Содержание кадмия, никеля, цинка в растениях столовой свеклы и моркови в условиях внесения микроудобрений на лугово-черноземной почве Омской области

Важнейший аспект биологического качества сельскохозяйственной продукции – это содержание в ней макро- и микроэлементов. Действие микроэлементов на растения зависит от их концентрации в среде обитания. Благоприятная для растений концентрация имеет широкий диапазон: от малого дефицита до умеренного избытка. В первом случае оптимум в питании достигается за счет более экономичного использования поглощенного элемента, во втором ‒ в результате работы защитных механизмов растения, ограничивающих поступление ионов в метаболически важные центры [1‒8]. При этом имеются многочисленные данные по влиянию микроэлементов как на продуктивность культур, так и на их химический состав [9‒17].

Актуальность изучения накопления микроэлементов продиктована еще и тем, что данные элементы потенциально могут быть загрязнителями окружающей среды и необходимо знать закономерности их поведения при внесении с удобрениями [18‒20]. В статье отражены результаты исследований по влиянию применения цинка, никеля и кадмия под свеклу столовую и морковь на содержание микроэлементов в растениях. Экспериментальные данные по продуктивности культур проанализированы в предыдущих публикациях [21‒23].

Материалы и методы

Цель исследования ‒ выявить действие микроэлементов на их содержание в корнеплодных растениях на лугово-черноземной почве Омской области.

Микрополевые опыты со столовой свеклой и морковью были заложены на опытном поле Омского государственного аграрного университета на лугово-черноземной маломощной среднегумусовой тяжелосуглинистой почве. Объектами исследований являлись столовая свекла (сорт Бордо 237), морковь (сорт Шантенэ 2461), почва, микроэлементы (цинк, никель, кадмий).

Агрохимические показатели в среднем по годам исследований в верхнем 30-сантиметровом слое были следующие: рН водной вытяжки 6,5–7,0; сумма поглощенных оснований – 31‒38 мг-экв./100 г почвы; N‒NO 3 – 0,77‒3,4; Р 2 О 5 – 2,7‒8,7; К 2 О – 8,7‒29,0 мг/100 г почвы (2 %-ная уксусная кислота); содержание подвижных форм Zn – 2,31‒3,38; Ni – 0,4‒0,69; Cd – 0,041‒0,083; Pb – 0,54‒0,98; Cu – 0,27‒0,39 мг/кг почвы (ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8).

Результаты и обсуждение

Известно, что кадмий обладает высокой скоростью поступления в растения и быстрым передвижением к органам запасания ассимилянтов [24]. В данном опыте внесение кадмия способствовало увеличению содержания этого элемента в свекле по сравнению с фоном (табл. 1, рис. 1, а). Наибольшее увеличение содержания кадмия в листьях растений и в корнеплодах по сравнению с фоном наблюдается в благоприятный по температурному режиму и количеству осадков 2003 г. (табл. 1 и 2).

Таблица 1

Содержание Cd в корнеплодах столовой свеклы при внесении его в почву

Вариант	Cd, мг/кг (на фоне) и прибавки по вариантам опыта, %				Среднее содержание, мг/кг
	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	0,02	0,049	0,36	0,19	0,150
Фон + Cd 2,9	100,0	22,4	8,3	31,6	0,180
Фон + Cd 5,8	150,0	63,3	8,3	31,6	0,192
Фон + Cd 11,6	350,0	124,5	11,1	78,9	0,235
Фон + Cd 17	500,0	206,1	52,8	157,9	0,327

Таблица 2

Содержание Cd в листьях столовой свеклы при внесении его в почву

Вариант	Cd, мг/кг (на фоне) и прибавки по вариантам опыта, %		Среднее содержание, мг/кг
	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	0,79	0,4	0,60
Фон + Cd 2,9	2,5	12,5	0,63
Фон + Cd 5,8	2,5	17,5	0,78
Фон + Cd 11,6	34,2	60,0	0,85
Фон + Cd 17	49,4	90,0	0,97

Увеличение содержания кадмия в надземной массе прямо пропорционально применению доз кадмия в почву (рис. 1, б). Установлено, что с внесением кадмия в дозе 17 кг/га его содержание увеличивается на 49,4 % (2002) и на 90 % в 2003 г. (табл. 2). В среднем за эти годы исследования содержание кадмия в листьях увеличилось с 0,6 до 0,97 мг/кг, т.е. на 61,7 %.

Сd, мг/кг

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

Cd, кг/га

Cd, мг/кг

0,1

0,05

0               10

Рис. 1. Зависимость содержания кадмия в растениях свеклы (мг/кг) от доз его применения, кг/га: а ‒ корнеплоды; б ‒ надземная масса

При обработке экспериментальных данных по влиянию кадмия на химический состав корнеплодов обнаруживается, что наибольшее содержание его в корнеплодах было в 2000 г., когда погодные условия для роста и развития растений были наиболее благоприятными. Содержание кадмия в данных условиях увеличивалось от 100 % при внесении 2,9 кг/га элемента до 500 % при внесении 17 кг/га.

Наименьшее влияние кадмия выявлено в холодный, влажный 2002 г., когда при внесении элемента в дозах от 2,9 до 17 кг/га содержание микроэлементов в корнеплодах столовой свеклы изменялось от 8,3 % до 52,8, в среднем по вариантам его содержание на 20,1 % больше, чем у растений фонового варианта.

Установлена зависимость между дозами внесения кадмия в почву (х кг/га) и содержанием его в корнеплодах свеклы (r = 0,97; уравнение (1)). Из этого уравнения следует, что каждый килограмм поступившего кадмия в почву увеличивает его содержание в корнеплодах (коэффициент «в») к периоду физиологической зрелости на 0,01 мг/кг. В листьях растений эта зависимость выражается уравнением регрессии (2) (коэффициент «в» = 0,02 мг/кг).

Y = 0,01x + 0,14; (1) Y = 0,02x + 0,601; (2) r = 0,97. r = 0,98.

Применение возрастающих доз никеля способствовало увеличению содержания этого элемента как в листьях растений, так и в корнеплодах свеклы к периоду уборки (табл. 3, 4, рис. 2). Наибольшее его действие отмечено в 2000 г., когда при внесении никеля в дозе 82 кг/га содержание элемента в корнеплодах возросло на 146,4 % по сравнению с корнеплодами фонового варианта. В 2001 г. более интенсивное накопление никеля в корнеплодах отмечено на варианте с дозой применения никеля 23 кг/га, увеличение на 110,9 % выше фоновых показателей, при дальнейшем увеличении дозы элемента показатель снижается до 17,4 %.

В среднем за годы исследований от внесения доз содержание никеля увеличилось в корнеплодах на 42,7 % (с 0,82 до 1,17 мг/кг), в листьях на 56,5 % (с 5,17 до 8,09 мг/кг).

На содержание никеля в растениях столовой свеклы оказывали влияние погодные условия: температура почвы, воздуха, влажность и другие внешние факторы.

Содержание Ni в корнеплодах столовой свеклы при внесении его в почву

Таблица 3

Вариант	Ni, мг/кг (на фоне) и прибавки по вариантам опыта, %				Среднее содержание, мг/кг
	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	0,28	0,46	1,7	0,86	0,82
Фон + Ni 5,4	46,4	6,5	1,8	3,5	0,90
Фон + Ni 12,6	21,4	28,3	5,9	6,9	0,91
Фон + Ni 23	39,3	110,9	6,5	12,8	1,04
Фон + Ni 82	146,4	17,4	28,8	47,7	1,17

Содержание Ni в листьях столовой свеклы при внесении его в почву

Таблица 4

Вариант	Ni, мг/кг (на фоне) и прибавки по вариантам опыта, %		Среднее содержание, мг/кг
	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	4,18	6,16	5,17
Фон + Ni 5,4	20,1	3,7	5,70
Фон + Ni 12,6	43,5	16,9	6,60
Фон + Ni 23	51,9	24,5	7,01
Фон + Ni 82	92,6	32,0	8,09

Зависимость между дозами применения никеля (от 5,4 до 82 кг/га) и содержанием его в растениях столовой свеклы выражена уравнениями регрессии (3) и (4). Из уравнений видно: каждый килограмм поступившего никеля в почву (на гектар) увеличивает содержание никеля в листьях растений на 0,03, корнеплодах к периоду уборки на 0,004 мг/кг.

Y = 0,004x + 0,88; r = 0,91.

(3)        Y = 0,03x + 5,75;

r = 0,91.

Рис. 2. Зависимость содержания никеля в растениях свеклы (мг/кг) от доз его применения, кг/га: а ‒ корнеплоды; б ‒ надземная масса

Влияние метеоусловий более существенно сказалось на накоплении цинка в корнеплодах свеклы, чем кадмия и никеля.

В более благоприятные 2000 и 2003 гг. его содержание было на порядок выше, чем в менее благоприятные по погодным условиям 2001 и 2002 гг. Поступление цинка, так же, как кадмия и никеля, находится в прямой зависимости от дозы внесения его в почву. Из уравнений (5)‒(6) следует, что каждый килограмм цинка, внесенный на гектар почвы, увеличивает содержание цинка в корнеплодах на 0,03 мг/кг, а в листьях на 0,07 (табл. 5, 6, рис. 3). В среднем по опыту в надземную часть свеклы цинк интенсивней поступал в 2002 г. (на 44 % больше), чем в 2003 г. (на 19,3 % больше).

Y = 0,07x + 27,14;               (5)

r = 0,93.

Y = 0,03x + 15,42;               (6)

r = 0,98.

б

Zn, мг/кг                  а

Рис. 3. Зависимость содержания цинка в растениях свеклы (мг/кг) от доз его внесения, кг/га: а ‒ надземная масса; б ‒ корнеплоды

Zn, мг/кг

Таблица 5

Содержание Zn в корнеплодах столовой свеклы при внесении его в почву

Вариант	Zn, мг/кг (на фоне) и прибавки по вариантам опыта, %				Среднее содержание, мг/кг
	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	1,24	2,3	29,6	30,7	15,96
Фон + Zn 41,4	13,7	13,0	1,7	1,9	16,35
Фон + Zn 47,8	54,8	40,4	2,4	2,3	16,71
Фон + Zn 82,8	95,2	52,2	18,9	3,9	18,13
Фон + Zn 166	191,1	139,6	23,3	26,4	21,10

Содержание Zn в листьях столовой свеклы при внесении его в почву

Таблица 6

Вариант	Zn, мг/кг (на фоне) и в прибавке по вариантам опыта, %		Среднее содержание, мг/кг
	2002 г.	2003 г.
Фон (N 45 P 90 )	22,6	28,9	25,7
Фон + Zn 41,4	25,7	4,2	29,5
Фон + Zn 47,8	24,8	14,9	30,9
Фон + Zn 82,8	62,4	16,6	35,2
Фон + Zn 166	65,9	25,6	36,75

Распределение микроэлементов по органам свеклы неравномерно: наибольшее количество этих элементов содержится в ботве, что подтверждается исследованиями других авторов. Однако при внесении никеля наблюдалось наибольшее увеличение элемента в корнеплодах. Как отмечается и другими авторами, при повышении содержания подвижной формы элемента в почве, последний способен в большей степени преодолевать защитные барьеры растения и попадать в генеративные органы.

Поступление кадмия в корнеплоды моркови напрямую зависит от дозы его внесения в почву и погодных условий года (табл. 7). Так, наиболее интенсивное его поступление в растения по сравнению с фоном отмечено в неблагоприятные для роста и развития 2001 и 2002 гг., а не в теплый с обильными осадками 2003 г. Наименьшее содержание кадмия в корнеплодах отмечено в 2002 г. в варианте с внесением 1,5 кг/га, оно было на 11 % ниже фонового уровня, наибольшее ‒ при внесении 11,6 кг/га (322,2 %). Средние многолетние данные показывают, что внесение одного килограмма кадмия повышает содержание его в корнеплодах моркови на 0,02 мг/кг, а листьях на 0,03 мг/кг ((рис. 4), уравнения (7), (8)). В листьях растений наибольшее увеличение содержания элемента по сравнению с фоном наблюдается во влажные 2002, 2003 гг.

Y = 0,02x + 0,14; r = 0,99.

Cd, мг/кг

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

a

Cd, кг/га

Y = 0,03x + 0,34; r = 0,95.

Рис. 4. Зависимость между внесением кадмия в почву (кг/га) и содержанием его в растениях моркови (мг/кг): а ‒ корнеплоды; б ‒ надземная масса

Таблица 7

Изменение содержания Cd в растениях моркови при внесении его в почву

Вариант	Содержание Cd (мг/кг) на фоне и в прибавке по вариантам опыта, %			Среднее содержание, мг/кг
	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Корнеплод
Фон (P 90 )	0,07	0,09	0,3	0,15
Фон + Cd 1,5	14,3	‒11,1	‒3,3	0,15
Фон + Cd 2,9	57,1	66,7	‒10,0	0,18
Фон + Cd 5,8	100,0	122,2	13,3	0,23
Фон + Cd 11,6	157,1	322,2	70,0	0,33
Надземная масса
Фон (P 90 )	0,248	0,21	0,4	0,286
Фон + Cd 1,5	33,9	38,1	57,5	0,417
Фон + Cd 2,9	48,4	‒9,5	97,5	0,449
Фон + Cd 5,8	46,8	166,7	99,0	0,573
Фон + Cd 11,6	24,2	204,8	165,0	0,669

В среднем за годы исследования выявлена прямая зависимость между дозами внесения кадмия в почву и содержанием его в ботве моркови.

Менее интенсивно поступление кадмия в неблагоприятный для роста и развития 2001 год: при увеличении дозы внесения кадмия от 1,5 до 5,8 кг/га содержание его в корнеплодах моркови увеличивается с 33,9 до 46,8 %, при дальнейшем повышении дозы до 11,6 кг/га увеличение составляет только 24 % по сравнению с фоном (табл. 7).

Изменение содержания никеля в почве при его внесении способствовало увеличению содержания этого элемента в корнеплодах моркови за все годы исследования (табл. 8, рис. 5).

При рассмотрении же действия никеля по годам вырисовывается следующая закономерность: в 2001, 2003 гг. увеличение внесения никеля с 30 до 60 кг/га снижает поступление его в корнеплоды моркови с 9,3 до ‒1,9 % (2001) и с 22,4 до ‒0,6 % (2003) по сравнению с фоновым вариантом, дальнейшее увеличение дозы ведет к повышению интенсивности поступления никеля, содержание его увеличивается в среднем за 2001 и 2003 гг. на 33,2 % по сравнению с фоном. В 2002 г., напротив, в варианте с внесением Ni 60 кг/га накопление его в корнеплодах было выше, чем в корнеплодах других вариантов (табл. 8). Зависимость между дозами применения никеля и его содержанием в корнеплодах и листьях столовой свеклы выражена уравнениями (9)‒(10) (рис. 5).

Y = 0,02x + 1,79;               (9)               Y = 0,03x + 5,994            (10)

r = 0,98.                                              r = 0,89.

Рис. 5. Зависимость содержания никеля в растениях моркови (мг/кг) от доз его внесения, кг/га: а ‒ корнеплоды; б ‒ надземная масса

Таблица 8

Изменение содержания Ni в растениях моркови при внесении его в почву

Вариант	Содержание Ni (мг/кг) на фоне и прибавки по вариантам опыта, %			Среднее содержание, мг/кг
	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Корнеплод
Фон (P 90 )	0,38	18	9,32	9,23
Фон + Ni 30	9,3	95,3	22,4	13,23
Фон + Ni 60	‒1,9	279,8	‒0,6	14,67
Фон + Ni 90	29,6	239,5	36,8	20,9
Надземная масса
Фон (P 90 )	10,4	2,62	3,2	18,13
Фон + Ni 30	39,2	52,7	56,6	19,97
Фон + Ni 60	34,6	113,7	31,6	20,51
Фон + Ni 90	57,3	83,2	46,3	21,68

Внесение цинка в почву способствовало большему поступлению его в растения моркови, как в корнеплоды, так и в ботву (табл. 9). Между дозами поступления цинка в почву и накоплением в растениях прямая зависимость. Каждый килограмм цинка, внесенный в почву, увеличивает его содержание в корнеплодах моркови на 0,24 и в листьях на 0,07 мг/кг (уравнения (11)‒(12), рис. 6).

Таблица 9

Изменение содержания Zn в растениях моркови при внесении его в почву

Вариант	Содержание Zn (мг/кг) на фоне и прибавки по вариантам опыта, %			Среднее содержание, мг/кг
	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Корнеплод
Фон (N 45 P 90 )	0,38	18	9,32	1,70
Фон + Zn 15	239,5	60,0	2,9	2,37
Фон + Zn 30	478,9	62,8	34,1	2,89
Фон + Zn 45	610,5	104,4	148,9	3,18
Надземная масса
Фон (N 45 P 90 )	16,28	25,4	12,7	5,41
Фон + Zn 15	7,2	4,6	25,0	7,83
Фон + Zn 30	14,6	9,3	18,9	7,94
Фон + Zn 45	21,8	14,0	28,0	8,61

Y = 0,24x + 9,04;           (11)

r = 0,97.

Y = 0,07x + 18,39;            (12)

r = 0,97.

Рис. 6. Содержание цинка в растениях моркови (мг/кг) в зависимости от доз его внесения, кг/га: а ‒ корнеплоды; б ‒ надземная масса

Таким образом, внесение кадмия, никеля, цинка в почву способствовало в целом изменению химического состава растений свеклы и моркови. В зависимости от метеорологических условий года и содержания элементов в почве в результате применения удобрений растения столовой свеклы и моркови хорошо отражали уровни минерального питания своим химическим составом. Выявлены коэффициенты интенсивности действия единицы внесения изучаемых микроудобрений на химический состав корнеплодов и листьев, что позволяет прогнозировать химическую ситуацию данных овощных культур.

Заключение

В целом по результатам исследований можно сделать следующие выводы. Поступление изучаемых микроэлементов в корнеплоды моркови и свеклы напрямую зависело от дозы их внесения в почву и погодных условий года. Так, наибольшее содержание кадмия в корнеплодах свеклы получено в 2000 г., когда погодные условия для роста и развития растений были наиболее благоприятными, наименьшее ‒ в холодный, влажный 2002 г. Наибольшее действие никеля отмечено в 2000 г., когда при его внесении в дозе 82 кг/га содержание элемента в корнеплодах возросло на 146,4 %. Вли- а

Zn, мг/кг

Zn, кг/га

Zn, мг/кг 22 21,5 21

20,5 20

19,5 19

18,5 18

17,5 0

б

Zn, кг/га

Вестник Омского ГАУ № 2 (30) 2018 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ яние метеоусловий более существенно сказалось на накоплении цинка в корнеплодах свеклы, чем кадмия и никеля. В более благоприятные 2000 и 2003 гг. его содержание было на порядок выше, чем в менее благоприятные по погодным условиям 2001 и 2002 гг. Поступление цинка, так же как кадмия и никеля, находится в прямой зависимости от дозы внесения его в почву.

Наиболее интенсивное поступление кадмия в растения моркови по сравнению с фоном отмечено в 2001 и 2002 гг., а не в теплом с обильными осадками 2003 г. При рассмотрении действия никеля по годам исследований отмечается следующая закономерность: в 2001, 2003 гг. увеличение внесения никеля с 30 до 60 кг/га снижает поступление его в корнеплоды моркови, дальнейшее увеличение дозы ведет к повышению интенсивности поступления никеля, содержание его увеличивается в среднем за 2001 и 2003 гг. на 33,2 % по сравнению с фоном. Между дозами поступления цинка в почву и накоплением его в растениях моркови установлена прямая зависимость.

L.N. Andriyenko, A.M. Gindemit

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Content of cadmium, nickel and zinc in table beet and carrot plants after application of microelements