Баланс элементов в системе “агрочернозем глинисто-иллювиальный - сельскохозяйственные растения” на Плавском плато (Тульская область России)
Автор: Шопина О. В., Семенков И. Н., Парамонова Т. А., Комиссарова О. Л.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Рубрика: Статьи
Статья в выпуске: 105, 2020 года.
Бесплатный доступ
На территории Плавского плато (Тульская область), подверженного интенсивному воздействию промышленности (в 40 км находится г. Щекино с заводом по производству азотных удобрений и ТЭЦ, в 60 км - г. Тула с крупными металлургическими предприятиями, в 70 км - г. Новомосковск с несколькими химическими предприятиями и ГРЭС) и сельского хозяйства, исследованы запасы химических элементов в трех агроценозах (пшеницы, сои, козлятниково-кострецовой травосмеси) для оценки интенсивности перехода элементов (K, P, S, Mg, Ca, Si, Na, Fe, Al, Mn, Zn, Ba, Cu, Sr, Ti, Mo, As, Zr, Pb, Co, Ni, V, Cr) из агрочерноземов глинисто-иллювиальных в сельскохозяйственные растения. Валовое содержание элементов в почвах определено рентген-флуоресцентным методом. Элементный состав растений (после автоклавного разложения смесью концентрированных азотной кислоты и перекиси водорода) и содержание подвижных форм (извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером с рН 4.8) элементов в почве оценено атомно-эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой. Общие запасы элементов в 10-сантиметровом слое почв максимальны для Si (40 ± 4 кг/м2), Al (7.0 ± 0.8 кг/м2) и Fe (3.4 ± 0.3 кг/м2), подвижных форм - для Ca (570 ± 48 г/м2), Mg (43 ± 4 г/м2), K (22 ± 6 г/м2). В растениях основные запасы (г/м2) элементов (K, P, S, Mg, Si, Mn, Zn, Ba, Cu, Mo) сконцентрированы в надземной части. Наиболее активно растения поглощают подвижные формы K, P, Ti, Mo, As, Zr, V. На основе ресурсного метода оценки качества почв изученные агрочерноземы характеризуются низким уровнем загрязнения Ni, умеренным запасом подвижных форм K при недостатке подвижного P.
Биогеохимия, загрязнение почв, потенциально токсичные элементы, тяжелые металлы и металлоиды, качество сельскохозяйственной продукции, биологическое поглощение, среднерусская возвышенность
Короткий адрес: https://sciup.org/143173102
IDR: 143173102 | DOI: 10.19047/0136-1694-2020-105-91-108
Текст научной статьи Баланс элементов в системе “агрочернозем глинисто-иллювиальный - сельскохозяйственные растения” на Плавском плато (Тульская область России)
На дифференцированной оценке запасов загрязняющих и потенциально полезных веществ в почвах основан ресурсный подход к оценке их качества (Смагин и др., 2008) . В пахотные почвы поллютанты поступают в составе аэрогенных выпадений, а также за счет прямого внесения агрохимикатов и мелиорантов. В условиях нарастающего антропогенного прессинга необходимо четко знать биогеохимическую специализацию культурных растений, чтобы снизить риск получения некачественной сельскохозяйственной продукции (Ильин, 1973) . Интенсивность поглощения химических элементов (ХЭ) растениями из почв определяется множеством факторов: концентрацией и формами нахождения в почве, pH, Eh, содержанием органического вещества (С орг ), биогенных конкурирующих ХЭ и элементов питания (N, P, K) и др. (Баргальи, 2005) .
Тульская область остается важным производителем промышленной и аграрной продукции в Центральной России, что определяет поступление разнообразных поллютантов в связи с высокой концентрацией предприятий химической, металлургической промышленности и применением минеральных удобрений и гербицидов (Арляпов и др., 2015). Содержание тяжелых металлов в культурных растениях, выращиваемых на загрязненных территориях, стало предметом многих исследований (Wang et al., 2020; Zhang et al., 2019; Liu et al., 2014). Исследования запасов элементов в почвах и растениях (Сулейманов, Низамов, 2015; Рамазанова, Ахмедова, 2010; Overesch et al., 2007) встречаются намного реже и до настоящего момента не проводились на терри- тории Тульской области.
Целью настоящей работы является оценка интенсивности геохимических потоков ХЭ из агрочерноземных почв в сельскохозяйственные растения, произрастающие на территории одного из наиболее возвышенных участков Среднерусской возвышенности – Плавском плато.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Для изучения общих объемов годичного потребления и перераспределения ХЭ по органам растений семейств Злаковые и Бобовые на территории Плавского плато (южная часть Тульской области) было исследовано три площадки с агрочерноземами глинисто-иллювиальными (Luvic Chernozems (Aric, Loamic, Pachic)) под агроценозами пшеницы ( Triticum aestivum L.), сои ( Glycine max L . ) и козлятниково-кострецовой ( Galega orientalis Lam. и Bromopsis inermis Leyss . ) травосмеси с отбором 16 образцов надземной фитомассы и 4 – подземной (рис. 1). Почвенные образцы (совместно с подземной фитомассой) отбирали монолитами ненарушенного сложения с помощью кольцевого пробоотборника с площади 300 см2 послойно с шагом по 10 см до глубины 30 см в трехкратной повторности (всего 27 образцов). Надземная растительность опробована методом сплошного укоса с площади 2 500 см2 в трехкратной повторности над местом отбора почв. Листья со стеблями и зерно анализировались отдельно. Растения отмывали от почвенного мелкозема под проточной водой до полного осветления промывных вод на системе сит с ячейками 1 и 0.5 мм. Качество отмывки корней контролировали с помощью оптической микроскопии при 10-кратном увеличении. Растения высушивали при комнатной температуре и измельчали для дальнейших химических анализов.
В почвах определяли pH водной вытяжки потенциометрически (прибор “Эксперт-01”, Россия), Сорг – титриметрически по И.В. Тюрину с фенилантраниловой кислотой (Аринушкина, 1970), гранулометрический состав – методом лазерной дифрактометрии (прибор “Fritsch Analysette 22 MicroTec Plus”, Германия), элементный состав – рентген-флуоресцентным методом (прибор “Спек-троскан Макс-GV”, Россия) и содержание подвижных форм ХЭ в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера с рН 4.8 – атомноэмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой (приборы “iCAP-6500” фирмы “Thermo Scientific” и “Х-7” – “Thermo Elemental”, США). Анализ элементного состава растений также проводился атомно-эмиссионным методом на тех же приборах после автоклавного разложения растительных образцов смесью концентрированных HNO3 и H2O2.
Рис. 1. Район исследований.
Fig. 1. Sampling Area.
Обработка данных включала определение запасов ХЭ в 30сантиметровом слое почв (общая концентрация/концентрация подвижных форм × плотность почвы × площадь × мощность слоя) и в растениях по органам (концентрация в органе × запас фитомассы), расчет коэффициента относительного содержания в органе растения (ОСОР) ( концентрация ХЭ в органе ) (Ковалевский, 1969) и концентрация ХЭ в корнях коэффициента использования элемента растениями из почв (Ки;
запас ХЭ в растении
) (Радов и др., 1971). Также рассчитана доля запас подвижных форм в почве запас ХЭ в наземной части отчуждения ХЭ из почвы ( ) (Рамазанова, общий запас ХЭ в растении
Ахмедова, 2010) . Для оценки значимости различий среднего независимых переменных проводился тест Манна – Уитни в пакете STATISTICA 10.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Физико-химические свойства почв. Все изучаемые площадки в агроценозах опробованных культур расположены в схожих условиях (транс-) элювиальных ландшафтов и по физикохимическим свойствам почв значимо не отличаются (Шопина и др., 2020) : pH верхних горизонтов – 6.3 ± 0.4 (n = 14), С орг – 4.6 ± 0.8 (n = 27), в гранулометрическом составе преобладают пылеватые фракции: крупная (44 ± 4%, n = 27), мелкая (25 ± 4%) и средняя (15 ± 3%) при подчиненной роли песчаных (4 ± 4%) и илистой (6 ± 3%).
Общие запасы ХЭ в почвах. Элементный состав верхних 30 см почвы изученных площадок значимо не отличается. Наиболее высокие значения запасов в почве характерны для Si (40 ± 4 кг/м2, для 10-сантиметрового слоя), затем идут Al и Fe c 7.0 ± 0.8 и 3.4 ± 0.3 кг/м2 соответственно. Высокие содержания этих ХЭ связаны с их конституционной ролью в минеральной матрице почв. Запасы биогенных K, P, Mg и Ca в изученных черноземах также значительны. Минимальны запасы микроэлементов – As, Pb, Co, Ni (табл. 1).
Нормативы общих запасов ХЭ, разработанные Смагиным с соавторами (Смагин и др., 2008) на основе значений допустимых концентраций, по Pb, Zn, Cu, As не превышены, а запасы Ni (> 90 г/м2 в метровом слое) соответствуют слабой степени загрязнения почв. Вероятными причинами повышенного содержания Ni в почвах может быть принос с удобрениями и аэрогенное поступление с выбросами промышленности и транспорта.
Таблица 1. Общие запасы и запасы подвижных форм ХЭ по глубинам (в см) гумусового горизонта черноземов Плавского плато, изученных на трех площадках, г/м2
Table 1. Total and bioavailable inventories of chemical elements in
Chernozem topsoils (cm) studied on 3 sampling areas at the Plavsk upland
|
ХЭ |
Пшеница |
Соя |
Травосмесь |
||||||
|
0–10 |
10–20 |
20–30 |
0–10 |
10–20 |
20–30 |
0–10 |
10–20 |
20–30 |
|
|
K* |
2.3/25 |
2.6/33 |
2.5/26 |
2.3/17 |
2.5/24 |
2.4/25 |
1.8/22 |
2.3/16 |
2.1/13 |
|
P* |
0.12/2.2 |
0.14/2.5 |
0.13/2.4 |
0.09/1.7 |
0.11/1.8 |
0.1/2 |
0.09/2.2 |
0.1/1.3 |
0.1/1.6 |
|
S* |
-/1.4 |
-/1.6 |
-/1.3 |
-/1.2 |
-/1.1 |
-/1.4 |
-/1.3 |
-/1 |
-/0.9 |
|
Mg* |
0.56/42 |
0.64/50 |
0.61/44 |
0.58/39 |
0.65/45 |
0.65/43 |
0.49/45 |
0.62/42 |
0.58/36 |
|
Ca* |
1.1/495 |
1.2/583 |
1.2/517 |
1.1/564 |
1.2/630 |
1.3/590 |
1.1/529 |
1.3/632 |
1.2/595 |
|
Si* |
41/6.0 |
46/6.7 |
44/6.0 |
39/10 |
44/13 |
41/12 |
32/9.2 |
40/11 |
38/10 |
|
Na* |
-/2.3 |
-/3.1 |
-/2.1 |
-/2.9 |
-/3.4 |
-/3.5 |
-/2.6 |
-/3.1 |
-/1.7 |
|
Fe* |
3.4/1.2 |
3.9/1.5 |
3.7/1.6 |
3.5/0.87 |
4/0.41 |
3.6/0.46 |
2.8/0.27 |
3.4/0.45 |
3.3/0.49 |
|
Al* |
7.1/9.1 |
8/11 |
7.8/10 |
7.3/5.6 |
8.4/3.5 |
7.8/3.8 |
5.7/2.2 |
7.3/3.6 |
7/4.1 |
|
Mn |
91/10 |
104/12 |
99/11 |
85/7.6 |
97/5.2 |
90/6.1 |
73/9.0 |
84/6.7 |
84/6.5 |
|
Zn |
9.9/0.34 |
11/0.31 |
11/0.26 |
11/0.26 |
13/0.25 |
10/0.31 |
7.9/0.09 |
9.2/0.05 |
9.1/0.17 |
|
Ba |
-/5.4 |
-/6.3 |
-/5.69 |
-/5.0 |
-/5.2 |
-/5.1 |
-/3.9 |
-/5.1 |
-/4.9 |
|
Cu |
7.1/0.01 |
7.7/0.01 |
7.7/0.01 |
7.8/0.01 |
9.2/0.01 |
7.5/0.01 |
5.7/0.01 |
7.1/0.01 |
7/0.01 |
|
Sr |
19/3.3 |
21/3.8 |
20/3.4 |
17/2.8 |
19/2.5 |
18/2.4 |
15/2.3 |
17/2.5 |
17/2.8 |
|
Ti |
632/ 0.06 |
715/ <0.05 |
689/ <0.05 |
657/ <0.05 |
752/ <0.05 |
669/ <0.05 |
520/ <0.05 |
636/ <0.05 |
614/ <0.05 |
|
As |
0.80/ <0.1 |
0.88/ <0.1 |
0.85/ <0.1 |
0.89/ <0.1 |
1.11/ <0.1 |
0.81/ <0.1 |
0.66/ <0.1 |
0.73/ <0.1 |
0.68/ <0.1 |
|
Pb |
2/<0.01 |
1.9/<0.01 |
1.8/<0.01 |
2.6/<0.01 |
3.3/<0.01 |
1.9/<0.01 |
1.5/<0.01 |
1.3/<0.01 |
1.4/<0.01 |
|
Co |
3.6/0.03 |
4/0.03 |
4/0.03 |
3.8/0.02 |
4.4/0.03 |
3.9/0.02 |
2.8/0.01 |
3.6/<0.01 |
3.6/<0.01 |
|
Ni |
8.2/0.09 |
8.8/0.1 |
8.8/0.1 |
8.2/0.07 |
9.3/0.07 |
8.6/0.06 |
6.8/0.04 |
8.0/0.06 |
8.0/0.06 |
|
V |
14/<0.01 |
15/<0.01 |
15/<0.01 |
14/<0.01 |
16/<0.01 |
15/<0.01 |
11/<0.01 |
14/<0.01 |
13/<0.01 |
|
Cr |
12/0.03 |
13/0.04 |
13/0.06 |
12/0.05 |
13/0.04 |
13/0.04 |
9/0.02 |
12/0.03 |
11/0.02 |
Примечание. Числитель – общие запасы, знаменатель – запасы подвижных форм; * – в кг/м2 для общих запасов; “-” – не определялся.
Запасы подвижных форм ХЭ в почвах. По содержанию подвижных форм ХЭ почвы трех площадок также значимо не отличаются между собой.
Запасы подвижных форм элементов образуют ряд: Ca (570 ± 48 г/м2) >> Mg (43 ± 4 ) > K (22 ± 6 ) >> Zn (0.2 ± 0.1 ) , Ni, (0.07 ± 0.02 ) > Cr (0.04 ± 0.01 ) , Co (0.02 ± 0.01 ) > Cu (0.01 ± 0.003 ) и Pb (0.01 ± 0.001) (см. табл. 1).
По сравнению с запасами элементов в пахотном слое типичных черноземов Оренбургской области, в 20-сантиметровом слое почв Плавского плато общие запасы P были сопоставимы, K, Zn, Ni, Cr содержалось больше, а Cu – меньше (Ряховский, Ярцев, 2006) . Запасы подвижного K превышали данные по 25сантиметровом слою пахотных серых лесных почв Татарстана (Сулейманов, Низамов, 2015) , но запасы подвижного P были в 10 раз меньше в черноземах Плавкого плато. По сравнению с аллювиальными почвами долины Эльбы, которые также подвержены большой антропогенной нагрузке (Overesch et al., 2007) , запасы подвижных Cu и Ni были ниже в изученных почвах, Cr – выше, а Zn и Pb – сопоставимы.
Согласно требованиям к качеству почв (Смагин и др., 2008) , для изученных агрочерноземов характерен недостаток подвижного P (< 160 г/м2 в метровом слое) и умеренное содержание K (> 200 г/м2, но < 600 г/м2).
Запасы ХЭ в растениях. В надземной части всех изученных растений максимальны содержания биогенных P 1.5-5 , K 2-3 , Zn 2-4 и Mg 1.5-3 (подстрочный индекс – значения ОСОР). В корнях в большей мере накапливаются элементы, не относящиеся к необходимым для растений – Fe 0.1-0.7 , Al 0.1-0.5 , As 0.1 , V 0.1 , Cr 0.1 , Сo 0.1-0.4 , Na 0.3-0.6 , Zr 0.02-0.1 . В подземных и надземных органах содержание Cu 0.9-1.3 и Ba 1-1.5 близко. В надземной части Бобовых, кроме перечисленных ХЭ, по безбарьерному типу накапливаются необходимые им Сa 4 , Ni 2-8 , S 2-3 и Mn 3-4 (Kabata-Pendias, Szteke, 2015) . В надземной части Злаковых повышено содержание Si 2-7 , выполняющего скелетную функцию (Колесников, 2001) .
Во всех изученных культурных растениях в структуре фитомассы преобладает надземная фракция.
Таблица 2. Запасы фитомассы и ХЭ в растениях на сухое вещество
Плавского плато, изученных на трех площадках (мг/м2)
Table 2. Phytomass and inventories of chemical elements in plants (mg/m2)
|
ХЭ |
Злаковые |
Бобовые |
||||||||
|
Пшеница |
Кострец |
Соя |
Козлятник |
|||||||
|
On m |
№ я « Щ |
s Щ On © ^ |
№ Я Щ |
s Щ On © ^ |
On m |
№ я « Щ |
s On © ^ |
№ « Щ |
s © ^ |
|
|
Фитомасса* |
1816 |
1270 |
40 |
270 |
121 |
1724 |
738 |
83 |
290 |
227 |
|
K* |
4.9 |
6.8 |
0.045 |
3.4 |
0.20 |
2.4 |
14 |
0.48 |
2.3 |
0.55 |
|
P* |
4.9 |
2.1 |
0.021 |
0.6 |
0.1 |
6.9 |
2.2 |
0.1 |
0.9 |
0.5 |
|
S* |
2.2 |
1.3 |
0.027 |
0.23 |
0. 11 |
3.7 |
1.2 |
0.07 |
0.29 |
0.12 |
|
Mg* |
0.16 |
0.96 |
0.02 |
0.26 |
0.07 |
4.7 |
2.9 |
0.13 |
1.2 |
0.32 |
|
Ca* |
0.72 |
1.7 |
0.14 |
0.73 |
0.74 |
7.1 |
8.7 |
0.3 |
4.1 |
0.95 |
|
Si |
203 |
218 |
3.0 |
52 |
3.3 |
224 |
15 |
34 |
8.6 |
18.8 |
|
Na |
180 |
535 |
8.8 |
11 |
18 |
43 |
78 |
28 |
45 |
64 |
|
Fe |
105 |
149 |
25 |
16 |
35 |
97 |
62 |
9.4 |
30 |
34 |
|
Al |
78 |
135 |
32 |
11 |
37 |
38 |
49 |
11.7 |
24 |
36 |
|
Mn |
69 |
48 |
1.36 |
11 |
4.1 |
33 |
21 |
0.50 |
16 |
3.6 |
|
Zn |
40 |
20 |
0.33 |
3.8 |
2.2 |
47 |
14 |
0.58 |
4.8 |
2.3 |
|
Ba |
8.5 |
28 |
0.56 |
1.7 |
1.6 |
5.9 |
8.9 |
0.91 |
3.4 |
1.79 |
|
Cu |
4.4 |
2.3 |
0.10 |
1.0 |
0.91 |
6.4 |
2.2 |
0.20 |
2.1 |
1.18 |
|
Sr |
4.0 |
9.14 |
0.76 |
2.7 |
3.5 |
17 |
23 |
2.0 |
14 |
6.1 |
|
Ti |
2.2 |
5.3 |
0.68 |
<0.1 |
1.0 |
<0.1 |
3.1 |
0.37 |
1.1 |
0.25 |
|
Mo |
0.33 |
0.15 |
0.003 |
0.15 |
0.04 |
0.88 |
0.15 |
0.04 |
0.07 |
0.08 |
|
As |
0.24 |
<0.01 |
0.007 |
<0.01 |
0.004 |
<0.01 |
<0.01 |
0.004 |
<0.01 |
0.007 |
|
Zr |
0.09 |
0.10 |
0.02 |
0.03 |
0.05 |
0.07 |
0.05 |
0.04 |
0.02 |
0.03 |
|
Pb |
0.07 |
0.17 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
<0.01 |
0.08 |
0.01 |
0.04 |
0.02 |
|
Co |
0.04 |
<0.01 |
0.01 |
<0.01 |
0.02 |
0.03 |
0.02 |
0.007 |
0.01 |
0.007 |
|
Ni |
<0.01 |
<0.01 |
0.07 |
<0.01 |
0.19 |
12 |
2.2 |
0.07 |
0.31 |
0.09 |
|
V |
<0.01 |
<0.01 |
0.08 |
<0.01 |
0.21 |
<0.01 |
<0.01 |
0.03 |
<0.01 |
0.07 |
|
Cr |
<0.01 |
<0.01 |
0.08 |
<0.01 |
0.05 |
<0.01 |
<0.01 |
0.02 |
<0.01 |
0.15 |
Примечание. Курсив – максимальные значения в растении; * – в г/м2.
Причем максимальные запасы фитомассы характерны для зерна пшеницы и бобов сои (табл. 2). Минимальные запасы фито- массы приходятся на корни. В зерне и бобах, по сравнению с другими органами, максимальны запасы биогенных P, Mg, S и эссенциальных Zn, Mn, Co, Cu, Si элементов. В зерне пшеницы, кроме перечисленных ХЭ, также максимальны запасы As, а в бобах сои – Fe, K, Ni, Sr, Mo, Zr.
Во всех растениях токсичные для них V и Cr локализуются преимущественно в корнях. В надземной фитомассе Бобовых в отличие от Злаковых запасы участвующих в синтезе специфических белков Co и Ni больше, чем в подземной. Повышенное накопление Ni соей, выращиваемой на антропогенно-загрязненных почвах, выявлено в Китае и Аргентине (Zhang, 2019; Lavado, 2006) .
Из всех растений кострец имеет наибольшее число ХЭ (Ti, Fe, Al, Co, As, V, Cr, Ni, Sr, Na, Zr) с максимальными значениями запасов в корнях, что объясняется более развитым биологическим барьером между корнями и надземной частью у Злаковых, и в целом большей абсолютной и относительной биомассой корней у костреца по сравнению с пшеницей.
Соя и козлятник как представители Бобовых отличаются от Злаковых распределением запасов Si, который сосредоточен преимущественно в корнях. Это объясняется тем, что у Злаковых Si играет бóльшую роль в физиологических процессах, чем у Бобовых (Колесников, 2001) .
В целом в данном исследовании у Бобовых запасы ХЭ в надземной фитомассе были выше, чем у Злаковых. Таким образом, наиболее активно из корней в надземную часть растений Плавско-го плато переходят P > K > Zn > Mg. Концентрируются в корнях и слабо переходят в надземную часть Fe > Na > Al > Сo > Zr > As, V, Cr. Наибольшие запасы большинства ХЭ характерны для надземной части изученных растений, и особенно для зерна пшеницы и бобов сои. Только у костреца запасы фитомассы в корнях сопоставимы с запасами в надземной части.
По сравнению с пшеницей, произрастающей на каштановых почвах Дагестана, во всех органах пшеницы Плавского плато были меньше запасы Mo, больше – K и P в наземной части и корнях, причем в надземной части более чем в 100 раз (Рамазанова, Ахмедова, 2010). У всех изученных растений вынос P и K с надземной фитомассой больше, чем у подсолнечника (Сулейманов, Низамов, 2015).
При выращивании пшеницы практически все поглощенные растениями Ni, V и Cr ежегодно возвращаются в почву с минерализующимися остатками корней (доля отчуждения ~ 0%), 80% Co и 93% Al от общего поглощения выносятся из почвы вместе с урожаем, а также до 90–98% Сa, Fe, Sr, Ti, As, Zr, Pb. Доля отчуждения K, P, S, Mg, Si, Na, Mg, Zn, Ba, Cu превышает 99%. В агроценозе сои весь As, V и Cr остаются в почве вместе с корнями (доля отчуждения ~ 0%), 75–89% Si, Na, Al, Ti, Zr, Pb, Co, а также около 95% Fe и Ba выносятся с надземной частью. Кроме перечисленных ХЭ, в агроценозе сои высокой долей отчуждения отличается Ni (99.5%). Травосмесь характеризуется наибольшим обратным поступлением ХЭ в почву. Абсолютно все ХЭ имеют долю отчуждения < 90%, а As, V и Cr ~ 0%.
Уровень поглощения ХЭ растениями . По результатам расчета Ки, наиболее активно растения поглощают подвижные формы K, P, Ti, Mo, As, Zr, V. Первые два ХЭ относятся к биогенным (Kabata-Pendias, 2011) , а оставшиеся содержатся в растениях, но их подвижные формы не обнаружены в черноземах Плавского плато (табл. 3). Крайне низкие значения Ки свойственны Sr, Ca с высоким содержанием подвижных форм в почвах и фитотоксич-ным Co и Cr. Все растения, кроме костреца, активно поглощают S. Для козлятника характерно самое высокое значение использования Cu. Соя поглощает Ni активнее других растений, что, вероятно, связано с его участием в формировании особых ферментов у Бобовых – уреазы, дегидрогеназы и др. (Boer et al., 2014) .
Полученные на Плавском плато значения Ки K и P для пшеницы и сои в несколько раз превышают средние значения для данных культур по литературным данным, возможно, это объясняется более благоприятными почвенно-биоклиматическими условиями территории и минеральным составом почвообразующих пород. Значения Ки для костреца по этим ХЭ в целом соответствуют литературным данным (Рыжих, Липатников, 2018) . Значения Ки P у всех растений в десятки раз превосходят максимальное значение для подсолнечника (Сулейманов, Низамов, 2015) .
Естественная луговая растительность поймы Эльбы погло- щает сопоставимое количество Ni и больше подвижных Cu и Zn из почв, вероятно, за счет более высоких концентраций в почвах при безбарьерном накоплении (Overesch et al., 2007).
Таблица 3. Коэффициенты использования элементов из почвы растениями
Table 3. Coefficients of use of elements from soils by plants
|
ХЭ |
Пшеница |
Соя |
Кострец |
Козлятник |
|
K |
0.48 |
2.3 |
0.02 |
0.02 |
|
P |
3.3 |
5.4 |
1.6 |
1.3 |
|
S |
2.4 |
4.2 |
0.59 |
1.1 |
|
Mg |
0.06 |
0.20 |
0.01 |
0.01 |
|
Ca |
0.01 |
0.03 |
0.001 |
0.003 |
|
Si |
0.07 |
0.03 |
0.16 |
0.55 |
|
Na |
0.32 |
0.05 |
0.02 |
0.01 |
|
Fe |
0.23 |
0.19 |
0.11 |
0.40 |
|
Al |
0.03 |
0.02 |
0.02 |
0.03 |
|
Mn |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
|
Zn |
0.18 |
0.23 |
0.18 |
0.23 |
|
Ba |
0.01 |
0.003 |
0.002 |
0.002 |
|
Cu |
0.97 |
0.85 |
0.84 |
1.31 |
|
Sr |
0.004 |
0.02 |
0.001 |
0.001 |
|
Ti |
>1 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
Mo |
>1 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
As |
>1 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
Zr |
>1 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
Pb |
0.004 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
Co |
0.002 |
0.003 |
0.001 |
0.001 |
|
Ni |
0.001 |
0.219 |
0.0043 |
0.0089 |
|
V |
>1 |
>1 |
>1 |
>1 |
|
Cr |
0.003 |
0.0004 |
0.0024 |
0.0071 |
Примечание. Курсивом выделены элементы с Ки > 1.
ВЫВОДЫ
Максимальный вынос ХЭ из изученных почв происходит при выращивании пшеницы и сои: K (общим объем выноса с запасами в растениях – 25 ± 19 кг/м2) > P (8 ± 1.4), Ca (9 ± 6) > Mg (5 ±
3), S (4 ± 1) > Fe (223 ± 83 г/м2) > Mn (86 ± 43 г/м2) и Zn (60 ± 0.8 г/м2). Эти же элементы, но в меньшей степени, выносятся при укосе травосмеси из козлятника и костреца. Для компонентов травосмеси минимальна и доля отчуждения ХЭ с урожаем по сравнению с другими агроценозами. Только для изученных представителей семейства Бобовых доля Ni, выносящегося с надземной фитомассой, превышает долю, остающуюся в корнях.
Наиболее активно растения поглощают подвижные формы K, P, Ti, Mo, As, Zr, V. Крайне низкие значения Ки свойственны Sr, Ca, Co и Cr.
На основе ресурсного метода оценки качества почв можно утверждать, что черноземы Плавского плато характеризуются низким уровнем загрязнения Cu и Ni, умеренной обеспеченностю подвижными формами K при недостатке P.
Список литературы Баланс элементов в системе “агрочернозем глинисто-иллювиальный - сельскохозяйственные растения” на Плавском плато (Тульская область России)
- Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970, 488 с.
- Арляпов В.А., Волкова Е.М., Нечаева И.А., Скворцова Л.С. Содержание тяжелых металлов в почве как индикатор антропогенного загрязнения Тульской области // Известия Тульского гос. университета. Естественные науки. 2015. № 4. С. 194-204.
- Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. М: ГЕОС, 2005. 457 с.
- Ильин В.Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов (Mn, Cu, Mо) в южной части Западной Сибири. Новосибирск: Сибирское отделение РАН, 1973. 401 с.
- Ковалевский А.Л. Основные закономерности формирования химического состава растений // Биогеохимия растений: тр. Бурят. ин-та ест. наук. Улан-Удэ: Бурятское книжное изд-во, 1969. С. 6-28.
- Колесников М.П. Формы кремния в растениях // Успехи биологической химии. 2001. №. 41. С. 331-332.
- Радов А.С., Пустовой И.В., Корольков А.В. Практикум по агрохимии. М: Колос, 1971. 335 с.
- Рамазанова Н.И., Ахмедова З.Н. Круговорот микроэлементов в посевах пшеницы на лугово-каштановой почве // Вестник Дагестанского государственного университета. 2010. № 6. С. 63-67.
- Рыжих Л.Ю., Липатников А.И. Расчеты доз применения минеральных удобрений в севооборотах. Казань: Казанский университет, 2018. 19 с.
- Ряховский А.В., Ярцев Г.Ф. Содержание и запасы химических элементов в пахотном слое основных типов и подтипов почв Оренбургской области // Известия Ориенбургского государственного университета. 2006. Т. 2. № 10. С. 108-109.
- Смагин А.В., Шоба С.А., Макаров О.А. Экологическая оценка почвенных ресурсов и технологии их воспроизводства (на примере г. Москвы). М: Издательство Московского университета, 2008. 360 с.
- Сулейманов С.Р., Низамов Р.М. Хозяйственный вынос, коэффициенты использования элементов питания подсолнечником в зависимости от применения биопрепаратов // Вестник Казанского ГАУ. 2015. Т. 2. № 36. С. 151-155.
- Шопина О.В., Семенков И.Н., Парамонова Т.А. Накопление тяжелых металлов и 137Cs в растительной продукции, выращиваемой на радиоактивно загрязненных черноземах Тульской области // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 6. С. 48-53.
- DOI: 10.18412/1816-0395-2020-6-48-53
- Boer J.L., Mulrooney S.B., Hausinger R.P. Nickel-dependent metalloenzymes // Arch. Biochem. Biophys. 2014. No. 544. P. 142-152.
- DOI: 10.1016/j.abb.2013.09.002
- Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. New York: CRC Press, 2011. 467 p.
- Kabata-Pendias A., Szteke B. Trace elements in abiotic and biotic environments. New York: CRC Press, 2015. 391 p.
- Lavado R.S. Concentration of potentially toxic elements in field crops grown near and far from cities of the Pampas (Argentina) // Journal of Environmental Management. 2006. Vol. 80. No. 2. P. 116-119.
- DOI: 10.1016/j.jenvman.2005.09.003
- Liu G., Yu Y., Hou J., Xue W., Liu X., Liu Y., Wanhua W., Ahmed A., Tasawar H., Zhengtao L. An ecological risk assessment of heavy metal pollution of the agricultural ecosystem near a lead-acid battery factory // Ecol. Indic. 2014. No. 47. P. 210-218.
- DOI: 10.1016/j.ecolind.2014.04.040
- Overesch M., Rinklebe J., Broll G., Neue H.U. Metals and arsenic in soils and corresponding vegetation at Central Elbe river floodplains (Germany) // Environ. Pollut. 2007. Vol. 145. No. 3. P. 800-812.
- DOI: 10.1016/j.envpol.2006.05.016
- Wang L., Yin X., Gao S., Jiang T., Ma C. In vitro oral bioaccessibility investigation and human health risk assessment of heavy metals in wheat grains grown near the mines in North China // Chemosphere. 2020. No. 252. P. 1-6.
- DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126522
- Zhang T., Xu W., Lin X., Yan H., Ma M., He Z. Assessment of heavy metals pollution of soybean grains in North Anhui of China // Sci. Total Environ. 2019. No. 646. P. 914-922.
- DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.07.335
