АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.4
ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КОНВЕРСИОННОГО МЕЛА ДЛЯ МЕЛИОРАЦИИ КИСЛЫХ ПОЧВ: СТРОНЦИЙ В СИСТЕМЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ
© 2013 г. А. В. Литвинович, А. В. Лаврищев, О. Ю. Павлова, А. О. Ковлева
Агрофизический научно-исследовательский институт, 196608, Санкт-Петербург-Пушкин, шоссе Подбельского, 7 e-mail: avlavr@rambler.ru Поступила в редакцию 24.04.2012 г.
В длительном (5 лет) вегетационном опыте с известкованием проведено изучение скорости растворения конверсионного мела, используемого в широком интервале доз. Установлено, что полное разложение мела, вносимого в почву в больших количествах, достигается на третий—четвертый годы после его применения. Выявлено, что увеличение концентрации доступного для растений стронция в почве сосудов опыта продолжается до полного растворения мела (3—4 года), далее незначительно уменьшаясь. Дана оценка уровня загрязнения почвы в различных вариантах опыта. Показано, что доза вносимого мела оказывает решающее значение на поступление в растения стронция. Выявлены различия в накоплении стронция рапсом в год применения мела и на третий—четвертый годы его последействия. Установлено, что переход кальция в зерно и солому ячменя, а стронция — в солому ячменя протекает по безбарьерному типу, а стронция в зерно ячменя — по барьерному типу. Проведено ранжирование различных видов сельскохозяйственных растений по их способности накапливать стронций в своих тканях. Представлены данные содержания стронция в вегетативных и генеративных органах различных сортов яровой пшеницы. Приведены величины кальций-стронциевого отношения и коэффициенты накопления стронция растениями из различных биологических семейств. Рассчитаны коэффициенты дискриминации при поступлении кальция и стронция в растения. Сделан вывод, что произвесткованная мелом почва будет и дальше генерировать потоки стронция в растения.
Ключевые слова: химическая мелиорация почв, конверсионный мел, кальций, стронций, почва, растения.
Б01: 10.7868/80032180X13090049
Стронций — щелочноземельный металл, широко распространенный в природе. Его избыточное накопление в костно-суставной и хрящевой ткани животных и человека приводит к хрупкости костей, деформирующему остеопорозу [5, 32].
Стронций принято относить к элементам третьего класса опасности (ГОСТ 17.4.02.—83). Считается, что по химическим свойствам он наиболее близок к кальцию и может замещать последний в биохимических реакциях [14]. Однако физиологическая роль стронция для растений на сегодняшний день изучена недостаточно.
К настоящему времени в литературе накоплен обширный экспериментальный материал, посвященный содержанию стронция в почвах основных природно-климатических областей бывшего СССР. Подробная сводка этих публикаций приведена нами ранее [20]. Показано, что длительное применение в сельскохозяйственном производстве фосфорных удобрений [2, 9, 12, 30, 36, 39, 40], стронций-содержащих мелиорантов и отходов промышленности [19, 22, 33] может привести к загрязнению почв и растений этим элементом.
Установлена способность сельскохозяйственных культур аккумулировать стронций в своих тканях [15, 31, 36]. Приводятся сведения о концентрации стронция в растениях из различных биологических семейств [2, 4, 6, 11, 15, 24, 31, 39, 40].
Вместе с тем, строгих закономерностей, свидетельствующих о преимущественном накоплении стронция рапсом (семейство капустных), викой (семейство бобовых) и пшеницей (семейство злаковых), выращенных на кислых дерново-подзолистых почвах, произвесткованных различными дозами конверсионного мела, выявить не удалось [24].
В литературе отсутствуют также сведения о динамике содержания доступного для растений стронция в почвах в процессе растворения строн-ций-содержащих мелиорантов, внесенных в широком интервале доз.
В связи с этим в задачи настоящих исследований входило:
— установить скорость растворения конверсионного мела в почве, произвесткованной возрастающими дозами мелиоранта;
— изучить динамику содержания доступного для растений стронция в почве по мере растворения мела, внесенного в широком интервале доз и оценить уровень ее загрязнения;
— выявить способность отдельных видов и сортов растений накапливать стронций в своих органах, определить отличия в поступлении кальция и стронция в зерно и солому ячменя;
— рассчитать коэффициенты накопления стронция различными сельскохозяйственными культурами, вычислить коэффициенты дискриминации кальция и стронция при поступлении в растения, дать оценку качества продукции растениеводства по показателю кальций-стронциевого отношения.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Скорость растворения конверсионного мела в почве, динамику содержания в почве доступного для растений стронция, а также видовые особенности сельскохозяйственных культур из различных биологических семейств в поглощении кальция и стронция изучали в 24-вариантном вегетационном прецизионном опыте (опыт 1) с возрастающими дозами мелиоранта.
В настоящее время идея постановки прецизионных опытов находит все большее понимание научных работников [42, 43]. Одной из особенностей прецизионных экспериментов является значительное увеличение числа вариантов за счет отказа от повторностей. В нашем случае это позволило охватить как можно большее число ситуаций, встречающихся в производственных условиях, и получить массив данных, достаточный для выявления четкой зависимости накопления стронция отдельными сельскохозяйственными культурами и органами растений в широком интервале доз мелиоранта.
Интервал доз мелиоранта в опыте 1 от 0.1 до трех полных по гидролитической кислотности (Нг) доз, что составляет 0.8—24 т/га. Дозы мелиоранта, соответствующие 2.0—3.0 Нг, на практике не применяются, но такое скопление известкового материала может иметь место при нормальных дозах в отдельных очагах поля в результате его неравномерного рассева [7].
Схема опыта приведена в табл. 1. Продолжительность эксперимента 5 лет. Чередование культур следующее: первый год — яровой рапс (сорт Оредеж 4), второй год — вика (сорт Вера), третий год — ячмень (сорт Суздалец), четвертый и пятый годы — рапс (сорт Оредеж 4).
В опыте 1 использовали кислую дерново-подзолистую супесчаную почву, отобранную под естественным многолетним лугом, со следующими физико-химическими показателями: рН (KCl) 4.1; Нг — 5.4 ммоль(экв)/100 г почвы, гумус — 3.02%, содержание частиц менее 0.01 мм — 18.6%. Валовое содержание стронция — 135 мг/кг воздушно-сухой массы почвы.
Сортовые особенности яровой пшеницы в накоплении стабильного стронция устанавливали в вегетационном опыте 2 с шестью отечественными и одним бразильским сортом. В опыте изучено поступление кальция и стронция в зерно и солому пшеницы, выращенной на неизвесткованной и известкованной стронций-содержащим мелиорантом почве. Схема опыта приведена в табл. 4.
В опыте 2 использовали кислую дерново-подзолистую легкосуглинистую почву со следующими физико-химическими показателями: рН KCl - 4.2; Нг - 4.3 ммоль(экв)/100 г почвы, валовое содержание стронция — 112 мг/кг, содержание фракции менее 0.01 мм — 21.6%. Посев растений проводили сразу после внесения удобрений и мелиоранта.
В обоих опытах растения высевали в сосуды, вмещающие 5 кг почвы. Посевы удобряли ежегодно из расчета 0.2 г действующего вещества (д. в.) NPK на 1 кг массы почвы в форме азофоски. Учитывая, что концентрация стронция в зерне пшеницы — стабильный показатель [13], а растения в пределах определенного диапазона концентраций в почвах токсикантов способны сдерживать их поступление в генеративные органы [10], почва в опыте 2 была произвесткована повышенной дозой стронций-содержащего мелиоранта (1.5 Нг). Повторность в опыте 2-4-кратная.
Рапс и вику убирали в фазу цветения, ячмень и пшеницу — в фазу полной зрелости.
В качестве мелиоранта в обоих опытах применяли конверсионный мел (КМ) — побочный продукт азотнокислой обработки фосфатного сырья при производстве комплексных минеральных удобрений (комбинат Акрон, г. Великий Новгород). Мел обладает высокой реакционной способностью, тонким размером частиц (<0.25 мм), а его удельная поверхность в 3.8 раза превосходит удельную поверхность стандартной известняковой муки. Нейтрализующая способность мела — 90%, содержание стабильного стронция — 1.5%. В течение 30 лет он используется на полях Новгородской обл. В 1994—1995 гг. применялся в Ленинградской обл. Мелиоративные свойства мела описаны ранее [23].
Количество непрореагировавших карбонатов в почве устанавливали с помощью портативного анализатора карбонатов ПАК-1 [1].
Физико-химические показатели почв определяли общепринятыми методами. Подвижные (доступные для растений) формы Sr и Ca из почв извлекали ацетатно-аммонийным буфером (ААБ) с рН 4.8. Озоление растений проводили в смеси соляной и азотной кислот при соотношении 1 : 3. Концентрацию элементов в вытяжках определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре в пламени ацетилен—воздух после введения в подготовленные пробы раствора LaCl3.
Данные исследований обрабатывали статистически. Коэффициенты накопления стронция
Таблица 1. Содержание непрореагировавших карбонатов, мг/сосуд (%)
Вариант Внесено CaCO3 Годы
первый второй третий
Фон (NPK) 0 — — —
Фон+ КМ 0.1 Нг 1350 108 (8.0) Следы
Фон + КМ 0.2 Нг 2700 360 (13.3) 198 (7.3) Следы
Фон + КМ 0.3 Нг 4050 535 (13.2) 378 (9.3) »
Фон + КМ 0.4 Нг 5400 630 (11.7) 533 (9.9) »
Фон + КМ 0.5 Нг 6750 675 (10.0) 486 (7.2) »
Фон + КМ 0.6 Нг 8100 853 (10.5) 345 (4.3) »
Фон + КМ 0.7 Нг 9450 756 (8.0) 302 (3.2) »
Фон + КМ 0.8 Нг 10800 864 (8.0) 432 (4.0) »
Фон + КМ 0.9 Нг 12150 891 (7.3) 518 (4.3) »
Фон + КМ 1.0 Нг 13500 1116 (8.3) 630 (4.7) »
Фон + КМ 1.1 Нг 14850 1309 (8.8) 515 (3.5) »
Фон + КМ 1.2 Нг 16200 Не опр.
Фон + КМ 1.3 Нг 17550 »
Фон + КМ 1.4 Нг 18900 1850 (9.8) 226 (1.2) Следы
Фон + КМ 1.5 Нг 20250 3132 (15.5) 351 (1.7) »
Фон + КМ 1.6 Нг 21600 4953 (22.9) 576 (2.7) »
Фон + КМ 1.7 Нг 22950 6120 (26.7) 275 (1.2) »
Фон + КМ 1.8 Нг 24300 3596 (14.8) 324 (1.3) »
Фон + КМ 1.9 Нг 25650 4890 (19.0) 752 (2.9) »
Фон + КМ 2.0 Нг 27000 7308 (27.0) 864
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.