Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАКОПЛЕНИЕ ЭКОТОКСИКАНТОВ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭРОЗИОННОГО СТРЕССА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАКОПЛЕНИЕ ЭКОТОКСИКАНТОВ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭРОЗИОННОГО СТРЕССА"



На правах рукописи

РОХАС РОДРИГЕС

Денис Вилсон

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАКОПЛЕНИЕ ЭКОТОКСИКАНТОВ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭРОЗИОННОГО СТРЕССА

Специальность 03.00.16 Экология

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -2001

Работа выполнена на кафедре агроэкологии и беюпасности жизнедеятельности и на кафедре ¡емледелия и методики опытною дела в Московской сельскочо ¡яистнеинои академии имени К А Тимирязева

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук профессор Пронина Н. Б .

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук профессор Баздырев Г. И.

Официальные оппоненты доктор биологических наук,

профессор Карпухин А. И.; кандидат биологических наук, Зубкова Т.А.

Ведущее учреждение - экологический факультет Российского университета Дружбы народов

Защита состоится 13 июня 2001 года в 14 30 часов на заседании диссертационного совета Д 220 043 03 в Московской сельскохозяйственной академии имени К а Тимирязева

Адрес 127550, Москва И-550 Тимирязевская ул , 49 Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

Авторе. -послан '($ 2001 г

Ученый сек^

диссертационно

Калинин В А

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы эрозия почв стала одним из основных сдерживающих факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур В результате нерационального использования почв склонов недобор продукции растениеводства составляет от 10 до 60% Основным фактором, определяющим объемы потерь почвы, воды и биогенных »лементов является агротехнический фон Создание экологически безопасного сельскохозяйственного производства - обшепланетная проблема Это определяется тем, что в условиях интенсивного воздечывания с-ч культур антропогенное воздействие на почвы, водные ресурсы, окружающую среду в большинстве стран мира превышает допустимые нормы

Наиболее эффективным средством ¡ащиты почвы, повышения ее плодородия и увепичения урожайности с х культур являются почвозащитные приемы обработки почвы в сочетании с блоком химизации (Бирюкович А В , 1981, Саранин К И , Сгаровоитов Н А , 1982, Meicalfe D , ElkinsD, 1980)

Поскольку защита почв от эрозии является частью общей экологической проблемы, которая в последнее время особенно обострилась, возник ряд новых вопросов, требующих скорейшего решения Это в первую очередь касается агроэкологических аспектов применения удобрений и других средств химизации на почвах склонов Недостаточно изучено взаимодействие удобрений, средств защиты растений и способов обработки почвы в зависимости от элементов рельефа, экспозиции и крутизны склонов, а также изменения агрохимических и биологических свойств почвы Поэтому данная проблема является актуальной

Цель работы - изучить действие экологических факторов (технологии обработки почвы ыенени насыщения севооборота гербицидами, элементов склона) на накопление экотоксикантов в сисгеме почва - растение и биологическую активность почвы и сформулировать вошожность оценки экологической ситуации в агрофитоценозе, используя ряд диагностических показатечеи

Задачи исследовании

- изучить изменение содержания тяжечых металлов в системе почва — растение и установить их взаимосвязь с экологическим состоянием склоновых почв,

- выявить особенности накопления нитратов, минерального фосфора в почве в пахотном и корнеобитаемом слоях

- определить активность фоефогидролаз и нитратредуктазы в почве и растениях и использовать эти показатели в качестве диагностических критериев для оценки экологической ситуации

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЛУЧ -ля БИБЛИОТЕКА '•'осч. t ау.скохсз атгр.-ии

Инв! №

- использовать биоиндикаторы (тест - растения) для оценки суммарной фитотоксичности почвы, содержащей остаточные количества гербицидов и их метаболитов, .

- ■ рассчитать уровень фитотоксичности почвы, используя показатели

ее ферментативной активности, ,< . • • -

- проанализировать экологическое • состояние агрофитоценоза, используя данные корреляционного анализа..

1 - Дать биоэнергитическую оценку урожайности. Научная новизна. Впервые изучены особенности накопления тяжелых металлов под действием нескольких экологических факторов. Выявлена роль почвозащитной технологии обработки почвы совместно с гербицидом дифезаном в условиях • эрозионного стресса. Впервые проанализирована возможность комплексной оценки экологической ситуации в системе почва — растение с использованием метаболических параметров и общепринятых стандартов (ПДК, Zc, Кс, КБП)

Практическая значимость - работы Созданы предпосылки теоретического обоснования совместного действия нескольких экологических факторов в условиях эрозионного стресса. . . ■. :

Публикации; По теме диссертации опубликовано 9 научных работ. Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях МСХА, ВИУА, в Орловском государственном аграрном университете, • на 5й Пущинской конференции молодых учёных «Биология -наука 21 века» в г. Пущино, на молодежных Докучаевских чтениях 2000 в Санкт-Петербургском Государственном Университете . • ,

Структура и объем диссертации. Работа изложена на.ЛТ&гграницах, содержит ЯЛ таблиц, У.4 рисунков, состоит из введения, V:. глав, выводов, заключения, приложения. Список использованной литературы включает р?5?/. наименований, из них .■?(?. на иностранных языках.

Условия . и методика исследований. Настоящая - диссертационная работа- выполнена в 1998-1999 г.г .* в многолетнем двухфакторном стационарном полевом опыте в учхозе ТСХА «Михайловское» Подольского района Московской области. " Объектами • исследований были дерново-подзолистая среднесуглинистая почва, и следующие культуры в звене севооборота: оз. Пшеница Мироновская 808 (1998г.) и овёс Астор (1999г.). Схема опыта была составлена следующим образом: •

1. минимальная обработка и 0% насыщение гербицидами,

2. минимальная , обработка и 50% насыщение гербицидами, (обрабатывали два поля 4-х польного севооборота),

■ 3. минимальная обработка- и 100% • насыщение гербицидами, (обрабатывали все 4 поля 4-х польного севооборота).

4. обычная вспашка и 0% насыщение гербицидами (контроль),

5. обычная вспашка и 50% насыщение гербицидами . .

6. обычная вспашка и 100% насыщение гербицидами

В качестве экологических факторов изучали

- две технологии обработки почвы -1 минимальную (дискование на глубину 6-8 см) 2 Обычную - вспашку на 20-22 см

- систему гербицидов В 1998 и 1999 гг обрабатывали посевы дифезаном в норме 1,5 л/га

- элементы склона) верх и низ склона, крутизна склона 3,5°

Удобрения в опыте вносили на планируемую урожайность озимои пшеницы - 50ц и овса - 30ц sepua

Почвенные образцы для анализов отбирали в 2 ч повторениях в 10 точках каждой детянки размером 35ч 15м

Отбор смешанных почвенных образцов проводили в 3 срока фазе трубкования до обработки 1ербицндами, во время цветения и после уборки с глубины 0-10 см, 10-20 см и 20-40 см в верхней и нижней части скчона Образцы растений на анатиз отбирали в двух повторениях

Отбор почвенных и растительных образцов и их подготовку к анализу проводили согласно Методическим указаниям ВИУА, Методикам I оссортоиспьпания. Методическим указаниям ЦИНАО Анализ почвенных и растительных образцов проводили в научно-исследовательской таборатории кафедры земледелия и методики опытного дела МСХЛ и НИУЛ и ЦИНАО

Пользовались следующими аналитическими методиками 1 pHKCl опредетяли при помощи потенциометра (рН метр ) 2 Са2+ и Mga-f опредетяли комплексометрическим методом (титрование трилоном Б в присутствии индикатора флуорексона или хромогена черного) 3 влажность почвы опрече шли весовым мешдом 4 подвижный фосфор по Кирсанову 5 активность АГФазы, нигра|редукгазы, пирофосфатазы по Галстяну (1978) 6 содержание нитратов в почве и растениях определяли по ГОСТу (ГОСТ2ь951-8Ь) 7 содержание нитритов в почве анализировали с реагентом Грисса 8 подвижные формы тяжелых металлов в почве определяли в 1 Н HN03 (соотношение почва чкстрагент -I 10) на атомно-абсорбционном спектрофоюметре 9 тяжсчые метал чы в растениях определяли после сухого озоления при 450° С (Обухов, Плеханова, 1991) 10 Суммарную фитотоксичность почвы оценивали с помощью растении-биоиндикаторов 11 Энергетическую эффективность рассчитывали методом, разработанным во Всероссийском научно - исследовательском институте земледелия и тащиты почв от эрозии (В М Володин, Р Ф Еремина, 1990, 1995)

Математическую обработку всеч полученных резучьтатов проводили методом дисперсионного анализа на IBM PC с помощью программы STRAZ Метереологические условия. Рассмотрев показатели температуры воздуха и количество выпавших осадков в 1998-1999 гг следует отметить, что годы проведения опыта сильно различались между собой по метереологическим условиям (рис 1,2)

.. , Рисунок 1 Подекадная температура воздуха (° С) и количество осадков за вегетационный период (мм)-1998г)

Среднее Т(С) Ср. осадки .мм

май

июнь

август

Рисунок 2

май , июнь

июль

ав1~уст

! Подекадная температура воздуха (° С) и количество осадков за. > ? пегетациоинмй период (мм) - |999г)

,,1998 год отличался равномерным распределением осадков и тем самым оказал положительное действие на урожайность культуры севооборота. Среднемесячная температура колебалась от 13,3° С (май) до 24,9° С (июнь). Количество выпавших осадков было на уровне среднего, в июне сумма осадков составила 60,6 мм, в июле 134,4 мм. Среднемесячные температуры находились на уровне многолетних. . --

1999 год оказался неблагоприятным для возделываемой культуры. Он характеризовался сухим и жарким летом. Среднемесячная температура колебалась от 3,5° С (май) до 24,6° С (июнь). При этом количество выпавших осадков было намного ниже среднего, в июне сумма осадков составила всего 6,6 мм, в июле 67,2 мм. В этих условиях овес имел очень плохие всходы. Поздние осадки не смогли возместить этот ущерб. . •

В связи с продолжительностью такого сухого периода урожай оказался низким

Гидротермический коэффициент для 1998 г составил 2,0, что можно расценить как показатель достаточного увлажнения, а 1999 г составил 1,0, что свидетельствовало о недостаточном увлажнении

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Влияние экологических факторов на некоторые агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы (рН, влажность, содержание обменного кальция и магния).

Нами была сдетана попытка определить содержание нескольких агрохимических показателей, от которых может зависеть подвижность тяжелых метал юв в почве

Таблица I

Агрохимическая характеристика почвы опытного участка

рН Р205 К.О Сумма Сумма обменных

вариант С % N % Са+ основании

Mi/IOOr мг - экв/100г

до мкладки опыта

1977г 0,79 0,13 63 14,1 14,6 ----- 14,6

1998 - 1999 52 95 146 —

По нашим данным (табл 1) величина рН в среднем составила 4,9, что по сравнению с исходными данными до закладки опыта свидетельствовало о подкислении почв Заметно ухудшилось содержание РгО$, так по сравнению с исходными данными в 1998 -19с>9 гг содержание фосфора составило 9,5 мг P¡Os на 100 г почвы, что на 67 7 % меньше, получается, что почва в изученном опыте мало обеспечена фосфором т к для окультуренных почв содержание подвижного фосфора (по Кирсанову), как правило, должно быть не менее 10-15 мг PjOs на J00 г почвы (О В Сдобникова, 1977) и достиппь 25-30 мг Р;05 на 100 г почвы для дерново-подзолистых суглинистых почв -(Т Н Кулаковская, 1985)

На основании полученной ветчины рН (4,9) и по результатам содержания обменных форм кальция и магния (14 6) почву нашего участка можно отнести к группе почв со средней потребностью в известковании Поэтому изученная нами почва нуждается во внесении дополнительного кочичества известковых удобрений

Сравнивая полученные данные по влажности (рис 3,4,5,6) можно сдечать следующие выводы при минимальной обработке влажность почвы больше, чем при обычной обработке, особенно это проявилось в 1998г По данным 1999г несмотря на то, что год был неблагоприятным, наблюдалась

примерно та же тенденция, причем в нижней части влажность почвы была выше, чем наверху склона.

■1 • ■ ., „ Рисунок 3

ВЛАЖНОСТЬ 1998 г.(минимальная обработка)

20 ■

15

10 5

О •

« А' ^

верх склона

нт склона

■ 1 СРОК □ 2 СРОК О 3 СТОК

ВЛАЖНОСТЬ 1998г.(обычная обработка)

Рисунок 4

%

--г

)? ^

■ 1 СРОК

□ 2 СРОК

□ ЗСРОК

верх склона

ни?склона

Рисунок 5

ВЛАЖНОСТЬ - 1999г (минимальная обработка)

10

и

1

I

Л

ш

ВМ'Х СКЛОНА

НИЗ СКЛОНА

ВЛАЖНОСТЬ - 199Чг (обычная обработка)

14

12

10

о/ /о

:Я1

Йм

И

I

I

ш1 срок о2 срок озсрок

л а .в ^ $ ч" -? V« N° «? V« -Р £

й о ^ о ч« т? » "Vй й -Vй

Рисунок 6

■ 1 срок р 2 с рок

пзсрок

N° V

1 "г х1 v1 "v1 ) ч* -Vй * ч»' У

V V

» У

ТР

* ч» у

ВЕРХ СКЛОНА

НИ? СКЛОНА

Изменение содержания тяжелых металлов в системе почва — растение.

В литературе опубликовано достаточное количество статей по определению ТМ в почве, но нам неизвестны работы о накоплении ТМ в почве склоновых земель. Проведенные исследования показали, что во многих случаях различия по содержанию ТМ между вариантами несущественны (табл 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)

. ВАРИАНТ ВЕРХ СКЛОНА 1998 г. 1999 г. •

Сё РЬ гп Си са РЬ Ъп Си

1. мин. обработка , 0 % гербицидов ■ 0,17 15,5 ' 13,17 3,50 , 0,06 4,8 6,8

2. мин. обработка 50% гербицидов 0,18 10,67 10,80 3,30 0,14 5,6 12,7 6,2

3. мин. обработка 100% гербицидов 0,17 10,30 11,57 2,90 0,04 .4,4 10,0 6,4

4.обыч. обработка 0% гербицидов (контр) 0,22 10,90 15,57 3,50 0,05 5,0 10,3 5,6

5. обыч. обработка 50% гербицидов 0,16 11,86 13,47 3,40 0,02 5,3 10,2 7,0

6. обыч. обработка 100% гербицидов 0,16 10,67 11,77 3,30 0,10 6,3 11,0 ■ 6,5

МИЗ СКЛОНА

7. мин. обработка 0 % гербицидов 0,18 11,37 12,86 3,50 0,08 6,0 13,2 6,8

8. мин! обработка 50% гербицидов ; 0,15 10,77 14,96' 3,90 0,16 7,3 12,3 6,3

8. мин. обработка 100% гербицидов 0,15 10,60 12,36 3,67 0,20 6,7 14,1:- ; 7,2

10 обыч. обработка 0% гербицидов 0,19 11,43 14,26 : 4,30; 0,18 6,6 13,6 5 ; - 6,9

11 .обыч. обработка 50% гербицидов 0,17 11,07 14,57 4,30 0,20 6,8 13,5 .7,0

12 .об ыч. обработка 100% гербицидов 0,16 9,77 10,96 4,26 * 0,22 8,0 12,3 6,3

НСР 0,05 0,018 1,04 0,86 0,33 0.01 0,46 1,27 0,65

Согласно полученным результатам (табл 2) различия в содержании Cd и Си в верхней части склона существенны только по одному варианту (4-и и 3-и соответственно), по РЬ и Zn разница в содержании ТМ достоверна во всех вариантах ia исключением пятого В нижней части склона только по содержанию РЬ обнаружены достоверные различия между всеми вариантами, а по остальным металлам наблюдается следующая закономерность существенные различия по Cd установлены при минимальной обработке почвы и 50%-ном и 100%-ном насыщении гербицидами и в отсутствие гербицидов при обычной обработке (вспашке) По микроэлементам, к которым о гноился Zn и Си, достоверность различий была одинакова во всех 3-х вариантах с обычной технологией обработки возрастание концентрации ТМ оказалось существенным (вар 10,11,12)

В питературе нет сведений о концентрации ТМ в растениях, выращенных в условиях почвенной эрозии Попученные нами данные о содержании ТМ в зерне озимои пшеницы и овса представляют теоретический и практический интерес В таблице 3 представлены данные о влиянии почвозащитных технолоши и 1ербицидов на содержание IМ в зерне озимой пшеницы и овса

Озимая пшеница

Содержание Cd и Zn в зерне в нижней части склона больше, чем в верхней, по свинцу четкой закономерности не обнаружено, а содержание меди в нижней части склона значительно ниже, чем вверху склона, особенно в варианте с обычной вспашкой Заметное накопление меди наблюдается в варианте со 100% - ным насыщением |ербицидами Можно нашать несколько причин этого яв1ения 1десь сказывается, вероятно, действие одного из компонентов дифемна, а именно производною сульфонилмочевины, влияющеи на развитие корневой системы растений что в значительной степени опретепяет более интенсивное поыошеиие ионов меди Изменения содержания Cd, РЬ, Си во всех вариантах в нижней части склона достоверные, а уменьшение содержания Zn в половине изученных вариантов несущественно

Овес

Наблюдается некоторая аналогия данными по озимой пшенице Обращает на себя внимание тот факт, что содержание Cd, РЬ, Си в зерне овса значительно превышает соответствующие ве шчины для зерна пшеницы По некоторым данным Cd в овсе накапливается шачительно больше, чем в озимой пшенице, ячмене, ржи, причем Си и Cd в овсе в некоторых спучаях в два раза больше, чем в пшенице (Ильин В Б, 1491, Кабата - Пендиас А, Пендиас X, 1989)

Наши данные по чтим >лементам сошыяают с литературными, В

подавляющем большинстве вариантов все различия по содержанию Сс), РЬ и Си и овсе, выращенном в нижней части склона, оказались достоверными.

Таблица 3

Влияние почвозащитных технологий гербицидов на содержание ТМ в зерне . озимой пшеницы (1998г.) и овса (1999г.) в условиях эрозионного стресса в

(кг/кг сухой массы)

ВАРИАНТ ВЕРХ СКЛОНА Cd РЬ Zn Си ■

озимая пшеница овес озимая пшеница овес ■ озимая пшеница овес озимая пшеница овес

1. мин. обработка 0 % гербицидов 0,050 0,060 0,46 0,58 (1,16) 30,4 20,37 4,7* 9,11

2. мин. обработка 50% гербицидов 0,040 0,048 0,34 0,76 (1,52) 29,0 .24,3 5,0 9,36

З.мин. обработка 100% гербицидов 0,060 0,072 0,33 0,53 (1,06) 28,2 17,4 4,7 9,07

4. обыч.обработка 0% гербицидов (конгр) 0,050 0,060 0,41 0,80 (1,60) 28,4 13,4 '4,8 8.67

5.обыч. обработка ■ 50% гербицидов 0,040 0,048 0,35 0,62 (1.24) 24,5 13,2 8,6 15,71 (1.57)

6. обыч. обработка 100% гербицидов 0,050 0,060 0,32 0,74 (1,48) 30,0 19,9 15,6 27,68 (2,77)

низ склона

7. мин. обработка 0% гербицидов 0,080 0,098 0,36 0,77 (1.54) 33,1 24,1 4,1 7,96

8. мин. обработка 50% гербицидов 0,050 0,072 0,29 0,79 (1,58) 32,0 19,9 3,9 6,30

9. мин. обработка 100% гербицидов 0,160 0,192 0,41 1,04 (2,08) 33,2 26,8 3,4 5,62

10 обыч.обработка 0% гербицидов 0,060 0,072 0,25 0,58 (1,16) 26,9 18,3 4,56

11 обыч. обработка 50% гербицидов 0,070 0,084 0,33 0,84 (1,68) 30,8 20,2 3,8 5,88

12. обыч. обработка 100% гербицидов 0,060 0,072 0,30 0,99 (1,98) 31,6 25,2 3,5 5,73

ПДК 0,10 0,10 0.50 0,50 50,0 50,0 10,0 10.0

НСРо.05 0.006 0,007 0,032 0,06 1,79 1,11 0,58 0,77

*В скобках указано, во сколько раз содержание ТМ в зерне превышает ПДК,

Изменение в содержании Ъл в зерне пшеницы и овса, выращенных на различных участках склона, в большинстве вариантов оказались недостоверными в зависимости от почвозащитной технологии или от применяемого гербицида Вполне возможно, что сульфонилмочевина, входящая в состав дифезана, могла обусловить и увеличение веса корней, и их длину в зависимости от варианта опыта А эти параметры повлияли на погтотитепьную деятечьность корней и в отношении катионов цинка

Влияние экологических факторов на ферментативную активность почвы и растений.

В данной главе была изучена роль разчичных технологий обрабожи почвы ск тоновых земечь и системы гербицидов на биохимическую активность почвы Необходимо было вымени п. следующие вопросы

1 роль нитратредуктазы - одного из ключевых ферментов азотного обмена почвы

2 простелить за изменением активности нитрат- и нитритредуктазы в листьях возделываемых кучьтур и сопоставить эти метаболические параметры с содержанием нитратов в растениях,

3 проанализировать изменение содержания минерального фосфора в пахотном и корнеобитаемом горизонтах и сравнить эти результаты с активностью АТФ-азы и пирофосфатазы - основных ферментов, ответственных за шдролиз органических и не органических соединении фосфора соответственно

4 привести предваритетьные расчетные данные по коэффициенту корреляции между активностью ферментов и содержанием минерального фосфора на примере фосфогидролл с целью подчеркнуть роль почвозащитной технологи (минимальном) по сравнению с обычной обработкой почв

Согласно полученным рс ¡учыатам (табл 4), по мере действия гербицидов в почве наблюдалось возрастание уровня нитратов по сравнению с контролем в оба года исспедованин (верх склона)

Под пшеницей в вариантах с минимальной обработкой почвы содержание нитратов к концу вегетации увеличивалось в 3,0 6,0 раз, а при обычной вспашке — в 1,5 2 0 раза В нижней части склона при использовании почвозащитной технологии (минимальная обработка) эта тенденция сохранялась, а в вариантах со вспашкой пик накопления нитратов был связан с первичной реакцией почвы на действие дифезана через 3 неде ш после нанесения препарата В «суштивых устовиях 1999 г запасы нитратов в почве под овсом в большинстве вариантов оказались ниже, чем в предыдущем году, когда были более бтагоприятные погодные условия при обычной вспашке обнаружена тенденция к увечичению запасов нитратов к моменту уборки урожая, а при минимальной - резкое снижение (в 2 О 2,5 рцза) уровня N0} во 2-й срок, те чере) 3 иедсти посте обработки растении гербицидом

Таблица 4

Влияние почвозащитных технологий и гербицидов на содержание нитратов в почве (слой 0-40 см; в % к контролю*) " 1

Вариант Верх склона Низ склона

Г 1-й срок 2-й срок • 3-й срок 1-й срок 2-й срок 3-й срок

1 .минимальная обработка 0% гербицидов 30,7" 25,1 125,5 37,9 187,8 225,2 44.8 32.9 113,9 33,0 107,9 84,8

2. минимальная обработка 50% гербицидов -.60,5 "26,7 203,8 56,7 250,4 162,8 17.8 73,5 ■ 53.2 27,7 171,2 75,9

3. минимальная обработка 100% гербицидов 40.6 78,9 ,145,6 109,5 238,8 112,8- 37.4 84,4 82.3 40,7 173,4 78,4

4. обычная обработка 0% гербицидов (контроль) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 114,0 39,1 218,9 52,4. 129,5 79,8

5. обычная обработка 50% гербицидов 51.2 29,2 84.8 48,6 134,5 163,5 48.0 17,7 262,0 49,4 87.0 63,4

6. обычная обработка . 100% гербицидов , 67.5 11,4 231,6 .24,5 91.4 96,4 50.0 -28,3 122,8 38,7 67.6 73,0

* за контроль принят вариант 4 (с обычной вспашкой при 0% насыщения гербицидами); содержание нитратов (мг/кг почвы)"»' контроле в опыте 199К г, составляло: 1-й срок - 40,4; 2-й - 7,9; 3-й - 13,9 (возделываемая культура - озимая пшеница Мироновская-808); уровень нитратов в опыте 1999 г. составляло:'1-й срок - 137,2; 2-й — 50,6; 3-й-28,2 (возделываемая культура - онес Лстор). «

* - •» числители данные 1998 г., и знимсшыслс I9W г.

' Согласно полученным . результатам (табл. . 5) активность нитратредуктазы (IIP) почвы и.нижней части склона была выше, чем наверху, что связано с более высокой влажностью почвы. Наверху склона почвозащитная (минимальная) обработка способствовала активированию фермента в 1,5...2,0 раза по сравнению с контролем. Особенно значительное возрастание активности HP обнаружено в нижней части склона: к концу вегетации наблюдалось 6-кратное увеличение этого показателя. Высокие скорости . восстановления . нитратов при применении почвозащитной технологии очевидно можно объяснить более высокой микробиологической активностью, . обусловленной , в первую очередь активным нитрифицирующим комплексом в этих вариантах >

При обычной вспашке активирование фермента в этих вариантах было в 1,9....4,4 раза больше, чем в контроле. В верхней части склона при обычной обработке почвы не наблюдалось интенсивного восстановления нитратов и показатели зависели от уровня насыщения гербицидами. Например, при 50%-ом насыщении установлено заметное ингибирование HP-активности, вероятно из-за снижения уровня нитратов в этих вариантах (ср. с табл. 4).

В опыте 1999 года показатечи НР-активности по всем вариантам были ниже, что можно объяснить более низким содержанием нитратов в этих вариантах

Данные по активности НР и НИР в чистьях пшеницы до и попе обработки растений дифезаном (табл 6) показывают , что наверху скюна через 3 недели после нанесения препарата во всех вариантах происходит значительное активирование воссыиовления нитратов, есзи судить по удельной активности фермента По мере возрастания гербицидной нагрузки на фитоценоз (0% 50% 100%) обнаружено бюкирование НР-активности по сравнению с контролем, особенно заметное в вариантах с обычной вспашкой

Таблица 5

Активность нитратредуктазы в почве в условиях эрозионного стресса (в слое 0-40 ш, мг NO Jr почвы за сутки, опыт 1998 г , возделываемая _ _культура - озимая пшеница Мироновская 808)_

Вариант Верх (.к-юна Низ склона

1-и 2 и 3-й 1-й 2-Й 3-й

срок _срок срок С£ОК срок срок

минимальная 3^41,8 2154.7 5605.8 4352,0 5701,8

обработка 105,1 212 5 2176 99,0 261,2 574,4

0% гербицидов

минимальная 5702,9 2605.3 1591.4 3853.0 4547.1 5938,2

обработка 100,7 156,3 160,3 68,0 272,9 598,2

50% гербицидов

минимальная 6072,1 2150,1 1435,6 275S.3 2903.4 .4.671,2

обработка 107,2 141,4 144,6 48,7 174,2 369,8

100% гербицидов обычная обработка

<¡661,8 1666,4 292J ~4048,0 1516,2 1918.5

0% гербицидов (контр) 100,0 100 0 100,0 71,5 91,0 193,3

обычная обработка 4210,0 678,5 Ml Ji 4640,2 2008,1 2678J

So®'. I србицидоа 74,4_ 41 0 S4 5 82.0 120,5 270 0

обычная обработка 5733,2 901.8 1484,3 30S4.6 2162.7 440S.7 '

100% гербицидов 101,3 L 54,1 149,5 54,0 130,0 443 8

ПОР ,ия лливиосли IIP (по

всей таблице) 108,5 117.3 155,0

*- в числитете активность HP в чнамелате je °о к контролю (вар 4)

■ Таблица 6

Активность нитрат (НР)- и нитритредуктазы (НИР) в листьях озимой пшеницы Мироновская 808 при использовании различных почвообрабатывающих технологий и гербицидов

(НРв MKrN0^ • час. НИР в MrN0' • час, 1998 г.) ^

гсухойпочвы гсухойпочвы

Вариант > . Верх склона Низ склона- . • ...

НР НИР НР НИР

1-й срок 2-й срок 1-й срок 2-й срок 1-й срок 2-й срок 1-й срок 2-й срок

минимальная обработка 2317,6 2203,8 18.58 12,79 690,3 1510.7 10.51 15,02

0% гербицидов 377,6 • 119,8 ' 203,7 -97,3 . 112,5 .- 82,0 115,2 114,4

минимальная обработка 1374.3 ' 1508,4 18.34 15.73 - 510,0 1021.6 11,18 13,26

50% гербицидов 223,9 81,9 201,1 119,7 83,1 . 55,5 - 122,6 100,9

минимальная обработка 908.5 1259.1 11,65 14,61 1046,3 1496.9 19.59 14,05

100% гербицидов' 148.0 68,4 127,7 89,9 ■ 170,5 81,3 214,8 106,9

обычная обработка 613.7 1840,0 .9,12 13,14 756,5 912.0 . 11,46 , 12,35

0% гербицидов (контр.) 100,0 100,0 100,0 -100,0 123,3 49,6 125,6 94,0

обычная обработка 963.7 1204,0 14,09 14.40 1966.3 1008.0 • 19.52 13,79

50% гербицидов 157,0 65,4 154,5 . 109,6 ■ 320,4 54,8 214,0 104,9

обычная обработка 679.8 ' 679.6 10,85 13.91 1629,3 1547,5: 22.28 .13,42

100% гербицидов 110,8 36,9 119,0 105,8 ■ 265,5 . 84,1 244,3 102,1

НСР по всей таблице для НР- и НИР-ахтивности соответственно 122,0; 1,35 * - в числителе активность фермента, в знаменателе - % к контролю (вар. 4).

Скорость восстановления нитритов пол действием дифезана зависела от технологии обработки почвы при применении почвозащитной Скорость восстановления нитритов под действием дифеына «ависела от гсчноюши обработки почвы при применении почвозащитной технологии снижение НИР-активности по отношению к контролю составило от 2,1 .1,7 до 1,4 раза, а при обычной вспашке - от 1,0 1,4 до 1,1 раза

В нижней части склона в большинстве вариантов НР- и НИР-активность в 1-й срок взятия проб (до обработки дифезаном) превышала контроль при минимальной обработке в 1,1 2,1 раза, а при обычной вспашке - в 1,2 3,2 раза Гербицид вызвал инактивированне нитратредуктазы и не оказал существенного влияния на восстановление нитритов (НИР) Этот факт не является неожиданным, тк по своим свойствам НИР является ферментом, скорость 1 оборачиваемости" которого превышает НР в 20 25 раз поэтому даже в условиях, когда блокируется 1-й этап цепи редукции нитратов, активность НИР не отличается, от контроля, очевидно за счет использования допопнительных источников нитритов - субстратов действия НИР Все разпичия, представленные в таблице 6, оказались достоверными

В нашем опыте изучали активноыь А!Фазы - представителя группы неспецифических гидролаз, ответственных за гидролиз АТФ-аденинуклеотида - универс шышга аккуму 1ятора энергии химических связей Нам неизвестны литературные сведения об изучении этого фермента в почве при совместном действии таких экологических факторов, как почвозащитная технология, насыщенность гербицидами, этементы склона (рис 7,8)

Сопасно полученным резучьтатам (рис 7), наверчу склона во всех вариантах содержание минеральною фосфора в езое 0-20 см больше, чем в корнеобитаемом слое почвы в оба срока шшия проб (до и после обработки гербицидом) Это cooтвeтcтвveт изменениям активности АТФ-азы Ответная реакция на действие гербицида ывисела от способа обработки почвы при минимальной обработке гидролиз АГФ протекае! с меньшей скоростью, чем при обычной вспашке При применении почвозащитной технолоиш наиболее четко прослеживается зависимость между активностью АТФ-азы и содержанием минерального фосфора в среде В варианте с обычной вспашкой такой четкой закономерности не обнаружено под действием дифезана наряду со снижением активности фермента по профилю почвы возрастает соотношение концентрации Фн между 1-м и 2-м сроками взятия проб В нижней части склона при минима гьной обрабоже почвы содержание минерального фосфора во всех вариантах выше, что свяыно и с активированием АТФ азы (рис 8)

=■■■-. • . . ' Рисунок 7

Активность АТФ-азы и содержание минерального фосфора в пахотном слое . (0-20 см - опыт 1998 г., озимая пшеница, верх склона)

¡1_I АТФ-ача мин. фосфор

Рисунок 8

Активность АТФ-азы и содержание минерального фосфора в пахотном слое (0-20 см - опыт 1998 г., озимая пшеница, низ склона)

г)

«а

той 1ьоо иоо

во

2 1200 ! о

С 1000 ;

«00 >

600 I I

400 1

¡СЗАТФ-ача —под. фосфор

I 25

20

МНИ. обр

0%

МИН обр

50%

МИН обр. I 00%

обыч обр

0%

ибыч обр 50%

обыч обр 100%

-е-.о 1

Взаимосвязь этих двух метаболических показателей изменяется по профилю почвы. Наибольшая сопряженность скорости гидролиза .АТФ с содержанием Фн в почве доказывается результатами корреляционного анализа (R): ... .. ....

Сроки взятия проб

1-й ■ •. 2-й ' 3-й

Минимальная обработка почвы ' 0,71 ' - 0,64 0.94:

Обычная вспашка , 0,54 0,17 , 0,47" "

Из приведенных результатов следует, что корреляционная зависимость между этими показателями соответствует следующим градациям

, Сроки взятия проб .

■■■■ ') ■ : : : 1-й 2-й - з-й

минимальная обработка почвы сильная средняя сильная

обычная вспашка , ■ - средняя. слабая .средняя

Можно привести еще пример с результатами по изучению активности неорганической полифосфогидролазы, к которой относится пирофосфатаза, использующая в качестве субстрата своего действия пирофосфаты почвы [Searle P.G., Hughes J.D., 1977, Searle P.G.,Hughes J.D.,. 1977, Skujins J.J., 1979]. Намечаются следующие корреляционные зависимости между скоростью гидролиза пирофосфатов почвы и содержанием в ней подвижного фосфора(К): ' ..........■ .< > ; - Л

Сроки взятия проб 1-й 2-й ' 3-П

минимальная обработка почвы . . градация корреляционной зависимости обычная вспашка ' градация корреляционной зависимости

0,89 . _ 0,86 0,46 ,

сильная сильная • средняя

0,55 - 0,32 * 0,59

средняя средняя средняя

Как видно, проблема 'связи между активностью АТФ-азы, пирофосфатазы и минеральным фосфором (минерализацией органического фосфора) довольно сложная, ■ о! чем свидетельствуют, в частности, противоречивые Л литературные ■ данные^ об » отношении фосфатазной активности почв к содержанию минерального фосфора. . - ■■ >

Однако эта на первый взгляд противоречивая связь, фосфатазной активности с содержанием минерального фосфора объясняется на основе

регуляторной функции неор1анического фосфора в биосинтезе фосфата) микроорганизмами и корнями растений и активности почвенных ферментов, функционально не связанных с клеючпым чеиболизмом На самом (еле здесь противоречия нез, а чарак|ср выимисиязи между фосфаишюи активностью и содержанием минеральною фосфора в почве в первую очередь определяется количеством последнего

Избыток подвижного фосфора подавляет синтез ферментов В естественных условиях в формировании фосфатазного потенциала почвы регулярное воздействие неорганического фосфора проявляется комплексно, а именно путем воздействия как на ферментсинтезнруюший аппарат микроорганизмов и корней, так и на активность почвенных ферментов Можно предположить, что подвижный минеральный фосфор в почве является в некоторой степени регулятором интенсивности и направленности биохимических процессов мобилизации-иммобилизации почвенного фосфора Следует иметь ввиду, что к параметрам онтимумов экологических условий, определяющим фосфатазную активность в различных почвах, следует причислить и такие показатели почвы, как влажность, рН, уровень экотоксикантов, биологические особенности возделываемой культуры Так, результаты опыта 1999 года, которые характеризовались сходными тенденциями в направленности изученных метаболитов, существенно отличались по количественным показатечям фосфатазной активности, содержанию Фн, что дополнительно можно объяснить и засушливыми условиями года и значительно более высокой фосфатазной активностью корневой системы возделываемой культуры (овса)

Количественная и качественная оценка влияния жологнческнх факторов на агрофиюценоз в условиях эрозионного стресса.

К критериям, помогающим исследователям оценить экологическую ситуацию в агрофитоценозе, относится целый ряд показателей ПДК, '¿с, доли от ПДК и тд Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных химических веществ означает максимальную массовую долю загрязняющего почву химического вещества, в том числе ТМ, не вызывающую прямого или косвенного влияния на окружающую среду и здоровье человека, включая отдаленные последствия Определение ПДК в почвах является сложной задачей, которая в настоящее время решена лишь в первом приближении

Были рассчитаны доли от ПДК (%) на основе полученною аналитического материала (габл 7) и выяснилось, что ни в одном из вариантов содержание ТМ не только не превышает ПДК, а составляет в зависимости от варианта 6,0 24% Этот факт согласуется с титерат>рными сведениями о том, что никогда, даже через 100 и более лет уровень ТМ в почве вряд ли может достигнуть ПДК

Таблица 7

Содержание ТМ в почве в расчетных долях от ПДК* (%%) • - _

Вариант 1998 г. 1999 г. Среднее за 2 года

Сс1 РЬ | Ъа | Си Сё РЬ гп Си С<1 | РЬ Ъп Си

верх склона

1. мин. обраб 0% гербицидов 17,5 25,9 22,1 7,1 6,0 8,0 20,6 13,6 11,8 16,9 21,4 10,4

2.мин.обраб. 50% гербицидов 18,5 17,9 18,0 6,6 14,0 9,3 21,1 12,4 16,2 13,6 19,6 9,5

3. мин. обраб 100% гербиц 17,5 17,1 19,4 5,9 4,0 .V 16,6 12,8 10,8 12.2 18,0 9.4

4. обычная обр. 0% гербиц , (контроль) 14,0 17,6 20,1 7,2 5.0 8.3 17,1 11,2 9,4 12,9 18,6 9,2

5. обычная обр. 50% гербиц 17,0 17,8 20,2 7,8 2.0 8,8 17,0 14,0 9,5 13,3 18,6 10,9

6. обычная обр. 100% гербиц 12,0 17,8 21,3 8.4 10,0 10,3 18,5 13.0 11,0 14,0 19,9 10,7

Низ склона

7 мин. обраб 0% гербиц 19,0 19,0 24,2 6,9 8,0 10,0 22,0 13,6 13,5 14,5 23,1 10,2

8. мин. обраб 50% гербиц 16,5 18,5 20,2 6,7 16,0 12,2 20,5 12,6 16,2 15,4 20,3 9.6

9. мин. обраб 100% гербиц 19,0 18,5 24,0 7,3 2,0 11,1 23,5 14,4 10,5 14,8 23,7 10,8

Ю.обычная обр 0% гербицидов 19,0 19,0 23,8 8,6 18,0 11,0 22,6 13,6 18,5 15,0 23,2 11.1

11 .обычная обр 50%гербицидов 17,0 18,5 24,3 9,0 2,0 11,3 22,5 14,0 9,5 20,5 23,4 11,5

12обычная обр. 100% гербиц 16,0 16,3 18,3 8,4 22,0 13,3 20,5 12,6 19,0 14,8 19,4 10,5

*ПДК (мг/кг почвы) составляют: по Сё -1,0; по РЬ - 60,0; по '¿п - 60,0; по Си-50,0. ■

Для научных и практических цепей необходимо знать не только коэффициенты концентрации(Ка) по отдельным эпементам, но и суммарный показатель загрязнения Суммарный показатель загрязнения (7.с) определяется по формуле

7.С = Кс1 -(п-1), где

Кс1 - коэффициент концентрации металла, равный частному от деления массовой доли 1-го элемента в загрязненной и фоновой почвах, п - чисчо определяемых ингредиентов

Определение показателя суммарной загрязненности тяжечыми металлами (2л) за оба года исспедований показало, что во всех вариантах опытная ветичина оказалась ниже стандартной, (Методические указания ЦИНАО), что позволило нам оценить экологическую ситуацию в почве опытных полей по категории I как допустимую и согласно градации.предложеннои ЦИНАО, на таких полях можно высевать любые культуры, но при этом необходимо контролировать уровень фитотоксичности почв Рези судить по полученным результатам «слабыми» сигналами экологического неблагополучия могут быть многие варианты нижней части склона, особенно варианты с обычнои обработкой почвы при 0°/о и 50%-ном насыщении гербицидами Самыми благоприятными в экологическом плане оказались варианты 4, 5, 6 в верхней части склона (1999 г) и вариант 12 в оба года исследований, где применялась обычная вспашка, а насыщение гербицидами составило 100% Вполне возможно, что в нижней части склона, несмотря на высокое насыщение гербицидами, действовал закон биологического разбавления, поскольку показагечи влажности почвы в этом варианте были значительно выше, чем в других вариантах

На основе полученных млсриалов нами были вычислены коэффициенты биологического поглощения (КБП), равные отношению содержания ТМ в зерне к содержанию ТМ в почве (мг/кг) в тех /ке вариантах КБП для опредезенного вида растений варьируют в зависимости от элемента и экологических условии среды Наибольшие значения КБП отмечены для цинка и меди, что свидететьствует об их высокой биологической активности Высокое значение КБП имеет также кадмий Ото объясняется по видимому тем, что его метаболизм тесно связан с метаболизмом цинка в силу того, что кадмий по химическим свойствам -аналог цинка Наиболее наглядно изменения величин КБП для зерна озимои пшеницы и овса представлены на рисунках 9 и 10

По величинам КБП изучаемые элементы можно расположить в следующий ряд интенсивности поглощения (РИП) цинк > медь > свинец >

кадмий (зерно озимой пшеницы и овес). Данная последовательность сохраняется почти во всех вариантах, за исключением двух следующих: для зерна овса, выращенного в верхней части склона, под влиянием вспашки и дифезана (50% - ное и 100% - ное насыщение) наиболее интенсивно поглощалась медь по сравнению с цинком:.Си > Хп > РЬ > Сс1. Исходя из полученных результатов, медь и свинец а в последнем, случае цинк и саииецследует отнести по значениям КБП в. группу элементов среднего биологического захвата согласно классификации Перельмана (1996).

Рис.9

Коэффициент биологического поглощения ТМ растениями озимой пшеницы в различных экологических условиях среды (опыт 1998г)

400-я

I. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. II. 12.

мин. мин. мин. обмч обыч обич МИН. МИН. МИН. обыч обыч ОбЫЧ " 1?Г>р. обр обр оир. обр. ■ обр I¡Гц) ибр. обр обр, • обр. обр. 0% 50% 100 0% 50% 100 0% 50% 100 0% 50% 100 % (К) % ,.. % , . %

1РЬ яси пес! игп

1,2.3,4,5,6 -^фрж ,7,8,9,10,11.12- НЩ

Э1

Рис 10

Коэффициент биологического по1 лощения ТМ растениями озимой пшеницы в различных экологических условиях среды (опыт 1999г)

%%

*Г~" ' *|™ ч— ч— —

1 2 3 4 "> 6 7 8 9 II) 11 II

мим мин мин «бы » Ш111 ( V <и | мин мин мни обы 1 ибы ( обы I

обр обр обр оор 1Л р I >'!;> ьор иор оор обр обр

0% 100 0"о юи О*. 41"а 100 0% 4% I Ои

•о (К) % %

|рь шсц аса агп

I 2 3.4,5,6 ■г « ч !П п п

&е

£рх

Использование биоиндикаторов и ферментов — биомаркеров для оценки фитотоксичности почвы и эффекта гербицидов

Было необходимо оценить суммарную фитотоксичность почвы, поскольку в данном многолетнем опьпе (более 20 лет) варианты систем гербицидов были различными и в ходе всего периода включали использование отдельных препаратов, смесей, сочетания гербицидов и бинарных систем В отдельные годы применяли аминную соль 2,4 Д,

симазин, глин, диален, 2М -4ХП, лонтрел, прометрин, базагран в рекомендованных дозах. ..

В исследованиях 1998г. и 1999г. использовали дифезан - гербицидную систему,' состоящую из диалена - смеси 2,4-Д И...2М-4Х и глина -супергербицида нового поколения из класса сульфонилмочевин (рис. 11)

В качестве биотеста использовали проростка редиса, которые выращивали на почве с опытных и контрольных вариантов, где гербициды никогда не применяли. Наблюдали аналогичную с 1997г. тенденцию по. росту фитотоксичности в зависимости от степени насыщенности гербицидами и технологии обработки. Установлено, что в вариантах с минимальной обработкой скорость деградации гербицидов значительно выше, чем при обычной вспашке. Этот факт объясняется тем, что микробиологическая активность почвы в условиях почвозащитной технологии ' сохраняется на более высоком уровне и количество агрономически- ценных микроорганизмов, участвующих в деградации гербицидов, в этих вариантах выше.

Оценка суммарной фитотоксичности почвы после применения дифезана (тесты - проростки редиса, выращиваемая культура - озимая пшеница, 1998,

г., слой 0-20 см.)

Рис 11

. 10

^ -30 -

-35 - -----

100%

верх

низ

В соответствии с результатами, представленными на рис 11 по фитотоксичности почвы, сохраняется тенденция, наблюдаемая в зависимости от почвообрабатывающей технологии и элементов склона

Часто исследователи для оценки суммарной фитотоксичности почвы рассчитывают величину фитотоксическото эффекта по активности ферментов почвы (А)

ф'_}= А контр - А опыт к 100% А контр.

(Лунев, 1993)

По результатам определения активности нитратредуктазы в почве под озимой пшеницей (опыт 1998 г ) получается

фЭ = 587,9,- 396,4 х100о/о = %

587,9

(вариант с обычной обработкой почвы, насыщение гербицидами 50% -низ склона)

ФЭ- 587,9 — 409,5 х100% = 32.6% 587,9

(вариант с обычной обработкой почвы, насыщение гербицидами 100% - низ склона)

Нитратредуктаза и многие фосфогидролазы - наиболее удачные биомаркеры, но в этом плане о них имеется очень мало сведений в литературе

Влияние экологических факторов на урожанность озимой пшеницы овса и биоэнергетическую эффективность урожая.

Основными показателями эффективности функционирования агроэкосистем в экологии и агроэкологии являются показатели, опредетяющие процессы трансформации энергии и вещества

В нашей работе использовали методику, разработанную во Всероссийском научно - исследовательском институте земледелия и зашиты почв от эрозии (В М Володин, Р Ф Еремина 1990, 1995), позволяющую учитывать спедуюшую систему показатели энергопотенциат почвы и его изменения, количество ФАР, антропогенные итраты.

Наши расчеты показали, что применение различных доз гербицидов наиболее эффективно внизу склона Получилось, что производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса вверчу склона составила 42 46 и 76 85 гДж-день/гДж соответственно для овса и

озимой пшеницы. Те же приемы внизу склона обеспечили более высокую производительность агроэкосистем, которая составила 46...49 и 85...96 гДж-день/гДж. , ... , . .

По нашим данным озимая пшеница оказалась нам более выгодной культурой для возделывания на склонах, т.к. ее производительность. на единицу ресурса практически в два раза выше, чем у овса, (табл 8,9)

По результатам расчета показателя направленности воспроизводства плодородия почвы, выяснилось, что применение различных гербицидов обеспечивает расширенное воспроизводство плодородия почвы под обеими культурами (У> 1.0). Но более интенсивно этот процесс протекает внизу склона, а озимая пшеница является более.эффективной культурой в смысле восстановления; плодородия почвы, так как характеризуется большей способностью эффективно . использовать • как природный,, так. . и антропогенный ресурс на воспроизводство плодородия почвы. . . , г.

Таблица 8

Энергетическая эффективность, озимая пшеница

Вариант верх склона Еф гДжЛ а БАНз гДж/га .1! Ц/| .1 О I Дж/ц ээ Г-ф/ЕАН э КБП V

1 мин обработка 0% гербицидов 54,3 14 13,8 0,3 3,8 82 2,88

2 мин обработка 50% гербицидов 52,7 15 13,2 0,3 3,5 85 2,05

3 мин обработка 100 % гербицидов 64,4 15 160 0,3 4,3 80 2,74

4 обычная обраб 0% гербицидов(контр) 62,1 15 15,6 0,3 4,4 85 3,07

5 обычная обраб 50% гербицидов 69,6 16 17,4 0,3 4,35 79 2,62

6 обычная обраб 100 % гербицидов 64,0 15 16,5 0,3 4,26 76 3,05

низ склона 1

7 мин обработка 0% Iербицидов 72,5 16 18,0 0,3 4,5 85 4 06

8 мин обработка 50% гербицидов 82,8 16 21,2 0,3 5,17 96 4,35

9 мин обработка 100 % гербицидов 82,0 16 20,5 о.з 5,12 93 4,51

10 обычная обраб 0% гербицидов 79,0 1 ь 19,8 0,3 4,93 94 4,66

11 обычная обраб 50% гербицидов 91,5 16 ~>п 9 0,3 5,72 87 4,15

12 обычная обраб 100 % гербицидов 124,2 16 29,8 о.з 7,76 86 4,57

Таблица 9

Энергетическая эффективность, овес

Вариант верх склона ' Еф гДж/га ЕАНэ гДж/га 11 ц/га Э гДж/ц ЭЭ Еф/ЕАН Э КБП V

1 .мин, обработка. 0% гербицидов • 21,04 : И 5,7 0,1 1,9 45 1,3

2. мин. обработка 50% гербицидов ' 21,9 12 6,1 0,2 1,8 43 1,2

3. мин. обработка ' 100 % гербицидов 22,05 " 11 6,2 0,1 2,04 44 1,2

4. обычная обраб. 0% гербицидов (контр) ,26,5 12 7,8 0,2 2'2 44 1,3

5. обычная обраб. 50% гербицидов • 27,02 . 11 . 8,6 0,2 2>4 43 1,4

6. обычная обраб. 100 % гербицидов 27,09 10 8,9 0,2 2,7 42 1,4

низ склона

7. мин. обработка 0% гербицидов 37,4 11 9,8 0,1 _ 3>4 46 1,5

8. мин. обработка. 50% гербицидов ,42,08 11 11,0 0,2 . 3,8 47- 1,5

9. мин. обработка. 100 % гербицидов 35,0 10 9,3 0,2 3,5 48 1,5

10. обычная обраб. 0% гербицидов 48,0 12 12,4 0,2 4,0 47 1,6

11, обычная обраб. 50% гербицидов 42,08 11 11,2 0,2' 3,8 48 1,7

12, обычная обраб,. . ч 100 % гербицидов 45,9 11 12,1 . 0,2 . 4,1 , 49 . 1.7

выводы

1. В условиях эрозионного стресса под действием экологических факторов были изучены сзедующие показатели РН, влажность почвы, содержание Са+2, М§+2, минерального фосфора, нитратов, нитритов тяжелых металлов (СсЗ, РЬ, Лп, Си) и активность 3-х ферментов двух фосфогидролаз (АТФ-азы и пирофосфотазы) и нитратредуктазы

2. Технология обработки почвы, гербицид дифезан, а также элементы склона существенно влияли на содержание ТМ, минерального фосфора, нитратов, снижая их количество по мере углубления слоя почвы (слои 010 см, 10-20 см, 20-40 см) При минимальной обработке почвы (почвозащитной) запасы нитратного азога и минерального фосфора были выше наверху склона, в нижней части склона обычная обработка почвы оказалась эффективной только в основном в присутствии гербицидов.

3. Функциональная активность изученных ферментов оказалась выше при минимальной обработке почвы, этот факт мы объясняем тем, что состав и количество микробного ценоза в условиях почвозащитной технологии значительно более высокий, что подтверждается микробиологическим анализом склоновых почв в предыдущие годы А сами микроорганизмы являются основным источником ферментов почвы Активность изученных ферментов тесно коррелировала с содержанием минерального фосфора и нитратов, особенно при почвозащитной технологии Эту корреляцию количественно оценивали, используя принятую учеными градацию Согласно »той градации наибольшая сопряженность этих процессов наблюдашсь при минимальной обрабоже

4. Уровень содержания тяжелых металлов в системе почва-расгение позволяет сделать следующий вывод Сопасно ГОС1у все варианты опыта оцениваются по первой категории и являются эколошчески безопасными Ни в одном из вариантов содержание ТМ в почве не превышало ПДК, в то же самое время в растениях уровень С с) в зерне пшеницы и овса превышал ПДК в 1,6 1,9 раза при минимальной обработке почвы, и 100%- насыщении гербицидами внизу склона, а по содержанию меди превышение ПДК было обнаружено только в зерне овса вверху склона при обычной вспашке и применении гербицидов Эти данные подтверждаются расчетами коэффициента биологического поглощения и рядов интенсивности попошения для обоих объектов зерна пшеницы и зерна овса

5. В растениях пшеницы изменения активности нитратредуктазы соответствовали изменениям активности нитритредуктазы, но не всегда согласовывались с общим содержанием нитратов, определяемых с

помощью нитрат-тестов с дифениламином. Не обнаружена четкая корреляция между активностью НР в почве и в растениях. Этот факт объясняется тем,' что нитраты в почве участвуют в значительно большем количестве метаболических реакций, чем в растениях. Например, пока мало доказана нитрифицирующая активность в растениях. ' <

6. С помощью растений-биоиндикаторов была оценена фитотоксичность почвы под действием исследованных экологических факторов: технологии обработки почвы, '■ гербицидов, 'элементов склона. Выяснилось, что в большинстве вариантов остатков гербицидов и их метаболитов было больше в нижних слоях почвы, что свидетельствовало о более низкой скорости их деградации. •■>.•...

7. Фитотоксический эффект, рассчитанный по данным ферментативного анализа, позволяет сделать вывод, что активность АТФ-азы, пирофосфатазы, нитратредуктазы может быть использована в качестве

, диагностического показателя для оценки экологической ситуации в агрофитоценозе. Минимальную обработку, применяемую совместно с гербицидами можно считать почвозащитной технологией по следующим причинам: в связи с наибольшим сохранением в почве микробного ценоза уровень функционирования ферментов, минеральный состав (Фн, N03), скорость детоксикации гербицидов в большинстве вариантов выше, чем при обычной вспашке. .....

8. Определение показателя направленности воспроизводства плодородия почвы,. показало, что применение различных гербицидов обеспечивает , расширенное воспроизводство плодородия почвы под обеими культурами (У>1.0). Но более интенсивно этот процесс протекает внизу склона, а

, , озимая пшеница является более эффективной культурой в смысле восстановления плодородия почвы, так как более эффективно использует как пригодный, так и антропогенный ресурс на, воспроизводство плодородия почвы. . . .

Список опубликованных работ

1 Баздырев Г.И., Пронина Н.Б., Рохас Р.Д Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях эрозионного стресса Труды ТСХА 2001 г , № 2, с 1-24

2 Пронина Н.Б., Рохас Р.Д Накопление токсичных микроэлементов и тяжелых металлов в зерне пшеницы и овса в усчовиях эрозионного стресса Труды по сельскохозяйственной биотехнологии, 2001 г,т2

3 Рохас Родригес Д Влияние тяжелых металлов в системе почва-растение при различных экологических условиях Рукопись деп во ВНИИТЭИагропром, вып 4 2, М 1909 г

4 Рохас Родригес Д Влияние экологических факторов на активность нитратредуктазы и содержание нитритов в эродированной почве Рукопись деп во ВНИИТЭИагропром, вып 4 3, М 2000 г

5 Рохас Родригес Д. Активность фосфогидролаз как диагностический показатель для оценки экологического состояния почвы Материалы молодежных Докучаеаских чтений 2000 «Почва и биоразнообразие» Санкт Петербург 2000 г

6 Рохас Родригес Д. Оценка загрязнения почв склоновых земечь тяжечыми металлами при разных почвозащитных технологиях

Бюллетень ВИУА, М ,2000

7 Рохас Родригес Д , Пронина Н Б Влияние почвозащитных техноло! ий и гербицидов на нитратвосстанавливающую активность в системе иочва-растение Сб Биология - наука 21 века Пущино 2001 г

8 Рохас Р.Д., Пронина Н.Б Биологическая оценка фитотоксичности почвы в условиях эрозионного стресса (на примере гербицидов) Материалы Междун научно-практ конф "Продукционный процесс сельскохозяйственных культур", ч 1, Орел 2001 г

9 Рохас Р.Д., Пронина Н.Б И шенение содержания экотоксикантов в почве в условиях эрозионного стресса Сб материалов конф поев 60-летию ВИУА, 2001

Объем 2. печ. л.

Зак. 3/0

Тираж 100 экз.

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