Баланс цинка и меди в некоторых агроэкосистемах Нижней Саксонии (Германия)

8 Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

b Universitat Luneburg, Institut flir Okologie und Umweltchemie, Deutchland, 21332, Luneburg, Schamhorstrasse, 1

Установлены концентрации цинка и меди в органических удобрениях, размеры поступления цинка и меди в агроэкосистемы Нижней Саксонии. Определено содержание цинка и меди в верхних слоях пахотных почв и в органах культурных растений. Рассчитаны балансы цинка и меди в исследуемых агроэкосистемах.

В условиях интенсивной сельскохозяйственной деятельности в Германии остро ставится проблема поступления тяжелых металлов в агроценозы (Klarschlamverordnung..., 1982, Wilcke, Dohler, 1995). Большая доля тяжелых металлов поступает в сельскохозяйственные почвы Германии с биологическими отходами животного происхождения, широко используемыми в качестве органических удобрений (Wilcke, D6hler, 1995). Биологические отходы животноводства обогащены цинком (до 5000 мг/кг сухого веса) и медью (до 750 мг/кг сухого веса) (Rhode, Ruck, 2000). Повышенное содержание цинка и меди в органических продуктах обусловлено использованием этих микроэлементов в кормовых добавках в животноводстве. Для борьбы с инфекционными заболеваниями домашних животных используется оксид цинка в концентрации 220 мг/кг сухого веса корма, а для стимуляции прироста биомассы животных - сульфат меди до 150 мг/кг сухого веса корма. Питательные микроэлементы цинк и медь при высоких концентрациях в почве (от 300 мг Zn/кг и от 100 мг Cu/кг) оказывают токсическое действие на культурные растения (Klarschlammverordnung..., 1982).

В данной работе были изучены масштабы поступления цинка и меди в исследуемые почвы с органическими удобрениями, накопление их в почвах и растениях, а также доля выноса с урожаем злаков (овес, пшеница и ячмень).

Органические удобрения существенно обогащены цинком и медью (табл. 1). Выявленные концентрации достоверно превышают среднее содержание, установленное для биологических отходов в стране. В почвы ежегодно вносят 22,5 м3/га органических удобрений, что в пересчете на сухое вещество составляет 809 кг/га. С ними в среднем поступает 2,00 кг/га цинка, что вдвое превышает средние для Германии показатели. Поступление меди (0,35 кг/га в год) находится на среднем для почв Германии уровне (табл.1).

Таблица 1

Содержание цинка и меди в органических удобрениях и их поступление в почву
Содержание элементов	Цинк	Медь
В исследуемых удобрениях, мг/кг	2499±75	443±22
Средние показатели для биологических отходов в Германии (Bodenbericht..., 2002), мг/кг	896	274
Поступление элементов
В исследуемые почвы, кг/га в год	2,00	0,35
В агроценозы Германии (Bodenbericht..., 2002), кг/га в год	1,00	0,37

Валовое содержание цинка и меди не превышает установленные законом предельно допустимые концентрации для сельскохозяйственных почв и находится в пределах фонового содержания, установленного для незагрязненных тяжелыми металлами сельскохозяйственных почв (табл. 2).

Цинк и медь, поступающие с удобрениями в агроценозы, дифференцируются в профиле почвы. По сравнению с содержанием в почве контрольного поля концентрация цинка и меди в пахотном слое полей I и II повышена (табл. 3). .

При однократном внесении исследуемых удобрений содержание цинка в 1 кг пахотного слоя почвы (0-30 см) возрастает на 0,70 мг (2% от валового содержания цинка в пахотном слое исследуемых почв), концентрация меди увеличивается на 0,14 мг (1% от валового содержания).

Таблица 2

Валовое содержание цинка и меди в пахотном слое исследуемых почв, фоновое и ПДК для сельскохозяйственных почв, мг/кг почвы

Содержание элемента	Цинк	Медь
В исследуемых почвах	18-35	8-15
Фоновое (Scheffer, Schachtschabel, 1989)	12-32	2-40
ЦДК( Klarschlammverordnung..., 1982)	300	100

Таблица 3

Содержание цинка и меди в профиле исследуемых почв, мг/кг

Слой, см	Поле I	Поле II	Контроль
Цинк
А^О-ЗО	33,1±8,1	30,7±3,9	16,5±6,3
30-40	23,5±2,4	22,4±5,5	16,7±3,8
Медь
Апи0-30	10,9±3,1	16,78±2,3	7,72±2,9
30-40	8,5+0,9	14,38±1,3	7,04±2,4

*± - доверительный интервал

Таблица 4

Концентрация цинка и меди в органах исследуемых растениий

Содержание в растениях	Элемент
	Цинк	- Медь
В зерне, мг/кг сухого веса	40,7	3,6
В соломе, мг/кг сухого веса	19,8	4,1
КБП*	3,9	1,5
Токсичные концентрации, мг/кг сухого веса (Frank, Finck, 1980)	от 200	от 20

* КБП - коэффициент биологического поглощения

Согласно коэффициентам биологического поглощения (табл. 4) исследуемые растения - овес, пшеница и ячмень - аккумулируют в надземных органах в 4 раза больше цинка и в 1,5 раза больше меди по отношению к концентрации подвижной фракции в пахотном слое почв. Токсичные концентрации цинка и меди в органах исследуемых растений не обнаружены. Балансовые расчеты (табл. 5) показали, что с урожаем исследуемых растений из агроценозов удаляется 11% цинка и 8% меди, с учетом возврата металлов с вегетативными остатками. Значительная часть цинка и меди, поступающая с удобрениями, остается в агроценозах. При современном уровне поступления цинка и меди в исследуемые агроценозы, действующие в настоящее время в Германии ПДК (см. табл. 1) по валовому содержанию будут достигнуты в пахотном слое по цинку через 380 лет, по меди - через 600 лет.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что поступающие в агроценозы цинк и медь накапливаются в почве преимущественно в малоподвижной форме и частично удаляются с урожаем сельскохозяйственных растений.

■ Таблица 5

Баланс цинка и меди в исследуемых агроценозах, кг/га

Статья баланса	Элемент
	Цинк	Медь
Поступление с органическими удобрениями	2,00	0,35
Вынос надземными органами растений	0,30	0,04
Возврат с вегетативными остатками растений	0,08	0,02
Баланс	+1,78	+0,33

Почвы исследуемых агроценозов при современном состоянии выполняют роль буфера, предотвращающего токсическое действие высоких концентраций цинка и меди на растения. Предел, до которого почва способна выполнять защитную функцию в агроценозе, является предметом дальнейших исследований.