Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ И НАВОЗА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВАХ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ И НАВОЗА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВАХ"

На правах рукописи

АКАЛУ МЕСФИНАБЕБЕ

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ И НАВОЗА НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВАХ

Специальность: 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК

МОСКВА 2000

Работа выполнена на кафедре агрномической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им Тимирязева

Научные руководите™ доктор биотогических наук, профессор В.В Кидии, кандидат химических наук, доцьнт A.B. Кузнецов.

официальные оппоненты доктор билогических hav к, профессор а.И.Карпухин;

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник С.И.Тарасов

Ведущая организация Всероссийский институт удобрении и лгропочвоведения им Д Н прянишникова (ВИУА)

Защита состоится 19 июня 2000 г в 16й час на заседании диссертационного совета Д 120 35 02 в Московской се 1ьскохозяйственнои академии им К А тимирязева Адрес 127550, Москва, Тимирязевская ул , 4е) Ученый совет MCXA

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета -

кандидат биотогических наук

В.В.Говоринл

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Главнейшими источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами являются промышленные предприятия и автомобильный транспорт. Накопление в почвах избыточных количеств таких металлов, как Си, Хп, РЬ, Сё, относящихся к приоритетным экотоксикантам, обнаружено не только во многих индустриальных районах, но даже в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании.

В настоящее время приемы и методы восстановления плодородия почв, загрязненных тяжелыми металлами, еще полностью не разработаны. Разработка мероприятий в снижении токсичности тяжелых металлов путем химических мелиорации, а также выбор наиболее эффективного мелиоранта является приоритетным по решению задач в рамках системы оценки и прогноза загрязненности почв и растений тяжелыми металлами.

Задача агрохимика по изучению нормализации и регуляции токсико-экологических ситуаций, вызываемых тяжелыми металлами можно достичь двумя путями. Первый — это разработка мероприятий по снижению поступления тяжелых металлов из почвы в растениеводческую продукцию и, по возможности, к грунтовым водам, путем восстановления плодородия почв, которые подвержены действию техногенных выбросов с применением химических и органических мелиорантов, агротехники и т.д. Вторым, не менее действенным, а может быть и более, является фактор смены культуры и для маневра культурами на загрязненных почвах нужен прогноз поступления тяжелых металлов в разные растения. И это есть главная цель, ради чего в настоящее время трудятся агрохимики.

Наша работа касается решения этих вопросов для овощных культур. В пригородах, где жители выращивают на своих огородах картофель и другие овощные культуры, изучение этих вопросов и научно-обоснованные рекомендации таких работ имеют огромное значение.

Цель и задачи исследования: Целью наших исследований являлось изучение действия извести и навоза в отдельности и при их совместного применения на урожайность и качество овощных культур на искусственно загрязненной тяжелыми металлами (медью, кадмием, свинцом и цинком) дерново-подзолистой почве и выщелоченном черноземе.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач: а) дать сравнительную оценку эффективности навоза, известкового материала и их совместного применения на поступление в растения РЬ, 7л, С<1, Си; б) изучить действие извести и навоза на подвижность и поступление тяжелых металлов в растения, и их влияние на качество растительной про-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА м*ск- '> ачадвмии

и... • , ... ^мррурца.

Ин«. №.„

дукции на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава и выщелоченном черноземе; в) исследовать зависимость между уровнем загрязнения почвы РЬ, Ъп^ С<1, Си и использованием различных агрохимических приемов, агрохимическими характеристиками почвы и параметрами качества продукции, г) дать сравнительную характеристику эффективности внесения навоза и извести на поступление РЬ, С<3, Си в растениеводческую продукцию на дерново-подзолистой почве и выщелоченном черноземе

Научная новизна исследований. Впервые на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава загрязненных одновременно четырьмя катионами тяжелых металлов (Си, Хп, РЬ и Сс1 ), изучалось влияние извести и полуперепревшего навоза на урожайность и качество капусты, моркови, столовой свеклы и картофеля. Автор также представляет сравнительный анализ полученных данных на выщелоченном черноземе по той же схеме Исследована также возможность использование извести и навоза для мелиорации дерново-подзолистых почв и выщелоченного чернозема загрязненных одновременно несколькими тяжелыми металлами

Практическая значимость работы. Результаты исследований показали, что внесение извести дает больший мелиоративный эффект, так как наиболее сильнодействующим фактором, снижающим подвижность и постутение в растения С<3, РЬ, Хп и Си, была реакция среды почвы (рНсш) Наиболее эффективным приемом по устранению отрицательного воздействия тяжелых металлов на урожайность овощных культур и поступления катионов этих элементов оказалось совместное внесение извести и навоза Дополнительное внесение органического удобрения (навоза) в отдельности не устраняло отрицательного действия тяжелых металлов на урожайность культур и не гарантировало получения гигиенически приемлемой продукции на загрязненной почве

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены на научной конференции МСХА в 1999 году и на заседании кафедры агрономической и биологической химии в 2000 году

Основные положения диссертации отражены в 2-х опубликованных работах

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, 30 таблиц, 4 рисунка, выводы и рекомендации Список использованной литературы представлен 299 наименованиями, в том числе 86 иностранных авторов

Условия и методика проведения исследований

Место проведения н обьект исследований. Исследование проводили в 1996-1998 годах. Для изучения влияния извести и органических удобрений как мелиорантов искусственно загрязненных тяжелыми металлами (Хп, Си, СЙ, РЬ) почв были проведены микрополевые опыты. Опыты были заложены на дерново-подзолистой среднесуглинистой среднеокультуренной почве Тверской области на Государственном центре агрохимической службы (ГЦАС) "Тверской" и Государственной станции агрохимической службы (ГСАС) "Нелидовская". Кроме того, автор также ссылается на результаты экспериментов, полученных на выщелоченном черноземе по той же схеме, с целью сравнения полученных данных на разных по своим химическим и физическим характеристикам почвах.

Объектом наших исследований являлась система "почва-растение".

Почвенные и климатические условия

В годы проведения опытов климатические условия существенно не отличались от средних многолетних данных, и не имели отрицательного воздействия на результаты исследований.

Агрохимическая характеристика почв и характеристика пахотных горизонтов опытных участков по содержанию изучаемых тяжелых металлов приведены в таблицы 1 и 2.

Схема опыта включала следующие фоны: 1) Контроль (без удобрений и тяжелых металлов) 2) И|2((Р120К120О1РК); 3) Н120Р,20К120+ 2п200РЬ100Са5Си|50 (ИРК + ТМ); 4) М,20Р120К,20 + гп^РЬюдСс^Си^ + известковая мука 7,2 т/га (ЫРК + ТМ + СаС03); 5) Ы|20Р,20К120 + 2пг00РЬ1(ЮС<15Си150 + навоз 100 т/га (КРК + ТМ + навоз); 6) Ы120Ри0К120 + 2п200РЬ юоСс^Си, 50 + известь 7,2 т/га + навоз 100 т/га (ЫРК + ТМ + СаСО} + навоз); 7) Мг40Ра40К240 + 2п20оРЬ100С<15Си,50 (2ЫРК + ТМ)

Во все годы проведения опыта органические и минеральные удобрения вносились вручную в конце мая, а тяжелые металлы вносились в первой декаде июня после разбивки опытов и через один-два дня после внесения тяжелых металлов посадили опытные культуры.

Искусственное загрязнение почвы тяжелыми металлами создавалось внесением в почву легкорастворимых форм солей этих металлов. Кадмий вносили в виде СёБО« в дозе 5 мг/кг почвы или 1,66 г на м2 с почвой; цинк в виде 2п(304)2х7Н20 в дозе 200 мг/кг почвы в виде раствора; свинец в виде РЬ(Ы03)2 в дозе 100 мг/кг почвы - 48 г на мг в виде раствора; медь в виде Си504х5Н20 в дозе 150 мг/кг — 176,6 г на м2 в виде раствора.

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почв опытных участков_

Центр, Почва Гумус Мг/кг почвы рн Мг-экв на 100 г почвы

станция по Тю- подвиж- обмен- (КС1) нг обмен- обмен- сумма по-

рину, ный ный ный ный глощенных

% фосфор калий кальций магний оснований

Дерново-подзолистая

Нелидовская легкосуглинистая сла-

боокультуренная 2,5 143 140 5,41 3,70 4,77 0,77 12,4

Дерново-подзолистая

Тверскчя среднесуглинистая

среднеокультуренная 3,2 182 165 5,75 3,30 4,90 0,87 16,7

Чернозем выщелочен-

Бийская ный малогумуснный

среднемощный 5,6 251 177 5,90 3,20 22,30 6,30 31,5

Таблица 2

Характеристика пахотного горизонта различных опытпых участков по содержанию изучаемых тяжелых металлов, мг/кг почвы__

Станция, центр Медь Цинк Кадмий Свинец

Нелидовская 6.02 18.25 , ÜL22 Ю.ОО

2,88 4,52 0,20 3,70

Тверская 7.00 20,00 JLSQ 12,50

1,60 3,60 0,20 6,00

Бийская 17.70 28.30 0.04

1,40 2,00 0,02 1.30

Примечание. В числителе — валовое содержание; в знаменателе - кислоторас' творимые формы (IM HCl).

Методика исследований/При проведении исследований пользовались общепринятым методиками полевого опыта (Доспехов, 1979). В почвенных образцах из пахотного горизонта, отобранных перед началом опыта (май) и после уборки урожая (сентябрь), по общепринятым методикам выполнены следующие виды анализов: 1) потенциометрическое определение рН солевой вытяжки (ГОСТ 26483-85); 2) потенциометрическое определение рН водной вытяжки; 3) определение гумуса по методу М.В.Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); 4) определение подвижных форм фосфора и калия по методу А.В.Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91); 5) содержание валового количества тяжелых металлов рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре "Спектроскан"; 6) подвижные формы тяжелых металлов методом атомно-абсорбционным методом согласно "Методическим указанием по определению тяжелых металлов в кормах и растениях и их подвижных соединений в почвах" (Москва, 1993) 7) гидролитическую кислотность (метод Каппена в модификации ЦИНАО) (ГОСТ 26212-91); 8) сумму поглощенных оснований по методу Каппена (ГОСТ 27821-88).

Пробы овощей отбирали в конце сентября, измельчали и высушивали при температуре 60-70°С в термостате с принудительной вентиляцией. В свежих растительных пробах определяли содержание нитратов, крахмала и воды, т.к. гигиенические ПДК даны в расчете на сырую массу.

Учет урожая проводили вручную методом сплошной..

Результаты анализов обрабатывались методом вариационной статистики. В работе использовались корреляционно-регрессионный анализ, а также стандартные методы и алгоритмы планирования многофакторных экспериментов. Результаты исследований обрабатывали и оформляли на персональном компь-

ютере с помощью программ MS Word 97.MS Excel 97 и программу STRAZ, разработанную на кафедре экономической кибернетики МСХА

Результаты исследований

Известкование и органические удобрения как факторы, влияющие на подвижность Pb, Cd, Си и Ztt на дерново-подзолистых почвах и выщелоченном черноземе

К основным факторам, которые контролируют содержание тяжелых металлов в почвах относятся 1) реакция среды, 2) количество органических веществ и гумуса, 3) содержание подвижного фосфора

Исходя из этих и других данных, становится ясным го, что, управляя конкретными агрохимическими свойствами почвы, можно существенно изменять содержание доступных растениям тяжелых металлов в ней

Полученные нами в ходе полевых исследований данные показывают существенность влияния извести и органических удобрений (навоза) на состояние тяжелых металлов в почве и интенсивность их поступления в растительную продукцию

Результаты проведенных исследований показали, что внесение навоза и известкование, изменяя ряд показатели, характеризующих устойчивость почв к загрязнению и, тем самым, оказывая большое влияние на подвижность тяже лых металлов, являются высокоэффективными приемами по снижению поступления в растения цинка, меди, свинца и кадмия (табл 4)

Как показывают результаты, полученные нами в ходе проведения опыта на почвах со слабокислой реакцией среды, применение извести с иетыо сниже ния подвижности тяжелых металлов и изменения реакции ереды почв четко определено Но действие навоза с этой же целью было недостаточно заметным, хотя его эффективность также отмечается Подвижность тяжелых металлов под воздействием извести и навоза снижалось в среднем на 40-52% по сравнению с контролем И это было характерно во всех опытах

Как показано в табл 3, за время опыта также претерпели существенные изменения физико-химические свойства почв под воздействием извести и на воза, что, по нашему мнению, играло важную роль в изменении поведения тя желых металлов в данной почве Самое высокое значение рНко отмечено в IV и VI вариантах и аналогичные результаты по снижению подвижности тяжелых металлов также обнаружены в этих вариантах Существенное увеличение суммы поглощенных оснований произошло при внесении извести и двойной дозы минеральных удобрений и навоза с известью, увеличение составило соответственно 18,6%, 24,7 и 24,3%

Таблица 3

Влияние извести и органических удобрений на агрохимические показатели

почв

№ Вариант Гумус, РНКСТ Р»о, КгО 5 мг-экв.

% мг/кг на 100 г

1 Абсолютный контроль 4,2 5,6 213 140 19,7

2 ЫРК 4,1 5,7 219 156 21,3

3 ЫРК+ТМ 4,2 5,7 220 155 21,5

4 ЫРК + ТМ + известь 4,4 6,5 219 145 23,4

5 КРК + ТМ + навоз 4,4 5,8 228 161 24,4

6 ЫРК + ТМ + известь +

навоз 4,5 6,3 226 158 24,6

7 Х,р,к, + тм 4,3 5,7 232 173 24,5

X 4,3 5,9 222,4 155,4 22,8

** 0,05 0,13 2,5 4,1 0,73

Из всех изучаемых вариантов большее положительное влияние на снижение содержания в почве подвижных форм меди, цинка, свинца и кадмия оказало внесение навоза. Наилучшим вариантом, обеспечивающим существенное снижение содержания солей тяжелых металлов в почве за первый год действия, оказалось совместное внесение извести и навоза.

Влияние Си, Zи) РЬ и С<1 на урожайность овощных культур

В течение 3-х лет в условиях микрополевого опыта изучалось влияние этих элементов на урожайность и качество овощных культур и картофеля на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава и окульту-ренности.

В нашем опыте на фоне угнетения роста растений от внесения Си, '¿п, Сд, РЬ отмечали задержку в их развитии у корнеплодов и капусты. Эффективность действия извести и навоза по снижению фитотоксичности сказывалось в увеличении урожайности корнеплодов (табл. 4).

Сравнение урожайности третьего варианта с фоном обнаруживает, что тяжелые металлы оказывают существенное влияние по снижению урожайности корнеплодов на 38 ц/га,. Хотя внесение извести в дозе 2 г.к. по сравнению с третьим вариантом оказывает достоверное увеличение урожайности на 26 ц/га, но их негативное влияние остается достоверным и составляет 12 ц/га. Навоз, как мелиорант, увеличивает урожайность на 9 ц/га по сравнению с третьим вариантом. Но сохраняется достоверное уменьшение урожайности под действием тяжелых металлов, оно составляет 29 ц/га или 6% по сравнению с фоном.

Только совместное внесение извести и навоза устраняет снижение урожайности корнеплодов на загрязненных почвах и даже оказывает тенденцию к увеличению урожайности по сравнению с фоном (табл 4)

Таблица 4

Влияние извести и навоза на урожайность столовон свеклы

№ Вариант Средняя урожайность, ц/га

корне- ботва (+,-) к контролю /

плоды к фону

корней ботвы

1 Контроль 384 189

2 ЫРК (фон) 472 242 88/- 53/-

3 Фон + ТМ 434 237 50/-38 48/-5

4 Фон ТМ + известь г к 460 248 79/-12 59/1-6

5 Фон + ТМ + навоз 100 т/га 443 237 59/-29 4 8/-5

б Фон + ТМ + известь + навоз 473 243 89/+1 54/ч-1

7 Ы,Р,К, + ТМ 431 229 47/41 40/-13

НСР„, 11,3 62

Влияние тяжелых металлов на урожайность клубней картофеля и моркови имеет такую же тенденцию снижение урожайности на 7 и 12 ц'га наблюла лось на третьем варианте, что составляет соответственно 5 и 6 °о по сравнению с фоном

Как показано в табл 5 внесение извести в дозе 2 г к и наьоза в дсме 100 т/га устранило отрицательное влияние тяжелых металлов на урожайность мор кови вызванное их воздействием, и в отдельности и в совместном действии увеличивая урожайность на 10, 15 и 20 ц/га, что составляет 7, 10 и 14% по сравнению с фоном При внесении двойной дозы минеральных удобрений с тяжелыми металлами урожайность моркови увеличилась на 57 ц'га по сравнению с третьем вариантом, но еще сохранилось отрицательное воздействие тя желых металлов

Что касается урожайности карюфеля то при внесении извести в дозе 2 г к получено увеличение на 20 ц/га по с равнению с третьим вариантом, а по сравнению с фоном проявилось тенденция к увеличению урожайности на 2 ц/га При отдельном внесении навоза урожайность картофеля достоверно снизилась на 8 ц/га, что составляет 4% по сравнению к фону И только совместное внесение навоза и извести смогло устранить отрицательное влияние тяжелых металлов на урожайность картофеля

Таблица 5

Влияние извести и навоза на урожайность картофеля н моркови

№ Вариант Средняя урожайность, ц/га

клубни мор- (+,-) к контролю /

карто- ковь к фону

феля картофель морковь

1 Контроль 132 205 -/-11 -/-48

2 №К (фон) 143 253 11/- 48/-

3 Фон + ТМ 125 193 -7/-18 -12/-60

4 Фон + ТМ + известь 145 263 13/+2 58/+10

5 Фон + ТМ + навоз 100 т/га 135 268 3/-8 63/+15

6 Фон + ТМ + известь + навоз 142 273 10/-1 68/+20

7 К,Р5К, + ТМ 136 250 4/-6 45/-3

НСР„, 8,2 14,1

Таблица 6

Влияние извести и навоза на урожайность капусты_'

№ Вариант Средний уро- (+,-) к кон- (+,-) к фо-

жай, ц/га тролю ну

1 Контроль 385 ' - -52

2 ЫРК (фон) 437 52 . -

3 Фон + ТМ 428 47 -9

4 Фон + ТМ + известь 485 100 48

5 Фон + ТМ + навоз 100 т/га 512 127 75

6 Фон + ТМ + известь + навоз 524 139 87

7 1М,Р,К7 + ТМ 470 85 33

НСР„, 26,4

В наших опытах с листовыми культурами на загрязненных тяжелыми металлами почвах достоверное влияние урожайности капусты оказалось в вариантах с внесением извести, навоза и их совместного применения, увеличение урожайности составило соответственно на 26, 33 и 36 % (табл. 6). Тяжелые металлы достоверно снизили урожай на 2 % по сравнению с фоном. Но это отрицательное действие тяжелых металлов на урожайность капусты устранено как отдельным, так и совместным внесением извести и навоза. При внесении двойной дозы минеральных удобрений влияние тяжелых металлов существенно уменьшилось, и урожайность капусты увеличилась на 33 ц/га по сравнению с

фоном Это, прежде всего, объясняется характером поведения тяжетых металлов в почве, который во многом опредепяется антагонизмом ионов

Как мы видим (табл 7 ), при сравнительном анализе влияния изучаемых факторов обнаружены те же закономерности, что и ранее Влияние С(1, РЬ, Хп, Си в дозе 2ПДК достоверно снижает урожайность клубней картофеля во всех опытах независимо от почвенных разностей

Таблица 7

Влияние изучаемых факторов на } рижан клубнем картофс m на разных

почвах

Вариант Дерново- Дерново- j Черно )ем

подзо!И(.тая подзолистая 1 выше шчен-

средне тегкосупшш 1 ныи малого

с> пинис. гая хо- стая спабо- MVCHblll i '

рошо окульту- окупьту репная i-реднемощ-

ренная почва почва ГЦАС ныи ПИСАС

ПДАС 1 Тверская ' ' Нелидовская Бииская

Контроль 116 99 202

19Я 108 237

ЫРК + ТМ 136 96 222

ЫРК + ТМ + известь 2 ГК 143 118 225

ЫРК + ТМ + навоз

100 т/га 149 106 23°

ЫРК + ТМ + известь 1-

навоз 15-5 119 238

ЫщР|»Кш + ТМ 171 130 246

Влияние ЫРК без ТМ +79 +9 +35

Влияние ЫРК с ТМ <-35 +34 +23

Влияние ТМ -59 -12 -15

Влияние извести +7 +22 +3

Влияние навоза -t-13 + 10 + 10

Влияние извести и навоза + 19 +23 + 16

НСР„< 10,5 14,2 7.9

Внесение извести достоверно влияло на увеличение урожайности на дерново-подзолистой слабоокультуренной почве, а на хорошо окультуренной и выщелоченном черноземе только имелась тенденция к увеличению урожайности картофеля

Внесение навоза в расчете 100 т/га в отдельности и совместное внесение с известью оказывало достоверное влияние на дерноио-подзо чистых почвах с разным грану чометрическим составом и окультуренности, а на выщеточенном черноземе имело точько тенденцию к увеличению урожайности

Результаты проведенных исследований показали, что известкование почв является высокоэффективным приемом, снижающим фитотоксичность и устраняет отрицательное воздействие по снижению урожайности овощных кучь-тур на почвах загрязненных тяжелыми металлами (Сс1, 2п, РЬ и Си) в кочичест ве 2 ПДК от их валового количества в почве Именно в этом состоит одна из важнейших природоохранных ролей данного метиоративного приема Наибольший детоксикационныи эффект известкования проявился на дерново подзолистой легкосуглинистой почве по сравнению с выщечоченнои тяжето-суглинистой почвой Главная цель известкования по снижению и пи устранению фитотоксичности тяжечых металлов, прежде всего, связано с изменением реакции среды в почве

Отрицательное действие тяжелых металлов на урожай овощных культур в большой степени зависит от уровня реакции среды Снижение урожая при загрязнении почвы медыо, кадмием, свинцом и цинком объясняется возросшим фитотоксическим действием этих эчементов не только по отдельности, но и в их сочетаниях Тяжечые металлы могут ухудшать также питании растений, особенно фосфорное, за счет уменьшения запасов подвижных фосфатов в почве Совместное внесение извести и навоза на дерново-подзолистых почвах и выщелоченном черноземе, загрязненных тяжелыми метал чами, достоверно устраняло их отрицательное действие по снижению урожайности овощных культур

Содержание соединений Си, ¿Ги, С<1 и РЬ и их трансформации в почве

Одно из направлений наших исследований заключается з том, чтобы проследить поведение тяжелых металлов в почве и установить, как они будут себя вести при применении извести и навоза Для этого брали почвенные об разцы до и после уборки на опытных участков и определили в них количество валовых и подвижных форм тяжелых металлов

Данные таблиц 8 показывают, что внесение в почву солей тяжечых ме таллов резко увеличило валовое их содержание в почве Так, на картофечьном поле в третьем варианте внесение солей тяжелых металлов увечичило содер жание меди с 6,2 до 110,02, цинка с 19,5 до 151,50, свинца с 6,3 до 78,0, а кад мия с 0,3 до 8,38 мг/кг, что составило соответственно 1,6, 1,5, 1,2 и 8,4 ПДК этих элементов в почве И такое соотношение характерно для в*-е\ полей где возделывались остальные кучьтуры

- ; Таблица 8 Содержание различных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте дерново-подзолистой среднесуглинистой ____почве до и после уборки урожая, мг/кг_

Варианты До посадки картофеля После уборки картофеля

в кислотной вытяжке а буферно м растворе в кислотной вьггяжке в буферном растворе

са Си РЬ гп Сс1 Си РЬ 2п Сс1 Си РЬ Ъп С<1 Си РЬ 1п

1. Контроль 0,35 6,4 8,1 17,7 0,20 2,0 4,7 2,3 0,26 5,3 6,8 7,7 0,16 4,1 3,8 2,4

2.ЫРК. 0,35 63 6,7 20,0 0,27 1,7 2,9 2,8 0,28 4,8 5,3 9,3 0,24 3,1 2,7 2,8

3. ЫРК + ТМ 0,37 6,6 6,7 19,0 0,20 2,1 2,7 2,5 7,52 103,0 70,5 132,1 6,80 89,6 . 71,4 21,4

4.ЫРК + ТМ +

известь 0,30 6,2 6,3 19,5 0,13 1,8 2,3 3,6 8,38 110,0 78,0 151,5 7,40 67,8 47,4 10,5

5.№К + ТМ +

навоз 0,30 6,4 6,0 18,0 0,20 1,7 2,7 2,9 8,10 134,0 72,6 141,9 7,02 95,7 64,8 12,4

6.№К + ТМ +

известь + навоз 0,35 6,2 7,3 20,5 0,20 2,9 2,9 2,8 8,75 126,5 87,5 158,4 7,11 83,5 54,1 10,1

7.М2Р2К2 + ТМ 0,36 6,6 6,3 19,5 0,2 2,0 2,5 2,5 8,28 182,6 71,5 144,6 7,29 159,8 65,6 12,4

X 0,34 6,39 6,77 19,17 0,2 2,03 2,96 2,78 5,94 95,17 56,03 106,49 5,15 71,94 44,26 10,28

V 0,01 0,06 0,27 0,38 0,02 0,16 0,30 0,16 1,47 25,19 13,08 25,49 1,28 20,75 11,00 2,45

Еще характерной особенностью этих данных является то, что под воздействием навоза, извести и повышенных доз минеральных удобрений повышается фиксирующая способность почвы по отношению ко всем изучаемым эпе-ментам По сравнению с третьим вариантом в этих вариантах увеличение валовых форм тяжечых металлов после уборки урожая составляет от 6 до 95° о

При применении извести не только увеличивалось содержание валовых форм, а также достоверно уменьшалось количество подвижных форм тяжечых металлов по сравнению с другими вариантами Снижение количества подвижных форм под культурами составляет от 15 до 58% по сравнению с третьим вариантом

Наилучшим вариантом, обеспечивающим существенное снижение содержания подвижных форм тяжелых металлов в дерново-подзолистой средне-суглинистой почве, где возделывались капуста и морковь, оказалось совместное внесение извести и навоза А что касается поля, где воздечывались картофель и свекла, существенное снижение отмечалось на четвертом варианте (внесение извести)

На выщелоченном черноземе при искусственном загрязнении почв кадмием, медью, свинцом и цинком в количестве 2 ПДК по валовому содержанию в первый год их внесения наблюдалось такое же распределение тяжепых метал 10в, как и на дерново-подзопистой почве В почвах с внесением извести и навоза, а также при удвоенном внесении минеральных удобрении, количество тяжепых металтов находящихся в труднодоступном состоянии для растении почвы в два раза превысило по сравнению с третьим вариантом

Влияние извести и навоза на поступление РЬ, О/, Си в растения Для разработки комгпекса агроприемов, предотвращающих накопление тяжелых метал той в растениеводческой продукции, необходимо знать условия способствующие их усиленному поглощению растениями

Нами изучалось влияние тяжелых ч стал тов на качество овощных ку 1ь тур Согласно результатам анализов в растениях происходит накопление тя^е лых метал нов в разном количестве Особенно это относится к цинку Фактиче ское его содержание на делянках, где выращивали свекпу и кап\сту превпшаег ПДК

Касаясь н^к >ц 1ения цинка в клубнях картофеля и корки! юдах св^к 1Ы следует сказать, что содержание его превышало ПДК в 2 4 раза в вариантах Г е I внесения извести На 4-м и 6-м вариантах, где вносилась изъесть в отде-ьности и совместно с навозом, резко снижалось поступление и нпкоп ение ло^ пс мента в клубнях, ко остается на 30-50° о выше установленного ПДК пя овощ

ных культур и картофеля. Такая же закономерность была отмечена для кадмия (табл. 9,10).

Таблица 9

Содержание тяжелых металлов в растениях картофеля на дерново_подзолистой легкосуглинистой почве, мг/кг_ ■

Варианты В клубнях картофеля В ботве картофеля

Сс1 Си РЬ Хп С(! Си РЬ Хп

1. Контроль 0,26 1,33 0,15 4,3 0,14 3,8 1,26 14,7

2. ЫРК 0,028 1,09 0,15 3,8 0,15 4,3 1.13 16,6

3. ЬГРК + ТМ 0,352 3,77 0,46 31,9 0,62 8,9 3,42 45,3

4. №>К + ТМ +

известь 0,029 1,85 0,22 4,6 0,32 6,5 2,78 38,2

5. ЫРК + ТМ +

навоз 0,156 3,77 0,34 28,8 0,50 7,3 2,79 43,3

6. ЫРК + ТМ +

известь + навоз 0,051 1,88 0,20 5,1 0,30 7,1 2,72 33,3

7. Ы2РзК, + ТМ 0,272 4,57 0,25 32,6 0,43 7,8 2,85 45,9

- НСР„, 0,020 0,109 0,094 0,26 0,033 0,04 0,033 0,17

Таблица 10

Содержание тяжелых металлов в столовой свекле на дерново-подзолистой _легкосуглиннстой почве, мг/кг_

Варианты В корнеплодах свеклы В листьях свеклы

Сс1 Си РЬ Хп С<1 Си РЬ Хп

1. Контроль 0,03 1.6 0,21 12,4 0,12 1,81 0,50 13,2

0,04 1.8 0,25 13,3 0,11 1,92 0,52 15,3

3. ЫРК + ТМ 0,61 5,1 0,62 28,1 0,65 6,18 0,82 35,2

4.ЫРК + ТМ + 0,56 3,8 0,50 27,0 0,58 4,16 0,61 31,4

известь

5.ЫРК + ТМ + 0,58 3,1 0,60 27,2 0,60 5,02 0,64 38,4

навоз

6. ЫРК + ТМ + 0,21 2.5 0,41 26,4 0,43 5,11 0,58 31,5

известь + навоз

7. И3Р3К, + ТМ 0,61 4,1 0,61 28,3 0,61 5,34 0,68 41,2

НСР„, 0,08 0,3 0,14 1,3 0,21 0,43 0,20 2,4

Медь и свинец накапливались в клубнях картофеля ниже ПДК. Но отмечается достоверное увеличение накопления этих элементов в 7-м варианте по сравнению с фоном.

Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снизили накопления меди и свинца в клубнях картофеля на 49-56% по сравнению с вариантом ТМ + ЫРК. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снизили накопления меди и свинца в клубнях картофеля на 49-56% по сравнению с вариантом ТМ + ЫРК.

Накопление Си в моркови не превышало ПДК во всех вариантах. Самое низкое ее содержание было в 4-м варианте (с известью). Что касается РЬ в 4-м и 6-м вариантах, его содержание не превышало ПДК, а в остальных вариантах его содержание превышало ПДК.

Содержание Сс1 и Хп в моркови было выше ПДК во всех вариантах, где вносили тяжелые металлы. Хотя в 4-м варианте их содержание резко снижалось по сравнению с 3-м вариантом, но количество их остается высоким и превышает ПДК в 6 и 1,5 раза соответственно.

Таблица 11

Содержание тяжелых металлов в корнеплодах моркови, мг/кг

Варианты Сс1 Си РЬ Тп

1. Контроль 0,03 1,80 0,31 8,2

2. №К 0,03 1,92 0,38 8,3

3. ЫРК + ТМ 0,37 4,2 0,60 21,3

4. ЬГРК + ТМ + известь 0,18 3,7 0,42 14,5

5.1МРК + ТМ + навоз 0,25 4,9 0,51 26,5

6. ЫРК + ТМ + известь + навоз 0,24 4,0 0,48 ¡5,4

7. Ы,Р2К, + ТМ 0,21 4,6 0,53 25,3

НСР„, 0,11 0,73 0,08 0.6

Анализ данных (табл. 12) показывает, что внесение в почву кадмия, меди, цинка и свинца резко увеличило поступление их в капусту. Так, если на фоне минеральных удобрений содержание С<1 в кочане составило 0,019 мг/кг, Си1-0,76 мг/кг; РЬ - 0,21 мг/кг; Хп - 8,10 мг/кг, то на варианте с внесением солей кадмия, меди, свинца и цинка они составили соответственно 0,18; 1,72; 0,58и 15,40 мг/кг. В варианте с внесением солей тяжелых металлов, по сравнению с фоном, содержание тяжелых металлов в капусте увеличилось в 2,5-9 раза.

Изменение реакции среды путем известкования оказывает достоверный эффект на поступление цинка в капусту. И это подтверждается тем, что только

в 4-м варианте, где вносили известь, содержание этого элемента ниже ПДК, а во всех остальных вариантах накопление превышало ПДК в 1,3-1,5 раза.

Таблица 12

Содержание тяжелых металлов в капусте, мг/кг

Варианты Сс1 Си РЬ Хп

1. Контроль 0,018 0,64 0,22 8,4

2.ЫРК 0,019 0,76 0,21 8.1

З.ЫРК + ТМ 0,176 1,72 0,58 15,4

4. ЫРК + ТМ + известь 0,122 0,79 0,42 9.1

5. ЫРК + ТМ + навоз 0,139 1,41 0,41 13,2

6. ЫРК + ТМ + известь + навоз 0,148 1,25 0,36 14,6

7.Н,Р,К, + ТМ 0,161 1,82 0,40 14,6

НСР„, 0,016 0,12 0,13 0,8

Поступление кадмия в капусту, хотя было низким в 4-м и 6-м вариантах, содержание его остается выше ПДК в 4-6 раз во всех вариантах, где вносили соли тяжелых металлов.

Результаты экспериментальных данных показывают те же закономерности поглощения тяжелых металлов и на выщелоченном черноземе. Как видно из табл. 13 даже после действия тяжелых металлов остается явным тот факт, что клубни картофеля отличаются высоким накоплением тяжелых металлов, превышающим ПДК. Это отмечается в 3-м варианте с резким снижением его в 4-м варианте, где применялась известь.

По сравнению с дерново-подзолистыми почвами на выщелоченном черноземе накопление тяжелых металлов в клубнях картофеля низкое. Это прежде всего связано с тем, что органическое вещество почвы влияет на поступление тяжелых металлов в растения. И почвы с высоким содержанием органического вещества удерживают тяжелые металлы лучше, чем почвы с низким его количеством. ■

Результаты наших исследований подтверждают тот факт, что изменение подвижности металлов и их поступление в растения происходит, прежде всего, за счет изменения реакции почв. На всех культурах независимо даже от особых различий почв и возделываемых культур в варианте с применением извести, наблюдалось резкое снижение содержания изучаемых элементов, и достоверное увеличение урожайности также отмечалось во всех опытах.

Кроме процессов изменения реакции почв навоз меняет подвижность металлов путем адсорбции, ионного обмена и комплексообразования. В наших

опытах особенно отмечались достоверное увеличение урожайности овощных культур и по снижению накопления кадмия и цинка в этих культурах.

Таблица 13

Содержание тяжелых металлов в растениях картофеля на выщелоченном _тяжелосуглннистом черноземе, мг/кг__

Варианты Клубни картофеля, сух. вещество Ботва картофеля

Сс1 Си РЬ гп С<1 Си РЬ Ъх\

1. Контроль 0,03 3,59 0,35 12,3 0,18 3,82 1,86; 24,7 ■

2. ИРК 0,03 3,87 0,35 13,2 0,19 4,28 1,63 26,6

3. МРК + ТМ 0,05 5,65 0,63 21,2 0,32 8,91 3,42; 40.3

4. ЫРК + ТМ +

известь 0,04 4,13 0,41 18,9 0,30 7,14 2,73 ; 38,2

5.1МРК + ТМ +

навоз 0,05 4,58 0,43 20,5 0,31 7,28 2,78! 41,2

6. ИРК + ТМ +

известь + навоз 0,05 4,30 0,47 19,4 0,30 6,48 2,791 33,3

7. И2Р2К2 + ТМ 0,04 4,76 0,56 20,3 0,33 7,78 2,85! 35.9

НСР„, 0,03 0,83 0,16 2,3 0,21 2,33 0,89 ! 6,5

Роль минеральных удобрений в нашем опыте в 7-м варианте, где вносили двойную дозу ЫРК, по выносу тяжелых металлов особых отличий от других вариантов не обнаружилось. Но его роль для улучшения факторов роста растений, увеличения биомассы и большего отчуждения тяжелых металлов из почвы остается бесспорным.

Сравнивая содержание тяжелых металлов в почве и изучаемых культурах (картофель, морковь, капуста и свекла столовая), можно отметить отсутствие прямой зависимости накопления тяжелых металлов в почве и поступления их в растения, то есть это сложный процесс, на который влияют многие факторы, в том числе биологические особенности культур. Однако, лучшие результаты по снижению накопления тяжелых металлов в растениях получены в 4-м (ЫРК. + ТМ + известь) и 6-м (№К + ТМ + известь + навоз) вариантах. Поэтому на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, необходимо более интенсивное использование агрохимических средств.

Анализ результатов исследований показали, что разные тяжелые металлы в неодинаковой мере способны накапливаться в одной и той же культуре. Несмотря на то, что содержание меди, свинца, цинка и кадмия в почве больше ПДК в несколько раз, однако в клубнях картофеля концентрации свинца и ме-

ди, превышающие ПДК, наблюдались только в 3-м варианте (№К + ТМ). А накопление меди в моркови не превышало ПДК во всех вариантах^ Как показали результаты наших опытов, известкование является быстрым и эффективным способом снижения поступления тяжелых металлов в растения.

Результаты исследований также показали дифференциацию содержания металлов в органах растений. Так наиболее активно процесс накопления тяжелых металлов происходил в побочной продукции. Установлено, что в ботве картофеля и свеклы количество тяжелых металлов в 1,5-7 раз выше по сравнению с корнеплодами.

Данные исследований показали, что внесение тяжелых металлов в почву губительно действует на проростки свеклы и вызывает частичную гибель капусты. В нашем опыте больше всего растения накапливали кадмий. Превышение ПДК по кадмию достигало 6 раз, по свинцу — 3-5 раз, по цинку и меди - 2-3 . раза.

Выводы

1. Поступление тяжелых металлов в растения определяется их подвижными формами. И как показали результаты наших опытов, доля подвижных форм тяжелых металлов в почве от их валового количества в почвах с лучшими агрохимическими характеристиками уменьшается.

2. При одновременном совместном внесении в дерново-подзолистую почву и выщелоченный чернозем меди, свинца, цинка и кадмия урожайность овощных культур снижалась на 2-17%.

3. Внесение извести в дозе 2 г.к. на загрязненных тяжелыми металлами почвах оказывает положительное достоверное влияние на урожайность овощных культур по сравнению с вариантом без внесения мелиоранта, но полностью не снимает отрицательное действие тяжелых металлов.

4. Применение навоза в дозе 100 т/га на фоне минеральных удобрений не устраняло полностью отрицательное воздействие тяжелых металлов на урожайность овощных культур.

Совместное внесение органических удобрений и извести на загрязненных тяжелыми металлами дерново-подзолистых почвах и выщелоченном черноземе практически полностью устраняло отрицательное влияние тяжелых металлов на урожайность овощных культур.

5. Тяжелые металлы (кадмий, свинец, медь и цинк), внесенные на выщелоченном черноземе оказывали длительное негативное влияние на качество урожая, повышая их концентрацию в клубнях и ботве картофеля. Особенно значительное содержание в растениях в последействии характерно для кадмия

и цинка Валовое содержание меди, превышающее ПДК наблюдалось тишь в вариантах без внесения извести

6 Внесение сернокислой меди, сернокислого цинка и кадмии и ншрла свинца на дерново-подзолистой почве привете к резкому увеличению в почве валового содержания кадмия, меди, свинца и цинка соответственно до 8,4 110 78, 102 мг/кг

7. Наилучшим приемом, обеспечивающим существенное снижение содержания тяжелых металюв в картофете, моркови, капусте и стоповой евскте оказалось совместное внесение извести и навоза В этом варианте содержание кадмия, меди, свинца и цинка в растениях было в 2-2,5 раза меньше, чем в варианте ЫРК + ТМ

8 Наибольшее влияние на снижение постутения Си, РЬ и 2п в кпуб-ни картофеля на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве оказало внесение извести Содержание тяжелых металлов в клубнях картофетя при известковании было наименьшим и составило 0,03, 1,9, 0,2, 4,6 мг/кг соответственно Органическое удобрение и известь также оказали достоверное влияние на снижение поступления в клубни тяжелых метал юв

Рекомендации производству

1 Результаты исследований позволяют рекомендовать применение извести при возделывании картофеля на загрязненных медью, свинцом и цинком дерново-подзолистых почвах и выщелоченном черноземе Этот прием устраняет отрицательное воздействие тяжелых металлов на урожайность кутьт\р и снижает содержание металлов ниже ДУ

2 При возделывании капусты и моркови на загрязненных тяжелыми металлами (медью, свинцом, кадмием и цинком) почвах для устранения отрицательного воздействия и снижении поступления тяжечых металлов в растении необходимо внесение извести в дозе 2 г к или ее совместное внесение с навозом Для снижения отрицательного воздействия тяжелых металлов на урожай ность столовой свекты и поступления их в продукцию целесообразно вносить известь совместно с навозом

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1 Акалу М А , Кидин В В , Кузнецов А В Применение органических удобрений и навести для снижения токсичности тяжелых металлов на дерново-подзолистых почвах и выщеллоченном черноземе !| М ТСХА, 1999 деп во ВНИИТЭИ УДК 631 86/82 1 631 453, 12 1499, № 1ВС-2000 31 с

2. Акалу М.А., Кидин В.В., Кузнецов A.B. Эффективность применения извести и навоза по устранению отрицательного влияния тяжелых металлов на урожайность и качество овощных культур. || М.: ТСХА, 2000.деп. во ВНИИТЭ. УДК 631.86/82.1:631.453, 02.2000, № 15ВС-2000. 22 с.

Объем АГпеч л

Зак 333

Тираж 100 -ж 5

Типография Издательства МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул , 44