Особенности содержания селена в системе почва - растение (обзор)

Введение. Селен является жизненно необходимым микроэлементом для животных и человека. Этот ультрамикроэлемент участвует в антиоксидантных процессах, входит в состав четырех активных центров фермента глютатионперокси-дазы, способствует выведению тяжелых металлов из организма, поддерживает иммунитет и повышает устойчивость к вирусным заболеваниям. При дефиците селена в экосистеме у человека и сельскохозяйственных животных проявляются различные заболевания [32].

В агроценозах система почва – растение является стартовым звеном пищевой цепочки, в которой формируется поток минеральных компонентов, поглощаемых человеком. От содержания селена в почве зависит их элементный состав, качество растительной продукции и состояние здоровья населения. В связи с увеличением количества эндемических заболеваний, связанных с дефицитом селена в продукции, возникает необходимость в изучении закономерностей содержания микроэлемента в почвах и растениях и разработке мероприятий по улучшению качества продукции. Проведение исследований по этой проблеме будет способствовать повышению элементного состава растительной продукции, ее качественных показателей и улучшению селенового статуса населения.

Цель исследования: обобщить сведения о содержании селена в системе почва – растение.

Результаты исследования

Селен в почвах и растениях агроценозов

Почва. Селен является рассеянным ультрамикроэлементом, входящим в состав минералов – самородного селена, селенидов, селенитов и селенатов [26]. Среди природных минералов селена наибольшее распространение получили селениды металлов.

По содержанию селена магматические породы практически не отличаются, его количество в них не превышает 0,05 мг/кг [29]. Наибольшее количество микроэлемента отмечается в песчаниках и известняках. При химическом выветривании горных пород селен быстро окисляется. Степень окисления и растворимость элемента зависит от окислительно-восстановительных условий и реакции среды. В процессе биологического метелирования образуются летучие формы микроэлемента. Селениты хорошо адсорбируются глинистыми минералами, особенно монтмо- риллонитом и оксидами железа. В резко окислительных и восстановительных условиях селен является геохимическим аналогом серы.

В кислых почвах и при высоком содержании в них органического вещества преобладают селениды и сульфиды селена, являющиеся малоподвижными и труднодоступными соединениями для растений [3]. В почвах с нейтральной реакцией среды доминируют селениты. Соединения селена со щелочными металлами характеризуются высокой растворимостью, селениты железа нерастворимы. В щелочных почвах в больших количествах преобладают селенаты. Эти соединения легко растворимы в почвенном растворе и характеризуются высокой доступностью для растений.

Селеновый пул почвы складывается из неорганических и органических форм микроэлемента. Кларк селена в почвах мира равен 400 мкг/кг [7]. Эталоном почвы по количеству микроэлемента являются черноземы из заповедников Курской области. На содержание селена в почвах большое влияние оказывают условия их почвообразования и содержание элемента в составе почвообразующих пород. В почвах, сформировавшихся на вулканических породах, содержание селена выше, в сравнении с аналогами, образующимися на глинах, песчаниках и известняках [29]. На концентрацию селена в почвах оказывает влияние климат. Почвы с высоким содержанием элемента распространены в регионах с аридным климатом. На концентрацию и распределение селена в почвах также оказывает влияние уровень химизации земледелия. Систематическое внесение с удобрениями серы и фосфора снижает доступность селена растениям.

Содержание селена в разных типах почв изменяется от 10 до 1000 мкг/кг и более [14]. В среднем по России концентрация селена в почвах равна 300 мг/кг. При низком количестве селена в почвах регион определяется как селенодефицитный, при среднем и высоком недостаток элемента отсутствует. К селенодефицитным провинциям относится Нечерноземная зона России, Южный Урал, Удмуртия, Карелия, Якутия, Забайкалье, Приморский край [13].

Почва и почвообразующие породы определяют основную биогеохимическую роль селена. От состава почвообразующих пород, их геохимических особенностей зависит концентрация селена в почвах с неодинаковой направленностью почвообразовательных процессов. В региональных условиях содержание селена в почвах подвержено большим колебаниям. Наибольшее количество микроэлемента отмечается в почвах с высоким содержанием гумуса, глины и оксидов железа. В большинстве почв селен аккумулируется в гумусовом горизонте и постепенно снижается к почвообразующей породе. Геохимическим барьером для аккумуляции селена являются карбонатный и железистый (охряный) горизонты [3]. В почвах селен может одновременно накапливаться с серебром, бором, молибденом и является антагонистом к мышьяку, снижает степень его поступления в растения.

В почвах Восточного Забайкалья содержание селена изменяется в пределах 120–290 мкг/кг [13], Алтайского края – 100–480 [15], Амурской области – 52–300 мкг/кг [19]. В почвах Западной Сибири концентрация селена колеблется в пределах 0,1–0,8 мг/кг. Более высокое содержание селена (0,5 мг/кг) наблюдается в высоко гумусированных тяжелосуглинистых почвах Барабин-ской и Ишимской равнин [20]. На территории Западно-Сибирской низменности селенодефицит практически не проявляется, а концентрация элемента в почвах наследуется от свойств материнских пород и убывает в направлении от Кемеровской области на север в сторону Новосибирской области [25].

На поведение селена в почвах Республики Тыва достоверное влияние оказывают содержание гумуса, карбонатов, физической глины и величина емкости поглощения [21]. Среднее содержание селена в разных типах почв колеблется в пределах 0,121–0,21 мг/кг. Биогенная аккумуляция микроэлемента выявлена в горнолесных черноземовидных, горно-луговых и черноземных почвах с высоким содержанием гумуса. В почвенном профиле большинства почв микроэлемент распределен равномерно или уменьшается вниз к почвообразующей породе.

По данным Л.Н. Барабанщиковой [4], валовое содержание селена в почвах Северного Зауралья колеблется в пределах 223–973 мг/кг при средней концентрации 447 мг/кг. По среднему содержанию микроэлемента почвы региона располагаются в следующий убывающий ряд: луговая (907 мг/кг) > аллювиальная (502) > чернозем выщелоченный (426) > серая лесная

(374 мг/кг). Во всех типах почв содержание селена в гумусовом горизонте выше в сравнении с почвообразующей породой. Количество водорастворимой формы элемента в зональных почвах колеблется в пределах 6,5–35,8 мг/кг, что составляет 1,5–9,1 от валового содержания селена.

Аккумуляция селена в черноземах Пензенской области зависит от подтипа почв, содержания гумуса, рН и характера использования пашни [17]. Длительное антропогенное использование пахотных угодий из-за уменьшения в них содержания гумуса и кальция приводит к снижению концентрации селена в сравнении с целинными аналогами. По среднему валовому содержанию микроэлемента подтипы черноземов располагаются в следующий ряд: чернозем типичный – 335 мкг/кг, выщелоченный – 153 и оподзоленный – 92 мкг/г.

В зависимости от эколого-геохимических условий и типа почв содержание в них селена изменяется. По данным В.А. Боева [5], содержание селена в основных типах и подтипах почв Тюменской области связано с гумусированно-стью и реакцией почвенного раствора. Среднее валовое содержание элемента в региональных почвах юга области составляет 0,258 мг/кг. Наибольшее количество селена отмечается в лугово-аллювиальных почвах (0,333 мг/кг) и наименьшее – в серых лесных (0,179–0,232). При техногенном загрязнении концентрация элемента в почвах возрастает (0,413 мг/кг).

Валовое содержание селена в почвах сельскохозяйственных угодий Оренбургской области колеблется в пределах 100–743 мкг/кг. При этом высокий и низкий уровни селена обнаруживаются не только в пределах области, но и в отдельных районах. Количество селена в ландшафтах носит мозаичный характер и связано со спецификой геохимической характеристики региона [6]. Такие же закономерности в содержании селена наблюдаются в почвах некоторых районов Республики Коми, где среднее содержание элемента составляет 316 мкг/кг [27].

А.В. Синдирева в Омской области выявила большую вариабельность селена в почвах таежной, подтаежной, лесостепной и степной зон региона [24]. Среднее содержание валового селена в почвах составляет 0,16–0,51 мг/кг и подвижной формы – 0,02–0,11 мг/кг. Концентрация микроэлемента в почвах области изменяется в зависимости от типа почв, их кислотности, количества гумуса и других факторов.

Более низким содержанием валового селена (< 50 мкг/кг) характеризуются дерновоподзолистые и серые лесные почвы СевероВосточного Нечерноземья, в которых концентрация микроэлемента также определяется основными агрохимическими показателями плодородия почв. На основании локального мониторинга установлена большая дефицитность элемента при возделывании большинства сельскохозяйственных культур [2].

Растения. Селен является одним из биогенных элементов, оказывающим влияние на ростовые процессы, фотосинтетическую деятельность, зимостойкость, засухоустойчивость и продуктивность сельскохозяйственных культур. Селен обладает схожими химическими свойствами с серой, поэтому поглощается внутри растений с помощью сульфатных переносчиков и усваивается с помощью серы [30].

Содержание селена в растениях зависит от обеспеченности почв подвижной формой элемента, их агрохимических свойств, погодных условий, фазы развития и биологических особенностей растений. В растениях селен находится в неорганической (селенаты и селениты) и органической формах [22]. В.В. Ермаков и В.В. Ковальский по способности усваивать и накапливать селен разделили растения на три группы: к первой относятся растения-накопители, содержащие от 500 до 15000 мг/кг сухой массы [16]. Вторая группа представлена растениями умеренными – накопителями селена, содержащими от 50 до 500 мг/кг сухой массы. Третья группа включает растения, которые содержат до 50 мг/кг селена. К этой группе относятся все возделываемые сельскохозяйственные культуры, многие дикие злаки и ряд бобовых растений. Среднее содержание селена в растениях колеблется в пределах 0,1– 1,0 мг/кг [26]. При содержании селена в растениях ниже 0,05 мг/кг в них отмечается дефицит микроэлемента. A. Cabata – Pendias считает, что нормальная концентрация селена в листьях растений равна 0,01–2,0 мг/кг и токсичная – 5– 30 мг/кг [29].

Содержание селена в растениях колеблется в пределах 10–1100 мкг/кг сухой массы [9, 24, 28]. Основная причина изменений концентрации селена в растениях связана с их способностью на- капливать, трансформировать и перераспределять этот элемент [29, 31]. Поглощение, перемещение и распределение селена зависит от вида культуры, фаз развития, формы и концентрации элемента, физиологических условий, активности и механизмов транслокации растений [31]. Наибольшее количество селена в растениях наблюдается в аридных зонах, районах морских побережий и промышленных предприятий. В региональных условиях на содержание элемента в растениях оказывает влияние обеспеченность почв селеном, погодные условия, биологические и видовые особенности сельскохозяйственных культур. Содержание селена в естественных травах колеблется в пределах 2–174 мкг/кг [3]; многолетних травах – 64–108 [9]; зерне пшеницы – 10–421; ячменя – 4–200; овса – 5–248; ржи – 5– 52 [10]; козлятнике – 140–150 мкг/кг [8]. МДУ селена в кормах для сельскохозяйственных животных колеблется в пределах 0,5–2,0 мг/кг [16].

На почвах с низкой обеспеченностью селеном в урожае большинства сельскохозяйственных культур отмечается дефицит микроэлемента [3, 9, 13, 24, 28]. На уровень содержания селена в почвах оказывает влияние техногенное загрязнение природных комплексов. Интенсивное применение фосфорных удобрений, загрязнение почв тяжелыми металлами и другими экотоксикантами могут стать причиной появления селенодефицита отдельных районов.

Для оптимизации питания растений при низком содержании селена в почвах необходимо внесение селеновых удобрений. Наиболее эффективными и экономически оправданными способами внесения являются предпосевная обработка и некорневая подкормка растений растворами микроудобрений. Научно обоснованное применение селеновых удобрений на дерново-подзолистых почвах и черноземах оказывает положительное влияние на накопление селена в растительной продукции и повышает продуктивность овощных, зерновых и кормовых культур [1, 3, 8, 11, 12, 18, 22, 23, 28]. Особенности влияния селеновых удобрений на продуктивность полевых культур необходимо учитывать при планировании системы удобрений и оптимизации селенового статуса в агроценозах.

Заключение. Содержание селена в агроценозах зависит от условий почвообразования, направленности и интенсивности почвообразо- вательных процессов, свойств почв, состава почвообразующих пород, количества подвижной формы элемента, климатических условий, антропогенных факторов, биологических и видовых особенностей растений.

На почвах с дефицитом селена для оптимизации питания растений, улучшения элементного состава продукции и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур необходимо рациональное применение селеновых микроудобрений.