Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние длиггельного внесения удобрений на содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в дерново-подзолистой почве в льняном севообороте

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние длиггельного внесения удобрений на содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в дерново-подзолистой почве в льняном севообороте"

РГБ ОД - 3 МАЙ 2000

На правах рукописи

Карпова Светлана Юрьевна

Влияние длительного внесения удобрений на содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в дерново-подзолистой почве в льняном севообороте.

Специальность 06.01.04. - Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук.

Москва-2000 г

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

Научный руководитель: - кандидат биологических наук Соловьёв Г.А.

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ю.А. Потатуева - кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник В.Е. Лазарчик

Ведущая организация - ВНИПТИХИМ, г. Москва

Защита состоится 2000 г. в 15 30 час в ауд. М-2 на

заседании диссертационного совета К 053. 05.86 МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьёвы горы, МГУ, факультет почвоведения, Учёный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Полянская Л.М.

. о, о

Актуальность исследования. Лен-долгунец входит в группу культур, с давних пор являющихся основой земледелия умеренного климата Нечерноземной зоны. В современных условиях необходима разработка агроприемов, направленных на увеличение урожая и улучшение качества льнопродукции. Это связано с тем, что в последнее десятилетие около половины льносеющих хозяйств Российской федерации получают очень низкие урожаи ( льноволокна около 2 ц/га, семян льна -1 ц/га ).

В течение последних 50 лет при разработке вопросов питания льна микроэлементами основное внимание уделялось бору. Не было комплексно исследовано изменение подвижности других биогенных элементов, способность льна и культур севооборота их усваивать в зависимости от системы удобрения и агрохимического состояния почвы. Недостаточно были рассмотрены вопросы взаимодействия макро- и микроэлементов, как в почве, так и при поступлении их в растительную продукцию.

Кроме того, такие токсичные элементы как №, Сг, Сс!, РЬ, являясь примесью органических и минеральных удобрений, могут нарушить сбалансированное питание растений, а также способствовать загрязнению природных сред.

В связи с этим актуальной является комплексная оценка различных систем удобрения, которая позволит рационально применять средства химизации, не нарушая баланса микроэлементов. Чтобы избежать дисбаланса в питании растений нормы внесения удобрений должны быть разработаны на основе результатов исследований и нормативных показателей, полученных опытным путём. Причём более объективную информацию дают длительные стационарные опыты.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в исследовании влияния длительного применения минеральных, органо-минеральных удобрений и извести на изменение подвижности микроэлементов и элементов - загрязнителей в дерново-подзолистой почве и их содержания в растениях льняного севооборота.

В задачи исследования входило: изучение изменения физико-химических и агрохимических свойств почвы в зависимости от состава и доз удобрений, оценка эффективности систем удобрения за период их использования (по суммарной продуктивности); определение содержания по генетическим горизонтам валовых и подвижных форм микроэлементов и тяжёлых металлов (ТМ) при сочетании различных вариантов применяемых удобрений; исследование уровня содержания и выноса био-и токсичных элементов культурами севооборота по системам удобрения; рассчёт хозяйственного баланса микроэлементов в системе почва- растение за весь севооборот при систематическом применении удобрений.

Научная новизна. В работе впервые в стационарном полевом опыте в Тверской области Нечернозёмной полосы России на дерново-подзолистой почве комплексно изучено накопление и перераспределение валовых и подвижных форм как биомикроэлементов, так и ТМ. Показано, что длительное применение минеральных, органических и органо-минеральных удобрений и извести не привело к существенному увеличению ТМ в почве и растениях.

Практическая и теоретическая ценность работы. На основании проведённых комплексных исследований полученные результаты актуальны как в теоретическом плане, так и в практическом. Полученные данные могут быть использованы при решении экологических проблем, связанных с долгосрочными прогнозами при использовании средств химизации в земледелии.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Ш международной конференции по биогеохимии тяжёлых металлов (Версаль, 1995), V международной открытой межвузовской научно-практической конференции «Региональные проблемы прикладной экологии» (БелгородД998), VI международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам « Ломоносов-2000».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на 15 0 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы и 12 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части из 7 глав, выводов и приложения. Список литературы включает 200 наименований, из них 40 на иностранных языках.

Объекты, методы и условия проведения исследований.

Работу проводили на базе длительного стационарного опыта, заложенного в 1948 году (Торжокский район Тверской области) в 19911995 годах. В момент закладки опыта ставилась задача -провести сравнительное исследование органических и минеральных удобрений, дозы которых рассчитывали по балансовому методу на основные агрохимические свойства почвы, урожай и качество культур. В 1972 году было заложено несколько дополнительных вариантов с внесением более высоких доз минеральных удобрений с целью достижения расширенного воспроизводства плодородия дерново-подзолистой почвы. Восьмипольный льняной севооборот со следующим чередованием культур: чистый черный пар, озимая рожь, травы первого года пользования, травы второго года пользования, лён, картофель, яровая пшеница, овёс. Исследования проводили в звене севооборота: травы второго года пользования, лен, картофель, овес. Сорта культур следующие: тимофеевка

- "Новоторжская", клевер красный - "Трудовик", лен -"ВНИИЛ - 2", картофель - "Столовый -19", овес - "Надежный". Общая площадь делянки -

д 2

90 м, учётная - 50 м. Повторность четырёхкратная.

В опыте использовались следующие удобрения и мелиоранты: аммиачная селитра, двойной суперфосфат, 40% калийная соль, полуперепревший навоз,76% молотый известняк из расчёта 0,5 гидролитической кислотности. Удобрения вносились по-деляночно вручную, под основную обработку - фосфорные и калийные, под предпосевную -азотные. Известь применялась в чёрном пару под озимую рожь. Схема внесения удобрений представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Схема внесения удобрений в севообороте, (кг д.в./ га).

Вариант Распределение удобрений в севообороте на 1 га за 8 лет

Варианты с 1948 года (1-6 ротации )

навоз,т/га N Р205 К20 известь, т/га

1 Контроль - - - - -

2 Навоз 80 - - - -

3 №5Р12,5К30 200 100 240 -

4 №5Р12,5К30+швоз 40 200 100 240 -

5 *Ш,5Р30 КЗО+Са - 100 240 240 2,8

Варианты с 1972 года (4-6 ротации )

6 Ы25Р120К120 - 200 960 960

7 Ы25Р120К120+-навоз - 200 960 960 -

Вариант с 1988 года (6 ротация )

8 Ы25Р120К12(Н-навоз+Са 80 200 960 960 2,8

Агротехника возделывания культур севооборота общепринятая для условий Тверской области. Учёт урожая сплошной поделяночный.

Из всех вариантов опыта были выбраны наиболее контрастные по своему влиянию на свойства почвы.

Почва опытного участка дерново-подзолистая песчано-легкосуглинистая, развитая на моренном карбонатном суглинке.

Агрохимическая характеристика целинной дерново-подзолистой почвы следующая: рНксь -4,0; содержание гумуса - 2,3%; подвижного фосфора -8,8 и обменного калия - 9,5 мг/100г.

Валовое содержание микроэлементов определяли методом разложения почвы плавиковой кислотой в присутствии азотной кислоты. Подвижные формы микроэлементов извлекали 1Н НС1, буферным раствором СНзСООИШ рН 4,5 без ЭДТА и с комплексоном. Таким образом определяли потенциальный запас доступных форм микроэлементов, связанных с аморфными и некристаллическими образованиями, обменно-поглощённые и водорастворимые формы металлов, абсолютное количество, связанное с органическим веществом почв (Практикум по агрохимии, 1989; Соловьёв, 1990). Агрохимические показатели почвы определяли общепринятыми методами (Практикум по агрохимии, 1989). Определение микроэлементов и тяжёлых металлов в растительных образцах проводили после их сухого озоления в муфельной печи при 450" С и растворения золы в 10% смеси соляной и азотной кислот (Важенин,1974). Количество микроэлементов в минеральных удобрениях определяли в вытяжке 10 % смеси соляной и азотной кислот, в органических удобрениях - после мокрого озоления (Практикум по агрохимии,1989).

Определение всех микроэлементов в почвах, растениях, удобрениях проводили атомно-адсорбционным методом.

При анализе экспериментальных данных применяли дисперсионный метод (Доспехов,1985).

Годы, когда проводили исследования, характеризовались разнообразием погодных условий. В 1991 году летняя погода благоприятствовала возделыванию сельскохозяйственных культур, в 1992 году была засушливая погода. Вегетационный период 1995 года был очень контрастный по гидротермическим условиям.

Результаты исследований. Влияние систематического применения минеральных и органических удобрений на агрохимические свойства почвы.

Из обобщённых результатов с/х использования дерново-подзолистой почвы за длительный период с 1948 по 1995 г. следовало, что по сравнению с данными до закладки опыта отмечался рост актуальной и гидролитической кислотностей, как на контроле, так и на всех удобренных вариантах. Происходило обеднение исследуемой почвы гумусом и подвижным калием.

Таблица 2.

Влияние длительного применения удобрений на физико-химические свойства почвы, 1995 г, ( слой 0-20 см ).

Вариант Конт роль Навоз N25P12.SK 30 Х25Р12,3 КЗО+на- Ш2,5РЗОК ЗО+Са М25Р120 К120 К25Р120 К120+ навоз К25Р120 К120+ Навоз - Са НСР 0,5

рн 4,1 4,9 3,7 4,1 5,1 4,0 4 Л 4,8 0,3

Нг мг-экв ! ШОг 3,40 2,80 3,51 3,28 2,20 3,73 3,30 2,40 02

Но 0,38 ОДО 0,50 0,43 0,19 0,53 0,14 0,18 0,1

8 2,44 3,72 1,92 3,18 4,14 1,16 2,47 2,62 0,4

V 42 57 34 49 67 24 42 52 6

Под влиянием систематического внесения минеральных удобрений возросли гидролитическая и обменная кислотности, снизилась сумма обменных оснований.

При рассмотрении изменения агрохимических показателей в почве

установлено, что содержание гумуса на вариантах с систематическим внесением минеральных удобрений было ниже, чем на контроле (табл. 3). Лучшая обеспеченность почвы гумусом и подвижным калием создавалась по органо-минеральной системе удобрения.

На варианте №5РшКш наблюдалось наибольшее накопление Р205.

Таблица 3.

Агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы опытного участка, 1995 год.

Вариант Контроль Навоз №5Р12,5 КЗО №5Р12,5 КЗО+на-воз Н12,5РЗО КЗО+Са Н25Р120 К120 Ж5Р120 К120+ навоз Ш5Р120 К120+на-воз+ Са НСР 0,5

Гумус % 1,30 1,48 1,18 1,46 ив 1,13 1,43 1,40 0,12

Р205 мг / 100 г 4,6 11,3 16,3 14,0 16,8 36,6 31,4 32,3 1,5

К20 5,0 9,0 8,10 8,3 6,9 17,0 23,3 18,2 и

Са 36 57 26 45 68 31 59 64 9

мг 7,2 7,7 4,8 8,4 7,8 6,0 8,6 11,7 и

Влияние длительного внесения удобрений на продуктивность культур севооборота.

Систематическое применение удобрений, оказывая влияние на питательный режим почвы, в значительной степени отразилось на измене-

Таблица 4.

Влияние различных систем удобрения на урожайность культур в опыте, ц/га.

Культура Контроль Навоз К25Р12,5К 30 Ш5Р12.5 ЮО+на-всз N12,5Р ЗОКЗО +Са М5Р120 К120 К25Р120 К120+ навсо №5Р120 К120+ навогл-Са НСР 0,5

Травы 1991 г. (зел, масса) 75 194 75 169 150 183 212 198 14

Лен 1992 семена 3,5 5,5 2,9 5,1 1,9 3,9 4,8 3,6 0,6

солома 20 31 19 24 26 29 32 28 3

Овес 1995 зерно 16 24 18 22 20 28 30 27 2

солома 29 50 44 51 48 59 62 60 4

нии урожайности культур льняного севооборота (табл 4). Максимальный прирост урожайности трав, овса и соломы льна обеспечивала органо-минеральная система удобрения. Урожайность семян льна в наибольшей степени повышалась при органической системе удобрения.

Рассматривая суммарную продуктивность севооборота, выраженную в зерновых единицах, можно отметить следующее (рис 1).

.АС/Г4

12345678 варианты

Рисунок 1. Продуктивность культур льняного севооборота, цз.е./га (в среднем за год).

Естественный уровень плодородия дерново-подзолистой почвы способен ежегодно обеспечить с 1 га урожай 21,2 ц,з.е./га ежегодно. Внесение среднегодовой дозы навоза 10 т/га позволило поднять продуктивность до 33,8 ц/га. По эффективности внесение навоза оказалось примерно равным совместному его применению с минеральными удобрениями.

В нашем опыте сочетание навоза и повышенных доз минеральных удобрений позволило получить максимальную продуктивность культур.

При этом показатели плодородия почвы соответствовали расширенному его воспрозводству.

Содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в почве в зависимости от системы удобрения.

Результаты дисперсионного анализа свидетельствуют, что систематическое внесение удобрений не сопровождалось существенным возрастанием валового содержания микроэлементов и ТМ в почве. На всех вариантах опыта концентрация изучаемых элементов была значительно ниже ПДК. Биогенные микроэлементы. Содержание потенциально-доступных форм (вытяжка 1 Н HCl ) в исследуемой почве по годам исследования для марганца составило 227-366, железа 1321-1754 мг/кг, цинка 6,1-7,1, меди 2,0-2,5, кобальта 1,2-2,7, молибдена 0,2-0,9 мг/кг.

Таблица 5.

Изменение содержания подвижных форм микроэлементов в зависимости от длительного внесения удобрений, мг/кг ( средние данные за 1991,1993,1995 годы), слой 0-20 см.

Вариант Fe Мп Zn Си Со Мо

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

Контроль 1505 340 311 189 7,0 3,8 2,2 1,5 1,4 1,1 0,4

Навоз 1324 211 267 167 9,8 5,8 1,8 1,1 1,9 1,6 0,8

N25P12.50 КЗО 1521 310 354 219 5,6 2,8 1,7 1,0 2,2 1,5 ОД

N25P12,5 КЗО+навоз 1455 204 310 178 7,4 4,0 1,7 1,2 2,2 1,8 0,7

N12.5P30 К30+Са 1424 221 296 170 5,2 2,3 2,0 1,3 1,5 1,0 0,8

N25P120 К120 1981 396 327 209 4.5 2,0 1,5 0,9 2,4 1,8 0,3

N25P120 К120+навоз 1556 295 273 170 6,5 3,9 1,6 1,1 2,8 2,0 0,8

N25P120K120 +навоз+Са 1199 239 210 135 5,8 3,0 1,7 0,9 2,0 1,4 0,9

НСР0.5 123 56 24 17 1,5 0,9 0,5 0,3 0,5 0,2 0,1

ПДК - - - - - 23,0 - 3,0 - 5,0 -

Примечание: 1-вытяжка 1 ННС1, 2-вытяжка ААБ+ЭДТА.

Полученные результаты позволили отнести почву к среднеобеспеченной по содержанию железа, цинка и кобальта, низкообеспеченной по меди и к группе почв повышенной степени обеспеченности по марганцу ( табл.5 ), (Соловьёв Г.АД990 ).

В нашем опыте внесение умеренных доз минеральных удобрений практически не изменило подвижность железа в почве. В почве, удобрявшейся органическим удобрением, подвижных форм железа было меньше, чем на контроле. Увеличение дозы фосфорно-калийных удобрений повысило концентрацию кислоторастворимых и обменных с органическисвязанными формами металла.

Содержание подвижных форм марганца возрастало по обеим вытяжкам по отношению к фону на вариантах с применением минерального удобрения. Под влиянием органического удобрения солянокислий экстрагент и буферный раствор с комплексоном выделили более низкое по сравнению с контролем количество подвижных форм металла. Эффект воздействия органо-минерального удобрения с более высокими дозами без внесения извести, так и на известкованном фоне выразился в снижении доступности марганца^ особенности его кислоторастворимых форм. Количественную оценку зависимости содержания подвижных форм марганца при изменении гидролитической кислотности позволяет дать простое уравнение регрессии: У=19,6+53Нг, 11= 0,9

При внесении полного минерального удобрения по обеим вытяжкам по отношению к фону получено более низкое количество доступного цинка.

По данным ряда авторов гумус и внесённые в почву органические вещества увеличивают количество подвижных форм цинка и доступность его растениям (Липкина,1987; Исаев, 1991; Глуховский,1992). Нам удалось подтвердить такую зависимость в многолетнем опыте.

Увеличение норм фосфорно-калийного удобрения способствовало созданию низкого уровня обеспеченности почвы цинком и очень низкого медью. Возможно, повышенный уровень содержания фосфора на этом варианте способствовал снижению подвижности цинка за счёт образования устойчивых его соединений с фосфором. Установлена отрицательная корреляционная связь между концентрацией подвижных форм цинка и фосфора ( R= -0,7 ).

Обеднение почвы медью обуславливалось значительным выносом микроэлемента с урожаем культур.

Результаты опыта показали, что подвижность кобальта возрастала как от внесения минерального, так и органического удобрения. Максимальное количество кислоторастворимых и обменных форм кобальта установлено на варианте с органо-мянеральной системой удобрения. Известкование способствовало иммобилизации микроэлемента.

Органическая и органо-минеральная системы удобрения способствовали обогащению почвы кислоторастворимыми формами молибдена. Одностороннее использование минеральных удобрений (вариант N25Pi2,sK3o) в два раза сократило количество подвижных форм элемента.

В регулировании концентрации молибдена в почвенном растворе большое значение имеет рН среды.В опыте выявлена корреляционная зависимость между содержанием подвижных форм молибдена и величиной рН ( R=0,8 ). Тяжёлые металлы. Данные по вопросу влияния длительного применения минеральных и органических удобрений на накопление в почве элементов-загрязнителей противоречивы. В ряде работ (Черных,1995;Полянская 1980; Минеев,1990; Ильин,1991; Потатуева,1994) отмечается накопление в почве токсических элементов и увеличение их подвижности при внесении удобрений. Но есть сообщения (Andersson,1976; Потатуева,1980;

Алиева,1994), где не обнаружено влияния средств химизации на содержание в почве ТМ. Поэтому изучение содержания некоторых форм тяжёлых металлов в почве представляет большой научный и практический интерес. Исследуемая дерново-подзолистая почва имела низкий уровень загрязнения никелем, средний свинцом, хромом, кадмием и стронцием ( табл .6).

По нашим экспериментальным данным систематическое внесение ИРК удобрений, подкисляя почвенный раствор, способствовало увеличению подвижных форм никеля ( на 80 % ), кадмия ( на 40 % ). Получены тесные корреляционные зависимости между величиной рН и доступными формами

Таблица 6.

Содержание отдельных форм тяжёлых металлов в дерново-подзолистой почве в зависимости от системы удобрения, мг/кг( слой 0-20 см (средние данные за 1991,1993,1995 годы ).

Вариант № Сг РЬ са 5г

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Контроль 1,53 0,48 1,19 0,58 бае 2,38 0,20 0,18 2,8 0,7

Навоз 1,26 0,34 1,39 0,84 5,70 2,06 0,16 0,11 3,0 1,0

N25^2,50 КЗО 1,83 0,91 1,07 0,52 5,66 1,95 0,30 0,25 3,4 1,5

Ы25Р12,5ЮО +навоз 1,51 0,51 1,20 0,61 5,58 1,90 0,24 0,19 3,1 1,0

М12,5РЗОКЗ(Н-Са 1,24 0,30 0,99 0,40 5,42 1,91 0,17 0,13 2,0 0,7

№5Р120 К120 1,85 0,88 0,80 0,35 5,31 1,60 0,29 0,23 6,2 3,6

№5Р120 К120+швоз 1,59 0,60 1,18 0,53 4,56 1,35 0,24 0,19 6,0 2,3

№5Р120К!20 +яавоз+Са 1,39 0,41 0,95 0,32 4,15 1,10 0,15 0,11 5,8 2,4

НСР 0,5 0,29 0,15 0Д6 0,14 1,63 0,61 0,07 0,05 1Д 0,3

пдк - 4,0 - 6,0 - 6,0 - 0,5 - -

никеля и кадмия в почве ( И=— 0,9 и —0,8, соответственно ).

На варианте КгзРпоКпо количество подвижных форм стронция возросло в

пять раз.

Отмечалась тенденция снижения доступности никеля, свинца и кадмия под

влиянием органического удобрения.

Многие исследователи отводят органическим удобрениям, вносимых на известкованном фоне, важное место в иммобилизации подвижных форм ТМ (Гомонова,1994; Черных,1995; Лебедева,1996).

В нашем опыте этот приём позволил сократить в 2 раза количество обменных и водорастворимых форм никеля и кадмия. Количество подвижных форм свинца снизилось на 30%, хрома - на 40%.. Выявлена корреляционная связь между количеством подвижных форм кальция в почве и содержанием доступных соединений кадмия и никеля (R=—0,8).

На всех удобренных вариантах опыта содержание изученных подвижных форм ТМ не превышало ПДК.

Проведена оценка изучаемой почвы по степени загрязнения ТМ (Схема оценки почв с/х использования по степени загрязнения химическими веществами № 02-10 51 233 от 10. 12.90). По оценке экологической опасности степень загрязнения характеризуется как допустимое загрязнение. Почва всех вариантов опыта, независимо от видов и доз внесения удобрений, относится к первой категории загрязнения, при которой разрешается использовать её для выращивания любых культур.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют об отсутствии непосредственной экологической опасности загрязнения дерново-подзолистой почвы при внесении удобрений.

Влияние удобрений на содержание микроэлементов и ТМ в растениях.

Изменения подвижности некоторых микроэлементов и ТМ в почве обусловили целесообразность определения содержания их в растениях. Микроэлементы. Содержание железа в культурах варьировало от 11 до 150 мг/кг (табл. 7). В клевере его концентрация была близка к оптимальной

щ

Таблица 7.

Влияние систематического внесения удобрений на содержание биомикроэлементов в культурах севооборота, мг/кг на сухое вещество.

Микроэлемент Культура Варианты

Кон-1роль Навоз ГО5Р12,5 КЗО N25 Р120К120 К25Р120 К120+ навоз ГО5Р120 К120+навоз+ Са НСР 0,5

Бе тимофеевка 19 11 23 17 17 16 4

клевер 38 37 31 34 24 20 6

пЫ (зел м.) 153 139 146 150 130 118 13

л£я (солома) 46 32 45 40 31 27 9

картофель 18 16 18 17 12 14 4

овбс 37 30 35 34 30 28 6

Мп тимофеевка 142 122 161 130 134 {21 8

клевер 155 124 217 163 137 ¡22 13

:к'н (з. м.) 408 280 694 392 280 255 34

л Си (солома) 76 54 98 70 50 46 13

картофель 4,6 4,8 6,9 3,2 3,8 3,1 1,2

овес 99 80 ИЗ 70 68 51 12

гп тимофеевка 22 27 22 16 18 16 4

клевер 28 28 22 23 23 16 2,1

лён (З.М.) 60 43 59 41 50 40 11

лён ( солома) 32 21 26 23 26 18 6

картофель 19 13 18 13 11 12 4

овес 27 29 20 28 31 23 5

Си тимофеевка 2,9 2,3 2,5 2,0 2,3 1,8 0,7

клевер 43 4,1 3,4 3,0 3,8 3,2 1,4

л£н (2. и.) 7,8 6,1 5,3 4,2 3,8 3,0 1,4

лён (солома) 2,5 2,1 1,8 2,0 2,3 2,1 0,8

картофель 4,0 2,9 3,0 2,8 3,0 2,1 1Л

овес 2,7 1,2 1,3 1,8 1,6 1,2 0,6

Со тамофесвка 0,01 0,<7 0.« 0,17 0,16 0,04 0,03

КЛСВф 0,09 0,16 0,13 0,15 0,15 0,08 0,04

лбн (з. м.) 0,06 0,18 0,16 0,20 0,10 0,12 0,03

лбн (солома) 0,08 0,15 0,17 0,24 0,20 0,10 0,03

каргофеть 0,02 0,06 0,05 0,06 0,03 0,02 0,01

овес 0,03 0,03 0,06 0,6 0,03 0,02 0,01

Мо тимофеевка 0,97 1,17 0,83 0,80 0,94 1,81 0,15

клевер 0,38 0,71 0,60 0,30 0,90 2,00 0,12

лен (з. и.) 0,88 1,00 0,82 0,80 1,00 0,80 0,11

Лбн (солома) 0,32 0,32 0,31 0,30 0,41 0,63 0,14

картофель 0,22 0,27 0,15 0,20 0,21 0,33 0,07

овес 0,40 0,37 0,29 0,30 0,38 0,44 0,09

Примечание: лён( з.м.)-зелёная масса льна ( фаза развития быстрого роста).

величине, которая составляет 40-70 мг/кг. В тимофеевке содержание микроэлемента очень низкое. В результате систематического внесения органических и органо- минеральных удобрений концентрация железа снизилась практически во всех культурах севооборота.

Оптимальное содержание марганца в корме должно быть 40-60 мг/кг сухого вещества (Кормовые добавки в рационе с/х животных, 1983). Изучаемые культуры содержат 3,1-694 мг/кг марганца. В зелёной массе льна и травах накапливалось избыточное количество микроэлемента. Во всех культурах севооборота, выращиваемых при внесении минеральных удобрений, на варианте №5Р12,5Кзо содержалось больше марганца по сравнению с контролем. Внесение минеральных удобрений на фоне навоза и извести сдерживали поступление микроэлемента в растения. Установлена отрицательная корреляционная связь между содержанием марганца в растениях и концентрацией подвижных соединений кальция в почве (от-0,72 до — 0,92).

Оптимальное содержание цинка в растительной продукции 20-60 мг/кг. Результаты анализа показали, что качество культур севооборота по содержанию цинка в целом благоприятное ( 11-60 мг/кг ) за исключением клубней картофеля. На варианте с применением повышенных доз минеральных и органо-минеральных удобрений на фоне извести растения испытывают недостаток цинка.

Оптимальное содержание меди в растениях 8-15 мг/кг. Возделываемые культуры накапливали медь в количествах значительно ниже оптимального уровня. Снижение подвижных форм меди в вариантах с внесением минеральных удобрений способствовало сокращению поступления микроэлемента в растения в среднем на 25-50 % относительно контроля. В отдельных культурах эффект совместного влияния органо-минеральных

удобрений и извести выразился в дальнейшем сокращении поступления меди в растения.

Критический уровень концентрации кобальта в кормах составляет 0,07 мг/кг сухого вещества, ниже которого происходит снижение их продуктивности (Анспок,1990). В культурах, проходящих в льняном севообороте, кобальта содержалось 0,03-0,20 мг/кг. В клевере и тимофеевке концентрация элемента находилась в пределах критического уровня.

Положительное влияние на накопление кобальта в растениях оказало длительное внесение органического и минерального удобрения. Применение органо-минерального удобрения улучшило обеспеченность элементом отдельные культуры севооборота.

Регрессионный анализ установил, что количественная зависимость между содержанием изучаемых металлов в растениях (У) и концентрацией их подвижных соединений в почве (X) имеет следующий вид: Марганец У= - 33,0+0,9Х (клевер), 0,85; Цинк У=12,3+2,4Х (тимофеевка), Я= 0,82;

Кобальт У= - 0,02+0,09Х (тимофеевка), 11= 0,92 В растениях содержание молибдена составляло 0,15-2,0 мг/кг, что соответствует оптимальному уровню. Следует отметить благоприятное влияние органо - минеральных удобрений, вносимых на известкованном фоне, на улучшение снабжения растений этим микроэлементом. Тяжёлые металлы. Оценка качества сельскохозяйственной продукции по содержанию тяжёлых металлов в условиях химизации земледелия имеет важное значение.

Концентрация ТМ в культурах в зависимости от системы удобрения варьировала: № от 0,16 до 3,8; Сгот 0,02 до 0,28; РЬ от 0,11 до 0,48; Сс1 от 0,02 до 1,37; 5г от 0,7 до 160 мг/кг сухого в-ва. (табл.8).

Таблица 8.

Влияние систематического внесения удобрений на содержание тяжёлых металлов в растениях, мг/кг на сухое вещество.

Эле-мект Культура Варианты

Контроль Навоз N25 Р12.5 КЗО ^5Р120 К120 N251420 К120+ навоз N251420 К120+на воз+Са 11СГ 0,5 пдк

№ тимофеевка 1,00 0,62 0,99 1,60 1,40 0,99 0,14 3-5

клевер 1,88 1,66 2,44 2,40 2,14 1,68 0,11

Лен (зел м ) 1,40 0,68 0,94 2,30 1,80 0,70 0,17

Лен (солома) 0.64 0,39 0,94 0,82 0,69 0,48 0,14

картофель 0,32 0,16 0,55 0,41 0,35 0,21 0,10

ов£с 3,0 1,2 3.2 3,8 2,2 2,0 0,20

Сг тимофеевка 0,14 0,09 0,13 0,08 0,13 0,14 0,02 0,5

Клевер 0,13 0,08 0,10 0,08 0,11 0,08 0,01

Лен(зел масса) 0,18 0,16 0,17 0,17 0,15 0,-09 0,04

Лен (солома ) 0,20 0,26 0,20 0,-16 0,18 0,11 0,02

картофель 0,-06 0,02 0,06 0,05 0,06 0,02 0,01

овес 0,28 0,28 0,26 0,18 0,20 0,-18 0,05

РЬ тимофеевка 0,28 0.15 0,20 0,19 0,15 0,17 0,04 0,3-0.5

клевер 0,48 0,-31 0,35 0,23 0,25 0,-20 0,08

Лен (зел масса) 0,30 0,18 0,22 0,21 0,15 0,18 0,05

ЛСн( солома) 0,18 0,19 0,18 0,15 0,13 0,11 0,04

картофель 0,19 0,11 0,17 0,15 0,12 0,12 0,03 0,5

овес 0,18 0,14 0,18 0,20 0,15 0,13 0,06 0,2

са тимофеевка 0,05 0,02 0,09 0,11 0,11 0,08 0,01 0,2

клевер 0,06 0,-05 0,09 0,12 0,08 0,04 0,02

Лен (зел масса) 0,88 0,72 1,20 1,37 1,10 0,80 0,16

Лен (солома) 0,30 0,28 0,64 0,53 0,50 0,28 0,09

картофель 0,05 0,03 0,04 0,07 0,05 0,02 0,01

овес 0,18 0,15 0,20 0,27 0,14 0,09 0,03 0,2-0,5

вг тимофеевка 13 12 18 27 30 19 4

клевер 49 50 106 110 93 97 10

Лен ( зел масса) 117 105 160 154 153 132 12

Лен (солома ) 20 25 19 39 29 30 6

картофель 0,91 0,70 0,98 0,92 0,83 0,80 0,21

овёс 1,57 1,13 1,83 1,81 1,73 1,70 0,30

Максимальное накопление ТМ характерно для льна в фазе быстрого роста, минимальное - для клубней картофеля.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что длительное внесение органического удобрения снизило поглощение никеля и свинца всеми культурами севооборота.

Усиление мобилизации в почве некоторых элементов - загрязнителей под влиянием минерального удобрения привело к их аккумуляции в растениях. В большей степени это относилось к кадмию и стронцию, содержание которых возросло в два раза на варианте №5Р12оКш в травах и соломе льна. Концентрация кадмия в зелёной массе льна и зерне овса увеличилась в среднем на 50%. Картофель отличался большей устойчивостью к аккумуляции ТМ.

Поглощение никеля культурами под влиянием минерального удобрения повысилось в среднем на 40-60%. Выявлена прямая пропорциональная зависимость между поступлением никеля в растения и гидролитической кислотностью. Уравнения регрессии имели вид: У =-0,29+0,19Нг, 11=0,85 (картофель ); У=-1,65+1,35Нг, 11=0,91 (овёс ).

Следует отметить, что фосфорно-калийные удобрения в более высоких дозах снизили концентрацию хрома в травах, зерне овса и свинца - в зеленой массе льна и травах, что связано с уменьшением подвижности металлов в почве.

Комплексное применение известкования в сочетании с минеральными и органическими удобрениями значительно сократило накопление свинца и никеля растениями. Содержание кадмия в культурах снизилось в 2 - 4 раза.

Сопоставление данных содержания ТМ в растениях с санитарно-гигиеническими нормативами позволяет оценить экологическую ситуацию в результате длительного применения средств химизации. Результаты исследований свидетельствуют, что регулярное внесение удобрений и мелиорантов не привело к накоплению элементов-загрязнителей, превышающих ПДК.

Таким образом установлено, что внесение удобрений в опыте не вызывает загрязнения продукции ТМ. Можно говорить только о тенденции повышения накопления отдельных ТМ в растениях в пределах ПДК.

Баланс биогенных микроэлементов в льняном севообороте.

В многолетних полевых опытах большой интерес представляет собой балансовая оценка различных систем удобрения. Нами был проведён расчёт хозяйственного баланса микроэлементов. В статье прихода рассчитывали только поступление их с удобрениями, в статье расхода -вынос с основной и побочной продукцией. Был изучен элементный состав минеральных, органических удобрений и извести.

По содержанию в удобрениях и извести биомикроэлементы образуют следующий ряд: для навоза и извести - Ге > Мл > 2л\> Си > Мо > Со, для суперфосфата - Мп > Бе> Си> 7,п> Со> Мо.

Сопоставление статей баланса показало, что хозяйственный вынос железа культурами не возмещался поступлением его с минеральными удобрениями, вносимых в дозе №5Р12,5К30. На варианте №5Р120Кпо баланс железа составлял +3273 г/га за севооборот. Самый высокий положительный баланс железа (+11740 г/га) отмечался на варианте №5Р120К12(>+навоз+Са.

Максимальные величины отрицательного баланса марганца складывались на вариантах с минеральной системой удобрения : - 4288 и - 4952 г/га, соответственно, где увеличение подвижных форм марганца в почве привело к накоплению его в растительной продукции, что значительно увеличило его вынос. На варианте с повышенными дозами РК удобрений величина хозяйственного баланса для цинка составляла - 1009 г/га, для меди - 170 г/га за севооборот.

При дальнейшем сохранении такой системы удобрения дефицит микроэлементов будет возрастать, что свидетельствует о необходимости их дополнительного внесения. Использование органического и органо-

во

минерального удобрения при дозе навоза 80 т/га позволило получить положительные величины хозяйственного баланса цинка и меди.

Баланс по кобальту по всем системам удобрения, за исключением минеральной с низкими дозами внесения, был положительный. Но, учитывая, очень низкую концентрацию кобальта в культурах, нельзя говорить о достаточной обеспеченности растений микроэлементом.

Баланс молибдена почти по всем вариантам складывался отрицательно, с макимальной величиной на варианте КГ12,5РзоКзо+Са, что определялось усилением поступления молибдена в культуры на известкованном фоне.

Таким образом, расчёт ориентировочного хозяйственного баланса микроэлементов показал, что при минеральной системе удобрения отчуждение марганца, меди, цинка и молибдена с фитомассой урожаев превышало поступление элементов с удобрениями и при недостаточной обеспеченности дерново-подзолистой почвы медью и цинком может привести к недобору урожая и ухудшению его качества.

Баланс тяжёлых металлов в севообороте. Расчёт баланса ТМ позволяет определить состояние экологической обстановки в отношении загрязнения почв ТМ и дать научно обоснованный прогноз о вероятной опасности ухудшения ситуации.

Максимальное количество примесей ТМ в опыте поступало с двойным суперфосфатом : №-24; РЬ-8,7; Бг-298; Сс1-4,2; Сг-2,5 мг/кг. Концентрация в извести Б г достигала 144 мг/кг.

Баланс никеля при внесении умеренных доз минеральных и органо-минеральных удобрений был отрицательный. Максимальные величины положительного баланса никеля (+89,8 г/га) и хрома (+37,2 г/га) были получены на варианте №5Р120К120+ншз+Са,что несущественно для возникновения реальной угрозы загрязнения почвы этими металлами.

Положительный баланс свинца отмечался при органической системе удобрения (+12 г/га за ротацию). При внесении органо-минерального удобрения он увеличился до +48,6 г/га, достигая максимальной величины на варианте №5Р12оК12()+навоз+Са (+ 72,1 г/га).

На варианте с внесением органо-минералыюго удобрения на фоне извести складывался положительный баланса кадмия (+4,8 г/га), что за ротацию севооборота составляло незначительную величину.

Баланс стронция почти по всем вариантам опыта был отрицательный. Его максимальная величина отмечалась на варианте с внесением повышенных доз РК удобрений (- 1640 г/га), что обуславливалось высоким выносом элемента с урожаем культур.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют, что средства химизации, применяемые в агрономически целесообразных дозах, не являются потенциальными источниками загрязнения дерново-подзолистой почвы ТМ даже при длительном сроке их внесения. Но положительные величины хозяйственного баланса некоторых элементов-загрязнителей свидетельствуют о необходимости проведения регулярного контроля уровня содержания ТМ в почве и в растениях.

Выводы.

1. Применяемые системы удобрения оказали как прямое, так и косвенное влияние на содержание отдельных форм микроэлементов в почве и в растениях.

2. Длительное внесение полного минерального удобрения повысило содержание потенциально-доступных и обменных форм марганца и кобальта в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы, но снизило концентрацию подвижных форм цинка, меди и молибдена. Повышение нормы фосфора и калия на фоне азота позволило создать лучшую

обеспеченность почвы железом и кобальтом. С другой стороны, отмечалось снижение подвижности цинка и меди.

3. Органическое удобрение способствовало иммобилизации доступных форм железа, марганца и меди, но обогащало почву цинком и кобальтом. Известь переводила марганец, железо, цинк и кобальт в менее подвижное состояние.

4. Систематическое внесение умеренных доз №К удобрений способствовало накоплению подвижных форм никеля, кадмия и стронция. Повышенные дозы фосфорно-калийного удобрения увеличили количество доступных форм никеля, стронция, кадмия, но снизили подвижность хрома и свинца. На всех вариантах опыта содержание изучаемых ТМ не превысило ПДК.

5. Корреляционный анализ показал, что поглощение микроэлементов растениями определялось биологическими особенностями культур севооборота, обеспеченностью почвы макроэлементами, а также подвижными формами микроэлементов. Во всех культурах севооборота содержание марганца было выше оптимальной величины. Недостаточная обеспеченность почвы медью, цинком и кобальтом определяла низкий уровень поглощения этих элементов растениями. Культуры, возделываемые в севообороте, по накоплению микроэлементов составляли следующий ряд: клевер > тимофеевка > лён > овёс > картофель.

6. Длительное внесение органического удобрения снижало концентрацию железа и марганца в тимофеевке, растениях льна в фазе быстрого роста, соломе и зерне овса; цинка - в клубнях картофеля. Поглощение меди культурами определялось их биологической особенностью, а не видом удобрения. Полное минеральное удобрение на варианте (№5Р12,5Кзо ) ухудшало качество растительной продукции по содержанию марганца, усиливая его поглощение культурами. Двадцатипятилетнее внесение повышенных доз фосфорно-калийного

удобрения привело к накоплению кобальта и снижению поступления цинка и железа в растительную продукцию.

7. Содержание никеля, хрома, свинца и кадмия в культурах севооборота было ниже ПДК. Длительное внесение органического удобрения способствовало снижению поглощения никеля и свинца всеми культурами. Увеличение подвижных форм никеля, кадмия и стронция под влиянием более высоких доз РК удобрений в почве повысило содержание металлов в растениях. Комплексное применение известкования в сочетании с органическими и минеральными удобрениями значительно снизило накопление свинца и кадмия культурами.

8. Расчёт хозяйственного баланса биогенных микроэлементов в севообороте показал, что при минеральной системе удобрения отчуждение марганца, цинка, меди и молибдена превышало поступление микроэлементов с удобрениями. Внесение органического и органо-минерального удобрения полностью ликвидировало дефицит микроэлементов.

9. Положительный баланс никеля, хрома, свинца и кадмия был получен на вариантах с внесением повышенных доз минеральных и органо-минеральных удобрений. Баланс стронция почти по всем вариантам складывался отрицательно.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Карпова С.Ю., Соловьёв Г.А. Влияние длительного применения минеральных, органических удобрений и извести на поступление стронция и кальция в растения льняного севооборота. / Сборник научных трудов ВНИИЛ / Селекция, семеноводство, возделывание и первичная обработка льна-долгунца, Изд. ВНИИЛ, 1994, в. 28-29, с. 219-229.

2. Карпова С.Ю., Соловьёв Г.А. К вопросу о роли системы удобрения на подвижность микроэлементов и поступление их в культуры льняного севооборота в Тверской области. Матер. Научной конференции «Совершенствование методологии агрохимических исследований». М.: Изд. МГУ, 1997,с. 89-95.

3. Карпова С.Ю., Соловьёв Г.А., Петрова Л.И. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы в льняном севообороте при систематическом применении удобрений.// Аграрная наука -1998 - №5,

4. Карпова С.Ю., Соловьёв Г.А. Эколого-агрохимическая оценка длительного применения удобрений на дерново-подзолистой почве в льняном севообороте.// Тез. доклада на V международной открытой межвузовской научно-практической конференции, г. Белгород: Изд. БГУ- 1998, с. 32-34.

с.6-7.