Оценка урожая свеклы столовой и картофеля, возделываемых на черноземе обыкновенном, загрязненном тяжелыми металлами

К артофель и свёкла столовая являются традиционными продуктами в России. Часто производственные посевы и посадки сельскохозяйственных культур, а также садово-огородные участки располагаются вблизи крупных автомагистралей, где складывается крайне неблагоприятная экологическая обстановка. Получаемый урожай сельскохозяйственных культур часто содержит избыточные количества тяжелых металлов (ТМ) [1-2]. В связи этим актуальным представляется комплексный подход к изучению условия выращивания сельскохозяйственных культур в измененных условиях. В современных условиях эффективное использование минеральных удобрений основано не только на экономических аспектах, особую значимость приобретают экологические условия возделывания культур, где удобрения целесообразно рассматривать как мелиоративный прием [3-6]. На юге России все большее значение приобретает мониторинг тяжелых металлов (ТМ) в почвах, где производится основная доля валового сельскохозяйственного производства. ТМ, поступая в растения, активно включаются в трофические цепи [7]. Агроэкосистемы испытывают значительную антропогенную нагрузку, поскольку почвы сельскохозяйственного назначения часто содержат избыточные количества ТМ и других токсических веществ. В черноземной зоне Ростовской области приоритетными загрязнителями являются Cu, Zn и Pb [8-11].

Методика исследований

Цель исследования: провести сравнительную оценку уровня накопления Cu, Zn и Pb свеклой столовой и картофелем на загрязненной черно- земной почве и оценить возможность снижения токсичности ТМ при внесении в почву минеральных удобрений. Исследования проводили в условиях мелкоделяночного полевого опыта. Почва – чернозем обыкновенный, характеризующийся достаточно высоким агрофоном. Перед посевом обеспеченность обменным калием очень высокая, согласно градации Мачигина, используемой агрохимслужбой Ростовской области – 620 мг/кг почвы, обеспеченность подвижным фосфором – 28 мг/кг, минеральным азотом – 100 кг/га. Для исследований были выбраны сорт свеклы столовой Бордо 237 и картофеля – сорт Удача. Почву искусственно загрязняли ТМ на глубину пахотного слоя (30 см): ацетаты Cu, Zn и Pb вносили в почву весной (в виде растворов) на участке бывшего стационара, выведенного из севооборота на опытном поле учхоза «Донское» ДонГАУ, расположенного в Октябрьском районе Ростовской области. Исследования проводили в 2015 году. В год исследований за период вегетации культур (90 суток) на исследуемой территории выпало 119 мм осадков, что в многолетнем аспекте характеризуется как хорошие условия. Температурный режим характеризовался более низкими значениями = 2220°, что на 100° ниже, чем в последние 5 лет. После проведения исследований почва была выбрана и далее используется в вегетационных и модельных опытах при изучении трансформации ТМ в почве и приемов рекультивации почв, загрязненных ТМ. В качестве минерального удобрения в опыте использовали азофоску. Соли ТМ и удобрение вносили в соответствии с разработанной схемой опыта:

• 1.    Контроль

• 2.    Cu₁₀₀Zn₁₀₀Pb₁₀₀

• 3.    N₆₀P₆₀K₆₀+Cu₁₀₀Zn₁₀₀Pb₁₀₀

Выбранные дозы Cu, Zn и Pb были приблизительно ориентированы на зарубежные ПДК ТМ в почве, которые существенно выше, чем отечественные нормативы. Внесение азофоски предусматривало не подбор элементов агротехники свеклы столовой и картофеля для повышения урожая и качества культур, а создание удобренного фона с целью получения рекогносцировочной информации о возможных механизмах снижения доступности растениям ТМ.

Площадь опытной делянки при посеве свеклы столовой – 7,2 м2 (схема посева 37,5х8), картофеля – 45 м2 (схема посадки 75х30). Защитные полосы составили 1 ряд, урожай учитывали сплошным методом. Повторность опыта трехкратная. Общее содержание ТМ в почвах определяли рентген-флюоресцентным методом. Подвижные формы металлов в почве определяли 1 н. раствором аммонийно-ацетатного буфера (CH3COONH4) – ААБ рН 4,8. Пробы растений подвергали сухому озолению при 450°С, остаток растворяли смесью концентрированных кислот HNO3+HCl. Концентрацию ТМ в растениях определяли методом ААС [13-14].

Результаты исследований

В контрольном варианте содержание валовых и подвижных форм Cu, Zn и Pb соответствует фоновым значениям. При внесении в почву растворов солей ТМ увеличивалось содержание как валовых форм металлов, так и их подвижных соединений. По валовым формам ПДК превышено по всем исследуемым металлам (табл.1). Превышение ПДК по подвижной форме отмечено для Cu и Pb в варианте с внесением Cu100Zn100Pb100. При совместном внесении в почву

Таблица 1. Содержание ТМ в почве вариантов опыта, мг/кг

ТМ с удобрением подвижность металлов снижалась. Достоверность снижения подтверждается лишь для Zn и Pb, что позволяет заключить, что внесение минеральных удобрений способствовало переходу внесенных в почву ТМ в более прочно связанное состояние. Следует отметить, что и на удобренном фоне содержание подвижных форм Cu выше ПДК почти в два раза. Содержание подвижных форм Pb в почве при внесении удобрений значительно снизилось, но несколько превышало

Таблица 2. Содержание ТМ в основной продукции, мг/кг

пороговые значения для почвы.

В опытах отмечено превышение ПДК Cu, Zn и Pb в основной продукции на варианте с внесением Cu100Zn100Pb100 (табл.2). Так, внесение Cu в дозе 100 мг/кг почвы обеспечило накопление её в корнеплодах свёклы более чем в два раза по сравнению с контрольным вариантом. Увеличение содержания Cu в клубнях картофеля на этом уровне загрязнения было незначительным и не превысило допустимого санитарно-гигиеническими нормативами уровня. Содержание Zn в корнеплодах свеклы в варианте Cu100Zn100Pb100 увеличилось в четыре раза и было выше ПДК. Накопление Zn клубнями картофеля на этом варианте почти в три раза превысило уровень содержания его в контроле, но находилось в пределах допустимого уровня. Накопление Pb в корнеплодах свеклы и клубнях картофеля в варианте с внесением ТМ было не столь интенсивно по сравнению Cu и Zn. Однако, содержание Pb, который относится к первому классу опасности, в корнеплодах свеклы и клубнях картофеля было выше предельно-допустимой концентрации. При совместном внесении ТМ с удобрениями содержание Cu, Zn и Pb снизилось ниже ПДК. Вероятно, увеличение обеспеченности почвы элементами питания, с одной стороны, снижает подвижность ТМ в почве, с другой, вероятно, имеет место избирательность поглощения элементов из почвы растениями.

Таблица 3. Урожайность свеклы столовой и картофеля по вариантам опыта, т/га

В целом следует отметить, что свекла в большей степени накапливала ТМ, чем картофель. По степени накопления корнеплодами металлы можно представить в ряд: Zn>Cu>Pb. Создание удобренного фона, даже ниже рекомендованных доз NPK для изучаемых культур, обеспечивало снижение содержания Cu, Zn и Pb в корнеплодах ниже ПДК на фоне их высокого содержания в почве.

Урожайность свеклы столовой и картофеля сильно варьировала по вариантам опыта. Так, в варианте Cu100Zn100Pb100 существенно снизилась урожайность свеклы, что вероятно, обусловлено токсическим воздействием ТМ. В варианте N60P60K60+Cu100Zn100Pb100 возможно имели место антагонистические отношения макроэлементов и ТМ. В частности, избыточное содержание Pb в почве влечет за собой образование труднорастворимых фосфатов, что снижает не только накопление растениями металла, но и, как следствие, снижается доступность фосфора растениям. Урожайность картофеля была существенно выше контроля (табл. 3). Внесение удобрений совместно с ТМ способствовало увеличению урожайности картофеля. Этот факт может быть обусловлен тем, что в почву, характеризующуюся высоким агрофоном, вносили минеральное удобрение, а также Cu и Zn, которые являются физиологически важными микроэлементами. Для свеклы уровень урожайности был ниже, чем в контрольном варианте, что, вероятно, обусловлено токсическим воздействием на

Выводы

Внесение в почву Cu, Zn и Pb в дозе по 100 мг/кг способствовало накоплению металлов в корнеплодах свеклы столовой и картофеля, превышающему ПДК. Свекла в большей степени накапливала ТМ, токсичность которых снижала ее урожайность. При выращивании корнеплодов в тех-ногенно преобразованных условиях картофель характеризуется достаточно высокой устойчивостью урожайности и не накапливает токсичные количества ТМ на удобренном фоне.

• • Литература

  • 1.    Громакова Н.В., Котков П.П. Исследование действия суперфосфата двойного в техно-генно преобразованном придорожном агроценозе. В сборнике: «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки». Материалы V Международной конференции. Совет молодых учёных и специалистов при Главе Республики Северная Осетия-Алания, Министерство РСО-Алания по делам молодежи, физической культуры и спорта. Владикавказ, 2014. – С.226-229.

  • 2.    Бутов А.В., Боева О.Ю. Тяжёлые металлы и нитраты в клубнях картофеля в черноземной лесостепи // Достижения науки и техники АПК. 2013. – №8. – С.16-18.

  • 3.    Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. – М.: Агропромиздат, 1990. – 219 с.

  • 4.    Гаплаев М.Ш., Пивоваров В.Ф., Надежкин С.М. Влияние удобрений и орошения на урожайность и качество корнеплодов свеклы столовой // Овощи России. – 2014. – №1 (22). – С.80-85.

  • 5.    Подлесный Г.С., Бердников Д.И. Отзывчивость столовой свеклы на применение удобрений и другие агроприемы / Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. 2016. – Т.1. – №9. – С.152-155.

  • 6.    Борисов В. А. Эффективное применение удобрений // Картофель и овощи. – 2014. – № 2. – С.12-14.

  • 7.    Мамонтова Ю.Е., Мамонтов А.Н., Муратов Д.Н., Стекольников Ю.А., Сотников Б.А. Тяжелые металлы в почве, сахарной свекле и картофеле, производимых в СевероЗападной части Липецкой области. Альманах современной науки и образования. 2009. – № 5. – С.85-87.

  • 8.    Ревич, Б.А. «Горячие точки» химического загрязнения окружающей среды и здоровье населения России / под ред. В.М. Захарова. – М.: Акрополь, Общественная палата РФ, 2007. – 192 с.

  • 9.    Соколов О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 1: Атлас распределения тяжёлых металлов в объектах окружающей среды. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. – 164 с.

  • 10.    Сидоренко Г.И., Кутепов Е.Н. Проблемы изучения и оценки состояния здоровья населения // Гигиена и санитария. – 1994. – №8. – С.33-36.

  • 11.    Маштыкова Л.Ю., Манджиева С.С., Чаплыгин В.А., Минкина Т.М. Оценка содержания тяжелых металлов в почвах агроландшафтов / В книге: «Техногенные системы и экологический риск» // Тезисы докладов I международной (XIV региональной) научной конференции. Под общей редакцией А.А. Удаловой. 2017. – С.120.

  • 12.    Бутов А.В., Боева О.Ю. Тяжелые металлы и нитраты в клубнях картофеля в Черноземной зоне лесостепи //Достижения науки и техники АПК. 2013. – № 8. – С.16-18. 13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). ‒ 5-е изд., доп. и перераб. ‒ Москва: Агропромиздат, 1985. ‒ 351 с.

  • 14.    Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. ‒ 61 с.

• • References

  • 1.    Gromakova N.V., Kotkov P.P. Issledovanie dejstviya superfosfata dvojnogo v tekhnogen-no preobrazovannom pridorozhnom agrocenoze. V sbornike: «Molodye uchyonye v reshenii aktual'nyh problem nauki». Materialy V Mezhdunarodnoj konferencii. Sovet molodyh uchy-onyh i specialistov pri Glave Respubliki Severnaya Osetiya-Alaniya, Ministerstvo RSO-Alaniya po delam molodezhi, fizicheskoj kul'tury i sporta. Vladikavkaz, 2014. – S.226-229.

  • 2.    Butov A.V., Boeva O.YU. Tyazhyolye metally i nitraty v klubnyah kartofelya v chernozem-noj lesostepi // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2013. – №8. – S.16-18.

  • 3.    Kulakovskaya T.N. Optimizaciya agrohimicheskoj sistemy pochvennogo pitaniya rastenij. – M.: Agropromizdat, 1990. – 219 s.

  • 4.    Gaplaev M.SH., Pivovarov V.F., Nadezhkin S.M. Vliyanie udobrenij i orosheniya na urozhajnost' i kachestvo korneplodov svekly stolovoj // Ovoshchi Rossii. – 2014. – №1 (22). – S.80-85.

  • 5.    Podlesnyj G.S., Berdnikov D.I. Otzyvchivost' stolovoj svekly na primenenie udobrenij i drugie agropriemy / Sbornik nauchnyh trudov Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta ovcevodstva i kozovodstva. 2016. – T.1. – №9. – S.152-155.

  • 6.    Borisov V. A. EHffektivnoe primenenie udobrenij // Kartofel' i ovoshchi. – 2014. – № 2. – S.12-14.

  • 7.    Mamontova YU.E., Mamontov A.N., Muratov D.N., Stekol'nikov YU.A., Sotnikov B.A. Tyazhelye metally v pochve, saharnoj svekle i kartofele, proizvodimyh v Severo-Zapadnoj chasti Lipeckoj oblasti. Al'manah sovremennoj nauki i obrazovaniya. 2009. – № 5. – S.85-87.

  • 8.    Revich, B.A. «Goryachie tochki» himicheskogo zagryazneniya okruzhayushchej sredy i zdorov'e naseleniya Rossii / pod red. V.M. Zaharova. – M.: Akropol', Obshchestvennaya palata RF, 2007. – 192 s.

  • 9.    Sokolov O.A., CHernikov V.A. EHkologicheskaya bezopasnost' i ustojchivoe razvitie. Kniga 1: Atlas raspredeleniya tyazhyolyh metallov v ob"ektah okruzhayushchej sredy. – Pushchino: ONTI PNC RAN, 1999. – 164 s.

  • 10.    Sidorenko G.I., Kutepov E.N. Problemy izucheniya i ocenki sostoyaniya zdorov'ya nase-leniya // Gigiena i sanitariya. – 1994. – №8. – S.33-36.

  • 11.    Mashtykova L.YU., Mandzhieva S.S., CHaplygin V.A., Minkina T.M. Ocenka soderzhaniya tyazhelyh metallov v pochvah agrolandshaftov / V knige: «Tekhnogennye sis-temy i ehkologicheskij risk» // Tezisy dokladov I mezhdunarodnoj (XIV regional'noj) nauch-noj konferencii. Pod obshchej redakciej A.A. Udalovoj. 2017. – S.120.

  • 12.    Butov A.V., Boeva O.YU. Tyazhelye metally i nitraty v klubnyah kartofelya v CHernozemnoj zone lesostepi //Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2013. – № 8. – S.16-18.

  • 13.    Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij). ‒ 5-e izd., dop. i pererab. ‒ Moskva: Agropromizdat, 1985. ‒ 351 s. 14. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu tyazhelyh metallov v pochvah sel'hozugodij i produkcii rastenievodstva. M.: CINAO, 1992. ‒ 61 s.