В исследовании применен метод определения содержания подвижных форм тяжелых металлов атомно-абсорбционным спектрофотометрическим методом электротермической атомизации пробы с использованием прибора ААС ЭА «Квант-Z ЭТА», а также стандартные методики общего химического анализа почв. Обработка экспериментальных данных, расчеты выполнены с помощью программного обеспечения Excel 2000, StatSoft Statistica v 6.0 и Mathcad 2001i Professional. Полученные результаты отражены в таблицах 1 и 2 и на рисунках 1,2.
Интенсивность миграции и накопления химических элементов в трофической цепи почва-сельскохозяйственные культуры зависят от разных факторов. В их числе: формы нахождения химических элементов в почвах - многие тяжелые металлы в условиях техногенеза могут переходить в подвижные формы, легкодоступные для растений; способность различных видов растений поглощать элементы по «барьерному» или «безбарьерному» типам; тип почвы - высокогумусные глинистые почвы обладают большей способностью к нейтрализации токсичных элементов путем перевода их в малорастворимые и труднодоступные для растений формы и др. [1.-С. 11-12].
тяжелый металл корм
Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в трофической цепи почва - кормовые культуры на черноземах Курской области
|
№ п/п |
Местоположение взятия образца почв, район Курской области |
рН |
Гумус, % |
Содержание тяжелых металлов, мг/кг |
|||||||||
|
В почве (Aпах, вытяжка ацетатно-аммонийным буферным раствором рН=4,8), мг/кг |
В картофеле, мг/кг |
В капусте, мг/кг |
|||||||||||
|
Zn |
Cu |
Mn |
Zn |
Cu |
Mn |
Zn |
Cu |
Mn |
|||||
|
1 |
Беловский |
5,4 |
3,1 |
0,33 |
0,42 |
4,9 |
0,52 |
0,36 |
2,84 |
0,39 |
0,38 |
2,79 |
|
|
2 |
Большесолдатский |
5,6 |
3,6 |
0,30 |
0,08 |
4,1 |
0,47 |
0,07 |
2,38 |
0,36 |
0,07 |
2,34 |
|
|
3 |
Глушковский |
6,3 |
3,7 |
0,39 |
0,08 |
4,2 |
0,61 |
0,07 |
2,44 |
0,46 |
0,07 |
2,39 |
|
|
4 |
Горшеченский |
5,2 |
6,4 |
0,51 |
0,31 |
3,8 |
0,80 |
0,26 |
2,20 |
0,61 |
0,28 |
2,17 |
|
|
5 |
Золотухинский |
5,4 |
4,4 |
0,30 |
0,30 |
9,4 |
0,47 |
0,26 |
5,45 |
0,36 |
0,27 |
5,36 |
|
|
6 |
Касторенский |
5,7 |
6,7 |
0,40 |
0,36 |
2,6 |
0,63 |
0,31 |
1,51 |
0,48 |
0,33 |
1,48 |
|
|
7 |
Кореневский |
5,2 |
4,7 |
0,36 |
0,40 |
5,9 |
0,57 |
0,34 |
3,42 |
0,43 |
0,36 |
3,36 |
|
|
8 |
Курский |
5,2 |
3,7 |
0,81 |
0,42 |
5,8 |
1,27 |
0,36 |
3,36 |
0,96 |
0,38 |
3,31 |
|
|
9 |
Курчатовский |
5,0 |
4,2 |
0,40 |
0,42 |
8,7 |
0,63 |
0,36 |
5,05 |
0,48 |
0,38 |
4,96 |
|
|
10 |
Льговский |
6,7 |
4,4 |
0,32 |
0,47 |
3,6 |
0,50 |
0,40 |
2,09 |
0,38 |
0,43 |
2,05 |
|
|
11 |
Мантуровский |
5,3 |
4,8 |
0,34 |
0,48 |
6,2 |
0,53 |
0,41 |
3,60 |
0,40 |
0,44 |
3,53 |
|
|
12 |
Медвенский |
5,9 |
5,1 |
0,50 |
0,58 |
3,4 |
0,79 |
0,49 |
1,97 |
0,60 |
0,53 |
1,94 |
|
|
13 |
Обоянский |
5,1 |
4,6 |
0,40 |
0,14 |
5,7 |
0,63 |
0,12 |
3,31 |
0,48 |
0,13 |
3,25 |
|
|
14 |
Октябрьский |
5,6 |
4,0 |
0,39 |
0,13 |
3,5 |
0,61 |
0,11 |
2,03 |
0,46 |
0,12 |
2,00 |
|
|
15 |
Пристенский |
6,3 |
5,5 |
0,33 |
0,11 |
5,0 |
0,52 |
0,09 |
2,90 |
0,39 |
0,10 |
2,85 |
|
|
16 |
Советский |
4,9 |
6,4 |
0,37 |
0,11 |
4,7 |
0,58 |
0,09 |
2,73 |
0,44 |
0,10 |
2,68 |
|
|
17 |
Солнцевский |
6,0 |
5,7 |
1,03 |
0,59 |
6,7 |
1,62 |
0,50 |
3,89 |
1,23 |
0,54 |
3,82 |
|
|
18 |
Суджанский |
5,5 |
4,5 |
0,35 |
0,14 |
5,3 |
0,55 |
0,12 |
3,07 |
0,42 |
0,13 |
3,02 |
|
|
19 |
Тимский |
5,9 |
5,7 |
0,26 |
0,15 |
4,4 |
0,41 |
0,13 |
2,55 |
0,31 |
0,14 |
2,51 |
|
|
20 |
Черемисиновский |
5,1 |
4,9 |
0,27 |
0,26 |
6,0 |
0,42 |
0,22 |
3,48 |
0,32 |
0,24 |
3,42 |
|
|
21 |
Щигровский |
5,4 |
6,2 |
0,63 |
0,22 |
5,5 |
0,99 |
0,19 |
3,19 |
0,75 |
0,20 |
3,14 |
|
|
ПДК (ГН 2.1.7.2041-06) |
23,0 |
3,0 |
140,0 |
10,0* |
5,0* |
- |
10,0* |
5,0* |
- |
||||
|
Коэффициент биологического поглощения (Kб)** |
- |
- |
- |
1,57 |
0,85 |
0,58 |
1,19 |
0,91 |
0,57 |
* - ПДК тяжелых металлов в продукции растениеводства (Институт питания РАН, 1986);
Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в трофической цепи почва - кормовые культуры в серых лесных почвах Курской области
|
№ п/п |
Местоположение взятия образца почв, район Курской области |
рН |
Гумус, % |
Содержание тяжелых металлов, мг/кг |
|||||||||
|
В почве (Aпах, вытяжка ацетатно-аммонийным буферным раствором рН=4,8), мг/кг |
В картофеле, мг/кг |
В капусте, мг/кг |
|||||||||||
|
Zn |
Cu |
Mn |
Zn |
Cu |
Mn |
Zn |
Cu |
Mn |
|||||
|
1 |
Дмитриевский |
5,1 |
5,2 |
0,47 |
0,25 |
5,2 |
0,74 |
0,21 |
3,02 |
0,56 |
0,23 |
2,96 |
|
|
2 |
Железногорский |
5,3 |
4,2 |
0,49 |
0,28 |
5,7 |
0,77 |
0,24 |
3,31 |
0,58 |
0,25 |
3,25 |
|
|
3 |
Конышевский |
4,8 |
4,3 |
0,46 |
0,28 |
6,1 |
0,72 |
0,24 |
3,54 |
0,55 |
0,25 |
3,48 |
|
|
4 |
Поныровский |
5,1 |
4,9 |
0,46 |
0,17 |
6,2 |
0,72 |
0,14 |
3,60 |
0,55 |
0,15 |
3,53 |
|
|
5 |
Рыльский |
5,2 |
3,8 |
0,40 |
0,10 |
4,9 |
0,63 |
0,09 |
2,84 |
0,48 |
0,09 |
2,79 |
|
|
6 |
Фатежский |
5,5 |
4,4 |
0,30 |
0,19 |
5,4 |
0,47 |
0,16 |
3,13 |
0,36 |
0,17 |
3,08 |
|
|
7 |
Хомутовский |
4,9 |
1,7 |
0,31 |
0,09 |
4,9 |
0,49 |
0,08 |
2,84 |
0,37 |
0,08 |
2,79 |
|
|
ПДК (ГН 2.1.7.2041-06) |
23,0 |
3,0 |
140,0 |
10,0* |
5,0* |
- |
10,0* |
5,0* |
- |
||||
|
Коэффициент биологического поглощения (Kб)** |
- |
- |
- |
1,57 |
0,85 |
0,58 |
1,19 |
0,91 |
0,57 |
* - ПДК тяжелых металлов в продукции растениеводства (Институт питания РАН, 1986);
** - расчет произведен для подвижных форм ионов ТМ, доступных кормовым культурам.
Для оценки степени обеспеченности сельскохозяйственных культур, выращиваемых на серых лесных почвах и черноземах Курской области, тяжелыми металлами были использованы коэффициенты биологического поглощения (Кб), цинка, меди, марганца, которые представляют собой отношение содержания тяжелого металла в золе кормовой культуры к содержанию подвижных форм элементов в соответствующих типах почв. Интенсивность поглощения ионов тяжелых металлов овощными и зерновыми культурами определяется множеством различных факторов, среди которых необходимо учитывать содержание соединений элементов в пахотном горизонте почв, водный режим агроландшафта, величины pH водной и солевой вытяжек почв, а также содержание гумуса (таблицы 1, 2).
Согласно проведенным мониторинговым исследованиям содержание подвижных форм цинка, меди и марганца в черноземах и серых лесных почвах Курской области не превышает величин ПДК (таблица 1, 2). Более того, установленные концентрации тяжелых металлов позволяют классифицировать изучаемые почвы как низкообеспеченные цинком (содержание менее 3 мг/кг) и медью (содержание менее 2 мг/кг) относительно выращиваемых кормовых культур (картофель, капуста, кукуруза, озимая пшеница, овес). Также отмечается низкая степень обеспеченности растений соединениями марганца (содержание менее 15 мг/кг почвы).
Чувствительность отдельных кормовых культур к недостатку меди неодинакова. Наиболее высокую потребность в этом элементе питания испытывают овощные культуры - картофель и капуста, выращиваемая на черноземах и серых лесных почвах Курской области, наименьшую - кукуруза. Зерновые культуры (овес, озимая пшеница) поглощают из серых лесных почв и черноземов соединения меди в оптимальных количествах (рисунки 1, 2; таблицы 1, 2).
|
1 |
Беловский |
8 |
Курский |
15 |
Пристенский |
|
|
2 |
Большесолдатский |
9 |
Курчатовский |
16 |
Советский |
|
|
3 |
Глушковский |
10 |
Льговский |
17 |
Солнцевский |
|
|
4 |
Горшеченский |
11 |
Мантуровский |
18 |
Суджанский |
|
|
5 |
Золотухинский |
12 |
Медвенский |
19 |
Тимский |
|
|
6 |
Касторенский |
13 |
Обоянский |
20 |
Черемисиновский |
|
|
7 |
Кореневский |
14 |
Октябрьский |
21 |
Щигровский |
Рисунок 1 - Содержание меди в зерне кукурузы, озимой пшеницы и овса на черноземах Курской области, мг/кг
Рисунок 2 - Содержание меди в зерне кукурузы, озимой пшеницы и овса на черноземах Курской области, мг/кг
Содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства - кормовых культурах (картофель, капуста, кукуруза, озимая пшеница, овес) не превышает величин ПДК: для соединений цинка в картофеле и капусте - 10 мг/кг (Институт питания РАН, 1986), в зерновых культурах - 50 мг/кг; для соединений меди в картофеле и капусте - 5 мг/кг, в зерновых культурах - 10 мг/кг.
Несмотря на более низкие значения коэффициента биологического поглощения (Kб)** марганца по сравнению с цинком и медью, его концентрация в картофеле и капусте достаточно высока (таблица 1). Наблюдаемое явление объясняется бульшими фоновыми содержаниями соединений данного элемента (относительно цинка и меди) в черноземах и серых лесных почвах различных районов Курской области. Известно, что величины коэффициентов биологического поглощения Mn и Cu характеризуют слабое накопление и средний захват соединений [5].
Таким образом, различные виды растений обладают разными барьерными свойствами в отношении тяжелых металлов, изучение которых приобретает важное значение для выбора сельскохозяйственных культур, выращиваемых на загрязненных почвах. В целом, по причине низкой степени обеспеченности черноземов и серых лесных почв Курской области соединениями цинка, меди и марганца целесообразно применение микроудобрений согласно установленным фоновым концентрациям элементов. В случае выращивания кормовых культур без внесения достаточных количеств микроудобрений, применение получаемых кормов должно быть нормировано внесением микроэлементов в рационы сельскохозяйственных животных.
Список использованных источников
1 Виноградова, Т. А. Трансформация тяжелых металлов при внесении азотных удобрений под лен-долгунец на загрязненной Cd и Pb почве: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16 / Т.А. Виноградова; Российский государственный аграрный заочный университет. - Ярославль, 2008. - 20 с.
2 Гамаюнова, М.С. Содержание микроэлементов в почве и семенах и урожай сельскохозяйственных растений / М.С. Гамаюнова, Л.К. Островская // Микроэлементы в сельском хозяйстве и медицине. - Киев, Госсельхозиздат УССР, 1963. - С. 147 - 151.
3 Глебова, И.В. Закономерности сорбционного распределения тяжелых металлов в почвах Центрального Черноземья: автореф. дис. … доктора с.-х. наук: 06.01.03 / И.В. Глебова; Курская ГСХА. - Курск, 2009. - 43 с.
4 Никитишен, В.И. Плодородие и удобрение серых лесных почв ополий Центральной России / В.И. Никитишен, Е.В. Курганова. - М.: Наука, 2007. - 367 с.
5 Орлов, Д.С. Биогеохимия / Д.С. Орлов, О.С. Безуглова. - Ростов н/Д: Феникс, 2000.- 320 с.