Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ПРИЁМОВ МЕЛИОРИРОВАНИЯ И СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПРИЁМОВ МЕЛИОРИРОВАНИЯ И СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЕНИЯ"



СИЛКОВ СЕРГЕЙ ИЛЬИЧ

ВЛИЯНИЕ ПРИЁМОВ МЕЛИОРИРОВАНИЯ И СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ И СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЕНИЯ

Специальность 06.01.01 -общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Челябинск - 2004

Работа выполнена на кафедре земледелия Челябинского государственного агроинженерного университета в 1999-2003 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Таскаева Анна Григорьевна

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

Вражнов Александр Васильевич;

Ведущая организация: Курганский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится «29» июня 2004 г, в 10-00 часов на заседании диссертационного совета К 220.039.01 в Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева.

Адрес: 641300, Курганская область, КетовскиЙ р-н, с. Лесниково сельхозакадемия, зал заседаний Ученого совета

С диссертацией можно ознакомив»." в библиотеке Курганской государственной сельскохозяйствен ■ >й академии имени Т.С. Мальцева.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Кокин Геннадий Андреевич

Автореферат разослав <07^- ^ая 2004 г.

Ученый секретарь диссергацион:гчг,-: о ста,

кандидат сельскохозяйстве]

доцент

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Почва и се плодородие - центральное звено сельскохозяйственного производства. На современном этапе развития сельскохозяйственного производства осознана необходимость дифференцированного подхода к разработке систем агротехнических мероприятий с учетом конкретных условий землепользования каждого хозяйства и отдельного поля севооборота. В результате интенсивного и слабо контролируемого в экологическом плане развития промышленности ряд регионов России отнесен к зоне с очень острой экологической ситуацией. К этой зоне относится и промышленная зона Урала.

Возрастающие антропогенные воздействия на сельскохозяйствен-ные угодья привели за последние десятилетия к резкому снижению плодородия почв, их истощению, загрязнению токсичными веществами, развитию эрозионных процессов. Деградация почв влечет за собой не только частичную или полную утрату плодородия, но также и резкое уменьшение количества и качества сельскохозяйственной продукции. Накопление тяжелых металлов в почве ведет к повышению их концентрации в растениях. В организм они попадают по биологическим цепям, что приводит к патологическим явлениям в здоровье, развитии и физиологии человека, его умственной деятельности и психике.

Важное влияние на доступность тяжелых металлов растениям оказывает почвенная кислотность. Не повышение усиливает подвижность форм тяжелых металлов и их транслокацию в растениях. В настоящее время в области 699.5 тыс. га сельскохозяйственных угодий характеризуются повышенной кислотностью, из них 134 тыс. га сильно- и - среднекислых почв на пашне требуют первоочередного известкования. Мелиорирующий способ изменения свойств почв для снижения поступления тяжелых металлов в растения практически наиболее распространенный способ санации. Он предусматривает внесение различных мелиорантов, сорбентов, удобрений для повышения плодородия и улучшения поглотительной способности почвы. Изучение приемов ликвидации последействия загрязнения и предотвращения загрязнения почк тяжелыми металлами, а также снижение их выноса с продукцией сельскохозяйственного производства одна из наиболее сложных проблем земледелия, экологии и охраны агробиоценоэов Челябинской области.

В связи с этим крупной научной проблемой является научное обоснование и внедрение новых экологически безопасных технологий, способов и средств, способствующих снижению поступления высоких концентраций элементов в почву и получению -жопогцч^и чистого урожая

Ш&Ь-СХА

В качестве мелиоранта в области используют в основном >еррох ромовый шлак — экологически грязный о|ход промышленного роизводства. Задача и рамках настоящей работы найти достойную льтернативу в качестве мелиорант для ре культ и нации и санации агрязнсниых почв.

Исследования проводились в 1999-2003 и. на основании южнедомственной координационной программы (Проблема IV. Разработать есурсосберегаюшие, экологически безопасные технологии возделывания ел ьскохозяйст венных культур на основе мобилизации генетических есурсов, использования новейших методов селекции и управления родукциониым процессом) и плана НИР Челябинского государственного гроинженерного университета.

Цель исследопашш — разработать и рекомендовать производству |риймы основной обработки почвы и внесения мелиорантов для снижения юстунления тяжелых металлов и продукцию растетшеводстна в зоне ехиотхгниого загрязнения.

В связи с этим необходимо решить следующие задачи; определить токсическое влияние тяжелых металлов на показатели ■лодородия почвы;

определить их уровень негативного влияния на различные культуры; разработать приемы мелиорирования для повышения плодородия почв и ннження негативного влияния тяжелых металлов на рас гения; оценить биол1ер1чп"ическую эффективность разработанных приемов 1елиорирования.

Научини пошипи. Впервые в условиях Южного Урала определено линнис загрязнения чернозема выщелоченного избыточным содержанием яжелых металлов на биохимические процессы в почве.

Изучено воздействие тяжелых металлов на продуктивность ельскохозяйственных культур, относящихся к различным ботаническим емействам (пшеница, ячмень; гречиха; донник).

Выявлено, «по для условий Челябинской области наиболее .ост у иными мелиорантами являются известковый мелиорант и глауконит.

Получена сравнительная оценка эффективности мелиорантов на еградированном выщелоченном черноземе на плодородие почвы, снижение ерехода тяжелых металлов из почвы в растения.

Практический значимость. Рсзулматы исследований позволили ста по пит ь и рекомендовать производству эффективные приемы обработки ючвы и рациональные способы применения мелиорантов к звене евооборош, обеспечивающие па выщелоченных черноземах получение табильных урожаев высокою качества.

Оснонныс положении выносимые ни защиту:

- характеристика факторов, влияющих на формирование уровня загрязнения сельскохозяйственных культур тяжелыми металлами;

- приемы мелиорирования, позволяющие увеличить плодородие почв и снизить негативное влияние тяжелых металлов на растения;

- подбор культур для возделывания в зоне техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами.

Апробации работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались па ежегодных научных конференциях ЧГЛУ в 2000-2003 гг. и обсуждались на заседаниях кафедры земледелия.

Реализация результатов исследовании. Разработанная технология прошла производственную проверку и внедрение в хозяйствах Челябинской области (ЗАО «Совхоз Каштакский», «учхоз Заря ЧГЛУ»).

По теме диссертации опубликовано 5 статей.

Автор глубоко признателен сотрудникам кафедры земледелия ЧГЛУ за оказанную помощь в период проведения опытов.

Особую признательность выражаю своему руководителю доктору сельскохозяйственных наук, заслуженному деятелю науки н техники РФ, профессору Лине Григорьевне Таскаевой.

Объем н структура диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах компьютерного текста, состоит из введения, б глав, выводов, рекомендаций производству. В работе содержится 67 таблиц, 17 рисунков, 46 приложений. Список использованной литературы включает 192 источника, в т.ч. 6 иностранных авторов.

Условия н методика проведения исследований

Исследования проводили в 1999-2003 гг. на опытных полях Челябинского агроинженерного университета (ЧГЛУ) учхоз «Заря» и ЗАО «Совхоз Каштакский» Сосновского района Челябинской области. Выли заложены два опыта, микрополеиой и полевой производственный опыт.

В микрополевом опыте, дозы С<1 2-16 мг/кг вносили в почву для изучения динамики поступления в растения и для проверки с.-х. продукции соответствия содержания тяжелых металлов в растениях ве1сринарно-гнгиспнчсским требованиям. Высокие дозы Сс] и 7.п 200*1600 мг/кг почвы применяли для изучения самовосстановления и самоочищения почвы от негативного влияния этих элементов.

Почва производственного опьпа загрязнена тяжелыми металлами, содержащимися в выбросах ОАО «Мечел» пинком, свинцом, никелем, кобальтом, кадмием и хромом. В таблице 1 даны результаты предварительного анализа, проведенные при выборе опытного поля.

Средний значения содержания >лементов на опытных площадках получены по трем повторениям. Н почве опытного поля выше ПДК содержание 7,п, РЬ, близкое к ПДК содержание Со, Ре, Си, Сг.

ТаГшнна 1. Содержание тяжелых металлов в слое по<шы 0-30 ем, мг/кг

Валовое содержание, мг/кг почвы

Элементы Си Хп РЬ N1 Со Ре Мп СЛ Сг

Средние шачения 27.5 115.6 48.1 112.3 36.2 33100 525 1.4 70.6

пдк 55 100 32 85 40 46500 1500 2 100

На выбранных участках полевого опыта проводились исследования методов санации загрязненных тяжелыми металлами почв мелиорирующим способом (коренное улучшение агрохимических, агрофизических свойств почвы) и выбором системы основной обработки, способствующих снижению поступления ТМ в растительную продукцию. В соответствии со свойствами почвы и характером загрязнения для санации подбирались мелиоранты честного производства.

Объектами исследований служили яровая пшеница «Эритроснермум-59», ячмень «Красиоуфнмский-95»; глауконит, известь; отвальная, поверхностная п объемная заделка мелиорантов.

Почва опыта - чернозем выщелоченный, маломощный, малогумус-11ЫЙ, тяжелосуглипистый. Агрохимические свойства почвы опытного участка: азот - И 7,0 мг/кг, легкогидролизуемый азот - 15.1 мг/кг, гумуса — 1.19 %, рН - 5.4, подвижного фосфора - 29 мг/кг, обменного калия - 175 мг/кг почвы, Нг -6,97 мг-зквЛООг, степень насыщенности основаниями 83%.

Опытный участок разбит на 27 делянок размером 750 м2 таким образом, чтобы можно было проводить все технологические операции :редствами механизации предназначенными для возделывания зерновых в тан нон зоне.

11роизводетвенныЛ участок включает три варианта опытов: - контроль ^без внесения мелиорантов, т.е. сложившееся состояние почвы на ноле); — {несение глауконита — 40 т/т, в соответствии с рассчитанными дозами; — шссснне извести - 8 т/га и три способа заделки выбранных мел нора! нов в ючву:

глубокая отвальная (леменшо-отвальный плуг), как наиболее распространенный способ основной обработки почвы и заделки мелиорантов, принятая за контроль;

- поверхностная обработка с заделкой мелиорантов с перемешиванием последних в слое почвы 0-10 см (лущильник);

- объемна» - перемешивание мелиоранта с почвой в объеме веет пахотного слоя при обработке почвы орудиями с активными рабочими органами (роторный плуг).

11о годные условия за шды исследований были достаточно контрастными: п 1999 юлу нормальная температура летних месяцев и достаточное количество осадков, явились благоприятной основой для протекания агрохимических процессов в почве, что способствовало улучшению питательного режима для растений и протеканию физико- -химических процессов, направленных на фиксирование тяжелых металлов, в 2000 г. характеризовались повышенными температурами и неустойчивым увлажнением, в 2001 - обилием осадков и повышенной температурой воздуха, в 2002 г. обилием осадков и пониженной температурой воздуха, в 2003 году погода была умеренно влажной и теплой.

Основной обьём почвенных и растительных анализов выполняли по общепринятым методикам и стандартам в агрохимлаборатории Центра химизации и сельскохозяйственной радиологии «Челябинский» и в лаборашрии института «ЧелябинскНИИгипрозем». Были проведены исследования по аллелопатии, фотосинтетической деятельности растений и биологической активности почвы. Статистическую обработку данных проводили на персональном компьютере с использованием Excel 7,0 в среде Windows ХР по методике Доспехова Б.А. (1985) и Никитенко (1982). Биоэнергетическую оценку технологий проводили в соответствии с мет одическими рекомендациями ученых ВАСХНИЛ (1989) и ВНИИ кукурузы (1988) и методике Л.Ф. Неклюдова (1993).

Агротехника в опытах

Агротехника возделывания яровой пшеницы гречихи, ячменя и донника в микронолевом опыте - общепринятая для данной зоны. Обработка почвы в звене севооборо га: пар - яровая пшенина+доиник - донник - гречиха.

Производственный опыт проведен в звене севооборота: пар — яровая пшеница - ячмень - ячмень. Рассеивание извести в дозе 8 т/га и глауконита в дозе 40 т/га проведено 7.09.98 разбрасывателем РМГ-4, в агрегате с трактором МТЗ-80. Мелиоранты согласно разработанной схеме заделаны 10.09.98. Перемешивание мелиоранта во всем объеме пахотного слоя по третьему способу заделки выполнено лемешно-роторным плугом Ш1Р- 4-35.

В 1999 году на данном поле возделывалась пшеница. Закрытие влаги выполнено зубовыми боронами. Предпосевная обработка проведена культиваторами КПС-4 на глубину 6-8 см. Посев осуществлялся 16 мая сеялками С3-3,6 с нормой высева 6 млн. шт./га.

Пол урожаи 2000 года нес и ой проведено закрытие влаги зубовыми боронами поперек осенней зяблевой вспашки. Мредносевнан культивация проведена 25.05.2000 культиваторами КГ1С — 4,0 на глубину 5-6 см в направлении поперечном боронованию. В то г же день проведен посев ячменя сеялками СЗП -3,6 с нормой высева 5 млн. шт./га. За вегетационный период подкормки и химические обработки не проводились.

Осенью 2000 года на ноле проведена отвальная обработка. После отвальной обработки мелиоранты с вариантом поверхностной заделки были направлены в нижние слон, и произошло их более равномерное распределение в объеме пахотного слоя. Весной 2001 года 3 мая было проведено боронование, затем кулмивация и 12 мая посев ячменя,

Результаты исследований

Пл ни II не приемов мел нор lipona н ни на урожайность и вынос питательных злементои

Мелиорирующий :>ффекг прежде всего проявляется в изменении агрохимических показателей почвы. В таблице 2 представлены результаты изменения агрохимических показателей почвы после рассеивания по поверхности и последующей заделки мелиорантов: глауконита и извести.

Таблица 2. Влияние способов заделки мелиорантов на агрохимические

показатели почвы

Виды мелиорантов рН Гидрол итнческ ая кислотность Сумма ноглощ енных основан ий Содержание питательных элементов мг/кг почвы

мг-зкв/100 г NH4 NOi 1>зО< к,о

1 2 3 4 5 6 7 8

1999г. Пове жностная заделка

Контроль 5.07 6.11 40.09 29.32 6.0 29 163

Глауконит-40т/га 5.32 3.96 40.32 24.19 5.8 49 213

Известь-8 т/га 5.56 1.98 48.45 18.69 21.4 55 158

Отвальная заделка

Контроль 5.12 5.37 44.65 28.59 6.3 40 175

Глауконнт-40т/га 5.41 3.63 43.89 14.66 8.9 56 218

Известь-8 т/га 5.82 1.52 51.11 19.06 30.2 61 168

Объемная заделка

Контроль 5.46 3.63 45.22 24.92 9.3 51 187

Глауконнт-40т/га 5.51 3.48 40.47 14.29 4.7 57 226

Известь-8 т/га 6.17 1.46 55.48 16.86 35.5 74 136

2000г. Пове рхностная заделка

Контроль - 5.03 42.61 16.35 3.6 39 135

Глаукониг-40т/га - 4.05 42.41 12.5 8.1 52 164

Извесгь-8 т/га - 5.14 39.4 11.0 23.9 70 212

Отвальная заделка

Контроль - 5.48 37.19 12.8 3.7 40 104

Глауконит-40т/га - 4.32 42.41 13.1 7.4 64 157

Известь-8 т/га - 2.25 48.24 8.9 20.4 64 219

Обьемная заделка

Кон гроль - 6.25 41.21 10.1 4.3 39 128

Глаукоинт-4 От/га - 4.14 33.17 13.4 13.8 60 221

Известь-8 т/га - 1.43 63.72 12.2 33.9 224 377

2001г. Пове рхностная заделка

Контроль - 5.25 41.36 56.0 2.8 6.6 17.0

Глауконит-40т/га - 3.63 41.14 20.3 1.9 6.3 14.5

Известь-8 т/га - 3.82 45.54 55.0 19.1 7.0 27.6

Отвальная заделка

Контроль - 5.73 44.44 49.0 1.7 6.1 14.5

Глауконит-40г/га - 3.74 41.0 17.8 1.4 5.5 14.2

Известь-8 т/га - 4.14 43.78 55.5 7.2 6.1 15.0

Объемная заделка

Контроль - 5.85 43.34 60.5 2.6 6.8 14.3

Глауконит-40г/га - 3.48 40.26 17.1 2.3 5.4 16.1

Известь-8 т/га - 2.13 49.28 49.0 4.8 7.9 18.0

Данные таблицы 2 показывают, что после внесения мелиорантов глауконита и извести происходит изменение реакции почвенного раствора: значение рН повышается, гидролитической кислотности понижается.

Колнчссшенный показа тел I. содержания поглощенных оснований при мелиорировании глауконитом снижается, при известковании заметно повышается. Этот показа] ель выявляет различие в механизме воздействия используемых мелиорантов. Главный механизм глауконита заключается в его сорбционной способности, одним из действующих факторов нейтрализации тяжелых металлов при известковании является увеличение суммы поглощенных оснований калышя и магния - антагонистов тяжелых металлов.

Различен механизм действия мелиорантов на азотный режим питания растений. Глауконит закономерно снижает в почве содержание минерального азота, как аммиачной его формы, так и нитратной. При известковании' усиливается процесс н игр и фи канн и. поэтому аммиачная форма соединений азота окисляется до нитратной. Внесение обоих мелиорантов приводит к повышению подвижности фосфора, однако на третий год после внесения глауконита при различных способах его заделки » почву происходит некоторое снижение фосфора, но сравнению с контрольными вариантами.

На делянках, где внесен глауконит, отмечается стабильно более высокое содержание обменного калия, так как этот питательный элемент содержится в большом количестве в самом глауконите. В первый год после известкования наблюдаемся снижение обменного калия, ко в последующие годы количество его становится выше уровня контрольных вариантов. Из-за высокой концентрации аммиачного азота в пахотном слое, почва опытного участка имеет нарушение баланса мигательных элементов. Выбором способа оснонной обработки можно смягчить это нарушение. Сопровождение внесения мелиоранта рациональным способом его заделки позволяет регулировать агрохимические процессы в пахотном слое. В первый год после внесения мелиоранта, отвальный и объемный способы залелки обеспечивают лучшие агрохимические показатели по сравнению с поверхностным. На второй год преимущество этих способов обработки почвы сохраняется только при заделке извести. На третий год разница между вариантами заделки нивелируется. За три года обьемный способ по суммарному показателю агрохимических свойств является лучшим. Способ обработки почвы на улучшение агрохимических свойств почвы и на урожайность культур оказываег существенное влияние (табл. 3). Особенно эффективна интенсивная заделка мелиоранта в почву лемешпо-рогорным плугом. Внесение мелиоранта за все годы наблюдений привело к достоверному увеличению урожайности возделываемых культур, средняя прибавка урожая за три года составила 0.4 т по сравнению с контролем, что объясняется улучшением агрохимических показателей почвы в первый год внесения н повышением подвижных форм питательных элементов.

Таблица 3. Урожайность зерна злаковых культур после мелиорирования

почвы

Вид мелиоранта Урожайность, т/га (при 14 % влажности)

пшеница )999г. ячмень 2000г. ячмень 2001г. Сумма заЗ года В % к контр олю Приба вка за 3 года

Поверхностная заделка

Без мелиоранта 2.18 2.01 1.79 5.98 99 -0.08

Глауконит-4 От/га 2.27 2.19 1.93 6.39 105 0.33

Из весть-8т/га 2.19 2.34 2.01 6.54 108 0.48

Отвальная заделка

Контроль 2.2) 2.04 1.81 6.06 100 0

Глауконит-40т/га 2.57 2.21 1.83 6.61 109 0.55

Извееть-8т/га 2.33 2.41 1.88 6.62 109 0.56

Объемная заделка

Вез мелиоранта 2.17 2.08 1.71 5.96 98 -0.10

Глауконит-40т/га 2.61 2.32 2.00 6.93 114 0.87

Известь-8т/га 2.83 2.56 1.87 7.26 120 1.20

НСРо* 0.16 0.18 0.12 - - -

Вилы основной обработки почвы без внесения мелиорантов, по сравнению с контрольным вариантом не способствуют повышению урожая. Это следствие того, что различные обработки проведены только в год инесения мелиоранта, т.е. один раз за время проведения исследований. Однако, способ заделкн мелиорантов, после разбрасывания их по поверхности, обеспечивает существенную разницу в урожайности. Чем интенсивнее обработка, тем выше урожайность. Гак при мелиорировании почвы внесением глауконита, при поверхностной заделке прибавка урожайности затри года составила 5.4 %, при отвальной 9.1 %, при объемной 14.4 %, при внесении извести соответственно 7.9 %, 9.2 %, 19.8%. Способ заделки оказывал решающее значение на характер распределения мелиорантов в почве, на интенсивность агрохимических процессов, протекающих в почве под действием химических компонентов, содержащихся в мелиорантах, в течение двух лет до ноября 2000 года.

В течение двух лет, на поле и на опытном участке производилась обработка почвы без оборота пласта, а отвальная обработка, проведенная осенью 2000 года, способствовала существенному изменению качества распределения мелиоранта в пахотном слое.

На делянках поверхностной залелки мелиоранты более равномерно распределились в объеме пахотного слоя, что видно по изменению агрохимических показателей почвы. Это сказалось на повышении урожая в этом варианте в 2001 году. Повторная отвальная обработка привела к возврату мелиорантов на поверхностный слой, вследствие чего агрохимические показатели ухудшились, что явилось причиной Солее низкой урожайности, но сравнению с двумя другими вариантами.

Способы заделки мелиорантов получили свое название по виду обработки после рассеивания мелиоранта по поверхности. Г1о применяемой в течение 3 лет обработке почвы при возделывании сельскохозяйственных культур, поверхностная заделка приобретает характер целенаправленной комбинированной обработки, приближающей эффективность этого способа в третьем году, к объемной заделке. Но в целом эффективность мелиорирования в течение многолетнего севооборота закономерно обусловливается способом заделки, проводимой в первый год, т.е. в 1998 году с. наименьшим промежутком после рассеивания. Это условие более относится к известкованию, так как известковый материал после рассеивания по поверхности, контактируя с атмосферным воздухом и почвенной влагой, резко теряет свои физические свойства: дисперсность и сыпучесть, из-за чего ухудшается его перемешивание с почвой.

- * ■ Не одинаковая степень нейтрализации кислотности почвы при разных способах заделки извести приводит к различной степени изменения питательных режимов . по азоту и фосфору. Чем больше снижение гидролитической; кислотности, тем интенсивнее нитрификация и больше подвижность фосфора, что приводит к сбалансированности минерального питапия между азотом и . • фосфором. Очевидно, что нитрификация аммиачного азота и связывание его в форме Са(ЫО.01, способствует снижению негативного воздействия избыточного внесения сульфата аммония на полях ЗАО «Совхоз Каштакский». Увеличение выноса азота, фосфора и повышение урожайности подтверждают это положение.

Иной механизм заключен в сбалансировании минерального питания между азотом и фосфором при внесении глауконита. При отвальном и объемном способах заделки мелиорирования увеличивается усвоение азота за счет сбалансирования соотношения между другими макроэлементами. Внесение глауконита приводит к десорбированию и увеличению подвижности анионов Р^О! и усиленному усвоению их сельскохозяйственными культурами. При отвальном и обьемном способах заделки происходит усиленное накопление шшя. Увеличение усвоения калия возможно за счет высокого содержания этого элемента в составе глауконита. Во всех вариантах мелиорирования, кроме отвального способа

заделки глауконита наблюдается снижение содержания кальция. Избыток Са и почве после известкования способствует избыточному поступлению его в корни. Растение в свою очередь в процессе регуляции и шбора необходимых элементов производит задержку этого элемента в корнях. За счет антагонизма вместе с Са в почве и в корнях задерживаются катионы тяжелых металлов. При внесении глауконита фиксирование Са усиливается в почве, благодаря коллоидам этого мелиоранта. По показателю накопления макроэлементов в побочной и основной продукции зерновых культур предпочтительным способом заделки глауконита является отвальный. При известковании лучше, когда эгот мелиорант заделывается в почву с тщательным перемешиванием в объеме пахотного слоя.

За три года возделывания с.-х. культур после мелиорирования отмечено снижение подвижности тяжелых металлов.

Основным показателем пригодности выращенной растительной продукции для употребления в пишу и на корм животным являются определение содержания тяжелых металлов в этой продукции и сравнение величины этого значения с допустимыми уровнями.

В 1999 году условия для возделывания с.-х. культур были благоприятными при достаточном количестве осадков, температуры. Поэтому в растениях большинство тяжелых металлов содержится ниже ПДК на пищевую и кормовую продукцию. В соломе допустимый МДУ уровень превышает содержание свинца, железа и хрома. Мелиорирование способствует значительному снижению этих элементов.

В 2000 году содержание в зерне свинца, кобальта, железа, хрома превышает допустимые уровни. Внееенне глауконита и извести способствует устойчивому снижению содержания в зерне свинца, железа, хрома, кобальта. Оба мелиоранта способствуют снижению содержания в зерне свинца и кобальта от уровней выше допустимых до гарантированно низких. Хотя содержание железа не во всех мелиорированных вариантах ниже допустимых МДУ уровней, тенденция к снижению выражена ярко, а при мелиорировании почвы содержание хрома в зерне снижается в несколько раз и приближается к допустимым уровням. Для нейтрализации хрома более эффективно действие извести. При использовании известкового мелиоранта, содержание хрома в зерне ячменя снижается более, чем в три раза, хотя содержание хрома в соломе не снижается. Этот факг обьясниется механизмом действия известкования. Действие элементов антагонистов кальцин и магния продолжается в вегетативной части рас!ения.

В 2001 году допустимые уровни СанПиН и МДУ превышает в зерне ячменя содержание свинца, никеля, кобальта, железа и хрома.

В результате мелиорирования содержание тяжелых металлов, кроме железа приходит в соответствие с гигиеническими и ветеринарными нормативами.

• Мелиорирующий эффект более точно определяется через коэффициент биологического поглощения (КБП) (табл. 4).

Таблица 4. Коэффициент накопления (КБП-Ю"2) ТМ при мелиорировании

. . ..Вид мелиорирования Тяжелые металлы

Си 2п РЬ т Со Л/о С<1 Сг

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Пшеница. Пове рхностная заделка

Вез мелиоранта 17.6 42.3 1.07 0,11 0.37 0,23 5,9 3.1 0,71

' Глауконш-40т/га 18.4 42,6 0,92 0.23 0,87 0,21 6.4 4,1 0,39

Известь - & т/га 15.8 37.8 0,74 0.14 0,41 0.32 7.6 3.6 0.32

Отвальная заделка

Контроль 19,3 41,6 1,09 0,21 0,57 0,36 9,6 2,8 0,72

Гл зу ко н ит-4 От/га 15,5 50.3 0,78 0.22 0,94 0.23 7,2 3,6 0,32

Известь - 8 т/га 12,5 50.7 0.99 0,07 0.24 0,28 6.1 3,4 0,18

Объемная заделка

Без мелиоранта 19,7 46,7 0.74 0.17 0.74 0,37 6.5 3.2 0,64

Глауконит 40т/га 18.5 48.5 1.06 0.30 0,82 0.27 6.2 3.5 0.29

Известь 8 т/га 13,1 32.0 0,84 0,05 0.32 0,30 6,7 3.4 0.33

Ячмень. Поверхностная заделка

Вез мелиоранта 15.7 27,7 1,3 1,1 1.4 0.62 3,3 3.2 2,4

Глау ко н ит-4 От/га 13,5 30.9 1,1 0,4 1.5 0,31 2.9 2,6 1.2

Известь - 8 т/га 16.8 35,4 1.4 0,7 2.9 0,73 3.0 2,6 0.8

Отвальная заделка

Контроль 17.8 38,6 1.3 1.0 2.6 0.63 4,3 4,5 2.8

Глауконит-40т/га 12,0 39,3 1.3 0.7 1,4 0.41 1,7 2,4 1.1

Известь - 8 т/га 11,9 30,9 1.3 0.5 2,1 0.12 2,2 2.7 2,1

Объемная заделка

Без мелиоранта 16,4 36,9 1,4 0,6 2,1 0,55 2,4 2,9 3,9

Глау кон нт-40т/га 17,5 36,3 1,8 0,3 1.8 0,53 3.1 2,3 1,3

Известь - 8 т/га 16,0 35,0 1,4 0,7 2.4 0,51 2,4 2,1 1,4

Ячмень. Поверхностная заделка

Без мелиоранта 15,7 27,7 1.3 1.1 2.2 0,76 3,7 2.9 1.33

Глау ко н ит-10 т/ га 13,5 30,9 1.! 1.4 2,3 0,50 2.32 3,9 0.48

Известь - 8 т/га 16,8 35,4 1.4 1,9 1,4 0.70 2,2 2,7 0.60

Отвальная заделка

Контроль 17,8 38,6 1,4 1.8 2.2 0.76 3.6 5,6 1.33

Глаукошгг-4 От/га 12.0 39,3 1.3 1.2 2.1 0.26 2,5 2.9 0,63

Известь - 8 т/га И,9 30,9 1.3 1.06 1.4 0.60 1,7 3,3 0.33

Объемная заделка

Вез мел коран га 16,4 36,9 1.6 2,7 2.0 0;50 2.6 3.5 0.73

Глау ко н ит-4 От/ га 17,5 36,3 1.1 1,37 2,5 0.50 2.3 4,0 0.53

Известь - 8 т/га 16,0 35,0 1,1 1,48 1.4 0,60 2.6 3.6 0.45

Судя по величине коэффициента поглощения среди определяемых элементов самым биофильным элементом является цинк, затем медь. В самых меньших количествах переходят из почвы в зерно никель, железо, хром. На опытном участке превышение ИДК имеют следующие ТМ: цинк, свинец, никель, кобальт и хром. Самое сильное воздействие мелиорирующего эффекта огмечаегся на никеле и хроме. При внесении глауконита накопление никеля снижае1ся от 2.5 до 4 раз, хрома ог 2.0 до 2.5 раз; при известковании никеля от 2 до 4.5 раз, хрома от 2 до 4 раз.

Накопление наиболее токсичного элемента кадмия снижается при внесении глауконита и извести до 2 раз. При рассмотрении накопления всей разновидности ТМ известкование в выщелоченном черноземе является более эффективным мелиорантом, чем глауконит. Эффективность известкования повышается при заделке извести с тщательным перемешиванием с почвой в объеме пахогного слоя.

Биоэнергетическая оценка внесения мелиорантов и способов их :ш<)елки Биоэнергетическая оценка элементов технологии возделывания сельскохозяйственных культур на почвах подверженных техногенному воздействию тяжелых металлов и эффективности приемов обработки почвы представлена в таблице 5.

Таблица 5. Энергетическая эффективность приемов обработки почвы для

Прием обработки почвы Аккумуляция энергии в урожае, МДж/га Затраты совокупной энергии, МДж/га Приращение валовой энергии, МДж/га Коэффициент энергетической эффективности

Отвальная

Контроль 97260,1 26105.4 71154.7 3.73

Глаукониг-40 т/га 106152.7 36905.4 69247.3 2.88

Известь-8 т/га 106213.3 35225.4 70987.9 3.00

Пове рхпостная

Без мелиоранта 95975.8 24788.1 71187.7 3.87

Глауконит-40 т/га 102531.7 35568.1 66963.6 2.88

Извесгь-8 т/га 104883.9 33888.1 70995.8 3.10

Объемная

Вез мелиоранта 95653.7 26311.5 69342.2 3.64

Глауконит-40 т/га 111257.1 37111.5 74145.6 3.00

Из весть-8 т/га 116594.3 35431.5 81162.8 3.29

Приведенные данные показывают высокую эффективность применения безотвальной системы обработки почвы.

Проведение биоэнергетической оценки различных способов заделки мелиорантов показывает, что наиболее эффективна с точки зрения затрат энергии на производство единицы продукции объемная обработка.

Общие выводы

К Интенсивное перемешивание почвы пахотного слоя (объемная обработка) способствует снижению накопления тяжелых металлов в зерне сельскохозяйственных культур по сравнению с поверхностной и отвальной обработками. Концентрация тяжелых металлов в растениях за три года снижается и происходит тенденция самосохранения растений за счет защитных барьеров самих растений.

2. При мелиорировании почвы внесением глауконита, при поверхностной заделке прибавка урожайности за три года составила 5.4 %, при отвальной 9.1 %, при объемной 14.4 %, при внесении извести соответственно 7.9 %, 9,2 %, 19.8 %. Средняя прибавка урожая затри года 0.4 т/га по сравнению с контролем.

3. При известковании происходит повышение рН, суммы поглощенных оснований, нитратного азога, подвижного фосфора, обменного калия' и снижение гидролитической кислотности, количества аммиачного азота.

При внесении глауконита, за счет сорбцноннмх свойств этого минерала происходит снижение гидролитической кислотности, суммы поглощенных оснований, аммиачного и нитратного азога, увеличивается ' количество подвижного фосфора и обменного калия.

4. На третий год происходит прочное закрепление цинка, свинца, марганца, как глауконитом, так и известью. На фиксацию меди и никеля

' мелиоранты оказывают различное влияние. Медь прочно закрепляется ; глауконитом, никель при известковании. Для закрепления тяжелых металлов при внесении глауконита предпочтителен отвальный способ, для извести объемный. При внесении глауконита накопление 'ГМ снижается от 2 до 4 раз, при известковании от 2 до 4.5 раз. При рассмотрении накопления всей разновидности ТМ известкование в выщелоченном черноземе является более эффективным приемом мелиорации, чем внесение глауконита.

5. Высокие доты внесения к почву кадмия и цинка увеличивают концентрации этих металлов в сорных растениях в десятки раз но сравнению с контролем. Двудольные сорняки отличаются высокой способностью аккумулировать в надземной массе тяжелые металлы, чем однодольные.

6. Выявлено, что проращивание семян пшеницы и гречихи в настое соломы этих же растений загрязненных тяжелыми металлами снижает энергию прорастания на 15-54% и всхожесть на 5-25%. Водные настои соломы гречихи оказывают большее ингибируюшее влияние на проростки пшеницы и гречихи, чем настои пшеницы при тех же концентрациях на проростки пшеницы и гречихи. Поэтому при размещении культур в севообороте необходимо учитывать их аллелопатические свойства.

7. Тяжелые металлы влияют на биологические свойства почвы, снижая интенсивность микробиологических процессов и активность почвенных ферментов. Степень разложения целлюлозы зависела от степени загрязнения почвы цинком и кадмием. Слабая интенсивность наблюдалась на вариантах с С<1 в дозе 800-1600 мг/кг (7.7-25.0%). На загрязненной почве С(1 в дозе 2-16 мг/кг степень разрушения составила 34.4-44.6%, 7.п в дозе 200-1600 мг/кг 14.1-17,7%, в то время как на контрольных вариантах 76.3%.

8. На почвах загрязненных кадмием на пшенице снижается полевая всхожесть на 12-25%, выживаемость растений на 20-32%, урожайность на 952%, на гречихе 8-13%, 13-32%, 23-52% соответственно. Снижение урожайности сухой массы дониика 9-58%. На почвах загрязненных цинком ие произошло достоверного снижения урожайности яровой пшеницы, на гречихе урожайность снижалась на 7-10%, сухой массы донника на 29-37%.

9. Через три года степень подвижности '¿.п при загрязнении почвы 200-1600 мг/кг в пахотном слое составила 11-45%, миграция в подпахотный слой составила 1-2%, степень подвижности Сс) при загрязнении 2-1600 мг/кг в пахотном слое составила 32-90%, миграция в подпахотный слой составила соответственно 6-16% от внесенной дозы.

10. Коэффициенты биологического поглощения являются наибольшими для листьев, затем в порядке наименьшего накопления ТМ в стеблях и наименьшими для зерна, высокие в первый год после внесения металлов на второй и третий годы они снижаются, и происходит восстановление почвы за счет миграции элементов в нижележащие горизонты и буферносгн почвы.

11. Загрязнение почвы кадмием и цинком снижает продуктивность фотосинтеза. Кадмий к дозах 2-1600 мг/кг снижает площадь листовой поверхности растений пшеницы на 23-60%, гречихи 31-64%. Цинк в дотах 200-1600 мг/кг снижает площадь листовой поверхности растений пшеницы на 23-46%, гречихи на 33-54% но отношению к контролю.

/ •• 12. Наивысшая биоэнер1чггическая эффективность при загрязнении почвы цинком и кадмием наблюдалась на контрольном варианте, где было получено 154472 МДж/га валовой энергии. Максимальный выход валовой энергии получен на пшенице - 63772, гречихе - 43597, доннике - 47103 МДж/га. Выход валовой энергии снизился на 47 %, энергетический коэффициент с 6.85 до 3.19.

13. Наиболее эффективно применение объёмной обработки, где аккумулирование энергии с урожаем получено на 4.8% больше при внесении глауконита- и на 9.7% при внесении извести» а затраты энергии па производство единицы продукции, на 5-7 % меньше по сравнению с огвальной. Коэффициент энергетической эффективности при объемной обработке при внесении извести составил 3.29 против 3.10 при поверхностной, при внесении глауконита 3.00 против 2.88 соответственно. Самые низкие затраты энергии получены при поверхностной заделке глауконита и извести 35568.1 и 33888.1 МДж соответственно.

Предложении производству

• Л. На почвах подверженных техногенному загрязнению эффективно проведение мелиорирующего способа санации почвы. С целью повышения урожайности, обогащения почвы капнем, перевода фосфора в наиболее усвояемую форму, фиксирования тяжелых металлов в гючве и снижения накопления их в растениях рекомендуется внесение глауконита в дозах 40 т/га.

2. Известкование приводит к снижению кислотности почвы, насыщению пахотного слоя основаниями Са и Мц - антагонистами ТМ, повышает интенсивность тарификационного процесса, переводит фосфор в более подвижное состояние. Поэтому в условиях закислсния почвы является более эффективным мероприятием. Рекомендуемая доза 8 т/га.

3; Для глауконита предлагается отвальный способ заделки. Для извести более эффективна её заделка с перемешиванием с почвой в объеме пахотного слоя.

Список работ «публикованных по теме диссертации

1. Влияние загрязнения почвы тяжелыми металлами на поступление их о растения. Тезисы докладов на ХЬ научно-технической конференции, г. Челябинск, 2001г. с. 384-386, (в соавторстве с Козаченко А.П).

2. Поступление тяжёлых металлов в культурные растения в зависимости от степени загрязнения почвы. Материалы Х1Л научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. Часть 3. г. Челябинск, 2002г. с. 124-127. (в соавторстве с Таскаевой А.Г., Козаченко А.П.).

3. Техногенное загрязнение сельхозугодий тяжелыми металлами. Вестник ЧГАУ. Т. 37, 2002г., с. 105-110. (в соавторстве с Мухаматнуровым М.М.).

4. К вопросу о влиянии тяжелых металлов на биологическую активность почвы. Материалы ХЫ1 научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 3, г. Челябинск, 2003г. с. 347.

5. Миграция окиси кадмия в модельном агроценозе. Материалы XL.HI научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 3. г. Челябинск, 2004г. с, 230-236. (в соавторстве с Таскаевой А.Г.),

Подписано в печать 22.05.2004 г. Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 п.л. Бумага «Госзнак». Тираж 100 окз. Заказ № 171

Типография ЧГАУ 454080, г. Челябинск, пр-т В.И. Ленина, 75

* 1 ß 3 4 f