Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БИОСОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ БИОМАССЫ РЕТСШШТ CHRYZOGENUM, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ САЛАТА

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БИОСОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ БИОМАССЫ РЕТСШШТ CHRYZOGENUM, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ САЛАТА"



На правах рукописи

Ефремова Наталья Евгеньевна

Агроэкологическая оценка биосорбентов на основе биомассы РетсШгшп сНгугодепит, используемых при выращивании

салата

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения Московского государственного университета им, М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор И.В. Верховцева

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Н.Т. Ннловская

кандидат биологических наук, Г. А. Стома

Ведущее учреждение: Научно-исследовательский институт сельского

хозяйства Центральных районов Нечерноземной полосы

Зашита диссертации состоится & * û Ô 2004 г. в 15 ч. 30 мин, в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета К 501.001.05 при МГУ им, М.В. Ломоносова по адресу: 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета

почвоведения МГУ.

Автореферат разослан Û ^f 2004 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на

заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух

; "Ч

экземплярах просим направить по адресу: 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские; горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор г/} Л.М. Полянская

СЛ^ л.м. :

Актуальность темы

t

Высокая антропогенная нагрузка на окружающую среду сопровождается большим количеством загрязняющих веществ, среди которых тяжелые металлы стоят в ряду лидирующих. Известно, что фосфаты, известь и органическое вещество способны снижать подвижность металлов и доступность их растениям. Но дозы этих агрохимических средств при их применении в сельском хозяйстве не всегда могут обеспечить достаточный эффект детоксикаиии (Покровская, 1995; Овчаренко, 2000; Alpastan, Yukselen, 2002), Следовательно, для ремедна-ции загрязненных земель перспективны технологии, использующие сорбенты, способные эффективно связывать тяжелые металлы путем ионного обмена, ком плексообразовання и физической сорбции.

До настоящего времени наиболее известными альтернативными средствами снижения подвижности тяжелых металлов в почве, использующими принцип ионного обмена, являлись цеолиты. Однако сведения об их эффективности не однозначны (Лобода, 2000; Дорошкевич и Убугнов, 2002).

Известны многочисленные работы, посвященные сорбции тяжелых металлов на поверхности биомассы микроорганизмов (Ledin и др., 1999; Taniguchi и др., 2000; Ошаг и др., 1997; Golab и др., 199); Bauer, 1999). Наиболее дешевыми и доступными источниками такой биомассы представляются отходы микробиологических производств, которые в настоящее время утилизируются в ограниченных количествах. Сорбенты, полученные путем химической обработки биомассы (Кириллова и др., 1997), не уступают по своей эффективности синтетическим нонообменникам, но отличаются от них меньшей себестоимостью.

Низкая механическая прочность биосорбентов не позволяет использовать их в очистных сооружениях. Для методов иммобилизации тяжелых металлов в почве, не предполагающих извлечения сорбаионных материалов с адсорбированными на них металлами, механические свойства рр^ц™ пчетт

ния. Перспектива применения биосорбентов в селДском.хоЗ^Й&^ЧИднимает г г'-<л ичзгаюй лнтаратв.«.'

проблемы возможного влияния бносорбентов на растения, их сорбшюнных свойств и потенциальной биодеградируемостн в почвенной среде.

Целью дайной работы явилось изучение эффективности бносорбентов (БС), полученных на основе биомассы Pemciltium chryzogetium (БМ), в уменьшении подвижности форм свинца в агроэкосистеме.

В связи с этим были поставлены следующие задэчи исследований:

1. Определение дозы биосорбентов для дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы и тепличного грунта, не вызывающей эффекта фитотокснч-ностн и негативного влияния на урожай и качество салата,

2. Сравнение действия биосорбентов с действием исходной биомассы Peniciiltum chryzogenum и цеолитов.

3. Изучения влияния различных почвенных условий на эффективность бносорбентов.

4. Оценка способности бносорбентов снижать поступление свинца в растения салата.

5. Изучение влияния биосорбентов на урожай и некоторые качественные показатели растений.

Научная новизна

Впервые изучались сорбциониыс свойства бносорбйгтов, полученных на основе модифицированной биомассы PenicHlium chryzogenum, и исходной биомассы в почвенной среде. Определена доза БС, не вызывавшая эффекта фито-токсичности и не оказывавшая негативного влияния на салат. Дана оценка способности БС снижать поступление свинца в растения салата. Изучено влияние БС на урожай и некоторые показатели качества салата, содержанке в растениях азота, фосфора и калия.

Практическая значимость

Сделан вывод о целесообразности химической обработки биомассы Petti-ciltium chryzogenum для улучшения ее биосорбционных свойств в почвенной

У

среде. Рекомендована доза биосорбентов для внесения в лерново-подзолистую среднесуглиннстую почву и тепличный грунт при выращивании салата.

Апробация работы

Материалы исследования доложены и обсуждены на II съезде биофизиков России (Москва, 1999), IX международной конференции «Ломоносов-2002» (Москва, 2002), X международной конференции «Ломоносов-2003» (Москва, 2003), Всероссийской конференции «VI Докучаевские молодежные чтения» «Город. Почва. Экология» (Санкт-Петербург, 2003), 7-й Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века (Пушимо, 2003).

Публикации

Материалы проведенных исследований изложены в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, глав экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы н приложения.

Работа изложена на .... страницах текста, содержит .... иллюстрации, .... таблиц. Список литературы включает ... наименований, из них ... на иностранных языках.

Объекты и методы исследования

БС представлял собой химически модифицированную мягким щелочным гидролизом биомассу микроскопического гриба РетсНИит сИгую^епшп (БМ) -отхода производства пенициллина. Опытная партия БС была изготовлена в лаборатории биотехнологии в Институте биоорганической химии им, М.М, Шемякина и Ю.А. Овчинникова. Сорбент проявляя свойства поаиамфолитов ами-нокарбоксильного типа с выраженной комплексообраэуюшей способностью. Полная статическая обменная емкость (ПСОЕ) БС по отношению к свинцу, оп-

ределявшаяся в растворе, содержавшем 5 г/л РЪ2*, составляла 500 мг-экв/Ю0г, БС имел следующий состав: 2,9% N; 2,6% Р205; 4% К20; 0,2% S03; 37,5% СаО; 25,2% С.

Исходная БМ была получена на ЗАО «Биохимик» г. Саранска как отход микробиологического производства пенициллина. В сухой БМ содержалось: 5,8% N; 1,5% PiOî; 0,3% К20; 0,6% SOj; 7,3% СаО; 28,8% С.

Свинец присутствовал в БМ и БС в следовых количествах. Активность пенишшшна в БМ отсутствовала. БС и БМ представляли собой гранулы ко-рнчневато-серого цвета, просеянные через сито d=4 мм. В воде распадались с образованием однородной массы.

Цеолиты Сокирнникого месторождения (Украина), состоящие из н ¿модифицированного клиноптилолнта, имели следующий состав, %:

Si02 ~68,0; AliOj =13,0; Са02,7; Mg0-0,5; Na20= 1,6; К:0=2,б Содержание токсичных элементов, мг/кг: свинец -20, кадмий -4, мышьяк-20, ртуть - 10. Они обладали катионообменнон способностью 51,5 мг-эквЛООг. Цеолиты были просеяны через сито <Ь4 мм.

В опытах была использована дерново-подзолистая среднесуглн нистая почва с содержанием 3,1% гумуса, 10,0 мгЛООг азота (нитратного и аммонийного), 44,8 мгЛООг подвижного фосфора и 12,1 мг/100г обменного калия; рНки 5,3. Для создания агрохимических фонов и в модельных экспериментах применяли тепличный грунт (торф и вермнкомпост, взятые в равных частях), проанализированный по методикам для дерново-подзолистой почвы. Он содержал 13,3% Сорт, 63,7 мгЛООг азота (ннтратного и аммонийного), 673 мг/100г подвижного фосфора и 245 мгЛООг обменного калия; рНка 5,2. Содержание подвижного и кислоторастворимого свинца в почве и тепличном грунте было ниже предела чувствительности метода определения. Для известкования почвы использовался CaCOj марки «ХЧ». При создании загрязненного фона применяли азотнокислую соль свинца марки «ОСЧ».

Концентрация ВС, не вызывавшая эффекта

фнтотоксичности, была определена методом биотестировання (Практикум по агрохимии, 2001), где в качестве тест-культур использовали семена редиса и салата, а также в модельных опытах, В биотесте, модельных экспериментах и последующих вегетационных опытах выращивали салат листовой сорта «Московский парниковый». Для определения оптимальной концентрации БС (первый модельный опыт), в салате определяли содержание аскорбиновой кислоты (ЛК) по Муррн. Во втором модельном опыте сравнивали способность БС, внесенных в почву в оптимальной концентрации, снижать поступление в салат кадмия, цинка и свинца. В третьем модельном опыте определяли содержание водорастворимых <|юрм кадмия, цинка и свиниа в тепличном грунте через 1, 3 и 6 месяцев компостирования с БС при комнатной температуре.

В июне н августе 2002 г были проведены вегетационные опыты по схеме, представленной в таблице 1.

В течение 30 дней салат выращивали на трех агрохимических фонач в вегетационных сосудах емкостью 2 л. Доза тепличного грунта соответствовала 20 т/га. Известь вносили по одной гидролитической кислотности. БС, БМ и цеолиты были внесены в количестве 0,25% от массы почвы. Для создания загрязненного фона на вариантах U10 (табл. 1) вносили свинец в количестве 195 мг/кг (3 ПДК).

Средняя дневная температура в июне составляла +35°С, в августе +23иС. Влажность почвы в июне поддерживалась на уровне 50-80% ПВ, в августе - 7080% ПВ.

В свежем растительном материале, взятом с вариантов опыта без загрязнения Pb (11-19, табл. 1), в день снятия урожая определяли содержание АК по Мурри. Растения незагрязненных вариантов высушивали и озодяли по Гинзбург и определяли в них содержание общего азота по Кьельдалго, обшего фосфора и калия по стандартным методикам. Также в сухом растительном материале определяли количество минерального фосфора, углеводов (моносахари-

лы и сумма углеводов) фотометрически с пикриновой кислотой по модификации Соловьева.

Таблица 1. Схема опыта

Фон Варианты

Дер но во-подзол и стая почва 1. контроль+свинеп

2. биосорбенты+свинец

3. биомасса+свинец

4. цеолиты+свинеи

Дерново-подзолистая почва + тепличный грунт 5, контролъ+свинец

6, биосорбенты+свинец

7. биомасса+свинец

Дер ново-подзолистая почва + тепличный грунт + известь В. ко 1 прол ь+с ви ней

9. биосорбенты+свинец

10. биомасса+свинец

Дерново-подзолистая почва 11. контроль

12. биосорбенты

13. биомасса

Дерново-подзолистая почва + тепличный грунт 14, контроль

15, биосорбенты

16, биомасса

Дерново-подзолистая почва + тепличный грунт + известь 17. контроль

18. биосорбенты

19. биомасса

В почвенных образцах незагрязненных вариантов определяли рН водной вытяжки, рНкс.ч и обменную кислотность по Соколову, гидролитическую кислотность по Каппену и сумму поглощенных оснований по Каппену-Гильковицу. Также анализировали минеральные формы азота: аммонийный -фотоколориметри чески с реактивом Несслера, нитратный - по Грандваль-Ляжу. Подвижный фосфор и обменный калий определяли по Кирсанову.

В растительных образцах, взятых с загрязненных агрохимических фонов, после сухого озоления определяли содержание свинца. В образцах почвы, взятых с загрязненных вариантов, определяли содержание свинца в водной, аце-татно-аммонийно-буферной (ААБ) (рН 4,8) и 1 М НС1 вытяжках (Практикум ло агрохимии, 2001). Содержание тяжелых металлов в почвенных вытяжках и растениях определяли методом атомно-абсорбциоиной спектроскопии на

тениях определяли методом атомно- абсорбционной спектроскопии на приборе Spectr АА фирмы Varían.

Для статистической обработки результатов и их графического представления использовали MS Exel-95.

Результаты и обсуждение

Определение оптимальной концентрации биосорбентов, длительности и характера их воздействия на тяжелые металлы в тепличном грунте

В тестах на фитотоксичность, проведенных до закладки модельных и вегетационных опытов, учитывали длину корней проростков салата при концентрациях 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0% БС от массы сухой почвы. Эффект фиг ©токсичности наблюдали при внесении в почву 1,0% БС и более. При внесении в почву 0,5% БС длина проростков салата достоверно не менялась, а в биотесте с использованием семян редиса был отмечен стимулирующий эффект. Результаты тестов на фитотоксичность дали основание предполагать, что оптимальная для растений концентрация БС не должна превышать 0,5% от массы почвы.

В первом модельном опыте БС были внесены в грунт в концентрациях 0,5 и 0,25% от его массы. Показано, что при внесении 0,5% БС, увеличение среднего веса салата сопровождалось снижением в нем концентрации АК. На варианте с 0,25% БС концентрация АК в растениях достоверно не изменялась относительно контроля, а масса растений увеличивалась в большей степени, чем на варианте с 0,5% БС. По результатам биотестов и первого модельного опыта был сделан вывод, что максимальная концентрация БС в почве, не вызывающая эффекта фитотоксичности и не оказывающая негативного влияния на качество салата, составляет 0,25% от массы почвы.

Во втором модельном опыте сравнивали способность БС в концентрации 0,25% снижать поступление в растения салата кадмия, цинка и свинца. Показано, что БС увеличивали концентрацию кадмия в салате, снижали содержание цинка и, в большей степени, - свинца. Исходя из полученных в модельном

опыте данных, свинец был выбран в качестве объекта исследования в последующих вегетационных экспериментах.

В третьем модельном опыте изучали продолжительность влияния ВС на содержание водорастворимых форм кадмия, цинка и свинца в субстрате на примере тепличного грунта. Показано, что концентрация свинца в вытяжке была ниже чувствительности метода определения. Однако, внесение БС в тепличный грунт приводило к повышению содержания водорастворимого кадмия и снижению концентрации цинка. Различия в концентрациях металлов на контроле и на варианте с БС были отмечены через 1 и 3 месяца; через б месяцев они не были достоверными. Очевидно, разложение БС происходило через б месяцев компостирования. Поскольку модельный опыт проводили в условиях, способствующих минерализации органического вещества, то, по-видимому, иммобилизующее действие БС должно охватывать период вегетации салата.

Свинец в системе почва-растение в связи с применением биосорбентов, немодифицированной биомассы Р. сЬгуюдвпит и цеолитов

Концентрация свинца в водной почвенной вытяжке обоих вегетационных опытов была ниже предела чувствительности атомно-абсорбционного метода. Информативны были только результаты, полученные при определении РЬ в кислотной и ЛЛБ вытяжках (рис. 1).

Анализ показал, что в августе, в целом, было более высокое содержание свинца в почвенных вытяжках, чем в июне. Очевидно, причина наблюдаемого явления заключается том, что при повышенной температуре в июне за сутки происходила большая потеря воды из сосудов, чем в августе. Известно, что в восстановительных условиях повышается подвижность тяжелых металлов (Рогйпег, 1991; СЬаг!а1сЬка и СашЬпег, 2000). При влажности 80% ПВ, благоприятной для развития салата, в почве частично создавались анаэробные условия с преобладанием восстановительных процессов. В нюне за сутки влажность

» почве снижалась до 50%, и августе - до 70%, создавая лучшие условия для повышения подвижности свинца.

Июнь

Почва

I Почва+тепличный ( Почва+тепличный

грунт

!

грунт щзвесть

Рис. I. Изменение содержания в почве свинца при применении ЕС, БМ и цеолитоп

ЛЛБ - аиетатно-аммоннНный буфер рН 4,8; НС1 - солянокислая вытяжка 1 М

Как известно, органическое вещество, в зависимости от состава, может оказывать различное влияние на подвижность ТМ в почве (Обухов, Плеханова, 1995; Черных, 1995; З^штап, 1995; Ыеа1, ЭрозИо, 1986; Садовникова, )995). В условиях данного опыта именно органическое вещество тепличного грунта, внесенного на неизвесткованном фоне в июне, очевидно, повышало содержание подвижных и кислоторастворимых соединений РЬ в почве, поскольку рН солевой вытяжки при внесении в дерново-подзолистую почву тепличного грунта достоверно не снижался (рис. 2). Возможно, специфическое влияние органического вещества на подвижность металла оказывали соединения, образующиеся при его разложении в почве в окислительных условиях. По-видимому, в августе органическое вещество тепличного грунта в меньшей степени было подвержено этому процессу, вследствие чего содержание свинца в почвенных вытяжках на контроле дерново-подзолистой почвы и почвы с тепличным грунтом существенно не отличались (рис. I). Известкование приводило к снижению содержания свинца в вытяжках контрольных вариантов.

Внесение БС в почву в июне практически не оказало влияния на содержание свинца в вытяжках на фоне дерново-подзолистой почвы и известкованной дсрново-нодзолистой почвы с тепличным грунтом (рис. I). В августе ВС снижали содержание подвижного свинца на первых двух агрохимических фонах и слабо повышали на третьем фоне. При этом концентрация кислоторас-творимого свинца на всех фонах при применении БС уменьшалась. Общим для опытов в нюне и августе было положительное действие БС на содержание свинца в обеих вытяжках на фоне неизвесткованной почвы с тепличным грунтом. Но если в первом опыте содержание свннца в вытяжках снижалось в среднем в 2 раза, то во втором — только на 10®о. Сорбциокная емкость БС в почвенной среде на данном фоне в июне составляла 160±40 мг-экв/100г по отношению к подвижному свинцу и 5б0±40 мг-экв/100г по кислоторастворимому.

БМ в июне снижала содержание свинца в вытяжках на фоне почвы с тепличным грунтом наравне с БС; в августе сорбционный эффект был слабее. На

первом фоне в июне происходило увеличение содержания РЬ в вытяжках варианта с БМ относительно контроля, а в августе концентрация свинца в ААБ-вытяжке не изменялась и слабо снижалась в HCl-вытяжке. На фоне извести в нюне отсутствовал эффект от внесения БМ, а в августе БМ уменьшала концентрацию свинца в вытяжках. Таким образом, влияние БМ на содержание свинца в почвенных вытяжках отличалось нестабильностью и разноналравленностью в зависимости от экологических условий при ее применении.

Известно, что на подвижность свинца в почве в наибольшей степени влияют кислотность, содержание органического вещества и фосфаты. Однако в обоих опытах не прослеживалась прямая связь между содержанием свинца в вытяжках, реакцией среды и содержанием фосфора (рис. 2, табл. 3), а количество углерода, внесенное с БС и БМ, было не существенно для показателя Cw в почве. Это может говорить о включении иных механизмов иммобилизации РЬ в БС и БМ, чем при применении известкования, органических и фосфорных удобрений.

Цеолиты, при внесении их в июне, способствовали увеличению содержания РЬ в вытяжках, что приравнивало их к действию на данном фоне к БМ. В августе они снизили количество свинца в обеих вытяжках, но оказали более слабое действие, чем БС на этом фоне.

Сравнение массы растений контрольных вариантов загрязненной и незагрязненной почвы показало отсутствие токсического влияния свинца в выбранной концентрации (табл. 2, 5), Тепличный грунт достоверно повышал массу растений на контроле. Известкование почвы с тепличным грунтом несущественно отразилось на урожае салата.

Стимулирующее действие БС и БМ на средний вес растений и в июне, и в августе проявилось на всех агрохимических фонах, однако наибольший положительный эффект был отмечен на первом фоне. Цеолиты не оказали влияния на урожай салата в обоих опытах.

Содержание свинца в почвенных вытяжках (рис. 1) не отражало его поступление в растения салата (табл. 2). Несмотря на повышенную концентрацию свинца в почвенных вытяжках в августе (рис. 1), содержание металла в растениях контрольных вариантов было ниже, чем в нюне (табл. 2).

Таблица 2. Влияние БС, БМ и цеолитов на выкос свинца салатом

Опыт Фон Вариант Масса 100 растений, г Содержание РЬ, мг/кг сырой массы Вынос, мг/100 растений

Июнь почва контроль 122 и 0.13

БС 226 0.56 0,13

БМ 306 0.66 0,2

цеолиты 145 1,4 0.2

почва-тепличный грунт контроль 1В0 1.07 0,19

БС 238 0.49 0.12

БМ 405 0.58 0.24

почва+тегшинный rpyirr+HjBecTb контроль 207 0.9 0.19

БС 238 0.7 0.18

БМ 371 0.84 0,31

Hep«.», 57 0.11 0.01

Август почва контроль 136 0.52 0.07

БС 376 0,4 S 0.17

БМ 207 0.43 0.09

цеолиты 137 0.52 0.07

почва+тсм ичный грунт контроль 157 0,72 0.U

БС 427 0.7 S 0.32

БМ 204 0.76 0.16

поч ва+тепли чный грунт+нэ весть контроль 142 0,64 0,09

БС 348 0.66 0.23

БМ 150 0,62 0.09

НСРом 130 0.06 0.01

На вариантах с БС в июне на всех фонах увеличение среднего веса растений сопровождалось уменьшением как содержания металла в салаге, так и его выносом в пересчете на 100 растений. БС снижали концентрацию свннда в салаге от 2 ПДК до уровня 1 ГЩК (0,5 мг/кг сырой массы) на дерново-подзолистой почве и почве с тепличным грунтом (первый и второй экспериментальный фоны). Известкование снижало влияние БС на поступление метал-

ла в растения. При уменьшении концентрации свинца в салате на варианте с БС известкованного фона, вынос его практически не отличался от контроля.

В августе слабое снижение концентрации свинца в салате иод влиянием БС было отмечено только на дерново-подзолистой почве. Вынос же металла с урожаем при применении БС в атом месяце намного превышал контроль на всех фонах.

В июне БС и БМ в равной степени снижали концентрацию свинца в салате на дерново-подзолистой почве и при добавлении в нее тепличного грунта. Сравнение действия БС и БМ в июньском опыте приводит к выводу, что БМ оказалась способна снижать концентрацию металла в растениях только за счет эффекта разбавления при увеличении урожая, а БС снижали поступление свинца в растения. Конкурентное влияние извести по отношению к доступным растениям соединениям свннна в большей степени ослабило сорбционное действие БМ,- чем БС.

Действие БМ на концентрацию свиииа в салате в августе не отличалось от действия БС. Но количество свинца в 100 растениях салата на известкованном фоне не отличалось от контроля, а на фоне дерново-подзолистой почвы и почвы с тепличным грунтом превышало контроль гораздо в меньшей степени, чем на вариантах с БС.

На варианте с цеолитами в июне была отмечена наибольшая концентрация РЬ в растениях. Поэтому, при отсутствии отличий по массе растений в сравнении с контрольным вариантом, вынос металла с урожаем на этом фоне был также повышенным. Цеолиты в августе не оказали влияния на содержание свинца в салате и его вынос со 100 растениями.

Зависимости межцу поступлением металла в растения (табл. 2) и содержанием в почве доступного фосфора и рН солевой вытяжки (табл. 3, рис. 2) в июне и августе не прослеживалось.

Влияние биосорбентов и немодифицироаанной биомассы Р. сЬгугодепит на агрохимические показатели почвы, урожай и качество листового салата

Температурные условия во время проведения опытов во многом обусловили различия в полученных за два вегетационных периода данных. Во время первого опыта средняя дневная температура намного превышает оптимальную температуру для выращивания салата, Более благоприятны были температурные условия вюрого опыта.

Почва

Почаа+теппичный Почва *теп личный грунт грунг+известь

□ июнь Ш август

Рис. 2. Изменение рН^о при применении БС, БМ и цеолитов

В июне ни на одном из вариантов реакция среды (рис. 2) не выходила из пределов, оптимальных для роста и развития салага {рН 6,1-6,6). В августе на контроле перного и второго фонов рН солевой вытяжки был немного ниже оптимального, что существенно не отразилось на массе растений (табл. 5).

Внесение БС на всех вариантах обоих опытов благоприятно отразилось на урожайных данных салата (табл. 5). Масса растений первого опыта на вариантах с БС превышала массу контрольных растений в среднем в 1,7 раза. Условия второго опыта позволили в большей степени проявиться стимулирующим свойствам БС. Максимально контрастные (в 3,4 раза) различия между коитро-

лем и вариантами с БС были на фоне дерново-подзолистой почвы и почвы с тепличным грунтом. Известкование ослабило эффект, снизив различил до 2,2 раза.

Таблица 3. Содержание азота (нитратного и аммонийного), подвижного

фосфора и обменного калия в почве (мг/1 ООг почвы)

Опыт Фон Вариант N-N01 ЕМ Р10) КЮ

Июнь почва контроль 12,7 0,21 12,91 45,48 10,69

БС 12,35 0,04 12.39 81.5 20,25

БМ 12.5 0.09 12,59 60.65 10.92

почва-ь тепличный грунт контроль 11.72 0,49 12.21 49,27 11.38

БС 11.11 0,71 11,82 68,23 19,57

БМ 12.53 1.1 13,63 58,76 10.01

почва4-тепличный грунт»-известь контроль 12.9 Б 3.36 16.34 49,27 11.15

БС 12.25 0,9 13,¡5 72,02 20.48

БМ 1 13,46 0.25 13,71 1 62.55 12.74

НСРо« 0,76 0.01 0.77 123,33 1,67

Август почва контроль 12,7 0,21 12.91 49,27 11.15

ЕС 1 12.63 0,01 12,64 72,02 21,84

СМ 12.69 0,02 12,71 53,07 10,69

почва* тепличный грунт контроль 11.75 0,0 11.75 43.59 15,24

БС 11.14 0.72 П.86 68,23 1 21.39

БМ 12,65 1.17 13.82 58.76 | 15.02

почва+ тепличный г рунт+известь контроль 13,48 3,74 17.22 62.55 | 15.02

БС 13.11 0.32 13.43 68,23 1 21.84

БМ 13,79 0.27 ) 14.06 54,97 13,65

НСРОЧ! 0.55 0,02 | 0,57 33.85 1,67

В условиях экстремально высоких температур первого опыта БМ в большей степени, чем БС, способствовала увеличению среднего веса растений. Рост урожая на вариантах с БМ второго опыта был статистически достоверным только для двух первых агрохимических фонов (в 2,3 раза).

Для повышения урожайности вегетативной массы салата наиболее важная роль принадлежит азоту. Дерново-подзолистая почва, использовавшаяся в опытах, была высоко обеспечена доступным азотом, а также фосфором (табл. 3) для выращивания овощных культур (Минеев, 1990). С БС почва получала 7,3 мг общего азота в расчете на 100 г почвы. БМ обогащала почву на 14,4 мг/100г

общего азота. Но на первом н втором агрохимических фоках обоих опытов отличия в содержании минерального (аммонийного и нитратного) азота в почве контроля н вариантов с БС несущественны, а на третьем фоне при внесении БС наблюдали уменьшение его количества. БМ не влияла на концентрацию минерального азота в почве первого фона, повышала ее на втором и снижала на третьем фоне. Таким образом, известкование способствует снижению содержания доступного растениям азота при применении БС и БМ.

Таблица 4. Содержание азота, фосфора и калия в салате (%)

Опыт Фон Вариа(гг N Р20^ РгО^ама ГР2О. К1О

Июнь почва контроль 4,01 0.36 0.3 0.66 2.49

БС 4,1 0,79 0,53 1.32 3,49

БМ 4,1 0.16 0.5 0.66 2.58

поч м+теплнч ный грукг контроль 4,15 0,74 0,33 1,07 3,07

БС 4.3 0,81 0,68 1,49 3.74

БМ 4,2 0.87 0.41 1.28 3.16

почва Не пличный грунгтщвесть контроль й,1 0.61 0.33 0.94 2,49

БС 4,15 0.93 0.34 1.27 3,16

БМ 0,92 0,4 1.32 3.24

НСРс.« 3.24 0.33 О.01 0,34 0,65

Август почва контроль ■м 0.26 0,33 0.59 2.49

БС 4.25 0,83 0,53 1,36 4.07

БМ 4,2 0.92 0,44 1,36 2,58

поч вз ■Нгепл ичн ы й грунт контроль 4,24 0,95 0.33 1.28 2,66

БС 4,35 0,85 0.66 1.51 3,99

БМ 4.3 0.96 0,47 1.43 2.83

почга-тепличный грунт+из весть контроль 4.17 0,51 0,36 0.87 2,49"

БС 4,23 1.15 0.38 1.53 12.82

БМ 4,2 1.13 0,38 1,51 ! 2.41

НСРл4» 1,24 0,33 0,01 10.34 ¡0,65

Очевидно, содержание азота в почве не являлось лимитирующим фактором для роста салата. Изменения содержания в почве доступных форм азота не отразились на его концентрации в растениях, остававшейся постоянной на всех вариантах обоих опытов, В связи с увеличением урожая на вариантах с БС и БМ, вынос элемента растениями салата на них был также повышенным.

Салат нуждается в меньшем количестве фосфора, чем азота и калия (Конокков и др., 1986; Переднее, ЖаСровская, 1996, 1998). Как правило, фосфора выкосится с урожаем салата в 4-5 раз меньше, чем азота. Вклад БС и БМ в повышение общего содержания фосфора в почве соответствующих вариантов составлял 6,5 н 3,8 мг/100г соответственно. Такое количество фосфора не могло существенно повысить содержание его подвижных форм (табл. 3). Тем не менее, в июне на первом фоне БС достоверно повышали его содержание в 1,8 раза (на 36 мг/ЮОг), а на втором и третьем фонах прослеживалась тенденция к повышению. Вероятно, в данном случае имели значение сорбционные свойства БС, которые приводили к смещению ионного равновесия. Органическое вещество тепличного грунта могло экранировать БС и снижать его ионообменные свойства. В августе изменение содержания подвижного фосфора в почве при применении БС были недостоверны, хотя прослеживалась тенденция к увеличению его концентрации относительно контроля. На вариантах с БМ в обоих опытах увеличение концентрации фосфора было несущественным.

Содержание общего фосфора в растениях при внесении БС в июне на дерново-подзолистой почве и почве с тепличным грунтом повышалось относительно контроля. Максимальный эффект от внесения БС наблюдали на дерново-подзолистой почве, когда концентрация общего фосфора в салате возросла в 2 раза. По-видимому, на фоне почвы с тепличным фунтом внесение дополнительного количества фосфора с БС приводило к его избыточному поступлению в растения, поскольку относительное содержание органического фосфора в салате повышалось за счет уменьшения концентрации минерального фосфора. Известкование третьего фона снижало этот эффект.

БМ в первом опыте достоверно не влияла на общее содержание фосфора в растениях. В условиях августа сохранялась тенденция повышения содержания общего фосфора в растениях на вариантах с БС и БМ, но достоверным оно было на дерново-подзолистой почве и известкованной почве с тепличным грун-

том. Тенденции в соотношениях между фракциями фосфора в растениях при применении БС, отмеченные для июня, были справедливы н для августа.

Таблица 5. Средняя масса 100 растений салата вариантов без загрязнения

свинцом. Вынос азота, фосфора и калия со 100 растениями

Опыт Фон Вариант Масса, г N»6». мг Р305, мг КаО. мг

Июнь почва контроль 127 0.52 0,09 ■ 0,33

БС 250 1.06 0.34 0,9

БМ 299 1.26 0.2 0,79

поч ва+тепд ичный грунт контроль 152 0.65 0.17 0.48

БС 232 1.03 0,36 0,89

БМ 293 1.27 0.39 0.95

поч ва+тепл ичный г рун г+известь контроль 150 0.63 0.15 0,38

БС 253 1.08 0,33 0,82

БМ 290 1.22 0.39 0,97

НСРо», 57 0,07 0.02 0.01

Август почва контроль 107 0.36 0.05 0,22

БС 363 1.3 0,42 1,24

БМ 239 0.83 0.27 0,51

поч ва+тепл ичный грунт контроль III 0.39 0,12 0,25

ЕС 381 1,38 0,48 1.26

БМ 273 0.97 0,32 0.64

поч ва+тепл ич к ы й грунт* известь контроль 125 0,43 0.09 0.26

БС 270 0,95 0,34 0,63

БМ 132 0,46 0,17 0.26

НСРо.« 30 0,03 0.01 0.02

Обеспеченность дерново-подзолистой почвы калием (табл. 3) в июне была низкая, в соответствии с градацией содержания калия в почве (Мипеев, 1990). Во втором опыте внесение тепличного грунта переводило почву в разряд среднеобеспеченной калием. Повышение концентрации калия в почве при внесении биосорбентов должно было существенно улучшить калийное состояние почвы и повлиять на поглощение элемента растениями.

При полном переходе калия БС и БМ в обменное состояние, его концентрация в почве должна повышаться на 10 мг/ЮОг и на 0,65 мг/Ю0г, соответственно, учитывая то количество, которое мы вносили в почву. Внесение БМ не

приводило к изменению содержания обменного калия в почве, а БС повышали его на всех фонах на S-9 мг в июне и на 6-10 мг в августе. В связи с этим, можно предполагать слабое связывание калия в БС.

При внесении БС существенным было увеличение концентрации калия в салате на всех фонах обоих урожаев, кроме известкованного фона в августе, где сохранялась тенденция к ее повышению. Влияние БМ было достоверным только на почве с тепличным грунтом и известью в июне. Вероятно, изменения содержания обменного калия при внесении БМ, несущественные в почве, все же проявились в увеличении его концентрации в растениях.

Наибольшее повышение концентрации калия в салате относительно контроля было отмечено на дерново-подзолистой почве (в 1,4 раза в июне и в 1,6 раз в августе) при увеличении содержания обменного калия в почве в 1,9 раз.

Общее количество фосфора и калия, поглощенных растениями салата при применении биосорбентов (табл. 5), увеличилось я большей степени, чем их концентрации в почвенных вытяжках (табл. 3), которые используются для определения доступных форм элементов.

Необходимое человеку количество витамина С во многом пополняется за счет зеленных овощей. Поэтому особую ценность среди качественных характеристик растительной продукции имеет показатель содержания аскорбиновой кислоты.

Содержание витамина С в растениях подвержено значительным колебаниям. Наиболее значимый фактор для этого показателя - температурный режим (Переднев, Жабровская, 1996, 1998; Junduliene, Brazauskiene, 1998; Веселое и др., 1977; Веселов, 2001).

Известно, что в реакциях, протекающих в растениях при неблагоприятных условиях, происходит расход АК (Веселов и др., 1977; Веселое, 2001; Во-darmes, Chan, 1979; Packer и др., 1979; Yamauchi и др., 1984). Можно предположить, что при повышенной температуре первого опыта происходил значительный ее расход, направленный на реконструкцию поврежденных структур и

поддержание метаболизма. Вероятно, снижение содержания витамина С (табл. 6) на вариантах с ЕС в первом опыте может свидетельствовать об усилении защитной реакции растительного организма, хотя не исключено и подавление самого синтеза ЛК. В благоприятных температурных условиях второго опыта ее содержание в салате при применении БС значительно увеличилось.

Если придерживаться гипотезы о повышенном расходе восстановленной формы ЛК в условиях повышенной температуры, то можно сказать, что БМ также как и БС, способствовала усилению защитной реакции растительного организма в июне на фоне почвы о тепличным грунтом и при внесении в нее извести. Повышенное в данных условиях содержание витамина на варианте с БМ на дерново-подзолистой почве, по-видимому, связано с наиболее высоким его синтезом, а не со снижением использования в восстановительных реакциях. При благоприятных погодных условиях второго опыта БМ в большей степени, чем БС, способствовала повышению количества витамина С в салате.

Для качества растительной продукции имеет значение не столько общее количество Сахаров, сколько их фракционный состав. Так, на вкусовые свойства салата, очевидно, должно влиять количество моносахаров. Высокомолекулярные углеводы (целлюлоза и др.) являются главным опорным материалом растительных клеток.

Повышение общего содержания Сахаров в салате па вариантах с БС в обоих опытах было отмечено на дерново-подзолистой почве. Кроме того, в июне концентрация суммы Сахаров при внесении БС повышалась на почве с тепличным грунтом, а в августе — на известкованном фоне (табл. б). При этом снижалось количество и процентное отношение моносахаридов в сумме Сахаров, что свидетельствует об интенсификации синтетических процессов. На известкованном фоне в июне БС снижали общее содержание Сахаров за счет полисахаридов, а на почве с тепличным грунтом в августе уменьшили общее количество Сахаров в большей степени за счет моносахаров. Таким образом, добавление в дерново-подзолистую почву тепличного грунта приводит к неоднознач-

ному влиянию БС на количество и качественный состав Сахаров в растениях салата. Только на дерново-подзолистой почве внесение БС при различных условиях приводит к увеличению суммы Сахаров и способствует более интенсивному синтезу полисахаридов.

Таблица 6. Содержание в салате витамина С и углеводов

Опыт Фон Вариает Витамин С, мГ% Углеводы, %

Моносахариды Полисахариды £ елка-ров

Июнь почва контроль 0,95 8.38 10,36 13,74

БС 0.64 3,16 16 19.16

БМ 1,45 5.36 15,17 20.53

п оч ва+те пличный грунт контроль 3,5 5.23 9,62 14.В5

БС 1.94 3,23 13,69 16,92

БМ 1.58 7.04 11.29 18.33

поч ва+те л л ичный грунт+из весть контроль 1 1,54 4.57 13,74 18,31

БС 1,31 5.66 11,87 17.53

БМ 1,04 5,62 12,91 18.53

НСРп«1 0,23 0,28 0,2 Я 0,21

Август почва контроль 1.57 7,1 11,69 18,79

БС 8,07 5.21 28,2 33,41

БМ 1 16.92 4,89 18.39 23.28

почва+тепличн ы й грунт контроль | 10,23 9,9 25,44 35,34

БС 21,25 7,98 23,77 31,75

БМ 17.71 7,24 16,22 23,46

поч ва+теп л ичный грунт+известь контроль 125.58 6.25 19.83 26.13

БС 131,09 5Г95 25.21 31,16

БМ 140,73 3.84 24.12 27,96

НСРв,! I 2,25 0.28 0.28 0.21

В отношении влияния БМ на синтез Сахаров прослеживается следующая закономерность. В июне БМ в большей степени, чем БС, стимулировала синтез Сахаров, а в августе - в меньшей степени. Так же, как и в случае с БС, на почве с тепличным грунтом в августе на варианте с БМ наблюдается снижение содержания Сахаров. Тенденция увеличения доли полисахаридов в сумме углеводов прослеживалась для обоих урожаев, полученных на варианте с дерново-подзолнстон почвой. Кроме того, подобное распределение между фракциями

Сахаров при внесении БМ происходило в августе на фоне известкования почвы с тепличным грунтом.

Выводы

1. Доза биосорбентов на основе биомассы РетаШит сИгу:о%епит, ~ отхода производства пенициллина, которая не вызывает эффекта фитотоксичности и не оказывает негативного влияния на салат, составляет 0,25% от массы почвы.

2. Биосорбенты способны снижать поступление свинца в растения салата эффективнее, чем исходная биомасса РетаШит скгую^епит и цеолиты при среднесуточных колебаниях влажности почвы от 50% до 80% ГТВ. Известкование дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы с внесенным в нее тепличным грунтом снижает действие биосорбентов.

3. Биосорбенты увеличивают массу растений салата. Содержание аскорбиновой кислоты в салате при применении биосорбсигов увеличивается при оптимальных температурных условиях и снижается при повышенных температурах.

4. В растениях, выращенных на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с биосорбентами, интенсифицируется синтез полисахаридов и снижается содержание моносахаров;

5. Биосорбенты не изменяют концентрацию азота в растениях и повышают содержание калия и фосфора. Известь и органическое вещество в почве препятствуют увеличению концентрации фосфора в растениях при применении биосорбентов и не влияют на концентрацию азота. Известкование дерново-подзолистой почвы с добавленным тепличным грунтом при внесении биосорбентов снижает поглощение калия растениями салата.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

L Кириллова Л.Н., Муравьева М.Б., Козин А.И., Ефремова Н.Е., Елякова Е.Г., Новиков В.П., Мирошников А.И, Природные биосорбенты. II. Исследование свойств биосорбентов, содержащих оксалат кальция. //Биотехнология, 1997, №9-10., с.35-44.

2. Кириллова Л.Н., Муравьева М.Б., Козин А.Н., Ефремова Н.Е., Елякова Е.Г., Дункан П. Р., Мирошнико» А.И. Изменение кристаллической структуры неорганических компонентов природных биосорбентов при взаимодействии с растворами солей тяжелых металлов. //Тсзисы докладов II съезда биофизиков России 23-27 августа 1999г„ Москва, том II. с.597.

3. Ефремова Н.Е., Ли В.Ч., Муравьева М.Б. Применение биосорбентов на основе биомассы РетсШшт chruzogemum для ремедиании почв, загрязненных свиниом. //Современные проблемы биологии, экологии, химии. Региональный сборник научных трудов молодых ученых. Под ред. Казина В.Н. - Яросл. Гос. Ун-т, Ярославль, 2003, с. 110-114.

4. Ефремова Н.Е., Ли В.Ч. Оптимизация концентрации биосорбснтов при их применении в тепличном фунте, //Тезисы докладов IX международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002», секция «Почвоведение» 10 апреля 2002г„ Москва, с.41.

5. Ефремова Н.Е., Ли В.Ч., Муравьева М.Б. Влияние биосорбентов на содержание свинца в почве и растениях. //Тезисы докладов X международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003», секция «Почвоведение» 17 апреля 2003г„ Москва, с.41.

6. Ефремова Н.Е., Ли В.Ч. Примененне биосорбентов для ремедиашш почв, загрязненных тяжелыми металлам и. //Тезисы докладов всероссийской конферен-

ции «VI Докучаевскне молодежные чтения» «Город, Почва. Экология.» 25 февраля 2003 г., Санкт-Петербург, с,61

7. Ефремова Н.Н., Ли В.Ч., Муравьева М.Е. Влияние биосорбе1гтов на урожай и качество салата. //Тезисы докладов 7-й Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века. 14 апреля 2003 г., Пущино, сЛОО.

8. Ефремова Н.Е., Ли Б.Ч., Кириллова Л.Н., Муравьева М.Б., Верховцева Н.В. Свинец в системе почва-растение при использовании бносорбентов.//Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2004, №1, с. 27-29,

Формат 60*90/16, Бумага офс. N2 I.

Печать РИЗО.

Усл. печ.л. 1,0,

Тираж 100 экз. Заказ 4/06

Отпечатано с оригинал-макета в ООО «А1ТХАМАЙЯ». 103220, г. Москва, Башетловская ул. д. 1, корп. I,

ь

«1-78 1 9