Тяжелые металлы в системе почва - растение

 

 

Степанок и С.П. Голенецкий (1991). Следовательно, цинк в невысоких  концентрациях усиливал не только фосфорное, но и калийное питание растений.

При загрязнении почвы  никелем наблюдалось снижение калия по сравнению с контролем к периоду уборки при всех уровнях загрязнения и только в период кущения яровой пшеницы (при дозе внесения никеля 50 мг/кг) наблюдалось более высокое содержание подвижного калия по сравнению с контролем. По-видимому, невысокий уровень загрязнения почвы этим элементом в пик биологической активности почвы не оказывал негативного влияния на процессы мобилизации калия.

Сравнивая влияние уровней  загрязнения почвы тяжелыми металлами  по действию и последействию (табл. 17), следует отметить, что более тесная зависимость содержания подвижного калия от тяжелых металлов как азота и фосфора получена в первый год после загрязнения почвы, где общая информативность (Т = 0,7693 бит) и коэс|)фициент эффективности канала связи (К = 0,2079) были более высокими, чем по последействию (Т = 0,1447 бит и К = 0,0391) и по второму последействию (Т = 0,1124 и К = 0,0304) тяжелых металлов.

Таблица 17

Влияние сроков действия и последействия тяжелых металлов на содержание подвижного калия в  почве

 

 

 

Т -

I 1   П

Годы исследований К

 

 

 

1996 (действие) 0,7693 0,2079

1997(1-е последействие) 0,1447 0,0391

1998 (2-е последействие) 0,1124 0,0304

По специфичным состояниям действия и последействия различных  доз •яжелых металлов на содержание подвижного калия (табл. 18) следует отме-

 

Таблица 18

Зависимость содержания подвижного калия в почвах от сроков действия и последействия тяжелых  металлов, мг/100 гр.

Элемент	Дозы внесения, мг/кг	Годы исследований
		1996 (действие)	1997 (1-е последействие)	1998 (2-е последействие)
Контроль		8,7-12,0	3,0-5,8	8,7-12,0
Cd	1,5	5,8-8,7	3,0-5,8	5,8-8,7
	3,0	<3,0	3,0-5,8	3,0-5,8
	6,0	<3,0	3,0-5,8	5,8-8,7
Си	50	> 12,0	5,8-8,7	8,7-12,0
	100	> 12,0	8,7-12,0	> 12,0
	200	> 12,0	8,7-12,0	8,7-12,0
№	50	3,0-5,8	<3,0	5,8-8,7
	100	> 12,0	<3,0	5,8-8,7
	200	8,7-12,0	5,8-8,7	3,0-5,8
Zn	150	3,0-5,8	5,8-8,7	5,8-8,7
	300	<3,0	<3,0	5,8-8,7
	600	3,0-5,8	5,8-8,7	> 12,0

 

шть, что в первый год  после загрязнения кадмием и  цинком снижало, а медью и никелем повышало содержание калия в почве по сравнению с тонтролем.

Более высокое содержание подвижного калия наблюдалось на второй и третий год после загрязнения  почвы медью, в то время как  никель проявил вегативное влияние  на содержание подвижного калия в почве на второй и третий год после загрязнения. Действие цинка по годам исследования было различным. В первый год цинк оказал негативное влияние на содержание

 

подвижного калия в  почве по всем уровням загрязнения. В 1-е последействие и 2-е последействие при высокой дозе загрязнения почвы тяжелыми металлами (соответствующей 2,0 ПДК) отмечено более высокое содержание подвижного калия в почве, по-видимому, за счет вытеснения его из почвенно-поглощающего комплекса тяжелыми металлами.

Возможно, различное влияние тяжелых металлов по годам зависело от погодных условий, а именно от влажности почвы, потому что погодные условия в годы исследования были неодинаковыми. Особенно засушливым был 1997 год, когда изучали 1-е последействие тяжелых металлов. Таким образом, тяжелые металлы оказывали влияние на содержание и динамику подвижного калия в почве. Наиболее тесная зависимость установлена нами при загрязнении почвы цинком и медью.

В опыте по загрязнению  почвы тяжелыми металлами содержание их в почве по-разному оказало влияние на мобилизацию подвижных питательных веществ. Кадмий, медь и никель при содержании их в почве в пределах допустимых концентраций не оказали влияния на содержание подвижных форм азота, фосфора и калия. Концентрации тяжелых металлов выше предельно допустимой концентрации действовали ингибирующе на мобилизацию нитратного азота и подвижного фосфора, особенно в период кущения. Содержание азота было на 6 и более мг/кг, и фосфора на 8 и более иг/ЮОгр ниже контроля.

Зависимость содержания подвижных форм элементов питания от содержания в почве тяжелых металлов прослеживалась в следующем порядке: для азота нитратов - Ni > Cd > Си > Zn; для азота обменного ммония - Cd > Си > Ni > Zn; для подвижного фосфора - Zn > Ni > Cd > Си;

р!я подвижного калия - Zn > Си > Ni > Cd.

Влияние тяжелых металлов на мобилизацию подвижных питательных  веществ в почве зависело от сроков их действия. Самый высокий эффект получен в год загрязнения (действия) тяжелыми металлами и затем в  последействии он снижался.

 

ГЛАВА 4. Особенности поступления азота, фосфора и калия в растения в зависимости от уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами

Элементный химический состав растений в зависимости от биологических особенностей культуры обладает некоторым постоянством. Это  постоянство, по мнению многих авторов (Ткалич, 1959; Бусслер, 1966;

Гитлянова, 1972; Церлинг, 1978; Ильин, Степанова, 1980; Хурчакова, 1988; и ]р.) заложено у растений на генетическом уровне.

Процесс  минерального питания растений является  сложным  шзиологическим процессом и находится под контролем генетической программы. Следовательно, питание растений и химический состав зависит от внутренних (генетических) факторов. Кроме того, внешние условия оказывают сильное влияние на поступление элементов питания в растение и к химический состав. К внешним (экологическим) факторам можно отнести икие почвенные, как реакция среды, концентрация элементов питания и их соотношение в почвенном растворе, окислительно-восстановительные условия, а также гидротермический и световой факторы.

Растения   обладают   толерантностью   (терпимостью)   которая обеспечивает нормальное протекание метаболических процессов и олагополучное прохождение онтогенетического цикла при высоком ^держании ионов в среде (Ильин, 1985). Эта способность достигается шгодаря избирательному отношению растений к ионам: дефицитные — штенсивно поглощаются корнями, избыточные - энергично задерживаются. Совместными действиями обоих процессов растительный организм юддерживает необходимый элементарный химический состав. Избыточные юны могут проникать в растения, что влечет за собой срыв физиологических |роцессов и биохимических реакций (Ратнер,1950; Кабата - Пендиас.1977;

1льин, Степанова, 1980; Mohr.1980).

 

Вопрос толерантности  растений приобретает большую актуальность, поскольку в последнее время приходится все чаще выращивать сельскохозяйственные культуры на землях загрязненных тяжелыми металлами.

В последнее время  в связи с происходящим загрязнением среды и появлением в почве  избытка некоторых химических элементов, токсичных для живых организмов, возникла потребность проводить наблюдения за режимом питания растений и качеством растительной продукции.

Из литературных источников (Матвеев, Павловский и др., 1997) известно о влиянии загрязнения почвы  тяжелыми металлами на их вынос растениями. Но недостаточно изучен вопрос о влиянии уровней загрязнения почвы на вынос растениями основных макроэлементов.

В  наших  исследованиях  определены  содержания  основных макроэлементов азота, фосфора и  калия в зерне и соломе яровой пшеницы и корнеплодах и листьях сахарной свеклы (Приложения 8, 9, 10 и 11).

4.1. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на содержание азота  в растениях яровой пшеницы.

В 1996 году наиболее благоприятном  для яровой пшеницы, когда изучали  прямое действие загрязнения почвы тяжелыми металлами, содержание азота на контроле составило в зерне 3,82, в соломе 0,56 процентов (табл. 19).

Тяжелые металлы оказали  различное влияние на содержание в растениях азота. При загрязнении  почвы кадмием наблюдалось снижение содержания азота в зерне на всех уровнях загрязнения, а увеличение дозы загрязнения до 3,0 и 6,0 мг/кг повышало содержание азота в соломе пропорционально уровню загрязнения.

При загрязнении почвы  медью существенное снижение в зерне  и соломе наблюдалось при загрязнении в дозе 200 мг/кг. Никель при уровне за-

 

Таблица 19
Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами
на содержание азота  в растениях яровой пшеницы, (%).
Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Яровая пшеница (предшественник — пар), (1996г)		Яровая пшеница (предшественник — сахарная свекла), (1997г)		Яровая пшеница (предшественник -яровая пшеница), (1997г)
		Зерно	Солома	Зерно	Солома	Зерно	Солома
Контроль		3,82	0,56	2,10	0,62	3,02	0,63
\ Cd	1,5	2,69	0,56	2,92	0,62	3,32	0,61
	3,0	2,73	0,61	2,04	0,56	1,93	0,76
	6,0	3,15	0,73	2,23	0,53	1,81	0,80
Си	50	3,86	0,67	2,27	0,59	3,52	0,81
	100	3,32	0,59	1,93	0,52	2,97	0,61
	200	3,15	0,42	2,77	0,85	2,05	0,72
№	50	3,44	0,61	1,51	0,79	2,52	0,83
	100	2,62	0,62	1,61	0,93	2,10	0,61
	200	1,55	0,47	1,55	0,95	1,85	0,87
Zn	150	3,23	0,69	-	-	3,83	0,52
	300	2,69	0,56	-	-	2,27	0,84
	600	2,77	0,42	-	-	2,23	0,58
фязнения почвы соответствующего 0,5 ПДК незначительно снижал
содержание азота по сравнению с контролем. Но при  загрязнении этим
элементом в дозах 100 и 200 мг/кг наблюдалось значительное снижение
[(•держания азота  в зерне. Причем снижение прямопропорционально  уровню
йгрязнения. Аналогичная  картина получена при загрязнении почвы цинком.
Высокое загрязнение  почвы медью, никелем и цинком (соответствует
2,0 ПДК) снижало содержание  азота в соломе в 1,5 раза  по сравнению с
юнтролем и другими  уровнями загрязнения (соответствующими 0,5 и 1,0
ЩК).

 

 

В 1997 году (когда изучали  последействие тяжелых металлов) яровую пшеницу выращивали по двум предшественникам (по яровой пшенице  и по сахарной свекле). В более  засушливых условиях этого года содержание азота в зерне (на контроле) было значительно ниже, а в соломе выше по сравнению (предыдущим годом.

Предшественник оказал влияние на содержание азота в  зерне яровой пшеницы. На контроле в  зерне яровой пшеницы выращиваемой после сахарной свеклы составило 2,10, а после яровой пшеницы 3,02 процентов, т.к. сахарная свекла выносила азота с урожаем в 3 раза больше, чем яровая пшеница.

Различное содержание азота  в зерне яровой пшеницы по различным  предшественникам было следствием того, что сахарная свекла вынесла с  урожаем этого элемента в 2,2 раза выше, чем яровая пшеница в 1996 году. На вынос азота соломой влияние предшественника не отмечено.

Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на вынос  вота по различным предшественникам было неоднозначно.

Невысокое загрязнение  почвы кадмием, медью и никелем (1,5, 50 и 50 иг/кг соответственно) повышало содержание азота в зерне яровой пшеницы, апри загрязнении почвы медью и в соломе по сравнению с контролем, такую же закономерность отмечал в своей работе Н.Ю. Гармаш (1985). Более высокое загрязнение почвы кадмием (3,0 и 6,0 мг/кг) снижало содержание шта в зерне яровой пшеницы выращиваемой после яровой пшеницы, в то время как содержание азота в соломе по этому предшественнику было выше ю сравнению с контролем и яровой пшеницей, где предшественником была тарная свекла.

Следовательно, негативное влияние кадмия на содержание азота  в )ерне и соломе проявлялось сильнее, где яровую пшеницу выращивали после 1ровой пшеницы, по сравнению, где  предшественником была сахарная ;векла.

 

Загрязнение почвы никелем  оказало сильное влияние на содержание вота в зерне и в соломе яровой пшеницы и на второй год после загрязнения |1997), где было самое низкое содержание азота от 1,51 - 1,61 % в зерне фовой пшеницы выращиваемой после сахарной свеклы, до 1,85 - 2,52 %, где предшественником была яровая пшеница. Следует отметить, что содержание пота в соломе было значительно выше по этим вариантам, по сравнению с контролем, особенно в соломе яровой пшеницы выращиваемой после сахарной свеклы.

4.2. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на содержание фосфора в растениях яровой пшеницы.

В 1996 году по всем вариантам  опыта (загрязнение почвы тяжелыми металлами) отмечено снижение фосфора, как в зерне, так и в соломе (табл. 20) за исключением варианта с  дозой загрязнения почвы медью 50 мг/кг, где содержание фосфюра было на уровне контроля. Следует отметить, что по всем элементам загрязнителям содержание фосфора в зерне находилось в обратной зависимости от уровня загрязнения. Самое низкое содержание фосфора в зерне и в соломе яровой пшеницы было на вариантах с )агрязнением почвы кадмием в 6,0 мг/кг (0,49; 0,19 соответственно) при агрязнении почвы никелем 100 и 200 мг/кг (0,44; 0,16 и 0,41; 0,18 соответственно). По-видимому, при загрязнении почвы кадмием и никелем наиболее сильно проявляется негативное влияние на подвижность фосфора, следовательно, и на поступление его в растения.