Егоров В.С, Госсе Д.Д. Влияние удобрений на динамику содержания свинца в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах

Подождите немного. Документ загружается.

Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 4

_________________________________________________________________________________

Экология

УДК 631.8

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА ДИНАМИКУ СОДЕРЖАНИЯ СВИНЦА

В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ

Владимир Сергеевич Егоров

, Дмитрий Дмитриевич Госсе

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, факультет

Почвоведения, кафедра агрохимии, 119991, Российская Федерация, ГСП-1, Москва,

Ленинские горы, 1;

– профессор, доктор биологических наук,

e-mail: evs_msu@mail.ru

– младший научный сотрудник.

На основе экспериментального материала выявлены закономерности влияния минеральных

удобрений на динамику содержания разных форм свинца в почвах и поступление металла

в растения ячменя в модельных опытах при их искусственном загрязнении. В работе

показаны различия между супесчаной и среднесуглинистой почвами по скорости закрепления

металла в прочносвязанные соединения. Показано, что в ячмене, высеянном через 80 суток

после загрязнения почв, содержание свинца было в два раза ниже, чем в высеянном сразу после

внесения загрязнителя.

Ключевые слова:

динамика тяжелых металлов в почвах, подвижность свинца при внесении

удобрений, поступление тяжелых металлов в растения, формы тяжёлых металлов в почвах,

разность показаний вытяжек тяжелых металлов, методика подвижных шкал, ячмень в

модельных опытах.

В связи с возобновлением работы крупных

промышленных предприятий, растущим год от

года количеством автотранспорта и расширением

автодорог за последние годы возрос прессинг

тяжёлых металлов (далее ТМ) на площади

агроэкосистем [1]. Это обусловило необходи-

мость изучения способности агроэкосистем

противостоять негативному воздействию ТМ, в

частности свинца как одного из наиболее

токсичных и одновременно активно накапли-

вающихся в почвах металла. Анализ влияния

минеральных удобрений на динамику содержания

свинца в системе почва-растение необходим для

агроэкологической оценки и прогнозирования

состояния компонентов агроценозов, количества

и качества растительной продукции, может

служить основой для регулирования состава и

направленности производства [2].

Методика.

Исследования проводили в модель-

ных опытах с почвами пахотного горизонта,

отличающимися по гранулометрическому составу

и степени окультуренности (табл. 1). Образцы для

исследований отбирали в Солнечногорском

районе Московской обл. на территории УОПЭЦ

МГУ «Чашниково» из горизонтов А дерново-

подзолистой супесчаной окультуренной почвы

(супесь мелкопесчано-крупнопылеватая (П1)) и

дерново-подзолистой среднесуглинистой слабо-

окультуренной почвы залежи (средний суглинок

мелковато-крупнопылеватый (П2)).

В почвы согласно схеме опытов в форме

раствора вносили ацетат свинца в количестве

325 мг/кг (10 ПДК) по свинцу. В соответству-

ющие варианты опытов вносили минеральные

удобрения из расчёта 0,1 г д.в. (N, P

, K

O) на

1 кг почвы, после чего почву набивали в сосуды.

Опыты проводили в условиях естественной

влажности воздуха с регулярным поливом.

В модельном опыте № 1 без растений в

контейнерах на 300 г в течение 120 суток от-

бирали образцы почв на исследования. Первую

пробу почв брали через 3 часа после закладки

опыта, затем через 3, 10, 40, 80 и через 120 суток.

Модельный опыт № 2 с растениями в сосудах

на 2 кг почвы был разбит на 3 блока. В блоке 1

растения ячменя сорта «Нур» высевали сразу

после внесения Pb и NPK, в блоке 2 – через 40 и

в блоке 3 – через 80 дней (методика подвижных

шкал). В каждом блоке растения выращивали

40 дней, т.о. уборку биомассы растений и отбор

образцов почвы проводили через 40, 80 и 120

дней после внесения Pb и NPK.

Содержание свинца в почвах определяли

атомно-абсорционным методом в серии почвен-

ных вытяжек – 1 М НCl, ацетатно-аммонийным

буферным раствором (ААБ) с рН 4,8 и 1%-м

раствором ЭДТА в ААБ [3].

1. Агрохимическая характеристика почв

модельного опыта, (средние данные за два года)

Почвы

Кон-

троль

NPK

Кон-

троль

NPK

Гумус, % 1,3 1,8

рН 6,8 6,0 5,8 5,6

Нг,

мг·экв/100 г почвы

1,37 1,86 1,17 1,73

S мг·

экв/100 г почвы

6,9 6,7 8,0 7,5

мин

, мг/100 г 5,45 9,57 7,02 9,29

, мг/100 г 18,3 37,5 10,3 37,8

Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 4

_________________________________________________________________________________

Для отображения вклада форм нахождения

свинца в почвах мы рассчитывали разность

показаний вытяжек [4]. Так, разность вытяжек 1M

НСl и ААБ может показать количество

прочносвязанных почвенными компонентами

(специфически сорбированных и связанных с

аморфными, а также с органическими соедине-

ниями), но при этом потенциально-доступных

растениям (в отличие от «условно-доступных» в

вытяжке ААБ) форм металлов, которые могут

быть переведены в доступное растениям со-

стояние действием различных факторов. Разность

вытяжек ААБ+ЭДТА и ААБ определяет

количество металлов связанных в почвенные, в

основном органогенные комплексы (доля металла

в вытяжке ЭДТА).

В растениях определяли содержание общего

азота, фосфора и калия после озоления по

Гинзбург. Содержание металла в растениях

определяли атомно-абсорбционным методом.

Статистическую обработку данных проводили с

использованием программы Excel и Statistica.

Результаты и обсуждение.

В наших исследо-

ваниях свинец закрепляется в почвах довольно

стабильно. В модельном опыте № 1 показано,

что по количеству прочносвязанных форм свинца

прослеживалась следующая закономерность:

в первые 3-е суток в супесчаной почве их

количество было заметно выше, чем в средне-

суглинистой (рис. 1). На 10-е сутки содержание

этих форм свинца в почвах выравнивалось и

достоверно не отличалось вплоть до 120-х суток.

Содержание подвижных условно-доступных

форм к этому времени составляло 38% от

изначально внесённого количества, что согласует-

ся с исследованиями Н.Г. Зырина [5].

В модельном опыте № 2 выращивание растений

только увеличило контрастность описываемой

ситуации (табл. 2). На супесчаной почве за период

40-120 суток количество прочносвязанных почвен-

ными компонентами форм свинца имело тенденцию

к уменьшению.

0-3 час 0-3 0-10 0-40 0-80 0-120 сут

Время, сут

мг/кг

П2

П1

Поли номиаль ный (П1)

Поли номиаль ный (П2)

Рис. 1. Содержание прочносвязанных почвами форм свинца (Модельный опыт №1, средние данные за два года)

2. Содержание свинца в почвах, мг/кг почвы (Модельный опыт №2, средние данные за два года)

Сроки (сут)

Варианты опыта

0-40 80-120

Почвы* П1 П2 П1 П2

НСР

0,05

Вытяжка 1м НCl

0 9,0 6,1 8,2 8,2

NPK 5,6 4,8 8,0 9,0

Pb 181,3 173,0 114,5 138,7

NPK+Pb 198,8 169,7 125,0 120,5

15,5

Вытяжка ААБ

0 2,0 2,7 2,5 6,0

NPK 1,4 3,4 3,3 3,7

Pb 114,4 127,6 61,2 70,6

NPK+Pb 128,4 137,1 77,8 75,0

10,1

Вытяжка ААБ+ЭДТА

0 1,7 3,6 7,7 4,5

NPK 3,9 3,9 5,6 7,8

Pb 145,1 149,1 77,1 102,5

NPK+Pb 155,0 146,0 83,9 105,1

13,8

* П

– супесчаная почва, П

– среднесуглинистая почва; **НСР приведено для вариантов с внесением ТМ

Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 4

_________________________________________________________________________________

На среднесуглинистой почве, наоборот, с тече-

нием времени наблюдалось достоверное увеличение

количества прочносвязанных почвенными компо-

нентами форм. Количество свинца, извлекаемого

ЭДТА, на 40-е сутки было примерно равно для

обеих почв. В дальнейшем течение этого процесса

было различно: за период 40-120 суток в средне-

суглинистой почве показатель вырос на 23%, а на

супесчаной почве уменьшился в два раза. Ана-

логичные результаты получены Д.В. Ладониным [6]

на дерново-подзолистых и чернозёмных почвах.

Внесение удобрений достоверно не повлияло на

содержание условно-доступного свинца в первые 40

суток его нахождения в среднесуглинистой почве,

однако наблюдалась тенденция к увеличению его

подвижности на супесчаной почве. На 120-е сутки

обнаруживаются уже достоверные отличия, указы-

вающие на увеличение (на 21%) подвижности

свинца в супесчаной почве при внесении удобрений.

Важно отметить, что наблюдается высокая кор-

реляционная зависимость (R = 0,9) между содержа-

нием подвижных форм свинца в почвах модельного

опыта (сроков 0-40 и 80-120) и его содержанием в

биомассе ячменя.

В модельном опыте №2 на двух разных почвах

при внесении свинца в дозе, соответствующей

10 ПДК, без внесения удобрений не наблюдалось

снижения биомассы ячменя При внесении NPK

отчетливо проявляется негативное влияние свинца

на биомассу ячменя (снижение биомассы составляет

22-32%). Это влияние проявляется на обеих почвах

и не исчезает по прошествии 80 суток нахождения

свинца в почве (рис. 2).

При загрязнении почв изменялись уровни

накопления элементов питания зеленой массой

ячменя: под действием свинца на фоне внесения

минеральных удобрений на обеих почвах снижалось

содержание азота и фосфора (табл. 3).

Содержание свинца в биомассе ячменя, вы-

сеянного сразу же после внесения загрязнителя

(блок 0-40), превышает ПДК для кормов сельско-

хозяйственных животных в 8 раз. Произрастав-

ший в период 40-80 суток после внесения

загрязнителя ячмень содержит в среднем на 30%

меньшее количество свинца. Однако и в этом случае

его содержание в биомассе составляет 5-6 ПДК.

Ячмень блока 80-120 суток содержит в среднем на

50% меньшее количество свинца (4ПДК), чем

высеянный сразу же после внесения загрязнителя

(рис. 3).

На поступление свинца в растения большое

влияние оказали свойства почв. На супесчаной

почве в блоке 80-120 суток в биомассе ячменя

наблюдали достоверно более высокое (на 30%)

содержание свинца по сравнению с растениями,

которые выращивали на среднесуглинистой почве,

что согласуется с исследованиями Е.В. Гореш-

никовой и В.М. Зубковой [7, 8].

При этом на супесчаной почве снижение со-

держания свинца в биомассе (при сравнении

показателей на 40-е и 120-е сутки) меньше, чем на

среднесуглинистой почве (28 и 51% соответствен-

но), что связано с большей потенциальной поглоти-

тельной способностью среднесуглинистой почвы.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 NPK Pb NPK+Pb

Варианты

г/10 растений, в.сух. масс

П2

П1

Рис. 2. Биомасса ячменя в модельном опыте №2

(Блок 80-120 суток, средние данные за два года)

Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 4

_________________________________________________________________________________

3. Содержание макроэлементов в биомассе ячменя (модельный опыт №2),

средние данные за два года

Варианты опыта N, % P

,% К

O,%

Сроки сут. 0 - 40 80 -120 0 - 40 80 -120 0 - 40 80 - 120

Супесь (П1)

Контроль 0,76 0,6 0,43 0,48 7,1 6,4

NPK 1,83 1,67 0,55 0,53 8,9 7,5

Pb 0,62 0,47 0,40 0,35 6,7 5,5

NPK+ Pb 1,52 1,44 0,59 0,45 7,7 6,9

НСР

0,05

0,27 0,07 1,32

Средний суглинок (П2)

Контроль 1,05 0,76 0,43 0,54 6,7 5,2

NPK 2,15 1,79 0,61 0,65 8,3 6,3

Pb 0,70 0,60 0,43 0,45 7,0 4,6

NPK+ Pb 2,13 1,55 0,63 0,52 8,5 5,5

НСР

0,05

0,27 0,07 1,32

т.сугл л.сугл т.сугл л.сугл

сроки 0-40 80-120 сут

мг/кг

NPK+Pb

Рис. 3. Содержание свинца в биомассе ячменя в зависимости

от сроков после внесения загрязнителя. Модельный опыт № 2.

Средние данные за два года.

НСР

0.05

=6,36

Заключение.

Результаты наших исследований

показывают, что на дерново-подзолистых почвах

загрязнённых свинцом в количестве 10 ПДК

содержание подвижных форм металла в почве

уменьшается в течение 120 суток, и при этом

снижается его содержание в растениях. Характер

закрепления свинца разными по свойствам дерново-

подзолистыми почвами различен. В окультуренной

легкосуглинистой почве свинец сравнительно

быстро фиксируется минеральными компонентами.

В более гумусированной, но и более кислой

среднесуглинистой почве свинец в первую очередь

связывается органическим веществом. Внесение

удобрений уменьшает уровень и меняет характер

фиксации свинца почвами.

На более гумусированной среднесуглинистой

почве металл в течение 120 суток равномерно и

полнее связывается в комплексные соединения с

органическим веществом, тогда как на супесча-

ной почве количество свинца, переходящего в

такого рода соединения (извлекаемые ЭДТА),

нестабильно.

Проблемы агрохимии и экологии, 2008, № 4

_________________________________________________________________________________

Ячмень, произраставший в период 80-

120 суток после загрязнения почвы свинцом, со-

держал в два раза меньшее количество металла,

чем высеянный сразу после внесения загрязни-

теля. На супесчаной почве в биомассе ячменя

наблюдали на треть более высокое содержание

свинца по сравнению с растениями на средне-

суглинистой почве, что показывает существенное

значение минеральной части почв в поступлении

свинца в растения.

Литература:

1. Бабкин В.В., Кирпичников Н.А. Устойчивость агро-

ценозов к загрязнению тяжёлыми металлами в зависи-

мости от окультуренности дерново-подзолистой почвы

и применения мелиорантов. // Удобрения и химические

мелиоранты в агроэкосистемах. – М.: Изд-во МГУ. –

1998. – С. 27.

2. Можайский Ю.А. Эколого-химическая оценка ан-

тропогенных воздействий на почвенный покров Рязан-

ской области. – Рязань. – 2005. – С 148.

3. Воробьева Л.А., Лобанова Е.А. Показатели подвиж-

ности свинца в почвах // Свинец в окружающей среде.

– М.: Наука, – 1987. – С. 76-88.

4. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в

почвах – проблемы и методы изучения // Почвоведе-

ние. – 2002. – №6. – С.682-692.

5. Зырин Н.Г. Сорбция свинца и состояние поглощен-

ного элемента в почвах и почвенных компонентах. //

Почвоведение. – 1986. – №4. – С. 38-43.

6. Ладонин Д.В. Изучение механизмов поглощения

Cu(II) и Pb(II) дерново-подзолистой почвой. // Почво-

ведение. – 2004. – №5. – С.537-545.

7. Горешникова Е.В. Влияние свойств дерново-под-

золистых почв и известкования на поступление

кадмия, цинка и свинца в растения: Диссертация канд.

биол. наук. – М. – 1995. – 125 с.

8. Зубкова В.М. Особенности накопления и распре-

деления тяжелых металлов в сельскохозяйственных

культурах и влияние удобрений на их поведение в

системе почва-растение: Автореферат дис. канд. биол.

наук. – М., – 2004, – 40 с.

Yegorov V.S., Gosse D.D.

INFLUENCE OF FERTILIZERS ON DYNAMICS OF THE MAINTENANCE OF LEAD

IN SOIL-PLANT SYSTEM ON SODDI-PODSOLIC SOILS

On the experimental material generalised influence of mineral fertilizers on dynamics of the

maintenance of different forms of lead in soils and receipt of metal in plants of modelling experiences

is shown. In work essential distinctions between sandy and loamy soils on speed of inclusion of lead in

connections are shown. It is shown that in barley plants, for 80 days after entering of pollution, the

lead maintenance was twice more low, than in plants, grows right after entering of metal into soil.

Keywords:

dynamics of heavy metals in soils, mobility of lead at application of fertilizers, receipt of

heavy metals in plants, forms of heavy metals in soils, a difference of indications of extracts of heavy

metals, a technique of sliding scales, barley in modelling experiences.