Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Кальций и стронций в системе почва-растение при известковании почв конверсионным мелом (на примере АО "Акрон" г. Новгород)

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Кальций и стронций в системе почва-растение при известковании почв конверсионным мелом (на примере АО "Акрон" г. Новгород)"

[описи

Лаврищев Антон Викторович

/7Й) ^Л ¿£€>(

КАЛЬЦИЙ И СТРОНЦИЙ В СИСТЕМЕ ПОЧВА - РАСТЕНИЕ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ ПОЧВ КОНВЕРСИОННЫМ МЕЛОМ

(на примере АО "Акрон" г. Новгород)

Специальность: 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург-Пушкин

2000

Работа выполнена на кафедре почвоведения Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета и в лаборатории отдела агроэко-логических исследований Агрофизического научно-исследовательского института.

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.Н. Донских.

кандидат сельскохозяйственных наук, ст. научный сотрудник А.В. Литвинов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.Ф. Дричко.

кандидат сельскохозяйственных г Л.Г. Бакина

Ведущая организация: Государственное учреждение: Цешх

рохимической службы "Ленинграде (ГУЦАС)

Защита состоится ¿0 декабря 2000 года на заседании диссертационного совета К.120.37.01 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу:

196605, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корп. 1-а, аудитория 239.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского аграрного университета.

Автореферат разослан у у 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета канд. с.-х. наук, доцент «г ______Н.Ф. Лунина

ПсЧОЦ 9У V пю^.ш.З п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Известкование почв является важнейшим мероприятием, направленным на повышение плодородия почв.

К сожалению, в сложившейся на данный момент в стране обстановке традиционные известковые удобрения из-за своей дороговизны становятся всё менее доступны. Это заставляет вести поиск нетрадиционных мелиорантов, являющихся, как правило, отходами промышленного производства. Однако широкое применение этих материалов ограничивается наличием в их составе вредоносных примесей, способных оказать негативное влияние на почвы и растения.

К числу таких отходов относится и конверсионный мел (КМ), получаемый в АО "Акрон" г. Новгорода, в составе которого присутствует соединение стабильного стронция.

На полях Новгородской области мел применяют уже более 20 лет, а в 1994-1995 годах в Ленинградской области им было произвестковано 2 тыс. гектаров сельскохозугодий.

Не смотря на это, возможность загрязнения стабильным стронцием почв и растений при известковании почв мелом остаётся до конца не выясненной.

До настоящего времени чёткие критерии безопасного содержания стронция в почвах отсутствуют. Учитывая конкурентный характер поступления стронция в растения, для оценки загрязнения почв стронцием пользуются каль-ций-сгронциевым отношением. Безопасным отношением валовых Са/Бг в почвах считается 10/1. В "Методических указаниях по применению..." (1994), раз-работшшых ВИУА, конверсионный мел не рекомендуется применять на почвах, где указаное отношение уже, а валовое содержание Бг превышает 500 мг/кг массы почвы.

В незагрязнённых растениях содержание кальция превышает концентрацию стронция в 160 и более раз. При сужении этого отношения до 80 и ниже продукция растениеводства считается гигиенически неполноценной.

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы явилось изучение поведения стронция в системе: почва-растение при использовании конверсионного мела на почвах лёгкого гранулометрического состава с различным содержанием гумуса.

В связи с этим основные задачи исследований были следующие:

1. Изучить влияние различных доз конверсионного мела на показатели кислотности почв и содержание в них фитотоксичных катионов алюминия, марганца и железа;

2. Установить влияние конверсионного мела на динамику содержания в почвах валовых, подвижных и водорастворимых форм кальция и стронция;

3. Исследовать влияние конверсионного мела на содержание и состав гумуса дерново-подзолистых почв;

4. Выявить роль отдельных фракций гуминовых кислот в закреплении стабильного стронция;

5. Выявить изменение урожайности растений под действием различных доз КМ;

6. Установить количественные параметры накопления стабильного стронция растениями из различных биологических семейств, выращенных на мелиорируемых мелом почвах с различным уровнем гумусированности.

Научная новизна и практическая ценность.

Установлены количественные параметры накопления стабильного стронция сельскохозяйственными культурами, выращенными на мелиорируемых мелом почвах с различным содержанием гумуса. Вычислены уравнения регрессии, устанавливающие связь между концентрацией подвижных форм стронция в почвах и их транслокацией в растения из различных биологических семейств. Выявлена ведущая роль 1-й фракции гуминовых кислот в закреплении почвенного стронция.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы были представлены и обсуждены на Международной студенческой конференции "Кризис почвенных ресурсов: причины и следствия" (С.-Петербург, 1997), на 7-й научной конференции "XXI век: молодёжь, образование, экология, ноосфера" (С.-Петербург, 1999), на 3-м Международном коллоквиуме "Полевые эксперименты - для устойчивого землепользования" (С.Петербург, 1999), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ 1998, 1999 и 2000 годов. По материалам исследований опубликовано 8 работ и одна находится в печати.

Объём и структура диссертации.

Содержание работы изложено на /-¿-^страницах, состоит из введения, шести глав, выводов и списка используемой литературы (180 наименований, в том числе 77 на иностранных языках). Работа содержит 19 таблиц и 16 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Стронций в почвах и растениях (литературный обзор)

В обзоре обобщены литературные данные о содержании и формах нахождения стабильного стронция в земной коре и почвах различного генезиса. Дана оценка факторам, влияющим на загрязнение объектов природной среды этим токсикантом. Приведён обзор имеющихся критериев оценки загрязнения почв и растений стабильным стронцием. Обсуждается физиологическая роль стронция для растений, животных и человека.

2. Объекты и методы исследований.

Конверсионный мел (КМ) является побочным продуктом производства азотсодержащих удобрений АО "Акрон" (г. Новгород). *

Мел получается в процессе азотнокислого разложения апатитового концентрата для получения азотных удобрений и содержит 90-92 % СаСОэ, азот, фосфор, микроэлементы. Из потенциально токсичных элементов наибольшее опасение представляет стронций, концентрация которого составляет 1.5 %.

Объектами исследований служили две кислые дерново-подзолистые почвы лёгкого гранулометрического состава и выращиваемые на них растения из важнейших в сельскохозяйственном отношении биологических семейств.

Почвы подбирали таким образом, чтобы при сходстве гранулометрического состава, уровня почвенной кислотности и исходного валового содержания стронция они различались по степени гумусированности. Это давало возможность оценить роль органического вещества в снижении перехода в растения стронция..

Физико-химическая характеристика почв следующая рН (КС1) 4.1 и 4.2; Нг 5.4 и 5.6 мг-экв/100 г. почвы; гумус - 3.02 и 1.76 %; валовое содержание стронция 135 и 112 мг/кг, кальция - 7358 и 5396 мг/кг массы почвы; содержание частиц размером менее 0.01 мм - 18.6 и 21.2 % соответственно.

На обеих почвах проводили параллельные вегетационные опыты по схеме, представленной в табл. 2.

Схема опыта составлена таким образом, чтобы решить следующие задачи:

а.) подобрать экологически безопасную дозу применения.,мела в,чистом виде;

б.) оценить возможность снижения поступления стронция в, растения, используя мел в смеси с традиционными мелиорантами, не содержащими, стронций и обладающими различной растворимостью. .....

Теоретической предпосылкой включения в схему опытов вариантов №№ 6 и 7 является широко известный факт, свидетельствующий о конкурентном характере поступления щелочноземельных металлов в растения.

Повторность опытов 4-х кратная. Удобрения в опытах вносили ежегодно из расчёта 0.2 г. д. в. на 1 кг почвы.

Почвенные образцы отбирали ежегодно после уборки растений. Физико-химические показатели почв определяли общепринятыми методами. Валовое содержание кальция и стронция в почвах, химический состав растений и отходного мела устанавливали на рентгенфлюоресцентном спектроанализаторе фирмы "ORTEC'-TEFA. Подвижные и водорастворимые формы металлов в почвах извлекали ацетатно-аммонийным буфером с рН 4.8 и дистиллированной водой с последующим определением на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Аналитическая повторность 2-х и 3-х кратная.

' Для изучения изменений содержания и состава гумуса при применении мела использовали методику Пономарёвой -Плотниковой (1963) в модификации Т.А. Плотниковой - Н.Е. Орловой (1984). Для этого почвенные образцы отбирали из сосудов первого опыта (варианта № 1 - контроль и варианта № 2 - полная по Нг доза КМ) спустя 2 года после внесения мела.

Оптическую плотность гуминовых кислот замеряли на спектрофотометр« с синим светофильтром. Длина волньМЗО нм, толщина слоя 1 см. E^'"" вычисляли делением показателя экстинции на содержание в растворе,органического углерода. ■ ;

Концентрацию кальция и стронция в отдельных фракциях гуминовы> кислот (ПС) устанавливали на атомно-абсорбционном спектрофотометре послс озоления в смеси НС1 + НЫОз с последующим растворением остатка в деиони зированной воде. Для отделения экстрактов от минеральных почвенных части! перед озолением экстракты предварительно центрифугировали при 10 тыс об./мин.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощьк программы Microsoft Excel, используя корреляционно-регрессионный метод.

3. Влияние различных доз конверсионного мела на показатели кислотности почв и содержание в них подвижных катионов алюминия, марганца и железа

Применение отхода позволило значительно снизить обменную и гидроли тическую кислотности почв уже в год внесения мелиоранта. В обоих опытах при внесении мела даже в дозе 0.1 Нг, обменная кислотность достоверно ниже чем в контрольных вариантах. Во всех вариантах с использованием КМ, даже н; второй год последействия величина обменной кислотности не достигает исход ного значения, характерного для нативных почв. Для гидролитической кислот носги это характерно только в вариантах с применением полной и половинно: доз отхода. При внесении КМ в дозах 0.1 и 0.2 Нг величина гидролитическое кислотности уже после уборки вики приближается к значениям контрольны; вариантов.

Мелиорация почв конверсионным мелом позволила значительно снизит содержание подвижного алюминия (рис. I). Положительное влияние даже низ

—год действия КМ |

I j

— • 1-Й ГОД

последействия

2-й гад

последействия

агх доз отходного мела на снижение подвижности алюминия установлено и на 2-й год последействия.

Применение _мела способствовало снижению подвижности марганца в почвах. Чем выше доза внесения отхода, тем меньше марганца извлекается из почв раствором ацетатно-аммоний-ного буфера. Содержание марганца при использовании смеси мелиорантов было на уровне вариантов с внесением полной дозы мела.

Влияние КМ на подвижность железа в почвах опытов аналогично его влиянию на подвижность алюминия и марганца. В вариантах с внесением полной дозы КМ его содержание снижается в зависимости от опыта в 1.6 и 2.2 раза. При уменьшении доз КМ подвижность железа увеличивается.

фон 0,1 0,2 0,5 1

Дозы КМ по гидролитической кислотности

Рис. 1. Влияние различных доз КМ на содержание подвижного алюминия в почве опыта № 2.

4. Влияние различных доз конверсионного мела на динамику содержания в почвах валовых, подвижных и водорастворимых соединений щелочноземельных металлов

Известкование приводит к накоплению всех форм щелочноземельных металлов в почвах. Чем выше доза внесения мела, тем больше металлов накапли-зается в почвах и тем уже в них кальций-стронциевое отношение. Однако ни в эдном из вариантов опытов указанное отношение не опускалось-ниже 10:1. Применение мела в сочетании с традиционными мелиорантами способствует эасширению указанного отношения.

По мере проведения эксперимента валовое содержание кальция и стронция постепенно снижается

Концентрация кальция, извлекаемого ацетатно-аммонийным буфером, за-зисит от емкости катионного поглощения почв. После первого года изучения :го содержание в сосудах опыта №1, произвесткованных мелом, составила 1390-3356 мг/кг (20,4-36,4% от валового содержания), а в тех же вариантах зпыта №2 колебалось от 171 до 1118 мг/кг (3,2-15,8 % от валового содержания).

После уборки вики количество подвижных форм кальция в мелиорируемых мелом вариантах опыта №1 возрастает до 1675-4025 мг/кг (23,3-45,0 % от валового содержания ), а в опыте №2 до 267-1313 мг/кг (4,6-18,4 % от валового содержания).

В год внесения отхода концентрация подвижных форм стронция в почве опыта № 1 составила 12.0-66.2 мг/кг (2,6-29,9 % от валового содержания), а на второй год изучения - 20,5-67,2 мг/кг (15,8-31,5 % от валового содержания). В опыте №2 эти величины были: 9,2-51,8 мг/кг (9,2-28,8 % от валового содержания ) и 13.8-63.8 мг/кг (11,5-46,5 % от валового содержания) соответственно.

Абсолютное содержание водорастворимых форм щелочноземельных металлов в опытах также возрастает по мере растворения мела. В большей мере это выражено на почве с низкой ёмкостью катонного обмена. Это вызвано более полным взаимодействием мела с почвенно-поглощающим комплексом в год последействия.

Таким образом, в течение 2-х лет эксперимента на фоне некоторого снижения валового содержания щелочноземельных металлов в вариантах с известкованием, вызванного выносом их растениями, концентрация подвижных и водорастворимых форм увеличивается.

Данные нашего изучения выявили некоторое снижение общего содержания доступных для растений форм кальция в сосудах после уборки пшеницы по сравнению со вторым годом исследований (рис. 2). При этом, на фоне уменьшения содержания подвижных форм, количество водорастворимого кальция увеличивается и после третьего года наблюдений. По-видимому, в процессе растворения мела происходит перегруппировка состава доступных для растений соединений кальция. „

Данные наших исследований показывают, что после уборки пшеницы концентрация подвижных форм стронция в вариантах с использованием мела также возрастает.(рис. 3).

5. Влияние конверсионного мела на содержание и состав гумуса дерново-подзолистых почв

Результаты исследований показали, что известкование мелом не повлияло на общее содержание гумуса в почве., что согласуется с результатами исследований других авторов (Небольсин, 1980; Бакина, 1987).

Наряду с этим, использование мела повлекло за собой изменения в составе гумуса. Наиболее значимым при этом является возрастание содержания гу-миновых кислот 2-й фракции при одновременном уменьшении 1-й фракции. Подобная картина - следствие перераспределения гуминовых кислот в составе самих фракций. Под действием внесённого в почву кальция наиболее оптически плотная часть гуминовых кислот 1-й фракции связывается с ним и пополняет 2-ю фракцию.

Замеры оптической плотности показали достоверное уменьшение оптической плотности 1-й фракции.

фон 0.1 гх 0.2 г.к 0.5 г.к. 1r.it

Дозы КМ по гидролитической кислотности

Рис. 2 Содержание подвижных форм кальция в почве опыта № 1.

Дозы КМ по гидролитической кислотности

Рис. 3. Содержание подвижных форм стронция в почве опыта № 1.

Внесение КМ привело к некоторому возрастанию содержания углерода гуминовых кислот 3-й фракции. Это связано с тем, что избыток кальция способствует более прочному закреплению гумусовых веществ минеральной частью почвы.

Использование мела способствовало расширению отношения СпоСок-Состав гумуса из категории гуматно-фульватного перешёл в категорию фуль-ватно-гуматного.

Роль отдельных фракций гуминовых кислот в закреплении кальция и стронция отражена в табл. 1.

^ Таблица 1

Содержание щелочноземельных металлов в различных фракциях гуминовых

кислот, %

Вариант опыта Са Бг

от массы от валового от массы от валового

фракции содержания фракции содержания

Са в почве Бг в почве

1-я фракция гуминовых кислот

1. Контроль 0.25 0.60 1.48 49.9

2. Известкование ме- 0.51 0.76 1.33 21.2

лом

НСР 095 - - 0.168 -

2-я фракция гуминовых кислот

1. Контроль 0.061 0.008 0.073 0.60

2. Известкование ме- 0.119 0.015 0.073 0.39

лом

3-я фракция гуминовых кислот

1. Контроль 0.022 0.003 0.089 0.72

2. Известкование ме- 0.019 0.002 0.066 0.63

лом

НСР 095 0.0116 - 0.0465 -

Как видно из таблицы, содержание кальция в 1-ой фракции гуминовых кислот почвы контрольного варианта невелико и составляет 0.25 % от массы фракции, (0.6 % от общего содержания элемента в почве).

Содержание стронция в составе 1 -й фракции ГК почвы контрольного варианта, напротив, убеждает в существенной роли данной фракции в аккумуляции токсиканта. На долю этой фракции, составившей всего 0.4 % от массы почвы, пришлось около 50 % валовых запасов почвенного стронция. Важно при этом подчеркнуть, что абсолютное содержание стронция в составе гуминовых кислот 1-й фракции почти в 6 раз превысило количество поглощённого кальция.

Следовательно, приуроченность щелочноземельных металлов к опреде-лшым фракциям гумуса и прочность связи с почвенным поглощающим ком-пексом различаются (Литвинович и др., 1999).

Оценить реальный вклад 2-й фракции ГК в закреплении щелочноземель-ых металлов достаточно сложно, т.к. перед извлечением этой фракции необхо-кмо декальцирование. Очевидно, что при таком воздействии на почву в рас-юр переходит и большая часть связанного с ГК стронция..

Анализ ГК-3 показал, что концентрация стронция по вариантам опыта мла соответственно в 3 и 4 раза выше, чем кальция. Это также свидетельствует более прочной фиксации стронция почвенным поглощающим комплексом, по )авнению с кальцием.

Влияние конверсионного мела на продуктивность и химический состав 1стений

Влияние различных доз КМ на урожайность и химический состав расте-ш в вегетационных опытах приведён в табл. 2.

В первый год исследований максимальный выход зелёной массы рапса лявлеп в вариантах с внесением полной и половинной по гидролитической [слотности доз КМ, а также в смеси с традиционными мелиорантами (табл. 2). эстоверные прибавки урожая (по сравнению с контрольным вариантом) были »лучены даже в вариантах с внесением низких доз отхода (0.2 Нг - в опыте № и 0.1 Нг в опыте № 2).

Различия в продуктивности рапса между опытами вызваны неодинаковым тественным уровнем плодородия почв, выбранных для исследований. Кроме го, фитотоксичность А1; Мп и Ре на почвах с высоким содержанием гумуса юявляется слабее (Небольсин, 1997).

В год последействия мела, на почве опыта № 1, нормальный продукцион-ш процесс вики обеспечивали даже невысокие дозы мелиоранта, что по-димому, связано с наличием определённого запаса доступных соединений льция в нативной почве, используемой в опыте.

На почве с низким исходным запасом кальция (опыт № 2) в после-йствии эффективность низких доз конверсионного мела (0.2 и 0.1 Нг) уступа-полной и половинной по гидролитической кислотности дозам мела, а наи-[сшая урожайность была характерна для сосудов, произвесткованных смесью лиорантов. Последнее обстоятельство связано, очевидно, с устранением де-гцита характерного для большинства почв лёгкого гранулометрического става.

Таблица 2

Урожайность и химический состав растений

Вариант опыта Урожай ность, г/сосуд Са Бг Са/Бг кн5г кд

мг/кг

Опыт № 1

рапс

1. №К (фон) 8.7 14600 94 155 11.1 0.96

2. Фон + КМ по 1Нг 11.9 24300 392 62 5.9 1.21

3. Фон + КМ по 0.5 Нг 11.1 21400 251 85 7.4 1.26

4. Фон + КМ по 0.2 Нг 10.2 19200 157 122 8.8 1.31

5. Фон + КМ по 0.1 Нг*. 9.8 18000 116 155 9.6 1.33

6. Фон + КМ по 0.5 Нг +

доломитовая, мука по 0.5 Нг 11.1 19700 188 105 5.6 1.28

&с, % _ 2.38 4.78 „ _

НСР095 1.40 1381 28.41 - - -

вика

1. №К (фон) 4.2 13400 134 100 12.1 0.92

2. Фон + КМ по 1Нг 6.1 24000 504 48 7.5 0.80

3. Фон + КМ по 0.5 Нг 5.4 20500 422 48 11.9 0.75

4. Фон + КМ по 0.2 Нг 5.4 17400 228 76 11.1 0.90

5. Фон + КМ по 0.1 Нг*. 5.7 16200 254 64 10.8 0.90

6. Фон + КМ по 0.5 Нг +

доломитовая, мука по 0.5 Нг 5.9 18700 335 55 8.8 0.58

5х, % _ 6.82 4.65 _

НСР 095 1.06 384.9 88.8 - - -

яров 1я пшен ица (с< >лома)

1. ЛРК (фон) 9.6 9750 152 62 9.4 1.8

2. Фон + КМ по 1Нг 11.9 19550 592 33 11.6 0.9

3. Фон + КМ по 0.5 Нг 11.0 13270 275 48 5.5 1.2

4. Фон + КМ по 0.2 Нг 10.3 10650 157 68 4.5 1.4

5. Фон + КМ по 0.1 Нг*. 11.2 11550 206 56 5.8 1.2

6. Фон + КМ по 0.5 Нг +

доломитовая, мука по 0.5 Нг 11.8 14180 266 53 5.2 1.2

&с, % _ 7.83 8.57 „ _ _

НСР 095 2.42 3061 65.86 - - -

' В этом варианте КМ вносили под рапс и вику

(продолжение таблицы 2)

Вариант опыта Урожай ность, г/сосуд Са Sr Ca/Sr KHSr кд

мг/кг

Опыт № 2

рапс

1. NPK (фон) 6.7 9200 207 5 8.5 2.00

2. Фон + КМ по 1Нг 9.5 22300 766 29 14.8 1.31

3. Фон + КМ по 0.5 Нг 9.2 18900 706 26 24.7 1.23

4. Фон + КМ по 0.2 Нг 8.0 14100 456 31 33.5 1.47

5. Фон + КМ по 0.1 Нг. 7.9 10500 306 34 33.3 1.78

6. Фон + КМ по 0.5 Нг + 10.8 21800 475 46 15.4 1.08

гажа по 0.5 Нг

7. Фон + КМ по 0.5 Нг + 10.5 20300 511 39 17.6 1.70

доломитовая мука по 0.5 Нг

Sx, % • 6.75 5.71 _ _

НСР 095 1.15 3326 82.28 - - -

вика

1. NPK (фон) 1.1 7375 190 39 36.5 9.75

2. Фон + КМ по 1Нг 5.8 29000 '948 31 14.5 1.47

3. Фон + КМ по 0.5 Нг 6.1 17100 571 30 18.1 1.15

4. Фон + КМ по 0.2 Нг 3.5 9875 343 29 18.2 1.03

5. Фон + КМ по 0.1 Нг 2.2 10725 282 38 20.4 2.00

6. Фон + КМ по 0.5 Нг + га-

жа по 0.5 Нг 6.6 25325 515 49 16.2 1.25

7. Фон + КМ по 0.5 Нг + до-

ломитовая мука по 0.5 Нг 6.8 20000 518 39 18.6 1.11

Sx. % 3.85 3.89 _

НСР 095 0.47 1931 55.07 - - -

Отсутствие положительного эффекта от известкования мелом на продуктивность вегетативной массы пшеницы (2-й год последействия) объясняется с >дной стороны достаточным исходным запасом доступных соединений кальция I нативной почве, пополняющихся при минерализации корневых остатков трав, : другой - относительно низкой потребностью в кальции этой культуры Небольсин, 1997).

В целом, анализ данных урожайности растений по опытам убеждает в вы-окой эффективности конверсионного мела.

Исследования выявили наличие сильной положительной связи между концентрацией подвижных форм Ми в почвах и его накоплением растениями Коэффициенты корреляции составили по опытам 0.90 и 0.96.

Содержание Мп в тканях растений опыта № 1 не превышало порогового уровня его концентрации (500 мг/кг), при котором растения испытывают угнетение (Кабата-Пендиас, 1989).

В опыте № 2, содержание марганца в растениях контрольных вариантов превышало пороговый уровень (растения рапса накапливали Мп 693, а растения вики - 1958 мг/кг воздушно-сухой массы). Применение мела позволило снизить содержание марганца в растениях до безопасного уровня. Причём, в растениях рапса оно было достигнуто при внесении даже 0.1 по Нг дозы мела.

Одной из причин вредоносного воздействия Мп на растения является нарушение поглощения Ре (Кабата-Пендиас, 1989). В наших опытах растения из контрольных сосудов (за исключением рапса, опыт № 1) накапливали марганца больше, чем железа. Положительное влияние использования мела выразилось в том, что соотношение Ре/Мп в растениях сужалось и в ряде вариантов достигало своего оптимума.

Анализ данных химического состава растений позволил установить, что обогащение почв кальцием и стронцием в результате применения мела способствовало усилению их поступления в растения. Чем выше доза внесения мела, тем больше щелочноземельных металлов накапливали растения.

Уравнения регрессии, описывающие зависимости между концентрацией кальция и стронция в почвах и их накоплением растениями, приведены в табл.3.

Рапс, выращенный на почвах с низкой емкостью катионного поглощения, накапливал стронция в 2-3 раза больше, чем на почве с высокой емкостью, однако во всех опытах использование мела в чистом виде привело к сужению кальций-стронциевого отношения в растениях.

Неблагоприятное (менее 80) отношение Са.Бг выявлено в рапсе, выращенном на почве 1, произвесткованной дозой мела по полной Нг. Уменьшение дозы мела в большинстве вариантов, а также искусственное расширение отношения Са:Бг в почве путем добавления к отходу доломитовой муки способствовало улучшению кальций-стронциевого отношения в растениях.

В последействии мела (опыт № 1) отношение Са:Бг в растениях вики и пшеницы было неблагоприятным во всех вариантах. Очевидно, это вызвано более полным растворением мела в год последействия.

В опыте, заложенном на почве с низкой ёмкостью катионного обмена, ни в одном из вариантов опыта с известкованием не удалось получить продукцию растениеводства с кальций - стронциевым отношением более 80.

Вика, выращенная на почве с низкой ёмкостью катионного обмена, накапливала стронция в 1.1 - 1.9 раз больше, чем на почве с высокой ёмкостью поглощения. При этом, использование смеси мелиорантов также способствовало расширению отношения указанных металлов в зелёной массе растений. По-

следнее обстоятельство позволяет наметить пути, снижающие поступление стронция в продукцию растениеводства при известковании почв мелом.

Таблица 3

Зависимость между концентрацией подвижных форм кальция и стронция в почвах и их накоплением растениями

Элемент Уравнения регрессии

Опыт №1

рапс вика пшеница

Са * X у = 9586.42 + 7.23*2. 10"

У 0.05 + 0.0028г } 0.44 + 0.03*

Эг .у = 53+ 5.24* у = 1313.8* »(87.5 + *) у = 132.995 + 0.0493*2

Опыт №2

рапс вика

Са 100* У~ 0.10 + 0.936* . у = 029 + 18.85* опыт не проводился

Бг „„,, , 5343.9 у = 874.6-- X у = 108.28 + 13.36*

х - концентрация элемента в почве, у - концентрация элемента в растениях

Важно подчеркнуть, что вегетативная масса неудовлетворительного качества по показателю кальций-стронциевого отношения в опытах получена на почвах с благоприятным, согласно "Методическим указаниям...", отношением валовых форм кальция и стронция. При этом общее содержание стронция в почвах было значительно ниже не только порогового уровня (500 мг/кг), при котором использование мела не рекомендовано, но и его кларкового содержания (300 мг/кг).

Корреляционный анализ выявил сильную и среднюю положительную связь между отношением подвижных форм кальция и стронция, содержащихся в почвах опытов, и отношением концентрации этих металлов в тканях растений. Коэффициенты корреляции для рапса в первом опыте составили: г=0.92, для вики: г=0.79. В опыте № 2 для рапса г=0.68 и г=0.34 для вики.

Это свидетельствует о конкурентном характере поступления щелочноземельных металлов в растения. Следовательно, знание порогового отношения подвижных форм кальция к стронцию, содержащихся в почвах, может лечь в основу разработки рекомендаций для безопасного использования мела под конкретные сельскохозяйственные культуры.

Коэффициенты накопления стронция растениями в опытах оказались очень велики (5.9-39.8), что согласуется с данными, приведёнными в работе (Быхун, Кращенко, 1980). При этом, чем ниже доза внесения мела, тем выше коэффициент накопления стронция растениями.

Анализ величин коэффициентов накопления кроме того показал, что на почвах с низкой ёмкостью катионного обмена и низким исходным содержанием кальция коэффициент накопления стронция растениями оказался выше, чем у растений, выращенных на почвах с высокой ёмкостью обменного поглощения и высоким содержанием кальция. Однако, дискриминация кальция стронцием при поступлении в растения была выявлена только в растениях вики (опыт № 1), где коэффициент дискриминации был меньше 1. Во всех других опытах наблюдалась дискриминация стронция кальцием.

В целом, результаты опытов свидетельствуют о высокой аккумуляции стронция растениями.

В наших экспериментах чётких закономерностей, свидетельствующих о преимущественном накоплении стронция представителем какого-либо из биологических семейств, выявить не удалось. Вика, выращенная на почве с высокой ёмкостью катионного обмена, накапливала стронция в 1.4-1.8 раза больше, чем рапс. На почве с низкой ёмкостыЬ эта закономерность подтвердилась только в варианте с использованием мела в дозе равной полной Нг. Во всех других вариантах опыта № 2 рапс поглощал стронций интенсивнее вики.

Растения пшеницы (опыт № 1) в вариантах с известкованием накапливали стронция больше, чем рапс, но меньше, чем вика. В контрольном варианте этого опыта концентрация стронция в вегетативной массе пшеницы была выше, чем в вике и рапсе. Очевидно, вопрос о сравнительном накоплении стронция растениями из различных биологических семейств при использовании мела требует специального изучения.

По результатам проведённых опытов мы попытались провести ранжирование факторов, влияющих на накопление стронция растениями, выращенными с использованием мела по мере значимости: доза внесения мела > исходное кальций-стронциевое отношение металлов в почве (исходное содержание в мелиорируемой почве подвижного кальция) > ёмкость катионного обмена почв > биологическое семейство растений.

ВЫВОДЫ

1. Использование отходного мела АО "Акрон" (г. Новгород) в качестве мелиоранта снижало обменную и гидролитическую кислотность почв, а также способствовало осаждению фитотоксичных катионов А1, Мл и Ее. Положительное влияние известкования на эти показатели выявлено даже при использовании низких доз мела, которое прослеживалось на 3-й год после его внесения.

2. Известкование мелом привело к увеличению валовых запасов щелочноземельных металлов в почвах.. По мере растворения мела, на 2-й и 3-й год проведения эксперимента, концентрация подвижных и водорастворимых форм соединений кальция и стронция в почвах возрастает.

3. Применение мела способствовало сужению кальций-стронциевого отношения в почвах. Чем выше доза внесения мела, тем уже отношение щелочноземельных металлов в почвах.

4. Известкование мелом не привело к изменению содержания гумуса дерново-подзолистой супесчаной почвы, но способствовало изменению его состава. Состав гумуса из категории гуматно-фульватного перешел в категорию фульватао-гуматного. Под действием мела содержание 1-й фракции ГК уменьшается, а 2-й фракции увеличивается.

5. Содержание кальция и стронция в 1-й фракции гуминовых кислот, доминирующих в составе гумуса дерново-подзолистых почв, различно. В неиз-весткованной почве на её долю приходится 0.6 % от валового содержания кальция и 49.9 % от валового содержания стронция. Абсолютное содержание стронция в составе гуминовых кислот 1-й фракции почти в 6 раз превысило количество поглощённого кальция. После известкования доля кальция и стронция, поглощённого ГК 1-й фракции от их общего содержания составила соответствен-то 0.76 и 21.2 %.

6. Применение мела оказывало положительное влияние на урожай' сель-жохозяйственных культур. Достоверная прибавка урожая рапса в год внесения юлучена даже при использовании мела в дозе 0.2 Нг. В год последействия Зиомасса вики при мелиорации почвы была также выше, чем у растений из кон-грольных вариантов.

7. Использование мела способствовало снижению поступления из почвы в эастения Мп и Ре, что привело к изменению их соотношения в растениях.

8. Поглощение стронция растениями зависит от дозы внесения мела, ис-содного содержания кальция в почвах и их гумусированности. Установлен кон-сурентный характер поступления кальция и стронция в растения при примене-ши мела. Чётких закономерностей, свидетельствующих о преимущественном тоглощении стронция представителем того или иного биологического семейства установлено не было.

9. Использование мела способствует ухудшению кальций-стронциевого тгошения в растениях. Чем выше доза внесения мела, тем это соотношение 'же. Совместное применение мела с мелиорантами не содержащими стронций фиводит к расширению кальций-стронциевого отношения в растениях.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Влияние конверсионного мела на поступление кальция и стронция в растени рапса. // Тезисы докладов Международной студенческой конференции "Криз* почвенных ресурсов: причины и следствия", С.-Пб, 1997.

2. Влияние различных доз конверсионного мела на переход стронция в расп ния. // Сборник науч. трудов СПбГАУ "Гумус и почвообразование", С.-ГТ 1998, (в соавторстве)

3. Динамика содержания доступных для растений соединений кальция и стро! ция при использовании'конверсионного мела для известкования кислых почв. 7-я научная конференция "XXI век: Молодёжь, Образование, Экология, Н( осфера.", С.-Пб, 1999.

4. Динамика содержания кальция и стронция в почвах, мелиорируемых конве] сионным мелом. // Сборник науч. трудов СПбГАУ "Гумус и почвообразование С.-Пб, 1999. (в соавторстве)

5. Накопление кальция и стронция растениями различных биологических с мейств, выращенных на почвах с различной ёмкостью поглощения после м лиорации конверсионным мелом. // Труды 3-го Международного коллоквиум "Полевые эксперименты - для устойчивого землепользования", С.-Пб., 1999.1 соавторстве)

6. Влияние известкования конверсионным мелом на состав гумусового вещее ва дерново-подзолистой супесчаной почвы. // Сборник науч. трудов СПбГА "Гумус и почвообразование", С.-Пб, 2000. (в соавторстве)

7. Динамика почвенной кислотности и содержание подвижных форм сое дин ний алюминия, марганца и железа в почве при известковании конверсионно мелом. // Агрохимия, № 6,2000. (в соавторстве)

8. Накопление стабильного стронция сельскохозяйственными культурами п| известковании дерново-подзолистых почв конверсионным мелом (по данны вегетационных опытов), Агрохимия, № 9,2000. (в соавторстве)

9. Особенности состава гумусового вещества дерново-подзолистой супесчаш почЬы, произвесткованной конверсионным мелом. II Агрохимия, № 10, 2000. соавторстве)