Экологическая оценка влияния ацетата цинка на содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной

За последние 25 лет в России практически отсутствовало целевое использование цинковых удобрений под сельскохозяйственные культуры. Это, в свою очередь, привело к тому, что более 97 % почв РФ имеют низкое и среднее содержание подвижного цинка, что свидетельствует о важности решения проблемы недостатка цинка в почвах и растениеводческой продукции [1]. В нашей стране потребность в цинковых удобрениях составляет 22 тыс. т (в пересчете

на элемент) [2]. Необходимость данного микроэлемента для человека и животных на сегодняшний день не вызывает сомнений. Цинк входит в состав более 40 важных ферментов, участвует в углеводном обмене, необходим для формирования костей, а также обладает антивирусным и антитоксическим действием [3].

По мере интенсификации сельскохозяйственного производства потребность в микроудобрениях для обеспечения сбалансированного питания растений будет расти [4]. Для рационального использования микроэлементов необходима научно обоснованная система их эффективного применения. В связи с этим важное место занимают исследования по выявлению влияния микроудобрений, в том числе цинковых, на микроэлементный состав лекарственных растений при возделывании их в производственных условиях.

Кроме этого, одной из важнейших задач фармации является исследование минерального состава лекарственного растительного сырья с целью изучения поступления и накопления растениями тех или иных элементов, а также для лечения и профилактики заболеваний, вызванных дисбалансом микроэлементов. Так, в исследованиях И.В. Аштаба установлено, что дефицит цинка в агроэкосистемах увеличивает поглощение растениями элементов, обладающих сильной фитотоксичностью (Cd, Pb, Ni, Se, As, Fe и др.) [5]. Таким образом, оптимизация применения цинковых удобрений под лекарственные культуры будет способствовать решению экологических проблем в части детоксикации почв.

Одним из ценных лекарственных растений, используемых как в официальной, так и народной медицине, является пижма обыкновенная. Это многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных. В химическом составе пижмы обыкновенной – эфирное масло, флавоноиды, дубильные вещества, аскорбиновая кислота [6].

Поскольку лекарственные растения широко используются человеком для лечения и профилактики ряда заболеваний, то возникает необходимость изучить влияние цинка на рост и развитие пижмы обыкновенной, на урожайность и качество лекарственного сырья, а также определить оптимальные дозы микроудобрений.

Цель исследований – дать экологическую оценку влияния ацетата цинка на его содержание в растениях пижмы обыкновенной.

Объекты и методы

Полевой опыт был заложен в 2012 г. на базе Омского ГАУ. Объектами исследования служили: пижма обыкновенная ( Tanacetum vulgare L. ), лугово-черноземная почва. Предмет исследований – ацетат цинка.

Исследование проводили на лугово-черноземной маломощной малогумусовой тяжелосуглинистой почве. До закладки опыта в почве к моменту посадки в среднем содержалось: N–NO 3 – 9 мг, P 2 O 5 – 60 мг, K 2 O – 138 (2%-ная уксуснокислая вытяжка), цинка – 0,30 мг/кг почвы в слое 0–30 см.

Опыт был заложен в четырехкратной повторности, учетная площадь делянки – 9 м². Размещение вариантов систематическое. Схема опыта, варианты: контроль; фон (N 135 P 45 K 45 ); фон + 0,25 ПДК Zn (20 кг д.в./га); фон + 0,5 ПДК Zn (40 кг д.в./га); фон + 0,75 ПДК Zn (60 кг д.в./га); фон + ПДК Zn (80 кг д.в./га).

Формы минеральных удобрений, используемых при закладке полевого опыта: аммиачная селитра (N – 34 %), двойной гранулированный суперфосфат (P 2 O 5 – 37,0 %), калий хлористый (К 2 О – 60,0 %), ацетат цинка ((CH 3 COO) 2 Zn – 29,7 %) [7].

В опыте использовали сплошной поделяночный метод уборки и учета урожая пижмы обыкновенной в фазу массового цветения.

Содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной определяли атомно-абсорбционным методом в ФГБУ «Центр агрохимической службы «Омский».

Результаты исследований

Использование в опытах различных доз ацетата цинка под пижму обыкновенную позволило выявить их влияние на процесс поступления цинка в растения в фазу цветения.

Данные по содержанию цинка в растениях пижмы обыкновенной в 2013–2015 гг. представлены в таблице.

Содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной в 2013 г. (второй год последействия микроудобрений) в зависимости от увеличения доз цинковых удобрений изменялось от 33 (20 кг д.в. Zn/га) до 53 мг/кг (80 кг д.в. Zn/га). В 2014 г. (третий год последействия микроудобрений) содержание цинка в растениях снизилось и варьировало от 20,0 на варианте Фон + 0,25 ПДК Zn (20 кг д.в. Zn/га) до 32 мг/кг на варианте Фон + ПДК Zn (80 кг д.в. Zn/га).

Содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной в фазу цветения в зависимости от вносимых доз ацетата цинка, 2013–2015 гг.

Вариант опыта	Содержание цинка, мг/кг
	2013 г.	2014 г.	2015 г.
Фон (N 135 P 45 K 45 )	35,0	27,0	16,1
Фон + 0,25 ПДК Zn	33,0	20,0	17,6
Фон + 0,5 ПДК Zn	47,0	27,0	18,2
Фон + 0,75 ПДК Zn	35,0	27,0	23,0
Фон + ПДК Zn	53,0	32,0	20,3
МДУ*	50

*МДУ – максимально-допустимый уровень.

В 2015 г. (четвертый год последействия микроудобрений) происходило дальнейшее снижение содержания цинка в лекарственном сырье пижмы обыкновенной (17,6–23,0 мг/кг).

В соответствии со временным максимальнодопустимым уровнем (МДУ), установленным Департаментом ветеринарии Минсельхозпрода России, содержание цинка в сене не должно превышать 50,0 мг/кг корма [8]. В исследованиях установлено, что содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной на варианте Фон + ПДК Zn (80 кг д.в./га) во второй год последействия микроудобрений незначительно превышается МДУ. В последующие годы (2014–2015) МДУ ни на одном из вариантов опыта не был превышен.

На основе полученных экспериментальных данных были установлены корреляционные связи между содержанием цинка в растениях пижмы обыкновенной и дозами вносимого в почву ацетата цинка (рис. 1–3).

Рис. 1. Корреляционная связь между содержанием цинка в растительных образцах пижмы в фазу цветения и дозами цинка, 2013 г.

Рис. 2. Корреляционная связь между содержанием цинка в растительных образцах пижмы в фазу цветения и дозами цинка, 2014 г.

Рис. 3. Корреляционная связь между содержанием цинка в растительных образцах пижмы в фазу цветения и дозами цинка, 2015 г.

На основе данных полевых опытов 2013– 2015 гг. и построенных графиков получены математические зависимости, которые отображают влияние различных доз цинка на содержание массовой доли цинка в растениях пижмы обыкновенной (рис. 1–3, уравнения (1)–(3)).

Полученные уравнения регрессии позволили определить нормативные коэффициенты интенсивности действия «b» поступившего цинка на изменение содержания этого элемента в растениях пижмы обыкновенной. Установленные нормативы «b» показывают, во сколько раз увеличится содержание цинка в растениях пижмы при внесении в почву 1 кг/га действующего вещества цинка (b = 0,07–0,19).

Так, в 2013 г. при внесении 1 кг/га действующего вещества цинка содержание массовой доли цинка в растениях пижмы увеличилось на 0,19, в 2014 г. – на 0,09 и в 2015 г. – на 0,07 мг/кг. Таким образом, цинковые удобрения оказывали положительное влияние на накопление цинка в растениях пижмы обыкновенной, о чем свидетельствуют полученные коэффициенты корреляции (r = 0,63–0,81).

Выявленные количественные характеристики позволяют прогнозировать содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной при внесении цинковых удобрений в почву по формуле:

Czn мк/кг = Сф + (Д ∙ b), где Czn – содержание цинка в растении, мг/кг сухого вещества; Сф – фактическое содержание цинка в растении, мг/кг сухого вещества; D – доза поступившего элемента в почву, кг/га; b – коэффициент интенсивности действия единицы поступившего элемента в растение, мг/кг.

Выводы

Установлено, что содержание цинка в растениях пижмы обыкновенной при внесении в почву ацетата цинка в дозах 20, 40 и 60 кг д.в./га не приводило к превышению МДУ. Таким образом, внесение экологически обоснованных доз ацетата цинка до 60 кг д.в./га не вызывает загрязнения лекарственного растительного сырья цинком. При внесении более высоких доз происходит незначительное превышение МДУ, что необходимо учитывать при расчете оптимальных доз микроудобрений.

Изучение особенностей накопления цинка растениями пижмы обыкновенной показало, что существует прямая зависимость концентрации цинка в растениях пижмы обыкновенной от доз вносимых цинковых удобрений в почву. При внесении 1 кг/га действующего вещества цинка содержание массовой доли этого элемента в растениях пижмы в зависимости от года последействия увеличивалось на 0,07–0,19 мг/кг. Выявленные количественные характеристики позволяют прогнозировать содержание Zn в растениях пижмы обыкновенной при внесении цинковых удобрений в почву.

Установленные закономерности последействия цинка в системе «почва – растение» позволяют решать вопросы оптимизации применения цинковых удобрений и детоксикации почв.