Оценка агроэкологического состояния чернозема типичного в условиях юго-западной части ЦЧР
Автор: Морозова Т.С., Линков С.А., Лицуков С.Д., Колесниченко Е.Ю.
Журнал: Вестник аграрной науки @vestnikogau
Рубрика: Сельскохозяйственные науки
Статья в выпуске: 6 (81), 2019 года.
Бесплатный доступ
При оценке агроэкологического состояния пахотных почв к числу важных показателей, указывающих на их плодородие, следует отнести содержание гумуса как наиболее значимого свойства потенциального плодородия почв и содержание питательных элементов (Р2О5, К2О), подвижность которых в почвах черноземного ряда может быть первичным фактором, лимитирующим урожайность сельскохозяйственных культур. Одними из наиболее значимых показателей агроэкологического состояния пахотных почв является содержание в них подвижных соединений тяжелых металлов. Целью данного исследования являлось количественная оценка содержания питательных веществ и кадмия в почве, а также установление возможной связи между этими показателями и аккумуляцией кадмия озимой пшеницей. В рамках настоящей работы было проведено обследование почвы опытного участка по содержанию в почве подвижных форм кадмия, определено содержание кадмия в растениеводческой продукции. Внесение удобрений приводит к увеличению содержания элементов питания в почве. Минеральная система удобрений имеет преимущество в увеличении подвижного фосфора по отношению к органической, а сочетание органических и минеральных удобрений, особенно в двойных дозах, оказывают наибольшее положительное влияние на повышение содержания подвижного фосфора и обменного калия в 3,5 и 1,5 раза соответственно по отношению к контролю. Внесение минеральных, органических удобрений и их совместное внесение с 2013 г. по 2019 г. изменяют содержание подвижных форм кадмия, в сторону увеличения. Наибольшее содержание подвижных форм кадмия отмечено на вариантах с внесением навоза.
Почва, чернозем типичный, озимая пшеница, минеральные удобрения, органические удобрения, гумус, подвижный фосфор, обменный калий, кадмий, typical сhernozem
Короткий адрес: https://sciup.org/147228822
IDR: 147228822 | DOI: 10.15217/issn2587-666X.2019.6.23
Текст научной статьи 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.
Список литературы Оценка агроэкологического состояния чернозема типичного в условиях юго-западной части ЦЧР
- Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
- Лицуков С.Д. Накопление тяжелых металлов растениями фасоли на черноземе типичном // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 4. С. 49-51.
- Лицуков С.Д. Получение экологически чистой продукции на почвах, загрязненных кадмием // Достижения науки и техники АПК. 2004. № 4. С. 22-23.
- Лицуков С.Д., Акинчин А.В. Транслокация тяжёлых металлов в системе почва - растение. Белгород: Изд-во БелГСХА, 2007. 201 с.
- Лукин С.В. Экологические проблемы и пути их решения в земледелии Белгородской области. Белгород: Издательство "Крестьянское дело", 2004. 164 с.
- Матвеев Н.М., Павловский В.А., Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Изд-во "Самарский университет", 1997. 215 с.
- Путятина Л.А., Лицуков С.Д. Действие удобрений на экологическое состояние чернозема типичного юго-западной части ЦЧР // Биологизация земель в адаптивно-ландшафтной системе земледелия: материалы Всероссийской научно-практической конференции Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства 14-17 июля 2015 г. Белгород: "Отчий край", 2015. С. 338-342.
- Соловиченко В.Д., Тютюнов С.И. Почвенный покров Белгородской области и его рациональное использование. Белгород: "Отчий край", 2013. 372 с.