливневыми дождями. Осадков за вегетационный период выпало 216,2 мм, 80% нормы.

В табл. 3 представлена урожайность и качественные показатели зерна ячменя в первый год последействия тяжелых металлов. Из нее следует,что максимальная урожайность - 66 г/сосуд - отмечена в варианте «фон+навоз», минимальная в варианте «контроль+ТМ» -48 г/сосуд. Четыре варианта («фон+навоз+ТМ», «фон», «навоз», «фон+ТМ») с учетом статистически значимой разницы в результатах показали одинаковую урожайность, составившую от 59 до 61 г/сосуд.

ТаблицаЗ. Урожайность и качество зерна ячменя и содержание ТМ

Вариант Урожайность, (г/сосуд) Сырой протеин / Крахмал, % РЬ С<1 Ъху

мг/кг воздушно-сухого вещества

Контроль б/у 52 9,76/ 49,31 0,88 1,525 39,75

Контроль+ТМ 48 8,6/48,71 4,93 1,83 40,22

Фон Ш0Р90К90 61 9,06/ 53,74 0,95 1,065 26,25

Фон+ТМ 59 8,88 /53,33 6,08 6,315 32,33

Навоз 60 10,20/51,12 0,38 2,5 43,60

Навоз+ТМ 57 9,50/50,32 5,22 4,015 56,90

Фон+навоз 66 10,80/58,17 0,99 0,76 22,25

Фон+навоз+ТМ 61 10,80/56,35 6,46 1,37 64,18

Хер 58 9,70 /52,60 3,24 2,42 40,71

НСР05 ЗД 0,612/2,161 0,162 0,061 1,832

Таким образом, действие органоминеральной и минеральной систем удобрения в последействии тяжелых металлов на урожайность ячменя было одинаковым.

Самое высокое содержание сырого протеина - 10,8 %, наблюдалось на вариантах с совместным применением органических и минеральных удобрений: «фон + навоз», «фон + навоз + ТМ» (табл. 4), причем добавка ТМ не сказалась на результате. В целом по оставшимся вариантам с ТМ разница между вариантами имела значимую тенденцию к уменьшению содержания белка в зерне ячменя.

Присутствие тяжелых металлов в концентрации 1 ОДК в почве не оказало существенного влияния на содержание крахмала в зерне ячменя. Максимальное содержание крахмала было в вариантах «фон+навоз - 58,17 % и «фон+навоз+ТМ» - 56,35%. Минимальное значение наблюдалось на вариантах «контроль + ТМ» и «контроль».

В опыте наблюдались признаки видимого угнетения растений ячменя при внесении ТМ в дозе 1 ОДК. Всхожесть отличалась от контрольной на 50%. Морфометрические характеристики растений в вариантах с ТМ уступали контролю: длина стеблей была ниже (в среднем на 10%), значимо уменьшилась длина и масса колосьев, наблюдался больший процент пустых колосьев.

В соответствии с гигиеническими требованиями ПДК по тяжелым металлам в зерне злаковых культур составляет: Ъл - 50 мг/кг; РЬ - 0,5 мг/кг; Сс1 - 0,1 мг/кг [7]. В условиях проведенного опыта по всем вариантам, включая контроль, наблюдается превышение гигиенических требований по свинцу и кадмию. Что касается цинка, то практически по всем

вариантам его содержание в зерне не превышает ПДК Исключение составляют варианты «фон+навоз+ТМ» - 64,18 мг/кг и «навоз+ТМ» - 56,9 мг/кг. Максимальное содержание цинка и свинца в зерне ярового ячменя получено в варианте «фон+навоз+ТМ», а кадмия - в варианте «навоз+ТМ». Минимальное содержание цинка наблюдается в варианте «навоз», а кадмия - в варианте «фон+навоз».

Таким образом картофель достаточно устойчив к загрязнению почв ТМ в концентрациях на уровне ОДК, причем урожайность его возрастает, но растет и накопление ТМ в клубнях, ухудшается товарное качество продукции.

Использование органоминеральной и минеральной систем удобрения в последействии тяжелых металлов повышает урожайность ячменя.

Совместное внесение свинца, кадмия и цинка в почву в дозах 1 ОДК по каждому элементу снижает всхожесть зерна ячменя и ухудшает морфометрические параметры растения.

Внесение ТМ приводило к увеличению их концентрации в зерне ячменя и при органической, и при органоминеральной системе удобрения.

Ячмень обладает повышенной способностью к накоплению кадмия, что позволяет его использовать для фиторемедиации.

Литература

1. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах. - М.: Госкомсанэпиднадзор, 1995. - С. 5-6.

2. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.: ЦИНАО, 1992. - С. 40.

3. Комаров В.И. Эко лого-агрохимическая оценка содержания тяжелых металлов в агроландшафтах Владимирской области: Автореф. дис... канд. с.-х. наук. - СПб., 2004. - С. 22.

4. Раскатов А.В. Агроэкологические аспекты транслокации тяжелых металлов в почве и растениях: Автореф. дис... канд. с.-х. наук. - М., 2000. - С. 23

5. Янтурин С.И., Прошкина О.Б. Содержание тяжелых металлов в овощах, произрастающих в различных районах промышленного центра черной металлургии // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 9. Ч.З. - С.595-597.

6. Karaczun Z.M., Indeka L., Obidoska G. Heavy metal content in soil and consumption yield in the vicinity of petrochemical plant // Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW Land Reclamation. - 2007. - N 38. - P. 19-24.

7. Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах. - М.: Минздрав СССР, 1986. -С.11.

УДК 631.4:631.8

Доктор с.-х. наук Л.В. ЯКОВЛЕВА Соискатель Г.А. ЛОБЗЕВА Аспирант Е.А. БОЙЦОВА

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ФОСФАТОВ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ

Известкование, фосфатный режим, дерново-подзолистая почва

Фосфор является важным макроэлементом, необходимым для питания растений. Он участвует в обменных процессах, таких как фотосинтез, передача энергии и расщепление углеводов. Однако вопросы влияния известкования на подвижность и доступность растениям фосфатов мало изучены и поэтому актуальны в современных условиях.