Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ КАДМИЕМ, СВИНЦОМ И НИКЕЛЕМ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ КАДМИЕМ, СВИНЦОМ И НИКЕЛЕМ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ"

¿-Ъ £</и.

На правах рукописи

КЕО СОПХЕАК ЛИН

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ И ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ КАДМИЕМ, СВИНЦОМ И НИКЕЛЕМ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ

Специальности: 06.01.04 - агрохимия,

06.01.09 — растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре сечьского хозяйства зарубежных стран Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К А Тимирязева

Научные руководители:

кандидат биологических наук, доцент Н.Г. Ракипов, доктор биологических наук, профессор В.В. (Сидии

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.М. Зубкова,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Е. Долгодворов

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследоватетьский институт агрохимии имени Д Н Прянишникова (ВНИИА)

Защита диссертации состоится « 19» декабря 2005 г в « 14 30 » час на заседании Диссертационного совета Д 220 043 02 при РГАУ - МСХА имени К.А Тимирязева

Адрес 127550, Москва, ул Тимирязевская, 49 Ученый Совет РГАУ - МСХА имени К А Тимирязева

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ - МСХА имени К А Тимирязева

Автореферат разослан » /^г-^'У/ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета -кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постановка цели и задач исследований. Современная цивилизация находится в полной зависимости от широкого ряда металлов, причем непрерывный рост численности населения и связанного с этим ежегодного потребления их на нашей планете неизбежно ведет к экологическим проблемам из-за широкого рассеивания в окружающую среду.

В естественных условиях тяжелые металлы встречаются во всех объектах окружающей среды, и многие из них, жизненно необходимые для нормального роста и развития живых организмов, в чрезмерных концентрациях могут оказывать сильное токсическое действие на живые системы.

Между тем, несмотря на долгую историю связи между металлами и развитием человечества, до сих пор остаются без ответа многие вопросы, связанные с их поведением в окружающей среде, в частности в системе «растение — почва — удобрение». Более того, большинство публикаций ограничивается рассмотрением только одного отдельно взятого элемента, хотя известно, что в объектах окружающей среды металлы редко встречаются отдельно. Сопутствующие элементы, чаще всего это другие тяжелые металлы, могут влиять друг на друга, проявляя ад дитивное, синергетическое или антагонистическое взаимодействия как при поступлении в растения, так и относительно их биологической активности. Кроме того, основная масса публикаций по тяжелым металлам посвящена дикорастущим растениям. Относительно возделываемых растений они изучены весьма слабо, и те немногие публикации, в частности по зерновым культурам, носят весьма противоречивый характер и не дают удовлетворительные ответы на вопросы агрохимика и растениевода.

Цель и задачи исследований. В связи с вышесказанным цель исследований — изучение реакции яровой пшеницы и ярового ячменя на тяжелые металлы кадмий, свинец и никель при загрязнении ими почвы в разной степени и в разных сочетаниях и выявление возможности снижения их токсичности для растений путем варьирования уровня минерального питания и подбора сорта культуры.

В соответствии с поставленной целью в задачу исследований входило:

1. Изучение влияния загрязнения почвы кадмием, свинцом и никелем раздельно и в разных сочетаниях на общую и зерновую продуктивность, структуру урожая яровой пшеницы на разных фонах минерального питания.

2. Оценка влияния загрязнения почвы кадмием, свинцом и никелем на тесноту и направленность корреляционных связей между зерновой продуктивностью растений и отдельными ее элементами у яровой пшеницы на разных фонах минерального питания.

ЦНБ МСХА 1 фонд научной литесглл/пь.

3 Оценка влияния загрязнения почвы тяжелыми металлами при разном уровне минерального питания на содержание и распределение кадмия, свинца и никеля в растениях яровой пшеницы

4. Выявление сортовой реакции яровой пшеницы по зерновой продуктивности и элементам структуры урожая на загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем в разных сочетаниях (на примере трех сортов)

5 Определение реакции сортов яровой пшеницы разного географического происхождения на загрязнение почвы кадмием и выявление фитотоксич-ных концентраций кадмия в растениях (на примере восьми сортов)

6 Выявление связи между экстрагируемостью кадмия и никетя из почвы разными экстрактантами и их поглощением растениями (на примере ярового ячменя)

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований по агрохимии и растениеводству РГАУ - МСХА имени К А Тимирязева Кроме того, при выполнении диссертационной работы принималось во внимание современное состояние и перспективы научных исследований в области агрохимии и растениеводства в стране соискателя — в Королевстве Камбоджа

Научная новизна работы заключается в том, что полученные экспериментальные данные значительно расширяют существующие теоретические представления о поведении наиболее проблемных тяжелых металлов - кадмия, свинца и никеля в системе «растение - почва — удобрение». На примере яровой пшеницы выявлены аддитивные, синергитические и антагонистические взаимодействия между тяжелыми металлами при их поступлении и распределении в растениях, а также относительно их влияния на общую и зерновую продуктивность, ее отдельные элементы на разных фонах минерального питания

Впервые оценено влияние загрязнения почвы кадмием, свинцом и никелем на тесноту и направленность корреляционных связей между зерновой продуктивностью яровой пшеницы и отдельными ее элементами н показана возможность сохранения высокосущественных положительных корреляций путем улучшения условий минерального питания растений Проведена оценка влияния загрязнения почвы металлами при разном уровне минерального питания на содержание и распределение кадмия, свинца и никеля в растениях яровой пшеницы

Определены пределы сортовой реакции яровой пшеницы разного географического происхождения на загрязнение почвы кадмием и выявлены фи-тотоксичные концентрации кадмия в почве и в растениях (на примере восьми сортов) Выявлены корреляционные связи между экстрагируемостью кадмия и

никеля из почвы шестью разными экстрактантами и поглощением этих металлов растениями (на примере ярового ячменя).

■ Практическая значимость работы состоит в том, что на загрязненной кадмием и свинцом дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (pHKci 5,9) показана возможность сохранения тесной положительной корреляционной связи между зерновой продуктивностью ее основными элементами путем улучшения питания растений внесением полного минерального удобрения, что рекомендуется принимать во внимание при выращивании яровой пшеницы на загрязненных этими металлами почвах.

Выявлено, что среди восьми сортов разного географического происхождения наиболее высокой устойчивостью к токсическому действию кадмия на загрязненной кадмием дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (рНк.а 4,0) обладает сорт Соналика (Индия), на который, как на исходный материал, рекомендуется обратить внимание в селекции яровой пшеницы на устойчивость к техногенному загрязнению почв.

На дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (рНка 4,8) с использованием шести экстрагирующих веществ установлено, что содержание кадмия в яровом ячмене (зерно и солома) коррелирует с его содержанием в почве, экстрагируемым ЭДГА [0,01 М ЭДГА в 1 М (ЫН^СОз с рН 8,6], а содержание никеля — с его содержанием в почве, экстрагируемым 2 н. НС1, что рекомендуется использовать для диагностики содержания доступных форм в почве соответственно кадмия и никеля для этой культуры.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на заседаниях кафедры сельского хозяйства зарубежных стран РГАУ — МСХА имени К.А. Тимирязева при ежегодной переаттестации аспирантов, на 39-й Международной научной конференции докторантов, аспирантов и соискателей ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова 2005 г. По теме диссертации опубликовано 2 работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы, практические рекомендации, список литературы (из 289 наименований, в том числе 123 на иностранных языках), приложения, содержит 46 таблиц, 20 рисунков.

, МЕСТО, УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

■ Для решения поставленных задач проводили 9 вегетационных и один микрополевой опыт соответственно с 12 сортами яровой пшеницы и одним сортом ярового ячменя. Схемы опытов показаны ниже в соответствующих

разделах в таблицах, где цифры при символах тяжелых металлов означают их количество в мг/кг почвы

Вегетационные опыты 1-8 проводили в вегетационном домике кафедры агрономической и биологической химии методом почвенной культуры в сосудах Митчерлиха на 5 кг воздушно-сухой почвы (Журбицкий, 1968) Почва (I) - дерново-подзолистая среднесуглинистая из учхоза «Михайловское» Подольского района Московской области (табл 1)

Таблица 1

Агрохимическая характеристика дерново подзолистой среднесм-вгаистой почвы (0-20 см)

1 РН (КС1) j Гумус Обшии азот,% Hr 1 S | р2о5 I кго

' Почва 1 1 (по Тюрину), 1 мг-экв/100 г почвы V, % | по Кирсанову, мг/100гпочвы

I 5.9 1 20 0 08 22 | 150 87 20 0 18.0

1 11 40 1 27 0 13 4 8 1 7.8 61 1 3 1 90

1 III 4 8 1 7 011 40 109 78 X 10 1 15 0

Содержание в почве растворимых в 1 н НС1 кадмия, свинца и никеля составило соответственно 0,11. 3,50 и 2,88 мг, а форм, растворимых в ацетат-но-аммонийном буфере с рН 4,8, - соответственно 0,04, 0,95 и 2,01 мг/кг почвы

В вегетационных опытах 1—4 (2003 г) изучали влияние загрязнения почвы кадмием, свинцом и пике нем в разной степени раздельно (соответственно опыты 1-3) ичи в разных сочетаниях (опыт 4) на яровую пшеницу (сорта - 1ада) при разных уровнях минерального питания Загрязнение создавали путем внесения кадмия [в форме Cd(NCh); * 6Н:0)] в количестве 0, 4, 8 и 12 мг Cd/кг, свинца [в форме Pb(N03h] в количестве 0, 100, 200 и 300 мг Pb/кг и никеля [в форме N1SO4 х 7Н20] в количестве 0, 10, 20 и 30 мг Ni/кг почвы Уровни минерального питания 0 NPK, 1,0 NPK и 1,5 NPK создавали по методике, специально разработанной для яровой пшеницы (Журбицкий, 1968), путем внесения азота, фосфора и калия в виде водных растворов соответственно мочевины, однозамещенного фосфата калия и хлористого калия Уровень 0 NPK - вариант без внесения удобрений, уровень 1,0 NPK - с внесением 150 мг N, 100 мг Р205 и 100 мг КгО/кг почвы, а уровень 1,5 NPK - с внесением 225 мг N, 150 мг Р205 и 150 мг К20/кг почвы

В зерне и соломе после сухого озоления и растворения золы в смеси соляной и азотной кислот определяли содержание тяжелых металлов на атомно-абсорбционном спектрофотометре РС-5100 «Perken-Elmer» (ГОСТ 26929-94) Корреляционный и регрессионный анализы проводили по программе «STRAZ» на ЭВМ

В вегетационных опытах 5-8 (2004 г) изучали реакцию трех сортов яровой пшеницы (Московская 35, Иволга, Энита) на загрязнение почвы кад-

миєм, свинцом и никелем в разных сочетаниях на фоне 1,0 NPK. Место, условия и методы исследований такие же, что и в вегетационных опытах 1—4.

В вегетационном опыте 9 (2004 г.) изучали фитотоксичность кадмия для восьми сортов яровой пшеницы разного географического происхождения (Ленинградка, Минская, Родина и Московская 21 — СССР; Кальян-сона - Индия; Соналика - Индия; Ред-ривер - США; Сиете-серрос - Мексика). Место, методика и условия проведения опыта те же, что и в вегетационных опытах 1-8, за исключением почвы. Почва (II) — дерново-подзолистая среднесуглини-стая из Лесной опытной станции РГАУ — МСХА имени К.А. Тимирязева (табл. 1). Вносили кадмий в количестве 0, 5, 10 и 20 мг Cd/кг почвы (в форме 3 CdS04 х 8Н20) на фоне 1,0 NPK при набивке сосудов в четырехкратной по-вторности. Влажность почвы поддерживали на уровне полной полевой влаго-емкости поливом дистиллированной водой.

Посев проводили сухими семенами. После прореживания всходов в каждом сосуде оставляли поЮ растений. Убирали растения в фазе полной спелости по мере созревания. В образцах зерна и соломы после сухого озоления и растворения золы в смеси соляной и азотной кислот определяли содержание кадмия на атомно-абсорбционном спектрофотометре РС-5100 «Perken-Elmer» (ГОСТ 26929-94).

В микрополевом опыте (опыт 10, 2003-2004 гг.) с яровым ячменем сорта Московский 121, проведенном на дерново-подзолистой почве (почва III, табл. 1) на Опытной станции растениеводства РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, изучали связь между экстрагируемостью кадмия и никеля из почвы разными экстрактантами и их поглощением растениями.

Для выращивания растений использовали рамки, изготовленные из прутьев нержавеющей стали, с размерами 33 х 33 х 25 см, обтянутые с четырех боковых сторон полиэтиленовой пленкой таким образом, чтобы верхняя и нижняя части оставались открытыми. Рамки помещали (вкапывали) в почву на глубину 25 см. Перед посевом ячменя в верхний 12,5 см слой почвы, масса которой составляла 15 кг (в расчете на воздушно-сухую почву), вносили кадмий (в дозах 0, 4, 8 и 12 мг Cd/кг почвы) и никель (в дозах 0, 10, 20 и 30 мг Ni/кг почвы) раздельно или в наиболее высокой дозе совместно соответственно в форме 3 CdSO< х 8 Н20 и Ni(N03)2 х 6Н20. В качестве фона вносили 150 мг N, 100 мг Р2О5 и 100 мг К20/кг почвы соответственно в форме СО(МН2)2, КН2РО4 и КС1. Опыт закладывали методом рендомизированных блоков в трех повторностях. В каждой рамке (делянке) после прореживания всходов оставляли по 20 растений. Убирали растения в фазе полной спелости и анализировали на содержание кадмия и никеля методом атомной абсорбционной спек-трофотометрии после озоления в смеси HNO3 и HCIO4.

Для экстрагирования тяжелых металлов из почвы использовали с дующие экстракганты

1) HNO3 + НС1 в соотношении 1 *3 (царская водка), соотношение почвы к экстрактанту - 1 12, экстракция в течение 30 минут при температуре 110120°С в горячей чашечке. Экстракт фильтровали и разбавляли до 25 мл дистиллированной водой ( Van Loon Lichwa 1973)

2) 2 н НС1, почвенную пробу 5 г взбалтывали в 50 мл экстрактанта в течение 1 ч и суспензию фильтровали (Brune. Ellmghaus 1981)

3) 1 н CH3COONH4 (рН 7,0), соотношение почвы к экстрактанту — 1 10, продолжительность взбалтывания — 30 минут (John et al 1972)

4) 0,5 н CHjCOOH, соотношение почвы к экстрактанту — 1" 10, продолжительность взбалтывания — 30 минут (John et al 1972}

5) 1 н буфер (СН3СООН + NH4OH) с рН 4,8, почвенную пробу 5 г взбалтывали в 50 мл экстрактанта в течение 1 ч и суспензию фильтровали (Krupshi Alexandrova 1964)

6) ЭДТА [0,01 М ЭДТА в 1 М (МНЖСОз] с рН 8,6, соотношение почвы к экстрактанту - 1 2, продолжительность взбалтывания - 30 минут (Trierweiler, l.mdsav. 1969)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на продуктивность яровой пшеницы при разном уровне минерального питания

Выявлено существенное влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на общую и зерновую продуктивность растений, их уборочный индекс, которое проявлялось в разной степени в зависимости от характера игрязнения почвы и уровня минерального питания растений

Повышение уровня загрязнения кадмием с 0 до 12 мг/кг почвы вызывало устойчивое снижение зерновой продуктивности растений на всех уровнях питания - с 14,1 до 11,0 г/сосуд на фоне 0 NPK, с 17,1 до 13,2 г на фоне 1,0 NPK и с 21,0 до 13,6 г/сосуд на фоне 1,5 NPK (табл 2) Повышение уровня минерального питания, в свою очередь, увеличивало зерновую продуктивность растений при всех уровнях загрязнения почвы кадмием Важнейший хозяйственно-ценный признак яровой пшеницы - уборочный индекс заметно уменьшался по мере повышения уровня загрязнения почвы кадмием при всех уровнях минерального питания Повышение уровня минерального питания тоже вызывало существенное уменьшение этого показателя при всех уровнях загрязнения почвы кадмием Все это происходило главным образом в результате того, что урожайность соломы увеличивалась при повышении уровня минерального питания значительно больше, чем урожайность зерна

Действие свинца на зерновую продуктивность растений проявилось неоднозначно (табл. 2). В вариантах без внесения удобрений этот металл при всех его дозах оказывал на урожайность зерна примерно одинаковое положительное влияние. Это, возможно, связано с тем, что в состав соли — РЬ(ЫОз)г, использованной для загрязнения почвы, входит азот — один из основных элементов питания растений. В то же время на высоком фоне удобрения (1,5 ЫРК) свинец, особенно в дозах 100 и 200 мг/кг почвы, вызывал существенное снижение зерновой продуктивности растений. Следует заметить, что

Таблица 2

Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на урожайность и уборочный индекс яровой пшеницы сорта Лада при разном уровне минерального питания

Доза металла, мг/кг почвы Урожайность, г/сосуд Уборочный индекс, %

зерно солома

ОКРК 1,0№К 1.5МРК 0№К 1,0ИРК 1,5№К (ЖРК !,0МРК 1,5 ЫРК

КАДМИЙ

С&о 14,1 17,1 21,0 18,0 26,6 33,0 43,9 39,1 38,9

Сс14 14,9 17,5 17,0 21,5 30,2 32,8 40,9 36,7 34,1

са8 11,7 15,3 15,8 19,2 24,1 30,0 37,9 38,8 34,5

са12 11,0 13,2 13,6 17,7 24,5 27,0 38,3 35,0 33,5

НСР05: для частных средних 2,5 4,2 3,3

для С(1 (А) 0.9 2,1 1,7

для >ГРК (В) и (АхВ) 1,4 2.4 1,9

СВИНЕЦ

РЬ0 14,1 17,1 21,0 18,0 26,6 33,0 43,9 39,1 38,9

РЬ10о 15,8 17,0 18,6 21,2 27,2 31,5 42,9 38,5 37.1

РЬмо 16,4 16,9 18,0 24,0 29,5 31,4 40,6 36,4 36,4

РЬзоо 16,0 18,6 19,5 24,6 29,5 33,5 39,4 38,7 36,8

НСР05: для частных средних 1,9 5.3 5,1

для РЬ (А) 0,9 2,6 2,6

для ЫРК (В) и (АхВ) 1,1 3,0 3,0

НИКЕЛЬ

N¡0 14,1 17,1 21,0 18,0 26,6 33,0 43,9 39,1 38,9

№,о 13,8 16,2 17,0 21,7 27,6 31,1 38,9 37,0 35,3

N¡20 14,9 16,7 18,4 21,2 30,0 32,2 41,3 35,8 36,4

14,5 17,0 18,1 21,1 30,3 30,8 40,7 35,9 37,0

НСР<«: для частных средних 3,2 6,2 5,2

для № (А) 1,6 3,1 2,6

для ЫРК (В) и (АхВ) 1,9 3,6 3,0

отрицательное влияние загрязнения почвы свинцом в дозах 100 и 200 мг/кг на уборочный индекс растений, отмеченное в вариантах без внесения удобрений, исчезало полностью при улучшении условий их минерального питания путем внесения в почву 1,0 ЫРК и 1,5 ЫРК.

Загрязнение почвы никетем в дозах (10-30 мг/кг почвы) не оказало существенного влияния на зерновую продуктивность растений в вариантах без удобрения и в вариантах с внесением 1,0 МРК (табл 2) Однако на повышенном уровне питания (1,5 ЫРК) загрязнение почвы этим металлом сказалось на урожайности зерна отрицательно

Все эти изменения нашли свое отражение в уборочном индексе Загрязнение почвы никелем при всех его дозах уменьшало уборочный индекс в вариантах с 0 ЫРК и 1,0 ЫРК Повышение уровня минерального питания до 1,5 ЫРК устраняло отрицательное влияние никеля на этот показатель Четко прослеживается также уменьшение уборочного индекса при каждом повышении уровня минерального питания, как на фоне загрязнения почвы никелем, так и без него

Каждое повышение уровня минерального питания высокосущественно положительно сказалось на урожайности зерна и соломы (табл 3) Однако загрязнение почвы тяжелыми металлами значитечьно снижало эффективность

Таблица 3

Влияние загрязнения почвы кадмием, свинпом и никелем в разных сочетаниях на урожайность яровой шпеницы сорта Лада при разном уровне минерального питания

Доза металла, | мг/кг почвы

ОМРК

Без ГМ

РЬэпо

I И 0

16 0

N130

01,2 + РЬчоо

РЬзоо+ N140

14.5

12 6

16 6

100'I

78

зерно 1 0 ЫРК 17 1 13 2

Урожайность. гА-осуд

1 5 ЫРК

100' 21 0 100' 77 і 13 6 65

113 I 18 6 109 І 19 5 і 93

103 1 17 0 99

89 і

118

12 5 173

73

101

18,1 86

143

190

68

90

--1

ОМРК

18 0 100 I 26 6

1 0 ЫРК ' 1 * \рк 100* 33 О | 100'

17 7 98

24 6

21 1

137 117

19 3 107

22 8 127

24 5

29 5

92 27 0 I 82

111 33.5 I 102

30 З 114 8 , 93

27 0 I 102

30 0 ИЗ 310 94

28 0 85

і №»0 + СМ,;

96

68 12 7 74

12.7

60

21.5 I 119

26 3 99 I 24 8 I 75

і С<1п*РЬзоо-№чо

11,0

78 I 14 З | 84

12 0 I 57

18.5 103

26.7 ' 100 I 25 0 76

I НСРр;

| для частных средних

для ТМ (А)

0,9

4,7

; для ЫРК (В) и (АхВ)

1,4

1,7

-2*1.

* Вариант без тяжелых металлов принят равным 100%

минеральных удобрений В частности, под влиянием повышения уровня минерального питания растений с 0 ЫРК до 1,5 ЫРК на фоне без загрязнения почвы тяжелыми металлами урожайность зерна возросла на 6,9 г/сосуд, на фоне загрязнении кадмием - на 2,6 г, свинцом — 3,5 г, никелем - 3,6 г, совместно кадмием и свинцом - 1,7 г, свинцом и никелем - 2,4 г, никелем и кадмием - 3,1 и кадмием, свинцом и никелем одновременно — 1,0 г/сосуд Эти дан-

ные не оставляют сомнения в том, что загрязнение почвы тяжелыми металлами существенно снижает эффективность минеральных удобрений, причем их отрицательное влияние на урожайность значительно усиливается в случае их совместного присутствия в почве. Наиболее сильное отрицательное влияние кадмия, свинца и никеля на урожайность зерна проявилось в случае загрязнения почвы всеми этими тремя металлами одновременно, где прибавка урожая на фоне 1,5 ЫРК снизилась с 6,9 до 1,0 г/сосуд.

Из приведенных данных видно, что при загрязнении почвы металлами в разных сочетаниях их действие на продуктивность растений не всегда равняется сумме их действия при раздельном внесении. При загрязнении в разных сочетаниях металлы, судя по зерновой продуктивности растений, часто проявляют отрицательное аддитивное или даже отрицательное синергитическое взаимодействие. Особенно сильно это проявляется в варианте загрязнения почвы одновременно никелем и кадмием, а также одновременно кадмием, свинцом и никелем.

Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на корреляционные связи между продуктивностью растений и отдельными ее элементами

у яровой пшеницы при разном уровне минерального питания

Существует обширная литература по вопросу корреляционных связей между продуктивностью зерновых культур и отельными ее элементами. Однако вся масса агрономической литературы не дает удовлетворительного ответа на вопрос о влиянии загрязнения почвы тяжелыми металлами и уровня минерального питания на тесноту и направленность этих связей. Проведенные исследования показывают, что зерновая продуктивность яровой пшеницы в большинстве случаев высокосущественно положительно коррелирует с такими ее элементами, как продуктивная кустистость и число зерен с растения (табл. 4).

Следует заметить, что в вариантах без удобрения (0 ЫРК) и загрязнения почвы металлами зерновая продуктивность растений не коррелировала с продуктивной кустистостью, но эта связь стала высокосущественной положительной при внесении удобрений (1,0 МРК и 1,5 ЫРК). Причина отсутствия существенной корреляции в первом случае заключается в том, что растения в вариантах без внесения удобрений почти не кустились и состояли в основном из одного главного побега.

При загрязнении почвы СсЦ на фоне 0 ЫРК корреляционная связь между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью стала вы-окосущественной положительной (табл. 4). Однако при дальнейшем повышении дозы кадмия до 12 мг/кг почвы эта связь исчезла полностью, но стала вы-

сокосущественной положительной при уровнях 1,0 ЫРК и 1,5 ЫРК. Отсюда следует, что путем улучшения условий минерального питания растений на загрязненной кадмием почве можно сохранить высокусущественную положительную корреляционную связь между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью

Таблица 4

Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на корреляционные связи (г) между продуктивностью растения и отдельными ее элементами при разном уровне минерального питания (п = 15)

Доза металла, мп кг почвы К\сгистость Число 1 Масса черен с 1 1000 растения | зерен, г Уборочный индекс

общая продуктивная

КАДМИИ ОЫРК

Ссіо -0 164 -0.164 0 860" 0.508 0,144

са4 0 812" 0.812" 0.784" 0 359 0 735"

см« 0 096 0.096 і 0,799" 0 617' 0.123

С(1р 0 105 10 105 І 0,404 0 614* 0 <;оо

1.0ЧРК 0 800"

С(10 СЪ 0 544* 0 922" 1-0332 ' 0 298

0,579* 0 669'* 0 720" 0,409 | 0 388

са8 1 0 129 1 0 453 0 694" 0 406 , 0 150

сар і 0 ^66* І 0 698" _ 0.894" 0 339 1 0 198

lsvpк:

Ссіо 0 557* 1 0 638* і 0 965" 1 -0 389 0 280

___см4_ са8 - 0 021 0 069 0 234( >) 0 892" 0 470 0.596*

0 406 0 507 0,249 1 0,027

са,2 0 800" | 0 867" | 0,927" 1 -0 010 0,607'

СВИНЕЦ 0 ЫРК.

РЬо ! -0,164 1 -0,164 0 860" 0 508 0 144

РЬіоо I 0,606* 0,252 0,815" 0.810** -0 435

РЬгоо | 0,742" 0,774" 0,955" 0.520* 0 090

РЬзоо 1 0 679" 0,496 0 901" 0.385 0.282

1 0МРК

РЬ0 0 544* 0.800** 0.922" - 0.332 | 0 298

РЬ,оо 0,781" 0,773" 0,914" 0,019 і - 0 463

РЬзоо 0 776" 0,943" 0,972** -0,710 0,331

РЬзоо 0,354 0 621* 0.556* 0 386 | 0 466

I 5№К

РЬо і 0 557* 0.638* 0.965" - 0,389 0.280

РЬ,оо 0,710" 0,729" 0 968" 0.555* 0.712"

1 РЬюо 0.324 0,422 0,781" 1 0,305 0,392

1 РЬзоо 0,829" 0,790" 0.928** | 0,283 0 588*

НИКЕЛЬ 01ЧРК

№0 - 0,164 -0.164 0,860" 0,508 0,144

0,674** 0,674" 0,899" -0,114 - 0,374

N¡20 0,630* 0,369 0,783 " 0,166 -0,090

N¡30 0,812" 0,785" 0,948" 0,252 - 0,328

1,0 ЫРК

№о 0,544* 0,800** 0,922" - 0,332 0,298

N¡,0 0,554* 0,554* 0,838" -0,141 0,003

N¡20 0,783** 0,783** 0,962" - 0,309 0,358

№з0 0,730** 0,713" 0,911" 0,065 - 0,003

1,51ЧРК

N¡0 0,557 * 0,638* 0,965 ** -0,389 0,280

№ю 0,454 0,213 0,538* 0,631* 0,184

N¡20 0,815" 0,815" 0,920** - 0,160 0,184

N¡30 0,667" 0,667" 0.857" -0,134 0,122

Корреляционная связь существенна при уровне значимости 0,05. ** Корреляционная связь существенна при уровне значимости 0,01.

При загрязнении почвы свинцом на фоне 0 №К зависимость зерновой продуктивности растений от продуктивной кустистости была в целом несущественная (табл. 4). Причина этого явления, как уже отмечалось, заключается в том, что растения почти не кустились при низкой обеспеченности питательными элементами. Исключение в варианте РЬгоо, где эта связь была высокосущественная положительная. Дальнейшее повышение уровня загрязнения почвы свинцом до 300 мг/кг привело к потере этой связи. Однако при высоком уровне с 1,0 ЫРК и 1,5 ЫРК загрязнение почвы свинцом, независимо от его количества, не сказалось отрицательно на высокосушественной положительной корреляции между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью. Отсюда следует, что путем внесения минеральных удобрений можно ослабить или даже устранить отрицательное влияние загрязнения почвы свинцом на положительную корреляционную связь между зерновой продуктивностью и продуктивной кустистостью яровой пшеницы.

При загрязнении почвы никелем на фоне 0 ЫРК зависимость зерновой продуктивности от продуктивной кустистости была высокосущественная положительная при дозах никеля 10-30 мг/кг почвы (табл. 4). Внесение минеральных удобрений (1,0 ЫРК и 1,5 ИРК) способствовало сохранению этой высокосущественной положительной корреляционной связи при всех уровнях загрязнения почвы никелем, хотя и наблюдалась небольшая тенденция к ее ослаблению при усилении загрязнения почвы этим металлом на фоне 1,0 ИРК.

Выявлена высокосущественная положительная корреляционная связь зерновой продуктивности растений с числом зерен с растения, теснота которой проявлялась в разной степени в зависимости от уровня ЫРК и степени за-

грязнения почвы тяжелыми металлами (табл 4) Следует заметить, что на фоне О загрязнение почвы кадмием вызывало некоторое ослабление этой связи и сделало ее несущественной при наиболее высокой дозе металла - С<1п В остальных случаях степень загрязнения почвы кадмием, свинцом или никелем не оказала заметного влияния на тесноту и направленность корреляционной связи зерновой продуктивности растений (У) с числом зерен с растения (х) Количественное выражение этой связи при загрязнении почвы кадмием, свинцом и никелем при разном уровне минерального питания имеет соответственно следующий вид (рис 1,2иЗ)

Таким образом, загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем оказывает у яровой пшеницы существенное влияние на тесноту и направленность корреляционных связей между зерновой продуктивностью растений и ее основными элементами, причем степень этого влияния в значительной степени определяется уровнем минерального питания растений

Содержание и распределение кадмия, свинца н никеля в растениях яровой пшеницы в зависимости от уровня минерального питания

Содержание кадмия в зерне опытных растений составляло 0,07 мг/кг сукой массы на варианте без ОТК. и без кадмия (табл 5) Увеличение содержание кадмия при внесении основных элементов питания, очевидно, связано

Таблица 5

Влияние уровня минерального питания на содержание кадмия свинца и никеля в растениях

яровой пшеницы сорта Лада

Со держание Си, мг/кг сухой массы

Доза металла, мг/кг почвы зерно солома

(ЖРК ЮЧРК 1.5 ЧРК 0КРК 1 ОЫРК 1 5№К

Сф, 0.07 0,22 0 15 0,09 0.21 0 35

с<и 0 80 3.93 3,57 0.32 4,78 4.53

са8 1.65 4,36 4 02 0 85 11.01 9 07

с 2 50 4.73 4,05 1 22 15 95 13.75

Содержание РЪ, мг/кг сухой массы

РЬо 0.01 0,07 0 05 0 22 0,47 0,62

РЬш 0.13 0,22 0 27 0 45 0,70 1,06

РЬзоо 0,10 0,22 0,35 0.40 1,52 1.64

РЬзоо 0 30 0.30 0 37 1,10 1,80 2,07

( Содержание №. мг/кг сухой массы

N10 0 02 0.37 0 20 0,60 0.84 0 67

№ю 0,67 1,36 1.51 0.96 1 07 1.27

№2о 1,01 1,82 3 17 1.20 1,38 2,15

' Мм, 1.56 4,50 6 00 1.76 1.43 2,80

1. УС(Ю = 0,0218х + 0,0119 (г = 0,860)

2. УС<И =0,0225х+ 0,1954(г = 0,784)

3. УСс18 = 0,0229х +0,0561 (г = 0,799)

4. У С(112 = 0,0 ЮЗх + 0,5555 (г = 0,404)

ОЫРК

зо

35

40

45

50

55

60

2.2

1.7

0.7

1. УС(Ю =0,0201х +0,4008 (г = 0,922)

2. УС<14 =0,0291х + 0,3251 (г = 0,720)

3. УС<18 =0,0166х +0,4270 (г = 0,694)

4. У С(112 = 0,0251х + 0,1089 (г = 0.894)

У

у

У

1,0 МРК

30 35 40 45 50 55

Число зерен с растения, шт.

60

30 35 40 45 50 55 60

Рис. 1. Зависимость зерновой продуктивности растения (У) от числа зерен с растения (х) у яровой пшеницы сорта Лада при загрязнении почвы кадмием на разных уровнях минерального питания (п = 15)

1. УРЬО = 0,0218х + 0,0119 (г = 0,860)

2. У РЫОО = 0,0288х+0,0720 (г = 0,815)

3. У РЬ200 = 0,0338х - 0,0897 (г = 0.955)

ОЫРК

■

30 35 40 45 50 55 60

VI 55 Л) 45 50 55 й>

Число зерен с растения, шт.

30 35 -40 45 50 55 60

Рис. 2. Зависимость зерновой продуктивности растения (У) от числа зерен с растения (х) у яровой пшеницы сорта Лада при загрязнении почвы свинцом на разных уровнях минерального питания (п = 15)

1. УЫЮ =0,0218х +0,0119 (г = 0,860)

2. У ЫП0 = 0,0225х +0,3770 (г = 0,899)

3. У N¡20 = 0,0189х + 0,3984 (г = 0,783)

4. У N¡30 = 0,0253х + 0,1630 (г = 0,948)

ОЫРК

зо

35

40

45

50

55

60

и

1. У№0 = 0,0201х +0,4008 (г = 0,922)

2. У N¿10 = 0,0177х + 0,5402 (г = 0,838)

3. У N¿20 = 0,0293х + 0,2848 (г = 0,962)

4. У N00 = 0,0272х + 0,2332 (г = 0,911 ^

1,0 МРК

30 35 40 45 50 55 60

Число зерен с растения, шт.

1.7

1.2

0.7

0.2

1. УЫЮ = 0,0264х +0,3099 (г = 0,965)

2. У N¡10 = 0,0174х + 0,5234 (г = 0,538)

3. У N¡20 = 0,0240х + 0,3414 (г = 0,920)

4. У N¡30 = 0,0220х + 0,4752 (г = 0,857)

1,5 ЫРК

зо

35

40

45

50

55

60

Рис. 3. Зависимость зерновой продуктивности растения 00 от числа зерен с растения (х) у яровой пшеницы сорта Лада при загрязнении почвы кадмием на разных уровнях минерального питания (п = 15)

мкг/сосуд

500-1

400 <

300 •

200 •

100' 2,в

СсЮ

18,«

35,6 <».<

тП

8.4

14,8

О NPK

CdO СМ Сс18 С<112 1,0 ЫРК

I г 1 I I I I

Сею са4 ест с<иг

1,5 ырк

Рис. 4. Вынос кадмия яровой пшеницей сорта Лада в зависимости от уровня минерального питания

СсЮ СЬ4 Сс18 С(112 оырк

сао са4 сав Сслг 1,0 ^к

сею Сем ест Сеиг 1,5 ырк

ВШЗ Зерно I • •' Солома

Рис. 5. Соотношение кадмия в зерне и соломе в выносе его растениями в зависимости от уровня минерального питания

мкг/сосуд

00

60

40

20-

4,1

1-1

РЬО

11, 5 11,2

П п

п

п

д

О ЫРК

РЬО РМОО РЬ200 РЬЗОО

1,0 ЫРК

РЬО РМОО РЬ200 РЬЗОО

1,5 ЫРК

Рис. 6. Вынос свинца яровой пшеницей сорта Лада в зависимости от уровня минерального питания

Свинец

100%

С'за

РЬО РМОО РЬ200 РЬЗОО

О ЫРК

РЬО РМОО РЬ200 РЬЗОО

1,0 ЫРК

РЬО РМОО РЬ200 РЬЗОО

1,5 ЫРК

ВШИ Зерно I '■ '' I Солома

Рис. 7. Соотношение свинца в зерне и соломе в выносе его растениями в зависимости от уровня минерального питания

мкг/сосуд

250 ■

200 •

150-

100 -

50- 11,1

г—1

N¡0

30,1

II

119,8

,пс 53,7 51,5

40,5 __ _

п.П. . .п.П

71,8

194,8

127,5

26,3

п

65,2

п

Iі 1 I 1 1 І І І І I ■ . . .

N¡0 N¡10 N¡20 N¡30 N¡0 N¡10 N¡20 N¡30

ОЫРК

1,0 ЫРК

1,5 ЫРК

Рис. 8. Вынос никеля яровой пшеницей сорта Лада в зависимости

от уровня минерального питания

Никель

N¡0 N110 N¡20 N¡30

ОЫРК

N¡0 N110 N¡20 N¡30 1,0 ЫРК

N¡0 N¡10 N¡20 N¡30

1,5 ЫРК

Зерно г.-.-.і Солома

Рис. 9. Соотношение никеля в зерне и соломе в выносе его растениями в зависимости от уровня минерального питания

с влиянием физиологически и химически кислых солей на почвенно-поглощающий комплекс. На всех уровнях ЫРК наблюдалось увеличение содержания кадмия в зерне по мере повышения его концентрации в почве: при О 1МРК содержание кадмия увеличивалось в 11, 24 и 36 раз; при 1,0 >1РК — в 18, 20 и 22 раза; при 1,5 НРК — в 24,27 и 27 раз, соответственно. В соломе при 0 №К наблюдалось увеличения кадмия в 4, 9, 14 раз; при 1,0 1ЧРК - в 23, 52, 76 раз; при 1,5 ЫРК - в 13, 26 и 39 раз по сравнению с вариантом Сс^. Таким образом, наблюдались значительные колебания в содержании кадмия в зерне.

Общей закономерностью является увеличение содержания кадмия при повышении общего уровня питания основными элементами, причем в соломе увеличение содержания кадмия происходило гораздо интенсивнее, чем в зерне. Без ЫРК содержание кадмия в зерне было примерно в 2 раза выше, чем в соломе. При внесении ОТК закономерность обратная: в соломе выше, чем в зерне.

Расчет выноса кадмия надземной массой растений подтверждает увеличение накопления растениями яровой пшеницы кадмия в зерне и в соломе в зависимости как от доз кадмия, так и от уровня ИРК (рис. 4). Соотношение доли кадмия в зерне и в соломе подчинялось следующей закономерности: при внесении кадмия на уровне 0 ЫРК доля кадмия в зерне от общего выноса его растениями колебалось от 54 до 63%. При внесении основных элементов питания — азота, фосфора и калия — это соотношение резко снижается: на 1,0 ЫРК до 14-32%, на 1,5 ЫРК - 13-29% (рис. 5). Таким образом, при повышении уровня минерального питания увеличивался не только урожай зерна и соломы, но и снижалась доля кадмия в урожае зерна от общего его выноса растениями.

Содержание свинца в зерне яровой пшеницы составляло 0,01 мг/кг сухой массы без ЫРК и без свинца (табл. 5). При внесении основных элементов питания наблюдается увеличение содержания свинца как в зерне, так и в соломе, что связано, очевидно, с воздействием физиологически и химически кислых солей на почвенно-поглощающий комплекс, а также с более развитой корневой системой. При увеличении концентрации свинца в почве наблюдалось последовательное повышение его содержания в зерне на уровне 0 ИРК — на порядок, 1,0 ИРК — в 4,3 раза и 1,5 ЫРК — 7,4 раза, и максимальное количество составило 0,37 мг/кг сухой массы, что не превышает величину ПДК, установленную для зерна. В соломе содержание свинца на вариантах РЬо примерно на порядок выше, чем в зерне. При внесении свинца в почву наблюдалось последовательное увеличение его содержания в соломе в 3—7 раз по сравнению с вариантом РЬо.

Вынос свинца увеличивался не только при увеличении дозы этого элемента в почве, но и при повышении уровня питания (рис. 6). Доля свинца в зерне не превышала 18 % от общего выноса растениями. На незагрязненной

почве доля свинца в зерне не превышала 3—9 % (рис. 7). При внесении основных элементов питания этот показатель снижался. Эти данные подтверждают, что основное количество свинца накапливается вегетативной массой.

При внесении никеля наблюдалось последовательное увеличение его содержания в зерне и соломе, причем, чем выше уровень основного питания, тем выше содержание никеля в растениях. На уровне О ЫРК содержание в зерне увеличивалось на два порядка — от 0,02 до 1,56 мг/кг сухой массы, на уровне 1,0 ЫРК - в 12 раз; 1,5 ЫРК - в 30 раз. В соломе в 2,9, 1,7 и 3,2 раза, соответственно. На вариантах с внесением никеля на уровнях 1,0 ЫРК и 1,5 ЫРК наблюдалась следующая закономерность: содержание в зерне было выше, чем в соломе. Так, на уровне №30 содержание никеля в зерне было выше в 1,03-3,10 раза, чем в соломе. На чистых почвах — закономерность обратная: в соломе выше, чем в зерне (табл. 5).

Вынос никеля яровой пшеницы колебался от 11,1 на вариантах №о на фоне 0 ЫРК до 194,8 мкг/сосуд на варианте N¡30 и 1,5 ЫРК, т.е. в 17 раз (рис.8). Прослеживается четкая зависимость увеличения выноса никеля как от уровня минерального питания, так и от количества экзогенного никеля. Наибольший интерес представляют данные по распределению никеля в растениях (рис. 9). По мере повышения его концентрации в почве — увеличивается доля никеля в зерне от общего выноса растениями: на фоне 0 ЫРК она составляла 2%, а при внесении №30- 42%; на фоне 1,0 ЫРК - соответственно, 22 и 64%. Таким образом, чем выше уровень минерального питания и доза никеля — тем больше его транспортируется в зерно. На фоне максимального загрязнения почвы количество потребляемого никеля растениями увеличивалось в 4,6-7,4 раза и больше половины 56-64% было обнаружено в зерне. Это свидетельствует о высокой подвижности никеля, как на границе почва — растение, так и на границе солома — зерно.

Сортовая реакция яровой пшеницы на загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем в разных сочетаниях

В вегетационных опытах 5-8 изучали реакцию сортов Московская 35, Иволга и Энита на загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем раздельно и в разных сочетаниях. Во всех этих опытах сорта существенно не различались по величине зерновой продуктивности (табл. 6). Исключение составил лишь опыт с кадмием, где сорт Энита формировал существенно более низкую урожайность по сравнению с двумя другими сортами (Московская 35 и Иволга), зерновая продуктивность которых была на одном уровне.

На загрязнение почвы кадмием растения реагировали значительным снижением зерновой продуктивности, причем в разной степени в зависимости от сорта (табл. 6). Так, в варианте с СсЦ снижение урожайности зерна у сорта

Московская 35 составило 4% по сравнению с урожайностью в варианте Сс1п, у сорта Иволга - 19%, а у сорта Энита - 21%, в варианте с Сс18 урожайность этих сортов снижалась соответственно на 14, 23 и 41%, а в варианте с Сё|2 — соответственно на 27, 48 и 39 Следовательно, сорт Московская 35, судя по зерновой продуктивности, оп и чается от двух других сортов более высокой устойчивостью к загрязнению почвы кадмием

Таблица 6

Сортовая реакция яровой пшеницы по черновой продуктивности растений на загрязнете почвы тяжелыми металлами

Доза металла | Урожайность, г зерна/сосуд Уборочный индекс, %

«тииоч-ы | Моск_35 Иволга | Тнита Моск-З * ! Иволга Энита

КАДШИ

Ссіо І 19 4 100* 22 4 100* 19 9 100* 42.5 | 40 5 41,0

_ ^ГсЦ___ са8 Тіб.б 96 18.2 81 15.8 79 41.5 | 37.8 37 5

86 17.2 77 11.7 59 40 6 1 39 0 38 2

са12 ил 1 73 11.7 52 12.1_, 61 37.3 1 37.3 и 40.5

НСРо<_д-ш^?астных средних для Сії (Л) 44 2 2 ~ т с --- | ~ т --

СВИНЕЦ РЬ„ РЬіоо. РЬ-ю

19. і_ 100 18 6 Т 96 21.2 " 109

I РЬад, | 15 6 80 ГН1.Р < для частных средних I_ для РЬ (Л)

для сорта (В) и ( АхВ) НИКЕЛЬ

N1(1 194 100' 22 4 100* 19 9 100* 42 5 40.5 41.0

19 8 102 21,7 97 17.6 88 38 3 42.8 37.3

№•>0 20 3 105 18.9 84 190 96 39 7 39.4 39,7

N1,0 16,4 84 17.8 80 20 3 102 38 1 36 2 40 4

НСРп< для частных средних 5 7 5,3 .

для N1 (А) 2,9 2,7

для сорта (В) и (АхВ) 3,3 3,1

' Вариант без тяжелого четапла принят равным 100%

Сорта не реагировали на загрязнение почвы свинцом при его низком уровне (Рюо)> и их урожайность оставалась на уровне урожайности в варианте РЬ0 (табл 6) На дальнейшее повышение уровня загрязнения почвы этим металлом (Ргоо) сорта Иволга и Энита реагировали существенным снижением зерновой продуктивности, в то время как этот важнейший хозяйственно-ценный признак у сорта Московская 35 оставался без существенного изменения При наиболее высоком уровне загрязнения почвы свинцом (Рзоо) проис-

ходило снижение урожайности у всех сравниваемых сортов. Следовательно, сорт Московская 35 отличается от сортов Иволга и Энита более высокой устойчивостью к загрязнению почвы свинцом.

На загрязнение почвы никелем сорта реагировали тоже неодинаково (табл. 6). При уровне загрязнения почвы №ю зерновая продуктивность существенно снижалась только у сорта Энита. На дальнейшее повышение уровня загрязнения почвы этим металлом снижением урожайности реагировал только сорт Иволга. Наиболее высокий уровень загрязнения вызвал уменьшение зерновой продуктивности у сортов Московская 35 и Иволга, но не у сорта Энита. Отсюда видно, что наиболее устойчивым к загрязнению почвы никелем оказался сорт Энита, за которым следовали сорт Московская 35 и сорт Иволга, который оказался наиболее чувствительным к этому металлу.

Реакция сортов яровой пшеницы разного географического происхождения на загрязнение почвы кадмием и фнтотоксичные концентрации кадмия в растениях

Известно, что кадмий, наиболее проблемный тяжелый металл, относительно легко переходит из почвы в растения, причем этот процесс, наряду с другими факторами, в значительной степени определяется видовыми и даже сортовыми особенностями возделываемой культуры поглощать и накапливать этот металл.

В связи с этим в вегетационном опыте 9 на дерново-подзолистой сред-' несуглинистой почве (рНка 4,2) изучали реакцию восьми широко возделываемых сортов яровой пшеницы на загрязнение почвы кадмием с целью определения его токсических уровней в почве и токсических концентраций в растениях. В варианте без внесения кадмия сорта Ленинградка, Минская и Московская 21 отличались от других сортов сравнительно более высокой урожайностью.

Загрязнение почвы кадмием существенно снижало урожайность всех " сортов (табл. 7). При внесении в почву кадмия в количестве 5 мг/кг урожай зерна сортов Ред-ривер 68, Минская, Родина и Московская 21 уменьшалась соответственно на 2, 4, 5, и 11%. Однако существенное снижение урожая зер-' на у всех сортов начиналось, когда уровень загрязнения почвы кадмием достигал 10 мг Сс1/кг. При этом (пороговом) уровне загрязнения урожай зерна у сравниваемых сортов уменьшался на 25% и больше.

При дальнейшем увеличении уровня загрязнения почвы в два раза, т.е. в количестве 20 мг/кг, урожайность изучаемых сортов уменьшался на 50% и более. При этом максимальное снижение зерновой продуктивности составило

55% у сорта Соналика, 62% - у сорта Сиете-серрос, 64% - у сортов Ленинградка и Кальян-сона, 65% - у сорта Ред-ривер 68, у сорта Родина это снижение составляло 67%, у сорта Московская 21 - 38, а у сорта Минская — 76%

Таблица 7

Влияние разного уровня загрязнения почвы кадмием на урожайность зерна яровой пшеницы разного географического происхождения (г/сосуд)

Сорт Уровень Сё, мг/кг почвы Среднее

0 5 10 20

Ленинградка 66.1 100% 67,9 103% ! 47,9 72% 24.1 36% 51.5

Минская 66 4 100% 63,7 96% | 41.1 62% 16 3 24% 46.9

Родина 59,7 100% 56.8 95% ! 37.4 63% 19.8 33% 43.4

Московская 21 I 62 1 100% 55 0 89% 35.4 57% 19,7 32% 43 0

Кальян-сона 57,2 100% 58 0 101% 39.3 69% 20,5 36% 43.8

Соналика 1 52,0 100% 58,7 113% 39.2 75% 23.3 . 45% 43 3

Ред-ривер 68 1 60,9 100% 59 5 98% 36 2 59% 21.3 35% 44 5

Сиете-серрос 59 6 100% 64 5 108% 1 40,2 67% 1 22 8 38% 1 46.8

Среднее 60 5 100% 60 5 100% 39.6 65% 21.0 | 35% 45 4

НСРоч для сорта 2,9

для уровня С<1 (В) 2,1

для (АхВ) 515"

Следовательно, при уровнях загрязнения почвы кадмием в количестве 10 и 20 мг/кг сорт Соналика отличался от других наиболее высокой, а сорта Минская, Московская 21, Родина и Ред-ривер 68 - наиболее низкой устойчивостью к этому металлу в почве Сорта Ленинградка, Сиете-серрос и Кальян-сона занимали в этом отношении промежуточное положение

Согласно существующему определению, фитотоксичным, или токсичным для растений, считается такая концентрация элемента в растениях, при которой их урожайность снижается на 50% В наших исследованиях уровень загрязнения почвы кадмием, при котором происходило снижение урожайности (зерна и соломы) сравниваемых сортов на 50% и более, составил 20 мг Сс1/кг почвы Отсюда для определения фитотоксичных концентраций кадмия, растения (зерно и солома), выращенные на почве, загрязненном эти металлом в количестве 20 мг/кг почвы, анализировали на содержание кадмия (табл 8)

Приведенные данные показывают, что фитотоксичные концентрации кадмия в зерне у сравниваемых сортов варьировали в пределах 0,31-1,05 мг СсУкг при средней по сортам концентрации 0,69 мг С ¿/кг, а в соломе — в пре-детах 1,61-5,07 мг Сс!/кг при средней по сортам концентрации 3,81 мг Сд/кг сухого вещества

Фитотоксичные концентрации кадмия в растениях яровой пшеницы разного географического происхождения на загрязненной кадмием на уровне 20 мг/кг почвы

Сорт Концентрация кадмия, мг Сс1/кг сухой массы Концентрация кадмия по отношению к средней по сортам, %

зерно солома зерно солома

Ленинградка 0,99 1,61 144 42

Минская 1,05 4,69 152 123

Родина 0,68 3,20 99 84

Московская 21 0,67 4,95 97 130

Кальян-сона 0,55 5,07 80 133

Соналика 0,31 3,31 45 87

Ред-ривер 68 0,76 4,30 110 ИЗ

Сиете-серрос 0,54 3,35 78 86

Среднее по сортам 0,69 3,81 100 100

Наиболее устойчивый к кадмиевой токсичности сорт Соналика отличался наиболее низким накоплением кадмия в зерне (0,31 мг/кг сухого вещества), в то время как наиболее восприимчивы к кадмиевой токсичности сорт Минская оказался наиболее высоким накоплением этого металла в зерне (1,05 мг/кг сухого вещества). Накопление кадмия в соломе у изучаемых сортов имело картину, близкую к накоплению этого металла в зерне. Следовательно, сорта, более устойчивые к кадмиевой токсичности, характеризовались более низким накоплением кадмия в растениях.

Связь между экстрагнруемостью кадмия и никеля из почвы разными экстрактантами и их поглощением растениями

В микрополевом опыте с ячменем сорта Московский 121 изучали пригодность шести химических веществ для экстрагирования подвижных форм кадмия и никеля из почвы с целью диагностики их доступности растениям.

Концентрации как кадмия, так и никеля в растениях (зерно и солома) возрастали по мере повышения уровня загрязнения почвы соответствующим металлом (табл. 9). Возрастала также их экстрагируемость из почвы всеми шестью сравниваемыми химическими веществами (табл. 10 и 11). Среди сравниваемых шести экстрактантов 2 н. НС1 выделяется наиболее высокой, а 1 н. СНзСООЫН» — наиболее низкой способностью экстрагировать из почвы оба металла.

В варианте совместного внесения металлов их экстрагируемость всеми сравниваемыми экстрактантами была несколько выше по сравнению с их экс-трагируемостыо при раздечьном внесении экстрагируемость кадмия повышалась в присутствии в почве никеля, а экстрагируемость никеля - в присутствии кадмия

Таблица 9

Урожайность и содержание кадмия и никеля в растениях ячменя сорта Московская 121 при разном уровне загрязнения почвы этими металлами

Урожайность зерна Содержание металла, чг/кг сухой массы

Варианты г/растение относи- са №

теїьная зерно солома зерно солома

Контроль 36 100 0,0 1.4 91 60

С<14 3.5 97 2.3 Г~ТГ~1 - -

Сс!, 34 94 2.7 6.4_ - -

са12 30 83 3.1 9.9 -

N1,0 36 100 | - 10.3 8.4

N1,0 37 103 _ - 1 12.3 10 9

N1,0 36 100 - _ 12 9 118

СМ,, ♦ N1,0 3 1 86 3.1 112 11,7 12.4 |

НСР05 05 ! '

Таблица 10

Экстрагируемость кадмия из почвы разными экстрактантами (мпкг почвы)

1 Экстрактант

| Варианты | Царская водка 1 НС1 сн5сооті4 СН.СООН сн,соон <-чн„он ЭДГА

Контроль 00 1 00 0.0 0.0 0.0 0.1

' са4 2 1 2,5 06 1,6 2.1 3.3

1 са8 2.5 7.3 28 45 6.5 6,8

1 са,г 63 92 46 6,7 8,5 9.7

8,3 11,4 54 7,0 10 0 9,3

' Вариация (0 0 8 3) (0 0-11,4) (0,0-5 4) (0,0-7 0) (0 0-100) (0,1-9 3)

1 Среднее 3 8 61 2,7 4,0 52 5,8

1 НСР0.< 2.6 3.7 2.1 2,6 3 6 36

Экстрагируемость никеля из почвы разными экстр актантами (мг/кг почвы)

Варианты Экстрактант

Царская водка HCl CH3COONH4 СНзСООН СНзСООН + NH4OH ЭДТА

Контроль 9,1 2,6 1,1 0,5 1,5 1,3

15,6 13,2 1,3 7,9 7,2 3,3

N¡20 19,7 18,0 4,2 11,5 12,5 5,3

№зо 25,5 27,1 5,5 13,0 17,0 9,5

CdI2 + Ni30 27,0 29,9 6,1 18,3 20,0 8,9

Вариация (9,1-27,0) (2,6-29,9) (1,1-6,1) (0,5-18,3) (1,5-20,0) (1,3-9,5)

Среднее 19,4 18 а 3,6 10,2 11,6 5,7

НСРо.5 6,4 10,1 2,3 6,5 6,6 2,7

Экстрагируемость обоих металлов из почвы хорошо согласуется с их концентрациями в растениях. Коэффициенты корреляции в таблице 12 показывают, что содержание кадмия как в зерне, так и в соломе высокосущественно (при 1%-ном уровне значимости) коррелирует с содержанием в почве кадмия, экстрагируемого ЭДТА.

Таблица 12

Коэффициенты корреляции (г) между экстрагируемостыо кадмия и никеля из почвы разными экстрактантами и их содержанием в зерне и сломе ярового ячменя

Варианты Коэффициент корреляции между экстрагируемостыо металла из почвы и его содержанием в зерне Коэффициент корреляции между экстрагируемостыо металла из почвы и его содержанием в соломе

Cd Ni Cd Ni

Царская водка 0,760* 0,824* 0,802* 0,634

HCl 0,86 Г 0,894** 0,893** 0,802*

CH3COONH4 0,770* 0,865* 0,922" 0,833*

СНзСООН 0,852* 0,853* 0,901** 0,854*

СН3СООН + NH4OH 0,853* 0,565 0,902" 0,792*

ЭДТА 0,895** 0,873* 0,885" 0,653

* Корреляционная связь существенна при уровне значимости 0,05. ** Корреляционная связь существенна при уровне значимости 0,01.

В случае никеля его содержание в зерне тесно коррелировало с его экстрагируемостыо из почвы соляной кислотой (HCl).

выводы

1 В девяти вегетационных и одном полевом опыте, проводившихся соответственно с 12 сортами яровой пшеницы и одним сортом ярового ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с разной кистотностью (рН 5,9, 4,0 и 4,8), загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем раздельно и в разных сочетаниях оказало существенное влияние на зерновую продуктивность растений, их уборочный индекс, выраженность важнейших элементов структуры урожая, тесноту и направленность корреляционных связей между зерновой продуктивностью и отдельными ее элементами, поступление и распределение этих металлов в растениях При этом степень и направленность действия тяжелых металлов на эти признаки определялись уровнем загрязнения почвы металлами, характером взаимодействия между ними, уровнем минерального питания растений и их сортовыми особенностями

2 В опытах с яровой пшеницей (сорт Лада) повышение уровня загрязнения почвы кадмием с 0 до 12 мг Сё/кг почвы вызвало уменьшение зерновой продуктивности растений на 22% на фоне 0 ЫРК, на 23% на фоне 1,0 ЫРК и на 35% на фоне 1,5 ЫРК Повышение уровня минерального питания, в свою очередь, существенно увеличивало зерновую продуктивность растений независимо от степени загрязнения почвы кадмием

Свинец (в количестве 100, 200 и 300 мг/кг почвы) на фоне без удобрении положительно влиял на урожайность зерна, что, видимо, обусловлено использованной для загрязнения почвы солью - РЬ(М13)2, в состав которого входит азот - один из основных элементов минерального питания растений На высоком фоне питания (1,5 МРК) загрязнение почвы свинцом сказалось на зерновой продуктивности растений отрицательно

Никеть (в количестве 10, 20 и 30 мг/кг почвы) на фоне без удобрений и при внесении 1,0 ЫРК не оказал влияния на зерновую продуктивность растений Однако на высоком фоне питания (1,5 ЫРК) загрязнение почвы никелем сказалось на зерновой продуктивности растений отрицательно

3. В опытах с яровой пшеницей (сорт Лада) загрязнение почвы кадмием, свинцом и никелем, особенно при их совместном внесении, существенно снизило эффективность минеральных удобрений На незагрязненной почве повышение уровня питания с 0 ЫРК до 1,5 ЫРК (по 3 И Журбицкому) увеличивало урожайность зерна на 6,9 г/сосуд, на фоне загрязнении кадмием (12 мг Сс1/кг почвы) — на 2,6 г, свинцом (300 мг РЬ/кг почвы) — на 3,5 г, никелем (30 мг М1/кг почвы) — на 3,6 г, совместно кадмием и свинцом — на 1,7 г, свинцом и никетем - на 2,4 г, никелем и кадмием — на 3,1 и одновременно кадмием, свинцом и никелем - только на 1,0 г/сосуд

4. Теснота и направленность корреляционных связей между зерновой продуктивностью и основными ее элементами у яровой пшеницы (сорт Лада) существенно изменялись под влиянием минеральных удобрений и загрязнения почвы кадмием, свинцом и никелем:

а). Загрязнение почвы кадмием (12 мг С<1/кг) на неудобренном фоне вызвало полное исчезновение выокосущественной положительной корреляционной связи между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью, которая, однако, сохранилась без изменения при внесении удобрений (1,0ЫРКи 1,5 ИРК).

б). Загрязнение почвы свинцом (до 300 мг РЬ/кг) на неудобренном фоне (0 КРК) привело к потере высокосущественной положительной корреляционной связи между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью. Однако на удобренном фоне (1,0 КРК и 1,5 ИРК) загрязнение почвы свинцом не сказалось отрицательно на этом показателе.

в). При всех уровнях загрязнения почвы никелем (10-30 мг/кг почвы) внесение минеральных удобрений (1,0 ИРК и 1,5 №К) способствовало сохранению высокосущественной положительной корреляционной связи между зерновой продуктивностью растений и продуктивной кустистостью.

5. Повышение уровня минерального питания азотом, фосфором и калием привело к повышению содержания тяжелых металлов как в зерне, так и в соломе яровой пшеницы сорта Лада. При увеличении содержания кадмия, свинца и никеля в почве на всех уровнях ЫРК наблюдалось увеличение содержания этих элементов в зерне и соломе. В зависимости от изучаемых двух факторов (ТМ и уровень минерального питания) в зерне содержание кадмия увеличивалось в 11—36 раз, свинца 1,4— 2,3 раза и никеля в десятки раз.

6. Распределение тяжелых металлов в зерне и соломе в выносе надземной массой зависело от химических свойств металла: наименьшее количество поступило в зерно свинца — от 3 до 18%, кадмия — от 13 до 63% и никеля от 2 до 64%. Наибольшая доля кадмия в растениях была обнаружена на'неудобренном фоне.

7. При повышении уровня минерального питания увеличивался не только урожай пшеницы, но и снижалась доля кадмия и свинца в зерне, тогда как доля никеля при внесении 1,0 ЫРК на всех уровнях этого элемента в почве последовательно возрастала

8. На дерново-подзолистой среднесуглинистой почве с рНка 4,0 сорта яровой пшеницы разного географического происхождения (Ленинградка, Минская, Родина, Московская 21 — СССР; Кальян-сона - Индия; Соналика -Индия; Ред-ривер — США; Сиете-серрос — Мексика) реагировали на загрязне-

ние почвы кадмием (в количестве 0, 5, 10 и 20 мг Сс1/кг почвы в форме 3 СёБ04 х 8ЩО) неодинаково

а) Пороговый уровень загрязнения почвы кадмием, при котором зерновая продуктивность сортов уменьшается на 25% и больше, составил 10 мг Сс1/кг почвы Повышение уровня загрязнения почвы до 20 мг вызвало уменьшение зерновой продуктивности сортов на 50% и больше При этом снижение зерновой продуктивности сравниваемых сортов составило 38—76%, причем сорт Соналика отличался наиболее высокой, а сорт Минская - наиболее низкой устойчивостью к этому металлу

б) Фитотоксичная концентрация кадмия в растениях, при которой их урожайность снижается на 50%, варьировала в зерне у разных сортов яровой пшеницы в пределах 0,31-1,05 мг/кг, а в соломе — в пределах 1,61—5,07 мг/кг сухого вещества Наиболее устойчивый к кадмиевой токсичности сорт Соналика отличался от других наиболее низким, а наиболее чувствительный сорт Минская - наиболее высоким накоплением этого металла в зерне (соответственно 0,31 и 1,05 мг/кг сухого вещества) Закономерность накопления кадмия в соломе была близка к накоплению этого металла в зерне

9 В микрополевом опыте с яровым ячменем (сорт Московский 121) на загрязненной тяжелыми металлами дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (рНка 4,8) содержание кадмия в растениях (зерно и солома) высокосу-шественно (при 1%-ном уровне значимости) положительно коррелировало с его содержанием в почве, экстрагируемым ЭДТА [0,01 М ОДТА в I М (ЫШЬСОз с рН 8,6], а содержание никеля - с его содержанием, экстрагируемым 2 н НС1.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1 На загрязненной кадмием и свинцом дерново-подзолистой среднесуг-1ИНИСТОЙ почве (рНка 5,9) показана возможность сохранения у яровой пшеницы положительной корреляционной связи между зерновой продуктивностью и такими ее эчементами, как продуктивная кустистость и число зерен с растения, путем внесения полного минерального удобрения, что рекомендуется принимать во внимание при выращивании яровой пшеницы на загрязненных этими металлами почвах.

2 На загрязненной кадмием дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (рНка 4,0) установлено, что среди восьми сортов разного географического происхождения наиболее высокой устойчивостью к токсическому действию кадмия обладает сорт Соналика (Индия), на который, как на исходный материал, рекомендуется обратить внимание в селекции яровой пшеницы на устойчивость к техногенному загрязнению почв.

3. На загрязненной кадмием и никелем дерново-подзолистой среднесуг-линистой почве (рНка 4,8) с использованием шести разных экстрагирующих веществ на примере ярового ячменя установлено, что содержание кадмия в растениях высокосущественно (при 1%-ном уровне значимости) коррелирует с его содержанием в почве, экстрагируемым ЭДТА [0,01 М ЭДГА в 1 М (ЫН^гСОз с pH 8,6], а содержание никеля — с его содержанием в почве, экстрагируемым 2 н. HCl, что рекомендуется использовать для диагностики содержания в почве доступных форм соответственно кадмия и никеля для этой культуры.

Список опубликованных работ по материалам диссертации

1. Кео Сопхеак Лин. Накопление никеля яровой пшеницей в зависимости от уровней минерального питания и загрязнения почвы никелем // Материалы 39 Международной научной конференции. М.: ВНИИА, 2005. С. 305-306.

2. Кео Сопхеак Лин. Влияние разного уровня загрязнения почвы кадмием и свинцом на тесноту корреляционных связей между зерновой продуктивностью растений и основными показателями главного колоса яровой пшеницы при разных уровня минерального питания // Материалы 39 Международной научной конференции. М.: ВНИИА, 2005. С. 306-309.

Объем 1,5 печ. л.

Тираж 100 экз.

Зак. 689.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

u

і

г