Массоперенос химических элементов и их соединений в агроценозах

Автор: Борисочкина Т. И., Котельникова А. Д., Рогова О. Б.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Статья в выпуске: 110, 2022 года.

Бесплатный доступ

Проведен обзор и анализ литературных источников, освещающих массоперенос химических элементов в агроценозе в системе почва - растение. Рассмотрены отечественные и зарубежные методики оценки содержаний подвижных форм химических соединений, поступающих из почвы в растения. Охарактеризованы явления антагонизма и синергизма, указано на необходимость их учета при планировании внесения удобрений. Показано, что явления синергизма и антагонизма элементов могут быть использованы в земледелии для регулирования поступления тяжелых металлов или радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. Дан анализ балансовой модели массопереноса химических элементов в агроценозе. Показано, что внесение органических удобрений в почву в большинстве случаев приводит к положительному балансу микроэлементов в агросистеме. Вынос микроэлементов сельскохозяйственными культурами увеличивается при применении минеральных удобрений в дозах, оптимальных для возделывания культур в данном регионе. В ряде случаев поступление тяжелых металлов с техногенными выпадениями может превосходить вынос металлов растениями из почвы, что может явиться причиной аккумуляции металлов в системе. На незагрязненных фоновых территориях уровни поступления микроэлементов из удобрений и атмосферных выпадений в агроценозах сопоставимы.

Еще

Почва, растение, агроценоз, балансовая модель, синергизм, антагонизм

Короткий адрес: https://sciup.org/143178874

IDR: 143178874 | DOI: 10.19047/0136-1694-2022-110-114-147

Список литературы Массоперенос химических элементов и их соединений в агроценозах

Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, Ленинградское отделение, 1987. 142 с.
Аштаб И.В. Влияние свойств чернозема обыкновенного (предкавказского) карбонатного на обеспеченность растений цинком: Автореферат дис. … канд. с.-х. наук. М., 1994. 23 с.
Аштаб И.В., Ельников И.И. Агроэкологическая оценка обеспеченности чернозема цинком по элементному составу растений // Почвоведение. 1994. № 7. С. 108-115.
Байбеков Р.Ф. Агроэкологическое состояние почв при длительном применении удобрений. М.: ЦИНАО, 2003. 192 с.
Большаков В.А., Белобров В.П., Шишов Л.Л. Словник. Термины, их краткое определение, справочные материалы по общей и почвенной экологии, географии и классификации почв. М., 2004. 140 с.
Борисочкина Т.И., Кайданова О.В. Вынос микроэлементов растительностью как фактор устойчивости геосистем к загрязнению // Факторы и механизмы устойчивости геосистем. М.: Институт географии РАН, 1989. С. 133-144.
Борисочкина Т.И., Краснова Н.М., Головкова Т.В. Особенности поглощения фтора растениями в условиях загрязнения // Сб. научных трудов. Техногенное воздействие на почвы и их плодородие; методы контроля. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1991. С. 21-28.
Борисочкина Т.И., Сиволобова Т.С. Балансовые расчеты обеспеченности бором типичных черноземов // Сб. Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Самарканд, 1990. С. 127.
Воронина Л.П., Кирюшина А.П., Ксенофонтов А.Л., Тимофеева А.В., Голубкина Н.А. Влияние селена на содержание азота в растениях и аминокислотный состав надземных органов ячменя // Агрохимия. 2018. № 9. С. 20-28.
Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А., Малюга Н.Г., Шоков Н.Р., Загорулько А.В. Мониторинг содержания тяжелых металлов в системе почва-растение // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2000. № 2-3. С. 103-106.
Горбунова Н.С., Студин А.Ф. Содержание тяжелых металлов при длительном применении удобрений в агроценозах кукурузы на черноземах выщелоченных // Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация. 2016. № 4. С. 49-54.
Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Моргун Л.В. Организация и проведение почвенных исследований для экологического мониторинга. М.: МГУ, 1991. 82 с.
Долгодворова А.П., Воронина Л.П. Оценка действия селена на растения ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) на фоне внесения минеральных удобрений // Проблемы агрохимии и экологии. 2014. № 4. С. 23-27.
Зубкова В.М. Особенности накопления и распределения тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах и влияние удобрений на их поведение в системе почва-растение: Автореф. дис. … д. биол. наук. М.: ТСХА, 2004. 40 с.
Ельников И.И., Рогова О.Б. Диагностика обеспеченности почв фосфором с учетом взаимосвязи его подвижной формы с агрохимическими свойствами почв и сбалансированностью химического состава растений // Системы интенсификации земледелия как основа инновационной модернизации аграрного производства. 2017. С. 208-212.
Ельников И.И., Рогова О.Б. О развитии исследований по агроэкологической оценке почв с применением методов почвенно-растительной диагностики // Почвенные и земельные ресурсы: состояние, оценка, использование. Материалы первой Всероссийской открытой конференции. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2015. С. 347-352.
Ильин В.Б. К оценке массопотока тяжелых металлов в системе почва-сельскохозяйственная культура // Агрохимия. 2006. № 3. С. 52-59.
Ильин В.Б. Элементарный химический состав растений. Новосибирск: Наука, 1985. 129 с.
Кабата-Пендиас А. Проблемы современной бигеохимии микроэлементов // Российский химический журнал. 2005. Т. 49. № 3. С. 15-19.
Кайданова О.В., Борисочкина Т.И. Вынос тяжелых металлов растениями из черноземов в зоне техногенного воздействия // Сб. научных трудов. Техногенное воздействие на почвы и их плодородие; методы контроля. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1991. С. 28-33.
Карпова Е.А. Состояние микроэлементов в агроэкосистемах // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. М.: Наука, 2003. С. 76-87.
Карпова Е.А., Минеев В.Г. Тяжелые металлы в агроэкосистеме. М., 2015. 215 с.
Карпова Е.А., Потатуева Ю.А. Последствия применения различных форм фосфорных удобрений: стронций в системе дерново-подзолистая почва-растение // Агрохимия. 2004. № 1. С. 91-96.
Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. М.: Наука, 1981. 182 с.
Коробова Е.М. Токсичность как биогеохимическая проблема // Геохимия. 2020. Т. 65. № 10. С. 949-954.
Кошелева Н.Е. Моделирование биогеохимических циклов тяжелых металлов в агроландшафтах на основе балансового подхода // Геохимия ландшафтов и география почв. Смоленск: Ойкумена, 2002. С. 389-405.
Краснова Н.М., Борисочкина Т.И., Головкова Т.В. Рост райграса на черноземе, загрязненном фтором // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 1989. Вып. 49. С. 27-30.
Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М.: Агропромиздат, 1990. 219 с.
Кульнев В.В., Насонов А.Н., Цветков И.В., Король Т.С., Шаховская К.А. Биотестирование почв на основе фрактальных характеристик растений // Принципы экологии. 2020. Т. 9. №. 4 (38). С. 3-20.
Ладонин Д.В. Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах. М.: Изд-во Московского университета, 2019. 312 с.
Лапа В.В., Кулеш О.Г., Лопух М.С. Вынос и баланс элементов питания в зернотравяном севообороте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве // Почвоведение и агрохимия. 2013. №. 2. С. 143-150.
Лебедовский И.А., Яковлева Е.А. Минеральные удобрения как фактор трансформации тяжелых металлов в системе почва растение на примере чернозема выщелоченного Кубани // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. №. 77. С. 536-545.
Методические указания по агрохимическому обследованию и картографированию почв на содержание микроэлементов. М., 1976. 80 с.
Минеев В.Г. Актуальные задачи агрохимии в условиях современного земледелия // Проблемы агрохимии и экологии. 2011. № 1. С. 3-9.
Минеев В.Г. Воспроизводство плодородия почвы и экологические функции удобрений в агроценозе // Проблемы агрохимии и экологии. 2008. №. 1. С. 3-6.
Минеев В.Г. Агрохимия и качество пшеницы. Экологические проблемы и функции агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2005. 601 с.
Минеев В.Г., Едемская Н.Л., Карпова Е.А. Особенности динамики соединений меди в агроценозах на дерново-подзолистых почвах при длительном применении удобрений // Проблемы агрохимии и экологии. 2015. № 4. С. 3-19.
Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 4. С. 8-16.
Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение: Автореф. дис. … д. с.-х. наук. М., 2000. 60 с.
Плеханова И.О., Савельева В.А. Трансформация соединений кобальта при увлажнении // Почвоведение. 1999. № 5. С. 568-574.
Плеханова И.О. Трансформация соединений Fe, Mn, Co и Ni в дерново-подзолистых почвах при различных уровнях влажности // Известия РАН. Серия биологическая. 2007. № 1. С. 82-90.
Плешков А.С., Ягодин Б.А. Способ обеспечения растений минеральными элементами. Авторское свидетельство на изобретение SU952168. 1982.
Попова А.А. Сезонная динамика и баланс тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1992. 24 с.
Протасова Н.А. Тяжелые металлы в черноземах и культурных растениях Воронежской области // Агрохимия. 2005. №. 2. С. 80-86.
Протасова Н.А., Горбунова Н.С. Соединения цинка, никеля, свинца и кадмия в обыкновенных черноземах Каменной Степи при длительном применении удобрений и фосфогипса // Агрохимия. 2010. № 7. С. 52-61.
Ринькис Г.Я., Рамане Х.К., Паэгле Г.В., Куницкая Т.А. Система оптимизации и методы диагностики минерального питания растений. Рига: Зинатне, 1989. 196 с.
Савич В.И., Трубицина Е.В., Замараев А.Г., Кобзаренко В.И., Духанин Ю.А., Никольский Ю.Н. Баланс вещества и энергии в пахотной дерново-подзолистой почве // Известия ТСХА. 2005. №. 4. С. 11-23.
Степанок В.В. Влияние комплексов техногенных элементов на химический состав сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 2003. №. 1. С. 50-60.
Тимофеева Я.О. Особенности круговорота микроэлементов в агроэкосистемах в условиях формирования почвенных конкреций // Аграрный вестник Урала. 2018. № 12 (179). С. 14-21.
Торшин С.П. Влияние естественных и антропогенных факторов на формирование естественного состава продукции растениеводства: Дис. … д. биол. наук. М.: ТСХА, 1998. 280 с.
Фокин А.Д. Эколого-биогеохимические подходы к оптимизации агроэкосистем // Почвоведение. 1988. № 9. С. 71-75.
Фокин А.Д. Роль растений в перераспределении вещества по почвенному профилю // Почвоведение. 1999. № 1. С. 125-133.
Фокин А.Д. Роль растений в формировании трансформационных и транспортных потоков вещества в наземных экосистемах // В сб. Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии. М., 2004. С. 101-121.
Фокин А., Торшин С. Растения в жизни почв и наземных экосистем. Нетрадиционные подходы и решения в поведении биологически значимых элементов. Lap Lambert Academic Publishing, 2020. 184 с.
Фрид А.С., Гома Ботхина Саад М.А., Борисочкина Т.И. Миграция меди, цинка и кадмия в аридных почвах Египта, орошаемых природными и городскими сточными водами // Агрохимия. 2014. № 11. С. 62-73.
Фрид А.С., Гома Ботхина Саад М.А., Борисочкина Т.И. Миграция железа, кобальта и никеля в аридных почвах Египта, орошаемых природными и городскими сточными водами // Агрохимия. 2016. № 8. С. 68-81.
Христенко А.А., Иванова С.Е. Проблема повышения точности диагностики фосфатного состояния почв Украины // Вестник Международного института питания растений. 2011. № 2. С. 6-9.
Церлинг В.В. Агрохимические основы диагностики минерального питания сельскохозяйственных культур. М.: Наука, 1978. 216 с.
Черных Н.А., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксилогические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. М.: Агроконсалт, 1999. 176 с.
Aboyeji C.M., Dunsin O., Adekiya A.O., Suleiman K.O., Chinedum C., Okunlola F.O., Joseph, Abiodun, Ejue S.W., Adesola O.O., Olofintoye T.A.J., Owolabi I.O. Synergistic and antagonistic effects of soil applied P and Zn fertilizers on the performance, minerals and heavy metal composition of groundnut // Open Agriculture. 2020. Vol. 5. No. 1. P. 1-9.
Adriano D.C. Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. New York: Springer, 2001. 867 p.
Birsin M.A., Adak M.S., Inal A., Aksu A., Gunes A. Mineral element distribution and accumulation patterns within two barley cultivars // Journal of plant nutrition. 2010. Vol. 33. No. 2. P. 267-284.
Cuypers A., Remans T., Weyens N., Colpaert J., Vassilev A., Vangronsveld J. Soil-plant relationships of heavy metals and metalloids // Heavy metals in soils. Dordrecht: Springer, 2013. P. 161-193.
Dhaliwal S.S., Naresh R.K., Mandal A., Singh R., Dhaliwal M.K. Dynamics and transformations of micronutrients in agricultural soils as influenced by organic matter build-up: A review // Environmental and Sustainability Indicators. 2019. Vol. 1-2. 100007.
Di Gioia F., Petropoulos S.A., Ozores-Hampton M., Morgan K., Rosskopf E.N. Zinc and Iron Agronomic Biofortification of Brassicaceae Microgreens // Agronomy. 2019. Vol. 9. No. 11. 677.
Ehrenfeld J.G., Ravit B., Elgersma K. Feedback in the plant-soil system // Annu. Rev. Environ. Resour. 2005. Vol. 30. P. 75-115.
Fang J., Wen B., Shan X.Q., Lin J.M., Owens G. Is an adjusted rhizosphere-based method valid for field assessment of metal phytoavailability? Application to non-contaminated soils // Environmental Pollution. 2007. Vol. 150. No. 2. P. 209-217.
Feng M.-H., Shan X.-Q., Zhang S.-Z., Wen B. Comparison of a rhizosphere-based method with other one-step extraction methods for assessing the bioavailability of soil metals to wheat // Chemosphere. 2005. Vol. 59. P. 939-949.
Han W.X., Fang J.Y., Reich P.B., Ian Woodward F., Wang Z.H. Biogeography and variability of eleven mineral elements in plant leaves across gradients of climate, soil and plant functional type in China // Ecology Letters. 2011. Vol. 14. No. 8. P. 788-796.
Hosseinpur A.R., Motaghian H. Evaluating of many chemical extractants for assessment of Zn and Pb uptake by bean in polluted soils // Journal of soil science and plant nutrition. 2015. Vol. 15. No. 1. P. 24-34.
Horta M. do C., Torrent J. The Olsen P method as an agronomic and environmental test for predicting phosphate release from aсid soils // Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2007. P. 283-292.
Ivezić V., Lončarić Z., Engler M., Kerovec D., Singh B. R. Comparison of different extraction methods representing available and total concentrations of Cd, Cu, Fe, Mn and Zn in soil // Poljoprivreda. 2013. Vol. 19. No. 1. P. 53-58.
Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th edition. Florida. USA: CRC Press/Taylor-Francis Group, 2011. 548 p.
Leinweber P., Paetsch C., Schulten H.R. Heavy metal retention by organo-mineral particle-size fractions from soils in long-term agricultural experiments // Archives of Agronomy and Soil Science. 1995. Vol. 39. No. 4. P. 271-285.
Malvi U.R. Interaction of micronutrients with major nutrients with special reference to potassium // Karnataka Journal of Agricultural Sciences. 2011. Vol. 24. No. 1. P. 106-109.
Menzies N.W., Donn M.J., Kopittke P.M. Evaluation of extractants for estimation of the phytoavailable trace metals in soils // Environmental pollution. 2007. Vol. 145. No. 1. P. 121-130.
Plekhanova I.O., Bambusheva V.A. Extraction methods for studying the fractional composition of heavy metals in soils and their comparative assessment // Eurasian Soil Science. 2010. Vol. 43. No. 9. P. 1004-1010.
Qian J., Shan X., Wang Z., Tu Q. Distribution and plant availability of heavy metals in different particle-size fractions of soil // Science of the Total Environment. 1996. Vol. 187. No. 2. P. 131-141.
Rao C.R.M., Sahuquillo A., Sanchez J.F.L. A review of the different methods applied in environmental geochemistry for single and sequential extraction of trace elements in soils and related materials // Water, Air, and Soil Pollution. 2008. Vol. 189. No. 1. P. 291-333.
Reimann C., Englmaier P., Fabian K., Gough L., Lamothe P., Smith D. Biogeochemical plant-soil interaction: variable element composition in leaves of four plant species collected along a south-north transect at the southern tip of Norway // Science of the Total Environment. 2015. Vol. 506. P. 480-495.
Rietra R.P.J.J., Heinen M., Dimkpa C.O., Bindraban P.S. Effects of nutrient antagonism and synergism on yield and fertilizer use efficiency // Communications in soil science and plant analysis. 2017. Vol. 48. No. 16. P. 1895-1920.
Shan X., Chen B. Evaluation of sequential extraction for speciation of trace metals in model soil containing natural minerals and humic acid // Analytical Chemistry. 1993. Vol. 65. P. 802-807. https://doi.org/10.1021/ac00054a026.
Siromlya T.I. On available forms of chemical compounds in soils // Contemporary Problems of Ecology. 2009. Vol. 2. P. 678-685.
Wu J., Zeng H., Zhao F., Chen C., Liu W., Yang B., Zhang W. Recognizing the role of plant species composition in the modification of soil nutrients and water in rubber agroforestry systems // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 723. 138042.
Xie K., Cakmak I., Wang S., Zhang F., Guo S. Synergistic and antagonistic interactions between potassium and magnesium in higher plants // The Crop Journal. 2021. Vol. 9. No. 2. P. 249-256.

Еще

Статья научная