Влияние циркона на рост, развитие и продуктивность пшеницы в зависимости от содержания кадмия в почве

В работе установлено, что применение циркона снижает токсическое действие высоких концентраций кадмия на зерновую продуктивность. Это происходило в результате улучшения условий произрастания пшеницы, обусловленное большей закладкой цветочных зачатков на VI этапе органогенеза и влиянием на фотосинтетическую деятельность пшеницы. Высокие концентрации кадмия оказывали отрицательное действие на процессы поступления азота в растения пшеницы, в результате дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов, обусловленное дисбалансом элементов минерального питания, отрицательно влияющих на синтез и функции различных органических соединений. Применение циркона увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне и снижало концентрацию кадмия в растениях пшеницы.

В настоящее время неотъемлемой частью комплекса проблем, связанных с охраной окружающей среды, является необходимость изучения токсического действия тяжелых металлов, закономерностей их поступления и накопления в растениях. Основным механизмом снижения токсического действия тяжелых металлов в растениях является инактивация их высокими концентрациями метаболически важных белков и других макромолекул, выполняющих каталитические или регуляторные функции [3; 6]. К таким веществам можно отнести фенольные соединения, в частности оксикоричные кислоты, которые могут проявлять антиоксидантную активность за счет связывания ионов тяжелых металлов в устойчивые комплексы [5]. Поскольку действующим веществом циркона является смесь гидроксикоричных кислот, можно говорить о его влиянии на многие ферменты растений (рост растений усиливается). Подобный эффект действия наблюдался у различных культур [7].

Для изучения влияния циркона в случае высокого содержания в почве кадмия был проведен вегетационный опыт в условиях естественного фотопериода, температуры и освещенности в вегетационном домике кафедры агрохимии РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Закладка опытов осуществлялась по методике 3. И. Журбицкого (4]. Растения пшеницы «лада» выращивались в вегетационных сосудах типа Вагнера, вмещающих 5 кг сухой почвы. Использовали дерново-подзолистую, среднесуглинистую почву с агрохи мической характеристикой: pH (КС1) 6,4; Н. 1,29 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену), S 20,8 мг — экв / 100 г почвы (по Каппену— Гильковицу); V 94,0 %. Содержание гумуса составляло 1,7 % (по Тюрину), общего азота — 0,12 % (по Кьельдалю), N щ. г. — 17,0 мг / кг (по Корнфилду) (I класс). Почва хорошо обеспечена подвижными формами фосфора 270 мг / кг (V класс), обменного калия — 300 мг / кг (VI класс) (по Кирсанову). Содержание кадмия составляло 0,18 мг / кг почвы.

Перед посевом в почву вносили питательные элементы в виде водных растворов солей NH₄NO₃, КН₂РО₄ и КС1 из расчета 150 мг / кг каждого элемента. В опыте создавали различные уровни содержания кадмия в почве путем внесения при закладке опытов раствора соли Cd(NO_;), Н,О из расчета 5 и 50 мг Cd на } 1 кг почвы. Контролем служил вариант без внесения кадмия в почву.

В эксперименте изучали различные способы применения циркона: предпосевная обработка семян (ПОС) и опрыскивание вегетирующих растений (ОВР). Препарат применяли в виде раствора 1мл / 10 л воды. Намачивание осуществлялось в течение 10 ч. Опрыскивание — раствором препарата в той же концентрации 2 раза в течение вегетационного периода на V—VI этапах органогенеза. Контролем служили семена, обработанные водой.

В течение вегетационного периода проводили морфофизиологический контроль, а также изучали динамику накопления биомассы растениями яровой пшеницы. После уборки урожая в опытах определяли структуру урожая, структуру биомассы, продуктивность, а также химический состав зерна и соломы яровой пшеницы.

Создавались оптимальные условия водо-обеспечения путем полива сосудов по весу до 70 % ППВ. По 30 набухших семян помещали в каждый сосуд с последующим прореживанием в вегетационных опытах до 15 шт. в фазу кущения. Опыты проводили в четырехкратной повторности.

Проведенные нами исследования позволили установить, что увеличение содержания кадмия в почве приводило к снижению массы зерна и соломы. Отмечались резкое замедление роста главного побега и снижение ассимиляционной поверхности растений при высокой концентрации кадмия в почве, что обусловило ингибирование процессов фотосинтеза. Следовательно, можно сделать заключение, что лишь высокие концентрации кадмия оказывают отрицательное влияние на рост и развитие растений. Аналогичные закономерности получены в опытах с различными культурами [8].

В результате эксперимента выявлено, что при воздействии высоких концентраций кадмия в почве снижалась продуктивность пшеницы в результате нарушения процессов закладки цветков на конусе нарастания, что выразилось в уменьшении их числа почти в

1,4 раза (табл.). При этом существенно (на 10 %) уменьшалась доля реализации цветков в зерна и количество колосков в колосе (на 15 %), что определило снижение числа зерен в колосе более чем в два раза, массы 1 000 зерен — в 1,4 раза. Это, возможно, связано с нарушением гормонального баланса растений.

Применение регулятора роста способствовало улучшению условий формирования и реализации элементов продуктивности, что определило сохранение жизнеспособности цветков главного побега, а также озерненно-сти колоса, снижая токсическое действие кадмия на продуктивность пшеницы.

При сравнении влияния различных способов применения циркона в условиях высокого уровня кадмия в почве было установлено, что наиболее эффективное действие на продуктивность пшеницы «лада» оказывало опрыскивание вегетирующих растений (см. табл.), обусловленное большей закладкой цветочных зачатков на IV этапе органогенеза. Растения, обработанные цирконом, опережали контрольные варианты по темпам роста и накоплению биомассы, способствуя увеличению ассимиляционной поверхности главных и боковых побегов (рис.), а также снижению токсического эффекта кадмия в процессах биосинтеза хлорофилла.

Таблице

Влияние циркона на продуктивность пшеницы «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве

Варианты опыта		Количество цветков (VI этап), шт.	Масса, г / раст.		Масса 1 000 зерен, г
доза кадмия, мг / кг почвы	применение циркона		зерно	солома
0	контроль	100	0,41	0,88	26,0
5		90	' 0,39	1,02	23,2
50		72	0,31	0,70	19,4
0	ОВР	105	0,52	0,84	29,4
5		94	0,74	1,17	49,1
50		80	0,64	1,14	36,9
0	пос	110	0,50	0,77	28,8
5		94	0,52	0,99	33,1
50		78	0,43	1,04	33,1
НСРО.А/В-АВ		4/ 3	0,10 / 0,08	0,07 / 0,05	6,2 / 4,3

Примечание: фактор А — для кадмия, фактор В — для циркона, АВ —- взаимодействие фак торов.

Масса одного растения, г

Площадь ассимиляционной поверхности, дм2 / раст.

j Фаза выхода в трубу

^ Фаза молочной спелости

Способ применения циркона

Доза кадмия, мг / кг почвы

Рисунок

Влияние циркона на массу и площадь ассимиляционной поверхности растений пшеницы «лада» в зависимости от содержания кадмия в почве

Результаты наших исследований свидетельствуют, что высокое содержание кадмия в почве способствует избыточному накоплению его в растениях.

Нами было выявлено отрицательное действие кадмия на процессы поступления азота в растения пшеницы, что являлось, вероятно, результатом дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов [1; 2; 9; 10].

Применение циркона значительно увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне при обоих уровнях содержания кадмия в почве. Циркон оказывал положительное действие на синтез общего и белкового азота, вероятно, за счет ингибирующего действия на процессы поступления кадмия в растение. Вероятно, циркон оказывал антиоксидантное воздействие на растения в условиях высокого содержания кадмия за счет снижения свободно-радикальных процессов, в результате образования устойчивых комплексов с кадмием [5], что способствовало увеличению продуктивности пшеницы «лада».

Установлено, что применение циркона снижало токсическое действие высоких концентраций кадмия на зерновую продуктивность в результате улучшения условий произрастания пшеницы, обусловленного большей закладкой цветочных зачатков на VI этапе органогенеза и влиянием на фотосинтетическую деятельность культуры. Растения, обработанные цирконом, опережали по темпам роста и накоплению биомассы, площади ассимиляционной поверхности как главные, так и боковые побеги, а также по содержанию хлорофилла. Наибольшая эффективность получена при использовании опрыскивания вегетирующих растений.

Выявлено значительное увеличение содержания кадмия в урожае пшеницы, полученном в вариантах с избыточным содержанием элемента в почве. При использовании циркона прослеживалась защитная функция препарата, проявляющаяся в торможении процессов поступления тяжелых металлов в надземные органы.

Высокие концентрации кадмия оказывали отрицательное действие на процессы по- i отупления азота в растениях пшеницы в результате дезорганизации процессов поглощения и транспорта элементов, вызванной дисбалансом элементов минерального питания, отрицательно влияющих на синтез и функции различных органических соединений. Применение циркона увеличивало содержание общего и белкового азота в зерне и снижало концентрацию кадмия в растениях пшеницы, что связано с антиоксидантной активностью действующего вещества, которая может выражаться в связывании катионов тяжелых металлов, в частности кадмия, в устой- \ чивые комплексы.