Тяжелые металлы в системе почва - растение

При внесении в почву  меди на всех уровнях загрязнения  в период кущения наблюдалось  снижение нитратного и аммонийного  азота. При дозе загрязнении медью 100 мг/кг, снижение подвижного азота  связано с большим выносом его урожаем. Медь, являясь необходимым элементом питания, стимулировала рост и развитие растений и на этом варианте получена более высокая урожайность яровой пшеницы. Но более высокая концентрация меди > 200 мг/кг не только угнетала растения, но негативно повлияла на

 

процессы мобилизации  подвижного азота. На этом варианте содержание нитратного и аммонийного азота  к периоду уборки сохранилось  таким, каким оно было в период кущения яровой пшеницы.

Таблица 5

Влияние уровней загрязнения  почвы тяжелыми металлами на содержание подвижных форм азота в слое 0-40 см, мг/кг (на примере зернопарового севооборота)

Элемент	Доза внесения, мг/кг	1997 г. (яровая пшеница)				1998г. (овес)
		Кущение		Уборка		Кущение		Уборка
		N-N0.3	N-NH4	N-N03	N-NH4	N-N03	N-NH4	N-N03	N-NH4
Контроль		22,60	8,80	4,50	6,35	12,50	4,70	1,20	2,50
Cd	Г 1,5	25.00	5,70	1,50	7,35	16,00	3,50	2,80	2,00
	3,0	21,40	7,05	2,00	7,20	13,00	4.55	0,95	3,65
	6,0	15,60	5,90	2,20	4,55	13,00	4,90	2,20	4,15
Си	50	19,30	6,00	1,90	3,80	13,00	3,95	2,30	4,30
	100	10,70	5.75	2,40	6,90	8,51	4,35	1,50	3,05
	200	4,30	7,70	4,60	7,20	3,50	4,85	2,25	2,95
Ni	50	11,50	6,10	3,70	6,45	16,00	6.35	1,05	2,80
	100	14,10	6,30	7,60	7,80	9,50	4,10	2,25	2,30
	200	13,60	9,00	5,00	7,80	6,50	4,75	2,30	2,80
Zn	150	3,20	6,10	1,20	7,75	2,00	4,30	0,50	2,65
	300	7,50	5,30	2,90	6,90	3,00	4,15	0,55	2,35
	600	0,60	5,75	2,30	6,90	0,50	3,95	0,35	1,55

 

При загрязнении почвы  никелем снижение нитратного и аммонийного  юта наблюдалось только в период кущения за исключением невысокого 'ровня загрязнения почвы этим элементом во втором последействии (в 1998 >ду), где содержание нитратного и аммонийного азота было выше по завнению с контролем. По-видимому, никель в невысоких концентрациях в очве стимулирует процессы нитрификации и аммонификации, на это

 

указывали в своей  работе А. Кабата-Пендиас и X. Пендиас (1989). В период уборки содержание подвижных форм азота было на уровне контрольного варианта и даже выше, что связано с тем, что растения были угнетены никелем, и поглощение азота яровой пшеницей было невысоким.

Самое низкое содержание подвижных форм азота установлено  на вариантах с внесением цинка. Это связано с высоким загрязнением почвы этим элементом т.к. его содержание в почве до загрязнения уже превышало предельно - допустимые концентрации. Следовательно, загрязнение почвы цинком оказывает негативное влияние на процессы аммонификации и нитрификации.

Аналогичное влияние тяжелые металлы оказали на мобилизацию подвижного азота и на третий год после их внесения (во втором последействии).

В наших исследованиях  для установления влияния тяжелых  металлов на содержание и динамику подвижных форм азота в почве  полученные данные обработаны с помощью информационно — логического анализа по методике, предложенной Ю.Г. Пузаченко и А.В. Мошкиным (1969). Этот метод в почвоведении успешно применен Ю.Г. Пузаченко с соавторами (1970), Л.О. Карпачевским (1972), Н.А. Взнуздаевым (1972), Н.К. Киселевой (1972), Л.М. Бурлаковой (1972) и ее учениками.

В основу этого метода положено представление об измеримости  информации, которая передается изучаемому явлению от одного или нескольких факторов. Степень связи между  изучаемым явлением, и каким -либо фактором определяется величиной общей информативности (Т) и коэффициентом эффективности каналов связи (К).

По общей информативности  и коэффициенту эффективности канала связи на мобилизацию нитратного и аммонийного азота большее  влияние оказывали загрязнения почвы кадмием и никелем, чем медью и цинком (табл. 6). Это объясняется тем, что кадмий и никель являются наиболее опасными загрязнителями (Розанов, 1980; Ильин, 1985; Минеев и др., 1989) и наличие

 

их в почве в повышенных концентрациях не только угнетает растения, но и почвенную биоту.

Таблица 6

Влияние тяжелых металлов на мобилизацию в почвах азота  нитратов и обменного аммония

|————————[ Элемент	N -NC>3		N - NH4
	1 1 б|П	К	Т г 1 i бит	К
Cd	1,2457	0,3457	0,9486	0,2646
Си	0,9911	0,2675	0,8805	0,2456
Ni	1,2686	0,3539	0,9251	0,2580
Zn	0,8105	0,2261	0,6386	0,1781

 

Медь и цинк относятся  к группе необходимых для растений микроэлементов, которые, как указывалось  ранее, принимают участие в сложных  биохимических процессах в растительном организме и недостаток этих элементов приводит к нарушению метаболических процессов в растениях и, в конечном счете, недобору урожая. Поэтому, внесение их в почву в невысоких концентрациях, положительно сказывается на продуктивности растений. В высоких концентрациях эти элементы могут быть также как кадмий и никель токсичными для растений (Ильин, 1985;

Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989) и микроорганизмов (Наплекова, 1967) к уровню загрязнения и для  различных групп почвенных микроорганизмов  может иметь неодинаковое значение.

А. Кабата-Пендиас и X. Пендиас (1989) отмечали для овса в  начале кущения порог токсичности  примерно при его содержании в  почве > 400 мг/кг.

С помощью информационно - логического анализа нами определены мболее вероятные содержания нитратного и аммонийного азота в йисимости от дозы внесения тяжелых металлов в почву. Зависимость одержания подвижных форм азота от загрязнения почвы тяжелыми

 

металлами по коэффициентам  эффективности канала связи находится  в таком порядке: для нитратного азота — Ni > Cd > Си > Zn, для азота обменного аммония - Cd > Си > Ni > Zn (табл. 7 и 8).

Таблица 7

Содержание нитратного азота в слое почвы 0 — 40 см в зависимости  от уровней загрязнения почвы  тяжелыми металлами, мг/кг.

| Элемент	Дозы внесения, мг/кг	Сроки отбора образцов
		Кущение	Уборка
Контроль		12,1-18,0	6,1-12,0
Cd	1,5	12,1-18,0	12,1-18,0
	3,0	6,1-12,0	6,1-12,0
	6,0	6,1-12,0	12,1-18,0
Си	50	12,1-18,0	18,1-24,0
	100	6,1-12,0	6,1-12,0
	200	<6,0	12,1-18,0
Ni	50	12,1-18,0	6,1-12,0
	100	6,1-12,0	18,1-24,0
	200	<6,0	18,1-24,0
Zn	150	<6,0	<6,0
	300	<6,0	<6,0
	600	<6,0	<6,0

 

По специфичным состояниям (т.е. наиболее вероятным) наибольшее влияние  тяжелые металлы оказывают на содержание подвижного азота в почве в период кущения.

Кадмий не снижал содержание нитратного азота по сравнению с  контролем. Динамика азота обменного  аммония на загрязненных кадмием

 

вариантах повторяла  характер динамики контрольного варианта, т.е. кадмий веповлиял на процессы мобилизации аммонийного азота.

Таблица 8

Содержание и динамика азота обменного аммония в  слое почвы 0-40 см в зависимости от уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами, мг/кг.

	см в зависимости от уровней  загрязнения почвы тяжелыми металлами, мг/кг.
	Элемент	Доза внесения, мг/кг	Сроки отбора образцов
			До посева	Кущение	Уборка
	Контроль		5,8-7,5	2,2-4,1	<2,2
	Cd	1.5	5,8-7,5	2,2-4,1	<2,2
		3,0	5,8-7,5	4,1-5,8	<2,2
t к		6,0	5,8-7,5	2,2-4,1	<2,2
	Си	50	5,8-7,5	2,2-4,1	<2,2
		100	4,1-5,8	4,1-5,8	<2,2
		200	5,8-7,5	4,1-5,8	<2,2
	Ni	50	5,8-7,5	5,8-7,5	<2,2
		100	4,1-5,8	2,2-4,1	<2,2
		200	5,8-7,5	2,2-4,1	<2,2
	Zn	150	5,8-7,5	4,1-5,8	<2,2
		300	4,1-5.8	4,1-5,8	<2,2
		600	4,1-5,8	4,1-5,8	<2,2
	При загрязнении почвы  кадмием в небольших концентрациях (2,3 ir/кг) в период кущения, содержание нитратного азота было на уровне онтроля, более высокие концентрации этого  элемента в почве выше '-' /ттттт/'\

 

 

зерновые культуры прекращают поглощение элементов питания, содержание нитратного азота в почве было выше или на уровне контроля.

Медь при невысоком  уровне загрязнения не оказала влияния  на содержание подвижных форм азота, где в период кущения яровой пшеницы  содержание нитратного и аммонийного  азота было на уровне контроля. Но в период уборки на этом варианте содержание нитратного азота было на два класса обеспеченности выше контрольного варианта, что, по-видимому, связано с тем, что зерновые яровые в период полной спелости прекращают потребление элементов питания, и медь стимулировала процессы мобилизации подвижного азота. Более высокая концентрация меди снижала содержание нитратного азота только в период кущения за счет большой потребности растений в этом элементе.

При дозе загрязнения  почвы никелем соответствующей 0,5 ПДК содержание нитратного азота в оба срока вегетации не отличалось от контроля. В литературе отмечено, что особенно четко стимулирующий эффект никеля сказывается на процессе нитрификации и минерализации соединений азота (DeCatanzaro, Hutchinson, 1985) (цитировано по А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас, 1989).

Более высокие дозы загрязнения  почвы никелем (соответствующие 1,0 i 2,0 ПДК) снижали содержание нитратного азота в период кущения яровых зерновых, и только к периоду уборки наблюдалось повышение нитратного азота в почве по сравнению с контролем.

Характер динамики азота  обменного аммония на всех уровнях  загрязнения был как на контроле. Никель при невысоком уровне загрязнения 50 мг/кг усиливал процессы аммонификации, и на этом варианте к периоду кущения было самым высоким. При более высоких концентрациях 100 и 200 мг/кг содержание аммонийного азота в этот период было на уровне контроля. Следовательно, никель в невысоких концентрациях оказывал положительное влияние не только на процессы интенсивности нитрификации, но и аммонификации.

 

Высокий уровень загрязнения  почвы цинком оказал влияние на характер динамики и содержание аммонийного  азота в почве на всех уровнях  загрязнения был выше по сравнению  с контролем. Это связано с  тем, что цинк как более растворимый элемент в почвах, чем другие тяжелые металлы, оказывал ингибирующее действие на нитрифицирующие бактерии и тормозил процессы нитрификации и этим способствовал большему накоплению азота обменного аммония в почве.

Таким образом, невысокий  уровень загрязнения почвы кадмием, медью и никелем не влияет на процессы мобилизации подвижных форм азота, и только более высокие концентрации этих элементов в почве снижают содержание нитратного азота в период кущения. Цинк, содержание которого в почве даже на контроле было выше ПДК (420 мг/кг), при дополнительном внесении этого элемента в почвы снижало содержание нитратного азота в оба срока определения.

С помощью информационно - логического анализа через информативность и эффективность канала связи установлено влияние тяжелых металлов на мобилизацию подвижного азота по годам исследования, т.е. действия, последействия и второго года последействия загрязнения. В обработку включены данные по содержанию подвижного азота по всем уровням загрязнения почвы кадмием, медью, никелем и цинком.

Таблица 9

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

Установлено,  что  наибольшая  информативность  (0,5323)  и коэффициент эффективности  канала связи (0,1439) зависимости содержания подвижного азота от загрязнения почвы тяжелыми металлами получены в