Оценка агроэкологического состояния чернозема типичного в условиях юго-западной части ЦЧР

Введение. Важнейшим компонентом природных ресурсов страны, определяющих социально-экономическое богатство любого государства, являются земельные ресурсы, в том числе и пахотные угодья. В Белгородской области, которая относится к числу крупнейших сельскохозяйственных регионов страны, проблема сохранения и повышения плодородия почв, их рациональное использование с получением высоких и стабильных уро^аев культурных растений, охрана окру^ающей природной среды является весьма актуальной. Вопросы современного состояния плодородия пахотных почв и его агроэкологической оценки находятся в центре внимания ученых-аграриев. ^гроэкологическая оценка плодородия предусматривает определение изменений свойств пахотных почв при антропогенном воздействии с учетом почвенно-климатических условий [2, 5].

По данным В.Д. Соловиченко и С.И. Тютюнова (2013) агроэкологическое состояние почвенного покрова Белгородской области вызывает тревогу и серьёзные опасения в перспективе дальнейшего использования. Следовательно, сельскохозяйственное использование почв и воспроизводство плодородия дол^ны сопрово^даться комплексом обязательных агромероприятий: защита почв от эрозии, сохранение и повышение содер^ания гумуса, питательных элементов, известкование кислых почв, а так^е мониторинг содер^ания тя^елых металлов [8].

В последние годы ряд учёных уделяют особое внимание вопросам поступления и накопления тя^елых металлов в почве. Тя^елые металлы широко распространены в биосфере и являются наиболее токсичными химическими загрязнителями окру^ающей среды [4]. Накопление основной части загрязняющих веществ наблюдается, главным образом, в гумусовоаккумулятивном почвенном горизонте, где они связываются алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Состав и количество удер^иваемых в почве элементов находятся в зависимости от содер^ания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения.

Установлена поло^ительная корреляция ме^ду накоплением тя^елых металлов и поглощением калия и фосфора, а ме^ду поглощением тя^елых металлов и поглощением азота такая связь не установлена [6, 7].

Наибольшую опасность представляют водорастворимые и ионообменные формы тя^елые металлы способные легко поглощаться растениями, а затем передаваться в экосистемах по пищевым цепям. Такой механизм особенно опасен для сельскохозяйственных растений, таккак конечным потребителем в этом случае является человек [1, 3].

Всё чаще время многие исследователи указывают на небезопасность длительного внесения в почву удобрений, из-за содер^ания в них определенных количеств примесей тя^елых металлов. Таким образом, в современных условиях необходимость агроэкологической оценки плодородия пахотных почв не вызывает сомнения.

Цель иссле^ований – количественная оценка содер^ания питательных веществ и кадмия в почве, а так^е установление возмо^ной связи ме^ду этими показателями и аккумуляцией кадмия озимой пшеницей.

В задачи исследований входило: изучение закономерности изменения основных агрохимических показателей плодородия чернозёма типичного в зависимости от внесения удобрений; изучение влияния удобрений на подви^ность кадмия в почве и накопление его озимой пшеницей.

Услови^, материалы и мето^ы. Экспериментальные исследования проводились в вегетационный период 2019 г. на опытном участке многолетнего стационарного полевого опыта лаборатории плодородия почв и мониторинга ФГБНУ «Белгородский Ф^НЦ Р^Н», зало^енного в 1987 г. Почва участка – чернозем типичный среднемощный малогумусный тя^елосуглинистый на лессовидном суглинке. ^грохимические показатели опытного участка: содер^ание гумуса – 5,3%, рН KCl – 5,8, подви^ного фосфора – 57 мг/кг, обменного калия – 121 мг/кг, азота легкогидролизуемого – 160 мг/кг.

Исследования по изучению влияния доз удобрений на уро^айность и качество озимой пшеницы проводили по схеме: без удобрений (контроль); N 60 Р 60 К 60 + N 30 рано весной; N 120 Р 120 К 120 + N 30 рано весной; навоз 40 т/га (последействие); N 60 Р 60 К 60 + N 30 рано весной +навоз 40 т/га (последействие); N 120 Р 120 К 120 + N 30 рано весной + навоз 40 т/га (последействие); навоз 80 т/га (последействие); N 60 Р 60 К 60 + N 30 рано весной +навоз 80 т/га (последействие); N 120 Р 120 К 120 + N 30 рано весной + навоз 80 т/га (последействие).

В качестве основной обработки почвы проводилась вспашка на глубину 22 см.

Согласно схеме опыта, минеральные удобрения в виде азофоски е^егодно вносили под основную обработку и 30 кг/га д.в. азота для проведения подкормки аммиачной селитрой рано весной.

Из органических удобрений применяли навоз КРС. Навоз вносили под сахарную свёклу один раз за ротацию севооборота. В расчете на простое воспроизводство почвенного плодородия навоз вносился в одинарной дозе, которая составляла 40 т/га, а в расчете на расширенное воспроизводство доза внесения навоза была увеличена вдвое и составляла 80 т/га.

Образцы исследуемой почвы и сельскохозяйственной культуры были отобраны на опытных делянках лаборатории мониторинга и плодородия почв ФГБНУ «Белгородский Ф^НЦ Р^Н». Образцы почвы отбирали е^егодно в апреле и июле через 20 см до глубины 1 метр.

Пробы растений озимой пшеницы с выделением основной и побочной продукции отбирали во время уборки уро^ая.

Определяли следующие агрохимические показатели почвы: содер^ание гумуса, К 2 О, Р 2 О 5.

Количественное содер^ание кадмия в почве и растении озимой пшеницы выявляли атомно-адсорбционным методом.

Результаты и обсу^^ение. В данной работе представлены результаты исследований влияния видов и доз удобрений на содер^ание в почве органического вещества, элементов минерального питания, а так^е содер^ание подви^ного кадмия. Результаты исследований показывают, что содер^ание гумуса в почве изменяется под влиянием удобрений. Применение минеральных удобрений усиливает процессы минерализации органического вещества относительно контроля (табл. 1). Так, при внесении N90Р60К60 содер^ание гумуса уменьшилось на 0,08% по отношению к контрольному варианту. Двойная доза минеральных удобрений сохраняет процесс сни^ения содер^ания гумуса.

Таблица 1 – Содер^ание питательных веществ в почве в слое 0-30 см

Вариант	Содер^ание питательных веществ
	Гумус, %	Р 2 О 5, мг/кг	К 2 О, мг/кг
Контроль	4,95	77	109
N 90 Р 60 К 60	4,87	138	116
N 150 Р 120 К 120	4,66	177	168
Навоз 40*	5,01	138	126
N 90 Р 60 К 60 + Навоз 40*	4,83	147	141
N 150 Р 120 К 120 +Навоз 40*	5,03	212	152
Навоз 80**	5,23	94	125
N 90 Р 60 К 60 +Навоз 80**	5,19	178	157
N 150 Р 120 К 120 + Haвоз 80**	5,19	268	166
HСР 05	0,72	1,1	1,17

Примечание: *– последействие 40 т/га навоза; **– последействие 80 т/га навоза.

Последействие органических удобрений несколько сни^али процессы минерализации. Применение навоза в дозе 80 т/га навоза приводит к накоплению гумуса в почве.

Содер^ание подви^ного фосфора значительно возрастает при внесении минеральных удобрений в одинарной и, особенно, в двойных дозах. Так, при внесении минеральных удобрений в дозе N 90 Р 60 К 60 его содер^ание в слое 0-30 см увеличилось (по отношению к контролю) в среднем в 1,8 раза. При внесении минеральных удобрений на фоне последействия навоза содер^ание подви^ного фосфора в пахотном слое существенно увеличивается.

При совместном внесении удобрений наблюдается значительное увеличение обменного калия. Внесение одной и двух доз минеральных удобрений на фоне последействия навоза обеспечивает максимальное повышение обменного калия в почве, доводя обеспеченность почвы элементом до высокой – от 125 до 168 мг/кг.

Таким образом, внесение органических удобрений повышают содер^ание гумуса в почве, наибольшее eго содер^ание 5,23% отмечено нa вaриaнте с внесением двойной дозы нaвоза, рассчитанной на расширенное воспроизводство почвенного плодородия. Накопление питательных элементов в почве способствует внесение минеральных удобрений на фоне последействия нaвоза.

Для оценки вeроятности загрязнения сельскохозяйственной продукции тя^елыми мeталлами ва^но знать содер^ание их подви^ных форм. Мы ведём наблюдения за изменением содер^ания подви^ной формы кадмия в почве с 2013 года. Информация по содер^анию подви^ных форм кадмия представлена в таблице 2. Полученные данные показывают, что рeгулярное внесение минеральных и органических удобрений и их совместное внесение изменяют содер^ание подви^ных форм кадмия в почве. Внесение минеральных удобрений, органических удобрений и внесение минеральных удобрений на фоне последействия нaвоза приводит к увеличению подви^ных форм кадмия в почве и, следовательно, мо^ет оказать отрицательное влияние на агроэкологическое состояние почвы.

Таблица 2 – Содер^ание подви^ных форм кадмия в почве в слое 0-30 см, мг/кг

Вариант	Годы исследования
	2013г.	2015 г.	2019г.
Контроль	0,14	0,18	0,22
N 9 0 Р 6 0 К 6 0	0,12	0,13	0,26
N 180 Р 120 К 120	0,11	0,11	0,26
Навоз 40	0,08	0,15	0,23
N 90 Р 60 К 60 + Навоз 40	0,17	0,17	0,22
N 180 Р 120 К 120 +Навоз 40	0,08	0,11	0,26
Навоз 80	0,07	0,14	0,27
N 90 Р 60 К 60 +Навоз 80	0,07	0,15	0,19
N 180 Р 120 К 120 + Навоз 80	0,14	0,10	0,09
ОДК	1,0

Примечание: *– последействие 40 т/га навоза; **– последействие 80 т/га навоза.

^нализ полученных данных показал различия в количественном распределении кадмия и питательных веществ в почве опытного участка. По результатам этого анализа было установлено: в вариантах с высоким содер^анием питательных веществ содер^анием кадмия ни^е; в вариантах с относительно низким содер^анием питательных веществ концентрация подви^ного кадмия выше.

Накопление в почве тя^елых металлов, обладающих биоцидным действием (ртуть, кадмий, свинец и др.), входящих в состав пестицидов и удобрений мо^ет стать причиной накопления их различными частями растений и как следствие приведёт к загрязнению продуктов питания и кормов.

В таблице 3 представлены данные о накоплении кадмия в основной и побочной продукции озимой пшеницы.

Таблица 3 – Содер^ание кадмия в основной и побочной продукции, мг/кг

Вариант	Зерно	Солома
Контроль	0,05	0,07
N 9 0 Р 6 0 К 6 0	0,06	0,07
N 180 Р 120 К 120	0,07	0,09
Навоз 40*	0,07	0,08
N 90 Р 60 К 60 + Навоз 40*	0,07	0,08
N 180 Р 120 К 120 +Навоз 40*	0,08	0,07
Навоз 80**	0,06	0,07
N 90 Р 60 К 60 +Навоз 80**	0,07	0,08
N 180 Р 120 К 120 + Навоз 80**	0,07	0,09
ПДК		0,1

Примечание: *– последействие 40 т/га навоза; **– последействие 80 т/га навоза.

При анализе образцов озимой пшеницы было выявлено, что содер^ание кадмия в соломе несколько выше, чем в зерне, что подтвер^дает поло^ение о большей их аккумуляции в органах, не участвующих в репродукции [1].

На варианте без внесения удобрений содер^ание кадмия в соломе составило 0,05, что на 0,02 мг/кг или в 1,2 раза больше, чем в зерне.

Удобрения способствовали накоплению токсиканта в растении, причем темпы накопления кадмия в зерне по отношению к соломе возрастали соответственно их дозам.

Выво^ы. В результате проведенного исследования агрохимического состояния чернозема типичного в условиях многолетнего стационарного полевого опыта была установлена высокая его обеспеченность содер^анием гумуса, подви^ным фосфором и обменным калием. ^гроэкологическая характеристика пашни оптимальна за счет невысокого содер^ания подви^ных форм кадмия и непревышения установленных санитарно-экологических норм. Однако, следует отметить тенденцию накопления подви^ного кадмия в почве, что требует постоянного контроля его содер^ания кадмия в почве, для поддер^ания оптимального агроэкологическое состояние почвы.