Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние длительной химизации почв юга Дальнего Востока на биологический круговорот и содержание макро- и микроэлементов

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние длительной химизации почв юга Дальнего Востока на биологический круговорот и содержание макро- и микроэлементов"

На правахрукописи БУРДУКОВСКИЙ Максим Леонидович

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ХИМИЗАЦИИ ПОЧВ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ И СОДЕРЖАНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

03.02.08-экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в секторе биогеохимии Федерального государственного учреждения науки Биолого-почвенного института ДВО РАН

Научный доктор биологических наук, старший научный сотрудник

руководитель: Голов Владимир Иванович

Официальные Христофорова Надежда Константиновна

оппоненты: доктор биологических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет», заведующая кафедрой ЮНЕСКО по морской биологии

Ковековдова Лидия Тихоновна

доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский научно-исследовательский

рыбохозяйственный центр, ведущий научный сотрудник лаборатории прикладной экологии и токсикологии

Ведущая ФГБУН Тихоокеанский институт географии ДВО РАН,

организация: г. Владивосток

Защита состоится 30 октября 2014 г., в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 005.003.03 при ФГБУН Биолого-почвенном институте ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу: 690022, г. Владивосток-22, проспект 100-лет Владивостока, 159, ученому секретарю диссертационного совета. Факс: (423)2310-193, e-mail: info@biosoil.ru

С диссертацией молено ознакомиться в Центральной научной библиотеке и на сайте ФГБУН Биолого-почвенного института ДВО РАН www.biosoil.ru

Автореферат разослан « Л % июля» 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ^ Е.М. Саенко

кандидат биологических наук '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Интенсификация сельскохозяйственного производства в первую очередь зависит от интенсивности химизации земледелия, результатом которой является поступление в почву, как основных элементов питания растений, так и примесных компонентов. Вместе с тем сельскохозяйственное использование почв сопровождается выносом питательных элементов и, как следствие, их недостатком в выращиваемой продукции (Welch, Graham, 1999; Underwood, 2000).

Изменение баланса элементов питания растений, при длительном использовании почв, приводит к истощению естественного почвенного резерва в отношении важных для живых организмов элементов, особенно тех, которые не вносятся с традиционными удобрениями. Так специализация растениеводства юга Дальнего Востока России на выращивании сои в течение ста лет, которая в отдельные периоды занимала 30—40% пахотных почв, привела к дефициту Mo, S и частично В (Голов, 2004). В отношении таких физиологически значимых элементов как К и Са, данных, позволяющих установить уровень их оптимального содержания в системе «почва-растение», до настоящего времени недостаточно, и не позволяет прогнозировать степень истощения почв этими макроэлементами, даже на ближайшее будущее.

С минеральными удобрениями в почву попадает большое количество примесных элементов, среди которых наиболее часто встречаются F, Мп, Zn, Cr, Ni, Со (Овчаренко, 1997; Подколзин, 2009, Танделов, 2012). Избыток или недостаток таких элементов приводит к возникновению опасных эндемических заболеваний, зафиксированных во многих областях России (Ковальский, Ладан, Маврин, 1973, Танделов, 2012).

Дальневосточный регион обладает значительным потенциалом для развития сельскохозяйственной отрасли, имея большие площади земель пригодных для возделывания зерно-бобовых культур. В настоящее время только Амурская область обеспечивает более 50% общероссийского производства сои (Заяц, 2010). С 2014 г. в регионе начинает действовать Федеральная целевая программа, направленная на повышение продуктивности и устойчивости сельскохозяйственного производства (ФЦП «Развитие мелиорации земель...», 2013). Получение высококачественной сельскохозяйственной продукции не представляется возможным без изучения основных закономерностей круговорота

элементов питания и учёта специфики почвенно-климатических условий региона. В отношении исследуемых элементов имеющаяся информация малочисленна, фрагментарна, разрозненна и не даёт целостного представления о влиянии длительного внесения удобрений на поведение целой группы физиологически значимых элементов в агрофитоценозах.

В связи с этим, возникает необходимость изучения экологических последствий длительного использования минеральных и органических удобрений, позволяющая установить особенности круговорота элементов питания в зерно-бобовых агрофитоценозах, и оценить степень загрязнения почв элементами, способными оказывать токсическое воздействие на живые организмы.

Цель исследования. Изучить биологический круговорот элементов питания (К, Са и Мп) в основных агрофитоценозах юга Дальнего Востока и особенности накопление элементов-загрязнителей (Я, 2п, Сг, Со, №) в почвах при длительной химизации.

Задачи исследования:

1. Определить содержание валовых и подвижных форм К, Са, Мп в почвах при различных приёмах химизации.

2. Установить особенности накопления элементов в различных органах растений сои и пшеницы в условиях длительного применении удобрений.

3. Изучить воздействие химизации почв на биологический круговорот К, Са, Мп в соевых и пшеничных агрофитоценозах.

4. Установить влияние длительного применения удобрений на содержание элементов-загрязнителей (Б, Тп, Сг, Со, №) в почвах.

Научная новизна работы. Впервые для почв юга Дальнего Востока установлено, что длительная химизация пахотных почв сопровождается увеличением количества валовых и подвижных форм Р в почвах. Достоверно установлено истощение лугово-бурых почв подвижными формами К. За 54 года ведения опыта в пахотных почвах Приморского края содержание подвижных форм К сократилось в среднем на 30%. Длительное применение удобрений сопровождается увеличением концентрации Са в растения. Впервые отмечено, что Са является агрохимически слабоактивным элементом и накапливается в нетоварной продукции растений (корни, листья). Систематическое использование удобрений сопровождается увеличением содержания 2п, Сг и в лугово-бурых и в лугово-черноземовидных почвах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В зависимости от агрохимической активности элементов, выявлены следующие закономерности: К - агрохимически средне- и высокоактивен, что вызывает необходимость регулярного внесения калийных удобрений; Са — слабо- и среднеактивен; Мп — слабоактивен.

2. Длительное применение удобрений сопровождается увеличением содержания F в почвах, и таких тяжелых металлов, как Zn, Ni, и Сг.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют оценить влияние длительной химизации почв на содержание К, Са, Mn, F, Zn, Ni, Сг, Со в основных агрофитоценозах юга Дальнего Востока, что необходимо учитывать при использовании почв в сельском хозяйстве, исследовании их плодородия и экологического состояния. Установление агрохимической активности элементов позволит определить интенсивность и степень истощения почв и разработать оптимальные приёмы использования удобрений. Определение масштабов поступления примесных, токсичных элементов в почвы и растения при сельскохозяйственном производстве может быть использовано при учёте качества растениеводческой продукции.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на XI и XII Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальный потенциал вузов на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР», г.Владивосток, 2009, 2010; конференции-конкурсе молодых ученых БПИ ДВО РАН, г.Владивосток, 2009, 2010, 2011; 2012; Всероссийской научной конференции «Современные почвенные классификации и проблемы их региональной адаптации», г.Владивосток, 2010; I Дальневосточной междисциплинарной молодежной научной конференции «Современные методы научных исследований», г.Владивосток, 2011; Всероссийском форуме научной молодежи «ЭРЭЛ», г.Якутск, 2011; I Всероссийской научной конференции «Современные исследования в биологии», г.Владивосток, 2012; Российской конференция с международным участием «Регионы нового освоения: теоретические и практические вопросы изучения и сохранения биологического и ландшафтного разнообразия», Хабаровск, 2012; Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Экологическое образование на современном этапе для устойчивого развития», Благовещенск, 2013; VIII Международной Биогеохимической школе

«Биогеохимия и биохимия микроэлементов в условиях техногенеза биосферы», Гродно, 2013.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 230 наименований (в том числе иностранных авторов - 17) и 13 приложений. Работа изложена на 134 страницах, иллюстрирована 10 рисунками и содержит 19 таблиц.

Личный вклад автора. Кандидатская диссертационная работа является обобщенным материалом, полученным автором в результате полевых и лабораторных исследований.

Благодарности. Автор искренне признателен своему научному руководителю д.б.н. В.И. Голову за научно-методическое руководство, консультативную, редакционную помощь и всестороннюю поддержку. Таюке благодарит за помощь в процессе работы, вед.инж. Э.А. Соснину, к.б.н. Я.О. Тимофееву, н.с. О.М. Голодную, к.б.н. Е.А. Жарикову, вед.инж. Н.А. Рыбачук.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава посвящена истории изучения экологических проблем, возникающих при сельскохозяйственном использовании почв, и необходимости изучения биологического круговорота макро- и микроэлементов при интенсивном внесении удобрений. Приведены сведения о содержании исследуемых элементов в почвах, их физиологической роли в жизни растений, животных и человека.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты работы получены в период 2009-2012 гг. Опытный материал отобран на экспериментальных участках в посевах сои и пшеницы стационаров Приморского научно-исследовательского института сельского хозяйства (далее Прим НИИСХ) на лугово-бурых почвах и Всероссийского научно-исследовательского института сои (далее ВНИИ сои) на лугово-черноземовидных почвах. В Приморском крае опыт заложен в 1941 г. (длительность опыта 71 год), в Амурской области - в 1962 г. (длительность опыта 50 лет). В Приморском крае в длительных опытах высевали сорт сои

«Приморская 39», пшеницу - «Приморская 81»; в Амурской области сорт сои «Лидия» и пшеницу сорта «Арюна».

Схема опытов включала следующие варианты: 1) контроль: без внесения удобрений; 2) минеральные удобрения (далее МУ): №К - на лугово-бурых почвах, и № - на лугово-черноземовидных); 3) органо-минеральные удобрения (далее ОМУ): ЫРК+павоз+известь на лугово-бурых почвах, и ЫР+павоз на лугово-черноземовидных. Опыты заложены в трехкратной повторности. Температурный режим 2009-2011 гг. складывался благоприятно для сои и пшеницы. Обилие осадков в конце вегетации 2009 г. и недостаток влаги в июне — октябре 2011г. в Приморском крае, а также излишнее переувлажнение почвы, особенно в 2009 г. в Амурской области негативно отразились на формировании урожаев изучаемых культур.

Для фракционного учета урожая перед уборкой отбирались пробные снопы (по 2 с каждой делянки, с площади 1 м2) с 3-х повторностей. Для расчета баланса элементов урожай культур делили на органы: зерно, солома, корни, листья (у сои), полова (у пшеницы). Листья сои собирали в предварительно установленные опадоуловители.

Подготовка образцов почв и растений к анализу проводилась в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 27262-87. Валовые формы изучаемых элементов в почве определяли рентгенфлуоресцентным методом с использованием энергодисперсионного анализатора Е13Х-800 (8Ытас1ги, Япония).

Подвижные формы Мп извлекали 0,1 н. раствором Н2804. Подвижные формы Б - стандартной водной вытяжкой в соответствии с ОСТ 46-52-76. Подвижные формы К и Са - 1,0 н. раствором СНзСООМНф В полученной вытяжке Са определяли комплексонометричексим методом, К - пламенно-фотометрическим (Аринушкина, 1970). Содержание микроэлементов Мп, Сг, Со, Zn, N1 определялось методом атомной абсорбции, с предварительной их экстракцией в кислотной вытяжке (1 н. НЫОэ). Для извлечения Б использовалась стандартная водная вытяжка (ОСТ 46-52-76).

Агрохимическую активность элементов определяли согласно рекомендациям В.И. Голова (2004).

Коэффициент биологического поглощения (КБП) рассчитывали по формуле, предложенной Ильиным (1985). Коэффициент техногенной концентрации элемента (Кс) и суммарный коэффициент техногенного загрязнения {2с), рассчитывали согласно МУ 2.1.7.730-99.

Статистическую обработку данных осуществляли стандартными методами дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (Доспехов, 1968) и

A.B. Ваулину (Ваулин, 1998) с использованием Windows - приложения Excel и программы Statistica. Достоверность результатов оценивали, используя t - критерий Стыодента при уровне вероятности (р) 0,05.

ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ

Концентрация валовых и подвижных форм К, Ca, Мп и F зависит от типа почв, вида выращиваемой культуры и применяемых систем удобрений.

Считается, что лугово-черноземовидные почвы потенциально обеспечены калием и кальцием, поэтому в Амурской области калийные удобрения и известь не применяются. Концентрация валовых и подвижных форм этих элементов в почвах контрольных вариантов выше, чем в лугово-бурых почвах (табл. 1,2). В то же время, в контрольных вариантах пахотных почв Приморского края содержание всех форм Мп и F выше, чем в почвах Амурской области.

Таблица 1

Содержание валовых форм элементов (среднее 2009-2012), мг/кг

Элемент Лугово-бурая Лугово-черноземовидная

Контроль МУ ОМУ Контроль МУ ОМУ

Соя

к2о 21006 22170 20973 23723 23190 24376

СаО 8823 9600 10710 13726 14610 14833

МпО 1260 1253 1216 1130 1246 1226

F 270 283 274 293 310 295

Пшеница

К20 21235 21745 21715 23395 22705 23080

СаО 9206 10170 11240 13590 14105 13910

МпО 1160 1330 1315 910 1020 935

F 275 285 280 295 315 305

На лугово-бурых почвах использование удобрений способствовало увеличению содержания подвижных форм К по сравнению с контрольным вариантом, как под соей (МУ - 18%; ОМУ - 29%), так и под пшеницей (МУ - 43%; ОМУ - 21%).

Сравнивая полученные нами данные с результатами ранее проведенных исследований, было установлено, что за 54 года непрерывного внесения удобрений количество подвижных форм К уменьшилось во всех вариантах опытов в среднем на 30% (Грицун, 1964, 1981; Грицун, Васильева, 1971; Моисеенко, Тимошин, Кушаева, 2012) (рис. 1). На лугово-черноземовидных почвах использование ОМУ привело к незначительному увеличению всех форм К под обеими культурами; внесение МУ снизило концентрацию валовых и подвижных форм этого элемента относительно контрольных вариантов.

350 т----------

50

1958 г. 19Б7г. 1968 г. 1975 г. 1984 г. 1998 г. 2009 г. 2011 г. 2012 г.

Контроль 167 152 110 132 117 110 127 130 121

---МУ 211 193 187 177 191 209 189 178 142

......ОМУ 242 229 213 232 294 254 186 196 174

Рисунок 1 — Влияние длительного применения удобрений (54 года) на содержание подвижных форм К в лугово-бурых почвах, мг/кг

Систематическое внесение удобрений положительно отразилось на содержании Са в почвах исследуемых агрофитоценозов. В Приморском крае использование ОМУ способствовало увеличению содержания валовых форм Са при возделывании сои (на 22%) и пшеницы (на 21%), а также подвижных - при выращивании пшеницы (на 13%). В Амурской области незначительному увеличению концентрации всех форм Са под обеими культурами, способствовали МУ, за счет двойного суперфосфата (Са (НгРО^хНгО) содержащего около 18% Са (Переверзев, Кошлева, Логвинова, 1997).

Содержание валовых форм Мп и Р в почвах контрольных вариантов ниже, по сравнению с вариантами, где удобрения вносились систематически. Больше всего этих элементов обнаружено в почвах, где вносили МУ, поскольку Мп и Р входят в состав агроруд, из которых производят удобрения.

Таблица 2

Содержание подвижных форм элементов (среднее 2009-2012), мг/кг

Элемент Лугово-бурая Лугово-черноземовидная

Контроль МУ | ОМУ Контроль МУ ОМУ

Соя

к2о 143,6 169,8 185,5 175,2 156,3 178,5

СаО 270,4 279,6 259,3 396,6 421,8 422,6

МпО 176,1 203,5 223,4 191,1 199,8 210,9

Р 0,9 2,2 1,8 0,4 1,3 0,7

Пшеница

К20 148,3 212,2 180,3 187,9 171,9 207,8

СаО 253,2 319 265,8 416,8 439,7 460,7

МпО 136,9 169,9 152,9 202,7 223,9 242,9

Р 1,1 2,8 1,9 0,3 1,8 0,8

Содержание валового Мп в лугово-бурых почвах превышает величину всероссийского кларка (850 мг/кг) на 28-67%, в лугово-черноземовидных -на 4-52%.

Содержание валовых форм Р в исследованных почвах находится в пределах кларка (320 мг/кг). При использовании МУ концентрация водорастворимых форм Р увеличилась в несколько раз. Так в почве под посевами сои Приморского края среднее содержание Р составляет 0,90 мг/кг на контрольном варианте и 2,24 мг/кг в опыте с МУ, в почве под посевами пшеницы - 1,18 и 2,87 мг/кг соответственно. Дополнительное применение навоза и извести способствовало снижению концентрации этого элемента.

Количество элементов поглощенных растениями определяется избирательностью их накопления и содержанием подвижных форм в почве. В сое больше всего К обнаружено в зерне и листьях, Са - в листьях, Мп - в корнях и листьях. В органах пшеницы основное количество К отмечено в зерне, Са - в корнях и соломе, Мп - в корнях.

Внесение МУ и ОМУ в опытах Приморского края способствовало увеличению содержания К в исследуемых культурах (на 5-9% в сое, и 411% в пшенице), и снижению концентрации этого элемента в образцах сои, выращенной в Амурской области (на 4-9%). Применение МУ увеличило концентрацию Са во всех органах сои, кроме зерна.

Повышенное содержание Мп в растениях опытов Амурской области было отмечено в листьях сои (МУ - 43%, ОМУ - 34%) и корнях пшеницы (МУ -26%; ОМУ -17%).

ГЛАВА 4. КРУГОВОРОТ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В АГРОФИТОЦЕНОЗАХ Основное количество К сосредоточено в листьях и зерне растений. В Приморском крае хозяйственный вынос (зерно+солома) калия растением сои составил 54-58%, в Амурской области - 65-69%. Возделывание пшеницы также сопровождалось повышенным выносом этого элемента. На лугово-бурых почвах он составил 78-80%, на лугово-черноземовидных -68-69%. Применение удобрений снизило величину выноса К с урожаем сои на4-16% (табл.3).

Таблица 3

Баланс калия, кальция и марганца в посевах сои и пшеницы

(С1 реднее за 2009 - 2012 гг.

Вариант Соя Пшеница

Вынос Возврат Вынос Возврат

Приморский край

К20 Контроль 58,3 41,7 78,6 21,4

МУ 54,4 45,6 80,5 19,5

ОМУ 55,4 44,6 77,9 22,1

СаО Контроль 24,4 75,6 59,9 40,1

МУ 23,1 76,9 58,5 41,5

ОМУ 23,0 77,0 58,1 41,9

МпО Контроль 25,8 74,2 38,3 61,7

МУ 24,3 75,7 31,2 68,8

ОМУ 25,8 74,2 38,7 61,3

Амурская область

К20 Контроль 68,7 31,3 69,3 30,7

МУ 64,9 35,1 68,7 31,3

ОМУ 65,5 34,5 68,9 31,1

СаО Контроль 17,7 82,3 40,4 59,6

МУ 14,2 85,8 37,4 62,6

ОМУ 17,4 82,6 39,3 60,7

МпО Контроль 20,1 79,9 33,5 66,5

МУ 19,1 80,9 29,7 70,3

ОМУ 18,2 81,8 31,6 68,4

При возделывании сои баланс Са в исследуемых агрофитоценозах складывался положительно. Это значит, что наибольшее количество элемента (77-86%) в течение вегетации накапливалось преимущественно в листьях и корнях, которые остаются на поле после уборки урожая. Использование удобрений слабо отразилось на выносе этого элемента с опытных участков. В посевах пшеницы основное количество Са концентрируется в корнях. Но за счет превосходства массы зерна и соломы, т.е. фракций, отвечающих за вынос элементов из почвы, при уборке урожая большая часть Са с поля отчуждалась. В годы исследований эта закономерность более ярко проявилась на лугово-бурых почвах Приморского опыта, где вынос этого элемента составлял 58—60%.

Наибольшая концентрация Мп отмечается в корнях исследуемых культур и в листьях сои. В соевых агрофитоценозах хозяйственный вынос этого элемента колебался от 18 до 26%, в пшеничных - от 30 до 39%. Использование удобрений, особенно минеральных, способствовало снижению выноса Мп во всех вариантах опытов.

По уровню агрохимической активности элементов К является средне- и высокоактивным, Са — слабо- и среднеактивным (в зависимости о возделываемой культуры), Мп - агрохимически слабоактивным элементом.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА СВОЙСТВА ПОЧВ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ

Исследуемые нами почвы мы сравнили с аналогичными почвами Китая, расположенными в идентичных климатических условиях, но отличающиеся более интенсивным применением удобрений (Ганзей, 2005; Росликова, 2012). Пойменные почвы отбирались на правом и левом берега Амура: пойменная луговая на опытном поле института земледелия в пригородах г. Хэй-Хэ Хэйлунцзянской провинции, пойменная слоистая в пригороде г. Благовещенска Амурской области. Лугово-черноземовидной почвы отбирались на агрохимическом стационаре ВНИИ сои в 40 км о г. Благовещенска, в КНР — в долине р. Фулухэ в 45 км от г. Цицикар.

Как видно из представленных в таблице 4 данных, в лугово-черноземовидных почвах Китая содержанию гумуса и сумма поглощенных оснований ниже, чем в почвах Дальневосточного региона (Ковшик, Наумченко, 2011). Даже в целинных вариантах содержание гумуса значительно меньше, чем в российских почвах (Герасимов, Ма Юн-Чжи, 1958).

Таблица 4

Агрохимические показатели лугово-черноземовидных и пойменных почв Амурской области и провинции Хэйлунцзян (КНР)

Почва

Страна

Гумус, %

(по Тюрину)

рН сол.

Сумма погл. оснований, мг-экв/100г почвы

Лугово-черноземовидная

Россия

45 4,5

41 5,7

47.1 23,4

Китай

4й 1,3

49 5,7

24.0 16,7

Пойменная слоистая

Россия

40 3,5

41 4,8

25 20

Пойменная луговая

Китай

М 2,8

43 4,5

20.1

Примечание: В числителе - целина; в знаменателе - пашня

По мнению ведущих почвоведов нашей страны, за последние 100 лет запасы органического вещества в черноземах и черноземовидных почвах России уменьшились в два раза (Ковда, 1985; Ковда, Пачепский, 1989). В длительных агрохимических опытах, заложенных в Дальневосточном регионе, отмечено снижение содержания гумуса и других агрохимических показателей почв с момента закладки опытов (рис. 2, 3). За последние 40 лет потери гумуса в Приморском крае составили 21-23%, даже на вариантах с использованием ОМУ. В Амурской области максимальное уменьшение количества гумуса — на 27%, отмечено на варианте с использованием МУ (Ковшик, Наумченко, 2011; Моисеенко, Тимошинов, Кушаева, 2012).

Длительные наблюдения за динамикой кислотности почвенного раствора при систематическом применении удобрений показали, что кислотность лугово-черноземовидных почв Амурской области с 1968 г. к настоящему времени увеличилась на 12-14% под влиянием физиологически кислых азотных удобрений. В почвах Приморья кислотность снижалась только в варианте с дополнительным внесением извести.

Известно, что МУ содержат примесные компоненты, в составе которых присутствуют Б, Хп, N1, Сё, Сг, РЬ, Си (Минеев, 1988; Подколзин, 2009, Танделов, 2012). Органические удобрения характеризуются низкими концентрациями тяжелых металлов, но применяются они гораздо более высокими дозами, чем минеральные.

Сумма погл.осн., ! мг-экв/100 г почвы

Гумус, % Noбщ.,% рН сол. Сумма погл.осн., мг-экв/100 г почвы

и Контроль (1968г.) 5,2 0,32 4,3 20,9

а Контроль (2011г.) 4 0,15 4,3 14,7

И МУ (2011г.) 4,1 0,17 4,1 16,1

к ОМУ (2011г.) 4,1 0,18 5,3 18,5

Рисунок 2 - Изменение агрохимических свойств лугово-бурых почв при длительном применении удобрений (Прим НИИСХ, Приморский край)

Гумус, % ■И ¡5,2 ■ 4 .Я 3,8

Ыобщ.,% ■ 3,261 №,211 Я 0,23 Щ0,27Щ

рН сол. Сумма погл.осн., мг-экв/100 г почвы ЯШ 5,81 ш 5,1 — ШьдШ

28,9 119,9 И -2,5 Ш23,4Ш

Гумус, % |\1общ.,% рН сол. Сумма погл.осн., мг-экв/100 г почвы

■ Контроль (1968г.) 5,2 0,26 5,8 28,9

в Контроль (2011г.) 4 0,21 5,1 19,9

1 МУ (2011г.) 3,8 0,23 5 22,5

ОМУ (2011г.) 4,2 0,27 5,1 23,4

Рисунок 3 - Изменение агрохимических свойств лугово-черноземовидных почв при длительном применении удобрений (ВНИИ сои, Амурская обл.)

Согласно результатам наших исследований, длительное внесение ОМ и извести существенно повлияло на концентрацию ряда тяжелых металлов в исследуемых почвах (рис. 4). Особенно это касается лугово-бурых почв агрохимического стационара Прим НИИСХ, где отмечено превышений содержания Ъ\\ на 105%, Сг на 53% и N1 на 68%, относительно контрольного варианта.

В лугово-черноземовидных почвах, концентрации этих элементов также увеличились на 65, 58 и 38% соответственно. Содержание Со снизилось н 36% в почвах Приморского края и на 44% в почвах Амурской области.

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

В Контроль

ОМУ

• ЁЗ .....

В

2 п

Си

19,5

40

28

6,7

46

7,1

7,6

7,6

._ иш

ш д

РЬ

16,6

17,1

11,3

10,8

М

5,4

6,3

7,1

Рисунок 4 - Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжелых металлов в почвах, мг/кг. Примечание: 1 - лугово-бурая почва, 2 — лугово-черноземовидная почва

Проблема нормирования тяжелых металлов в почвах в последние годы выдвинулась в число основных общемировых проблем. Установить конкретные нормы на содержание тяжелых металлов в почве чрезвычайно : сложно из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды. В качестве санитарно-гигиенических нормативов содержания тяжелых металлов в почвах применяются экспериментально установленные предельно-допустимые концентрации (ПДК), которые даже в настоящее время разрабатываются без учета специфики почв регионов и, в первую очередь, их буферных свойств (Ильин, 1997; Черных, 1995; Харина, 2009).

В почвах юга Дальнего Востока содержание Ъл выше, чем в почвах западных районов России. Ориентируясь на данные гигиенических нормативов, даже на контрольных вариантах в лугово-черноземовидной почве, концентрация Zr\ выше установленных ПДК на 22%, а при внесении ОМУ превышение достигает 100% (рис. 5). В лугово-бурых почвах Приморского края при внесении удобрений также отмечено превышение норматива по Ъп на 74%. Кроме того, в почвах обоих агрохимических стационаров наблюдается превышение уровня ПДК по №: в лугово-бурых почвах на 17% в контрольном варианте и на 97% в варианте с использованием ОМУ; в лугово-черноземовидных почвах на 85 и 155% соответственно.

При подсчете коэффициента техногенной концентрации (Кс), показывающего степень превышения содержания изучаемого элемента относительно его фонового содержания, было выявлено,

Содержание цинка

Содержание хрома

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

мг/кг

Содержание никеля

01234557

мг/кг

Содержание кобальта

Прим НИИСХ 1 1 1 1

ВНИИ 1 1

Сои Ш 1

. . !

0 1 2 3 4 5

Контроль

9 10 11 мг/кг

[ОМУ

5 6 мг/кг

' | пдк

Рисунок 5 — Содержание Ъху, Сг, № и Со в почвах исследуемых агрохимических стационаров относительно норм ПДК, мг/кг

что для Zn, Сг и N1 он превышает единицу (табл. 5), что подтверждает факт увеличения количества данных тяжелых металлов с использованием удобрений в почвах обоих агрохимических стационаров.

Таблица

Коэффициент техногенной концентрации (Кс) и суммарный

Стационары Кс 2с

Ъп Сг Со N1

Прим НИИСХ 2,05 1,53 0,63 1,68 3,26

ВНИИ сои 1,64 1,58 0,55 1,37 2,61

Суммарный коэффициент техногенного загрязнения (Ъс), в лугово бурой почве составил 3,26; в лугово-черноземовидной почве - 2,61 Согласно ориентировочной оценочной шкалы опасности загрязнения поч по Ъс, если значение коэффициента находится в пределах 0-16,

то общий общий уровень загрязнения можно считать низким (Гигиеническая оценка качества почвы..., 1999). Таким образом, несмотря на то, что внесение удобрений способствовало увеличению концентрации Хп, Сг и N1 в почвах исследуемых агрофитоценозов, уровень загрязнения почвы незначительный.

Данные показатели, применительно к оценке складывающейся экологической ситуации в почвах при длительном действии удобрений, в частности на содержание тяжелых металлов, на наш взгляд, выглядят более информативными, чем ПДК.

Для контроля за содержанием Ъх\, Сг, и № в агрофитоценозах необходим мониторинг, поскольку увеличение концентрации этих элементов в почвах будет сопровождаться избыточным их накоплением в возделываемых культурах.

ВЫВОДЫ

1. При внесении минеральных и органических удобрений в почвах увеличивается содержание валовых и подвижных форм Са, Мп и Г. Использование извести ведет к снижению уровня концентрации всех изученных форм Б при возделывании сои и пшеницы, и валовых форм Мп при возделывании сои.

2. Использование минеральных удобрений на лугово-черноземовидных почвах Амурской области сопровождается снижением содержания подвижных форм К. На лугово-бурых почвах Приморского края за 54 года ведения опыта, даже при регулярном внесении К-содержащих удобрений, количество подвижных форм К сократилось на 30%. Для предотвращения истощения запасов К в пахотных почвах необходимо корректировать существующие системы удобрений.

3. Распределение К, Са и Мп по органам растений сои и пшеницы отражает специфику накопления элементов в культурах. Максимальное количество К сосредоточено в зерне растений, Са — в листьях, корнях и соломе, Мп - в листьях, корнях и полове.

4. Длительная химизация почв отражается на круговороте элементов в агрофитоценозах. Систематическое использование удобрений сопровождается уменьшением хозяйственного выноса К, Са и Мп с урожаем сои и пшеницы.

5. Агрохимическая активность исследованных элементов зависит от вида выращиваемых культур и от типа почв. Для растений сои характерен следующий ряд агрохимической активности элементов: К (55-69%) > Мп (19-26%) > Са (14-24%); для растений пшеницы: К (68-80%) > Са (3760%) > Мп (30-39%). На лугово-бурой почве хозяйственный вынос

элементов, за исключением К в посевах сои, выше чем на лугово черноземовидной почве. Активный вынос элементов из пахотных поч необходимо восполнять. Одним из приемов компенсации являете возвращение в почву непродуктивной части урожая, где элементь накапливаются в течение вегетации.

6. Потери гумуса в лугово-бурых почвах за 40 лет использования сельском хозяйстве составили 21-23%, в лугово-черноземовидных - 23 27%. Внесение удобрений не способствовало увеличению содержат гумуса в почвах.

7. В результате длительной химизации агрофитоценозов в почва увеличивается содержания Zn на 65-105% , Сг на 53-58%, Ni на 38-68%, концентрация Со снижается на 36-44% по сравнению с контрольными вариантами.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журнала

1. Бурдуковский, МЛ. 2011. Накопление и вынос элементов питания тяжелых металлов растением сои на почвах юга Дальнего Востока / M.JI Бурдуковский, В.И. Голов // Масличные культуры. - 2011. - № 1. - С. 94-100.

2. Голов, В.И. Баланс азота, цинка и олова в посевах сои на почвг Амурской области / В.И. Голов, М.Л. Бурдуковский // Масличные культуры — 2012. — №. 2.-С. 138-145.

3. Молчанова, И.В. Техногенное загрязнение почвенно-растительног покрова юга Приморского края / И.В. Молчанова, Л.Н Михайловская, В.Н Позолотина, Ю.Н. Журавлев, Я.О. Тимофеева, М.Л. Бурдуковский / Экология. - 2013. - Т. 44. -№. 5. - С. 334-338.

Работы, опубликованные в материалах региональных и всероссийских

научных конференциях

4. Бурдуковский, М.Л. Накопление и вынос микроэлементов и тяжелы металлов растением сои на почвах Дальнего востока / М.Л. Бурдуковский, В.И Голов // Интеллектуальный потенциал вузов на развитие Дальневосточног региона России и стран АТР: материалы XI Международной научно практической конференции студентов, аспирантов и молодых учены (Владивосток, 20-23 апреля, 2009 г. ). - Владивосток. - 2009. - С. 44-48.

5. Бурдуковский, М.Л. 2010. Накопление и вынос микроэлементов тяжелых металлов основными культурами при длительном применени удобрений на почвах юга Дальнего Востока / М.Л. Бурдуковский //

Современные почвенные классификации и проблемы их региональной адаптации: материалы всероссийской научной конференции (Владивосток, 512 сентября, 2010 г.). - Владивосток. - 2010. - С. 170-173.

6. Бурдуковский, МЛ. Особенности поглощения и выноса некоторых химических элементов растением сои на почвах Дальнего Востока // Современные методы научных исследований: материалы I Дальневосточной междисциплинарной молодежной научной конференции (Владивосток, 8-12 сентября, 2011 г.). - Владивосток. - 2011. - С.35.

7. Бурдуковский, M.JI. Баланс элементов питания и тяжелых металлов в посевах сои на почвах юга Дальнего Востока России / M.JI. Бурдуковский // ЭРЭЛ: материалы Всероссийской конференции научной молодежи (Якутск, 24-29 октября, 2011 г.).-Якутск.-2011.-Том 1.-С. 251-254.

8. Бурдуковский, M.JI. Накопление и вынос азота, цинка и олова растением сои на почвах Амурской области / M.J1. Бурдуковский // Современные исследования в биологии: материалы I Всероссийской научной конференции (Владивосток, 25-27 сентября, 2012 г.). - Владивосток. - 2012. -С. 44-47.

9. Бурдуковский, M.JI. Влияние антропогенных факторов на устойчивость химического состава пахотных почв и их плодородие / М.Л. Бурдуковский, В.И. Голов, Я.А. Данильченко // Регионы нового освоения: теоретические и практические вопросы изучения и сохранения биологического и ландшафтного разнообразия: материалы Российской конференции с международным участием (Хабаровск, 15-18 октября, 2012 г.). - Хабаровск. - 2012. - С. 246250.

10. Бурдуковский, M.JI. Экологические проблемы, связанные с дефицитом и избытком марганца, калия и молибдена на почвах юга Дальнего Востока / М.Л. Бурдуковский // Экологические проблемы, связанные с дефицитом и избытком марганца, калия и молибдена на почвах юга Дальнего Востока: материалы межрегиональной научно-практической конференции с международным участием (Благовещенск, 15-17 мая, 2013 г.). - Благовещенск. -2013.-Том II.-С. 13-17.

11. Бурдуковский, M.JI. Круговорот микроэлементов и тяжелых металлов в посевах основных культур на почвах юга Дальнего Востока / М.Л. Бурдуковский, Я.О. Тимофеева // Биогеохимия и биохимия микроэлементов в условиях техногенеза биосферы: Материалы VIII биогеохимической школы (Гродно, 10-14 сентября, 2013 г.). - Гродно. -2013. - С. 348-351.

12. Голов, В.И. Влияние длительного применения минеральных удобрений на экологию почв юга Дальнего Востока / В.И. Голов, М.Л. Бурдуковский, И.Г. Ковшик // Аграрные проблемы научного обеспечения Дальнего Востока: материалы научно-практической конференции (Благовещенск, 9-10 апреля, 2013 г.).-Благовещенск.-2013.-Том II.-С. 17-27.

>

БУРДУКОВСКИЙ Максим Леонидович

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ХИМИЗАЦИИ ПОЧВ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ И СОДЕРЖАНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 8.07.2014 г. Формат 60 х 84/16 Усл-печ.л. 1.0. уч.изд. л. 1.0. Тираж: 100 экз. Заказ: №7

Отпечатано в типографии ООО «ТРИО». Владивосток, 2014