Влияние свинца и кадмия на урожайность и качество сои

Введение. Производство экологически безопасной продукции – главная задача при экологизации сельскохозяйственной деятельности. Для получения экологически безопасной продукции необходимо иметь достоверные исходные данные об эколого-токсикологической обстановке в агроэкосистемах, особенно испытывающих пресс многолетнего интенсивного использования агрохимикатов. Среди тяжелых металлов наибольшую опасность представляют свинец и кадмий, относящиеся к I группе опасности. В процессе сельскохозяйственной деятельности они могут накапливаться в почве и влиять на урожайность культурных растений. В Приморском крае наиболее распространенной культурой в земледелии является соя. В настоящее время не вызывает сомнений целесообразность ее возделывания ни в нашей стране, ни за рубежом. Ценность этой культуры объясняется ее востребованностью в пищевой промышленности и кормопроизводстве [8, 9].

Цель исследования : установить влияние разного содержания валовых и подвижных форм свинца и кадмия в почве на урожайность и качество сои.

Задача исследования : выявить связь наличия свинца и кадмия в органах растений в зависимости от концентрации токсиканта в почве.

Условия, материалы и методы исследования. Исследование проведено в 2014–2015 гг. на опытном поле ФГБНУ «Приморский НИИСХ». Почва участка типичная лугово-бурая оподзо-ленная, тяжело суглинистая, содержание гумуса 2,80±0,06%, рН сол 6,0±0,1, подвижные Р 2 0 5 и К 2 0 соответственно 63±4 и 135±22 мг/кг.

Схема опыта предусматривает варианты с предварительным созданием фонов разной насыщенности почвы свинцом и кадмием, разными дозами удобрений. Опыт мелкоделяноч-ный, с блочным расположением вариантов в 4-кратной повторности. Размер делянки – 4 м2, боковые и концевые защитные полосы – по 0,6 м. Фоны по содержанию металлов в почве создавались путем внесения водных растворов CdSO4 и Pb (NO3) в дозах по д. в., превышающих вдвое (доза 1) и вчетверо (доза 2) предельно допустимые концентрации (ПДК) для почвы. ПДК для кадмия в почве установлены на основе фоновых значений валовых форм металла для почв в Приморском крае [6], а свинца – по нормам СанПиН 4266-87 [7].

Минеральные удобрения в виде гранулированного суперфосфата и хлористого калия внесены перед посевом сои из расчета Р 120 К 60 (РК1) одинарная доза и в удвоенной дозе Р 240 К 120 (РК2). В опыте использовали сою сор-таПриморская 81, семена оригинальные, предварительно вручную отсортированы. Посев сои проводили вручную в оптимальные сроки однострочным способом с междурядьями 60 см и с заделкой семян на глубину 5 см (норма высева – 1,5 кг семян на 200 м²).

Учет урожая проводили сноповым методом. Результаты по урожайности семян обработаны с использованием метода вариационной статистики по Б.А. Доспехову [10]. Пробы почвы по ГОСТ 28168-89 [11] для анализов отбирали после уборки урожая, а пробы растений по достижению хозяйственной спелости по 20 шт. с делянки. Образцы почвы анализировали согласно методическим указаниям [12], солому по ГОСТ 30692-2000 и зерно по ГОСТ 30178-96 [13, 14] – на спектрофотометре АА 6200. Для экстракции валовой и подвижной формы свинца в почве использовали 5 М и 1 М раствор азотной кислоты.

Результаты исследования и их обсуждение. Одинарная доза удобрений оказала слабый эффект на повышение урожайности, а негативное влияние содержания свинца и кадмия оказалось максимальным (табл. 1.). На варианте без удобрений урожайность сои высокая, что является следствием повышенного плодородия почвы, и агротехники в ручных посевах.

Таблица 1

Вариант	Фон						НСР 0,95 (по опыту)
	0		PK1		PK2
	2014 г.	2015 г.	2014 г.	2015 г.	2014 г.	2015 г.	2014 г.	2015 г.
1. Контроль	27,8	25,0	30,8	25,1	33,1	32,9	0,74	0,92
2. Pb1	27,0	23,8	27,8	25,6	-	-
3. Pb2	26,0	21,8	-	-	28,1	24,9
4. Cd1	26,1	23,1	27,6	23,9	-	-
5. Cd2	24,2	22,9	-	-	25,1	25,6

Урожайность сои, ц/га

О хорошей отзывчивости сои на высокие дозы минеральных удобрений и слабой – на низкие имеются данные в литературе [15–17], что связано с особенностями поглощения питательных веществ, максимум которого приходится на позднелетний период, совпадающий с максимальной биогенностью и динамикой микробиологических процессов, влияющих на минерализацию органического вещества почвы.

В вариантах на фоне удвоенной дозы удобрений без внесения солей тяжелых металлов отмечено повышение урожайности относительно контроля на 5,3 ц/га за первый год и на 7,9 ц/га за второй год исследований, тогда как на этом же фоне удобрений внесение свинцаснизи-ло урожайность на 5 ц/га в 2014 г. и на 8,0 ц/га в

2015 г. исследований. Внесение кадмия также способствовало снижению урожайности. Содержащиеся в почве свинец и кадмий негативно влияют на урожайность сои.

Приведенные результаты по урожайности, имеющие прямую связь (r = 0,5; 0,3) с концентрацией валовых и подвижных форм токсикантов в почве (табл. 2.)

Концентрация свинца и кадмия зависит от их внесения в почву. Максимальных значений она достигает в вариантах с удвоенной дозой свинца и кадмия. Количество токсикантов снижается во второй год действия доз.

В вариантах, где соли металлов не были внесены, концентрация валовых и подвижных форм свинца и кадмия не превышает допусти- мый уровень. Токсичность свинца и кадия на разных фонах минеральных удобрений проявляется по-разному. Минеральные удобрения в удвоенной дозе увеличивают концентрацию свинца в почве валовых форм на 56,8 мг/кг и подвижных 59,5 мг/кг за первый (2014 г.) исследований. Эта тенденция подтверждается и в последующем году (2015 г.) исследований. Концентрация свинца в почве уменьшается за счет выноса с урожаем, но значения остаются выше допустимой нормы. Концентрация же валовых и подвижных форм кадмия в почве на фоне двойной дозы удобрений наоборот уменьшается, как за первый год исследований, так и за второй. На фоне внесения одинарной дозы удобрений наблюдается незначительное увеличение концентрации кадмия.

Чтобы определить влияние искусственно созданных фонов загрязнения почвы на содержание свинца и кадмия в элементах урожая сои, намибыл сделан химический анализ соломы и семян (табл. 3).

Незначительные колебания содержания тяжелых металлов в урожае сои возможны. Они зависят от трансформации валовых запасов элементов в почве в течение вегетации. При увеличении концентрации подвижных форм тяжелых металлов в почве их поступление и отложение в урожае увеличиваются.

Особенно резко возрастает содержание в соломе, достигая максимальных значений на фоне повышенного загрязнения почвы, как свинцом, так и кадмием. Фон удобрений не влиял на поступление тяжелых металлов в растения из почвы, однако они способствовали поступлению свинца и кадмия в растения при искусственном загрязнении почвы. Концентрация свинца в соломе значительно выше, чем в семенах. При внесении одинарной дозы удобрений на фоне загрязнения почвы свинцом отмечено увеличение содержания его в соломе и уменьшение концентрации в семенах. Двойная доза удобрений, напротив, способствовала уменьшению концентрации свинца в соломе и семенах, что объясняется разбавлением в большей массе урожая. Согласно ТР ТС 015/2011 [18], ПДК свинца в семенах сои для пищевых целей составляет 1,0 мг/кг, а на кормовые – 5,0 мг/кг (его содержание в семенах не превышало допустимую норму по всем вариантам).

Концентрация валовых и подвижных форм свинца и кадмия в почве

Таблица 2

Вариант		Перед закладкой опыта		После внесения				ПДК, мг/кг
				2014 г.		2015 г.
		Вал.	Подв.	Вал.	Подв.	Вал.	Подв.
IT Ф co о	1. Контроль	17,5	10,7	29,3	9,2	18,8	14,1	35,0
	2. PK1			21,3	8,2	18,6	8,3
	3. PK2			24,5	8,6	16,7	8,4
	4. Pb1			48,9	39,4	24,5	16,0
	5. Pb2			115,5	110,5	90,9	89,7
	6.Pb1+ PK1			52,3	42,4	28,8	24,5
	7. Pb2+ PK2			172,3	170,0	130,7	102,8
СГ 05	1.Контроль	0,5	0,3	0,1	0,1	0,05	0,05	3,0
	2. PK1			0,1	0,03	0,2	0,1
	3. PK2			0,1	0,03	0,3	0,3
	4. Cd1			7,1	5,9	3,5	3,5
	5. Cd2			15,7	14,8	3,5	3,2
	6.Cd1+ PK1			7,4	6,5	3,6	3,6
	7.Cd2+ PK2			13,9	12,4	2,5	2,3

Концентрация тяжелых металлов в семенах и соломе сои

Таблица 3

Вариант загрязнения		Фон
		Без удобрений		PK1		PK2
		2014 г.	2015 г.	2014 г.	2015 г.	2014 г.	2015 г.
Семена
IT Ф co о	Контроль	0,11	0,25	0,11	0,08	0,14	0,24
	Pb1	0,26	0,31	0,14	0,22	-	-
	Pb2	0,23	0,27	-	-	0,19	0,16
	Солома
	Контроль	0,48	0,39	0,55	0,15	0,77	0,53
	Pb1	1,44	0,85	2,95	1,34	-	-
	Pb2	9,45	2,60	-	-	2,54	1,33
Семена
СГ co	контроль	0,01	0,01	0,01	0,09	0,01	0,17
	Cd1	0,28	0,89	0,95	1,13	-	-
	Cd2	0,50	1,31	-	-	1,69	1,99
	Солома
	Контроль	0,03	0,05	0,05	0,15	0,05	0,28
	Cd1	0,49	1,48	0,95	1,74	-	-
	Cd2	0,78	1,54	-	-	1,55	3,75

Установлено, что кадмий присутствует как в семенах, так и в соломе. Концентрация в вариантах без внесения кадмия соответствует уровню фоновых значений, хотя в вариантах с удобрениями обнаруживается тенденция к увеличению. Удобрения способствовали накоплению токсиканта в растении и, причем темпы накопления кадмия в семенах по отношению к соломе возрастали соответственно их дозам.Согласно ТР ТС 015/2011 [18] ПДК кадмия в семенах сои для пищевых целей составляет 0,1 мг/кг, а на кормовые – 0,5 мг/кг. Концентрация кадмия в семенах значительно превышает ПДК практически по всем вариантам.

Выводы

• 1.    Превышение ПДК валовых и подвижных форм свинца и кадмия в почве влияет на снижение урожайности в прямой зависимости от концентрации токсикантов. Внесение минеральных удобрений в высоких дозах повышает урожайность сои и соответственно снижает токсичность свинца и кадмия.

• 2.    Между содержанием кадмия в почве и наличием его в урожае существует прямая связь (r = 0,5; 0,7). Внесение удобрений способствует росту поступления кадмия в растения и уменьшению концентрации в почве.

• 3.    Вынос свинца из почвы в нетоварной продукции сои является хорошим признаком детоксикации его в почве в условиях достижения высоких урожаев зерна.