Тяжелые металлы в системе почва - растение

 

При загрязнении почвы  кадмием 1,5 и 3,0 мг/кг соотношение было ше в сторону калия и азота. По-видимому, кадмий являлся антагонистом отношению к фосфору, и синергистом  к калию. А при загрязнении почвы дозе 6,0 мг/кг, кадмий являлся антагонистом ко всем элементам.

Медь на всех уровнях  загрязнения стимулировала поступление  азота и шия в растения по отношению  к фосфору прямопропорционально уровню

 

загрязнения. Это явление  наблюдалось и при загрязнении почвы никелем при №зах 100 и 200 мг/кг. Цинк, стимулируя поглощение фосфора, снижал соотношение азота и калия по отношению к фосфору по сравнению с контролем. Но при более высоком загрязнении почвы цинком (600 мг/кг) в результате антагонизма между цинком и фосфором соотношение между элементным составом нарушено в сторону увеличения азота и калия по отношению к фосфору.

5.2.2. Влияние  уровней загрязнения почвы тяжелыми  металлами на вынос азота, фосфора  и калия сахарной свеклой

;   Требования сахарной свеклы к элементам питания значительно .отличаются от яровой пшеницы. Эта культура предъявляет более высокие йребования к поглощению азота и калия (Смирнов, Муравин, 1984). ^!   В наших исследованиях на контроле вынос 1ц корнеплодов с

Соответствующим количеством ботвы азота, фосфора и калия составил

i

^ответственно 0,75 : 0,18 : 0,84 кг (табл. 27). Загрязнение почвы тяжелыми

металлами оказало влияние  на вынос элементов питания, как  единицей

s

Продукции, так и с  единицы площади. Кадмий снижал вынос фосфора по Сравнению с контролем на единицу продукции и с 1 га. По-видимому, как зазывалось ранее, было затруднено поступление фосфора в результате итагонизма с кадмием, даже при уровне загрязнения этим элементом ;оответствующим 0,5 ПДК, хотя вынос азота и калия был выше по сравнению с контролем. Загрязнение почвы кадмием в дозе 3,0 мг/кг, ;яижало не только содержание фосфора, но и калия, хотя вынос азота был на 14 процента выше по сравнению с контролем.

Следует отметить, что  данный уровень загрязнения снижал Соотношение корнеплодов к ботве и резко снизил урожайность корнеплодов, ;i, следовательно, и вынос всех трех элементов питания с 1 га. При уровне

 

йгрязнения почвы кадмием  в дозе 6,0 мг/кг вынос всех трех элементов  питания был самым низким, как на единицу продукции, так и на единицу

Таблица 27

Вынос сахарной свеклой  азота, фосфора и калия сырой  массой в зависимости от уровней  загрязнения почвы тяжелыми металлами.

Элемент	Доза загрязнения, мг/кг	Урожайность корнеплодов, т/га	Корнсп	Вынос 1ц,кг			Вынос, кг/га
				Азот	Фосфор	Калий	Азот	Фосфор	Калий
			Ботва
Контроль		13,4	1,31	0,75	0,18	0,84	101,34	24,89	113,84
Cd	0.5	13,04	1,16	0,87	0,13	0,88	113,53	16,28	115,90
	1,0	8,04	0,98	0,93	0,16	0,65	75,30	13,00	53,06
	2,0	8,30	1,34	0,42	0,12	0,51	35,20	9,74	42,64
Си	0,5	18,73	1,36	0,66	0,16	0,57	124,49	29,10	108,56
	1,0	11,49	1,04	0,84	0,22	0,75	96,87	25,87	87,23
	2.0	9,78	1,10	0,58	0,34	0,87	56,90	33,60	85,70
^,№	0,5	13,28	1,25	0,66	0,13	0,65	88,16	17,78	87,62
	1,0	13,31	1,05	0,68	0,30	0,73	90,65	40,43	101,36
	2,0	9,26	1,95	0,68	0,33	0,58	63,40	30,72	54,38

 

'пощади. Следовательно,  загрязнение почвы кадмием соответствующим  2,0 1ДК было самым токсичным  для сахарной свеклы. Этот уровень  загрязнения арушал все метаболические  процессы в растениях, угнетал  их рост и азвитие и нарушал  соотношение азота, фосфора и  калия в растениях (табл.

Медь, являясь необходимым  микроэлементом, при невысоком дозе '.грязнения 50 мг/кг, стимулировала рост растений сахарной свеклы, звышала  соотношение корнеплодов к ботве, и на 38 процентов увеличила жайность по сравнению с контролем, но снижала вынос азота, фосфора и

 

калия с единицей продукции. Это снижение, по-видимому, обусловлено  разбавлением их в более высоком  урожае корнеплодов.

Таблица 28

Соотношение содержания (в 1ц) азота, фосфора и калия в  сырой массе сахарной свеклы

Элемент	Дозы загрязнения, мг/кг	Азот	Фосфор	Калий
Контроль		4,16	1,0	4,67
Cd	1,5	6,69	1,0	6,77
	3,0	5,81	1,0	4,06
	6,0	3,50	1,0	4,25
Си	50	4,13	1,0	3,56
	100	3,82	1,0	3,41
	200	1,71	1.0	2,56
Ni	50	5,08	1,0	5,0
	100	2,27	1,0	2,43
	200	2,06	1,0	1,76

 

Вынос кг/га на этом варианте был самым высоким из всех изучаемых  вариантов. Более высокие дозы загрязнения  почвы медью (100 и 200 мг/кг) повышали вынос  фосфора, как с 1ц продукции, так  и с единицы площади, по сравнению с контролем, особенно при дозе загрязнения 200 мг/кг, где вынос фосфора с 1 га составил 33,6 кг при выносе на контроле 24,89 кг/га. Следовательно, загрязнение почвы медью стимулирует поглощение сахарной свеклой фосфора.

Высокий вынос фосфора  на единицу продукции и площади отмечен при загрязнении почвы никелем в дозах 100 и 200 мг/кг, но следует отметить,

 

что никель не оказал влияния  на вынос сахарной свеклой азота  при всех уровнях загрязнения, и  снизил вынос капия, по сравнению  с контролем.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами оказало влияние не только на вынос азота, фосфора и калия, но и на соотношение этих элементов в растениях. Кадмий и никель при невысоких уровнях загрязнения соответствующих 0,5 ПДК увеличивали содержание азота и калия по отношению к фосфору в 1,2 - 2,6 раза.

Таким образом, загрязнение  почвы тяжелыми металлами изменяет не только содержание и вынос азота, фосфора и калия, но и, влияя на метаболизм растений, изменяет соотношение  этих элементов в продукции.

 

ГЛАВА 6. Экологическая  и экономическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур на почвах загрязненных тяжелыми металлами.

В настоящее время  в результате антропогенного влияния  большинство почв, находящихся в  сельскохозяйственном производстве, в  той или иной степени загрязнены тяжелыми металлами.

В практическом смысле стоит  проблема о возможности использования  на пищевые и кормовые цели сельскохозяйственной продукции, выращенной на почвах с уровнем  содержания тяжелых металлов превышающим  предельно допустимую концентрацию. Поэтому необходимо проводить строгий контроль продукции для определения в ней тяжелых металлов и предотвращения их дальнейшего продвижения по пищевой цепи.

Работы многих исследователей (Ковалевский, 1969; Добровольский, 1983; Ильин, 1985; 1991; Алексеев, 1987; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989) свидетельствуют, что между химическим составом растений и элементным составом среды существует несомненная связь, а основная масса химических элементов поступает в растения из почвы. В то же время строгой зависимости между содержанием тяжелых металлов в растениях и их валовым содержанием в почве нет, так как растения обладают избирательным накоплением (Школьник, 1983; Ильин, 1991; Гамзикова, 1992).

В наших исследованиях  в первый год после загрязнения  почвы тяжелыми металлами, в растительной продукции сахарной свеклы и яровой пшеницы было определено содержание наиболее токсичных элементов кадмия и никеля (табл. 29 и 30).

Установлено, что при  внесении в почву кадмия (табл. 29) содержание то в растениях увеличивалось  прямопропорционально уровню загрязнения.

 

Следует отметить, что  в нетоварной части урожая сахарной свеклы (ботве) и яровой пшеницы (соломе) накопление кадмия шло более интенсивно, чем в корнеплодах и зерне.

Таблица 29

Влияние различных уровней  загрязнения почвы кадмием на его содержание в растительной продукции, мг/кг.

Доза загрязнения, почвы  кадмием мг/кг	Сахарная свекла		Яровая пшеница
	Корнеплоды	Ботва	Зерно	Солома
Контроль	0,101	0,148	0,161	0,170
1,5	0,129	0,241	0,163	0,213
3,0	0,185	0,315	0,284	0,295
6,0	0,189	0,305	0,313	0,334
ПДК в продукции (по Kloce)	0,03	0,03	0,1	0,3

 

На всех уровнях загрязнения, в том числе и на контроле содержание кадмия в растениях во много раз  превышало ПДК. Значительное количество кадмия в продукции на контроле, по-видимому, связано с тем, что почва годержит высокое количество цинка (превышающее ПДК). Как указывают некоторые авторы (Kitagishi, Yamane, 1981; Wallace и др., 1980), что между шдмием и цинком существует синергизм при поступлении в растение, в результате чего происходит усиление растворимости кадмия и перенос его из горней в надземную часть растений.

Прямую корреляционную зависимость между содержанием  кадмия в ючве и накоплением его  в растениях, отмечали А. Кабата-Пендиас  и X. Пендиас (1989) и М.М. Овчаренко с соавт. (1995).

Техногенное загрязнение  почвы никелем сильно влияет на содержание то в растениях, по мнению ряда авторов  В. Б. Ильина (1982) и И.А. Иильникова с  соавт. (1994) он быстро и легко извлекается  из почвы )астениями и темпы его поглощения положительно коррелируют с ^держанием его в почвах.

 

1Ш

В наших исследованиях  содержание никеля в растительной продукции (табл. 30), как в товарной, так и  нетоварной части урожая, увеличивалось  прямопропорционально уровню загрязнения.

Таблица 30

Влияние различных уровней  загрязнения почвы никелем на его содержание в растительной продукции, мг/кг.

Доза загрязнения почвы  никелем, мг/кг	Сахарная свекла		Яровая пшеница
	Корнеплоды	Ботва	Зерно	Солома
Контроль	0,420	0,410	1,26	2,80
50	0,460	0,484	2,41	7,13
100	0,850	0,870	3,52	12,86
200	2,080	2,020	6,11	14,11
ПДК в продукции (по Kloke)	0,5	0,5	0,5	10,0

 

При загрязнении почвы  никелем 50 мг/кг, содержание его в  растениях гахарной свеклы не превышало  предельно допустимую концентрацию. А в юрне и соломе яровой пшеницы содержание никеля было в два раза выше по фавнению с контролем.

Яровая пшеница накапливала  значительное количество никеля при  игрязнении почвы этим элементом. Содержание никеля в зерне и соломе на icex вариантах в т.ч. и на контроле было в 2,5 — 12 раз выше предельно -юпустимой концентрации.

По результатам исследований была проведена экономическая оценка возделывания яровой пшеницы и овса (на примере зерно - парового ;евооборота) при возделывании их на почвах загрязненных тяжелыми (еталлами (табл. 31, прил. 12, 13, 14).

В связи с тем, что  продукция растениеводства загрязнена тяжелыми 'еталлами цена ее реализации составила 83 % от не загрязненной на

 

фуражные цели. Убыток от загрязнения почвы тяжелыми металлами обусловлен снижением урожайности и ценой реализации.

Таблица 31

Экономическая оценка возделывания яровой пшеницы при различных  уровнях загрязнения почвы кадмием  и никелем (в расчете на 1 га), 1996г.

Показатели	Конт роль	Доза загрязнения, мг/кг
		Cd			Ni
		1,5	3,0	6,0	50	100	200
1. Урожайность, т/га	0,94	1,20	0,75	0,68	0,97	0,63	0,64
2. Отклонение от контроля, т/га	-	0,26	-0,19	-0,26	0,03	-0,31	-0,30
3. Затраты, руб/га	820,4	823,0	818,5	817,0	820,9	815,5	815,6
4. Стоимость чистой продукции, руб/га	1410,0	1800,0	1125,0	1020,0	1455,0	945,0	960,0
5. Стоимость загрязненной продукции, руб/га	1170,3	1512,0	945,0	856,8	1222,2	793,8	806,4
6. Убыток от загрязнения  ткачество продукции), руб/га	239,7	288,0	180,0	163,2	232,8	151,2	153,6
7. Убыток за счет  снижения урожайности, руб/га	-	-	228,0	312,0	-	372,0	360,0
8. Сумма убытка, руб/га	239,7	288,0	408,0	475,2	232,8	523,2	513,6

 

Убыток от загрязнения  продукции (зерна) яровой пшеницы кадмием и мкелем составил от 151,2 до 288,0 руб/га. На контроле зерно яровой шюницы содержало кадмия выше ПДК поэтому ее необходимо реализовать ю цене фуражного зерна.

Учитывая, что загрязнение  почвы кадмием и никелем выше ПДК нижало урожайность яровой пшеницы, нами был учтен убыток за счет вдополучения зерна, который составил по кадмию 228 - 312 руб/га, по мкелю 360-372 руб/га.

За счет снижения урожайности  и качества зерна сумма убытков  по щм вариантам достигала 523,2 руб/га.

 

Выводы

1. Исследования проведены в окрестностях г. Барнаула в зоне промышленных выбросов ТЭЦ, и др. источников возможного загрязнения почв тяжелыми  металлами.  Исследованные почвы — черноземы выщелоченные среднемощные среднегумусные (с содержанием гумуса 6,21 %), среднесуглинистые, слабокислой реакцией среды (рН - 6,8), невысокой емкостью поглощения (18,7 мг-экв./ЮОгр почвы), степенью насыщенности основаниями V== 93,4 %. Почвы среднеобеспечены подвижными формами азота и фосфора (3-й класс) и высоко обеспечены калием (6 кл).