Тяжелые металлы в системе почва - растение

 

Нами выше отмечалось, что загрязнение почвы кадмием  снижало поступление в растение фосфора и калия, где этих элементов  в товарной и побочной продукции  было ниже по сравнению с контролем.

Медь, как указывалось  ранее, является необходимым микроэлементом для роста и развития растений. Известно, что она принимает вепосредственное участие в разнообразных метаболических процессах. Но 1ля сахарной свеклы уровень  загрязнения почвы дозой соответствующей 1,0 !ЩК был токсичным и на этом варианте урожайность сахарной свеклы снизилась на 2,0 т/га по сравнению с контролем, в то время как для яровой пшеницы такая концентрация стимулировала рост урожайности, где 1'рожайность была на 0,22 т/га выше контрольного варианта. Следует метить, что высокий уровень загрязнения почвы медью (200 мг/кг) не изал отрицательного влияния на урожайность яровой пшеницы, в то время, ак урожайность сахарной свеклы снижалась прямопропорционально уровню грязнения. Урожайность на этом варианте была на 3,71 ц/га по сравнению с мггролем и на 1,17 ниже по сравнению с дозой загрязнения вответствующей 1,0 ПДК. Следовательно, для сахарной свеклы порог жсичности этого элемента значительно ниже, чем для яровой пшеницы.

Высокое загрязнение почвы никелем (100 и 200 мг/кг) в нашем опыте ;азало негативное влияние на урожайность яровой пшеницы, снизив ее на ! процента по сравнению с контролем. Сахарная свекла оказалась более )етойчивой к загрязнению почвы никелем   при дозе 100 мг/кг, где южайность была на уровне контроля, но при высоком уровне загрязнения 10 мг/кг урожайность корнеплодов снизилась на 31 процент по сравнению с ятролем.

Влияние уровня загрязнения  почвы цинком изучали только на участке  «ровой пшеницей. Установлено, что загрязнение почвы цинком в дозе 300 /кг значительно (на 30,8 %) повышало урожайность яровой пшеницы. Но загрязнении (600 мг/кг) урожайность яровой пшеницы была на (28 %)

 

Таким образом, наиболее токсичным из изучаемых тяжелых  металлов в наших исследованиях  был кадмий в дозах 3,0 и 6,0 мг/кг для яровой пшеницы и сахарной свеклы. Никель был наиболее токсичен для яровой пшеницы. Медь и цинк оказали положительное влияние на урожайность |фовой пшеницы до уровня загрязнения соответствующему 1,0 ПДК и только оолее высокая концентрация этих элементов была для нее токсичной.

На второй год после  загрязнения почвы изучали 1-е  последействие 997 г) тяжелыми металлами, где кадмий снизил урожайность яровой жницы по обоим предшественникам на всех уровнях загрязнения. Снижение урожайности было прямопропорционально уровню загрязнения.

Загрязнение почвы никелем  в этом году снижало урожайность  яровой шеницы только при дозе загрязнения 100 и 200 мг/кг. При загрязнении 50 иг/кг урожайность этой культуры была на уровне контроля.

Загрязнение почвы медью не оказало негативного влияния на Грожайность, а при уровне соответствующему 1,0 ПДК оказало юложительное влияние на продуктивность яровой пшеницы, где урожайность была на 0,12 - 0,16 т/га выше по сравнению с контролем.

Цинк положительно влиял на урожайность яровой пшеницы при игрязнении почвы в дозе 150 и 300 мг/кг, а загрязнение 600 мг/кг юствовало на растения угнетающе, и на второй год после загрязнения урожайность последующей культуры на этом варианте была на 1,3 ц/га ниже ю сравнению с контролем.

Загрязнение почвы кадмием  и никелем  (1998 г, где изучали 2-е  юследействие) достоверно снижало урожайность  овса на обоих участках при ровне  загрязнения соответствующих 1,0 и 2,0 ПДК, где снижение рожайности находилось в прямой зависимости от уровня загрязнения.

При загрязнении почвы  медью и цинком достоверное снижение рожайности овса отмечено при уровне загрязнения почвы этими элементами олько при дозах соответствующих 2,0 ПДК, а при загрязнении почвы  в озах соответствующих 0,5 и 1,0 ПДК  урожайность овса была выше по

 

сравнению с контролем  за исключением зернопаропропашного  севооборота, где при загрязнении  почвы медью 50 мг/кг урожайность  овса была на уровне контрольного варианта.

Для того чтобы дать оценку влияния тяжелых металлов на продуктивность сельскохозяйственных культур (за три года) данные урожайности переведены в кормовые единицы (к.ед.) с использованием для сахарной свеклы коэффициента 0,26, для яровой пшеницы 1,2 и сумма нюжаев за три года приведена в кормовых единицах. i   Продуктивность севооборота с сахарной свеклой (табл. 24) была выше ю сравнению с зернопаровым (табл. 23) за счет более высокой фодуктивности сахарной свеклы.

Загрязнение почвы кадмием  и никелем снижало продуктивность обоих жвооборотов  при  дозах  загрязнения  почвы  этими  элементами яответствующих 1,0 и 2,0 ПДК. Самая низкая продуктивность отмечена при ровне загрязнения этими элементами 6,0 и 200 мг/кг соответственно.

Продуктивность севооборота  с сахарной свеклой, при загрязнении  йчвы медью повышалась только при 50 мг/кг, а остальные уровни грязнения   (100   и   200   мг/кг),   снижали    продуктивность |рямопропорционально уровню загрязнения. В зернопаровом севообороте амая высокая продуктивность получена при уровне загрязнения медью 100

1Г/КГ.

Загрязнение почвы медью в дозе 200 мг/кг снижало продуктивность гвооборота.

Цинк оказал положительное  влияние на продуктивность севооборота  ри уровне загрязнении 150 и 300 мг/кг.

Таким образом, жизненно необходимые для растений микроэлементы  вдь и цинк) до определенного уровня загрязнения оказывали иожительное влияние на урожайность культур и продуктивность вооборота. А при загрязнении почвы дозами соответствующие 2,0 ПДК ветающе действовали на растения и снижали их продуктивность.

 

Кадмий и никель оказали  наиболее негативное влияние на продуктивность обоих севооборотов.

Сахарная свекла по сравнению  с яровой пшеницей менее устойчива  к эагрязнению почвы тяжелыми металлами и максимальное снижение урожайности сахарной свеклы составило 40,4, а яровой пшеницы 32,9 'процента.

Загрязнение почвы кадмием на всех уровнях снижало продуктивность

дультур обоих севооборотов, как в прямом действии, так и  в последействии.

I

[Снижение продуктивности  сахарной свеклы и яровой пшеницы  находилось в

прямой зависимости  от уровня загрязнения.

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

Вынос элементов питания  из почвы  сельскохозяйственными  растениями является важным показателем, как с практической, так и с  научной точки зрения.

В практике чаще всего  определяют вынос с урожаем из почвы кновных макроэлементов азота, фосфора и калия. Именно эти элементы носят с минеральными удобрениями, и показатели выноса используют для .счета доз удобрений.

Известно, что вынос  элементов питания зависит не только от

)мологической особенности  культуры (хотя этот фактор является  главным),

|

to и от других факторов.

5.2.1. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на вынос азота, фосфора  и калия растениями яровой  пшеницы

По результатам наших исследований установлено, что погодные словия вегетационного периода оказали влияние на вынос азота, фосфора и алия яровой пшеницей в 1996 и 1997 годах (Приложение 9, 10, 11).

 

В условиях 1996 года на контроле вынос азота, фосфора и калия, как на единицу продукции, так и на кг/га был значительно выше по сравнению с 1997 годом. Погодные условия 1996 года для яровой пшеницы были благоприятными (табл. 1) в результате чего урожайность яровой пшеницы йыла выше по сравнению с 1997 годом на 0,21 - 0,24 т/га.

Предшественник в севообороте оказал влияние на вынос азота и калия : единицей продукции. В опыте, где яровую пшеницу выращивали после :;ахарной свеклы, вынос азота и калия был значительно ниже (3,25 и 2,57 кг/ц ^ответственно) по сравнению с выносом яровой пшеницей выращиваемой доле яровой пшеницы (4,2 и 2,74 кг/ц) (прил.). По-видимому, это связано с жм, что сахарная свекла с урожаем выносила значительное количество нементов питания по сравнению с яровой пшеницей.

|   Основным фактором, влияющим на вынос азота, фосфора и калия в 'наших опытах был уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами. В таблице 25 приведены усредненные данные (трех опытов) по влиянию |ровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на вынос азота, фосфора и |алия растениями яровой пшеницы.

^\ Установлено, что загрязнение почвы тяжелыми металлами по Ььшинству вариантов опыта снижало вынос азота и фосфора с единицей [родукции по сравнению с контролем (табл. 25), за исключением меди и икеля при дозах загрязнения соответствующих 0,5 ПДК. По-видимому, сучаемые тяжелые металлы оказывали негативное влияние на поступление юта и фосфора в результате антагонизма ионов.

В работах В.Б. Ильина (1979), В.Б. Ильина и М.Д. Степановой (1980), Ю. Гармаша (1985) отмечается, что в  присутствии кадмия концентрация юта и фосфора в биомассе снижалась. На антагонизм кадмия и фосфора за вступление в растение отмечали такие авторы, как Н.А. Черных (1991) и W. talker с соавт. (1977). W. Walker объясняет снижение содержания фосфора в (пении в присутствии кадмия образованием труднорастворимых ютлексов.

 

Таблица 25

Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на вынос  азота, фосфора и калия растениями яровой пшеницы (среднее по трем опытам).

Элс-мент	Дозы загрязнения, мг'кг	Урожайность, •г/га	Зерно	Вынос 1ц зерна с соответствующим количеством соломы ,кг			Вынос, кг/га
			Солома
				Азот	Фосфор	Калий	Лзот	Фосфор	Калий
Кон" п	тро-чь	0,79	0.51	4,15	1,39	2,73	33,44	11,15	21,70
	1.5	0,83	0.53	3,81	1,21	2,78	31,30	10,26	23,14
	3.0	0,60	0.59	3,35	0,98	2,35	20,83	6,00	14,47
	6.0	0.56	0.48	3,91	1,32	2,63	22,48	5,49	14,68
НСРо.				0,40	0,24	0,15
Си	50	0,79	0,47	4,69	1,35	2,72	37,53	11,09	21,56
	100	0,95	0.56	3,82	1,09	2,80	36,79	10,51	26,17
	200	0,77	0.51	4,00	1,03	3,04	30,81	7,87	23,62
НСРо.				0,26	0,19	0,33
Ni	50	0,80	0.50	4,02	1,32	2,94	32,46	10,49	23,21
	100	0,62	0,54	3,54	1,03	2,80	21,88	6,14	17,92
	200	0,57	0,46	3,43	1,03	3,25	19,01	5,71	18,31
НСРо.				0,17	0,38	0,28
Zn	150	0,88	0,61	3,35	1,20	2,27	30,64	10,25	19,62
	300	1,06	0,63	3,60	1,25	2,43	38,22	13,06	25,80
	600	0,64	0,67	3,25	0,90	2,54	20,85	5,96	16,34
НСРо.				0,45	0,20	0,20

 

 

Невысокий уровень загрязнения  почвы медью и никелем не проявлял антагонистического действия на поступление  в растения азота и фосфора. При  загрязнении почвы цинком вынос  всех элементов питания (N, Р и К) на единицу продукции был значительно ниже по сравнению с контролем. Из литературных источников известно (Singh, 1980; Stojanovic, 1980; Гармаш, 1987; Черных, 1991), что под влияние цинковых удобрений наблюдается снижение фосфора в растениях. По-видимому, в наших исследованиях снижение содержания азота, фосфора и калия, скорее всего, связано с |разбавлением этих элементов в растениях за счет более высокой урожайности яровой пшеницы.

Следует отметить, что  цинк не только увеличивал урожайность, но и соотношение зерна к соломе. Соотношение зерна к соломе при загрязнении почвы цинком было значительно выше по сравнению с контролем и другими изучаемыми вариантами. Это повышение было прямопропорциональным уровням загрязнения почвы цинком.

Более негативное влияние  на урожайность яровой пшеницы, на вынос  азота, фосфора и калия 1ц зерна и с урожаем оказал уровень загрязнения цинком в дозе соответствующей 2,0 ПДК. По-видимому, как считают некоторые авторы Т. Ganduli (1981) и Т. Палавеев с соавт. (1975), что это можно объяснить уменьшением проницаемости клеточных мембран при |усилении цинкового питания.

При загрязнении почвы  медью (200 мг/кг) и никелем на всех уровнях загрязнения вынос калия  с 1ц зерна был выше по сравнению  с контролем. До-видимому, между калием и никелем, а также более высоким  уровнем загрязнения почвы медью проявлялся синергизм ионов при поступлении их в (растения (Краснова, 1990).

Соотношение   элементов   питания   в   растениях   различных I сельскохозяйственных культур  заложено на генетическом уровне (Ильин,

1985). Различные внешние  факторы, в том числе и уровни загрязнения почвы ржелыми металлами могут сдвигать это соотношение в ту или иную

 

сторону. Так в наших  исследованиях (табл. 26), где содержание фосфора принято за единицу, соотношение  азота, фосфора и калия в растениях  зависело от вида загрязнителя и его концентрации. На контроле соотношение N: Р : К в растениях было соответственно 2,98 : 1,00 : 1,96.

Таблица 26 Соотношение  содержания в 1ц азота, фосфора и  калия в яровой пшенице.

Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Азот	Фосфор	Калий
Контроль		2,98	1,00	1,96
Cd	1,5	3,15	1,00	2,30
	3,0	3,42	1,00	2,40
	6,0	2,96	1,00	1,99
Си	50	3,47	1,00	2,01
	100	3,50	1,00	2,57
	200	3,88	1,00	2,95
Ni	50	3,04	1,00	2,23
	100	3,44	1,00	2,72
	200	3,33	1,00	3,15
. zn	150	2,79	1,00	1,89
	300	2,88	1,00	1,94
	600	3,61	1,00	2,82