Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РАЗРАБОТКА ПРИЁМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ПРОДУКЦИИ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КАРТОФЕЛЯ НА ПОЧВАХ С ВНЕСЕНИЕМ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "РАЗРАБОТКА ПРИЁМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ПРОДУКЦИИ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КАРТОФЕЛЯ НА ПОЧВАХ С ВНЕСЕНИЕМ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД"

Л-ЗШ-/

На правах рукописи

ХОРЕНКО Лидия Александровна

РАЗРАБОТКА ПРИЁМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ПРОДУКЦИИ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КАРТОФЕЛЯ НА ПОЧВАХ С ВНЕСЕНИЕМ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ - 03.00.16 - ЭКОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА 2002

Работа выполнена на кафедре экологии и безопасности жизнедеятельности Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева.

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук

старший научный сотрудник В. А. Касатиков

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Г. Е. Мёрзлая

кандидат биологических наук Н. В. Зейрук

Ведущая организация: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Защита состоится "22" мая 2002 г. в 15— часов на заседании диссертационного совета Д.220.043.03 Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева по адресу: 127550. Москва, ул. Тимирязевская, 49. Учёный совет МСХА.

С диссертацией можпс _1<л;хомиться в ЦНБ МСХА. Автореферат разосль. , - О2/ 2002 г.

Учёный секретарь диссертационного совета'

с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из важнейших мировых проблем является всеобщее антропогенное загрязнение земель. Главной задачей мирового сообщества является проблема перехода к устойчивому развитию, один из элементов которого состоит в получении достаточного количества экологически безопасной сельскохозяйственной продукции.

Рост огромного количества отходов, складируемых в терриконах и на по' лях фильтрации, загрязняющих значительные площади, вызывает всё большее • опасение. Одним из направлений утилизации осадков сточных вод (ОСВ) является их сельскохозяйственное использование. Осадки сточных вод имеют сложный полиэлементный состав со значительным содержанием органического вещества, азота и зольных элементов, в том числе фосфора и калия, что обусловливает возможность их использования в качестве нетрадиционных органических удобрений [Ильин В.Б., 1991].

ОСВ широко применяются для рекультивации деградированных ландшафтов, выращивания посадочного материала в лесных и плодовых питомниках, закрепления грунтов в дорожном строительстве, при озеленении городов и т.д. [Бардина Л.А.,1994]. Широкое использование ОСВ в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве допустимо только при проведении соответствующих агроэкологических, биогеохимических и технологических исследований. - ,!

Научная новизиа. Научной новизной работы является выявление возможности использования осадков сточных вод в сверхнормативных дозах для выращивания семенного материала картофеля и обоснование способа их применения. Использование ОСВ позволяет получить более качественный семенной материал в течение 3-4 лет без дополнительного внесения минеральных и органических удобрений. Внесение высоких доз ОСВ, способствуя превышению ПДК ряда ТМ в почве по валовому их содержанию и концентрации подвижных форм, не приводит к превышению ПДК основной массы ТМ в клубнях картофеля. Выявлено проявление эффекта биологической рекультивации почвы независимо от доз ОСВ.

Цель работы. Целью работы являлось изучение возможности и обоснование способов применения стимуляторов роста (2-ХЭФК и Никфана) на картофеле, выращенном на почвах с внесением различных доз ОСВ, для увеличения выхода клубней семенной фракции и дальнейшего использования семенного материала при получении первой и второй экологически безопасных репродук-

ций картофеля в системе ce^ еноводсдгаа^дОДВДЙ'Д0 производства, а также ис-

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА .Моск. селрсокоз академии

им. К. А Ти^иаяз^вэ И и Р. К'з^уг?,

следование влияния удобрений на агроэкологические показатели почвы и растений.

В связи с этим в ходе исследований по комплексной оценке влияния доз ОСВ отдельно и в сочетании с 2-ХЭФК и Никфаном были поставлены следующие задачи:

• изучить влияние осадков сточных вод на урожайность картофеля, его качественные показатели, структуру урожая и выход семенной фракции;

• показать возможность и целесообразность выращивания семенного материала на загрязнённых агроценозах с целью повышения коэффициента их использования и снижения затрат в таком важном направлении как семеноводство картофеля;

• определить эффективность применяемых препаратов: 2-ХЭФК для увеличения выхода семенной фракции картофеля и Никфана для увеличения общей урожайности при выращивании картофеля на почвах с различным содержанием тяжёлых металлов;

• исследовать процессы миграции тяжёлых металлов в системе почва-растение и эффективность транслокации ТМ в клубни картофеля;

• обосновать целесообразность выращивания товарного картофеля из семенного материала, полученного на почве с высокой концентрацией ТМ, а также изучить воздействие семенного материала с повышенным содержанием ТМ на агрогеохимические свойства почвы и биохимические - картофеля.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы для включения уже загрязнённых площадей в севооборот с использованием монокультуры картофеля на посевные цели, для фитомелиорации рекультивируемых площадей, для разработки рекомендаций применения ОСВ в семеноводстве картофеля. Результаты исследований позволяют предложить использовать 2-хлорэтилфосфоновую кислоту для увеличения выхода клубней семенной фракции картофеля, дающую эффект и в неблагоприятных погодных условиях. По результатам исследований разработана "Программа опытно-производственных работ по использованию механически обезвоженных осадков сточных вод Новолюберецкой станции аэрации в ОПХ «Коренево» НИИ картофельного хозяйства" в качестве удобрения для выращивания семенного картофеля

Апробация работы. По материалам экспериментальных работ сделан доклад на научной конференции аспирантов и научных работников, посвященной 135-летию образования МСХА, на кафедре экологии в 2000г и сообщение на научной конференции в ВИУА, посвященной 60-летию Геосети, в 2001г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

г

Структура и объём диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературь1, описание объектов и методов исследования, результаты экспериментов, выводы, рекомендации производству, список литературы и приложения. Основной материал изложен на 110 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 6 рисунков и 18 приложений. Список литературы включает 123 наименования, в том числе 19 на иностранных языках.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В этой главе было рассмотрение большое количество литературных данных, посвященных агроэкологическому значению осадков сточных вод и использованию их в России и в других странах. При значительном применении ОСВ в сельском хозяйстве мною не было обнаружено информации об использовании осадков в системе семеноводства картофеля. Отмечены достаточно разнородные данные по предлагаемым дозам внесения ОСВ в разных странах, что вызвано различиями климатических и почвенных условий, состава ОСВ и выращиваемыми растениями. Освещены проблемы загрязнения почв тяжёлыми металлами, входящими в состав ОСВ, и рекультивации загрязнённых территорий. Рассмотрено влияние осадков сточных вод на содержание ТМ в почве и накопление их сельскохозяйственными растениями.,

В литературе широко освещено открытие,. изучение и использование 2-хлорэтилфосфоновой кислоты. Однако исследователями не было предпринято попытки целенаправленно изучить способность этиленпродуцентов увеличивать выход клубней семенной фракции картофеля для использования этого регулятора роста в семеноводстве картофеля.

Количество литературы, посвященной применению Никфана, крайне ограниченно. Этот биостимулятор был создан Н.Н. Игнатьевым и Ф.Ю. Гельцер в МСХА, и проведённые исследования показали высокую эффективность этого препарата, созданного на основе грибов-симбионтов, выделенных из корней облепихи. Исследования применения регуляторов роста на культурах, выращиваемых на почвах с внесением ОСВ, не проводились.

II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Как известно, сельскохозяйственные культуры обладают различной способностью к накоплению тяжёлых металлов. Можно составить следующий ряд растений по снижению устойчивости к ТМ: капуста > клубни картофеля > корнеплоды моркови и свёклы > надземная часть кукурузы » петрушка, укроп, салат и надземные части картофеля и свёклы. Как видно, картофель является

одним из устойчивых видов. Поэтому целесообразно осуществлять изучение специальных приёмов именно на картофеле в условиях загрязнения почвенного ценоза осадком сточных вод для вовлечения этих территорий в систему рекультивации.

Объекты исследования - картофель сорта Невский и дерново-среднеподзолистые легкосуглинистые почвы опытного поля Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института органического удобрения и торфа (ВНИПТИОУ), расположенного в Судогодском районе Владимирской области, В почву в качестве нетрадиционного удобрения вносили термофильно-сброженный осадок сточных вод Владимирской станции аэрации. Физико-химические свойства и санитарно-гигиеническая характеристика осадка удовлетворяют требованиям к ОСВ.

Полевой опыт с целью изучения действия и последействия ОСВ (100 и 200 т/га), а также 2-ХЭФК и Никфана на картофель и агроэкологические свойства почвы заложен в 1998г. Площадь каждой делянки Ц5 мг, повторность пятикратная. Перед посадкой клубни картофеля обрабатывали препаратами в течение 20 минут. Схема опыта состояла из 5 вариантов: 1 - контроль; 2 - 0,01% раствор 2-ХЭФК; 3 - 0,05% раствор 2-ХЭФК; 4 - 0,005% раствор Никфана; 5 -0,01% раствор Никфана.

В образцах почв определяли содержание органического вещества по методу Тюрина, рН, гидролитическую кислотность, обменные Са и подвижные фосфор и калий по методу Кирсанова (Агрохимические методы..., 1975).

Для выявления уровня загрязнения почв ТМ и определения подвижности их соединений проводили экстракцию проб почв ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН=4,8. Валовое содержание ТМ определяли в 5М НЫОз (Методические указания..., ЦИНАО,1992).

Для подготовки к анализу растений использовали метод сухого озоления при температуре 450°С. Определение содержания металлов в растительных объектах выполнено после растворения золы в 1Н НМОз при нагревании. Конечное определение РЬ, С(3, 2п, Си, Мп, Со, Н£ в почвах и растениях проводилось атомно-абсорбционным методом в воздушно-ацетиленовом пламени на спектрофотометре С-115. Результаты опыта были обработаны с помощью программы Б0"аг.

Изучали действие этиленпродуцента 2-ХЭФК и продукта метаболизма грибов-эндофитов Никфана на рост и развитие растений картофеля, определяя линейные размеры и число стеблей биометрическими методами, ассимиляционную площадь листьев методом высечек. Был проведён учёт урожая и анализ его структуры и качества.

Изучение последействия препаратов и ОСВ на семенной материал картофеля проводилось на незагрязнённой дерново-подзолистой почве в Тверской, области.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 .Влияние осадка сточных вод на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв

Почва, на которой ставился полевой опыт с ОСВ, имела слабокислую реакцию среды (рНсол=б.О) при уровне Нг=0.75мг-экв/100г. Для данной почвы характерен средний уровень гумусированности, равный 1.75% при невысоком содержании фосфора и калия. Действию ОСВ на физико-химические свойства почвы посвящено достаточное количество работ [Касатиков и др.,1981; Мёрзлая Г.Е.,1996; Гришина A.B., Иванова В.Ф., 1997], поэтому в данной работе мы лишь отмечаем положительное влияние осадков на агрохимические свойства почвы.

При внесении ОСВ в дозах 100 и 200 т/га происходит небольшое подщела-чивание слоя почвы 0-20 см.: снижается обменная и гидролитическая кислотность. Это обусловлено действием двух- и трёхвалентных катионов при разложении органических и органоминеральных соединений осадков. Достаточно высокое количество двухвалентных катионов закономерно увеличивает насыщенность пахотного слоя почвы основаниями. При этом внесение удвоенной дозы ОСВ не имеет больших различий с одинарной дозой.

Содержание во вносимом осадке подвижного фосфора 111 мг/100г приводит к тому, что при внесении 100т/га ОСВ пахотный горизонт почвы можно оценить как высокообеспеченный с увеличением концентрации подвижной формы Р205 в 2.5 раза. Не столь сильно увеличивается Р20} 0бм при внесении 200 т/га ОСВ - з 3.1 раза. На следующий год после внесения ОСВ, в процессе разложения органического вещества, высвобождается количество фосфора, превышающее контроль более чем в 3.5 раза. Причём, эффективность удвоенной дозы составляет лишь 120% от одинарной. В то же время внесение 100 т/га ОСВ повышает уровень К20 на 11%, а 200т/га — почти на 30%. Подобное же соотношение отмечено и по последействию осадков.

Интенсивность процессов биологического разложения ОСВ весьма зависит от водно-воздушного баланса почвенной среды, которая в свою очередь обусловливается погодными условиями. Отличавшийся достаточным увлажнением 1998 год обеспечил удовлетворительное разложение внесённого осадка, ска-

5

завшееся на усилении активной иммобилизации его макроэлементов. А залегание грунтовых вод на глубине 1,5 метра не приводит к опасению загрязнения их тяжёлыми металлами.

2.Влияние осадка сточных вод на уровень микроэлементного состава дерново-подзолистой почвы.

С внесением ОСВ в почву попадает определенное количество тяжелых металлов, лимитируя их использование в качестве удобрения. В связи с этим в опыте использовался ОСВ с нормативным и сверхнормативным содержанием ТМ. Это позволило смоделировать в естественных условиях агроценозы с повышенным содержанием ТМ, существующие в сельскохозяйственных предприятиях, прилегающих к станциям аэрации.

Таблица 1

Содержание тяжёлых металлов в осадках сточных вод, мг/кг воздушно-сухого вещества (г. Владимир, 1997г.)_

Си | № | Со | РЬ | гп | Ие | Мп | са

Валовое содержание

1120 | 407 | 11,0 | 127 | 3000 | 34000 | 627 | 145

Подвижные |юрмы (ацетатно-аммонийный буфер, рН = 4.8)

79,2 | 107 | 0,53 | 2,4 | 1215 | 87,6 | 106 | 43,3

При сравнении фактического содержания тяжёлых металлов с нормативами оказалось, что валовое содержание СсЗ в используемом в опыте ОСВ превосходит нормативные требования в 5 раз, никеля — на уровне нормативов, концентрации остальных тяжёлых металлов находятся в допустимых пределах (таблица 1).

Одним из наиболее потенциально опасных металлов является кадмий. В нашем опыте изначально он имел высокий уровень содержания в почве, а после внесения 100т/га ОСВ его наличие в почве уже соответствовало среднему уровню загрязнения, превышая ПДК в 1998 году в 1,7 раза, 200т/га - высокому уровню загрязнения, превышая ПДК в 3 раза. Это соответственно повлияло на концентрацию кадмия в растениях картофеля, превысившую ПДК.

При внесении ОСВ в почву происходит аккумуляция ТМ почвенно-поглощающим комплексом. Полиэлементный состав осадков при этом обусловливает прохождение в условиях наличия антагонизма и синергизма между элементами различного рода взаимодействий ТМ с органической и органо-минеральной составляющими ППК, поэтому в зависимости от соотношения элементов во вносимом осадке концентрация элементов в почве и особенно интенсивность их транслокации в растения будет сильно варьировать.

6

В связи с этим внесение ОСВ даже в дозе 200 т/га привело к превышению ПДК в почве только по кадмию (таблица 2). Концентрация цинка лишь приблизилась к предельно допустимой, соответствуя низкому уровню загрязнения почвы. Однако в целом о загрязнении почвы судят по суммарному показателю загрязнения почвы 7&. •

Согласно классификации загрязненных почв в условиях применения осадков городских сточных вод [Касатиков В.А., 1991], почва подразделяется на слабо (2с<10), средне ^с = '10 — 25) и сильно {Ъс >25) загрязнённую. После внесения ОСВ в дозе 100т/га почва стала слабозагрязнённой, исходя из всего комплекса рассматриваемых ТМ. ■

; ......Таблица 2

Действие и последействие ОСВ на валовое содержание тяжёлых металлов в почве, мг/кг сухого вещества (ВНИПТИОУ)

Вариант Год РЬ са Си гп Со Мп Не 7.с

Фон -без ОСВ 1998 9,0 1,7 21,5 64,7 14,5 5,3 525 0,03 -

1999 9,0 1,6 20,2 62,5 14,0 5,3 496 0,03 -

2000 9,0 1,5 19,0 61,8 13,8 5,3 473 0,03 - ^

Фон +■ 100 т/га ОСВ 1998 13,2 3,5 42,8 108 20,4 7,2 834 0,06 6,5

1999 13,2 3,3 42,0 102 18,2 7,0 812 0,04 5,8

2000 13,0 3.2 41,2 90,7 17,0 6,8 805 0,03 5,4

Фон + 200 т/га . ОСВ 1998 13,7 6,0 57,6 179 34,2 8,5 1118 0,09 12,6

1999 13,5 5,5 57,0 163 30,1 8,4 ,956 0,07 11,4

2000 13,6 5,2 56,2 141 29,2 8,4 942' 0,06 10,9

НСР05 1998 0,8 0,4 6,3 12,0 1,6 0,6 107 0,01 -

1999 0,6 0,5 7,9 10,3 1,2 0,6 : 86 0,005 " -

2000 0,7 0,7 7,6 8,4 1,4 0,5 95 0,003 -

ПДК/ОДК* 32 2,0* 132* 220* 80* 100 1500 - ' -

Внесение удвоенной дозы осадка не привело к пропорциональному изменению концентраций в почве таких металлов как РЬ, СсЗ, Си, Со. Содержание Мп, №, и Zn при внесении ОСВ в количестве 200т/га увеличилось в два или более раза по сравнению со 100т/га, что, однако, не привело к превышению их ПДК в почве. ■

При изучении последействия осадков городских сточных вод на дерново-подзолистую почву выявлено небольшое снижение валового содержания ТМ. При этом в течение 1999 и 2000 годов концентрация кадмия в 2 раза превышала допустимый уровень на полях с внесением 200 т/га ОСВ. Это говорит о том,

как важно, чтобы в используемом осадке содержание ТМ не превышало существующих нормативов.

Хотя мы, по-прежнему, судим о состоянии почв по валовому содержанию в них элементов, многими учёными неоднократно была отмечена важность контроля за доступными растениям формами химических элементов [Михайлов Л.Н., 1996, Богатырёв С.М.,1999].

Степень подвижности тяжёлых металлов значительно возрастает на почвах с антропогенным воздействием. При внесении ОС В в 1998г только концентрации РЬ и Со оставались в допустимых границах. Концентрации же Сё, Си, 2п и № превысили ПДК их подвижных форм на фоне 200т/га в 2 и более раз.

Более высокое влияние ОСВ на концентрацию подвижных форм Сс!, Си, 7.п, N1 в почве, чем на их валовое содержание обусловлено процессом разложения биомассы ОСВ и высвобождением ТМ из состава органоминеральных соединений.

По коэффициенту концентрации подвижных форм при внесении 100 т/га ОСВ был выявлен следующий ряд: РЬ<№<Со<С<1<гп<Си. Несколько в иной последовательности располагаются Кс для валового содержания ТМ: Со<№< РЬ<гп<Си< С<1. При этом сохраняется доминирующее значение для цинка, кадмия и меди, объясняемое как химическим составом ОСВ, так и химическими свойствами самих элементов, определяющими характер взаимодействия и прочность связи элементов с минеральной и органической составляющими ППК.

Различие соотношений концентраций металлов к их ПДК у валовой и подвижных форм приводит к разногласию при оценке безопасности доз ОСВ, не вызывающих загрязнение почв. Так, если судить по подвижной форме, то доза в 100 т/га, безусловно, уже высока. При анализе накопления ТМ растениями наблюдается превышение ПДК только у СсЗ, а концентрация Zn сравнялась с ПДК на фоне 200т/га ОСВ, концентрации остальных тяжёлых металлов ниже предельно допустимой концентрации.

Поэтому наибольшее значение имеет то, какую именно культуру выращивать на данной почве. При использовании земель, содержащих ТМ в концентрациях превышающих ПДК, важно учитывать степень устойчивости выбранного вида к лимитирующим факторам, а так же части растения, характеризующиеся наименьшими объёмами накопления токсичных веществ и цели использования (кормовые, семенные или технические цели).

3. Влияние осадка городских сточных вод на содержание микроэлементов в клубнях картофеля.

Клубни картофеля отличаются низкими коэффициентами накопления тяжёлых металлов в ряду овощных культур. Однако, его использование в пищу при внесении осадков сточных вод не рекомендовано из-за многих причин. Во-первых, так как отдельные металлы могут накапливаться в почве в концентрациях выше уровня ПДК, то внесение осадка ограничивают обычно дозами 10-ЗОт/га сухого вещества. А для получения желаемой агрономической эффективности без дополнительного внесения минеральных удобрений требуется более значительное количество ОСВ (50-100т/га и более). Во-вторых, перевозка и внесение ОСВ в низких дозах и на расстояния от станции аэрации, превышающие 15 км,мало-или нерентабельно.

Поэтому в диссертационной работе была поставлена задача изучения возможностей выращивания такого картофеля в качестве семенного материала в пригородной зоне. В этом случае наличие избыточного количества микроэлементов (ТМ) не является недостатком, напротив ,может способствовать лучшему развитию растений картофеля.

Изучение распределения ТМ по частям клубня не проводилось, так как это не входило в программу исследований, а в литературных источниках такая информация имеется [Черников В.А., Алексахин М.Р., Голубев А.В., 2000г].

Коэффициент биологического поглощения (КБП) рассчитывается по отношению коэффициента концентрации элемента в растении (Кср) к коэффициенту концентрации подвижной формы элемента в почве (Ко,)-

В зависимости от физических свойств элементов, концентрации их в почве, потребности растений и наличия защитных физиолого-биохимических барьеров, поглощение металлов идёт специфически. Поэтому, зная содержание подвижной формы ТМ в почве и коэффициент биологического накопления характерный для данного вида, можно определить выращивание какой культуры будет наиболее безопасно.

На фоне 100т/га значения КБП для РЬ, Сс1, Си, №, Со в среднем за три года соответственно равны 1.0; 0.93; 0.41; 0.43; 0.83; 0,65. При внесении удвоенной дозы ОСВ происходит некоторое перераспределение металлов в клубнях: свинец по-прежнему обладает наибольшей величиной КБП, но снизилась транслокация кадмия. Возможно, мы сталкиваемся с проявлениями антагонизма между,Сё и N1: увеличение накопления N5 в тканях растения при возрастании концентрации его в почве приостановило поглощение Сё.

1998год 1999год 2000год

Рис. 1 Влияние ОСВ на содержание группы тяжёлых металлов в клубнях картофеля 1998-2000г, мг/кг сухого вещества

Ш без ОСВ □ 1 ООт/га ОСВ Ш 200т/га0св

Следует обратить внимание, что, несмотря на превышение ПДК подвижной формы Си больше чем в 5 раз на фоне ОСВ 200 т/га, содержание меди в клубнях картофеля меньше ПДК з 4 раза При многократно превышающих норму значениях металла в почве растение может попотить только ограниченное его количество, благодаря наличию в растительном организме механизмов, препятствующих поступпеншо избь точных ТМ в оргзны запасания

Несмотря на увеличение подвижности ТМ в L 5 2 раза при знесении 200т/га по сравнению с фоном в 100т га, поглощение ТМ растениями усилилось незначительно (рис 1)

Здесь сказалось также действие фактора «ростового разбавления» после внесения 200т/га ОСВ произошло увеличение биомассы растений, и поглощение значительной части ТМ ботвой картофеля

Как уже упоминалось, надземная часть картофеля характеризуется высокими коэффициентами биологического накоптения Достоверного впияния регуляторов роста 2-ХЭФК и Никфана на содержание ГМ в клубнях картофеля и их распределения по вариантам не обнаружено

Рассматривая уровень значений Z. для клубней картофеля в соответствии с критериями загрязненности растении (Касатиков В А ,1992), следует отметить, что он соответствует средней степени загрязнения Это совпадает с оценкой загрязнения почв го подвижной форме ТМ

4 Влияние изучаемых факторов на биометрические показатели роста расте-шй картофеля

Выравненность межфазных периодов развития растений картофеля на вариантах с различными дозами ОСВ показывает, что токсичного действия на ркггения от внесения 100 и 200 т/га осадка сочных вод не произошло Напротив на вариантах, удобренных ОСВ, было отмечено более мощное развитие кустов картофеля, чем на контроле без удобрений

При обработке 2-ХЭФК и Никфаном посадочных клубней картофеля произошло увеличение числа стеблей на всех фонах Наибольшее увеличение количества стеблей обнаружено от применения 0 01 и 0 05% 2-ХЭФК Прибавка составила на фоне без внесения ОСВ 20 и 29% соответственно, при внесении 100 г га ОСВ -17 и 25 а 200 т/га - 18 и 24% Это связано с тем, что предпосадочная обработка клубней 2-ХЭФК способствует пробуждению и стимуляции дополнительных ростовых почек латерального расположения, ингибируя апи-к^ьное доминирование От количества стеблей напрямую зависит число клуб-пси на кусте Применение Никфана также дает увеличение количества стеолеи.

правда, незначительно на 3-15%. Рост числа стеблей отмечался и другими исследователями [Попова Л.Д., Жуков К.А., 1996]. - -На линейные размеры растений препараты оказали действие, отразившееся лишь в фазу полных всходов, наиболее сильные различия были отмечены на участках без внесения ОСВ. Действие грибов-симбионтов на растения, обработанные Никфаном, активирует ростовые процессы картофеля, давая мощную вегетативную массу: выявленное максимальное увеличение в варианте с использованием 0,01% Никфана составило 18%.

Химическая природа 2-хлорэтилфосфоновой кислоты такова, что в начале наблюдается ингибирование ауксинов и, как следствие, отставание в росте на 6% при максимальной концентрации на вариантах без ОСВ, при этом идёт утолщение стеблей кустов. 2-ХЭФК в концентрации 0.01% быстрее разлагается в клубнях и высота стеблей на всех фонах выше контроля на 6-13%.

Ко времени бутонизации затормаживающее действие 2-ХЭФК ослабевает и рост стеблей выравнивается. К моменту цветения достоверные различия в линейных размерах растений от применения препаратов не выявлены.

Однако, в отличие от контрольных, растения обработанные препаратами имеют более развитый фотосинтетический аппарат, что, в свою очередь, положительно влияет на размеры клубней будущего урожая, так как на их развитие идёт мощный ток ассимилятов.

Увеличение площади листьев заметно от применения обоих регуляторов роста, значит, используемые концентрации препаратов обладают преимущественно стимулирующим эффектом.

Наилучший результат, превышающий контроль на 17% был отмечен при обработке клубней 0,01% 2-ХЭФК. Заметное увеличение площади фотосинтетической поверхности от применения 2-ХЭФК связано с образованием в тканях растений этилена - действующего вещества 2-хлорэтилфосфоновой кислоты. Этилен изменяет направление роста клеток с продольного на поперечное, и происходит утолщение стеблей и листьев, образуя большую вегетативную массу растений [Полевой В.В.,1989]. '

Обработка клубней 0.01% Никфаном даёт возможность развиться вполне достаточному количеству грибов-эндофитов, чтобы вызвать устойчивую положительную динамику влияния ■ на рост растений и их урожайность.

При использовании осадков сточных вод произошло увеличение ассимиляционной площади листьев растений картофеля по сравнению с контролем: во время фазы бутонизации от дозы 100т/га на 53%, от 200т/га - 61%; а во время фазы цветение на 10 и 24% соответственно. Наиболее энергично идёт формирование биомассы растений в первую половину вегетации, что обусловлено, оче-

видно, влиянием органического вещества ОСВ. Эта тенденция сохраняется и в последующие годы после внесения осадков сточных вод.

5. Влияние на урожайность картофеля действия и последействия ОСВ и регуляторов роста

Основным показателем, характеризующим результаты полевых исследований, является урожай: валовой сбор и структура. Действие препаратов в наибольшей степени проявилось на вариантах без ОСВ (таблица 3). В среднем за три года была отмечена существенная прибавка урожая в 3-ем варианте, составившая 32% по отношению к контролю. Здесь эффект от применения 2-ХЭФК оказался выше, чем на вариантах с ОСВ. Лучший результат от применения Никфана в концентрации 0.01% составил 15% в сравнении с контролем.

Таблица 3

Вариант 1998Г 1999г 2000г Сред.

ц/га % к конт ц/га % к конт ц/га % к конт %

Фон -без ОСВ

Контроль 212 100 200 100 186 100 100

2-ХЭФК 0.01% 259 122 226 113 242 130 122

2-ХЭФК 0.05% 279 131 243 122 269 144 132

Никфан 0.005% 228 108 209 104 215 115 109

Никфан 0.01% 242 114 215 108 230 123 115

HCPos 23 14 - 26 ! - i

Фон + 100 т/га ОСВ

Контроль 260 100 239 100 241 100 100

2-ХЭФК 0.01% 296 114 263 110 285 118 114

2-ХЭФК 0.05% 308 118 270 113 294 122 118

Никфан 0.005% 292 112 254 106 282 117 112

Никфан 0.01% 302 116 260 109 289 120 115

НСР05 27 19 28 - -

Фон + 200 т/га ОСВ

Контроль 324 100 302 100 345 100 100

2-ХЭФК 0.01% 350 108 323 г 107 357 103 106

2-ХЭФК 0.05% 372 115 345 114 374 108 112

Никфан 0.005% 346 107 311 103 356 103 104

Никфан 0.01 % 361 112 317 105 367 106 108

HCPos 25 16 - 21 - -

Рассмотрев действие препаратов по годам, можно заметить, что неблаго-: приятные погодные условия 99-го года снизили • урожай и отрицательно по-, влияли на развитие грибов-эндофитов, образующихся на корнях картофеля в результате применения Никфана, повысив урожайность лишь на 3-8%. Однако, применение химического регулятора роста помогло растениям адаптироваться к стрессовым условиям и получить значительную прибавку урожая. Результаты дисперсионного анализа показали, что различие по вариантам существенно, а сам опыт достоверен. •

Чтобы проанализировать абсолютные величины урожайности в зависимости от фактора действия содержащегося в почве осадка, мы приняли урожайность на контроле без ОСВ за 100% и рассчитали процентное увеличение урожайности в зависимости от доз ОСВ, при этом хорошо виден положительный эффект от внесённого удобрения (таблица 4).

Вне зависимости от погодных условий внесение осадка сточных вод в количестве 100 т/га увеличило урожайность не менее чем на 19%, а 200 т/га - на 51%. Интересно, что на третий год исследований последействие двойной дозы ОСВ позволило получить урожай картофеля на 85% выше контроля, выращиваемого без удобрений, что обусловлено, очевидно, степенью разложения биомассы ОСВ. В то же время урожайность на вариантах без ОСВ и при дозе его 100 т/га снизилась в 2000 году по сравнению с годом внесения ОСВ.

- Таблица 4

Влияние различных доз осадков сточных вод на урожайность картофеля (ВНИПТИОУ)

1998г 1999г • 2000г Сред. %

Вариант ц/га % к конт ц/га % к конт ц/га % к конт

Фон - без ОСВ 212 100 200 100 186 юо,.: 100

Фон +100 т/га ОСВ 260 122 239 119 241 129 123

Фон + 200 т/га ОСВ 324 153 . 302 151 345 185 ■ 163 .

НСР05 32 ■.24 . . - 29 -

- . Очевидно, что . на третий год после внесения 100т/га система почва-растение уже не обеспечена достаточным количеством доступных элементов питания, в первую очередь, калием. С точки зрения удобрительной ценности высоких доз ОСВ под картофель можно говорить о высокой отдаче используемых удобрений. Однако, как следует из данных таблицы 3, увеличение содер-

жания некоторых тяжёлых металлов в почве после внесения ОСВ значительно превышает ПДК.

Для получения семенного картофеля внесение ОСВ в дозе 200 т/га может. быть оправданным, хотя эта доза, видимо, является критической. Следует добавить, что экономически эффективно утилизировать осадки городских сточных вод в пригородных зонах, на расстоянии не более 10 -15 км от станции аэрации. Если вносить ОСВ в меньших дозах на большие территории, то возникают проблемы с проведением соответствующего мониторинга пахотных угодий.

Следовательно, в небольших семеноводческих хозяйствах близ городов дозы в 100 и 200 т/га, в зависимости от свойств почв, будут приемлемым решением проблем как хозяйства, не тратящего деньги на покупку, доставку и внесение минеральных удобрений, так и станций аэрации.

На изменение структуры урожая картофеля изучаемые регуляторы роста влияли неоднозначно. Коэффициент биологического размножения существенно вырос на 25% лишь в результате применения 0.05% 2-ХЭФК независимо от дозы внесения ОСВ. ^а счёт увеличения семенной фракции на 33, 28 и 23 % соответственно. Достаточно выразительно проявилось действие 0.01% 2-ХЭФК -число клубней увеличивается на 13-16 %, а выход клубней семенной фракции вырос на 20 % на почве без ОСВ. Коэффициент биологического размножения при использовании Никфана вырос в среднем на 5 %, с типичным для этого препарата ростом доли крупной фракции.

Проведённые исследования влияния изучаемых препаратов и их различных концентраций на качество полученного урожая показали отсутствие достоверно значимых результатов по всем вариантам.

На агрономические показатели качества клубней нового урожая внесение осадка сточных вод в дозах 100 и 200 т/га по сухому веществу влияния не оказало. И с этой точки зрения их применение вполне допустимо. При рассмотрении содержания нитратов было отмечено, что применение осадка сточных вод не вызвало опасного накопления их в клубнях, все полученные результаты ниже ПДК. Анализ растительных образцов показал, что содержание белка, фосфора, калия, витамина С и крахмала соответствует средним данным по всем показателям.

б. Изучение опосредованного последействия ОСВ и регуляторов роста в условиях незагрязнённых дерново-подзолистых почв

Для изучения последействия ОСВ при возделывании продовольственного картофеля в условиях незагрязнённых почв нами был заложен опыт в 2001 году в Вышневолоцком районе Тверской области. Высаживались клубни урожая

2000-го года полученные по трём вариантам: контроль, 0,05% 2-ХЭФК и 0,01% Никфана (где была получена лучшая урожайность картофеля) с трёх фонов: без ОСВ, 100 и 200 т/га. Нами было выявлено увеличение урожайности при использовании клубней, полученных на полях со 100т/га ОСВ на 6% и на 19% - с 200т/га. Различия в последействии препаратов отмечено не было.

"Анализируя структуру полученного урожая, мы выявили динамику распределения клубней по фракциям (рис.2). Произошло уменьшение непригодных клубней на 50% с фона 100т/га и на 30% с 200 т/га, одновременно выросло количество крупных клубней на 30 и 20% соответственно. Это доказывает позитивность использования в дальнейшем семенного материала, выращенного на почвах, удобренных осадком сточных вод.

Без ОСВ

>120г

i | ' ЮОтГга ОСВ • i

| .0.8 0.5

~а<зог

1, ■ 31-SOr ||

1 1 *' В51-80Г ¡j

i » В81-120Г |

Н>120г 1

20CWra ОСВ

., а<зог |

' щ 31-50г I

I щ 51-8 Ог {

| В8М20Г .

! и*120г А

Рис, 2 Структура урожая картофеля по фракциям при использовании семенных клубней, полученных на полях с различными дозами осадков сточных вод, шт/куст, 2001 г.

Анализ микроэлементного состава почвенных образцов показал* что ни по одному металлу не произошло существенного изменения концентраций, как валового содержания, так и подвижной формы после высадки семенных клубней, выращенных с внесением высоких доз ОСВ. Это доказывает возможность использования семенного материала с повышенным содержанием микроэлементов без загрязнения почв.

Конечным результатом нашего опыта явилось определение содержания ТМ в клубнях нового урожая (Таблица 5). Здесь мы наблюдаем снижение концентраций ТМ, в частности, кадмия на 40% и цинка - на 55% в сравнении с их концентрациями в посадочных клубнях.

Нами также не выявлены различия в концентрациях ТМ, содержащихся в клубнях нового урожая, полученных из семенного материала, выращенного на • полях с различными дозами осадков. Содержание тяжёлых металлов в растениях соответствуют установленным нормативам для продовольственного картофеля.

Таблица 5

Изменение микроэлементного состава клубней картофеля в

зависимости от качества семенного материала, мг/кг сухого вещества

Вариант РЬ са Си гп № Со

Посадочный материал (урожай 2000т)

контроль с фона без ОСВ 0,38 0,14 4,58 14,8 0,75 0,20

кпубни с фона 100т/га ОСВ 0,59 0,27 5,11 18.0 0,9 0,26

клубни с фона 200т/га ОСВ 0,86 0,29 5,93 21,2 1,26 0,39

Клубни нового урожая (2001 г)

контроль с фона без ОСВ 0,42 0,12 3,15 12,3 0,67 0,21

клубни с фона 100т/га ОСВ 0,45 0,14 3,35 8,7 0,63 0,21

клубни с фона 200т/га ОСВ 0,48 0,13 3,40 9,5 0,67 0,21

пдк 2,5 0,15 25,0 50,0 100 50

Выводы

1. Впервые проведены комплексные агробиологические и биогеохимические исследования по использованию повышенных доз осадков городских сточных вод для получения качественного семенного материала картофеля.

2. При однократном внесении осадков сточных вод в дозах 100 и 200 т/га по сухому веществу в среднем за 3 года получен прирост урожайности карто-

феля соответственно на 23 и 63%, сопровождаемый увеличением массы семенной фракции на 20%.. : - <,

3. Действие регуляторов роста - 2-ХЭФК и Никфана способствует увеличению ассимиляционной листовой поверхности картофеля и, как следствие, росту его урожайности на 9-23%. При использовании осадков сточных вод снижается эффективное влияние регуляторов роста на растения.

4. Увеличение выхода клубней семенной фракции картофеля, не зависящее от погодных условий и фактора наличия ОСВ, на 25% дало применение 2-ХЭФК в концентрации 0.05% путём предпосевной обработки клубней, что может представлять интерес для опытно-производственного применения в семеноводческих хозяйствах.

5. Применение экологически безопасного биостимулятора Никфана в концен-. трации 0.01% при предпосевной обработке клубней увеличивает урожайность в среднем на 14%, благодаря росту фракции продовольственного картофеля. . ,

6. Действие И последействие осадков сточных вод в дозах 100 и 200 т/га по сухому веществу не приводит к сверхнормативному накоплению в клубнях картофеля нитратов. При этом отсутствуют достоверные изменения в содержании белка, фосфора, калия, витамина «С» и крахмала. - -■

7. Несмотря на высокое содержание в осадках сточных вод меди, кадмия, цинка и хрома в слое почвы 0-20 см не выявлено их сверхнормативного содержания за исключением кадмия. Уровни коэффициентов концентрации кадмия в почве 1,5-1,8 ед. при дозе ОСВ 100т/га и 3-3,5 ед. при дозе ОСВ 200 т/га обусловлены 5-кратным сверхнормативным превышением кадмия в ОСВ.

8. Действие изучаемых доз ОСВ на накопление тяжелых'металлов клубнями картофеля находится в корреляционной зависимости от их валового содержания в почве и способствует лишь сверхнормативному накоплению кадмия. В связи с этим при выращивании картофеля на геохимически «чистой» почве и использовании в качестве удобрения осадков сточных вод с нормативным содержанием тяжелых металлов и в дозах не более 200 т/га по сухому веществу сверхнормативного накопления ТМ в клубнях картофеля не будет достигнуто.

9. В ходе полевых исследований на незагрязненной дерново-подзолистой почве доказано положительное влияние семенного картофеля, выращенного на вариантах с ОСВ 100 и 200 т/га на биометрические показатели роста растений, структуру и урожайность картофеля.

10. При монокультуре картофеля на вариантах с однократным внесением ОСВ в дозах 100 и 200 т/га выявлено наличие эффекта биологической рекультивации дерново-подзолистой почвы, проявившееся в снижении концентрации тяжелых металлов в системе почва - растение.

Предложения к производству

Рекомендозать сель^кохо «иственным предприятиям, расположенным в 10-15 км от станций аэрации городов вносить в качестве opi анического удобрения семеноводческих посадок картофеля осадки сточных вод с нормативным содержанием макро- и микроэлементов в дозе до 100 т/га сухого вещества один раз в пять лет

Рекомендозать картофепеводческим хозяйствам испотьзование 0 01% раствора Никфана путем предпосевной обработки клубней для уве-шчения общей урожайности картофеля

Предложить в качестве фитомелиорашш в системе рекультивации загрязненных земель испочьзовать выращивание картофетя на семенной материал с дальнейшим включением метиорированных земель в сельскохозяйственные севообороты

С испотьзованием полученных данных была разработана ' Программа опытно производственных работ по использованию механически обезвоженных осадков сточных вод Ново люберецкой станции аэрации в ОПХ «Коренево» на 2002-200О годы'

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1 Хоренко Л А , Постников Д А , Чекерес А И Воздействие регуляторов роста не картофель в условиях загрязненных агроценозов // Бюллетень ВИУА 2001 -X» 115 ~ С 76-77

2 Хоренко Л \ , Потников Д А Роль стимуляторов роста при возде ш-вании картофеля в условиях загрязненных агроценозов // Доклады ТСХА ~М VICXA, 2001 - Вып 273, ч 2 -С 393-397.

3 Хоренко Л А , Постников Д А Влияние регуляторов роста на развитие картофетя при выращивание его на полях с внесением осадков сточных вод // И вестия ЧСХА - М МСХА, 2002 - > 2 С 127-139

Отпечатано с готового оригинал-макета

Объем Зак. 2/7 Тираж /00

АНО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44