Тяжелые металлы в системе почва - растение

В зерне и соломе яровой пшеницы выращиваемой после сахарной свеклы по всем вариантам содержание фосфора было ниже по сравнению с  контролем, за исключением варианта с дозой загрязнения почвы никелем 50 яг/кг, где содержание фосфора в зерне было на уровне контроля. Но различия по вариантам с тяжелыми металлами были не значительными.

 

Таблица 20 Влияние уровней  загрязнения почвы тяжелыми металлами  на содержание фосфора в растениях яровой пшеницы, (%).
Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Яровая пшеница (предшественник - пар), (1996 г)		Яровая пшеница (предшественник -сахарная свекла), (1997 г)		Яровая пшеница (предшественник -яровая пшеница), (1997 г)
		Зерно	Солома	Зерно	Солома	Зерно	Солома
Контроль		1,05	0,29	0,53	0,40	0,44	0,42
Cd	1,5	0,83	0,26	0,44	0,31	0,48	0,40
	3,0	0,70	0,19	0,46	0,31	0,37	0,32
	6,0	0,49	0,19	0,44	0,33	0,38	0,25
! cu	50	1,06	0,28	0,40	0,38	0,46	0,38
	100	0,68	0,26	0,48	0,26	0,48	0,37
	200	0,62	0,26	0,44	0,26	0,36	0,30
; Ni	50	0,98	0,25	0,53	0,26	0,46	0,39
	100	0,44	0,16	0,43	0,41	0,39	0,26
	200	0,41	0,18	0,41	0,37	0,40	0,26
Zn	150	0,96	0,20	-	-	0,44	0,35
	300	0,81	0,26	-	-	0,51	0,45
	600	0,64	0,21	-	-	0,43	0,32

 

Более существенное влияние  загрязнения почвы тяжелыми металлами  да содержание фосфора в растениях  на второй год исследований, было получено при выращивании яровой пшеницы  после яровой пшеницы.

При загрязнении почвы  тяжелыми металлами в дозах соответствующих 1,5 ПДК содержание фосфора в зерне  было выше или на уровне юнтрольного  варианта. Медь и цинк в дозах  соответствующих 1,0 ПДК ювышали содержание фосфора в зерне, а цинк и в  соломе. Кадмий и никель ври загрязнении дозами соответствующие 1,0 и 2,0 ПДК, а также более

 

высокое загрязнение  почвы медью и цинком снижали  содержание фосфора и в зерне  и в соломе яровой пшеницы.

4.3. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на содержание калия в растениях яровой пшеницы.

Содержание калия в  растениях яровой пшеницы мало отличалось по годам исследования и по предшественникам. На контроле в 1996 году содержание в  зерне и в соломе соответственно составили 0,65; 1,09 процентов; в 1997 году 0,61 - 0,67 и 1,06 - 1,08 процентов (табл. 21).

При загрязнении почвы  кадмием дозой 1,5 мг/кг отмечено более  высокое содержание калия, как в  зерне, так и в соломе. Загрязнение  почвы этим элементом в дозах 3,0 и 6,0 мг/кг существенное влияние на содержание калия в зерне не оказало. В соломе отмечено снижение содержания калия только при загрязнении 6,0 мг/кг (0,88 %).

Загрязнение почвы медью  в пределах 50 мг/кг снизило содержание палия в зерне и в соломе, а при дозах соответствующих 1,0 и 2,0 ПДК только всоломе.

Никель и цинк способствовали лучшему поглощению калия растениями яровой пшеницы на вариантах с  загрязнением почвы дозами юответствующих 1,0 и 2,0 ПДК (по — видимому здесь проявилось явление инергизма). Содержание калия  в зерне и соломе на этих вариантах ювышалось прямопропорционально уровню загрязнения этими элементами.

В 1997 году сильное влияние  на содержание калия в растениях  яровой шеницы оказали предшествующие культуры. На вариантах, где яровую ипеницу выращивали после сахарной свеклы по большинству вариантов мечено снижение по сравнению с контролем этого элемента в зерне и ювышение в соломе. В то время, как на участке где яровую пшеницу .ыращивали по яровой пшенице по большинству вариантов было отмечено олее высокое содержание в зерне по сравнению с контролем, а в соломе

 

Таблица 21
Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на
содержание калия в  растениях яровой пшеницы, (%).
Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Яровая пшеница (предшественник - пар), (1996 г)		Яровая пшеница (предшественник — сахарная свекла), (1997 г)		Яровая пшеница (предшественник — яровая пшеница), (1997 г)
		Зерно	Солома	Зерно	Солома	Зерно	Солома
Контроль		0,65	1,09	0,61	1,06	0,67	1,08
Cd	1,5	0,75	1,12	0,53	1,12	0,70	1,08
	3,0	0,65	1,05	0,52	1,02	0,69	0,91
	6,0	0,65	0,88	0,62	1,01	0,61	0,91
Си	50	0,50	1,03	0,52	0,96	0,75	1,01
	100	0,65	1,25	0,52	1,15	0,80	1,05
	200	0,65	1,52	0,46	1,30	0,72	0,90
№	50	0,65	1,12	0,47	1,14	0,73	1,08
	100	0,76	1,23	0,50	0,99	0,69	1,09
	200	0,86	1,30	0,43	1,15	0,69	1,02
Zn	150	0,65	0,88	-	-	0,73	1,02
	300	0,75	1,12	-	-	0,62	1,09
	600	0,92	1,16	-	-	0,67	1,10
содержание калия было или ниже или на уровне контроля. Следовательно,
загрязнение почвы тяжелыми металлами на второй год после  загрязнения
оказали неравнозначное влияние на содержание калия в  растениях.
4.4. Влияние уровней  загрязнения почвы тяжелыми металлами  на
содержание азота, фосфора  и калия в растениях сахарной свеклы.
Сахарная свекла относится  к пропашным культурам и в  отличие от
яровой пшеницы предъявляет  иные требования к условиям питания.

 

 

Оптимальные соотношения  азота, фосфора и калия по литературным данным для сахарной свеклы в растениях (урожае) являются N : Р : К = 3,0 : 1,0 : 4,5 (Смирнов, Муравин, 1984) в то время, как для яровой пшеницы это соотношение равно 3,0:1,0:2,0. В связи с этим сахарная свекла в отличие от провой пшеницы значительно больше выносит калия и является илиелюбивой культурой.

В 1996 году параллельно  с яровой пшеницей выращивали сахарную свеклу. В корнеплодах и ботве  определяли содержание азота, фосфора  и

ЙЛИЯ.

Установлено (табл. 22), что тяжелые металлы оказали влияние на содержание основных макроэлементов в корнеплодах и ботве. Содержание рта на контроле составило в сырой массе корнеплодов 0,4, в ботве 0,46 лроцентов.

Загрязнение почвы кадмием  в дозах 1,5 и 3,0 мг/кг повышало, а при 6,0 яг/кг снижало в два раза содержание в корнеплодах азота. В ботве ^держание азота было ниже при всех уровнях загрязнения почвы кадмием ю сравнению с контролем.

Загрязнение почвы медью  не оказало влияния на содержание в орнеплодах азота, но при дозах загрязнения 50 и 200 мг/кг содержание азота ;ботве было ниже по сравнению с контролем.

Никель при дозе загрязнения 50 мг/кг снизил содержание азота только .ботве, при 100 мг/кг в корнеплодах  и ботве, при 200 мг/кг только в ботве. В врнеплодах при дозе загрязнения почвы никелем 200 мг/кг содержание юта было выше по сравнению с контролем.

Следовательно, кадмий и  никель оказали более сильное  влияние на вдержание азота по сравнению с медью. По-видимому, при  загрязнении адмием 3,0 и никелем 200 мг/кг, усиливались метаболические процессы в астениях, что способствовало лучшему поглощению азота. На это называли в своей работе О.И. Гамзикова и B.C. Барсукова (1994).

 

Таблица 22

Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на содержание азота, фосфора и калия в растениях сахарной свеклы, 1996 год

 

Содержание фосфора  в ботве, по большинству изучаемых  вариантов ыло выше, чем в корнеплодах  сахарной свеклы. На контроле содержание юсфора в корнеплодах и ботве  соответственно составили 0,07 и 0,15 |роцентов. При загрязнении почвы кадмием 1,5 и 6,0 мг/кг содержание фосфора было ниже по сравнению с контролем.

При загрязнении кадмием  дозой соответствующей 1,0 ПДК содержание |осфора в корнеплодах и ботве  было равным и составило 0,08 процентов, т.е. адмий в этой концентрации способствовал большему накоплению фосфора корнеплодах. В ботве содержание фосфора на этом варианте было в два га ниже по сравнению с контролем.

Загрязнение почвы медью  при высоких дозах загрязнения 100 и 200 т/кг значительно повышало содержание фосфора в корнеплодах в 1,5-3,7

Элемент	Доза загрязнения, мг/кг	Содержание, %
		Азот		Фосфор		Калий
		Корнеплоды	Ботва	Корнеплоды	Ботва	Корнеплоды	Ботва
Контроль		0,40	0,46	0,07	0,15	0,34	0,66
Cd	1,5	0,50	0,43	0,03	0,11	0,32	0,66
	3,0	0,60	0,33	0,08	0,08	0,15	0,50
	6,0	0,20	0,30	0,05	0,09	0,17	0,46
Си	50	0,40	0,36	0,06	0,13	0,19	0,53
	100	0,40	0,46	0,10	0,13	0,22	0,56
	200	0,40	0,20	0,18	0,18	0,24	0,70
Ni	50	0,40	0,33	0,07	0,08	0,26	0,50
	100	0,30	0,40	0,18	0,13	0,19	0,60
	200	0,50	0,36	0,26	0,14	0,30	0,56
Содержание фосфора  в ботве, по большинству изучаемых  вариантов ыло выше, чем в корнеплодах  сахарной свеклы. На контроле содержание юсфора в корнеплодах и ботве соответственно составили 0,07 и 0,15 |роцентов. При загрязнении почвы кадмием 1,5 и 6,0 мг/кг содержание фосфора было ниже по сравнению с контролем. При загрязнении кадмием дозой соответствующей 1,0 ПДК содержание |осфора в корнеплодах и ботве было равным и составило 0,08 процентов, т.е. адмий в этой концентрации способствовал большему накоплению фосфора корнеплодах. В ботве содержание фосфора на этом варианте было в два га ниже по сравнению с контролем. Загрязнение почвы медью при высоких дозах загрязнения 100 и 200 т/кг значительно повышало содержание фосфора в корнеплодах в 1,5-3,7

 

 

раза, по сравнению с  контролем. В ботве отмечено снижение этого элемента по сравнению с  корнеплодами. Таким образом, тяжелые  металлы оказали существенное влияние на содержание фосфора в растениях сахарной свеклы.

Содержание калия на контроле и всех вариантах в ботве  было жачительно выше в 2 - 3 раза, по сравнению  с корнеплодами. Все изучаемые  концентрации тяжелых металлов снижали  содержание калия, как в юрнеплодах, так и в ботве сахарной свеклы, за исключением загрязнения яедью в пределах 2,0 ПДК и кадмием 0,5 ПДК, где в ботве содержание калия ныло выше или на уровне контроля.

 

ГЛАВА 5. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на урожайность и вынос  азота, фосфора и калия сельскохозяйственными культурами

5.1. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на урожайность сельскохозяйственных  культур

В предыдущих главах было показано, что загрязнение почвы  тяжелыми металлами оказывает влияние  на содержание и подвижность элементов питания в почве, на химический состав растений и продуктивность выращиваемых культур.

Для нормального развития растений необходимо определенное соотношение  между отдельными элементами питания. Повышение концентрации одного из элементов (в результате внесения удобрений или загрязнение почвы тяжелыми металлами) изменяет концентрацию других элементов. Существует немало работ, посвященных взаимодействию отдельных элементов на рост и развитие растений, и их химический состав (Орлова, 1971; Ефимов, 1975; Бондарев, 1976; Обухов и др., 1980; Ильин, Степанова, 1982; Ринькис, 1982; Спицына, 1984; Овчаренко и др., 1996). В основном эти работы посвящены влиянию микроудобрений на химический состав и продуктивность сельскохозяйственных культур и влиянию загрязнения почвы тяжелыми металлами на вынос элементов загрязнителей.

Пределы токсичности  тяжелых металлов обычно устанавливают  по действию их на растение. Если растение снижает урожай от того или иного  элемента на 5 - 10 процентов, то уровень содержания его в почве считается токсичным (Минеев, 1984).

В наших исследованиях  были изучены влияния различных  уровней загрязнения почвы кадмием, медью, никелем и цинком на продуктивность различных сельскохозяйственных культур (яровая пшеница, сахарная свекла в овес) и вынос этими культурами основных макроэлементов с урожаем.

 

и-4
В 1996 году на почве загрязненной тяжелыми металлами выращивали
яровую пшеницу и  сахарную свеклу по паровому предшественнику. Влияние
тяжелых металлов на урожайность  этих культур было различным (табл. 23).
Таблица 23
Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на
продуктивность культур  зернопарового севооборота.
Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Урожайность, т/га						Продуктивность севооборота, к.ед, т/га	В%к контролю
		Яровая 'нленица. (1996)	В%к контролю	Яровая •нленица. (1997)	В%к контролю	Овес, (1998)	В%к контролю
Контроль		0,94	-	0,73	-	2,69	-	4,69	-
Cd	1,5	1,20	+27,6	0,64	-12,3	2,56	-4,8	4,77	+1,7
	3,0	0,75	-20,2	0,54	-26,0	2,48	-7,8	4,03	-14,0
	6,0	0,68	-27,6	0,49	-32,8	2,37	-11,9	3,77	-19,6
Си	50	0,89	-5,3	0,74	+1,4	2,96	+10,0	4,92	+4,9
	100	1,16	+23,4	0,89	+21,9	2,90	+7,8	5,36	+14,2
	200	0,91	-3,19	0,72	-1,3	2,32	-13,8	4,28	-8,7
Ni	50	0,97	+3,2	0,73	0	2,45	-8,9	4,49	-4,3
	100	0,63	-32,9	0,60	-17,8	2,39	-11,1	3,87	-17,5
	200	0,64	-31,9	0,56	-23,3	2,00	-25,6	3,44	-26,6
Zn	150	1,00	+6,3	0,77	+5,5	2,89	+7,4	5,01	+6,8
	300	1,23	+30,8	0,90	+23,3	2,88	+7,0	5,44	+16,0
	600	0,68	-27,6	0,60	-17,8	2,48	-7,8	4,02	-14,3
НСРо5		0,10		0,07		0,19		0,30
Низкий уровень загрязнения (1,5 мг/кг) кадмием снижал урожайность
сахарной свеклой на 0,452 т/га, в то время, как урожайность яровой пшеницы
оыла на 0,26 т/га выше по сравнению с контролем; загрязнение  почвы медью
лаоборот повышало урожайность  сахарной свеклы на 5,235, в то время  как
урожайность яровой пшеницы  существенно не отличалась от контроля;

 

 

Таблица 24

Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на продуктивность культур зернопаропропашного севооборота.

Элемент Конт	Дозы загрязнения, мг/кг	Урожайность, т/га						Продуктивность севооборота, к.ед, т/га	В%к контролю
		Сахарная свекла, (1996)	В%к контролю	Яровая пшеница. (1997)	В%к контролю	Овес, (1998)	В%к контролю
	роль	13,49	-	0,70	-	2,58	-	6,93
Cd	1,5	13,04	-3,3	0,65	-7,1	2,39	-7,4	6,56	—^-^
	3,0	8,04	-40,4	0,53	-24,2	2,28	-11,6	5,01	-27,7
	6,0	8,31	-38,3	0,52	-25,7	1,90	-26,3	4,68	-32,5
Си	50	18,73	+38,3	0,75	+7,1	2,55	-1,2	8,32	+20,0
	100	11,49	-14,8	0,82	+17,1	2,78	+7,8	6,75	-2,6
	200	9,78	-27,5	0,69	-1,4	2,38	-7,7	5,75	-17,0
№	50	13,28	-1,6	0,71	+1,4	2,44	-5,4	6,74	-2,7
	100	13,31	-1,3	0,62	-11,4	2,37	-8,1	6,57	-5 ? - ч—
	200	9,26	-31,4	0,50	-28,5	1,95	-24,4	4,96	-28,4
НСР()5		0.19		0,04		0,23		0,39

 

якель при дозе загрязнения 50 мг/кг не оказал существенного влияния на урожайность обоих культур. Загрязнение почвы цинком (150 мг/кг) так же не рзало существенного влияния на урожайность яровой пшеницы. | Более высокий уровень загрязнения почвы кадмием (3,0 и 6,0 мг/кг) гативно повлиял на урожайность сахарной свеклы и яровой пшеницы, где рожайность была значительно ниже по сравнению с контролем. Так как исокий уровень загрязнения почвы кадмием нарушает механизм защиты етений, так как он относится к токсичным элементам для растений и ;новная причина его токсичности связана с нарушением энзиматической тивности (Кабата - Пендиас, Пендиас, 1989).