Аккумуляция кадмия в почве и растениях сои под влиянием минеральных удобрений

Введение. Наличие в агроэкосистемах тяжелых металлов (ТМ) и их токсичные проявления зависят как от техногенных факторов, так и от использования в земледелии различных удобрений [1]. Их влияние обусловлено как наличием металлов в составе применяемых материалов, так и косвенным влиянием на динамику почвенных процессов. Так, по данным Р.Р. Кинжаева [2], при внесении удобрений возрастает подвижность ТМ, что способно отразиться на качестве продукции [4, 5]. Мобилизация в почве подвижных форм особо опасных ТМ и концентрация их в урожае сельскохозяйственных культурных растений нуждаются в уточнении в зависимости от норм удобрений, применяемых под культуры в соответствующих экологических условиях.

Цель исследований . Установить влияние разного содержания валовых и подвижных форм кадмия в почве на содержание в урожае сои, которая занимает ведущее место в полевом земледелии Приморья и перспективна с позиции использования урожая в качестве сырья для производства разнообразных белковых продуктов питания и кормовых смесей.

Задача исследований . Обнаружить связь наличия кадмия в органах растений и в конечной продукции в зависимости от концентрации форм токсиканта в почве.

Условия, материалы и методы . Исследования проводятся на опытном поле ФБГНУ «Приморский НИИСХ». Почва типичная луговобурая оподзоленная, занимающая большую часть равнинной территории пахотных земель Приморского края и используемая в полевом земледелии преимущественно для размещения зерно-соевых севооборотов. Агрохимическая характеристика перегнойно-аккумулятивного горизонта мощностью 25 см: гумус – 2,8±0,06 %; pH kcl – 6,02±0,08; Р 2 О 5 – 63±4 мг/кг; К 2 О – 135±22 мг/кг. Фоновое содержание Cd: валовый 0,5 мг/кг и подвижный 0,3 мг/кг почвы.

Микроделяночный полевой опыт заложен в 2014 году. Схема опыта (представлена на рисунках и в таблице 2) предусматривает варианты с разными дозами внесения солей кадмия и минеральных удобрений. Расположение варианта блочное, повторность 4-кратная, делянки каждого варианта смежные, Площадь делянки – 4 м2. Боковые и концевые защитки – по одному рядку. Способ посева строчный широкорядный с междурядьями 60 см.

Удобрения – суперфосфат гранулированный и калий хлористый в дозах Р120К60(РК1), Р240К120(РК2) внесены в один прием до посева сои под предпосевное рыхление. Водный рас- твор CdSO4 в дозах по д.в., превышающих вдвое (доза 1) и вчетверо (доза 2) максимальные значения кадмия в почве, установленные на основе базовых значений валовых форм металла [3], внесен до посева под ручное рыхление поверхности. Доза 1 составила 6 мг/кг, что соответствует 2 ПДК. В опыте использованы откалиброванные семена сои сорта Приморская 81.

Растительные образцы для химического анализа из 20 растений с каждой делянки после биометрических измерений размалывались до состояния муки и просеивались через сито 0,2 см. Смешанные почвенные образцы отбирали по всем вариантам после уборки сои и анализировали на атомно-абсорбционном спектрофотометре АА 6200 согласно методическим указаниям

• [6] . При анализе растительных образцов использованы методы, изложенные в ГОСТ [7, 8].

Для экстракции валовой и подвижной форм кадмия использовали соответственно 5 М и 1 М HNO 3 .

Результаты и их обсуждение. Так, внесённые в почву соли кадмия способствовали снижению урожайности сои. В вариантах без внесения кадмия отмечено повышение урожайности на фоне удвоенной дозы удобрений (табл. 1).

Внесенный кадмий закрепился в почве, и разница между вариантами по дозам хорошо прослеживается даже после отчуждения части его с урожаем. Удобрения слабо влияли на его содержание в почве.

Результаты определения содержания форм кадмия в почве представлены на рисунке 1.

Таблица 1

Урожайность сои

Номер п/п	Вариант	Урожайность, ц/г
1	Контроль	27,8
2	РК1	27,8
3	РК1+ Сd1	26,1
4	РК2	33,1
5	РК2+Сd2	25,1
6	Сd1	27,6
7	Сd2	24,1
8	НСР (0,95)	0,87

Рис.1. Содержание валовых и подвижных форм кадмия в почве после уборки урожая

Так, в контрольных вариантах (абсолютный контроль и РК1, РК2) как валовые, так и подвижные формы были на уровне фонового значения. В вариантах с внесенным в почву кадмием в дозе 1 содержание валовых и подвижных форм незначительно изменилось на фоне минеральных удобрений. При удвоенных дозах удобрений в варианте РК2+Cd2 обнаружилась тенденция к снижению концентрации кадмия по отношению к варианту Cd2 на 2,3 мг/кг валовой и на 1,76 мг/кг подвижной форм. Следовательно, высокие дозы удобрения могут способствовать понижению концентрации кадмия в почве, что, вероятно, связано с выносом его в дополнительном урожае.

Для установления величин накопления кадмия в растениях были проведены анализы зерна и соломы при использовании методов [7, 8] (рис. 2, табл. 1).

Установлено, что кадмий присутствует как в зерне, так и в соломе, в том числе и там, где он не был внесен. Концентрация его в этих вариантах соответствует уровню фоновых значений, хотя в вариантах с удобрениями обнаруживается тенденция к увеличению (табл. 2).

Рис. 2. Накопление кадмия в зерне и соломе сои

Концентрация кадмия в органах растения и конечной продукции

Таблица 2

Вариант	Концентрация кадмия, мг/кг ± ско
	Солома	Зерно
1. Контроль	0,03±0,01	0,01±0,00
2. РК1	0,05±0,01	0,01±0,00
3. РК2	0,05±0,01	0,01±0,00
4. Cd1	0,49±0,01	0,28±0,01
5. Cd2	0,78±0,01	0,50±0,01
6. PK1+Cd1	0,95±0,01	0,95±0,01
7. PK2+Cd2	1,55±0,01	1,69±0,01

Так, накопление кадмия в соломе в вариантах с внесением удобрений (PK1+Cd1, PK2+Cd2) было выше. В вариантах с внесенным в почву кадмием без удобрений концентрация в зерне была значительно меньше, чем в соломе, и прямо соответствовала дозам. Удобрения способствовали накоплению токсиканта в растении, причем темпы накопления кадмия в зерне по отношению к соломе возрастали соответственно их дозам.

Высокая доза кадмия на повышенном фоне удобрений (PK2+Cd2) повлияла на его содержание в зерне по отношению к соломе, что свидетельствует о прямой зависимости качества урожая от концентрации токсиканта в почвен-

Выводы

• 1.    Между содержанием кадмия в почве и наличием его в урожае существует прямая зависимость. Удобрения могут снижать концентрацию токсиканта в почве в связи с повышением содержания в растениях.

• 2.    Удобрения способствуют росту поступления кадмия в растения. При этом растет доля токсиканта в урожае основной продукции по отношению к побочной.

• 3.    Вносимые в почву соли кадмия стимулируют переход в растворенное состояние валовых почвенных запасов, в результате чего количество подвижного кадмия оказывается равным

  ном растворе.

  
  

  или незначительно превалирует над показателями содержания валовых форм.