Содержание тяжелых металлов в зерне озимой и яровой пшеницы, произрастающей в разных экологических условиях

Производство зерна пшеницы представляет собой важное направление обеспечения продовольственной безопасности страны. В связи с этим необходимо выращивать такое зерно, мука из которого имела бы высокие хлебопекарные качества и соответствующую ГОСТам экологическую чистоту. В частности, содержание в зерне тяжелых металлов (ТМ) должно не превышать ПДК и отвечать физиологическим нормам. На этом основании целью нашего исследования было определение содержания ТМ в зерне пшеницы и почве из агропочвенных районов, различающихся по составляющим их типам почв. В процессе работы выявлялся уровнень ТМ в зерне яровой и озимой пшениц из различных агропочвенных районов; изучался валовый уровень ТМ в почвах исследуемых районов.

В связи с широким набором типов почв в Республике Мордовия, ее территория условно была разделена на пять агропочвен- ных районов [1]. Нами исследовался первый район, содержащий дерново-подзолистые и серые лесные почвы легкого гранулометрического состава; третий – с серыми лесными тяжелосуглинистыми почвами. Четвертый – с выщелоченными тяжелосуглинистыми черноземами.

Репрезентативная выборка проб зерна и почвы осуществлялась в районах, контрастных по типу почв. Анализ продукции и почв проводился рентгенофлуоресцентным методом [2; 3]. Результаты обрабатывались стандартными статистическими методами по [4].

Озимая пшеница. В зерне озимой пшеницы из 1-го агропочвенного района в следовых количествах был найден свинец (см. табл.), а из 3 и 4-го различия были недостоверными, возможно, из-за очень высокой вариабельности. Среди почв обследованных районов максимальная концентрация металла оказалась в 1-м, в других была меньшей или аналогичной. Коэффициент вариации

в 1-м и 3-м районах был практически одинаковым, а в 4-м районе – выше из-за неравномерного загрязнения, вероятно, вследствие наличия точечных источников промышленных выбросов. Высокое содержание валового свинца в пахотном слое почв 1-го района обусловлено, возможно, его уровнем в подстилающих породах.

Концентрация меди в зерне озимой пшеницы из 4-го района была достоверно выше, чем из 1-го и 3-го районов, где она оказалась одинаковой. В почвах 1-го района выявлено максимальное валовое содержание меди, а в других оно было достоверно меньше и одинаковым. Медь обладала самыми высокими среди металлов коэффициентами вариации. Эти данные свидетельствует о том, что уровень меди в зерне с территории 4-го агропочвенного района сложился в результате совокупности высокого содержания в черноземах подвижной формы [5] и техногенного загрязнения.

При одинаковом содержании марганца в зерне из различных мест произрастания коэффициент его вариации возрастал от 1-го района к 3-му району и далее к 4-му. Количество валовых форм марганца в почве – самое высокое среди исследуемых ТМ. В 1-м агропочвенном районе оно было максимальным, с самым низким коэффициентом вариации и, согласно нашим и литературным [5] данным, уровнем подвижных форм. Почвы 3-го и 4-го районов содержали марганец в более низкой концентрации но имели больше подвижных форм и более высокие и близкие коэффициенты вариации.

Следовательно, более неравномерное распределение марганца в почвах 3-го и 4-го районов отразилось на вариабельности содержания металла в зерне.

В ходе исследования выявилась тенденция к увеличению количества хрома в зерне озимой пшеницы от 1-го к 3-му району и далее к 4-му. Коэффициент вариации его концентрации в зерне из 1-го района был очень высокий; из 3-го – почти в два раза меньше, а из 4-го – практически в два раза выше, чем в 1-м. Среднее содержание валового хрома в почвах всех районов находилось на втором месте после марганца. Оно достоверно уменьшалось от 1-го района к 4-му району. Наибольшее значение коэф- фициента вариации имели почвы 1-го, а минимальное – 3-го районов. Следовательно, снижение содержания хрома в почве от 1-го района к 4-му с одновременным его возрастанием в зерне явилось, возможно, следствием увеличения подвижности этого металла, как и меди. Для зерна из 3-го района наиболее велико влияние почвы: повышенный уровень металла, относительно низкие значения ошибки средней величины и коэффициента вариации. При этом зерно из 1-го и 4-го районов имеет большую вероятность техногенного загрязнения хромом.

Яровая пшеница. В зерне из агропочвен-ных 3-го и 4-го районов содержание свинца практически одинаковое, как и в озимой пшенице, но с высокой степенью варьирования, что указывает на возможное техногенное загрязнение (см. табл.).

Содержание меди в зерне яровой пшеницы из 3-го района было достоверно в 6 раз больше, чем из 4-го, но с низкими и практически одинаковыми коэффициентами вариации. В связи с тем, что у озимой пшеницы в подобных условиях имелись противоположные значения, различия в ее концентрации заключались в биологических особенностях культуры.

Марганец в зерне содержался в одинаковых, как и у озимой пшеницы, концентрациях и с более низкими, чем у нее, коэффициентами вариации, что свидетельствует о ее большей подверженности антропогенному загрязнению. Возможно, это связано с различиями в длине и особенностями периода вегетации.

Содержание хрома в зерне в зависимости от района различалось в 2 раза, но не достоверно. Высокие коэффициенты вариации свидетельствуют о его возможном загрязнении, особенно из 4-го района, где содержание хрома в зерне было выше, как и у озимой пшеницы.

Таким образом, содержание свинца, марганца и хрома в зерне яровой пшеницы из обоих районов различалось недостоверно. Для меди, марганца и хрома коэффициенты вариации оказались самыми низкими, только с достоверным различием в концентрации у меди. Более высокие значения коэффициентов вариации свинца и хрома в зерне из 4-го района указывают на вероятность загрязнения техногенными выбросами.

Таблица

s

s

И s m у о P m S Н N ^ Ч Ч О О

р о =Р со Ри р я о р о Рн 5

S

7 ОО

ОО ОО 7

со

о

5 со" ОО со

о о"

7 7 оо со

7

со

7 о 7 р о 7 р.

со

оо

ОО 7

об" ОО

со +1 ОО ОО

ОО

00 А

7 оо" со

7 об"

оо оо

ОО

со 7 об"

7

со" со т

оо" оо

7 оо S

S 7

со

и 3 ^ ч о S Рн сЗ со Р Ч Р Рн со m 2 Н Р Я Я Рн Ч О О

со Ч S р 3 р S о Рн Я

СО

о 7 о

7

о

о

ОО ОО +1 оо"

т

о"

о 7

7

7

о

и о и

7 о 7 р и 7 &

со

о

7

7

о"

со

т

00

ОО ? со"

со 7

о

7

7

со

о

сО ч S р а р S 3 S о

^

7 о

7

о

ОО

оо^ ОО

o'

со ОО со"

оо^ оо" 7

о"

7 о

7

оо оо

о"

со

7

7

7

о"

ОО

оо^

о"

+1 со"

7

о

7

7

оо

о

-

со

ч g

ч g

ОО

о"

ОО 3

7

о

7

7

оо

о

Я СО Л СО И О Н к

р

S +1 S

S

3

к и й

S +1 S

S

3

К И й

S +1 S

S

3

к и й

S +1 S

S

>

3

к И й

й ч к

г-0 ^ S

S н

о

S

* Различия достоверны при Р=0,95.

Повышенное содержание железа и H4SiO4 в почвенном растворе [6], тесная ассоциация железа и магния в почвах, высокая пористость некоторых Fe – Mn ортштейнов способны уменьшить степень окристаллизо-ванности окислов марганца [7]. Кроме того, у оксидов марганца обменная емкость выше, чем у монтмориллонита при одинаковом рН [8]. В 1-м агропочвенном районе создались именно такие предпосылки, на основании которых образовался высокий уровень валового марганца и других ТМ в его почвах.

Фактор роста песчаной фракции в почвах соседнего региона, который примыкает к изучаемому агропочвенному 1-му району, статистически достоверно снижал почвенную концентрацию ТМ [9]. Это обстоятельство, а также обедненность почв района гумусом привели к тому, что в создавшихся условиях мобильное состояние ТМ стимулировало радиальную внутрипрофильную миграцию, в результате чего реализовалась обратная зависимость валовых концентраций элементов в горизонте А1 от их подвижности. Вероятно, из-за преобладания внутрипрофильной миграции ТМ над их переходом в растения, накопление ТМ зерном пшеницы в 1-м районе было минимальным. Почвы 3-го и 4-го районов содержали органического вещества больше, чем в 1-м. Объемы известкования в настоящее время резко снижены, поэтому с возрастанием отрицательного потенциала органических коллоидов почвы в условиях подкисления происходит снижение поглощения ими веществ катионной природы [10]. По нашим данным, в водоемах и артезианских водах 1-го района меди содержится больше, чем в 4-м, чему способствовала, видимо, ее почвенная миграция, низкая обеспеченность гумусом, к которому медь имеет высокое сродство. Хрома, свинца и марганца в водоемах 1-го района содержится меньше, чем в 4-м и 3-м, что подтверждает наши данные по почве и зерну.

Таким образом, было выявлено, что в зерне яровой и озимой пшеницы содержание марганца и хрома не различается по районам возделывания. Концентрация свинца в зерне озимой пшеницы на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве 3-го агропочвенного района была выше, чем у яровой. Накопление меди в зерне пшеницы в одинаковых условиях произрастания противоположно; максимальные различия в концентрации свинца и меди у озимой пшеницы выявлены в зерне 1-го и 4-го агропочвенных районов, а по марганцу и хрому в зерне из разных районов они отсутствуют; зерно яровой пшеницы достоверно различалось только по содержанию меди; концентрация ТМ в почвах исследуемых районов достоверно снижалась от 1-го к 3-му и 4-му; изменения содержания ТМ в зерне и в почвах не всегда соответствовали друг другу. По концентрациям марганца и хрома в почвах различия по районам были достоверны, а по зерну отсутствовали; по концентрации меди зерно из 3-го и 4-го районов различалось, а почвы – нет. Содержание свинца в почвах достоверно неодинаково по всем районам, а по зерну между 3-м и 4-м районами различий нет. За увеличением концентрации ТМ в почвах не всегда следовало их увеличение в зерне, что требует дополнительного изучения.