АГРОХИМИЯ, 2015, № 8, с. 64-72
Агроэкология
УДК 632.122.1:546.47:546.56:546.77(470.32)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАПАСОВ ЦИНКА, МЕДИ И МОЛИБДЕНА В АГРОЦЕНОЗАХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ОБЛАСТИ
© 2015 г. С.В. Лукин1, Р.М. Хижняк2
1Центр агрохимической службы "Белгородский " 308027 Белгород, ул. Щорса, 8, Россия E-mail: serg.lukin2010@yandex.ru 2Белгородский государственный национальный исследовательский Университет 308015 Белгород, ул. Победы, 85, Россия E-mail: roman3131@mail.ru
Поступила в редакцию 20.03.2015 г.
На основе данных локального агроэкологического мониторинга установлены закономерности распределения цинка, меди и молибдена по профилю чернозема выщелоченного и обеспеченности пахотных почв их подвижными формами. Определено содержание данных микроэлементов в сельскохозяйственных растениях и органических удобрениях. Рассчитаны коэффициенты биологического поглощения микроэлементов, а также коэффициенты использования запасов подвижных форм микроэлементов из почвы растениями сои, кукурузы и подсолнечника. Рассчитан баланс микроэлементов в агроценозах.
Ключевые слова: экологическая оценка, цинк, медь, молибден, агроценозы лесостепи, ЦентральноЧерноземная область.
ВВЕДЕНИЕ
Оценка содержания микроэлементов в агроценозах является важным звеном агроэкологического мониторинга, результаты которого используются для построения рациональных, экологически безопасных систем удобрения сельскохозяйственных культур в современном земледелии. Одним из негативных факторов, отрицательно влияющих на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур, является низкая обеспеченность почв подвижными формами многих микроэлементов. В живых организмах они входят в состав ферментов, витаминов и других жизненно важных соединений [1]. Низкая обеспеченность микроэлементами создает барьеры для поглощения растениями отдельных макроэлементов.
Почвы многих регионов России в недостаточной степени обеспечены подвижными формами микроэлементов. В Тамбовской обл. все пахотные почвы относятся к категории низкообеспеченных по содержанию подвижных форм меди [2]. В Ульяновской обл. 99% пахотных почв имеют низкую обеспеченность подвижными формами цинка [3]. В Ярославской обл. 64% пахотных почв низко-обеспечены подвижным молибденом, в Москов-
ской обл. - 17%, в Брянской обл. - 68% [4-6]. Практически все микроэлементы при их высокой концентрации могут стать токсичными для растений и человека. Поэтому для агроэкологического нормирования регламентируются их предельно допустимые концентрации (ПДК) в почвах.
Цель работы - экологическая оценка запасов цинка, меди и молибдена в агроценозах лесостепной зоны юго-западной части ЦЧО.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на территории Белгородской обл., которая включает лесостепную (~75% площади) и степную почвенные зоны. Площадь пахотных почв составляет 1651 тыс. га, в том числе черноземов выщелоченных, расположенных в лесостепной зоне, - >420 тыс. га. Доля эродированной пашни в Белгородской обл. составляет 47.9%. В структуре пашни ЦентральноЧерноземных областей (ЦЧО) черноземы выщелоченные распространены на площади ~4 млн. га.
В работе использованы материалы сплошного агрохимического обследования пахотных почв.
Таблица 1. Изменение содержания органического вещества и величины рН в слоях почвенного профиля чернозема выщелоченного реперных объектов
Слой почвы, см Органическое вещество, % рНкс1 рнн2О
0-20 5.3 5.3 6.4
21-40 4.9 5.5 6.6
41-60 4.1 6.0 7.0
61-80 3.3 6.4 7.4
81-100 3.0 6.7 7.6
При проведении обследования одна объединенная почвенная проба, состоящая из 20-40 точечных проб, отобрана из пахотного слоя 0-25 см почвы на площади 20 га. Кроме того, использованы данные локального агроэкологического мониторинга, который проводили на 20 реперных участках лесостепной зоны в 2010-2014 гг. Они представляют собой поле или участок поля площадью 4-40 га.
Почвенный покров реперных участков представлен черноземом выщелоченным. В слое 0-20 см среднее содержание подвижного фосфора по Чирикову составляло 139, подвижного калия по Чирикову - 119 мг/кг, сумма поглощенных оснований - 39.8 ммоль/100 г почвы, содержание подвижных форм кобальта - 0.085 мг/кг, подвижных форм марганца - 15.0 мг/кг, подвижных форм бора - 1.3 мг/кг. Содержание органического вещества и величины рН в слоях почвенного профиля представлены в табл. 1.
Валовое содержание микроэлементов в почве определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии в соответствии с М-МВИ-80-2008. Определение содержания подвижных форм цинка проводили по ГОСТу Р 50686-94, подвижных форм меди - по ГОСТу Р 50683-94. Для извлечения подвижных форм цинка и меди из почвы использовали ацетатно-аммонийный буфер (ААБ) рН 4.8. Содержание в почве подвижных форм молибдена определяли по методу Григга (ГОСТ Р 50689-94), для экстракции использовали окса-латный буфер рН 3.3. Определение содержания цинка и меди в растениеводческой продукции проводили в соответствии с ГОСТ 30692-2000. Содержание молибдена определяли в соответствии с [7]. При статистической обработке данных использовали расчеты доверительного интервала для средней величины (х ± и коэффициента вариации (V, %).
Для характеристики избирательного поглощения химических элементов сельскохозяйствен-
ными культурами использовали коэффициент биологического поглощения (КБП), который рассчитывали как отношение содержания элемента в золе растения к его содержанию в пахотном слое почвы.
Содержание золы в абсолютно сухом веществе семян подсолнечника составляло 2.5%, стеблей и корзинок подсолнечника - 5.1, зерна кукурузы -1.5, соломы кукурузы - 7.3, зерна сои - 5.2, соломы сои - 5.6, степного разнотравья (заповедник "Белогорье", участок "Ямская степь") - 6.4%.
При расчете хозяйственного баланса микроэлементов в агроценозах учитывали их поступление с органическими и минеральными удобрениями, мелиорантами, семенами. В расходной статье баланса учитывали вынос элементов с товарной частью урожая и потери в результате смыва почвы. При расчете баланса использованы опубликованные статистические данные по валовым сборам и посевным площадям сельскохозяйственных культур в Белгородской обл.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Кларки валового содержания цинка, меди и молибдена в почвах составляют соответственно 50, 20, 2.6 мг/кг [8]. Среднее валовое содержание меди в пахотном горизонте черноземов выщелоченных ЦЧО составляет 19.0, цинка - 52.0, молибдена - 2.0 мг/кг [9]. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) для тяжелосуглинистых почв с рНкс1 < 5.5 равны: цинка - 110, меди - 66 мг/кг. Валовое содержание молибдена в почве не нормируется.
Фоновое валовое содержание цинка в слое 10-20 см чернозема выщелоченного заповедника "Ямская степь" составляет 45.7, меди - 14.3, молибдена - 2.8 мг/г. По результатам локального мониторинга установлено, что среднее валовое содержание цинка в пахотном слое чернозема выщелоченного в среднем составляло 37.1, меди -13.8 мг/кг. С увеличением глубины почвенного профиля валовое содержание данных металлов достоверно снижалось. Таким образом, для цинка и меди характерно биофильное накопление в гумусовом горизонте. Валовое содержание цинка и меди в слое почвы 0-20 см было больше, чем в слое 81-100 см в 1.2 раза. Среднее валовое содержание в пахотном слое молибдена составляло 1.57 мг/кг. Статистически достоверных изменений в распределении этих элементов по глубине почвенного профиля не установлено. Запасы валового цинка в пахотном слое чернозема выщелоченного были равны 111, меди - 41.4,
Таблица 2. Вариационно-статистические показатели содержания микроэлементов в черноземе выщелоченном, мг/кг
Слой почвы, см Валовое содержание Подвижные формы
Х ± {05&х Нш V, % Х ± {05&х Нш V, %
Цинк
0-20 37.1±2.4 26.7-51.2 14.1 0.74±0.06 0.52-0.93 17.2
21-40 35.8±2.4 24.0-40.5 14.4 0.73±0.06 0.50-0.94 18.9
41-60 33.9±2.4 20.6-43.3 15.1 0.68±0.07 0.44-0.90 20.3
61-80 31.8±2.3 19.7-38.3 15.2 0.63±0.07 0.40-0.93 25.1
81-100 30.7±1.8 20.5-36.1 12.7 0.63±0.08 0.40-0.93 26.8
Медь
0-20 13.8±0.3 12.7-14.8 5.3 0.110±0.004 0.10-0.12 7.1
21-40 13.4±0.4 12.0-14.7 5.8 0.110±0.005 0.09-0.12 9.1
41-60 12.6±0.4 10.8-13.9 6.2 0.100±0.004 0.09-0.12 7.8
61-80 11.8±0.4 10.4-13.0 7.1 0.092±0.005 0.06-0.11 12.5
81-100 11.5±0.4 10.3-13.1 7.5 0.087±0.005 0.07-0.10 12.4
Молибден
0-20 1.57±0.11 1.23-2.01 15.2 0.200±0.015 0.132-0.238 15.6
21-40 1.58±0.11 1.26-2.10 15.1 0.201±0.009 0.156-0.238 9.9
41-60 1.54±0.12 1.20-2.11 16.9 0.200±0.016 0.135-0.256 17.5
61-80 1.50±0.16 0.96-2.43 22.9 0.177±0.018 0.095-0.225 21.2
81-100 1.44±0.13 0.91-2.05 19.9 0.119±0.026 0.053-0.207 46.7
молибдена - 4.7 кг/га (табл. 2). Содержание всех изученных элементов в черноземе выщелоченном было меньше кларков и их концентраций в заповедном черноземе, а также существенно меньше ОДК.
По величине валового содержания микроэлементов в почвах пашни затруднительно определить их доступность растениям. Для оценки обеспеченности сельскохозяйственных культур микроэлементами в почве определяют содержание их подвижных форм. Фоновое содержание подвижных форм цинка, меди и молибдена в слое 10-20 см целинного чернозема выщелоченного заповедного участка "Ямская степь" составляло соответственно 0.75, 0.19 и 0.09 мг/кг, что по современной оценочной шкале для пахотных почв соответствовало низкому уровню.
По данным сплошного агроэкологического обследования, содержание подвижного цинка в почвах Белгородской обл. за последние годы снижалось. Средневзвешенная величина показателя была равна в 1990-1994 гг. - 1.44, в 1995-1999 гг. -0.66, в 2000-2004 гг. - 0.51, в 2005-2009 гг. -0.5 мг/кг. Только в 2010-2014 гг. наметилась слабая тенденция к повышению данного показателя до 0.53 мг/кг (рисунок). Между средневзвешенным содержанием подвижных форм цинка и величиной рНкс1 по районам области обнаружена
обратная корреляционная зависимость средней силы (г = -0.64). С увеличением кислотности содержание подвижных форм цинка в почвах, как правило, возрастало. Наиболее низкая обеспеченность подвижным цинком была характерна для почв степной з
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.