Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА"

А-3 Щ>1

На правах рукописи

ТОРШИН Сергей Порфирьевич

ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

(Специальность 03.00.16— Экология и 06.01.04 — Агрохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

МОСКВА 1998

ЦиЬ/^МьШН IV:7 Зо щ? %оо$£(/ исСиЛ

г

Диссертационная работа выполнена в лаборатории микроэлементов и на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный консультант — доктор биологических наук, академик РАСХН..Б. А. Ягодин.

Официальное оппоненты: доктор биологических наук, академик РАСХН, В. Ф. Ладонин; доктор биологических наук, профессор М. Я. Ловкова; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ю. П. Жуков.

Ведущее учреждение — Центральный научно-исследовательский институт агрохимического обслуживания сельского

/ттмндпу

в « * » • I Л V « « М Ч_> V» ^ Ы 411111 ф^ЛЛ ^ V в V 1141 V & V V4 М

Д.120.35.08 при Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан . ^^ . . . . 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

А. В. Чичёв

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

- Актуальность теми. Научно-технический прогресс в области биологических . основ рационального питании для и регулировали» качества сельскохозяйственной продукции, исследования биогеохимического состояния агроландшафтов в условиях возрастающего техногенного воздействия создали объективные предпосылки для расширения круга задач, решаемых агрохимией и установления более тесных взаимосвязей агрохимической науки с экологией, биогеохимией микроэлементов и геохимией ландшафтов, почвоведением и другими научными дисциплинами. Уточнение и корректировка задач современной агрохимии свиагшы в значительной степени с осознанием роли микроэлементов в лизни растений, животных и человека (Вернадский, 1934, Виноградов, 1938, Ковальский, 1974, Гкжеп, 1979, Иерельман, 1982, МсНг, 1906, Пашкин, 19(37, Минеев, 1988, Яго-■ дин и др., 1990, Авцын и др., 1991). Однако, решение проблемы микроэлементов в производстве-полноценных продуктов питании наталкивается на ряд осложняющих обстоятельств. Состояние в этой, области существенно отличается от,того, с чем приходится иметь дело при решении задач агрохимии макроэлементов. Важнейшие отличия состоят в следующем:

1. Недостаточная информационная база по биогеохимии микроэлементов в основных сельскохозяйственных регионах России. В общем можно констатировать, что к настоящему времени имеются лишь фрагментарные и разрозненные сведения как по содержанию многих микроэлементов в поч-венно--растительном покрове, так и в отношении их биогеохимических потоков и функций в агроландшафтах. •

2. Количественное содержание и состояние микроэлементов в пгроэ-' косистемах характеризуются высоким уровнем динамичности, что связано

с активностью мобилизационно-иммобилизационных процессов, а также с техногенньам нагрузками. Зачастую и информации об уровне и состава загрязнения территории тяжельщи металлами и микроэлементами недостаточна. Ого приводит к необходимости создании, постоянного расширения и корректировки информационной Сазы о биогеохимии микросиементов на территории России.'

■ 3." Степень варьирования содержания микроэлементов в природных объектах, включая и организмы одного вида, гораздо нише (до плЮ^Х), в сравнении с маасроэлементами (до ЭОХ). Это обстоятельство выпивает потребность к более строгих подходах к раяраГютке критериев оценки

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧАЛ С:13ЛИОТЕКА

йнГ »у

способов технологического регулирования микроэлементного состава сельскохозяйственной продукции с учетом состояния микроэлементов в конкретных сельскохозяйственных угодьях и, соответственно, значительного совершенствования культуры агропромышленного производства.

Совокупность этих особенностей определяет актуальность как изучения пространственно-временного варьирования элементного состава природных объектов, так и разработки способов его регулирования.

Цель и задачи исследований. Цель работы: - Установить- возможные пределы природного варьирования содержания микроэлементов в растениях в условиях биогеохимических аномалий; оценить возможности регулирования микроминерального состава продукции растениеводства агрохимическими методами, в том числе в условиях биогеохимических'аномалий, изучить факторы определяющие размеры поступления микроэлементов в растения. ¡Задачи исследований включали:

- изучение биогеохимии микрозлементных аномалий агроландлафтов ряда провинций и субрегионов ЦЧР и 1143 РФ; '

- создание банка данных элементного состава природных объектов и выявление территорий с выраженными признаками биогеохимических аномалий;

- изучение агрохимии селена и лития при- возделывании орощных, зерновых и кормовых культур и вовможностей регулирования содержания этих микроэлементов в полученной продукции;

- изучение статистических взаимосвязей и зависимостей между поступлением в растения Бе и И с другими макро- и микроэлементами*

Основные ааарцаемие пожипення.

I.'В естественных и сельскохозяйственных ландшафтах таежно-лесной, лесостепной и степной зон Русской равнины выявлено наличие аномалий в микроэлементноы составе почв, растений и природных поверхностных ъод. Так, в природных объектах Белгородской области Белгородского района - повышенное в 3-11 раз содержание кобальта и пони-' женное в 1,5-4 раза содержание меди, в северо-вапэдных областях Нечерноземной еоны - дефицитное, в 2-6 раз пониженное содержание селена, в южной части Талдомского района Московской области - повышенное в 2,5-5 раз содержание лития по сравнению со средними значениями обобщенных данных.

2. Наличие территорий с проявлением биогеохимичоских аномалий в почвах. растениях и водах, оказывающих существенное влияние на качество сельскохозяйственной продукции - сбалансированность по микро-шшсральному составу - дает основание для проведения наряду с агрохимическими исследованиями широких биогеохимических обследований сельскохозяйственных угодий с целью установления границ и уточнения масштабов их проявления, а также выполнения необходимых картографических работ. „

3. На основании вегетационных и производственных опытов установлены возможности получения полноценной по содержанию микроэлементов продукции, растениеводства на почвах, отличающихся выраженным недостатком селена, а также специальной продукции с заданным микроэлементным составом (например, для медицинских целей). В частности, разработаны способы повышения содержания в товарной части овощных, верновых и кормовых культур содержания селена до 16002 и лития до 700% без снижения урожая и его качественных показателей. В ревультате исследований выявлены факторы, оказывающие влияние на размеры концентрирования селена и лития в сельскохозяйственной продукции, которые могут быть использованы для регулирования их содержания.

Научная новизна. Впервые охарактеризованы некоторые агрогеохими-ческие особенности ряда территорий ЦЧО и НЧЗ. Установлено, что компоненты агроэкосистем Белгородского района Белгородской области обогащены кобальтом и обеднены медью, в связи с тем, что эти объекты расположены в воне влияния Курской магнитной аномалии (КМА). Выявлена ограниченная ... территория Талдомского района Московской области, природные объекты которой обогащены литием. .

■ Впервые в России предложен агрохимический способ обогащения продукции растениеводства селеном для коррекции селенодефицита в пище и кормах. Обоснована и доказана высокая эффективность обогащения селеном ряда овощных культур при пнесеиии селена в почву. Определена видовая избирательность овощных культур накапливать селен, и установлено, . что растения чеснока наиболее интенсивно накапливают селен. Дана оценка взаимосвязи селена с другими ми1фоалементами при поступлении их в растения: антагонизм с кобальтом и синергизм с цинком. Обозначены размеры накопления 5е яровой пшеницей, яровым рапсом и люпином

желтым при внесении различных количеств селена в почву. Изучены вопросы биогеохимии и агрохимии лития и возможности обогащения зерна пшеницы и листьев салата атим микроэлементом для получения лекарственной продукции. Исследованы особенности взаимовлияния лития и цинка при поступлении их в растения. Создан уникальный компьютерный банк данных элементного состава природных объектов (СССР), позволяющий . осуществлять хранение, ввод - вывод больших объемов информации, поиск необходимых данных по объектам, пространственным и временным параметрам, по границам колебаний содержания химических элементов и вычислять их соотношение.

Практическая значимость и реализация результатов работа. Результаты исследований направлены на практическое решение вопросов сбалансированности продукции растениеводства по микрозлементному составу. В частности, обогащение съедобной части культурных растений Бе и 1Д для получения диетической и лекарственной продукции. Научные разработки по агрохимии селена внедрены в производство в виде технологии выращивания листового салата методом тонкослойной проточной культуры.

' Обнаруженный дефицит меди в природных объектах Белгородского района Белгородской области дает основание корректировать систему применения : микроудобрений в земледелии этих территорий для повышения урожая сельскохозяйственных культур и его качества..

Накопленная в банке данных .элементного состава природных объектов Р® и СНГ информация реализуется в определении биогеохимических аномалий, разработке научно обоснованных приемов рационального приро-допольвованмя, в том числе особенностей ведения сельского хозяйства на геохимичестси разнородных территориях.*

Условия, объекты и методы исследования.. Исследования выполняли по двум направлениям: агроэкологическое и биогеохимическое обследование ряда областей ТТЛ' (Белгородская и Курская области) и №13 (в основном - северо-западные области) в-период 1990-1996 гг. и проведение лабораторных, вегетационных и полевых опытов. При отборе и подготовке к анализу на 10 микроэлементов и тяжелых металлов образцов растений, почв и вод руководствовались методическими подходами, изложенными в работе *)о1п!к е1. а1., 1980. Вегетационные опыты с овощными; кормовыми к зерновыми культурами проводили с использованием наиболее расп-

ространенных дли НЧЗ дерново-подзолистых и ссрих лесных почв но общепринятым методикам. Микро- и макроудобрения вносили в виде химически чистых солей. Полевой опыт с лииином желтым -в Брянской области на серой лесной почве, площадь долинки - 10 мй. Производственный опыт с проточной тонкослойной культурой - на Сазе агрофирмы "Кристалл-СТ". Содержание микроэлементов и тяжелых металлов определяли методом ¿»томно-абсорбционной спектрофотометрии (Хавезов, Цалев, 19113), селена -флуоромстричеоки (Ермаков,.1985).

Алро&ация работы^ Основные результаты исследований доложены на научных конференциях Москонской с.-х. «жадемии им. К.А.Тимирязева (Москва. 1988, 1992), Закавказской конференции молодых ученых и специалистов . "Интенсификации агрономического производства в современном этапе" (Баку, 19в9), XI Всесоюзной конференции по микроэлементам "Биологически* роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине" (Самарканд, 1090), Всесоюзной школе "Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы" (Архангельск, 1991), Международном симпозиуме по регулировании литания растений в целях поддержания продуктивности (Индия, Лудхияиа, 1992), Международной конференции "Экология и экологическое образование" (Алма-Ата. 1993), научно-практической конференции "Микроэлсмеиты в сбалансированном питании растений животных и человека" (Нижний Новгород, 1993), научной конференции "Околого-агрохимические. технологические аспекты развития земледелия.среднего Поволжья я-Урала" (Казань, 1995), научной конференции "Совершенствование методологии агрохимических исследований" (Белгород, 1995), втором международном симпозиуме "Питание и здоровье: биологически активные добавки к пище" (Москва, 1996), Всероссийской конференции по биотехнологии (Ставрополь, 1996}.

Публикация. Основные материалы диссертации опубликованы в 35 статьях, помещенных в научных журнал;«, методических указаниях, научно-производственных сборниках совещаний, симпозиумов и конференций.

06*ем н структура жнссертация. Диссертационная работа состоит из введения 9 глав, выводов, рекомендации, приложений и включает 83 таблицы и 13 рисутсов. Список использованной литературы состоит из 396 источников; из них 155 - иностранных. Общий объем 296 стр.

1. МГСРСШЕМЕНта В ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЮГО РЕГИОНА РОССИЯ (ЦЧР)

Несмотря на то, что история отечественной биогеохимии насчитывает более 70 лот, ■ далеко не все территории РФ изучены по элементному составу природных объектов. Большие территории Черноземной зоны России, долгое время считались биогеохимически эталонными (Кова&ьский, 1974). В то же время геохимия ЦЧР, в частности, наличие и разработка рудных месторождений КМА позволяет предполагать специфику Сиогеохими-. ческих потоков микроэлементов в компонентах эко- и агроэкосистем.

Состав культурных'растений, широко возделываемых в Белгородской области (ОПХ "Белгородское"), показал значительную вариабельность содержания изучаемых микроэлементов (табл. 1). В большинстве случаев размах колебаний увеличивался с уменьшением абсолютного содержания химического элемента. Так, если концентрации Fe, Мп и Zn изменялись в 2-G раз, то для Си - до 11 раз, а для Со, Cd, N1, Сг и L1 - до 11, 14, 10 и 24 раз соответственно. В отличие от Fe, Kti и Zn; концентрации которых в сельскохозяйственных растениях Белгородской области соответствовали приведенным в литературе обобщенным данным (Кабата Пен- . • диас, Пендиас, 1989, Wolnik et. al., 1983, 1983а, Ягодин и др-, 1989, 1990), для содержания Си и Со были обтружены гшомалии.. Наибольшие -концентрации меди в зерне пшеницы и ячменя не превышали 4,5 мг/кг (в большинстве случаев - 2-3 мг/кг), тогда как средние концентрации меди для зерна пшеницы и ячменя по обобщенным данным (Ягодин и др., 1989) составляли 5 и 6 мг/кг, а наибольшие - 8-10 мг/кг (рис. 1). Низкие значения содержания меди отмечены и для других исследуемых культур (в сравнении с данными Кабата Пендиас, Пендиас, 1989). В отношении кобальта, наоборот, для исследуемых культур Белгородской облгюти было, получено превышение значений по сравнению с литературными данными. ' Кобальт относится к числу элементов, содержание которого в растениях ие превышает 0,1 мг/кг, и обычно составляет; сотые доли мг/кг (Кабата Пендиас, Иенджк.:, 1989). По данным тгйл. 1 в зерне озимой пшеницы и ячменя концентрации этого элемента в 3-11 раз превышали значения обобщенных данных. ■ • '.

Со Со Cu Cu ОПХ Белгородское

Со Со Си Си Литературные денные

О*

Рис.1. Содержание Си м Со ■ «ерм озимо! пшеницы и ячменя

150 • у--о.иоад*1*4,1«

1« п*»о.«н

130

120 ф

НО 100 4î»

SO во то • • ' ta »

«0 so

100 . 200 909

РксХ Вммюсаюь Со м Se а а

4» 600

1 тмеммцы

КО Се. мvftr

¿-Заповедна* "Лес-ма-ворслле**) ,

- о -

Таблица 1.

Содержание Ге, М1, 2л, Си и Со в культурных растениях Белгородского района Белгородской области, мг/кг сухой м<*;сы (в числителе - пределы колебаний, в знаменателе - средневзвешенное значение).

Культура п Fe Мл 7л Си 0.6 4.2 Со LI

Озимая пшеница, зерно 45 17- за 16-65 19-70 UT" 0.06-0.6Я —0747 0.08-1.00

ГЬ ""47" о: зз 0.04-0.44

Нчмень, зорно 30 21-111 16- 65 23" 28-42 2.1-4.2 0.40-1.10

- за ' и.® и.2б

Кукуруза, зерно 30 20^42 Й- 34 6- 13 12-20 0.6 1.7 0-0.76 0.12-2^88

1 "а" 1.1 "U.43

Горох, зерно 25 Й- 1? "ПГ - 11- 30 - - - 23-30 11-23 —Г5Г 2.2-6.0 0.05-0.44 0.40-2.12

У.О Ü.I3 U786

Люцерна,зеленая маха, 1-й укос 30 30- 52 —1Г" 0.3-3.9 0.52-1.50 0.32-1.87 -1710-

2.4 0.7 7.5 "4 Л ■

Люцерна,зеленая масса, 2-й укос 30 43-?;« "ГО- да-130 пг 10-31 -ТЯГ 0.96-1.40 —1тя— 0.46-3.15

1ТВ1

Сахарная свекла; корнеплоды 30 ДЭ-110 зо- ег 11-26 1.4-3.2 0.48-1.26 1.12-5Г44 "—2744~

Vü 41 1.9 U.9

Следует отметить видовые особсиности сельскохозяйственных культур накапливать микроэлементы: в зерне кукурузы обнаружено меньше, а в зерне гороха - Ге, '2л и Си по сравнению с зерном озимой пшеницы и ячменя. Зеленая маха люцерны особенно 2 укоса отличалась повышенным содержанием Ге и МП, а в корнеплодах сахарной свеклы накапливалось мало меди (табл. 1). Литий в изучаемых культурах распределялся также неравномерно. Меньшие количества итого алемента были обнаружены в зерне злаков и кукурузы - 0,04-2,9 мг/кг, больше лития накапливали • бобовые - горох я люцерна - 0,3-3,2 мг/кг и максимальным накоплением . и отличались корнеплоды сахарной свеклы. - 1,1-5,4 мг/кг. '

Размеры накопления О), Сг и Н1 в [кктспиих не превышали ПДК, й не было обнаружено каких-либо тенденций. кх^иамсисния в связи с особенностями растений и зкшогичесгаии условиями.

Дли изучения взаимовлияния химических элементов при поступлении кх а растения, большие массивы цифрового матери.лла (значениярезуль-татов анализа образцов. полученных н р<1аличних отбора) обраба-

тывали методом корреляционного анализа. Из всего массива данных тесная обратная взаимосвязь была получена только для двух пар элементов: Se-Со и Li-Zn - г -0,91 (рис. 2) и -0,77 соответственно.

Изучение элементного состава культурных растений в последующие 1991-1992 гг показало минимальные отклонения по сравнению с 1990 г.'

При проведении агроэкологического мониторинга микроэлементов и тяжелых металлов в качестве фоновых территорий использовали заповедники Белгородской ("Лес-на-Ворскле") и Курской (Центрально-Черноземный биосферный заповедник им. В.В.Алехина, "Стрелецкая степь") областей, а также не нарушенные деятельностью человека участки агроэкосис-тем. Для природных объектов заповедников и естественных ландшафтов также оказалось характерным высокое, содержание кобальта и низкое -меди. Следует отметить аномально высокие количества лития, обнаруженные в растениях заповедника "Стрелецкая степь": до 3 мг/кг - в пустырнике (Leonurus cardiaca L.), до 6 мг/кг - в разнотравье и до 24 мг/кг - в шалфее луговом (Salvia pratensis L.)(рис. 3). Если значения концентрации лития в пустырнике можно отнести к повышенным, то шалфей на основании приводимых данных является концентратором этого элемента. Травянистые растения заповедника "Лес-на-Ворскле" накапливали умеренные количества лития - 0,9-1,3 мг/кг. В Белгородской области встречается реликтовая сосна, произрастающая непосредственно на известковых (меловых) породах ("меловая сосна"). По ботанической классификации она не выделена в отдельный вид и принадлежит к виду Pinus sylvestris vr. cretacea. Наиболее яркое отличие микроэлементного состава хвои меловой сосны - минимально» накопление Мп (13+3 мг/кг). • Особенность обследуемых нами почв ЦЧО - высокое, по сравнению с литературными, данными содержание кобальта. Верхний предел содержания подвижного Со для почв ЦЧР, по данным Адерихина и Копаевой (1966, 1974), Копаевой (1982), Копаевой, Переславцевой (1986) составляет 2,5 мг/кг. Для почв Белгородской области содержание.подвижного кобальта превышало 3 мг/кг (для черноземов 4,8 мг/кг и более). В исследуемых поверхностных водах ЦЧР было обнаружено гораздо больше Fe, Мп, Со, LI, а в отдельных пробах и Cr по сравнению с известными максимальными величинами (Bowen, 1979).

Аномально высокое содержание Со ь почи.чх, растениях и водах о&ъ-

ясняется экологическими условиями Белгородской области. Проходящая по со территории Курская магнитная аномалия (КМА) - источник добычи железистого кварцита в промышленных масштабах (Алексеев, Овчинников, 1989, Кудинова, Шульга, 1985) - вероятная.причина повышенного кобальтового фона (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989). Агроэкосистемы, находящиеся над КМА являются, по-видимому, частью вторичной кобальтовой биогеохимической провинции. Железистый кварцит залегает на не досягаемой для земледельческих работ глубине 10-20 м. Кроме того, непосредственному переносу Со в пахотные почвы будет препятствовать естественный геохимический барьер - меловая материнская порода почв исследуемых территорий. Поэтому наиболее вероятные пути загрязнения почв и растений кобальтом: 1 - эмиссия в атмосферу и ветровое рассеяние в агроэкосистемах обогащенной Со пыли, образующейся при добыче руды и 2 - подпитка почв водами, содержащими повышенные его количества.

2. СОН! В ДЕПОНИРУЮЩИХ СРЕДАХ НЕЧЕР1Ю8ЕНЮЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РФ И КОРРЕКЦИЯ ДЕФИЦИТА So В ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

Селенодсфицитное состояние северо-западных территорий от Московской области до границ с Финляндией установлено биогеохимиками (Ковальский, 1974, Ермаков, Ковальский, 1974, Ковальский, Ермаков, 1975, Ермаков, 1978, Ermakov, 1992) при обследовании экосистем, не затронутых антропогенезом. За несколько десятилетий детальное обследование обширных регионов РФ оказалось технически невозможным, и информации, дополняющая общую картину биогеохимии селена в Нечерноземной зоне, представляет несомненный интерес. Кроме того, изучение содержания 5е в компонентах игроландшафтов осталось в стороне от этой проблемы. Неадекватное содержание Se в продуктах питания и кормах приводит к возникновению эндемичных заболеваний человека и ■ животных (Underwood, 1977, Ковальский, 1974, Авщьш и др., 1991), в связи с чем-проблема коррекции 5е-дефицита имеет чрезвычайно важное значение.

В период 1992-1995 гг нами было проведено обследование на содержание селена в природных объектах Рязанской и Московской и ряда северо-западных областей РФ. Валовое содержание Se в почвах колебалось в пределах R1-729 мкг/кг, в среднем для большинства почв - менее 200

мкг/кг, т.е. с дефицитными концентрациями. Максимальные количества микроэлемента (524-727 мг So/кг) обнаружены в торфянистых, болотных, оглеенных и образованных на карбонатных породах почвах. Воды рек бассейна Балтийского моря, озер: Ладожского, Онежского и Ильмень, рек: верхней Волги, Онеги, Северной Двины содержали 0,05 - 1,6 мкг Зе/л, причем, более, i чем в ЗОХ образцов вод содержание селена составляло' менее 0,2 мкг/л, что ниже средней величины, характерной для вод гу-мидной аоны (Конова, 1993). Такие воды но могут служить дополнительным источником селена для животных и человека, так как к полноценным относит воды с концентрацией Se выше 10 мкг/л.

Известно, что накопление селена растениями зависит, помимо содержания в почве и его доступности, от вида растения (Bollard, 1983), поэтому на обследуемых территориях параллельно почвенным образкам отбирали образцы наиболее характерных растений. Полученные данные также показали, что содержание селена в дикорастущей флоре Нечерноземной зоны не всегда связано с концентрациями селена'в почве. Определить семейства растений, которые выделялись бы как концентраторы селена, не представлялось возможным: во всех обследованных семействах присутствовали виды с пониженным и высоким содержанием Se: Кроме того, в ряде случаев наблюдалась большая вариабельность содержания селена в растениях одного вида: для вики, овсеца, нивяника, например, концентрации Se колебались в 18-33 раза. В общем, содержание Se в растениях изменялось от 1 до 409 мкг/кг при среднем содержании элемента в большинстве видов не более 100мкг/кг, что близко к дефицитному для луговых и пастбищных трав уровню (Конова, 1993).

Обследованные нами почвы, занятые под частные хозяйства в.Тверской, Ярославской, Московской и Брянской областях, и нативные почвы этих территорий оказались большей частью также дефицитны»« по содержанию доступных для растений форм селена (табл. 2). Наблюдающееся в ряде мест отбора проб аномально высокое содержание селена, превышающее 2000 мкг/кг, по-видимому, объясняется внесением торфа и высоких доз. фосфорных удобрений. Концентрации селена в зеленных культурах я большинстве случаев соответствовали содержанию элемента в почве (г 0,44-0,94). Другим ярким примером дефицита солена в природных объек-

Таблица 2

Содержание Se в окультуренных почвах и растениях,. мкг/кг сухой массы

Место отбора образца п Почва Овощные культуры

Область Район Петрушка Укроп Салат

Тверская Весьегонский 5 72+9 65+7 68+6 _

Ярославская Ярославский 7 272+73 67Т8 61Т4 -

Московская Лобненский 4 477+25 56Т5 68+8 54+5

Чеховский Я >2000 92+10 - 83+7

Можайский 4 >2000 94+7 111+9 7S+7

Брянская Брянский 6 450+47 62+5 - ■ -

Брянский 6 696+98 - 140+15 -

Брянский 8 >2000 - - 100+9

Брянский Ь 234+67 - 124+21 -

г - - 0,94 0,56 0,44

тах северо-запада РФ являются данные агроэкологического обследования Талдомского района Московской области: в почвах и в зерне культурных злаков обнаружено достаточно ровное, но крайне низкое содержание селена - 715-98 и 79-86 мкг/кг соответственно.

Полученные нами результаты по содержанию селена в почвах, водах и растениях (дикорастущих и культурных) и литературные данные свидетельствуют об имеющемся дефиците солена на обследованных территориях. Безусловно, следует решать и проблемы устранения дефицита.

Дозы селена для проведения вегетационных и полевых опытов устанавливали учетом результатов лабораторных опытов lio изучению толерантности проростков культурных растений к различным концентрациям биселенита натрия в питательном растворе Кнопа в условиях■ водной культуры. Пороговые концентрации селена состазляли: дгз гсегигды-0.5; рапса и люпина - 2,5; кукурузы - 5,0; гороха - > 5 иг/л.

Наиболее эффективный и метод обогащения продукции рестек^ззсдс-тва селеном за рубежом - внесение Se в почву совместно с макроудобре-ииями (Ylaranta, 1986, Klvlsaari Simo, 1989). Для моделирования кор^ рекции селенодефицита растений в опытах исиользовали в основном ■ этот метод. В выборе культур, с помощью которых легко вводить добавочные количества селена в нишу, руководствовались: 1 - требованием использования этих растений в сыром виде, т.к. соединения солена летучи и при тепловой обработке свыше 40°С могут утрачиваться (Zíngaro, • Сор-

per. 1074), 2 - культуры должны иметь непродолжительный период до сбора готовой продукции, 3 - растения используемых видов должны накапливать много селена. Отвечают таким требованиям, в первую очередь, зеленные культуры: укроп, редис, пекинская капуста, петрушка, салат, чеснок и пр. Другие опытные культуры - пшеница, рапс и люпин.

Селен не относится к числу необходимых для растений микроэлементов, и внесение его в почву в дозах 250 мкг/кг в виде Сиселенита натрия не оказывало существенного влияния на урожай овощных культур. В контрольных (без селена) вариантах овощные культуры накапливали Se в сравнительно небольших количествах - 56-303 мкг/кг сухой массы (табл. 3). Наибольшие концентрации этого элемента были обнаружены в ргктени-

Таблица 3

Влияние биселенита натрия (250 мкг Se/кг почвы) на содержание Se в товарной части овощных культур, мкг/кг сухой массы. Вегетационные опыты, дерново-подзолистая почва, содержание селена - 390 мкг/кг

Культура Контроль Se Культура Контроль Se

Редис 56+4 206+ 9 Укроп 113¿7 £89+ 9

Пекинская капуста 157+9 350+14 Петрушка,листья корни 193+4 67+5 733+22 623+11

Салат 72+8 432+ 8 Чеснок 303+9 1421+40

ях чеснока, наименьшие - в корнеплодах редиса и надземной части.салата. Внесение селена привело к резкому увеличению его содержания. В зависимости от дозы растения накапливали Бе на 220-9302 больше по сравнению с контролем. Последовательное повышение дозы селена приводило к увеличению его содержания в растениях (до 1600Х). Максимальными размерами аккумуляции Зе, 1«« при удобрении селеном, так и без него, отличались растения чеснока. Следует отметить, что в надземной чгсти растений петрушки накапливалось больше Бе, чем в корнях.

Содержание селена в овощных культурах, удобренных биселенитом натрия, зависело и от свойств опытных почв. Так увеличение дозы селена со 125 до 250 мкг/кг почвы не приводило к повышению концентрации 2е а растениях редиса и укропа па тяжелой почве, тогда как на легкосуглинистой - при дозе 125 мкг Бе/кг насыщения растений селеном не

было отмечено, и двукратное увеличение дозы биселенита привело к более, чем двукратному повышению содержании Бе в съедобных частях растений. Очевидно, что селен, внесенный в тяжелую почву, менее подвижен и доступен для растений по сравнению с легкосуглинистой почвой.

'В двухлетнем вегетационном опыте с люпином внесение селена без изменения урожая приводило к резкому повышению содержания 5е как в зеленой массе, так и в зерне люпина (табл. 4): наименьшая доза селена -250 мкг 5е/кг увеличивала содержание этого элемента в•зеленой массе в 4 раза, . максимальная - выше, чем на порядок. Еще более выраженное накопление селена под влиянием ЫаНЗеОэ наОлидапось в семенах. На контроле в зерне и зеленой массе люпина содержалось приблизительно одинаковое количество селена - 116-154 мкг/кг, а при внесении биселенита натрии зерно более, чем в 2 раза интенсивнее накапливало селен, и при дозе 1000 мкг Зе/кг обнаружены наибольшие его количества - более 3 мг/кг (табл. 4). Люпин содержит в зерне до 462 бедка (Синицына и др., 1988) и, по-видимому, гораздо большая способность семян накапливать 5е связана с замощением серы на селен в аминокислотах - структурных компо-

■ Таблица 4

Содержание Зе в зеленой массе'и зерне люпина, мкг/кг, 1- без Мо, 2- замачивание семян, 3- внесение Мо в почву. Вегетационные опыты.

Доза селена, мкг/кг почвы

ри-ант 0 250 500 . 1000

1995 1996 ср. 1995 1996 ср. 1995 1996 ср. 1995 1Й96 ср.

Зеленая масса

1 2 ; 3 143 134 140 98 136 142 не 543 457 600 549 526 872 503 883 836 952 861 854 918 849 1548 1522 1540 1480 1403 1544 1501

НСР05 36 28 •-- 131 124 ' - 225 197 366 328 -

Зерно •••■..

1 2 3 140 10Ъ 168 187 156 154 146 1168 1109 1280 1567 1062 1224 1338 1975 1737 2465 2833 2243 2220 2285 3293 3584 3674 3986 3615 3484 У/85

1ЮР05 31 38 - 220 297 -- 471 531 896 833 -

нентах белков (Веезоп, 1961, Кабата-Пендиас, Пендигм, 1989, А1Ьазе1 е1 а1., 1989). Применение молибдена существенно не влияло на содержание селена в растениях люпина и увеличивало накопление Мо - содержание этого элемента с 2-4 до 18-23 мг/кг.

В полевых условиях (Брянская область) на серой лесной среднесуг-линистой почве (содержание Бе - 318 мкг/кг) был апробирован другой способ внесения селена - внекорневая подкормка люпина. Растения опрыскивали водными растворами (0,0005 и 0,0022) ИаНЗеОз в фазу бутонизации. Такая обработка люпина достоверно не влияла на урожай, но приводила к повышению содержания Зе в зеленой массе и в зерне (табл. 5). При концентрации биселенита натрия 0,00052 содержание Зе увеличива-

ть лица 5

Содержание Зе в растениях люпина, мкг/кг сухой массы. Полевые опыты.

Часть растения Контроль Зе 0,00052 Зе 0,0022 НСР05

1995 1996 1995 1996 1995 1996 1995 1996

Зерно — 143 — 528 1140 66

Зеленая масса ИЗ 158 493 617 995 1240 147 66

лось в зерне и в зеленой массе - в 3,4-4,4 раза; повышение концентрации соли в препарате до 0,0022 приводило к дальнейшему приблизительно двукратному увеличению концентрации селена.

В вегетационном опыте с рапсом (дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва, 390 мкг Бе/кг) урожай семян при внесении биселенита натрия существенно не изменялся (табл. 6). Содержание Зе в зеленой массе и в семенах рапса положительно коррелировало с количеством добавленного в почву ЫаНЗеОз. Так при дозе 50 мкг Зе/кг содержание его в зеленой массе и в семенах возросло более, чем в 2 раза (на 123-141%), а увеличение дозы до 600 мкг/кг приводило к 5 кратному по-выиению концентрации 5е в зеленой массе по сравнению с контролем. В отличие от люпина семена рапса оказались более консервативными в отношении увеличения накопления селена при высокой его дозе, «ирнокис-лотный состав рапсового масла практически но изменился при внесении

Таблица 6

Урожай семян рапса и содержание селена. Вегетационный опыт.

Доза селена, мкг/кг почвы Урожай семян Содержание селена

в фазу 5-7 листьев в семенах

г/сосуд X мкг/кг X мкг/кг X

0 6.8 100 193 100 205 100

50 6.5 96 466 241 458 223

500 6.2 91 966 501 599 292

НСР05 1.8 64 109

селена, хотя и наблюдалась тенденция повышения уровня суммы олеиновой и линолевой кислот (табл. 7). Достоверное снижение содержания линоле-

Таблица 7

Жирнокислотный состав семян рапса, X (в скобках - +/- к контролю)

Кислота " Доза селена, мкг/кг почвы НСР05

0 Ш . 500

Олеиновая 62.6 63.1 (+ 0.5) 62.0 (-0.6) 4.0

Линолевая 20.6 22.0 (+ 1.4) 22.3 (+1,7) 3.1

Линоленовая 11.4, 9.7 (- 1.7) 10.1 (-1.3) • 1.2 .

новой кислоты, под влиянием селена повышало качество рапсового масла.

В 1997 году в агрофирме "Кристалл-СТ" была успешно апробирована технология получения овощной продукции, обогащенной селеном. Производственный цикл агрофирмы основан на проточном тонкослойном методе выращивания растений в тепличных условиях. Для обогащения салата сорта "Московский" селеном в питательный раствор (200 л) добавляли бисе-ленит натрия и уже сформировавшиеся ргютения доращивали 7 суток до уборки. Использованные концентрации селена не влияли на урожай салатд и содержание сухого вещества (табл. 8). Напротив, концентрации селена в листьях саЛата резко различались. На контрольном варианте-содержание селена составляло всего 76 мкг/кг сухой массы, приблизительно на порядок оно возросло при добавлении 100 мг Се/л и до а мг/кг при наибольший концентрации селена. Количество ос в питательном растворе при

выращивании салата существенно не изменялось: в контрольном варианте и при меньшей дозе обнаружены практически исходная концентрации, а при большей дозе - наблюдалось снижение с 1016 до 850-880 мкг Бе/л. При использовании 200 л раствора (1 установка производственного цикла для выращивания 100 растений) урожай салата составляет около 50 кг сырой массы (около 4 кг сухой массы). Приблизительный баланс селена в

Таблица 8

Накопление биомассы и содержание Зе в растениях, салата и в питательном растворе. Проточная культура. Производственный опыт.

Показатель Норма селена, мкг Зе/л

0 100 1000

Масса 1 растения, г сырая 47,5+2,5 51,4+3,0 50,4+5,1

воздушно-сухая 3.7+0,2 3,7+0,2 4,0+0,4

Содержание Бе в растениях, мкг/кг 76+15 747+65■ 3110+195

растворе, мкг/л 15+3 106+21 850+57

системе питательный раствор - растение показал, что селен практически не теряется на контроле и при дозе 100 мкг 2е/л. Колее того, есть основания предполагать, что в этих случаях растения могли использовать Зе из воздушного пула. При большей концентрации биселенита потери 2е (по-видимому, в результате улетучивания) составляли около 152.

. Интерес к взаимосвязи селена и кобальта в метаболизме растений вызван доказанной к настоящему времени причастности витамина В12 (содержащего кобальт) к биосинтезу метионина - аминокислоты, содержащей серу - химический аналог селена (Арешкина и др., 1061) и совпадением биогеохимических зон кобальтовой и селеновой' недостаточности (Ермаков, Ковальский, 1974, Ковальский, 1985, Конова, 1993). Кроме того, приведенные выше немногочисленные данные (для зерна пшеницы, выращенной на выщелоченных черноземах) показывают возможное антагонистическое действие кобальта на поступление селена в растения.

Эти вопросы изучали в вегетационных экспериментах. Опытная почва - дерново-подзолистая, тяжелый суглинок, культура - салат. Взятые для опытов дозы как селена, так и кобшьта, практически но изменяли уро-

жай надземной массы салата (табл. 9), в то время как удобрение бисе-ленитом натрия независимо от уровня обеспеченности кобальтом приводило к резкому увеличению содержания селена в растениях салата - в 5,6-6,5 раза при дозе 250 и в 9,8-10,3 раза при внесении 1000 мкг Бе/кг почвы. В блоке вариантов с нативным содержанием 5е в почве и при меньшей его дозе внесение кобальта практически не влияло на концентрацию селена в салате. При большей дозе селена кобальт достоверно (на 93-100 мкг/кг) снижал поступление Бе в надземную массу салата.

Таблица 9

Урожай сухой массы салата и содержание селена в растениях

Доза Со мг/кг почвы Урожай, г/сосуд Содержание Se, мкг/кг

Доза Se, мкг/кг почвы

0 250 1000 IICP05 0 250 1000 НСР05

0 1 2 16,7 16,0 15,0 17,5 17,3 16,5 16,9 16,6 16,0 2,2 78 66 70 439 400 457 783 683 690 85

концентраций взаимодействие Se-Со носило антагонистический характер.

В модельных биотехнологических опытах по изучению влияния селена и кобальта на прорастание семян и формирование проростков салата в условиях In vitro, морфогенетические реакции апексов и дифференциацию адвентивных почек в культуре изолированных апексов установлено, что дифференциация адвентивных почек (в 88-100Х случаев), зависела от добавленных в питательную среду селена и кобальта, их концентраций и сочетаний. Так положительное влияние на образование адвентивных почек оказывали селен в концентрации 0,01 мг/л и кобальт в концентрации 0,05 мг/л, где образовывалось в среднем на один эксплантант 5,4 и 5,5 шт. почек de novo соответственно нри 4,7 шт. на контроле. В присутствие селена и кобальта отмечено образование почек в среднем 4,2-5,7 шт. на 1 апскс, причем/сочетание солей селена 0,01 мг/л и кобальта 0,1 мг/л на 100Z вызывало . формирование мериотематичсских очагов, среднее число которых на один эксплантант наибольшим по сравнению с другими вариантами и составляло 5,7 шт. , Повышение концентрации Se до 0,1 мг/л, приводило к резкому снижению образования адвентивных почек.

Выявление особенностей взаимосвлчи селена с другими то-r шшаль ными микроэлементами, в частности, с цинком в настолщг<> время не ме нее актуально (Фокс, Джекобе, 1°93). В приведенной ниже серии вегетационных опытов изучали накопление селена растениями пшеницы и рапса при разных уровнях обеспечения макро- (NPKÜ) и микроэлементами (5е, Zn, МО). Опытная почва - серая лесная, содержание селена 250 мкг/кг). Данные опытов с яровой пшеницей свидетельствуют о существенном увеличении урожая только при повышении уровпл питания макроэлементами, в то время как содержание селена в зерне определялось, 1лавным образом, уровнем обеспечения растений этим элементом (тгйл. 10). В блоке контрольных вариантов (без селена) количество накапливаемого зерном селена по годам сильно различалось. Так, тшоолее инк-н^иино селен накапливался в зерне пшеницы в 1994 г. (135-310 мкг/кг), тогда как для 1996- 199? гг. концентрация его в зерно редко превышала 150 мкг/кг. Очевидно, это связано а влажными и холодными, не способствующими улс-

Таблица 10

Содержание селена в зерне пшеницы, мкг/кг. Вегетационные опыты.

Доза Zn, мг кг Доза селена, mkj /кг

0 1000 2500

1994 1995 1996 ср. 1994 1995 1996 ср. 1994 1995 1996 ср.

Без макроудобрений

0 10 50 280 285 318 103 128 148 171 125 169 185 17В 212 1071 1349 1408 953 1186 1106 1091 1205 1192 1038 1247 1235 2241 2156 2363 2968 г6ь9 2656 2280 2348 2579 2496 2388 2ЬЗЗ

На фоне макроудобрений по 180 мг NPK на кг почвы

0 10 50 135 186 163 102 88 149 142 106 97 120 127 136 1049 1096 1133 1102 1170 1333 1008 1026 1057 10S3 1097 1174 1761 2040 2051 2905 2892 2914 2089 2082 1889 22ЯК 2338 22ВЬ

На фоне макроудобрений по 360 мг NPK на кг почвы

0 10 50 146 153 164 85 91 140 105 97 85 112 114 130 876 736 890 590 63Ь 723 820 764 796 782 712 003 1547 1871 1504 1549 1796 1865 1659 1969 1798 1585 1079 1749

HCPos 22 27 25 89 91 79 121 219 138 -

тучиванию селена из почвы условиями 1994 г., особенно в начале вегетации. В вариантах на фоне Se разница в накоплении Se растениями по голам нивелировалась, а значения его содержания в зерне резко повышались: в среднем за 3 года с 112-212 мкг/кг (на контроле) до 712-1247 и до 1565-2456 мкг/кг при дозах 1000 и 2500 мкг Se/кг (табл. 10).

Внесение NPK в большинстве вариантов приводило к последовательному снижению содержания селена в зерне пшеницы, в среднем за 3 года в 1,4-1,6 раз под влиянием 1 дозы макроудобрений и в 1,6-1,7 раз -при двойной дозе NPK. При дозах 1000 и 2500 мкг Se биологическое разбавление селена в зерне (в 1,4-1,8 и в 1,3-1,6 раз, соответственно) наблюдалось только от двойки дозы макроудобрений. Сопоставление биомассы зерна пшеницы с концентрациями селена показало их тесную связь (г -0,41-0,95). Это свидетельствует о том, что внесение NPK немаловажно для накопления Se в товарной части продукции.

Добавление хлорида цинка в почву в дозах 10-50 мг Zn/кг приводило, как правило, к повышению содержания селена в зерне пшеницы (табл. 10). Это наблюдение, свидетельствующее о возможном синергическом влиянии цинка на поступление селена в зерно пшеницы противоречит имеющимся в литературе, хотя и весьма фрагментарным данным об антагонизме Zn и Se (Кабата-Пендиас, Пендиас,1989). Напротив, содержание цинка в зорче пшеницы незначительно изменялось по вариантам.

В другом вегетационном опыте изучали влияние молибдена и серы на накопление селена растениями рапса на фоне NPK (но 360 мг/кг). В семенах рапса этого опыта на бесселеновом контроле накапливалось 319 мкг Se/кг. Применение биселенита натрия в дозе 1000 мг Se/кг в 3,7 раз увеличивало содержание солона в семенах (табл. 11). Сера, внесенная без молибдена, не оказывала существенного влияния на содержание селена в семенах рапса: без NaHSeOa его количество оставалось приблизительно на одном уровне - 30 7-319 мкг/кг, а под влиянием биселенита - снизилось с 1180 до 876 мкг/кг. Действие молибдена на содержание селена в семенах рапса зависело от удобрения серой. В отсутствие серы применение молибдата аммония в 3,0 и в 2,1 раз снижало поступление Se в семена (без селена и с биселеиитом натрия, соответственно). Возможно это связано с ингиСирующим действием Мо на микробиологическую трансформацию солона в летучие метилированные формы (Karlson, Franken-

Таблица И

Содержание Se и Mo в семенах рапса, мкг/кг. Без Mo / 0,5 мг Мо/кг. Вегетационный опыт. НСР05 Se - 55 мкг/кг, Mo - 17 мкг/кг.

. Доза Se, мкг/кг Без серы На фоне серы - 100 мг S на кг

Se Mo Se Mo

0 1000 319 / 106 1180 / 576 43 / 260 32/260 307/331 876 /1157 40 / 130 36/43

berger, 1988), активно поглощаемые растениями (Zieve, Peterson, 1985). В противоположность этому на фоне ссры содержание селена в семенах под влиянием внесенного молибденовокислого аммония снижалось до 1,3 раза.

Молибден в семенах рапса, не удобренного этим элементом, накапливался в количествах 32-13 мкг/кг (табл. И). Сера практически не влияла на концентрации молибдена в семенах;, селен слабо снижал содержание молибдена как на фоне серы, так и без нее. При удобрении молиб-. деном Ces серы, содержание Mo в семенах рапса увеличивалось до 260 мкг/кг и не. зависело от присутствия ЫаНЭеОз. Внесение серы привело к 2-х кратному снижен«) поступления Mo в семена-(до 130 мкг/кг) в варианте Сев внесения селена и к 6-и кратному (до 43 мкг/кг) - при удобрении селеном. .Полученные данные подтверждают гипотезу об антагонизме серы и молибдена в растениях (Казачков, Ковшик, 1985, Forbes et. al., 1986, Karamandos et. . al., 1989) и показывают, что внесение в почву Сиселенита натрия в значительной мере может усугублять этот антагонизм... .

ООщее содержание масла в семенах рапса в данном опыте зависело, прежде всего, от , уровня обеспеченности серой, присутствие которой обеспечило увеличение содержания масла на 1,5-7,32. Другим фактором, •повышающим концентрацию жира в семенах оказалось присутствие селена, особенно на фоне серы: в этих вариантах было получено наибольшее количество - Солее 452 масла. Последнее еще раз подчеркивает сложность взаимовлияния серм и селена, выступающих в данном случае как синер-■ гисты.

3. НАКОПЛЕНИЕ ЛИНЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕН!]»« КУЛЬТУРА!®. ПОСТУПЛЕНИЕ

1Л В РАСТЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ИХ 1Л, 2п И КРК.

Концентрации литии в сельскохозяйственных растениях уже ранее обсуждались (табл. 1) и было показано, что вариабельность этого элемента в значительной степени определяется видом растения. Сравнение концентраций лития и цинка в продукции растениеводства ОПХ "Белгородское" показало существенную обратную взаимосвязь между этими элементами (г -0,67-0,81). Отношение 2п/1Л колебалось в широких пределах также в зависимости от культуры: озимая пшеница, зерно - 98-128; ячмень, зерно - 142-195; кукуруза, зерно - 24-36; горох, зерно - 34-43; люцерна, зеленая масса - 16-20 и сахарная свекла, корнеплоды - 8-9.

Для ряда природных объектов Талдомского района Московской области, в частности, для зерна озимой пшеницы и овса корреляция между содержанием лития и цинка не подтвердилась (табл. 12). Однако, для юга района - территория, прилегающая к поселку Ново-Гуслево, включая совхоз "Доброволец" оказалось характерным высокое содержание лития в почвах, водах и растениях: в пахотных почвах содержалось в 2,6-3,8, а в зерне овса - в 2,8-4,3 раз больше и! по сра&пспию с другими точками отбора проб. Для образцов вод была получена такая же закономерность. Содержание цинка варьировало в узких пределах, например, для зерна овса 29-38 мг/кг. Тем не.менее, повышенное содержание Лития отразилось

Таблица 12

Микроэлементный состав-зерна овса и пшеницы и почв Талдомского района Московской области, мг/кг, средние значения.

N Территория Объект п Ге 1*1 2п Си Со МО и

1. Ново-Гуслево овес озимая пшеница почва 8 5 13 34 31 36500 50 46 370 34 39 32 3,9 <0,02 <0,02 4,06 0,51 0,45 1,55 0,85 0.81 125

2. Пановка овес почва 7 7 30 37850 30 335 29 45 3,6 18 <0,02 3,35 0,99 1.47 0,30 44

3. Квашонки овес почва 5 5 29 38000 34 444 29 40 3,7 16 <0,02 3,66 1,79 1,50 0,20 33

4. Игумново овео почва 6 6 32 36555 42 398 31 42 3.7 14 ¿0,02 3,85 0,66 138 0.23 43

на отношении Zn/Ll если для образцов растении из Ново Гуслево, оно не превышало 50. ю для остальных проб составляло 100 150.

Данные но содержанию ряда микрочлементов в культурной и естественной флоре Талдомского района Московской области показали, что концентрации железа, марганца, цинка и меди не являются аномальными и соответствуют литературным значениям (Ковальский и др , 1971, Боровик-Романова, Белова, 1974а, 19746, Кабага-Иендиас, Пендиас, 1989).

Размеры накопления li и взаимосвязи его с дру1 ими элеменаами, в особенности с цинком, изучали в дальнейшем в серии вегетационных опытов В экспериментах использовали серую лесную почву (валовый L1 - 35 мг/кг, подвижный Zn - 0,8 мг/кг) и две культуры - листовой салат и яровую пшеницу Урожайные данные опыта с салатом показали, что лиаий и цинк, внесенные в почву в дозах 1-5 и 5-10 мг/кг соответственно практически не изменяли накопление сырой массы растении салата. Максимальная доза лития, однако, вызывала достоверное снижение урожая сухой массы; добавление в почву Ь мг Zn/кг приводило к уменьшению урожая уже при дозе 1 мг Ll/кг, а двукратное увеличение дозы цинка практически устраняло отрицательное действие литил на накопление сухого вещества салатом - урожаи сухой массы колебгшел в очень узких пределах 8,1-8,3 г/сосуд с математически несущесгвенными различиями. Действие цинка на сухую массу растений салата проявилось только при большей дозе LI - 5 мг/кг и выражалось в достоверном повышении урожая на 0,5 и 1,3 г/сосуд при дозах 5 и 1С мг Zn/кг соответственно. Очевидно, что такие различия в урожайных данных по сырой и сухой массе обусловлены различной обводненностью надземной час|и растении салата. Приведенные наблюдении хорошо согласуются с данными Власика и Охри-менко (1969), согласно которым поглощение растениями L1 - сильно гид-ратированного иона приводит к увеличению количества свободной и связанной воды в клетках, изменяются коллоидно-химические свойства протоплазмы, повышается водоудерживамшая способность внутриклеточной жидкости и, таким образом, литии повышает обводненность и, следовательно, засухоустойчивость растений

Внесение лития и цинка в почву приводило к увеличению содержания этих элементов в надземной массе салата соогвеаственно в 2,0-3,4 и

1,1-1,5 раз (тайл 13). Наблюдалось снижение размеров поступления L1 в растения при внесении цинка. Так максимальная концентрация лития в растениях салата - 2,0 ыг/кг была достигнута при большой дозе сульфата лития на бесцинковом фоне, а удобрение цинком в дозах 5 и 10 мг/кг снижало это значение до 1,6-1,3 мг/кг соответственно. Подобная же закономерность была отмечена для меньшей дозы лития и для вариантов, где L1 не вносили. Напротив, внесение лития приводило к увеличению накопления Zn в растениях салата на 5,6-14,7 мг/кг в зависимости от доз L1 и Zn, т.е. взаимосвязь лития и цинка проявлялась неоднозначно: в отношении лития со стороны цинка наблюдался антагонистический эффект, в отношении цинка со стороны лития - синергический. В экспериментах Wallace et. al. (1977) с водной культурой фасоли было показа-

Таблица 13

Содержание 1Л (в числителе) и 2п (в знаменателе) в надземной - части салата, мг/кг сухой массы. Вегетационный опыт. НСРоз 0,22/13 мг/кг.

Доза Zn, мг/кг почвы Доза Li, мг/кг почвы

0 1 5

0 5 10 0,60 / 40 0,49 / 44 0,43 / 56 1,28/44 1,00 / 46 0,85 / 60 2,04 / 46 1,64 / 59 1,34 / 70

но, что при высоких концентрациях лития,содержание цинка в растениях снижается. Приведешшо выше данные не соответствуют этим наблюдениям. ' Расхождения могут происходить из-за различных условий проведения опы-■ тов (водная и почвенная культуры) , концентраций солей и особенностей растений (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Изменения содержания других, микроэлементов,по схеме опыта были аналогичными связи Zn-Li: возрастающая доза LI приводила к последовательному повышению содержания Fe, tti и Си, а внесение Zn, наоборот, снижало их концентрации - взаимосвязи Ll-Zn и Ll-Fe, Li-Mn и Li-Cu были одинаковыми.

В вегетационном опыте с яровой пшеницей урожай надземной массы и верна повышался только под влиянием NPK. Сравнение содержания лития и цинка в зерне яровой пшеницы, выращенной на неудобренной NPK почве и на фоне макроудобрений, показало заметное биологическое разбавление

содержания этих микроэлементов в последнем случав (таАл 14). Внесение сульфата лития в почву приводило к последовательному увеличению содержания 1Л в зерно яровой пшеницы во тех в.гриантах - с 0,1-0,2 до 0,8-1,2 мг/кг на фоне макроудобрении и с 0,2 0,3 до 1,0 1,7 мг/кг беч МРК, одиако, абсолютные значения накопления этого элемента зависели от обеспеченности растений цинком. Общая тенденция действия 2п на поступление Ы в зерно носила антагонистичсскии характер, хотя в ряде вариантов наблюдалась обратная закономерность. В зависимости от дозы цинка содержание лития в зерне снижались на 0,02 0,65 мг/кг, причем наиболее контрастно это проявлялось при мак* ималышх дозах 7х\ и 1.1 -разницы в этих случаях но различным фонам достигали 0,45 0,65 мг/кг

Таблица 14

Влияние различных доз лития и цинка на содержание И и 2л в в сухой массе зерна яровой пшеницы, мг/кг, 1Л/7п Вегетационные опыты.

Доза 2л. мг Доза лития, мг/кг

0 1 5

кг 1995 1996 ср. 1995 1996 ср. 1995 1996 ср

Вез макроудобрений

0 5 10 0,3/56 0,3/74 0,2/77 0,2/52 0,2/72 0,1/69 0,3/54 0,2/73 0,2/73 0.9/59 1,3/59 1,0/71 0,9/53 0,7/69 1,0/7? 0,9/56 1.0ЛЧ 1,0/71 1,7/55 1.4/70 1,0/75 1,7/54 1,4/69 1,1/74 1.7/54 1,4/га 1,1/74

На фоне макроудобрений по 360 мг на кг почвы

0 5 10 0,2/49 0,2/66 0,1/65 0,2/47 0,1/58 0,1/62 0.2/48 0,2/62 0.1/В4 0.7/52 1 0/60 0,6/68 0.7/50 0 9/54 0,6/64 0,7/51 0.9/137 о.в/ее 1,1/51 1,2/ЬЗ 0,8/69 1.0/50 1,2'ЬО 0,7/Ь7 1.1/50 1,2/01 0,7/БВ

НСР05 1995 - 0,3/9; 1996 - 0,2/8 мг/кг

Аналогично литию, дополнитеЛ! ный источник цинка способствовал увеличению накопления 2п в зерне пшеницы к,и< на фоне макроудобрений, так и без них с 49-51 до 65-69 мг/кг и с 55 Ь9 до 71-77 мг/кг, соответственно Видимой тенденции влияния лития на нос тупление 7л в зерно пшеницы, однако, не отмечалось. кшиХкшил значений концентраций цинка носили, по-видимому, случайный характер

4. БАНК ДА1ИЫХ аШЮШЮГО СОСТАВА ПРИРОДОЮ ОБЪЕКТОВ: КОШЫОТЕРНЫЙ МОДУЛЬ ЕЬСОИТ

Создание банка данных элементного состава природных объектов и его компьютеризация является, по сути, математическим обеспечением продолжения работы, начатой Биогеохимической лабораторией Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского,(ГЕОХИ) под руководством В.В. Ковальского в 1950-1970 гг. Завершение 1 этапа сбора и систематизации информации ознаменовалось появлением монографии ."Микроэлементы в растениях и кормах" (Ковгиьский и др., 1971).

Программный модуль ШХЖТ предназначен для . автоматизированной обработки результатов элементного анализа объектов исследований. Под объектом следует понимать совокупность данных (многомерный вектор): о дате взятия образца (дате анализа),. - о географическом положении места взятия образца (область, район), о положении объекта в существующих классификациях (ботанической, зоологической, почвенной и т.д.). При использовании модуля ЕЬСШТ преследуются две главные цели: 1- создание банка данных элементного состав природных объектов - ввод и хранение , 2- анализ информации - поиск необходимых данных по интересующему параметру или их сочетанию, выявление аномалий в содержании химических элементов в природных объект;«, вычисление их соотношений.■

Банк данных элементного состава природных объектов представлен в виде трех функций: ввод информации, ее просмотр и пакет справочников: территориального долепил территории, почв, горных пород растений, животных и вод и т.д. При вводе данных каждому природному объекту присваивается неповторимый девятизначный номер. Количественная информация указывает на содержание химических элементов в объекте в соответствующих единицах измерения (мг/кг или 2) и на метод, анализа, возможно примечание с указанием индивидуальных особенностей объекта.

Просмотр банка данных может осуществляться "локально" (для отдельных объектов) или "глобально" (для всего банка)

Справочник областей содержит 158 разделов, которые подразделяются на,районы. Отметим, что мы сохранили территориально-административное деление, соответствующее СССР, так как вся полученная информация датирована до 1992 г. Справочник растений состоит из справочника^се-

мейств (41 раздел) и справочника видов. Названия семейств и растений даны на русском языке и по латыни. Справочник почв создан на базе "Атласа почв СССР" (Кауричсв, Громыко, 1974), включает 11 разделов почв по зонам и 69 названий почв. Справочник вод - 5 разделов.

Формирование запроса пользователя осуществляется через выделение из всей имеющейся в банке чанных информации группы объектов по следующим признакам: террриториальному (область, район), хронологическому (интервал между двумя датами), таксономическому, применяемому продукту и характеру его использования (для биологических обт>сктов), химическому .элементу с диапазоном содержания или соотношению с другими элементами (по выбору пользователя).

ВЫВОДЫ

1. Микроэлементный состав является важным показателем качества продукции растениеводства и лекарственных растений и определяется как природными (биогеохимическими) условиями, так и целенаправленной деятельностью человека. В отличие от большинства биофильных элементов, содержание Микроэлементов, таких как селен и литий в растениях можно регулировать, в пределах rwlO3*' при использовании микро- и макроудоб-

' рений, ' '■.' _ "

2. Особенностями микроэлементного состава растений, почв и при-' родных вод Белгородской области являются повышенное в 3-11 раз содержание кобальта и пониженное в 2-2,5 раза - меди по сравнению с имеющимися в литературе обобщенными данными. Обогащение природных объектов кобальтом обусловлено геохимическими условиями, связанными с КМА.

3. В отдельных видах дикорастущей флоры ЦЧР наблюдаются аномалии в элементном составе. В надземной массе шалфея лугового (Silvia рга-

■ tensls L.). обнаружено аномально высокое содержание лития - 8-25 мг/кг; в хвое меловой сосны (Plnus sylvestris L., vr. cretacea - реликт Белгородской области) - низкая концентрация Мп - 13+3 мг/кг.

4. При агроэкологическом обследовании природных объектов ряда областей Нечерноземной воны РФ установлено в 2-6 раз пониженное 'содержание селена: в среднем в почвах - менее 200 мкг/кг, в водах -0,05-1,6 мкг/л, в растениях - 60 110 мкг/кг. Дефицит селена в агро-

ландшафтах этих территорий полностью подтверждается.

Si. Изучение толерантности растений к селену в условиях водной культуры выявило болыпую чувствительность к líe корней по сравнению с надземной частью. Концентрами Se в предо Клопа, достоверно снижающие показатели роста и развития для пшеницы, р;шоа, люпина, кукурузы и гороха составляли: 0,5; 2,ti; 2,ti; 5,0 и >ti.0 мг/л, соответственно.

6. Снесение биселенита натрии в почиу (дерново-подзолистые и серые лесные) в дозах 25-2500 мкг По/кг в условиях вегетационных опытов позволяет без снижении урожаи и его качественных показателей получить обогащение селеном:

•■ овощных культур на Ь - 1600Z в аависимости от вида растения, до-вы биселенита натрия и свойств почвы, из опытных культур наиболее выраженным концентратором селена оказался чеснок;

- кормовых культур - ярового рапса (до 1000 мкг/кг в зеленой массе и до 1180 мкг/кг в семенах) и люпина желтого (с 140 до 1500 в зеленой массе и с 150 до 3800 мкг Se/кг в верне). Внекорневое приме-ноше биселенита натрия (0,0005-О,0П2Х растворы) в полевом опыте повышало содержание Se в зеленой массе и зерне люпина в4-8 раз;

- верна нропой пшеницы с 100-200 на. контроле до 700;-1300 и 1600-2500 мкг/кг при внесепии 1000 и 2500 мкг Se/кг, соотиетсиенно.

7. Разработана, успешно апропироиана и внедрена в производство технология получения салата, обогащенного селеном до 750-3100 мкг Se/кг сухой массы в тонкослойной проточной культуре.

8. Обнаружены особенности влияния других биофильных элементов на поступление селена и литии в растения:

- усиление азотно-фоофорно-кзлийного питания приводило к последовательному снижению содержания Se и L1 - до 2 кратного уменьшения для верна яровой.пшеницы и до 6 кратного - для семян рапса;

- установлена обратная зависимость (г 0,97) между содержанием Se и Со в верне озимок пшеницы. Внесение кобальта в дозе 2 мг/кг в условиях вегетационного опыта снижало содержание селена в надаемной массе салата при высоком уровне обеспеченности растений селеном;

- под влиянием Zn независимо от дозы NPK содержания Se в зерне пшеницы и в семенах рапса возрастало на 5-20Z;

- действие молибдена на содержание селена в семенах рапса вави-

село от применения сери: внесение молибдата аммония в 2-3 раза снижало поступление 5е в семена, селен и молибден оказались антагонистами; на фоне серы, наблюдалась противоположная тенденция.

9. В модельных опытах селен и кобальт в концентрациях 0,01 и 0,05 мг/л питательной среды, соответственно, оказывали стимулирующее действие на процесс заложения адвентивных почек растений салата, причем,, их сочетание не уменьшало способность апикальных частей проростков образовывать почки de novo.

10. Установлена существенная обратная взаимосвязь (г -0,770,8) для концентраций лития и цинка в культурных растениях. Отношение концентраций Zn/Ll в сельскохозяйственных растениях подвержено изменениям в широких пределах (8-195), снижаясь по мере увеличения литиефшь-ности от зерновых культур к сахарной свекле.

11. При биогеохимическом обследовании Московской области в южной . части Талдомского района обнаружена биогеохимичоская провинция с повышенным в 2-5 раз содержанием лития в растениях, почвах и водах.

12. Внесение лития в почву в дозах 1-5 мг Ll/кг приводит без снижения урожая к увеличению содержания этого элемента в надземной части салата и в зерне пшеницы, соответственно, с 0,6 до 2,0 и с 0,2 до 1,7 мг/кг. Внесение цинка снижает размеры поступления L1 в растения и, напротив, внесение лития усиливает накопление Zn надземной частью салата и зерном'пшеницы.

t3. Создан уникальный компьютерный бзлк данных элементного состава природных объектов TO (CCCI3), позволяющий осуществлять ввод - вывод, хранение, больших объемов информации, поиск необходимых данных по объектам, пространственным и временным параметрам, по границам колебаний содержания химических элементов и вычислять их соотношения.

Сгаюок работ,опубликованных по материалам диссертации.

1. Ягодин Б.А., Торшин С.П.', Кокурин Н.Л., Саяидов Н.А. Вариабельность микррэлементного состапа верна осноиных злаковых культур и факторы,. ее определяющие//Агрохимия. 1089. N3. С.125-135.

2. Торшин С.П., Удельнова Т;М., Ягодин К.Л. Микроэлементы, экология и здоровье человека// Усп. соьр .биологии. IО'.Х). Т. 109. Вып. 2.

С.279-292.

3. Ягодин Б.А., Торшин С.П., Кокурин Н.Л., Савидов H.A. Вариабельность микроэлементного состава ссмян основных зернобобовых культур и факторы, ее определяющие//Агрохимия. 1990. N3. С. 126-139.

4. Ягодин Б.А., Торшин С.П. 0 взаимосвязи биогеохимического районирования и и агроэкологической классификации культурных растений Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине. XI Всесоюзная конференция, 1990, Самарканд, СамГУ,т,1 ,с. 102-105.

б. Забродина И.Ю., Торшин С.П.. Сапидов H.A., Ягодин Б.А. Влияние микроэлементов на жирнокислотный состав рапса//Там же. С.285-286.

6. Папонов'И. А., Торшин С.II., Ягодин Б. А. Оптимизация микроэле-менткого питания томата// Там же. С. 212-214.

7. Кокурин Н.Л., Торшин С.П. Реакция различных сортов яровой пшеницы на внесение возрастающих доз меди// Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине. XI Всесоюзная конференция, 1990, Самарканд, СамГУ, т. 2, с. 35-36.

8. Ягодин Б.А., Торшин С.П., Удельнова Т.М. Значение микроэлементов в системе рационального природопольвования // Биологические науки, 1090, N9. С. 7-26.

9. Yagodin В.A., Zabrcxiina l.Yu., Kokurin N.L. Influence of mic-ronutrlent application on fatty asid content and element composition of rapo seeds//Proo.Panjab AgT.Univ.Ludhiana. 1992. V.34.N3. Р.47-Б1.

10. ЯгодинБ. А., Торшин С.П., Удельнова Т.M., Кокурин Н.Л., Забродина И.Ю. Вариабельность микроэлементного состава семян основных масличных культур //Агрохимия. 1992. N3. С.85-93.

11. Ягодин Б.А., Удельнова Т.М., Торшин С.П., Забродина И. Ю., Кокурин Н.Л/, Громадин A.B. Содержание селена в растениях укропа и редиса при различных дозах селенитз натрия//Изв.ТСХА.1992.Вып. 3. С.54.

12. Ягодин Б.А. Торшин С.П. Забродина И.Ю. Самоуничтожение? Возможно// Свет (Природа и человек). 1992. N10-11. С.15-17.

13. Ягодин Б.А. Крылов Е.А. Ермолаев A.A. Чумаченко И.II. Шафронов 0.Д. Потапенко В.Н. Собачкин A.A. Торшин С.П. Методические указания по предпосевной обработке семян удобрениями микрозлементсодержащими пленкообразующими "МиБАС"// М: МСХ ГО, 1994. 32 с.

.14. Торшин С.П., Забродина И.Ю. Микроэлементы в сбалансированном

ai -

питании растении, животных и человека Научно-практическая конференция// Агрохимия 1994. N1. С. 121-1523

15. Торшин С.II., Hl один Б А , Удельнова Т М., Забродина И.Ю Накопление селена овощными культурами и яровым рапсом при удобрении селеном // Агрохимия. 1995. N9 С. 40-47

16. Торшин С.П , Удельнова Т.М Забродина И Ю. Ягодин Б.А. Возможность получения овощных культур, обогащенных селеном в контролируемых условиях среды// Тез. докл науч. конф "Эколого-агрохимические, технологические аспекты развития земледелия среднего Поволжья и Урала" Казань- изд. Казанского университета. 1995. С 75-76.

17. Дудецкий A.A. Ягодин В А Торшин С П Чувствительность различных растений к селену в условиях водной культуры//Там же. С 51-сЗ.

18. Ягодин Б.А.. Торшин С.П. Агрогеохимия Центрального Черноземного Региона России на примере Белюродской области// Там же С. 46-48.

19. Пагганов И.А., Ягодин Б.А , Торшин С П Влияние периодического питания на рост и развитие растений томата//Тр № риг кого СХИ 1992 С. 9,

20. Торшин С.П., Забродина И И Удельнова Т М Ягодин Б.А. Возможность получения обогащенных селеном редиса и укропа в контролируемых условиях среды Тез.док Межд. конф."Экология и экологическое образование" Алма-Ата, 1993, С. 23-24.

21. Ягодин Б.А., Торшин 0.11. Агрогеохимия Центрального Черноземного Региона России (Белгородская область) Там же, С 7 8.

22. Торшин С.П., Забродина И.Ю. Микроэлементы в природных объек тах Центрального Черноземного Региона России (на примере Белгородской области) Тез.док.Научно-практ. конф "Микроэлементы в сбалансированном питании растений животных и человека",Нижний Новюрод, 1993, С. 13-14.

23. Кокурин Н.Л. Торшин С.П Микроэлементный состав сельскохозяйственной продукции и возможности его регулирования// Там же. С.11.

24. Торшин С П., Забродина И.Ю Удельнова Т.М Конова Н.И. Чивку-нова О.Б. Громадин A.B. Ягодин Б А. Накопление солена в растениях ярового рапса и химическим состав семян при удобрении селенитом натрия// Известия ТСХА. 1994. N 1 С 107-111.

25. Торшин С П., Ягодин К А Удельнова Г М Кокурин Н.Л. Забродина И.Ю. Микроэлементы в растениях Ценарального Черноземного региона// Агрохимия. 199b. N 1 С. 20 vO

26. Торшин O.II.. Ягодин H.A., Конова II.И., Забродина И.Ю., Машкова Т.Е. Селен в детонирующих сред;.« Нечерноземной зоны европейской части России и агрохимический метод коррекции дефицита селена// Экология. 1996. N4. С.ЕЬЗ-250.

27. Дудецкий A.A., Ягодин 1>.Л., Торшин С.II. Рост и развитие некоторых зерноьых и бобовых культур при различных концентрациях биссле-нита натрия.// Иавестия ТСХА. 101)6. Вып. 2. О. 21-28.

2Ü. Торшин О.П,, Ягодин.И. А., Удельнова Т.М., Голубкина H.A., Ду-децкий A.A. Влияние микроэлементов So, " Zn, № при разной обеспеченности почвы макроэлементами и серой на содержание Go в растениях яровых пшеницы И рапса // Агрохимия 1996. N5. С. 54-64.

. 29. Торшин С.П., Удельнова.Т.М., Ягодин Б.А. Биогеохимия и агрохимия селена и метилы устранения селенодефицита в пищевых продуктах и. KOpMiW // Агрохимия 1900. N8,9. С. 128-145.

30. Торшин С.П., Удельнова Т.М.. Голубкина H.A., Ягодин В.А. Агрохимический метод обогащения овощной продукции селеном // Современный достижения биотехнологии. Тез. докл. на Всероссийской конференции, Ставрополь. РАН РФ, СГСХА, 1996, С. 13-14.

31. Торшин С.П., Удслыюва Т.М., Голубкина H.A. Обогащение селеном зерна пшеницы, выращиваемой на серой лесной ночве//Там же. С.16.

32. Торшин С.П., Ягодин К.А., Клинский Г.Д.. Гончарук Е.А., Калашникова Е.А., Удельнова Т.М. Влияние селена и кобальта на элементный состав, прорастание семян и формирование проростков растений салата// Агрохимия. 1997. N 1. С. 36-42.

33. Торшин С.П., Удельнова Т.М., Кокурин Н.Л., Забродина И.Ю., Громадин A.B. Микроэлементный состав флоры заповедников Центрального Черноземного региона России// Экология. 1997. N 1. С. 7-10.

34. Ягодин Б.А., Торшин С.П. Элементный состав растений в методике агрохимических и агроэкологических исследований//Совершенствование методики агрохимических исследований М.: МГУ, 1997. С.

35. Torshln S.P., Udelnova Т.М., Konova N. I.. Zabrodina I.Yu., Mashkova Т.Е.. Yseodln В.A.//Selenium in deposited media of the nonc-herno^cm aone of the European part of Russia and an anrochenical method for correction of selenium deficiency Soil and Fertilizers. 1997. Vol. GO. No. 4. P. 416. ..

Объем 2 п л

Заказ 256

Тираж 100

Типография Издательства МСХА 12755Э, Москва Ткмирязевская ул, 44