Влияние технологических приемов возделывания зерновых культур на накопление 137Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв

Свириденко, Дмитрий Георгиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние технологических приемов возделывания зерновых культур на накопление 137Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние технологических приемов возделывания зерновых культур на накопление 137Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв"

Свириденко Дмитрий Георгиевич

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НА НАКОПЛЕНИЕ шСз И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В УРОЖАЕ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Специальность: 03.00.01. — радиобиология 03.00.16. - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ОБНИНСК-2006

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии» Россельхозакадемии

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

Доктор сельскохозяйственных наук Доктор биологических наук

Ратников Александр Николаевич Круглое Станислав Валентинович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор биологических наук

Ульяненко Лилия Николаевна

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский Институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Россельхозакадемии, г Обнинск

Кандидат химических наук

Кузнецов Анатолий Васильевич

ГУ ВНИИА Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии ям. Д.Н. Прянишникова, г. Москва

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Московский государственный университет им.М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, кафедра радиоэкологии и экотоксикологии. 119899, г. Москва, Воробьевы горы, МГУ Тел., факс (495)9392211

Защита диссертации состоится «2006 г. в часов на заседании Диссертационного совета Д 006.068.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии. Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 249032, Калужская обл., г Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ГНУ ВНИИСХРАЭ, Диссертационный совет. Тел. (48439)64802, факс (48439)68066

С диссертацией можно о лакомиться в библиотеке ВНИИСХРАЭ.

Автореферат разослан «■ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Шубина О.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации обусловлено преимущественно аварией на Чернобыльской АЭС. Именно сельскохозяйственные экосистемы являются наиболее уязвимыми и критическими вследствие того, что производимая на них продукция дает основной вклад в дозу внутреннего облучения населения, проживающего на загрязненных территориях.

В Российской Федерации радиоактивное загрязнение зафиксировано на территории 21 региона, а общая площадь, подвергшаяся загрязнению, составила 150 тыс. км2. Проблема реабилитации загрязненных территорий крайне сложна и зависит не только от радиологической обстановки, но и экономичесой ситуации в стране. Под термином реабилитация загрязнсннных территорий следует понимать систему мер, направленных на обеспечение безопасного проживания сельского населения, получение экологически безопасных продуктов питания, бесперебойное функционирование АПК. Изучение закономерностей поведения долгоживущих радионуклидов в агроценозах, оценка размеров их переноса по сельскохозяйственной цепочке в организм человека и возможности регулирования потока l37Cs с сельскохозяйственной продукцией остается актуальной и в отдаленный период после аварии на ЧАЭС. Постепенное ужесточение санитарно-гигиенических нормативов по содержанию 137Cs в продукции, получаемой на загрязненных территориях, и сокращение финансовых инвестиций в проведение защитных мероприятий диктует необходимость разработки и внедрения перспективных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих получение экологически чистых продуктов питания.

Большую озабоченность в последние десятилетия вызывает загрязнение природной среды тяжелыми металлами (ТМ). ТМ, такие как Со, Zn, Си, Ni, Mo. относятся к категории микроэлементов, но, накапливаясь в почвах и растениях в больших концентрациях, становятся токсичными для растений, животных и человека. Площадь почвенного покрова, загрязненного тяжелыми металлами, составляет по ориентировочной оценке 3,6 млн. га (Ромаяенко Г А. Концепция, 2003). Более 1 млн. га почв сельскохозяйственных угодий загрязнено особо токсичными элементами (I класс опасности) и около 2.3 млн. га - токсичными (II класс опасности). Прогнозирование радиоэкологической и химико-токсикологической обстановки в сельском хозяйстве, а также разработка комплекса мероприятий по ее улучшению и получению продукции, соответствующей санитарно-гигиеническом нормативам, базируется на изучении закономерностей поступления токсикантов в растения в зависимости от их вида, свойств, форм выпадений на агроценозы и уровня загрязнения почвы.

В настоящее время информации о воздействии токсикантов различной природы (радионуклиды, ТМ, комбинированное загрязнение) на почвенный микробоценоз и биологическую активность почвы, характеризующие уровень ее плодородия, недостаточно. Этот аспект проблемы особенно важен при разработке технологий и приемов, ориентированных на снижение негативного действия загрязняющих веществ на агроценозы и экологизацию земледелия.

Цель и задачи исследования. Целью работы является комплексная оценка влияния технологических приемов возделывания зерновых культур на их продукт ииность, накопление 137Cs, Cd и Zn в урожае и микробиологическую активность дерново-подзолистых почв при радиоактивном и химическом загрязнения

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние способов основной обработки почвы и средств химизации на накопление 137Cs в урожае зерновых культур (ячмень, пшеница, овес) и плодородие почв в условиях радиоактивного загрязнения.

2. Исследовать действие агрохимических приемов и природных сорбентов на переход l37Cs и продуктивность зерновых культур при радиоактивном загрязнении почв.

3. Изучить влияние агротехнических и агрохимических мероприятий на показатели биологической активности почв в условиях радиоактивного загрязнения.

4. Выявить фитотоксичное действие тяжелых металлов (на примере Cd) на продуктивность зерновых культур.

5. Оценить влияние органических удобрений и сорбентов на переход Cd и Zn в зерновые культуры при химическом (моно и биэлементном) и комбинированном радиоактивном и химическом загрязнении почв

6. Исследовать действие ТМ (Cd и Zn) па почвенный микробоценоз, потенциальную активность азотфиксации, денитрификации, скорость эмиссии СОг в почве и ферментативную активность дерново-подзолистых почв.

7. Изучить влияние органических удобрений и сорбентов на состав микробоценоза и биологическую активность почв при химическом загрязнении.

8. Сравнительная оценка эффективности агрохимических мероприятий по снижению потоков l37Cs с зерном (Бк/м2).

Теоретический вклад я научная новизна. Проведена количественная оценка перехода 137Cs, Cd и Zn в зерновые культуры при внесении в почву радионуклида и тяжелых металлов в различных концентрациях.

Проведенные исследования динамики изменения различных показателей биологической активности (численность основных групп почвенных микроорганизмов, потенциальная активность азотфиксации и денитрификации почвы, скорость эмиссии С02 в почве, активность катал азы, дегидрогеназы и др почвенных ферментов) позволяют получить объективную оценку состояния почвенного микробоценоза и изменения плодородия тех-ногенно загрязненной дерново-подзолистой почвы.

Оценена эффективность применения природных и новых искусственных сорбентов в ограничении перехода 137Cs, Cd и Zn в ячмень, овес и пшеницу и нивелировании негативного действия высоких концентраций загрязняющих веществ на биологическую активность почвы.

Проведен анализ применения комплекса агротехнических и агрохимических мероприятий по минимизации перехода l37Cs, Cd и Zn в зерновые культуры с целью экологизации земледелия и получения экологически безопасной продукции растениеводства на дерново-подзолистой почве. Разработаны конкретные предложения производству. Практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований свидетельствуют о том, что гарантированное получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на техногенно загрязненной дерново-подзолистой почве достигается оптимизацией технологий возделывания сельскохозяйственных культур при качественном выполнении всех агротехнических операций и внедрением новых приемов (в том числе с применением природных и новых искусственных сорбентов), способствующих минимизации накопления Cs, Cd и Zn зерновыми культурами.

Показано, что изменение различных показателей биологической активности почвы при применении различных приемов в технологиях возделывания культур дает объективную информацию о состоянии почвенного плодородия.

Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в конкретных рекомендациях по применению защитных мероприятий на техногенно загрязненных территориях с целью получения экологически безопасной продукции растениеводства.

Предложенные технологии обработки почвы, применения органических, минеральных удобрений, природных и искусственных сорбентов на техногенно загрязненных

сельскохозяйственных угодьях, можно использовать при разработке практических рекомендаций по организации и ведению сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Эффективность применения минеральных и органических удобрений, природных и искусственных сорбентов при химическом моно- и биэлементном и радиоактивном загрязнении с целью экологизации земледелия и получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на дерново-подзолистых почвах.

2. Влияние различных технологических приемов возделывания зерновых культур на показатели биологической активности радиоактивно загрязненной после аварии на ЧАЭС дерново-подзолистой почвы.

3. Оценка влияния различных концентраций ТМ (Cd и Zn) на показатели биологической активности дерново-подзолистой почвы: а) потенциальную активность азотфиксации, де-нитрификации и скорость эмиссии СОг в почве, б) численность основных групп почвенных микроорганизмов; в) ферментативную активность почвы.

4. Результаты по оценке применения органических и минеральных удобрений, природных и искусственных сорбентов с целью нейтрализации негативного действия Cd и Zn при химическом загрязнении на различные показатели биологической активности почвы. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Радиоактивность при ядерных авариях и взрывах» (Москва, 2000 г.), 1-й Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2004 г), 2-й Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2005 г.), б-й Международной конференции «Экология человека и природы (Плес, 2004 г.), 2-й Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» (Тула, 2004). Апробация диссертации состоялась на межлабораторном научном семинаре ГНУ ВНИИСХРАЭ 16 июня 2005 г.

Публикапии работ. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах в виде научных статей и тезисов докладов. 4 статьи приняты в печать и находятся в стадии опубликования.

Структура и объем диссерташш. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на/страницах текста, содержитрисунков, ^таблиц, ^страниц приложений.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые опыты по изучению влияния ic-xhojioi ических приемов - способов основной обработки почвы и внесения рекомендованных (N90P60K90-120) и повышенных ((N120-13JP90K120-180) доз минеральных удобрений на накопление wCs в урожае озимой ржи и ячменя и микробиологическую активность дерново-подзолистой песчаной почвы с плотностью загрязнения по 137Cs 850±150 кБк/м2 проводились в течение двух лет в Новозыбков-ском районе Брянской области. Исследованные культуры возделывались в звене севооборота со следующим чередованием культур: люпин, озимая рожь, картофель, ячмень, овес. Вспашка на глубину 20-22 см проводилась ПЛН-3-35, а обработка почвы на глубину 10-12 см осуществлялась тяжелыми дисковыми боронами (БДГ-3,0). Площадь опытных делянок - 84 м2. Повторность опытов - 4-х кратная Опытные культуры - яровой ячмень (сорт «Мосховский-2») и озимая рожь (сорт «Пуховчанка»). Агрохимические показатели почвы: рНш 5,9; гидролитическая кислотность - 0 64 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного фосфора и обменного калия — 28,0 и 7.8 мг/100 г почвы соответственно, содержание обменного кальция - 5,2, обменного магния 0,3 мг-экв/100 г почвы, гумус (по Тюрину) 1,82%.

Изучение влияния агрохимических приемов в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на переход |37Сз из почвы в продукцию растениеводства и состояние почвенного плодородия проводилась в полевых опытах в Ульяновском и Хвастович-ском районах Калужской области. Полевые опыты были заложены по следующей схеме: 1. Контроль-фон (без удобрений); 1. Фон + известь; 3. Фон + фосфоритовая мука, 4 Фон + калийные удобрения; 5 Фон + навоз; 6. Фон + навоз + известь; 7. Фон + навоз + калийные удобрения; 8. Фон + навоз + фосфоритная мука; 9. Фон + навоз + известь + калийные удобрения; 10. Фон +- навоз + известь + фосфоритная мука + калийные удобрения. По-вторность опытов - 4-х кратная. В колхозе «Красный Маяк» Ульяновского района опыт заложен на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Почвообразующая порода -покровные суглинки Размер делянок 10 х 100 м. Опытная культура - озимая пшеница, сорт «Заря». Плотность загрязнения 187±21 кБк/м2. В совхозе «Коммунар» Хвастовичско-го района опыт заложен на дерново-подзолистой супесчаной почве. Почвообразующая порода - моренные суглинки. Размер делянки 14 х 34 м, площадь делянки 448 м2 Опытная культура - озимая пшеница, сорт «Мироновская-808». Плотность загрязнения 176±23 кБк/м2.

Агрохимичесие показателя почв до закладки полевых опытов

Глубина, см рНка I Гумус, 1 % Р203 | К20 Са | Mg | Нг | Al

мг/кг почвы мгэкв/100 г почвы

Дерново-подзолистая супесчаная («Коммунар» Хвастовичскиб р-н)

0-20 5,0 1,31 27 65 3,70 0,30 2,34 0,04

20-40 4,6 0,85 16 52 3,25 0,33 2,37 0.10

Дерново-подзолистая легкосуглинистая («Красный Маяк» Ульяновский р-н)

0-20 5,1 1,32 39 75 | 5,98 0,59 2,13 0,02

20-40 4,7 0,87 29 49 ! 6,04 0,71 2,20 0,07

Комплексная оценка влияния загрязнения почв Cd и Zn на продуктивность зерновых культур, состав почвенного микробоценоза, биологическую активность почв и на поступление токсикантов в растения проводилась в серии вегетационных опытов на дерново-подзолистых почвах при концентрациях: Cd - 3,10,15 и 30; Zn- 300,1500 и 3000 мг/кг почвы при моно- биэлементном и сочетанном загрязнении. Закладка вегетационных опытов проводилась по общепринятой методике (Журбицкий З.И., 1968). При набивке сосудов, вмещающих 5 ki почвы, вносили по 0,75 г азота, фосфора и калия на сосуд в виде растворов солей NH4NO3, КН2РО4 и K2SO4 соответственно. Повторность 4-х кратная. Варианты опытов включали использование торфонавозного компоста в количествах 0,82,0% от веса почвы; органического удобрения (торф + птичий помет, 1:3), палыгорскито-вых глин и опок, а также модифицированных сорбентов на основе трепела в количестве 0,8% от веса почвы Опыты проводились с зерновыми культурами (ячмень, сорт «Эльф»; яровая пшеница, сорт «Энита»; овес, сорт «Скакун») 137Cs вносили в почву в виде раствора 137CsCl в количестве 148 кБк/кг.

При определении подвижных (доступных) соединений Zn и Cd в почвах и растениях руководствовались «Методическими указаниями» ЦИНАО (1993), а также ОСТ 1014788.

Все агрохимические показатели почв: содержание гумуса, рН, гидролитическую кислотность, сумму обменных оснований, содержание подвижного фосфора и обменного калия - определяли по стандартной методике (Аринушкина, 1970). При этом руководствовались ГОСТами: ГОСТ 26483-85 - ГОСТ 26490-85

Численность почвенных микроорганизмов определяли методом посева на агаризо-ванные питательные среды по общепринятой методике (Звягинцев Д.Г.,1991)- бактерий -мясо-пептонный агар (МПА), актиномицетов - крахмало-аммиачный агар (КАА). грибов

- среду Чапека. В вегетационном опыте 2003 г для учета бактерий использовали новую среду «rieh» (с добавлением к агару дрожжевого экстракта и гидролизата казеина), для учета актииомицетов - казеин-глицериновую среду, грибов - среду Чапека. Определение потенциальной активности азотфиксации, денитрификации и дыхания почвы (скорости эмиссии СОг в почве) осуществляли по методике МГУ (Звягинцев Д.Г., Умаров М М и др., 1991). Ошибка измерения составляла 10%. Анализ ферментативной активности почвы (определение активности каталазы, дегидрогеназы и др. ферментов) проводили по Хазие-ву Ф.Х. (1991).

Определение содержания ТМ в зерне и соломе проводили атомно-абсорбционным способом по методике ЦИНАО (1993). При этом руководствовались ОСТ 10 125-96

Содержание l37Cs в почве и растительном материале определяли методом полупроводниковой спектрометрии с использованием Ge (Li) детекторов и детекторов из сверхчистого германия (Ortec, США) и многоканальных анализаторов спектра IN-1200 (Франция) или Nokia LP 4900 (Финляндия) (ЦИНАО, Кузнецов A.B., 2000).

Математическую обработку результатов исследований, включавшую расчет статистических оценок, проведение корреляционного анализа данных, выполняли с использованием пакета прикладных программ в составе Excel 7,0 для Windows-98.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние средств химншции и способов основной обработки почвы на поступление

I37Cs в зерновые культуры

В полевом опыте на радиоактивно загрязненной дерново-подзолистой песчаной почве изучали влияние технологических приемов - способов основной обработки почвы и внесения рекомендованных (N90P60K90-120) и повышенных (N120-13sP90K.120.i80) доз минеральных удобрений на накопление 137Cs в урожае ячменя и озимой ржи.

Таблица 1. Влияние способов обработки дерново-подзолистой песчаной почвы и минеральных удобрений на накопление 137Ся в зерне ячменя и озимой ржи (1992 г.). КпшСв (Бк/кг)/(кБк/м2), V - вынос с зерном (Бк/ м2), п х 10"2 (Брянская обл.)

Вариант Вспашка (20-22 см) Дискование (10-12 см)

Урожай зерна, т/га KnU7Cs V Се Урожай зерна, т/га KnwCs VC»

Озимая рожь

Контроль(без удобрений) 2,4 9,1±0,8 2,20 1,9 8,2±0,6 1,55

N9oP6oK120Mg20 3,9 8,8±0,9 3,45 3,7 8,3±0,5 3,04

NusPsoK-inoMfco . _ 4,4 6,7±0,4 2,92 3,6 9,5±0,7 3,46

Ячмень

Контроль (без удобрений) и 5,5±0,5 0,73 1,2 8,0±0,7 0,93

NsoPwKwM&o 3,1 8,2±0,6 2,53 2,8 8Д±0,6 2,32

М|2оРбоК.12оМк4о 3,1 7,9±0,3 2,43 2,4 6,3±0,3 1 1,48

По результатам исследований продуктивность озимой ржи и ячменя, возделываемых по вспашке на контроле, в 1,1-1,3 раза выше, чем по дискованию (табл. 1). Применение минеральных удобрений в рекомендованной дозе - МэдР&оКво-ш в технологии возделывания озимой ржи и ячменя повышает урожай зерна в 1,6-2,4 раза. Внесение минеральных удобрений в повышенной дозе - ^го-шР^ш-ш не приводило к дальнейшем) росту урожайности озимой ржи и ячменя по сравнению с рекомендованной дозой.

Технология обрабо I ки почвы под картофель (внесено 80 т/га торфо-навозно! о компоста под перепашку), который был предшественником ячменя, способствовала в условиях засушливого вегетационного сезона более интенсивному поступлению 137Сз в ячмень

по дискованию. Кп|37Сз в зерно ячменя при дисковой обработке почвы в 1,4 раза выше чем по вспашке. Глубина основной обработки почвы под озимую рожь на неудобренном варианте не оказывала влияния на Кп Ся в растения (табл 1)

Внесение минеральных удобрений в рекомендованной дозе не влияло на поступление 137Сз в озимую рожь Увеличение дозы азота, фосфора и калия в 1,5 раза по сравнению с рекомендованной дозой полного минерального питания уменьшает аккумуляцию 1 "Сб в зерне озимой ржи по вспашке в 1,3 раза. Применение повышенной дозы минеральных удобрений в вариантах с дискованием на глубину 10-12 см усиливает переход Се в зерно озимой ржи. Вынос 137Ся с зерном озимой ржи при внесении ^РбоКшМ^го и N135Р90К18оМ§2о увеличивается по сравнению с контролем по вспашке в 1,3-1,5 раза, а при дисковой обработке в 2,0-2,3 раза Содержание '""Ся в зерне ячменя, возделываемого по вспашке при внесении минеральных удобрений, в 1,3-1,6 раза выше, чем на контроле Увеличение урожайности ячменя по вспашке на удобренных вариантах обусловило более высокий вынос 137Сз с зерном (табл 1). Кп137С$ в зерно ячменя по дискованию при внесении повышенной дозы удобрений снижается в 1,3 раза.

Влияние приемов окультуривания дерново-подзолис гых почв на поступление ШС$ в

урожай зерновых культур

В полевых опытах на дерново-подзолистой супесчаной, дерново-подзолистой легкосуглинистой почвах изучали влияние агрохимических мероприятий на переход '"Се из почв в зерновые культуры и показатели почвенного плодородия. Для почв опытных участков в Хвастовичском и Ульяновском районах Калужской области характерен низкий уровень плодородия, особенно по таким показателям, как содержание обменного калия и подвижных форм фосфора.

Плужная обработка почвы после многолетних трав, предшественника озимой пшеницы, привела к увеличению содержания гумуса и улучшению фосфатного режима дерново-подзолистой супесчаной почвы. Одноразовое внесение навоза (55 т/га), в сочетании его с другими агромелиорантами и при комплексном агрохимическом окультуривании почвы повышает содержание гумуса на 32-45%. Применение одной фосфоритной муки, навоза совместно с фосфоритной мукой, а также внесение всех исследуемых мелиорантов пополняет запасы подвижных форм фосфора на 60-114 мг/кг почвы. Количество обменного калия в дерново-подзолис гой супесчаной почве возрастает при внесении калийных удобрений, навоза и совместном внесении навоза, извести и калийных удобрений на 48-90 мг/кг почвы. Максимальное снижение кислотности почвенного раствора наблюдается при комплексном агрохимическом окультуривании почвы.

Накопление 137С» в зерне озимой пшеницы при раздельном внесении извести и фосфоритной муки снижается по сравнению с контролем незначительно, на 13%. Наибольший положительный эффект как по снижению содержания 137Сз в зерне озимой пшеницы, так и по выносу с урожаем, получен при внесении в дерново-подзолистую супесчаную почву калийных удобрений (табл. 2). Содержание 137Сь в зерне озимой пшеницы при внесении навоза в 1,7 раза ниже, чем на неудобренной почве Эффективность известкования и фосфоритования по ограничению перехода 137Сз в растения возрастает на фоне навоза и составляет 1,7-2,2 раза Комплексное проведение всех агрохимических приемов по окультуриванию дерново-ползолистой супесчаной почвы обеспечивает снижение содержания Се в зерне озимой пшеницы в 3,0 раза. Следует подчеркнуть, что при совместном внесении навоза и калийных удобрений (вар. 7), навоза, извести и калийных удобрений (вар 9 табл. 2) вынос 137Сз зерном озимой пшеницы значительно ниже, чем при исполыо-рании одного навоза. Последействие известкования и фосфоритования почвы проявилось в повышении урожайности ячменя, но не оказывало значительного влияния на переход 1 "Ся в растения по сравнению с контролем. Однократное раздельное внесение навои и калийных удобрений приводи! к уменьшению накопления "Се в зерне ячменя в 2.1 1 ^

раза. Максимальный эффект по ограничению перехода 117С'5 и; почвы в ячмень получен при однократном внесении калийных удобрений в повышенной дозе (К350). Накопление 1 С'5 в зерне ячменя при внесении извести и фосфоритной муки на фоне навоза снижается в 1,5-1,8 раза. Положительный защитный эффект последействия различных пар комбинаций удобрений (навоза, извести, фосфоритной муки, калийных удобрений) по критерию выноса 13 Се с урожаем ячменя проявился меньше, чем для озимой пшеницы. Эффективность приемов комплексного агрохимического окультуривания дерново-подзолистой супесчаной почвы в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур и уменьшении поступления 137Сэ в растения пролонгируется на 4-й год после его проведения.

Таблица 2. Коэффициенты перехода в растения и вынос (V) с зерном из дерново -подзолистой супесчаной почвы при плотности загрязнения 1 кБк/м2. Кп шСз (Бк/кг^кБк/м2). (Хвастовичский район, Калужская обл.)

Вариант Пшеница озимая, зерно | Ячмень*, зе| рно

Урожай, т/га Кп 1 V, Бк/м7 Урожай, т/га Кп V, Бк/м'

п х 10'2 п х 10'2

1 Контроль (фон) 1,45 9,6 1,39 ; 1,62 13,5 2,19

2 Фон + известь 5,3 т/га 1,57 8,4 1,32 , 2,56 12,0 3,07

3 Фон фосфоритная мука 2,26 т/га 1,56 8,4 1,31 ( 2,41 12,8 3,08

4 Фон + К35о 1,49 3,6 0,54 | 2,93 5,3 1,55

5 Фон + навоз 55 т/га 1,66 5,6 0,93 ! 3,01 6,4 1,93

6 Фон+навоз 55 т/га+известь 5,3 т/га 1,73 5,6 0,97 2,59 7,5 1,94

7 Фон + навоз 55 т/га + К350 1,67 3,6 0,60 1 3,01 6,0 1,81

8 Фон навоз 55 т/га + фосфоритная мука 2,26 т/га 1,71 4,4 t 0,75 , 2,56 9,0 2,30

9 Фон+навоз 55 т/га+известь 6,5 т/га + К350 1,73 3,6 0,62 2,98 5,6 1,67

10 Фон+навоз 55 т/га+известь 6,5 г/га * фосфоритная мука 2,4 т/га н К350 1,79 3,2 0,57 3,24 7,0 2,27

НСР„4 0,28 0,8 0,25 1,1

* МадРюКэо внесено на весь опытный участок под ячмень

Комплексная оценка влияния агрохимических мероприятий в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на параметры почвенного плодородия, продуктивность, биологическую подвижность 137Сз и микробиоло! ическую активность почвы проведена на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве

Известкование дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы приводит к снижению накопления 137Св в зерне озимой пшеницы в 1,4 раза При внесении калийных удобрений получен стабильный положительный эффект как по критерию снижения содержания в зерне, так и по выносу с урожаем (вар. 4 табл. 3). Ко »ффициент перехода 137Сз из дерниво-подзолистой легкосуглинистой почвы в растения при внесении навоза снижается в !,<; раза. Накопление |37Сз в зерне озимой пшеницы при сочетанном внесения навоза. и!вес1и, калийных удобрений в 2,1 раза меньше, чем на неудобренной почве. Максимальный »ффект по ограничению перехода |37Сз из почвы в озимую пшеницу наблюдается при коми 1ексном окультуривании почвы, который составляет 2,3 раза.

Эффективность агрохимических мероприятий по снижению перехода ,37Сз в зерновые культуры на дерново-подзолистой супесчаной почве выше, чем на дерново-пол (о шетой легкосуглинистой

Таблица 3. Влияние агрохимических мероприятий на переход "'С! в озимую пшеницу и вынос (V) с зерном из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при плотности загрязнения 1 кБк/м2, Кп |37С8 (Бк/кг)/(кБк/м2). (Ульяновский район, Калуж-

Вариант Урожай зерна, т/га Кп ШС8 Бк/м2 Кратность снижения, раз

п-10"' по Кп поУ

1 Контроль (фон) 1,16 7,5 0,87 1,0 1,0

2. Фон+известъ 6,5 т/га 1,64 5,3 0,87 1,4 1,0

3. Фон+фосфоритная мука 2,05 т/га 1,57 6,6 1,04 1,1 0,8

4. Фон+Кзю 1,66 3,7 0,61 2,0 1,4

5. Фон+навоз 60 т/га 1,88 5,1 0,96 1,5 0,9

6. Фон+навоз 60 т/га+известь 6,5 т/га 1,73 4,5 0,78 1,7 1,1

7. Фон+навоз 60 т/га+КзМ 1,99 3,9 0,78 1,9 1,1

8. Фон+навоз бОг/га+фосф.мука 2,05 т/га 1,85 5,1 0,94 1,5 0,9

9. Фон+навоз бОт/га+известь 6,5т/га+Кз8о 1,89 3,6 0,68 2,1 1,3

10. Фон + навоз 60 т/га + известь 6,5 т/га + фосфоритная мука 2,05 т/га + К3м 2,23 3,3 0,74 2,3 1,2

НСР05 0,18 0,5

Изучение влияния органических и минеральных удобрений, а также природных сорбентов, добываемых в Калужской области - палыгорскитовых глин и опок, на поступление '"Се в урожай овса проводилось в условиях полевого опыта на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Внесение палыгорскитовой глины и опоки в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву повышает емкость поглощения и способствует созданию новых сорбционных мест и более прочному закреплению 137Сб почвенно-поглощающим комплексом. Содержание обменного 137Св в почве при внесении палыгорскитовой глины и опоки на фоне ЫбоРбоК«> снижается в 1,7-2,5 раза (1993 г.) (табл. 4). Это приводит к снижению накопления '"Сэ в зерне овса в 2,3-2,4 раза (табл. 5). Количество подвижных форм '"Сэ, наиболее доступных для корневого усвоения растениями, снижается при внесении опоки и пальн орскитовой глины в 2,9-6,8 раза (табл. 4). Доля фиксированного п7Сз увеличилась по сравнению с немелиорированной почвой в 1,2 раза. Наибольшая (ффсктивность природных сорбентов по снижению подвижности 137Св в почве отмечается на второй год после проведения эксперимента. Эффективность палыгорскитовой глины на фоне ЫбоРбоК« по ограничению поступления Се в ¡ерно овса выше, чем опоки (табл 5).

Таблица 4. Формы нахождения |37С$ в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при однократном внесении сорбентов (в % от валового содержания в слое 0-20 см)

1 Растворители Остаточное

Вариант 1нСН3СОО№1, 1нНС1 Зн НС1

1 Хер. [ ±25 Хер ! ±28 Хер. | +26 Хер. I ±28

Почва до закладки опыта, контроль

1 12,4 | 1,4 | 4,1 | 0,98 | 14,4 | 1.3 [ 69,4 | 2,9

* 1993 г.

1 . 10,4 1,8 3,6 0,5 16,2 1.5 69,8 2,5

2 ' 5,0 0,8 2,7 0,3 13,5 1.7 _| 78,8 3,3

3 ! 7,1 1,0 4,9 0,7 15,7 1.2 72,3 2,1

* 1994 г.

1 7,3 0,8 3,0 0,4 17,9 1 5 71,8 2,9

2 1,3 0,3 1,1 0,2 12,5 0.8 85,1 3,5

3 , 3,4 0,5 2,3 0,1 13,4 0,7 80,9 2,7

Варианты I МццРмКвЫ 2 - Палшорскитовая глина 20 т/га + УцР^к; ? Опока 20 т/га +

Таблица 5. Действие и последействие навоза и природных сорбентов на переход 137С* из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в зерно овса

Вариант опыта 1993 г. 1994 г.

Урожай зерна, т/га Kri Cs nx 102 V, Бк/м2, п х W2 Урожай зерна, т/га Knl37Cs, п х 10"2 V, Бк/м', пх 10"г

NeoPajKio 3,24 4,5 14,6 1,89 9,2 17,4

N40P120K«) 4,02 2,4 9,6 3,13 8,0 25,0

НиЛоК.,» 3,87 2,3 8,9 3,28 6,9 22,6

НюРвоКм +папыгорс-китовая глина 20 т/га 4,40 2.0 8,8 2,56 4,8 12,3

NioPioKio+опока 20 т/га 4,76 1,9 9,0 2,53 5,4 13,7

NioPioKio+HaBos 50 т/га 5,00 2,5 12,5 4,02 4,7 18,9

НСР05 0,49 0,4 - 0,22 0;5 -

Влияние тяжелых металлов на продуктивность зерновых культур

Результаты трехлетних вегетационных опытов по изучению влияния кадмия на продуктивность зерновых культур, выращенных на дерново-подзолистой супесчаной почве, показали, что концентрация металла 100 мг/кг почвы сказывается отрицательно на урожайности овса, ячменя и яровой пшеницы, снижая урожай в 1,4-1,6 раза по сравнению с контролем. Доза Cd 150 мг/почвы приводит к снижению продуктивности зерновых культур в 2,1-2,6 раза. При загрязнении почвы Cd 300 мг/кг получение урожая зерна овса становится невозможным (табл. 6). При сочетанием присутствии в почве Cd и Zn в количествах 15 и 1500 мг/кг (5 ПДК), а также при загрязнении почвы Zn в концентрации 1500 мг/кг и более наблюдается 100% гибель растений на ранней стадии развития (табл. 9).

Таблица 6. Продуктивность овса, ячменя и пшеницы при загрязнении дерново-подзолистой супесчаной почвы кадмием, г/сосуд (среднее за 1995-1997 гг.)

Доза металла, мг/кг почвы Овес Ячмень Пшеница

зерно солома зерно солома зерно солома

Фон - NPK 71,7 150,6 53,2 105,3 _ 64,8 125,6

Cd;0 68,1 135,6 50,1 98,6 60,3 114,7

Cdioo 48,9 100,7 37,9 81,6 41,5 87,5

Cdiso 28,0 85,6 25,1 62,4 29,6 48,4

Cd2oo 18,2 70,3 11,0 40,3 8,5 31,6

Cd300 - 23,8 3,1 20,8 3,2 29,6

HCP05 4,4 9,2 3,0 6,4 3,5 8,0

Влияние органических удобрений и сорбентов на накопление Сй и Ъа. в урожае зерновых культур при химическом загрязнении дериово-подзолистых почв

В условиях вегетационных опытов на дерново-подзолистых почвах различного механического состава изучали действие и Ъп на продуктивность зерновых культур и накопление их в урожае. Дозы Сб 10 и /л 300 мг/кг почвы были выбраны как соответствующие уровням загрязнения вблизи промышленных предприятий и шоссейных дорог. При моноэлементном загрязнении почв ГМ прямой пропорциональной зависимости между накоплением металла в урожае и содержанием его в почве не наблюдается При увеличении концентрации Сй в почве с 3 до 10 мг/кг содержание токсиканга возрастает в зерне в 1,7, а в соломе - в 2,0 раза. При повышении концентрации 2я в почве с 50 до 300 мг/кг накопление металла в зерне и соломе ячменя возрастает в 1,8 и 6,7 раза соответственно

(табл 7). ^л современного техногенного загрязнения характерен, в основном, полиэлементный состав загрязняющих веществ, поэтому важно знать влияние различных комбинаций ТМ на поступление их в растения и на продуктивность последних, по сравнению с моноэлементным загрязнением. В наших исследованиях изучали комбинации (С<1 + Хп) -биэлементное загрязнение почвы.

При одновременном загрязнении почвы С<1з и ¿Пъо отмечается усиление поступления Тп в зерно ячменя в 1,5 раза. При повышении концентрации С<1 (Сс1ю) и Ъа (2пзоо) накопление Сс1 в урожае снижается в 1,1-1,4 раза (табл 7). Содержание Хп в урожае ячменя при биэлементном загрязнении почвы (Сфо+^пзоо) уменьшается в 1,5 раза. Наблюдаемые эффекты объясняются, вероятнее всего, конкурентным взаимодействием отличающихся по своим физиологическим функциям металлов С<1 и 7.п при их поглощении из почвенного раствора корневой системой и последующей транслокации в растениях, а не конкуренцией ионов, обладающих близкими физико-химическими характеристиками металлов при сорбции их в почве.

Таблица 7. Влияние торфоиавозиого компоста (ТНК) на накопление С<1 в^в урожае ячменя на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве

Вариант Масса, г/сосуд Содержание, мг/кг

СМ Та

зерно солома зерно солома зерно солома

Фон-№>К 18,1±1,1 20,5*1,5 0,2*0,0 0,3*0,0 41,8*8,9 40,5*1,2

Фон + ТНК 18,1*1,3 23,5±0,8Л 0,2*0,0 0,4*0,1 38,8*0,7 41,0*0,0

Фон + С<Ь* 15,3*1,4Л 21,5*0,8 1,5±0,1 6,7*0,0 38,8*1,2 34,6*0,3

Фон + С(1ш 15,8*0,6* 18,5*0,8 2,6±0,1 13,5*1,3 40,6*0,5 37,9*2,2

Фон + ТНК + С<Ь 17,3*0,4 19,5*0,3** 1,7*0,1 6,9*0,3 37,1*0,2 45,%Ю,4

Фон + ТНК + С<1,о 17,9±0,8 18,8*0,8** 2,7*0,1 16,3*1,2 38,6*2,4 45,5*0,2

Фон + Тпу, 17,3±0,9 21,3*0,8 0,2*0,0 0,3*0,0 81,7*0,3 135,1*13,0

Фон+ 5511300 19,5*0,6 20,34=0,5 0,2*0,0 следы 145,0*1,3 902,5*67,2

Фон + ТНК+гпя 18,4*1,6 20,3*0,9** следы следы 52,0*0,5 111,5*2,1

Фон + ТНК+ 2х\ш 20,4*0,8** 22,5*0,4 следы следы 153,3*0,0 632,0*8,8

Фон-КИз+гпю 20,7±2,0Л 20,0* 1,2 1,5*0,1 3,5*0,1 76,6*0,2 117,4*0,4

Фон+ТНК+Са3+ 2п,о 21,9*1,7** 23,0*0,6 1,4*0,1 3,2*0,0 75,4*1,6 118,0*1,1

Фон+СМю+^зоо 19,4±1,1 19,8*0,5 1,9*0,2 11,8*0,2 95,6*13,7 587,0*5,7

Фон+ТНК+Сс)|о+ гпзоо 18,1±1,3 17,5*3,3** 2,8*0,1 9,6*0,1 144,1*3,8 528,0*2,5

* - мг/кг почвы; л, ^ - различия достоверны по (фону-ЫРК) и (фону+ТНК) при Р=0,95.

При моноэлементном загрязнении почвы С(1з и С(1ю достоверных различий в накоплении металлов при добавлении ТНК не обнаружено. Внесение ТНК в почву с концентрацией способствует снижению накопления металла в зерне ячменя в 1,6 раза, в соломе - в 1,2 раза по сравнению с вариантами без внесения мелиоранта. Торфонавозный компост (ТНК), внесенный в загрязненную ¿пш почву, действуя как агромелиорант, снижает содержание цинка в соломе ячменя в 1,4 раза. В случае сочетанного загрязнения почвы СсЗз и 7.П',о положительного действия органического удобрения по ограничению поступления металлов в урожай не наблюдалось. При биэлементном загрязнении почвы в дозах (С<1ю+2пзоо) применение ТНК оказывает неоднозначное действие на накопление Сё и Та в урожае ячменя. Содержание Сс1 и 7.п в зерне повышается в 1,5 раза, а в соломе снижается в 1,1-1,2 раза.

Применение природных мелиорантов (палыгорскитовых глин, опок, трепелов), обладающих высокой емкостью поглощения является одним из важнейших звеньев технологии возделывания зерновых культур в зоне 1ехногенного и радиоактивно! о загрязнения. В результате использования природных мепиорантов значительная часть цементов мине-

рального питания, вносимых с удобрениями, будет удерживаться в почве в течение продолжительного времени и постепенно поглощаться растениями.

Для оценки влияния природных мелиорантов на накопление тяжелых металлов (Сс1, гп) в зерновых культурах в условиях раздельного и совместного поступления металлов в почву были проведены вегетационные опыты. Исследования показали, что внесение палыгорскитовой глины и опоки в количестве 0,8% от веса загрязненной Сёи и Тл-заа почвы не оказывало положительного эффекта по ограничению поступления СА и Ъл в зерно ячменя в год внесения и яровой пшеницы на следующий год, как при моноэлементном, так и при сочетанном (С(1|5+2лзоо) загрязнении почвы (табл. 8).

Таблица 8. Действие и последействие природных мелиорантов на накопление Сс1 и Ъа в зерне ячменя и яровой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (2001-2002 гг.)

Вариант опыта Ячмень Яровая пшеница

Масса зерна, г/сосуд Содержание,мг/ кг Масса зерна, г/сосуд Содержание,мг/кг

СЛ Zn Cd 7л

Фоя-ОТК 30,94:0,3 следы 46,4±1,1 28,0t 1,9 од 41,8±3,0

Фон-ЫРК+палыгорскитовая глина 30,0±0,7 следы 46,4±1,0 29,6±0,8 0,2 42,8±2,0

Фон-ОТК+опока 26,8±2,6 следы 46,4±0,9 28Д±1,3 ОД 40,8±2,9.

Фон+Са,,* 30,0±1,0 3,7±0Д 46,4±1,2 28,7±1,1 2,7±0,1 45,9±4,0

Фон-КМ,5+палы горе китовая глина 26,8±0,6 3,3±0,4 49,3±3,0 26,9±0,6 2,6±0,1 44,5±5,0

Фон-КМп+опока 26,3±1,1 3,6±0,1 49,0±1,5 25,7±0,5 2,7±0Д 43,4±3,8

фон+гпздо 30,3*0,7 следы 168,6±2,0 27,9t 1,8 од 77,4±3,6

Фон+2пио+палыгорскитовая глина 30,6*1,2 0,2 171,8±3,5 27,1±1,1 од 82,8±1,6

Фон+2лзоо+°пока 30,4±2,3 следы 162,3±17,3 29,7±2,1 ОД 7б,2±3,5

Фон+С(115+2пз(ю 30,0*0,5 3,7±0,1 174,0±4,2 28,1±0,6 1,3±0,0 80,3±2,8

Фон+Сд15+2пзоо+палыгорсюгговая глина 29,0±1,5 3,7±0,0 180,3±2,7 28,3±1,1 1,9±0,1 83,7±1,9

Фон+О!] 5+2п3оо+опока 25,3±1,2 3,5±0,3 168,8±4,8 27,9±0,7 1,6±0,1 85,5±5,4

* - мг/кг почвы

Таким образом, использование палыгорскитовой глины и опоки с целью снижения накопления ТМ в урожае зерновых культур при химическом загрязнении почв представляется нецелесообразным. Тем не менее, использование палыгорскитовой глины весьма эффективно для снижения накопления "'Се зерновыми культурами в случае радиоактивного загрязнения почв, о чем уже говорилось ранее.

Для смягчения негативного воздействия Сс1 и 2п на почву и снижения поступления в растения проведена сравнительная оценка эффективности двух видов органических удобрений, палыгорскитовой глины и новых модифицированных сорбентов на основе трепела в серии вегетационных опытов. Установлено, что при увеличении концентрации С<1 с 3 до 15 и ¡агем до 30 мг/кг (т. е. в 5 и 10 раз) в дерново-подзолистой среднесупшни-стой почве содержание элемента в вегетативной массе ячменя на ранней стадии развития (фаза кущения) возрастает в 2,9-4,8 раза, т. е зависимость не является линейной (табл. 9). Обогащение почвы, загрязненной Сйзо (10 Г1ДК), палыгорскитовой глиной и органическими удобрениями, не оказывало влияния на поступление С<1 в вегетативную массу ячменя. Внесение модифицированных сорбентов в дерново-подзолистую среднееугляни-стую почву замецляет переход Сё в растения в 1,3 и 1,7 раза. Это связано с высокой емкостью поглощения модифицированных сорбентов В эксперименте был применен термо-

химический способ модификации природного трепела (кремнистого минерала Зикеевско-го месторождения Калужской области) и его смеси с вермикулитом (1:1).

При современном характере загрязнения возможен вариант совместного присутствия в исследуемой почве радионуклидов и ТМ. Исследования показали, что накопление шСз в вегетативной массе ячменя зависит от вида и концентрации металлов, добавленных в почву (табл. 9). При внесении в почву одного Сё в количествах от 3 до 30 мг/кг (1-10 ПДК) содержание 13 Сэ в ячмене достоверно не изменялось, а при внесении 300 мг/кг 2п (1 ПДК) возрастало в 2,2 раза по сравнению с контролем. Добавление в радиоактивно загрязненную почву ?,п в дозах 5 и 10 ПДК вызывало гибель растений еще до достижения ими фазы кущения, как и в вариантах без внесения 137Сз. Сочетанное внесение токсикантов (Сёи+гщзоо) также вызывало гибель растений.

При комбинированном химическом и радиоактивном загрязнении почвы агроме-лиоранты (палыгорскитовая глина, органические удобрения 1 и 2, модифицированные сорбенты) оказывали заметное влияние на накопление Се вегетативной массой ячменя. Так, под влиянием палыгорскитовой глины накопление ,37Сз достоверно снижалось по сравнению с вариантом загрязнения почвы одним Сёзо в 1,5 раза (табл. 9).

Таблица 9. Накопление С<1,2п и Се вегетативной массой ячменя при химическом и комбинированном загрязнении дерново-подзолистой среднесуглииистой почвы

Вариант Сухая масса, г/сосуд Содержание, мг/кг воздушно-сухой массы Вариант Сухая масса, г/сосуд Кн'иС8, пх 10"2

са 2л

Фон -№К 2,9±0,2 0,2±0,0 45,0±0,0 Фон-ЫРК+'^Св 2,8±0Д 7,5±0,8

Фон-КМзА 3,3±0,2 3,6±0,1 47,5±0,4 Фон+Сс1з+"'С8 3,2±0,2 8,7±0,5

Фон+Сён 2,6±0,2 10,5±0Д 39,3±0,5 Фон+Са,5+и'Сз 2,7±0,2 7,5±0,5

Фон+Сёи 2,9±0,2 17,3±0,3 46,2±1,5 Фон+Сазо+'^'Св 2,8±0Д 8,0±0,5

Фон+Сйзо+ палыгорскиг 2,5±0,2 21,4±0,3 47,8±2,0 Фон+Сйзо+"'Сз + палыгорскиг 2,4±0,2 5,1±0,4#

Фон-КМ30+ органика 1* 2,8±0,2 19,3±0,2 46,3±0,5 Фон-КМм+ '"Сэ+органика 1 2,8±0,3 4,0±0,3#

Фон+С<1зо+ органика 2** 3,4±0,2# 18,6±0,3 48,2±0.5 Фои-Ю1зо+м'С8 -•-органика 2 3,б±0,2# 3,8±0,3#

Фон+СЯм+ сорбент 1*** 2,Ш,2 12,9±0,2 32,5±0,3 Фон+Сёзо+ "7Сз+сорбент 1 2,7±0,2 5,8±0,4# 1

Фон-КМ3о+ сорбент 2*«** 2,5±0,2 10,0±0,2 30,7±4,0 Фон+С(1эо+ "7С8+сорбент2 2,6±0,2 | 4,6±0,4# !

Фон+гпзоо 3,0±0.2 0,2±0,0 760,3*18,0 Фои+гпзоо+'^'Св 2,7±0,4 ; 16,4±1,0#

Фон+2П1500 гибель растений Фон+гп|500+1;"С8 гибель рас гений

Фон+са„+ +2п15оо гибель растений Ф0Н+С(1ц+ Й1>500 гибель растений

Фон+гпзооо гибель растений Фон+гпзооо+'"С8 гибель рас гений

л - мг/кг почвы Органика 1* Органика 2** Сорбент 1*»* Сорбент 2****

#- различия достоверны при Р-0,95.

- куриный помет я торф 1:3;

- комплексное органо-минеральное удобрение;

- модифицированный алюминированный трепел; модифицированный алюминированный трепел с вермику тигом

Заправка почвы органическими удобрениями обеспечила уменьшение накопления 137Сз в биомассе ячменя в 1,9-2,0 раза в варианте с внесением С<!эо. Сорбенты I и 2, вне-

сенные в загрязненную С(Ьо почву, также уменьшили содержание ,37Cs в растениях в 1,3 и 1,6 раза, как по сравнению с контролем, так и с вариантом без внесения мелиорантов.

Снижение поступления цезия в вариантах с применением палыгорскитовых глин и модифицированных сорбентов можно объяснить наличием у них специфической сорбции по отношению к 137Cs. У модифицированных сорбентов, за счет образования новой алю-мосиликатной матрицы, эти свойства усиливаются.

Таким образом, при одновременном присутствии в почве наблюдается конкурентное взаимодействие металлов, приводящее к изменению их накопления в органах растений, причем различия более выражены для соломы, чем для зерна. Органические удобрения, повышая сорбционные свойства почв, способны фиксировать некоторые количества Cd и Zn при моно- и биэлементном присутствии их в почве. Новые модифицированные сорбенты на основе трепела с высокой емкостью поглощения оказались весьма перспективны для их использования на техногенно загрязненных почвах с целью снижения поступления Cd и Zn в растения В то же время использование, как органических удобрений, так и палыгорскитовой глины и новых сорбентов, существенно снижает поступление l37Cs в растения при комбинированном химическом и радиоактивном загрязнении почвы

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ И АГРОХИМИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Для оценки динамики изменения состояния почвенного микробоценоза радиоактивно загрязненной дерново-подзолистой песчаной почвы под ячменем и озимой рожью в Новозыбковском районе Брянской области в зависимости от доз минеральных удобрений и способов обработки почвы (вспашка, дискование) каждый месяц в течение вегетационного периода 1991-1992 г г отбирались образцы почвы в полевом опыте для определения различных показателей биологической активности почвы.

В полевых условиях было интересно проследить динамику изменения таких важных показателей биологической активности, как потенциальная активность азотфиксации и скорость эмиссии СО2 в почве под ячменем и озимой рожью в зависимости от доз применяемых удобрений и способов обработки почвы. Как известно, показатель уровня азот-фиксации тесным образом связан с содержанием гумуса в почве.

В полевом опыте 1992 г. под ячменем наиболее благоприятные условия для накопления биологического азота в почве складывались в апреле и в мае (до фазы кущения), когда дефицит влаги в почве еще не ощущался так сильно В дальнейшем потенциальная активность азотфиксации, как при вспашке, так и при дисковании снижалась в 2-3 раза, оставаясь, в среднем, очень низкой. Дефицит влаги в почве вызвал сдвиг максимума азотфиксации к началу вегетационного периода. Под ячменем на контроле по дискованию азотфиксация достоверно не изменялась по сравнению со вспашкой в апреле и июне, а в мае она снижалась в 2,5 раза, к моменту уборки урожая напротив, возросла в 1,7 paia (рис. 1). Под озимой рожью на неудобренном варианте азотфиксация при вспашке не менялась в течение всего вегетационного периода, дискование почвы достоверно увеличило шаче-ние этого показателя в мае и июле в 1,9-3,2 раза. Внесение рекомендованной дозы минеральных удобрений (NtX)Pw)Ki)oMg3o) под ячмень стимулировало азотфиксацию при (исковой обработке дерново-подзолистой песчаной почвы в 1,5-2 раза. Повышенные дозы удобрений (Ni2oP6oK,2oMg.,o) под ячмень при дисковании либо снижали в 1,3-1,7 pasa (май, июль), либо существенно не меняли уровень азотфиксации почвы по сравнению с контролем. Эти же дозы удобрений вызывали угнетение деятельности азотфиксярующих бактерий при вспашке в апреле - мае в 1,3-2,8 раза, и лишь к концу вегетации наблюдалась стимуляция - в 1,3-1,7 раза

Под озимой рожью стимуляция азотфиксации при внесении рекомендованных (N9oP<soKi2oMg2o) и повышенных (Nj35p9oKi8oMg2o) лоз удобрений отмечена при вспашке

лишь в апреле (рост составил 2,0 раза по сравнению с контролем) Уровень азотфиксации в почве под озимой рожью, возделываемой по дискованию при внесении повышенных доз минеральных удобрений увеличивается в июне в 2,3 раза В целом следует говорить о большей отзывчивости ячменя на внесение рекомендованных доз минеральных удобрений по сравнению с озимой рожью.

Интенсивность дыхания почвы характеризует процессы минерализации органического вещества. Наблюдения за динамикой интенсивнос1и дыхания почвы показали, что скорость эмиссии СОг в почве на контроле в посевах ячменя и озимой ржи, как по вспашке. так и по дискованию, достигает минимума в мае и резко возрастает при дефиците вла-I и в июне и июле (рис. 2). Активность дыхания почвы в вариантах без внесения минеральных удобрений при дисковой обработке почвы под ячмень по сравнению со вспашкой в мае и июле выше в 1,4 и 6,1 раза соответственно. Отмечено, что скорость эмиссии СО2 в почве в июне 1992 г. на контроле под ячменем при дисковании в 1,4 раза ниже, чем по вспашке. При возделывании озимой ржи при дисковании потенциальная активность дыхания в июле была в 1,3 раза выше, а в апреле в 1,5 раза ниже по сравнению со вспашкой в вариантах без внесения минеральных удобрений.

Внесение минеральных удобрений усиливает процесс дыхания почвы при плужной обработке, как в посевах ячменя, так и в посевах озимой ржи Кратность увеличения активности дыхания при внесении минеральных удобрений под ячмень составила в мае 1,23,4 раза в зависимости от их доз, а в июне - 1,2 раза. Следует отметить, что в апреле под ячменем при вспашке происходит стимуляция дыхания почвы только по повышенному фону удобрений (Н12оРбоК12оМ84о) - в 1,3 раза. В засушливых условиях вегетации (июль) активность дыхания почвы при внесении под ячмень но вспашке рекомендованной дозы удобрений (Ки^мКадМЫ возрастает в 4,2, а при внесении повышенной дозы минеральных удобрений - в 5,8 раза При дисковой обработке дерново-подзолистой песчаной почвы применение рекомендованной дозы минеральных удобрений под ячмень стимулирует активность дыхания почвы с апреля по июнь (рис. 2) в 1 7-2,1 раза, а при внесении повышенных доз - в 1,3-1,7 раза. При дефиците влаги в июле при внесении минеральных удобрений под ячмень, возделываемый по дискованию, потенциальная активность дыхания в почве снижается в 1,2-1,5 раза

В начале вегетации озимой ржи (апрель 1992 г) отмечается снижение активности дыхания почвы по вспашке при внесении рекомендованной дозы минеральных удобрений (МчоРмКиоМдго) в 1,5 раза, а при внесении повышенной дозы минеральных удобрений (!ЧП5Р,,оК,8оМЫ - в 1,9 раза. При плужпой обработке почвы под озимую рожь внесение минеральных удобрений способствует усилению процесса дыхания в почве в мае и июне в 1 2 1,4 раза. В период весеннего отрастания озимой ржи по дискованию минеральные удобрения стимулируют активность дыхания по сравнению с контролем в 1,7 раза Аналогичный эффект наблюдается и в июне (рис. 2). В июле внесение повышенной дозы удобрений под озимую рожь при дисковании вызывает снижение потенциальной активности дыхания почвы в 1,6 раза Повышение скорости эмиссии СО? в почве ведет к увеличению минерализации гумуса и повышению плодородия. Результаты наших исследований покажи, что оптимальная доза внесения минеральных удобрений под ячмень на дерново-подзолистых почвах для условий Брянского Полесья - Н^РлоКэд, а при возделывании озимой ржи МпоРбоКпо-

Среди показателей биологической активности вылетяют ферментативную активность почвы. С помощью ферментов осуществляется рапожение и синтез органических соединений, что является сущностью почвообразовательно! о процесса. Из всех изученных почвенных ферментов (катала ¡а, дегидрогеназа, полифенолоксидаза, пероксидаза. инвер-таза) наиболее чувствительными к техногенному загрязнению оказались каталаза и дегил-р<неназа. Так, каталаза широко распространена в почвах и катализирует реакцию ра по жения перекиси водорода на молекулярный кислород и во 1> Дегидрогеназы - фермен I ы

Дискование

2 3

-Ктарагь

-шгакэо^зо шпгакшфю

§2-йО-1 'а •

■ • ■ . . I » ' "А

» 3 4

♦ Кирсгь

■А- "№ЖШ8(1Ур)

1 - 15.04.92 г., 2 - 15.05.92 г., 3 - 16.06.92 г., 4 - 14.07.92 г.

Рис. 1. Динамика потенциальной активности азотфиксации дерново-подзолистой песчаной почвы в зависимости от удобрений и способов обработки

380

|эоо

5 250 1 200 N150 ° 100 о 50

я о

300-,

250

| 200

* 150 см

о 100

6 50

Дискование

400

350 & 300 Н

С «

ы о

250 200 150 100 50 0

1 2 3

-•— Контроль

№0Р60К90Мд30 * N120Р60К1 гбМэ^о

350 300 Ч 250 1 200 8 150 О юо * 50

2 3

- Контроль

- 1Ч90Р60К120Мд20 N135Р90К180Мд20

1 - 15.04.92 г., 2 - 15.05.92 г., 3 - 16.06.92 г., 4 - 14.07.92 г.

Рис. 2. Динамика потенциальной активности дыхания дерново-подзолистой песчаной почвы в зависимости от удобрений и способов обработки

14001200

3« 1200

г ® 1000 о ^

с х 800

I—

? *

§ £ 400 в о 200

600 400-

I-

2 в т О

I-

У-

1200

2 1000 -

т- 800 -

С 600

X ж 400 -

ь 200

0 -I

Дискование

¡3

о»-с м

1000 500-

«I

1 ж 2 3 • Кхтрогь

-НК1\ВСР6СКЯОДЭ0

М120Р8СК12С^&»

2000

% 1500-

X 1000-

с 500

| 0-

12 3 4

—«— Контроль -*-№0Р60К120Мд20 МЗбР90К180Мд20

1 - 15.04.92 г., 2 - 15.05.92 г., 3 - 16.06.92 г., 4 - 14.07.92 г.

Рис. 3. Динамика потенциальной активности фермента дегндрогеназы (в мг трифенилформазана - ТФФ) в зависимости от удобрений и способов обработки дерново-подзолистой песчаной почвы

участвующие в процессе дыхания, отщепляют водород от окисляемых субстратов (углеводов, органических кислот, аминокислот, жиров, фенолов, гумусовых веществ). Они широко распространены и являются чувствительным показателем биологической активности.

Наблюдение за динамикой дегидрогеназиой активности почвы при возделывании озимой ржи и ячменя в севообороте показали, что рна возрастав от начала вегетации растений до их технической спелости в большинстве случаев как по вспашке, так и по дис-

кованию (рис. 3). При дисковой обработке дерново-подзолистой песчаной почвы активность дегидрогеназы под озимой рожью увеличивается по сравнению со вспашкой в 1,62,6 раза на контроле. Максимальная кратность увеличения активности дегидрогеназы наблюдается в варианте без удобрений в июне и составляет 2,6 раза Дегидрогеназная активность в почве под ячменем при дисковании в мае и июне в 1,3-1,6 раза выше, чем по вспашке Применение минеральных удобрений под озимую рожь в рекомендованной (Ы9оРбоК.!2оМ£2о) и повышенной (М^РвоКцоМфо) дозах стимулирует активность дегидрогеназы по вспашке в течение всего вегетационного периода. Причем, увеличение активности дегидрогеназы при внесении рекомендовнных доз минеральных удобрений под озимую рожь по вспашке составляет 1,2-1,8 раза, а при внесении повышенных доз - 1,2-1,7 раза. Положительное действие минеральных удобрений на дегидрогеназную активность почвы под озимой рожью по дисковой обработке устойчиво проявляется в апреле, июне и июле. Активность дегидрогеназы при внесении рекомендованной дозы удобрений под озимую рожь по дискованию возрастает в июне и в июле в 1,2-1,5 раза, а при внесении повышенной дозы (ИшР^моМ^о) -1,2-1,7 раза.

Внесение минеральных удобрений в повышенной дозе С^оРбоКш) под ячмень по вспашке стимулирует активность дегидрогеназы в течение всей вегетации растений, кроме апреля, в 1,2-2,0 раза (рис. 3). Применение рекомендованной дозы (ХадРбоКад) минеральных удобрений при возделывании ячменя по вспашке в повышении активности дегидрогеназы проявилось в июне и июле и составило 1,2 раза. Активность фермента в почве под ячменем, возделываемым по дискованию, возрастает в июле в 1,4-1,6 раза при внесении как рекомендованной, так и повышенной доз минеральных удобрений. Положительного влияния минеральных удобрений на активность дегидрогеназы при дисковой обработке почвы под ячмень в другие сроки наблюдений не отмечено.

Ре?уяьтаты корреляционного анализа показали наличие тесной положительной корреляции между скоростью эмиссии ОСЬ в почве и активностью дегидрогеназы при внесении минеральных удобрений и различных способах основной обработки почвы под ячменем (г=0,8-0,9).

ВЛИЯНИЕ АГРОМЕЛИОРАНТОВ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ

Изучение влияния загрязнения почв С(1 и Ъп на состав почвенного микробоценоза и показатели биологической активности почв проводилось в серии вегетационных опытов на дерново-подзолистых почвах при концентрациях: С<1 - 3, 10, 15 и 30; Хп - 300, 1500 и 3000 мг/кг почвы.

При внесении в дерново-подзолистую среднесуглинистую почву под ячмень различных доз ТМ (от 1 до 10 ПДК С<1 и ¿л в сернокислой форме) выявлено, что Сс1 и 7х\ в концентрациях 3 и 300 мг/кг почвы соответственно (1 ПДК) достоверно снижают численность бактерий - в 1,15-1,3 раза; актиномицетов - в 1,3-1,5 раза; грибов - в 1,3 раза по сравнению с фоном (табл. 10). Негативное воздействие низких (1 ПДК) концентраций С<1и 2п на все основные группы микроорганизмов почвы отмечается впервые и не описано в литературе В то же время, угнетающее действие на почвенный микробоценоз высоких концентраций этих металлов вполне объяснимо. Так, при внесении в почву С(1зо (10 ПДК) численность почвенных бактерий снижается в 4,4 раза; актиномицетов - в 7,0 раза и грибов - в ( 1 раза по сравнению с фоном Загрязнение почвы гпзооо уменьшает количество бактерий в 2,5, актиномицетов в 6,0 и грибов в 2,5 раза. При загрязнении дерново-подзолис гой среднесуглинистой почвы /п в концентрации 3000 мг/кг почвы (10 ПДК) наступает 100% гибель растений до достижения ими фазы кущения С<1 внесенный в почву в концен! рации 30 мг/кг (10 ПДК), вьнывает 30% снижение урожая ячменя. Высокие концентрации ( (1 и 2пв почве (10 ПДК) снижают коэффициент минерали{ации в 2,1 - 2,4 раза по сравнению с фоном. Органическое \ добрение нейтрализует негативное действие Сс1зои

Z113000 на почвенный микробоценоз, увеличивая численность бактерий в 1,4-1,9, актино-мицетов в 1,4-1,7 и грибов в 1,3-1,5 раза.

Таблица 10. Действие органических удобрений на микробоценоз дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы под ячменем при химическом загрязнения

Вариант опыта Численность микроорганизмов, тыс /г Коэффициент минерализации

бактерии грибы актиномицеты

Фон - NPK 700±28 5,6±0,2 82,2+2,9 14,7±1,4

Фон+Cd,* 542±25л 4,2±0,2Л 55,2+2,7л 13,0±1,3

Фон+Znjoo 610±28л 4,4±0,2Л 64,0±1,7" 14,4±1,4

Фон-КУзо 160±27л 1,7±0,2Л 11,8±1,4Л 7,0±0,7Л

Фон-Кйзо+органическое удобрение 308±22л 2,5±0,2Л 19,8+1,6л 8,0±0,6Л

Фон+гпзооо 276±3(Г 2Д±0ДЛ 13,8±2,2Л 6Д±0,7Л

Фон+2пзооо+органическое удобрение 386±24л 2,8±0,3Л 18,8±2,2Л 6,6±0,7Л

* - мг/кг почвы; л - различия достоверны при Р=0,95.

Влияние моноэлементного загрязнения дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы ТМ на состав почвенного микробоценоза изучали в вегетационном опыте с ячменем и овсом, Cd и Zn вносили в почву в количествах Cd - 10 и Zn - 300 мг/кг. Численность основных групп почвенных микроорганизмов определяли в фазу колошения ячменя и после уборки урожая. Было установлено, что Cd в концентрации 10 мг/кг (3 ПДК) почвы способствует снижению, по сравнению с фоном, численности бактерий и актиномицетов в 1,2 и 1,4 раза в июне, но увеличивает их численность в 1,2-1,7 раза в августе, а его влияние на почвенные грибы позитивно оба срока наблюдений. Загрязнение почвы Zn в дозе 300 мг/кг почвы приводит к снижению численности бактерий и актиномицетов в среднем в 1,3 раза и увеличению численности грибов в июне (табл. 11). Коэффициент минерализации при внесении Cdio, и Zn3oo снижается в июне в 2,1-2,2 раза по сравнению с фоном, а доля микроскопических грибов возрастает.

Внесение торфонавозного компоста в количестве 0,8% от веса почвы увеличило число как бактерий, так и грибов в почве в августе в 1,3-1,5 раза по сравнению с фоном (контроль) Стимулирующее действие ТНК на численность актиномицетов проявляется в июне, но к концу вегетации замедление роста биомассы корней и корневые выделения ин-гибируют эффект (табл. 11). Действуя как органическое удобрение и как мелиорант одновременно, ТНК увеличивает коэффициент минерализации гумуса в незагрязнной ТМ почве в 1,5 раза по сравнению с контролем в июне.

Добавление торфонавозного компоста в загрязненную Zn3oo почву смягчает негативное действие металла на почвенный микробоценоз и увеличивает численность бактерий, грибов и актиномицетов в 1,6; 2,7 и 1,1 раза соответственно по сравнению с вариантом без внесения органики. При внесении ТНК в почву, загрязненную Cdio, количество бактерий в июне повышается в 1,5 раза, а актиномицетов - в 1,2-1,7 раза в оба срока наблюдения

Негативное воздействие Cd и Zn на почвенный микробоценоз нивелируется и другими агромелиорантами и природными сорбентами (палыгорскитовая глина, опока). Влияние палыгорскитовой глины на почвенный микробоценоз изучали при моно- и би-элементном загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Cdn (5 ПДК) и Zn3oo (1 ПДК) под ячменем. При одноэлементном загрязнении почвы C'd|5 и Zn3oo не изменяется численность бактерий, а активность грибов повышается Загрязнение почвы 2пзоо угнетающе действует на актиномицеты, снижая их количество в 1,7 раза по отношению к контролю. Более токсичным для почвенного микробоценоза оказывается сочетание Cd|5+/n,oo мг/кг почвы, обусловливающее достоверное снижение численности актиномицетов в 1,8 раза. Палыгорскитовая г чина стимулирует активность почвенных грибов

в вариантах с 7,пзоо в 1,4, а в вариантах с С«!« -в 2,2 раза, но численность актикомицетов снижается, что является негативным для почвенного микробоценоза (табл 12).

Таблица 11. Влияние Cd, Ъа и ТНК на динамику численности основных групп почвенных микроорганизмов дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под ячменем в год внесения

Вариант опыта Численность микроорганизмов, тыс./г

бактерия грнбы актинпмнцеты

21.06.97 18.07.97 21.06.97 18.07.97 21.06.97 18.07.97

Фон - NPK 396±22 582±49 2,1±0,2 3,9±0,4 76,7±2,6 67,3±2,3

Фон+ТНК 319±30 861±30 2,0±0Д 4,91=0,4 111,6±2,0 67,0±2,0

Фон+Cdio* 324±18л 998±83л 3,3±0,4Л 5,5±0,3Л 55,6±5,1л 83,0±7,3Л

Фон+THK+Cdio 475±37лл 578±25 3,ОьОДлл З.НОД^ 93,9*2,6** 100,7±2,1лл

Фон+Ztijoo 305±22л 459±16л 3,4±0ДЛ 2,6±0,3Л 60,1 ±4,8* 71,1±3,2

Фон+ТНК+гпзоо 156*33^ 750*76^ 2,6*0,2** 7,1*0,7** 48,8±1,6** 79,1±1,9**

* - мг/кг почвы

л,лл - различия достоверны по (фону - ЫРК) и (фону + ТНК) при Р=0,95

Как при moho-, так и при биэлементном загрязнении почвы Cdis и 2пш коэффициент минерализации снижается в 1,5-5,4 раза по сравнению с контролем, при этом увеличивается доля грибной микрофлоры, и одновременно повышается активность микроорганизмов, потребляющих минеральный азот. Внесение палыгорскитовой глины в контроле и в вариантах Cd^ и Z11300 еще более понижает соотношение численности актиномицетов и грибов, свидетельствуя о замедлении минерализации гумуса.

Таблица 12. Влияние палыгорскитовой глины на микробоценоз дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под ячменем при химическом загрязнении

Вариант опыта Численность микроорганизмов, тыс /г Коэффициент минерализации

бактерии грибы актиномицеты

Фон - NPK 441+14 1,0±0,0 44,3±1,6 45Д±3,0

Фон+пал ы г орс китовая глина 390±25 2,7±0,1 24,1 ±0,7 9,OtO,4

Фон+Cdis* 435±14 1,7±0,1л 49,5±),1 29,3±2,5Л

Фон+Сд^+палыгорскитовая глина 317±21л 3,7±0,1л 45,9±2,4Л 12,6±0,8Л

Фон+гпзоо 450±31 2,4±0,1* 25,5± 1,9Л 10,5±0,8Л

Фон+2пзда+ пал ыгорскитовая глина 452±27А 3,3±0,1л 15.3±0,7Л 4,6±03л

Фон+Cdií+Znioo 440±26 3,0±0,1л 24,911,0* 8,3±0,5Л

®OH+Cd15+Zn3oo+ палыгорскитовая глина 242±5Л 1,1±0,1л 19,2±1,0Л 16,8±1,2Л

* - мг/кг почвы,л - различия достоверны при Р=0,95.

Исследование влияния агромелиорантов (торфонавозного компоста) на потенциальную активность азотфиксации и скорость эмиссии СОг в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, загрязненной Cdlo и 2пзоо, под ячменем (табл 13), выявило возрастание уровня азотфиксации от июня к августу в 1,7 раза в фоновом варианте, и снижение уровня дыхания почвы в 2,2 раза. Отмечено чрезвычайно негативное действие 7л в концентрации 300 мг/кг почвы на азотфиксацию - ее уровень снизился в 3,7 раза в июне (фаза колошения ячменя) и в 3,5 раза к моменту уборки урожая по сравнению с фоном. Скорость эмиссии СОг в почве в августе возросла в 2,1 раза. Активность азотфиксации при загрязнении почвы Сё в количестве 10 мг 'кг (3 ПДК) в конце вегетационного периода снижается в 1 9 раза, а потенциальная активность дыхания почвы снижается в июне в 1,3

раза Торфонавозный компост, действуя и как мелиорант, и как органическое удобрение, частично нивелирует негативное влияние 7п на потенциальную акгивность азотфиксации к концу вегетации, но уровень последней оказывается все равно гораздо ниже фонового 58%. Одновременно ТНК увеличивает скорость эмиссии СОг в почве в 1,4 раза, что позитивно для деятельности почвенных бактерий ТНК, внесенный в варианте с Сёю, увеличивает активность дыхания почвы в фа4> колошения в 1,5 раза по сравнению с вариантом без мелиоранта, но не смягчает негативное действие Сй на азотфиксацию. Это парализует работу бактерий-азотфиксаторов и снижает уровень плодородия почвы.

Таблица 13. Влияние торфонавозною компоста на динамику биологической активности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под ячменем при химическом загрязнении________

Вариант Потенциальная активность, мг/кг.сут

опыта азотфиксации, «N1 дыхания, аС-С02

21.06.97 ' 18.07.97 21.06.97 18.07.97

Фон-ОТК 14,2±2,2 23,7±4,3 490,3±41,0 221,3±63,8

Фон+ТНК 16,4±1,9 ! 8,2±1,3 411,6±84,0 211,9*29,8

Фон+Сёю* 21,7±2,2Л 1 12,6±1,1А 367,2±38,9Л 222,2±40,1

Фон+тнк+са,о 10,1*1,4^ ; 3 5±0,4ЛЛ 540,0156,4 432,5±54,7ЛЛ

Фон+гпзоо 3,8±0,7Л ! 6,8± 1,0Л 408,0±88,3 458,9±70,6Л

Фон+ТНК+гпзоо I 13,8*1,7** 590,4*80,4^ 234,2±35,3

* - мг/кг почвы; Л,ЛЛ- различия достоверны по (фону - ЫРК) и (фону + ТНК) при Р=0,95.

Действие различных концентраций Сё и 2п (от 1 до 10 ПДК) и мелиорантов (палы-горскитовой глины и органического удобрения) на потенциальную активность дыхания почвы изучали в вегетационном опыте на дерново-подзолистой почве под ячменем. Через год после внесения Сё в концентрациях 3 и 30 мг/кг почвы и в концентрации 300 мг/кг почвы скорость эмиссии СОг в почве достоверно не снижается. Сочетанное загрязнение почвы Сё+2п в концентрациях 5 ПДК оказывается чрезвычайно токсичным для микробиологической активности почвы и снижает скорость эмиссии СО2 в почве в 1,8 раза (рис. 4). Добавление палыгорскитовой глины и органического удобрения в количестве 0,8% от веса почвы по фону загрязнения С&ц, стимулирует акгивность дыхания почвы в 1,6-1,8 раза по сравнению с контролем.

Естественные мелиоранты и органические удобрения (палыгорскитовая глина, торфонавозный компост и птичий помет в сочетании с торфом) нивелируют негативное действие ГМ на биологическую акгивность почвы, фиксируя избыточные количества ТМ и стимулируя процессы превращения аю>а и углерода в почве.

Таким образом, влияние ТМ на биологическую активность почвы зависит от природы металла, его концентрации и времени взаимодействия с почвой При раздельном поступлении в почву как Сё в количестве 3 мг/кг, так и 7л\ в концентрации 300 мг/кг (что соответствует 1 ПДК металлов в почве) практически не изменяют активность дыхания. Но 10-ти кратное повышение концентрации и, особенно, совместное внесение металлов в концентрации 5 ПДК вызывает резкое иш ибирование скорости эмиссии СО2 в почве.

3500 & 3000 Л 2500

г 2000

N 1500 9 1000 Ч

1С о.

I I 11

х о 0

■и О

*- мг'кг почвы; палыг. - палыгорскитовая глина, орг. - органическое удобрение

Рис. 4. Влияние мелиорантов на скорость эмиссии СОг в дерново-подзолистой сред-несуглинистой почве под ячменем при химическом загрязнении (последействие)

Изучение изменения ферментативной активности почв в условиях техногенного загрязнения приобретает важное значение /п, например, входит в состав дегидрогеназы, протеиназы и др. ферментов, играет важную роль в биосинтезе нуклеиновых кислот. С<1 непосредственно не входит в состав ферментов, но, поскольку метаболизм 2п тесно связан с метаболизмом Сс1, последний способен замещать Хп во многих жизненно важных эн-зиматических реакциях, привода, вследствие своей токсичности, к их разрыву или торможению (Черных Н.А., Милащенко Н 3 I999)

В вегетационном опыте исследовали последействие палыгорскитовой глины и органического удобрения на активность кат алазы и дегидрогеназы в загрязненной различными концентрациями 7п и Сё дерново подзолистой среднесуглинистой почве под ячменем. Результаты исследований показали что через год после внесения 7м в концентрации 300 мг/кг (I ПДК) и Сё в концентрациях 3 и даже 30 мг/кг почвы (1 и 10 ПДК соответственно) достоверно не оказывают влияния на активность каталазы по сравнению с фоном. Палыгорскиювая глина и органическое удобрение, внесенные в количествах 0,8% от веса почвы по фону загрязнения Сёзо, также не повлияли на активность фермента (табл. 14).

Таблица 14. Последействие мелиорант ов на ферментативную активность дерново -подзолистой среднесуглинистой почвы под ячменем при химическом загрязнении

Вариант опыта

Фон-ЫРК.

Фон + С<Ь* Фон +

Фон + са I

Фон+С<1и+палыгорскитовая глина

Фон+С(Ьо * ир| эпическое удобрение НСР05

* мг/кг почвы

Ам ивность каталазы, мл 0 IМ кМпСУЮ г почвы за 20 мин.

1,75

1,83

1,88

1,90

0,45

Активность дегидрогеназы,

мр ТФФ/10гпочвы _ ¡а сутки__

3,7

4,0

3,5

2,7

4,0

3,3

0,2

Де! идрогеназа оказывается более чувствительной к действию ТМ Через год после внесения С (¡л ее активность достоверно снижается в 1,4 раза по сравнению с фоном. При внесении ор] анического удобрения активность дегидрогеназы частично (до уровня 89% от фонового* а натыгорскитовой глины - полностью восстанавливается 7_п в концентрации 300 мг/кг почвы (1ПДК) не изменяет активность дегидрогеназы, хотя и входит в состав этого фермента Активность дегидрогеназы тесно положительно коррелирует со скоростью эмиссии СОг в почве (г=0,79-0,99).

Чувствительность дегидрогеназы к загрязнению почвы высокими дозами Сй, и связь фермета с процессом «дыхания» почвы позволяют использовать дегидрогеназу в качестве индикатора оценки биологической активности техногенно загрязненной дерново-подзолистой почвы и уровня ее плодородия

ВЫВОДЫ

1. Применение комплекса агротехнических и агрохимических приемов в технологиях возделывания (ерновых культур, направленного на сохранение плодородия дерново-подзолистых почв в районах Брянского Полесья, наиболее пострадавших после аварии на ЧАЭС, обеспечивает снижение накопления 137Сз в урожае в 1,1-2,5 рала Максимальное снижение поступления '"Се в зерновые культуры наблюдается при соотношении питательных элементов КбоРадКпо- Переход 137Ся в зерно ячменя по вспашке в 1,4 раза ниже, чем по дискованию почвы. При внесении повышенных доз минеральных удобрений МшРбоКш ПО'( ячмень по дискованию накопление |37Св в зерне снижается в 1,3 раза. Повышенные дочы удобрений 1ЧИ5Р90К]«) снижают аккумуляцию 137Сч в зерне озимой ржи по вспашке в 1.4 раза.

2. Применение традиционных агромелиорантов в технологиях возделывания зерновых культур на шрново-подзолистых почвах легкого механического состава в дозах; извести -5,0-6,5 т/га фосфоритной муки - 2,1 т/га, органических удобрений - 50-60 т/га - снижает накопление ' в урожае в 1,1-2,3 раза. Внесение палыгорскитовых глин и опок для повышения сорбционных свойств радиоактивно загрязненных дерново-подзолистых почв в дозах 20 VIа на фоне ИбоРбоК« повышает урожайность зерновых культур и способствует снижению содержания |37Св в зерне в 1,7-2,4 раза. Положительный эффект по снижению поступления ,37Сз в зерновые культуры проявляется в течение 4-х лег

3. Применение комплекса агротехнических и агрохимических мероприятий на малоплодородных радиоактивно загрязненных дерново-подзолистых почвах вызывает изменения показателей биологической активности почв Внесение повышенных доз минеральных удобрений М^РадК^о под озимую рожь при обработке почвы на глубину 10-12 см повышает активность азотфиксации до 2,3 раза к концу вегетации. При плужной обработке почвы и применении минеральных удобрений под ячмень в дозе N120Р60К-120 уровень азот-фиксации увеличивается в 1,7 раза, а скорость эмиссии СОг в почве т 5,8 раза. Внесение навоза в до<а\ 50-60 т/га и извести 6,5 т/га при комплексном агрохимическом окультуривании дерново подзолистых почв способствует повышению уровня азотфиксации до 3-х раз. Применение фосфоритной муки в дозе 2,1 т/га на почвах с низкой обеспеченностью подвижным фосфором стимулирует скорость эмиссии СОг в почве в 1 9 раза. Среди изученных ферментов (каталаза, дегидро!еназа. пероксидаза, полифеиолоксидаза, инвертаза) наиболее чукствительной оказалась дегидро! еназа, связанная с процессом дыхания почвы. Установлена !есная корреляционная зависимость между активностью дегидрогеназы и скоростью эмиссии СОг в дерново-подзолистой песчаной почве при внесении минеральных удобрении и различных способах ее основной обработки под ячменем (г=0,8-0,9). Активность леги ф01-еназы при внесении минеральных удобрений 1\у,РЫ|К.<я> под озимую рожь при дисковании выше, чем по вспашке в 1,2-1;7 раза.

4. При химическом загрязнении дерново-подзолистых почв Cd и Zn установлено, что при концентрации Cd 150 мг/кг почвы продуктивность зерновых культур снижается на 50%. При концентрации C'd в почве 300 и Zn - 1500 мг/кг наблюдается 100% гибеть растений на ранних стадиях рашития Прямой пропорциональной зависимости между содержанием ТМ в изучаемых концентрациях в почве (Сёз-зо и Znso-зоо) и их накоплением в растениях при моноэлементном загрязнении не отмечено. При сочетанием загряжении дерново-подзолистой почвы Cdio и Zn3oo происходит снижение накопления Cd в урожае ячменя в 1,1-1,4 раза, a Zn - в 1,5 раза по сравнению с вариантами моноэлементною внесения ТМ.

5. При моноэлементном химическом загрязнении дерново-подзолистых почв Cd в концентрациях 3 и 10 мг/кг внесение органических удобрений не оказывает влияния на его поступление в урожай зерновых культур. Применение органических удобрений на дерново-подзолистых почвах, загрязненных Znso и Zn3oo способствует снижению накопления токсиканта в урожае в 1,2-1,6 раза. Использование палыгорскитовых глин и опок для снижения поступления Cd и Zn в урожай зерновых культур малоэффективно Модифицированные сорбент ы на основе трепела, обладая высокой емкостью поглощения снижают содержание Cd в растениях на ранних фазах развития в 1,3-1,7 раза.

6. При химическом загрязнении почвы Cdio Cd|5 и Znsoo происходят ишенения в составе почвенного микробоценоза. Численность бактерий и актиномицетов при внесении Cd и Zn снижается в 1,2-1,6 раза. Zn уменьшает количество почвенных грибов в I 5 раза, что приводит к снижению коэффициента минерализации в 2,1-2,2 раза и угнетению деятельности микроорганизмов, разрушающих органическое вещество почвы. При моно элементном загрязнении почвы Cdio и Zn3oo снижается активность азотфиксации к концу вегетации зерновых культур в 1,9-3,5 раза, скорость эмиссии СОг в почве - в 1,3 раза Наиболее токсичным для микробоценоза почвы является загрязнение (Cdi5+Zni5oo) и ¿п,м, Потенциальная активность дыхания почвы при этом снижается в 3,6 раза. Активность фермента дегидро-геназы тесно потожительно коррелирует со скоростью эмиссии С02 в почве (г = 0,790,99).

7. Применение органических удобрений при возделывании зерновых ку 1ьтур нивелирует негативное действие Cd10> Cdis и Z11300 на микробоценоз техногенно загря шенной дерново-подзолистой почвы и уровень азотфиксации, увеличивает скорость эмиссии СО2 в почве в 1,4-1,5 раза и восстанавливает активность дегидрогеназы. Внесение в загрязненную Cdis и Zn3oo почву палыгорскитовых глин стимулирует активность почвенных !рибов в 1,4-2,2 раза, и угнетает деятельность актиномицетов, что приводит к замедлению процессов разложения ортанического вещества почвы Скорость эмиссии СОг в дерново-подзолистых почвах, загрязненных Cdn и Cd3o, при внесении палыгорскитовых глин возрастает в 1,6 раза.

8. Сравнительная оценка эфективности агрохимических мероприятий в ¡ехнологиях возделывания зерновых культур на основании величины выноса 37Cs с единицы площади показала, что наиболее эффективным приемом является применение повышенной дозы калийных удобрений и комплексного окультуривания почвы, при которых снижение величины потока ,37Cs с зерном (Бк/м2) составила 2,0-2,6 раза. Применение минеральных удобрений в рекомендованных дозах (N90P60K90) способствует увеличению выноса 137Cs с зерном (Бк/м » ло 3,0 раза.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 • Свириденко Д Г , Ратников А H , Белова H В Влияние технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур на поступление l37Cs в растения '/ Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях • Труды Междунар. конфер. Москва, 24-26 апр 2000 г. Т.2. Санкт-Петербург- Гидрометеоиздат, 2000 г С 103-106.

2. Свириденко Д.Г , Ратников А.Н., Жигарева Т Л., Попова Г.И., Петров К В Влияние загрязнения почвы ТМ на микробопеноз и урожай ячменя в зависимости от удобрений

// Плодородие, 2003 №3(12). С. 19-20.

3. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Петров К.В., Попова Г И Техноген- _ ное загрязнение почвенно-растительного покрова тяжелыми металлами и поведение их в системе почва-растение // Бюллетень ВИУА, 2003. № 119. С. 173-175.

4. Ратников А.Н , Жигарева Т Л., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Петров К В Влияние тяжелых металлов на урожай зерновых культур и биологическую активность почвы // Материалы 6-й Международной конференции «Экология человека и природа». Москва-Плес, 5-11 июля 2004 г. С.20-23.

5. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жшарева TJL, Попова Г.И, Симоненкова Е.Д. Действие тяжелых металлов на продуктивность зерновых культур и биологическую активность почв // Всероссийская научная конференция «Актуальные проблемы экологии и природопользования». Сб. науч. трудов. Вып 6.4.1. М.: РУДН, 2004. С 184-187.

6. Свириденко Д.Г, Жигарева Т.Л., Попова Г,И., Ратников А.Н., Петров К В. Влияние тяжелых металлов и органических удобрений на урожай ячменя и ферментативную активность почвы // Материалы 2-й Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами». Тула, 29-30 октября 2004. С.190-193.

7. Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Петров К В., Свириденко Д.Г., Клевцова J1 Н., Васильев А.В., Краснова Е.Г. Теоретическое и экспериментальное обоснование механизма взаимодействия различных форм тяжелых металлов, выпадающих на агробиоценозы, с почвами и оценка их токсического действия на растения // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Выпуск 7. Калуга, 2004. С. 468-474

8. Ратников А.Н, Жигарева Т.Л., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Петров К.В. Урожай ячменя и биологическая активность почвы при загрязнении ТМ // Плодородие, 2005. №4. С. 15-16.

9. Ратников А H , Петров К.В., Попова I И , Жигарева ТЛ, Свириденко Д Г Использование местных сорбентов для оздоровления экологической обстановки на радиоактивно загрязненных территориях Калужской области // Материалы научной конференции преподавателей Калужского филиала МСХА им Тимирязева 24 марта 2005 г ( в печати).

10. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Попова Г.И., Петров К В. Влияние тяжелых металлов и органических удобрений на урожай ячменя и активность каталазы и дегидрогеназы в дерново-подзолистой почве // Всероссийская научная конференция «Современные проблемы экологии и природопользования». Матер, конф Москва: РУДН, 2005 (в печати)

11. Ratnikov A.N., Sviridenko D.G., Zhigareva Т L , Popova G.I. Effects of heavy metals and organic fertilizers on a biological activity of soddj -podzolic soil and yield of barley H Proc. from

the Int Workshop on «Current development in remediation of contaminated lands» 27-29 Oct 2005, IUNG, Pulawy, Poland, p. 91-93

12. Жигарева T.JI, Алексахин P M , Свириденко Д Г , Ратников A.H., Попова Г И., Петров К В Влияние природных мелиорантов и тяжсчых металлов на урожай зерновых культур и микрофлору дерново-подзолистой почвы // Агрохимия, 2005 №11. С. 60-65

13. Жигарева Т JI, Ратников А.Н., Свириденко Д Г , Попова Г.И., Петров К.В., Касьянен-ко A.A., Черных Н А. Изучение взаимодейс г вия Cd и Zn с почвенно-поглощающим комплексом и их действие на почвенный микробоцсноз // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук Калуга, 2005. (в печати).

14. Ратников А.Н , Свириденко Д.Г, Попова f И , Жигарева T.JI., Петров К.В., Васильев A.B., Краснова Е Г Оценка влияния реабилитационных мероприятий на поведение 137Cs в сельскохозяйственных экосистемах и снижение дозы внутреннего облучения населения южных районов Калужской области // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга, 2005 (в печати)

Заказ № 615 от 17.02.2006 г., Тираж 50 экз. Объем 1 пл. 249037 Калужская обл., г. Обнинск, ул. Красных зорь, 26 "Печатный салон", тел: 6-888-5, многоканальный

AcWáA

- 49 69

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Свириденко, Дмитрий Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Поведение13^, Cd и Zn в. системе почва-растение при радиоактивном, химическом и комбинированном загрязнении сельскохозяйственных угодий.

1.2.Влияние Cd и Zn на урожайность сельскохозяйственных культур, плодородие и микробиологическую активность почв.

1.3.Мероприятия по снижению накопления 137Cs, Cd и Zn в урожае сельскохозяйственных культур.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований.

2.2.Методы исследований.

ГЛАВА 3. НАКОПЛЕНИЕ ,37Cs И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (Cd И Zn) В УРОЖАЕ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ РАДИОАКТИВНОМ И ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВ

3.1. Оценка влияния средств химизации и способов обработки почвы на поступ

• ление 137Cs в урожай зерновых культур.

3.2. Влияние приемов агрохимического окультуривания дерново-подзолистых почв на урожайность зерновых культур и переход 137Cs в растения.

3.2.1. Влияние минеральных удобрений и агромелиорантов на продуктивность и на накопление Cs в урожае зерновых культур.

3.2.2. Влияние применения природных сорбентов на подвижность 137Cs в почве и поступление в урожай зерновых культур.

3.3. Влияние агромелиорантов и сорбентов на накопление Cd и Zn в урожае зерновых культур при химическом загрязнении

3.3.1. Оценка фитотоксичности тяжелых металлов (на примере Cd) на продуктивность зерновых культур.

3.3.2. Влияние органических удобрений и природных мелиорантов на накопление Cd и Zn в урожае зерновых культур при химическом загрязнении почв.

3.3.3. Влияние органических удобрений и сорбентов на накопление I37Cs, Cd и Zn в урожае зерновых культур при химическом и комбинированном загрязнении почвы.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ И АГРОХИМИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

4.1. Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на численность основных групп почвенных микроорганизмов (бактерий, грибов и актиномицетов).

4.2. Действие способов обработки почвы и минеральных удобрений на потенциальную активность азотфиксации, денитрификации почвы и скорость

4 эмиссии СО2.

4.3. Влияние минеральных удобрений и способов обработки на ферментативную активность почвы.

4.4. Влияние органических и минеральных удобрений на микробиологическую активность дерново-подзолистых почв.

4.5. Влияние приемов окультуривания на микробиологическую активность дерново-подзолистых почв.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ АГРОМЕЛИОРАНТОВ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ

5.1. Влияние органических удобрений и сорбентов на численность основных

Р групп почвенных микроорганизмов при загрязнении почвы Cd и Zn.

5.2. Действие агромелиорантов на потенциальную активность азотфиксации, денитрификации и скорость эмиссии СО2 в почве при загрязнении Cd и Zn.

5.3. Влияние органических удобрений и сорбентов на ферментативную активность почвы при загрязнении Cd и Zn.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние технологических приемов возделывания зерновых культур на накопление 137Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв"

Актуальность темы. В последние десятилетия в результате хозяйственной деятельности человека наблюдается рост числа и интенсивности физических и химических факторов, оказывающих негативное влияние на человека и окружающую среду. Вероятность загрязнения территорий Российской Федерации радиоактивными веществами в случае аварийных ситуаций на АЭС и других предприятиях ядерного топливного цикла (ЯТЦ) остается весьма высокой.

Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации обусловлено преимущественно аварией на Чернобыльской АЭС, причем в ряде областей Российской Федерации уровни радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий 137Cs ограничивают ведение АПК, что приводит к существенному ухудшению социально-экономической ситуации в этих регионах. Именно сельскохозяйственные экосистемы являются наиболее уязвимыми и критическими вследствие того, что производимая на них продукция дает основной вклад в дозу внутреннего облучения населения, проживающего на загрязненных территориях [3].

В Российской Федерации радиоактивное загрязнение зафиксировано на территории

-у

21 региона, а общая площадь, подвергшаяся загрязнению, составила 150 тыс.км . Наиболее загрязненными оказались Брянская, Тульская, Калужская и Орловская области. В этих областях было проведено детальное картирование сельскохозяйственных угодий по плотности загрязнения 137Cs. В Брянской области площади сельскохозяйственных угодий с

147 "У плотностью загрязнения Cs свыше 1 Ки/км составили 700,8 тыс. га, в Калужской -145,5 тыс. га, в Тульской - 778,7 тыс. га, в Орловской - 419,2 тыс. га. Для Рязанской и Смоленской областей площади сельскохозяйственных угодий с плотностью загрязнения

147 9

Cs 1-5 Ки/км составили соответственно 388,0 и 8,2 тыс. га.

При плотности загрязнения более 555 кБк/м2 137Cs (15 Ки/км2) устанавливалась зона жесткого радиационного контроля. В России на 01.01.91 г. она действовала на площади 2,4 тыс. км . Эта зона в основном находится на территории Брянской области. В Тульской, Калужской и Орловской областях имеются отдельные "пятна" 137Cs в населенных пунктах, на сельскохозяйственных и лесных угодьях. Наибольшему радиоактивному загрязнению подверглись 7 районов Брянской области (Красногорский, Злынковский, Новозыб-ковский, Клинцовский, Гордеевский, Климовский и Стародубский) с общей площадью сельскохозяйственных угодий (на 01.01.92 г.) 484 тыс. га, в том числе пашни - 333,4 тыс. га и пастбищ - 151 тыс. га. Удельный вес этих районов в производстве зерна составлял 22%, картофеля - 34%; овощей - 28% от валового производства области. В зоне жесткого контроля (на 01.01.92 г.) на территории Брянской области находилось 103,2 тыс. га сельскохозяйственных угодий, где расположено 276 населенных пунктов и проживало 111,4 тыс. человек [58, 101].

Поступление 137Cs в организм человека с продуктами питания происходит главным образом в результате его перехода из почвы в растения и далее в продукцию животноводства. Большое значение с точки зрения опасности токсикантов различной природы для ведения сельскохозяйственного производства имеет их доступность для растений. Прогнозирование химико-токсикологической и радиационной обстановки в сельском хозяйстве, а также разработка комплекса мероприятий по ее улучшению, базируются на знании особенностей миграции химических токсикантов и радионуклидов в агроландшафтах и оценке значимости различных факторов, влияющих на поведение загрязнителей.

В ряду отрицательных факторов, усиливающих агроэкологическое неблагополучие, особое место занимает загрязнение почв токсикантами различной природы [7]. Особенно сильно воздействует на агроэкосистемы промышленное производство. Присущие техногенным биоценозам сообщества живых организмов характеризуются изменчивостью структуры, слабой устойчивостью, случайным составом видов и неспособностью к воспроизводству [62, 88]. Большую озабоченность в последние десятилетия вызывает загрязнение природной среды тяжелыми металлами (ТМ). ТМ, такие как Со, Zn, Си, Ni, Mo, относятся к категории микроэлементов, но, накапливаясь в почвах и растениях в больших концентрациях, становятся токсичными для растений, животных и человека. Изучение особенностей поступления и снижения накопления тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции является весьма актуальным. Достаточно сказать, что для ТМ в принципе не существует механизмов самоочищения - они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов, и повсюду оставляя негативные последствия этого взаимодействия. В среднем поступление металлов в организм человека происходит следующим образом: по цепям питания - 40-50%, с водой - 20-40%, с воздухом - 20-40%.

Наиболее высокая степень загрязнения характерна для территорий, прилегающих к крупным городам с приоритетом металлургического производства, химической промышленности и машиностроения. Зоны влияния городов простираются на десятки километров, а крупных промышленных агломераций - на сотни километров: Московской - 200 км, Тульской - 120 км, Среднеуральской - 300 км, Кемеровской - 200 км. В результате работы только металлургических предприятий ежегодно на поверхность земли поступает не менее 154,7 тыс. т меди, 121,5 тыс. т цинка, 89 тыс. т свинца, 12 тыс. т никеля, 0,8 тыс. т кобальта, 1,5 тыс. т молибдена [7].

Основными сельскохозяйственными источниками загрязнения агросферы ТМ являются средства химизации (минеральные удобрения, мелиоранты и др.) и средства защиты растений. Содержание ТМ, примесных элементов в различных средствах химизации, может в сотни раз превышать их среднее содержание в почвах. В фосфорных удобрениях содержатся Cd, Cr, Со, Си, Pb, Ni, V, Zn. Наибольшую экологическую опасность представляют Hg, Cd, Pb и Zn. Навоз и известь также содержат тяжелые металлы. При дозе навоза 50 т/га в почву поступает 38 г/га Pb; 2,3 г/га Cd; 75 г/га Ni; с известью (5 т/га) - 221, 32 и 177 г/га Pb, Cd и Ni, соответственно.

Поступление ТМ в растения в значительной степени зависит от свойств почв, фазы развития растений, форм токсикантов в почвах и их трансформации [19, 24], Защитная функция почв обусловлена не только минеральной составляющей, но и содержанием и составом гумусовых веществ, и один из путей связывания ТМ - образование солей гумино-вых кислот и комплексов с гуминовыми кислотами.

На почвах, загрязненных ТМ, меняется соотношение питательных веществ в почве, наблюдается значительное снижение урожайности культур. Загрязнение почвы ТМ вызывает различные отклонения не только в росте и развитии растений, но и в анатомическом строении листа: происходит уменьшение толщины столбчатой и губчатой паренхимы, уменьшаются размеры клеток, снижается защитная функция эпидермиса. Не менее глубокое влияние оказывают тяжелые металлы па микрофлору и фауну почвы.

При организации сельскохозяйственного производства на территориях, подвергшихся техногенному загрязнению, необходимо применение эффективных агромелиоративных мероприятий в земледелии, внесение оптимальных доз извести, органических и минеральных удобрений; подбор высокоурожайных сортов культур, устойчивых против болезней и вредителей, накапливающих минимальное количество ТМ и радионуклидов; внесение природных мелиорантов длительного срока действия; разработка оптимальной системы защиты сельскохозяйственных культур от болезней, вредителей и сорной растительности, и многое другое. Обеспечение получения в загрязненных районах сельскохозяйственной продукции, отвечающей экологическим и радиологическим стандартам, крайне важно для поддержания инфраструктуры сельских районов и создания благополучной социальной обстановки на техпогенно загрязненных территориях.

При этом изучение влияния 137Cs и тяжелых металлов на показатели биологической активности почвы, характеризующие уровень ее плодородия, представляется чрезвычайно важным для понимания механизмов поглощения токсикантов растениями из почвы. Соче-танное действие антропогенных факторов па такие показатели биологической активности дерново-подзолистой почвы, как численность различных групп почвенных микроорганизмов, потенциальная активность азотфиксации, денитрификации почвы и скорость эмиссии СО2 в почве, ферментативная активность почвы, изучено недостаточно.

Цель и задачи исследования. Целью работы является комплексная оценка влияния технологических приемов возделывания зерновых культур па их продуктивность, накопление I37Cs, Cd и Zn в урожае и микробиологическую активность дерново-подзолистых почв при радиоактивном и химическом загрязнения.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние способов основной обработки почвы и средств химизации на на

1 17 копление Cs в урожае зерновых культур (ячмень, озимая рожь, овес) и плодородие почв в условиях радиоактивного загрязнения.

2. Исследовать действие агрохимических приемов и природных сорбентов на переход 137Cs и продуктивность зерновых культур при радиоактивном загрязнении почв.

4. Выявить фитотоксичное действие тяжелых металлов (на примере Cd) на продуктивность зерновых культур.

6. Исследовать действие ТМ (Cd и Zn) на почвенный микробоценоз, потенциальную активность азотфиксации, денитрификации, скорость эмиссии СО2 в почве и ферментативную активность дерново-подзолистых почв.

8. Сравнительная оценка эффективности агрохимических мероприятий по снижению потоков 137Cs с зерном.

Теоретический вклад и научная новизна. Проведена количественная оценка пе

117 рехода Cs, Cd и Zn в зерновые культуры при внесении в почву радионуклида и тяжелых металлов в различных концентрациях.

Проведенные исследования динамики изменения различных показателей биологической активности (численность основных групп почвенных микроорганизмов, потенциальная активность азотфиксации и денитрификации почвы, скорость эмиссии СО2 в почве, активность каталазы, дегидрогеназы и др. почвенных ферментов) позволяют получить объективные оценки состояния почвенного микробоценоза и изменения плодородия тех-ногенно загрязненной дерпово-подзолистой почвы.

Проведен анализ применения комплекса агротехнических и агрохимических мероприятий по минимизации перехода 137Cs, Cd и Zn в зерновые культуры с целью экологизации земледелия и получения экологически безопасной продукции растениеводства на дерново-подзолистой почве. Разработаны конкретные предложения производству.

Практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований свидетельствуют о том, что гарантированное получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на техпогенно загрязненной дерново-подзолистой почве достигается оптимизацией технологий возделывания сельскохозяйственных культур при качественном выполнении всех агротехнических операций и внедрением новых приемов (в том числе с применением природных и новых искусственных сорбентов), способст

Л 7 вующих минимизации накопления Cs, Cd и Zn зерновыми культурами.

Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в конкретных рекомендациях по применению защитных мероприятий на техногенно загрязненных территориях с целыо получения экологически безопасной продукции растениеводства.

Предложенные технологии обработки почвы, применения органических, минеральных удобрений, природных и искусственных сорбентов на техногенно загрязненных сельскохозяйственных угодьях, можно использовать при разработке практических рекомендаций по организации и ведению сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Эффективность применения на дерново-подзолистой почве минеральных и органических удобрений, природных и искусственных сорбентов при химическом моно- и биэле-мептпом и радиоактивном загрязнении с целью экологизации земледелия и получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции.

3. Оценка влияния различных концентраций TM(Cd и Zn) на показатели биологической активности дерново-подзолистой почвы: а) потенциальную активность азотфиксации, денитрификации и скорость эмиссии СО2 в почве; б) численность основных групп почвенных микроорганизмов; в) ферментативную активность почвы.

4. Результаты по оценке применения органических и минеральных удобрегний, природных и искусственных сорбентов с целью нейтрализации негативного действия Cd и Zn при химическом загрязнении на различные показатели биологической активности почвы.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Радиоактивность при ядерных авариях и взрывах» (Москва, 2000 г.), 1 -й Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2004 г.), 2-й Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2005 г.), 6-й Международной конференции «Экология человека и природы (Плес, 2004 г.), 2-й Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» (Тула, 2004).

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работав виде научных статей и тезисов докладов, 4 статьи приняты в печать и находятся в стадии опубликования.

Работа выполнена в рамках программ научно-теоретических и прикладных исследований по тематике РАСХН.

Апробация диссертации состоялась па межлабораторном научном семинаре ГНУ ВНИИСХРАЭ 16 июня 2005 г.

Автор благодарит всех сотрудников лаборатории № 8 и физико-химического отдела ГНУ ВНИИСХРАЭ, а также коллективы кафедр агрохимии и биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета за содействие и всестороннюю помощь в выполнении настоящей работы.

Автор выражает искреннюю благодарность зам. директора по научной работе Но-возыбковской Государственной сельскохозяйственной опытной станции ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова Ф.В. Моисеенко и ведущим специалистам А.Т. Куриленко, М.Г. Дра-ганской и М.А. Духанину за помощь в организации и проведении многолетних полевых опытов.

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Свириденко, Дмитрий Георгиевич

ВЫВОДЫ

Применение комплекса агротехнических и агрохимических приемов в технологиях возделывания зерновых культур, направленного на сохранение плодородия дерново-подзолистых почв в районах Брянского Полесья, наиболее пострадавших после аварии

1 47 на ЧАЭС, обеспечивает снижение накопления Cs в урожае в 1,1-2,5 раза. Максимальное снижение поступления 137Cs в зерновые культуры наблюдается при соотношении питательных элементов N60P90K120. Переход l37Cs в зерно ячменя по вспашке в 1,4 раза ниже, чем по дискованию почвы. При внесении повышенных доз минеральных

1 47 удобрений N120P60K120 под ячмень по дискованию накопление Cs в зерне снижается в 1,3 раза. Повышенные дозы удобрений N135P90K180 снижают аккумуляцию I37Cs в зерне озимой ржи по вспашке в 1,4 раза.

Применение традиционных агромелиорантов в технологиях возделывания зерновых культур на дерново-подзолистых почвах легкого механического состава в дозах: извести - 5,0-6,5 т/га; фосфоритной муки - 2,1 т/га, органических удобрений - 50-60 т/га - снижает накопление l37Cs в урожае в 1,1-2,3 раза. Внесение палыгорскитовых глин и опок для повышения сорбционных свойств радиоактивно загрязненных дерново-подзолистых почв в дозах 20 т/га на фоне КбоРбоКбо повышает урожайность зерновых культур и способствует снижению содержания l37Cs в зерне в 1,7-2,4 раза. Положительный эффект по снижению поступления 137Cs в зерновые культуры проявляется в течение 4-х лет.

Применение комплекса агротехнических и агрохимических мероприятий на малоплодородных радиоактивно загрязненных дерпово-подзолистых почвах вызывает изменения показателей биологической активности почв. Внесение повышенных доз минеральных удобрений N135P90K180 под озимую рожь при обработке почвы на глубину 1012 см повышает активность азотфиксации до 2,3 раза к концу вегетации. При плужной обработке почвы и применении минеральных удобрений под ячмень в дозе N120P60K120 уровень азотфиксации увеличивается в 1,7 раза, а скорость эмиссии СОг в почве увеличивается до 5,8 раза. Внесение навоза в дозах 50-60 т/га и извести 6,5 т/га при комплексном агрохимическом окультуривании дерново-подзолистых почв способствует повышению уровня азотфиксации до 3-х раз. Применение фосфоритной муки в дозе 2,1 т/га на почвах с низкой обеспеченностью подвижным фосфором стимулирует скорость эмиссии СОг в почве в 1,9 раза. Среди изученных ферментов (каталаза, дегидро-геназа, пероксидаза, полифенолоксидаза, инвертаза) наиболее чувствительной оказалась дегидрогеназа, связанная с процессом дыхания почвы. Установлена тесная корреляционная зависимость между активностью дегидрогеназы и скоростью эмиссии СОг в дерпово-подзолистой песчаной почве при внесении минеральных удобрений и различных способах ее основной обработки под ячменем (г=0,8-0,9). Активность дегидрогеназы при внесении минеральных удобрений N90P60K120 под озимую рожь при дисковании выше, чем по вспашке, в 1,2-1,7 раза.

При химическом загрязнении дерново-подзолистых почв Cd и Zn установлено, что при концентрации Cd 150 мг/кг почвы продуктивность зерновых культур снижается на 50%. При концентрации Cd в почве 300 и Zn - 1500 мг/кг наблюдается 100% гибель растений на ранних стадиях развития. Прямой пропорциональной зависимости между содержанием ТМ в изучаемых концентрациях в почве (Cd3, Cd3o и Znso и Zn5oo)n их накоплением в растениях при моноэлемеитиом загрязнении не отмечено. При сочетанием загрязнении дерново-подзолистой почвы Cdio и Zn3oo происходит снижение накопления Cd в урожае ячменя в 1,1-1,4 раза, a Zn - в 1,5 раза по сравнению с вариантами моноэлементного внесения ТМ.

При мопоэлементном химическом загрязнении дериово-подзолистых почв Cd в концентрациях 3 и 10 мг/кг внесение органических удобрений не оказывает влияния на его поступление в урожай зерновых культур. Применение органических удобрений на дерпово-подзолистых почвах, загрязненных Znso и Zn3oo способствует снижению накопления токсиканта в урожае в 1,2-1,6 раза. Использование палыгорскитовых глин и опок для снижения поступления Cd и Zn в урожай зерновых культур малоэффективно. Модифицированные сорбенты на основе трепела, обладая высокой емкостью поглощения, снижают содержание Cd в растениях на ранних фазах развития в 1,3-1,7 раза. При химическом загрязнении почвы Cdio, Cdj5 и Zn3oo происходят изменения в составе почвенного микробоценоза. Численность бактерий и актиномицетов при внесении Cd и Zn снижается в 1,2-1,6 раза. Zn уменьшает количество почвенных грибов в 1,5 раза, что приводит к снижению коэффициента минерализации в 2,1-2,2 раза и угнетению деятельности микроорганизмов, разрушающих органическое вещество почвы. При моноэлементном загрязнении почвы Cdio и Zn3oo снижается активность азотфиксации к концу вегетации зерновых культур в 1,9-3,5 раза, скорость эмиссии СОг в почве - в 1,3 раза. Наиболее токсичным для микробоценоза почвы является загрязнение (Cd,5+Zn,5oo) и Znisoo. Потенциальная активность дыхания почвы при этом снижается в 3,6 раза. Активность фермента дегидрогеназы тесно положительно коррелирует со скоростью эмиссии СОг в почве (г = 0,79-0,99).

Применение органических удобрений при возделывании зерновых культур нивелирует негативное действие Cdio, Cdis и Zn3oo на микробоценоз техногенно загрязненной дерново-подзолистой почвы и уровень азотфиксации, увеличивает скорость эмиссии СО2 в почве в 1,4-1,5 раза и восстанавливает активность дегидрогеназы. Внесение в загрязненную Cdis и Zn3oo почву палыгорскитовых глин стимулирует активность почвенных грибов в 1,4-2,2 раза, и угнетает деятельность актиномицетов, что приводит к замедлению процессов разложения органического вещества почвы. Скорость эмиссии СО2 в дерново-подзолистых почвах, загрязненных Cd^ и Cd3o, при внесении палыгорскитовых глин возрастает в 1,6 раза.

Сравнительная оценка эфективности агрохимических мероприятий в технологиях возделывания зерновых культур на основании величины выноса I37Cs с единицы площади показала, что наиболее эффективным приемом является применение повышенной дозы калийных удобрений и комплексного окультуривания почвы, при которых снижение

1Я7 О величины потока Cs с зерном (Бк/м ) составила 2,0-2,6 раза. Применение минеральных удобрений в рекомендованных дозах (N90P60K90) способствует увеличению выноса 137Cs с зерном (Бк/м2) до 3,0 раза.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. С целью сохранения плодородия почв и получения экологически безопасной продукции зерновых культур на радиоактивно загрязненных после аварии на ЧАЭС дерново-подзолистых почвах в хозяйствах можно рекомендовать следующие мероприятия: а) применение рекомендованных доз минеральных удобрений (N90P60K.90 для ячменя и N90P60K.120 для озимой ржи) по дискованию; б) известкование почв по полной гидролитической кислотности по среднему фону минеральных удобрений (ИбоРбоКбо) под овес, ячмень, озимую рожь и озимую пшеницу; в) внесение органических удобрений (навоз, торфонавозный компост и др.) в количестве не менее 40-60 т/га по среднему фону минеральных удобрений под все зерновые культуры; г) по возможности сочетанное внесение извести, высоких (до 380 кг д.в./га) доз калийных удобрений и навоза, особенно под озимые культуры; д) применение природных сорбентов (палыгорскитовая глина и опока) в количестве 20 т/га по фону удобрений ЫбоРбоКбомч

2. При комбинированном (радиоактивном и химическом - Cs+Cd+Zn) загрязнении дерново-подзолистых почв эффективным мероприятием по снижению накопления токсикантов в урожае является использование новых модифицированных сорбентов на основе трепела Зикеевского месторождения Калужской области в количествах 20 т/га и минеральных удобрений в дозе ЫбоРбоК-бо.

3. Модифицированные сорбенты оказываются эффективнее органических удобрений и палыгорскитовой глины и опоки при химическом (Cd и Zn) загрязнении почв.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Свириденко, Дмитрий Георгиевич, Обнинск

1. Авакян З.А. Токсичность тяжелых металлов для микроорганизмов / В кн.: Итоги науки и техники. Микробиология, 1973. Т.2. С. 5^5.

2. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969. 303 с.

3. Алексахин P.M. Авария на Чернобыльской АЭС и радиоэкологические проблемы // Мед. Радиоэкология, 1992. Т.37. № 1. С. 40-43.

4. Алексахин P.M., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение 137Cs в системе почва-растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае // Агрохимия, 1992. № 8. С. 127-138.

5. Алексахин P.M., Ратников А.Н., Жигарева T.J1. Мелиоративные мероприятия при радиоактивном загрязнении почв // Вестник РАСХН, 1993, № 4. С.32-36.

6. Алексахин P.M., Фесенко С.В., Санжарова Н.И. и др. Концепция реабилитации загрязненных сельскохозяйственных угодий в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС // Вестник РАСХН, 2003. №3. С. 14-17.

7. Алексеев Ю.В. Поглощение кадмия злаковыми растениями из дерново-подзолистой и карбонатной почв //Агрохимия, 2003. .№8. С. 80-85.

8. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. 1987.

9. Аписимов B.C. Влияние форм аварийных выпадений и физико-химических свойств147почв на подвижность Cs в системе «почва-растение» в 30-км зоне Чернобыльской АЭС. Дисс. на соиск. уч. ст. к. б. н. Обнинск, 1995. 137 с.13.

Информация о работе

Свириденко, Дмитрий Георгиевич
кандидата биологических наук
Обнинск, 2006
ВАК 03.00.01

Диссертация

Влияние технологических приемов возделывания зерновых культур на накопление 137Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы