Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Тяжелые металлы в системе почва - растение 9
Глава 2 Объекты и методы исследований 42
2.1 Условия проведения исследований 42
2.2 Объекты исследований 46
2.3 Методы исследований 48
Глава 3 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на не которые показатели почвенного плодородия 50
3.1 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на мобилизацию минерального азота в почве 50
3.2 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на мобилизацию подвижного фосфора в почве 55
3.3 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на мобилизацию обменного калия в почве 60
3.4 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на показатели почвенной кислотности 64
3.5 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на содержание их в почве 69
Глава 4 Особенности поступления азота, фосфора, калия и тяжелых металлов в растения в зависимости от уровней загрязнения почвы 74
4.1 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на содержание азота, фосфора и калия в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы 75
4.2 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на содержание нитратов в растениях 79
4.3 Содержание микроэлементов в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы 82
Глава 5 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на урожайность, вынос элементов питания и качество сельскохозяйственных культур 88
5.1 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на урожайность озимой пшеницы, сахарной свеклы и продуктивность звена севооборота 88
5.2 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на вынос азота, фосфора и калия озимой пшеницей и сахарной свеклой 93
5.3 Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на качество зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы 97
Глава 6 Экологическая и экономическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур на почвах загрязненных тяжелыми металлами 101
Выводы 107
Предложения производству по
Список использованной литературы 111
Приложения 127
- Тяжелые металлы в системе почва - растение
- Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на мобилизацию подвижного фосфора в почве
- Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на содержание нитратов в растениях
- Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на вынос азота, фосфора и калия озимой пшеницей и сахарной свеклой
Введение к работе
Актуальность. Химизация земледелия, как неотъемлемая часть интенсификации сельского хозяйства, призвана обеспечить дальнейший рост производства, сохранение и улучшение качества сельскохозяйственной продукции, повышение эффективности сельскохозяйственного производства путем квалифицированного применения удобрений, химических средств защиты растений, мелиорантов, ретардантов, ингибиторов и др. при переходе на интенсивную технологию возделывания важнейших культур.
С другой стороны, все более и более острой становится проблема экологии. Загрязнение и разрушение окружающей среды связано с хозяйственной деятельностью человека. Бурное развитие науки и техники за последние полвека и внедрение их достижений в народное хозяйство значительно ухудшили окружающую среду, что стало угрозой не только для человека, но и для всех биологических объектов на Земле. В связи с этим возникла практическая необходимость прогнозирования влияния изменений внешней среды на человека и биологические объекты.
Охрана природы и человека в последнее время становится важнейшей проблемой, как в национальном, так и в международном аспектах. Эта проблема обсуждается в высших органах управления большинства стран мира.
Химическое воздействие человека на биосферу в современном мире носит глобальный характер. Среда, в которой мы обитаем, постоянно химически изменяется в результате хозяйственной деятельности человека. Изменения в основном носят характер длительного постепенного накопления и обнаруживаются с помощью высокочувствительных приборов.
Среди всех химических загрязнений микроэлементы следует рассматривать, как имеющие особое экологическое, биологическое и здравоохранительное значение. Эта группа активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа «тяжелые металлы» во многом совпадает с понятием микроэлементы. При повышение концентраций элементов в поч-
ве термин «микроэлементы» не пригоден, в таких случаях применяют термин «тяжелые металлы».
Деление на микроэлементы и «тяжелые металлы» весьма относительно, так как все необходимые элементы в повышенных дозах становятся токсичными, а некоторые токсичные металлы в ультрамикроколичествах могут быть полезны для растений. Повышенное количество тяжелых металлов в почве инги-бирует процесс нитрификации, снижает фиксацию молекулярного азота бобовыми культурами, подавляет активность уреазы, фосфатаз и общую биологическую активность почвы. Это может существенно влиять на метаболизм в растениях, а, следовательно, и на качество урожая (Минеев В.Г., 1981, 1984).
Тяжелые металлы опасны тем, что они обладают способностью накапливаться в организме (свинец, цинк - в твердых тканях, никель, медь, кобальт - в мягких), быстро менять свою химическую форму и вступать в многочисленные реакции друг с другом и биологически важными неметаллами. При попадании в человеческий организм тяжелые металлы вызывают рак - выявлена четкая взаимосвязь между их содержанием в почве и количеством злокачественных новообразований у населения. Кроме того, они вызывают ряд функциональных и органических нарушений сердечно-сосудистой и центральной нервной систем (особенно у детей), легких, печени, почек, желудочно-кишечного тракта. У детей, имеющих повышенный уровень содержания свинца в крови, наблюдается заторможенность развития.
В культурные растения, организм сельскохозяйственных животных и человека тяжелые металлы попадают из почвы только в подвижных формах. По данным агрохимслужбы к настоящему времени 10-15% всех пахотных земель имеют содержание подвижных форм тяжелых металлов выше предельно допустимых концентраций (ПДК).
Проблема загрязнения почв и растений тяжелыми металлами в настоящее время привлекает к себе всеобщее внимание. Это определяется тем, что с одной стороны, повышенное содержание в продуктах урожая тяжелых металлов вредно для человека и животных, и во многом может определять пригодность или
непригодность продуктов растениеводства в качестве источника пищи или кормов. С другой стороны, загрязнение почвы тяжелыми металлами может на долгие годы сделать ее не пригодной для производства доброкачественной продукции.
Поэтому особую актуальность приобрело загрязнение почв. Почва аккумулирует тяжелые металлы, пестициды и другие химические загрязняющие вещества, предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух.
Благодаря буферным свойствам почвы, часть тяжелых металлов (ТМ), попадающих в нее, инактивируется, но преимущественная доля остается мобильной и активно потребляется растениями. Следует отметить ограниченную бу-ферность почв по отношению к элементам-загрязнителям, поглощение которых происходит до определенных пределов. Одним из факторов возможных неблагоприятных изменений окружающей среды является загрязнение почв ТМ и токсичными элементами. Одним из источников поступления ТМ в почву могут быть удобрения: фосфорные, азотные, органические. И, хотя среди других источников поступления ТМ в почву на долю удобрений падает всего 4-6%, пренебрегать ими не следует (Ильин В.Б., 1991).
Тяжелые металлы попадают в почву из различных источников, после чего уже не выводятся из круговорота почва — растение — животное — человек. Это обстоятельство подчеркивает важность мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения почвы тяжелыми металлами и уменьшение уже существующего загрязнения, на что неоднократно указывали ученые разных стран.
В связи с этим необходимо всестороннее изучение влияния ТМ не только на продуктивность сельскохозяйственных культур, но и на мобилизацию основных макроэлементов в почве.
Цель данной работы: установить влияние различных уровней загрязнения почв тяжелыми металлами (кобальтом, цинком, медью и свинцом) на неко-
торые показатели почвенного плодородия и продуктивность звена зернопаро-
пропашного севооборота.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Установить влияние уровней загрязнения почв тяжелыми металлами на мобилизацию подвижных форм питательных веществ в почве.
Выявить влияние уровней загрязнения почв тяжелыми металлами на продуктивность звена севооборота.
Изучить влияния различных уровней загрязнения почв тяжелыми металлами на поступление в растения основных макроэлементов - азота, фосфора и калия, и вынос их с урожаем.
Определить зависимость основных качественных показателей зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы от загрязнения тяжелыми металлами.
Установить влияние концентраций тяжелых металлов на содержание их в почве и растениях.
Дать экологическую и экономическую оценку возделывания сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами
Научная новизна. Впервые изучено влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на питательный режим чернозема выщелоченного лесостепи Воронежской области, установлены содержание и динамика минерального азота, подвижных форм фосфора, обменного калия и содержание тяжелых металлов в почве в зависимости от уровня загрязнения и выявлено их влияние на продуктивность звена зернопаропропашного севооборота (пар - озимая пшеница - сахарная свекла).
Защищаемые положения: 1. Существуют критические уровни загрязнения почвы тяжелыми металлами, которые влияют на содержание в почве подвижных форм азота, фосфора и калия. Разные металлы оказывают различное влияние на процессы мобилизации в почве подвижных питательных веществ. 2. Невысокий уровень концентрации (0,5 ПДК) кобальта, цинка и меди стимулирует рост и развитие растений и повышает их продуктивность, а при более
высоком уровне загрязнения (1,0 и 2,0 ПДК) этими элементами, а так же свинцом, происходит угнетение растений и снижение их продуктивности. 3. При внесении кобальта, цинка и меди в половинной концентрации увеличивается содержание белка и клейковины в зерне озимой пшеницы и сахара в корнеплодах сахарной свеклы. На вариантах с внесением 1,0 и 2,0 ПДК всех солей тяжелых металлов наблюдается ухудшение качественных показателей основной продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы.
Практическая значимость работы. Полученный материал может быть взят за основу для установления критических уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами, которые оказывают негативное влияние на мобилизацию основных макроэлементов (азота, фосфора и калия) в почве, продуктивность сельскохозяйственных культур и качество продукции.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2001-2003 гг., межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 г. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, и рекомендаций производству. Она изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц, 1 рисунок, 26 приложения. Список литературы состоит из 164 источников, в том числе 26 иностранных.
Личный вклад автора. В работе использовались материалы, полученные лично автором в ходе закладки и проведения полевых опытов. Выполнена экспериментальная работа, теоретическое обобщение и сделаны выводы.
Диссертационные исследования проводились в соответствии с программой НИР кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки на 2000-2005 гг. № гос.рег.01.200.1003985 «Агро-экологический мониторинг при длительном применении агрохимических средств в севооборотах ЦЧЗ», Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры агрохимии за помощь в проведении исследований.
Тяжелые металлы в системе почва - растение
Воздействие человека на биосферу сложно и многообразно. Весьма часто ведет к необратимым изменениям. В то время как изменения поверхности Земли, обусловленные геологическими и биологическими процессами, очень медленны, изменения, вносимые человеком, накапливаются в последние годы чрезвычайно быстро. Такие изменения ведут чаще всего к деградации естественной среды обитания человека. Хотя воздействие человека на биосферу началось еще в неолите, проблема ухудшения состояния экосистем, вызванного их загрязнением, стала резко обостряться в последние десятилетия XX века (Ка-бата-Пендиас А., Пендиас X., 1991).
В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различных химическими средствами интенсификации сельскохозяйственного производства. Химическое воздействие человека на биосферу в современном мире носит глобальный характер (Алексеев Ю.В., 1987).
В большинстве случаев антропогенное воздействие на окружающую природную среду неблагоприятно для общества и живой природы. К явлениям загрязнения окружающей природной среды, безусловно, относится все то, что связано с поступлением в среду вредных веществ, т.е. таких веществ, которые оказывают непосредственное отрицательное воздействие на человека и биосферу.
О.Ф. Балацкий, Л.Г. Мельник и А.Ф. Яковлев (1984) выделили несколько видов загрязнения: механическое, химическое, физическое, радиационное и биологическое.
Чаще всего, по их словам, загрязнением считают лишь поступление, привнесенное в среду, нахождение в ней различных агентов. Но в природе существует естественный фон вещества или энергии. В каждом районе Земли он может быть различным, причем не всегда оптимальным. Таким образом, поступление в окружающую среду одних и тех же количеств веществ в районах, где естественный фон, например, ниже оптимального уровня, может улучшать условия жизни и, разумеется, не должен расцениваться как загрязнение. В других местах, где естественный уровень находится на пределе оптимума, подобное изменение условий окружающей среды ухудшит ее качество и должно расцениваться как загрязнение.
Таким образом, под загрязнением следует понимать аналогичное изменение свойств окружающей среды, приводящее к ухудшению функций среды по отношению к человеческому обществу (Ковда В.А., 1985).
Защита окружающей среды от загрязнения в условиях интенсивного антропогенного воздействия на объекты биосферы является глобальной экологической проблемой. Нарушение экологического равновесия в природе сказывается, в первую очередь, на таких важнейших составляющих агроэкосистемы, как почва и растения. Различные химические вещества, поступая в них в количествах, превышающих естественный фон, становятся опасными загрязнителями, К ним относятся тяжелые металлы (ТМ) и токсичные элементы (ТЭ), способные передвигаться по трофическим цепям и накапливаться в организме человека и животных, вызывая тяжелые заболевания (Hutton М., 1983; Greter-Domerque F.L., Vedy J.C.,1989; Ладонин В.Ф., 1995; Милащенко Н.З., 1995; Кузнецов А.В., 1997; Овчаренко М.М., 1997; Sloan JJ., Pondu R.H., 1998; Аристархов А.А., 2000; Носовская И.И., Соловьев Г.А., Егоров В.Г., 2000; Потатуе-ва Ю.А., Сидоренко H.K., Прищеп Е.Г., 2002).
К числу распространенных видов загрязнения окружающей среды относится поступление ТМ, Основная масса техногенно-рассеянных ТМ очень быстро поступает на поверхность почвы. Значительная часть ТМ включается в почвообразовательный процесс, некоторое количество поглощается растительностью и выносится с поверхностным и грунтовым стоком. В результате образуются техногенные геохимические аномалии ТМ, характеризующиеся быстрым убыванием концентрации металлов от источника загрязнения к периферии. Особую научную значимость приобретает разработка научно-обоснованных программ проведения широкомасштабных рекультивационных работ на загряз ненных сельскохозяйственных территориях, сочетающих различные способы и средства мелиорации, выбор которых основан на результатах специальных исследованиях поведения ТМ в системе почва — мелиорант - растение (Галиулин Р.В., 1994).
Термин ТМ появился в специальной научной и сельскохозяйственной литературе сравнительно недавно и сразу же приобрел негативное звучание. ТМ -группа химических элементов, имеющих относительную атомную массу 50 (Алексеев Ю.В., 1987).
К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет более 50 атомных единиц. Эта группа элементов, активно участвующих в биологических процессах, входит в состав многих ферментов. Группа "тяжелые металлы" во многом совпадает с понятием "микроэлементы". Для повышенных концентраций элементов термин "микроэлементы" не пригоден. В таких случаях применяют термин "тяжелые металлы" (ТМ). Таким образом, под термином "тяжелые металлы", подразумевают такие элементы, как свинец, молибден, марганец, кобальт, цинк, кадмий, медь и другие (Ильин В.Б., Степанова М.Д., 1982).
Важной особенностью металлов является то, что они относятся к классу неспецифических веществ, то есть в отличие от специфических загрязнителей, как пестициды, чуждых геохимическому фону, металлы в фоновых концентрациях присутствуют в различных компонентах экосистем. Нарушение этой "нормы" вызывает не только прямое токсичное воздействие, но и отдаленные последствия в виде воспроизводства и биопродуктивности организмов, то есть проявляется на уровне популяций и поколений. Еще одно отличие микроэлементов от многих загрязняющих веществ состоит в том, что при миграции они меняют лишь уровень содержания или формы нахождения и не включаются в процессы самоочищения.
Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на мобилизацию подвижного фосфора в почве
Значение фосфора в жизни растений и вообще в жизни на Земле огромно. Он содержится в каждой клетке растения, животного и человека. Без фосфора, как и без азота, нет жизни: он входит в состав ядра клеток, ферментов, витаминов, участвует в образовании и превращении углеводов и азотистых веществ. С химическими реакциями фосфора связана энергетика живой клетки. Важную роль фосфор играет в процессах дыхания и брожения (Авдонин, 1982).
Фосфор принимает активное участие почти во всех процессах, происходящих в растениях, поэтому фосфорное питание растений является важным приемом, регулирующим темпы роста и развития растений.
Фосфор в растениях находится в нуклеиновых кислотах, нуклеопро-теидах, сахарофосфатах, фитине, крахмале и в минеральной форме. Значительная часть фосфора в почвах (от 30 до 85 %) представлена в форме органических соединений, недоступных для питания растений (Дерюгин И.П., Прокошев В.В., 1990; Попович Л Л., 1992; Середа Н.А., Халиуллин К.З., Трапезников В.К., 1998). Органические фосфаты почвы представлены соединениями, входящими в состав гумуса, почвенных микроорганизмов, растительных и животных остатков.
Минеральные соединения фосфора в почве состоят из фосфатов материнских пород и продуктов их выветривания. Кроме того, минеральные формы фосфора образуются при разложении органических фосфорсодержащих соединений.
Существует несколько фосфорных кислот, но важнейшее значение для растений имеют три: мета-, пиро- и ортофосфорная. В настоящее время доказано, что растения могут использовать соли всех трех кислот. Но практически основным источником питания растений являются соли ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота - трехосновная. Вследствие этого она образует одно-, двух- и трехзамещенные соли. В качестве катионов при образовании солей ортофосфорной кислоты могут быть кальций, калий, магний, натрий, железо, алюминий и др.
Однозамещенные соли ортофосфорной кислоты растворимы в воде и вполне доступны растениям на всех почвах. Двухзамещенные соли не растворимы в воде, но растворимы в слабых кислотах, они хорошо используются растениями. Сложнее обстоит дело с использованием трехзамещенных фосфатов.
Окисленные соединения фосфора, безусловно, необходимы всем живым организмам. Без Н3Р04 не может существовать ни одна живая клетка. Фосфор содержится в составе органических веществ растений - финин, лецитин, сахо-рофосфаты и т.д. Главный источник фосфора для растений в природных условиях - соли Н3РО4. Будучи трехосновной, Н3РО4 может отдиссоциировать три аниона Н2Р04", НР042", РО43 . Из них в условиях слабокислой реакции среды наиболее распространенным является первый, но представлен и второй, а третий ион практически не участвует в питании растений. Влияние фосфора на жизнедеятельность растений весьма многообразно, хорошее фосфорное питание растений не только значительно повышает урожай сельскохозяйственных культур, но и заметно улучшает его качество.
Следует отметить, что избыток фосфора ведет к плохому использованию его растениями, растения созревают преждевременно, не успев синтезировать хороший урожай, а при недостатке фосфора приостанавливается рост культур, задерживается созревание урожая. На фосфаты в почве оказывают влияние органические вещества, влажность почвы, температура. Установлено, что гуматы Na повышают подвижность в почве фосфатов Са (Ягодин Б.А., Смирнов П.М., Петербургский А.В. и др., 1987).
Известно, что в первые периоды роста сельскохозяйственные культуры поглощают фосфаты интенсивнее, чем в последующие. Все растения крайне чувствительны к фосфорному голоданию в самом раннем возрасте, когда усваивающая способность их неразвитой еще корневой системы весьма слабая. Недостаток фосфора задерживает образование органических кислот, что тормозит связывание поступающего через корни аммиачного азота.
Запасы фосфора в необрабатываемых почвах зависят от содержания в материнской породе, т.к. иного источника его не существует.
Несмотря на высокое валовое содержание фосфора в черноземах (А.В. Соколов, 1950), количество его в усвояемой форме не всегда обеспечивает нормальное питание сельскохозяйственных культур.
Легкоусвояемых фосфатов в большинстве почв очень мало. Например, в черноземах Воронежской области около 0,144% Р2О4 (4230 т/га в пахотном слое), растворимая в 2% уксусной кислоте часть ее составляет около 21 кг/га. Содержание усвояемых фосфатов - динамичный показатель, изменяющийся под влиянием свойств почвы, интенсивности земледелия и других причин (Ягодин Б.А., Смирнов П.М., Петербургский А.В. и др., 1987).
Как видно из представленных данных, в 2001 году до закладки опыта, в паровом поле, на всех вариантах опыта содержание подвижного фосфора было практически равным и изменялось в пределах от 135,0 до 136,1 мг/кг. К концу парования содержание подвижного фосфора несколько уменьшилось на всех вариантах опыта. Это можно объяснить переходом из доступных для растений воднорастворимых форм, в труднорастворимые минеральные, а также органические формы, При этом необходимо отметить, что тяжелые металлы, внесенные в почву, так же оказали влияние на содержание подвижного фосфора.
При загрязнении - 0,5 ПДК по вариантам содержание подвижного фосфора, в сравнении с контролем, изменялось незначительно. Так, например, на контроле к концу парования содержание фосфора составило 127,5 мг/кг, на варианте с 0,5 ПДК CuS04 5Н20 - 130,8мг/кг и на варианте с 0,5 ПДК РЬ(СНзСОО)2 ЗН20 - 125,4 мг/кг. Соли ТМ внесенные в почву в 1,0 и особенно 2,0 концентрациях (кроме 1,0 ПДК C11SO4 5Н20), заметно снижали содержание легкодоступного фосфора что свидетельствует о ухудшении условий для возделывания озимой пшеницы после пара на этих вариантах опыта.
Так на поле с озимой пшеницей в начале весенней вегетации культуры эта зависимость сохранялась, хотя и менее ярко выражена. К уборке запасы подвижного фосфора также несколько снижались, что можно объяснить, главным образом, выносом с урожаем и также переходом в недоступное состояние. По вариантам опыта наблюдалась аналогичная закономерность, как и в паровом поле (внесение микроэлементов в 0,5 ПДК практически не изменяло содержание Р205, по сравнению с контролем, а одинарные и двойные дозы, особенно соли свинца, снижали его содержание). Так на варианте с 2,0 ПДК соли свинца содержание доступного фосфора в период уборки озимой пшеницы уменьшилось на 7,1 мг/кг в сравнении с контролем. Это связано, на наш взгляд, с высокой токсичностью этого элемента и отрицательным влиянием на интенсивность минерализации органического вещества.
Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на содержание нитратов в растениях
На содержание нитратов в растениях влияет степень сбалансированности его с другими элементами (ЦерлингВ.В., 1988). Избыточное накопление нитратов в биомассе растений связано, как правило, с нарушением соответствия между их поступлением и возможностью растений включать азот в собственные белковые соединения. Таким образом, концентрация нитратов в растениях обуславливается, с одной стороны, интенсивностью поглощения минерального азота растениями, а с другой стороны — факторами, влияющими на интенсивность его ассимиляции (Соколов О.Е., 1990; Амелин А.А., Амелина С.Е., Соколов О.А., Дж. Хорн, 1996).
Данные по накоплению нитратов в растениях озимой пшеницы за 2002 год и сахарной свеклы за 2003 год представлены в таблице 14.
Как видно из представленных данных, содержание нитратов в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы резко снижалось от начала к концу вегетации по всем вариантам опыта. Так, если в 2002 году на поле с озимой пшеницей в фазу кущения содержание нитратов на контроле было 290 мг/кг, то в период уборки содержание нитратов в зерне составляло 48 мг/кг, а соломе 180 мг/кг, в 2003 году на контроле в начале вегетации сахарной свеклы содержание нитратов в ботве было 294 мг/кг, в корнеплодах 702 мг/кг, к уборке 175 и 15 мг/кг, соответственно.
Внесение солей тяжелых металлов в различных концентрациях, в основном, способствует повышению содержания нитратов, как в основной, так и в побочной продукции, исключение лишь составляет соль меди и в некоторых случаях соль цинка в дозе 0,5 ПДК. Это, вероятно, можно объяснить тем, что медь и цинк в небольших концентрациях выполняют роль микроэлементов и благоприятно действуют на процесс восстановления нитратов. Например, на варианте с 0,5 ПДК кобальта и свинца содержание нитратного азота, по сравнению с контролем, в зерне озимой пшеницы было больше на 4 и 9 мг/кг, при внесении 0,5 ПДК ZnSC 4 7Н20 содержание нитратов в основной продукции озимой пшеницы было одинаковым с контролем (48 мг/кг), а внесение 0,5 ПДК меди снижало их содержание на 3 мг/кг. В корнях сахарной свеклы, в период уборки, на вариантах с половинной дозой Со, Zn и РЬ содержание нитратов, в сравнении с контролем, увеличивалось на 5, 2 и 13 мг/кг, на варианте с 0,5 ПДК
Внесение солей тяжелых металлов в дозах 1,0 и 2,0 ПДК способствовало в большей степени накоплению нитратов в растениях по сравнению с контролем и вариантом с 0,5 ПДК соли меди. Так в период уборки озимой пшеницы содержание нитратов в зерне на контроле было 48 мг/кг, в соломе - 180 мг/кг, а на вариантах с двойной дозой кобальта, цинка, меди и свинца в зерне - 61, 60, 54 и 81 мг/кг, в соломе -211, 202, 199 и 233, соответственно. В период уборки сахарной свеклы содержание нитратов в корнеплодах составило на контроле 15 мг/кг, в ботве - 175 мг/кг, а на вариантах с 2,0 ПДК внесенных солей в основной продукции -36, 21, 34 и 42 мг/кг, в побочной — 206, 202, 190 и 230 мг/кг, соответственно.
Таким образом, внесение солей тяжелых металлов, особенно в повышенных концентрациях, тормозит процессы восстановления нитратов в растениях и способствует их накоплению.
Для отдельных видов растений характерны определенные диапазоны концентрации химических элементов. Величина средних содержаний одного и того же элемента в различных видах растений, произрастающих в одинаковых условиях, часто колеблется в 2-5 раз. В условиях аномально высоких концентраций определенного элемента в среде обитания организмов разница содержания этого элемента в различных видах растений возрастает. Резкое увеличение содержания одного или нескольких элементов в среде приводит их в разряд токсикантов. (Жукова Н.И., Потенко Е.И., 2003).
Почвенная среда — основной источник элементов питания для растений. Определение зависимости между степенью загрязнения почвы тяжелыми металлами и интенсивностью их поступления в растения является сложной задачей. Не все растения обладают одинаковой способностью накапливать ТМ. Это свойство связано с наличием у растений в разной степени выраженности раз личных физико-биохимических защитных механизмов, препятствующих поступлению токсичных элементов.
Таким образом, точную границу между нормальными и избыточными концентрациями ТМ в растениях провести трудно, так как граница между безвредным и токсичным действием на метаболизм растений часто бывает близкой. В своей работе мы ставили задачу — определить влияние различных уровней загрязнения почвы ТМ на изменение микроэлементного состава растений. Определение содержания микроэлементов проводилось после уборки сельскохозяйственных культур. Данные по определению содержания микроэлементов в основной и побочной продукции в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы представлены в таблице 16. Кобальт действует в растениях на азотфиксирующую систему и на другие физиологические процессы. Среднее содержание кобальта в растениях составляет 0,00002 %. Количество его может колебаться от 0,021 до 11,6 мг на 1 кг сухой массы растений (Школьник М.Я, 1974; Ильин В.Б., 1985; Кабата-Пендиас А, Пендис Х.,1989; Протасова Н.А. и др., 1992). По данным ряда авторов фототоксичной считается содержание его в растениях 5-30 мг/кг. В нашем опыте содержание кобальта (таблица 15) по всем вариантом в основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур было ниже уровня токсичности (10 мг/кг). Так, внесение в почву солей цинка, меди и свинца, даже в повышенных концентрациях, практически не повлияло на содержание кобальта в растениях. Например, в зерне озимой пшеницы содержание кобальта на этих вариантах менялось в пределах от 0,09 до 0,12, в соломе -от 0,15 до 0,22, корнеплодах сахарной свеклы — от 0,08 до 0,12, ботве от 0,10 до 0,14 мг/кг.
Влияние уровней загрязнения почвы тяжелыми металлами на вынос азота, фосфора и калия озимой пшеницей и сахарной свеклой
Вынос элементов питания из почвы сельскохозяйственными растениями является важным показателем, как с практической, так и с научной точек зрения. В практике чаще всего определяют вынос с урожаем из почвы основных макроэлементов: азота, фосфора и калия. Именно эти элементы вносят с минеральными удобрениями и показатели выноса используют для расчета доз удобрений.
Известно, что вынос элементов питания зависит не только от физиологической особенности культуры (хотя этот фактор является главным), но и от других факторов. В растениях озимой пшеницы определялось содержание и вынос основных макроэлементов (NPK). Результаты представлены в таблице 20 и приложении Щ. Из них видно, что с увеличением урожайности зерна и соломы увеличивался и вынос азота, фосфора и калия. Если, например, на контроле выносилось 78,1 кг азота, 31,7 кг фосфора и 65,6 кг калия с 1 гектара, то на варианте с 0,5 ПДК меди, где урожайность зерна была выше на 5,78 ц/га и соломы на 3,38 ц/га, вынос азот, фосфора и калия был 112,7,46,2 и 74,4 кг/га соответственно.
Аналогичная зависимость по выносу макроэлементов наблюдалась и по сахарной свекле (таблица 21 и приложение Э). Так, на вариантах с 0,5 ПДК солей кобальта, цинка и меди общий вынос азота, фосфора и калия как основной, так и побочной продукцией был выше в сравнении с контролем. Например, на варианте с 0,5 ПДК цинка, где самая высокая продуктивность сахарной свеклы, вынос NPK был на 106,8, 62,9 и 45,6 кг/га выше, чем на контроле.
В своей работе мы проводили изучение влияния различных доз солей тяжелых металлов на основные показатели качества зерна озимой пшеницы (белка и клейковины) и корнеплодов сахарной свеклы (содержание сахара).
Главная составная часть организмов - белки, или протеины, представляющие собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из аминокислот. Белки содержатся в любой растительной клетке или ткани. Превращения всех соединений в растениях осуществляются с обязательным участием белков-ферментов. Растения содержат различные минеральные и многие органические вещества, количество которых в растениях (например, крахмала, жиров или Сахаров) часто превышает содержание белков, но именно белки играют решающую роль во всех процессах обмена веществ и явлениях жизни. Белки - незаменимая основа живого вещества, и в связи с этим они имеют исключительное значение в жизни организмов (Ковалевский А.Л., 1991).
Во многих растениях, особенно в семенах, белки, являются одним из основных запасных веществ. Содержание белков в вегетативных органах сельскохозяйственных растений обычно составляет 5-20 % от веса сухой массы, в семенах злаков- 8-25 %.
Колебания в содержании белков зависят от сорта растений, условий возделывания, от удобрений, особенно азотных. При выращивании культур оправдано стремление получать урожай с более высоким содержанием белков. Элементарный состав белков довольно постоянен, все они содержат 51-55 % углерода, 6,5-7 % водорода, 15-18 % азота, 21-24 % кислорода и 0,3-1,5 % серы. Растительные белки играют важнейшую роль в питании населения и кормлении сельскохозяйственных животных. Ежедневно человек с продуктами питания должен получать не менее 70-100г белков. Недостаток белков в рационе приводит к серьезным нарушениям в обмене веществ и не может быть восполнен другими источниками азота. Основными структурными единицами, из которых построены молекулы белковых веществ, являются аминокислоты. В состав белков входит 20 аминокислот и 2 амида- аспарагин и глутамин. Молекулярный вес белков очень высок и он составляет несколько десятков — сотен тысяч, а у некоторых - доходит до нескольких миллионов. Так, если средний молекулярный вес одного аминокислотного остатка принять за 100-110, то нетрудно рассчитать, что в состав каждой белковой молекулы входят сотни - тысячи остатков аминокислот (Смирнов П.М., 1977).
