АГРОХИМИЯ, 2007, № 7, с. 64-73
УДК 631.8:631.452:502.55:665.6
РОЛЬ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ В ПОВЫШЕНИИ ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ И РЕГУЛИРОВАНИИ ПИЩЕВОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ НЕФТЬЮ
© 2007 г. В. М. Назарюк, М. И. Кленова, Ф. Р. Калимуллина
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН 630099 Новосибирск, ул. Советская, 18, Россия E-mail: nazaryuk@issa.nsc.ru Поступила в редакцию 19.01.2007 г.
Загрязнение серой лесной почвы нефтью с отношением С : N = 370 : 1 вызывало снижение урожайности зерновых культур в вегетационном опыте в течение 3 лет. Особенно сильное негативное воздействие на развитие растений оказывала нефть в первый год. Внесение макро- и микроудобрений позволило существенно улучшить минеральное питание и тем самым активизировать продукционный процесс растений. Поскольку азот в нефти находится в связанном состоянии, при поступлении ее в почву происходит постепенная минерализация азотсодержащих соединений. Кроме того, уменьшаются потери почвенного азота за счет процессов денитрификации, в результате чего азот накапливается в минеральной форме в повышенных количествах. Появление доступного азота в почве в дальнейшем сказывается на росте растений.
ВВЕДЕНИЕ
Нефть и нефтепродукты относятся к наиболее распространенным поллютантам природной среды, вызывая существенные изменения в химическом составе, свойствах и структуре почвы [1, 2], что отражается на продукционном процессе растений и устойчивости функционирования экосистем [3, 4]. Выявлено, что под влиянием нефти изменяется спектральная способность почвы [5], повышается активность ряда ферментов [6, 7], что сказывается на жизнедеятельности микробо-ценоза [8, 9]. Установлено, что в результате утилизации нефтяных углеводородов бактериями происходит накопление в клетках сложных соединений алканов с длиной цепи С18 и более [10], вследствие чего в конкретных почвенно-экологи-ческих условиях возможна дальнейшая передача токсиканта к живым организмам более высоких трофических уровней. В результате загрязнения почвы нефтью ухудшается ее пищевой режим [11, 12], что может снизить восстановительную способность почвы и повлиять тем самым на устойчивость функционирования агроценоза. Для устранения негативного действия нефти на почвенный покров используют различные биологические методы [13, 14], позволяющие быстрее восстановить функции почв. В этой связи разработка мероприятий, направленных на ускорение процессов восстановления пищевого режима почв и увеличения продуктивности растений в условиях неблагоприятного антропогенного воздействия на агроце-ноз, является актуальной задачей.
Цель работы - выяснить возможности восстановления почвенно-экологических функций и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур за счет улучшения пищевого режима почвы, загрязненной нефтью.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучение последствий загрязнения нефти на пищевой режим и продуктивность растений проводили на серой лесной почве среднесуглинисто-го гранулометрического состава с содержанием гумуса (по Тюрину) 3%, общего азота (по Кьель-далю) 0.13%, подвижного фосфора (по Чирикову) и обменного калия (по Масловой) 12 мг/100 г, близкой к нейтральной реакции среды. Вегетационные опыты проводили в течение трех лет в сосудах с 6 кг почвы, в 4-кратной повторности. Исследуемую почву загрязняли 1% нефти от общей массы. На фоне нефти вносили минеральные удобрения в дозах 1(№К) и 2(№К). При одной дозе №К вносили Каа в количестве 500 мг/сосуд, Рсг - 580 мг, Кх - 200 мг и Кс - 200 мг/сосуд, при дозе 2(№К) - в два раза выше. Потребность растений в микроэлементах определяли по Ринькису [15]. Влажность почвы в сосудах поддерживали на уровне 60-80% от ПВ.
Содержание нитратного азота в почве определяли с помощью ионселективного электрода, азот плазмы микроорганизмов с использованием метода экстракции-фумигации [16], фосфор - колориметрически, калий - на пламенном фотомет-
ре, валовой азот в растительных образцах и нефти - по Кьельдалю.
Дыхание почв определяли абсорбционным методом. Для этого почвенный образец массой 150 г насыпали в стеклянные, покрытые темной краской банки емкостью 0.5 л, затем почву увлажняли до 80% от ПВ. На поверхность почвы устанавливали стеклянные бюксы, заполненные 0.4 н. раствором №ОН, после этого отверстие емкости плотно закрывали полиэтиленовой крышкой. Почва находилась в условиях термостата при 28°С. Через необходимые промежутки времени (от 1 до 7 сут) щелочь титровали и затем рассчитывали интенсивность дыхания почвы по формуле:
С02 = (а - б)нК, где а - исходное количество №ОН, б - количество №ОН, оставшееся после поглощения С02, н - нормальность раствора кислоты, К - коэффициент, эквивалентный связыванию 44 мг С02 1 мл 1 н. раствора кислоты.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Загрязнение почвы нефтью негативно отразилось на урожайности зерновых культур (табл. 1). Наиболее токсичное действие нефти наблюдали в первый год проведения эксперимента. В загрязненном поллютантом варианте корневая система овса была развита хуже, чем у растений контрольного варианта, что и отразилось на накоплении биомассы. Урожайность овса снизилась в 3.2 раза, а на второй год у культуры ячменя она практически выравнялась между вариантами контроль и 1% нефти (фон).
Полагаем, что нефть уже в самом начале загрязнения оказывала особенно негативное действие на воздушный режим порового пространства и почвенные микроорганизмы, несмотря на ее аккумуляцию в почвенных агрегатах. По данным [17] в ранний период загрязнения нефть в ав-томорфных почвах концентрируется преимущественно в агрегатах размером <0.25 и 0.25-3 мм, при более глубоком проникновении она аккумулируется в горизонте АВ в частицах <1 мм, а в горизонте В в частицах <0.5 мм. Можно полагать, что в проведенных нами опытах нефть также концентрировалась в почвенных агрегатах, однако этого было явно недостаточно для нейтрализации токсического действия на растения.
Поскольку загрязнение почвы нефтью ухудшает ее воздушный режим, то это должно отражаться на функционировании микробоценоза. Известно, что биотрансформация нефти осуществляется в основном аэробными микроорганизмами. Однако имеются исследования, в которых показано, что разложение алканов в почве может происходить и в анаэробных условиях [18]. Бактерии ме-таболизируют углеводороды нефти при неблагоприятном составе почвенного воздуха, используя
Таблица 1. Влияние минеральных удобрений на урожайность зерновых культур на почве, загрязненной нефтью, г/сосуд
Вариант* Овес (2000 г.) Ячмень (2001 г.) Пшеница (2002 г.) В сумме за 3 года
Контроль** 23.1 22.7 16.3 62.1
1% нефти - фон 7.3 19.3 7.3 33.9
Фон + 1(№К) 12.6 40.7 11.5 64.8
Фон + 2(№К) 19.9 45.0 20.1 85.0
Фон + 2(№К) + 18.2 41.8 21.7 81.7
+ микроэлементы
нср05 2.1 3.0 2.1
* Дозы удобрений приведены в разделе "Методика исследований".
** Без загрязнения, без удобрений.
в качестве акцепторов водорода минеральные кислородсодержащие соединения [19]. Имеющиеся особенности поведения микробоценоза в почве, загрязненной поллютантом, несомненно, должны сказываться на продукционном процессе растений.
В наших опытах внесение минеральных удобрений на фоне загрязнения почвы нефтью повысило урожайность зерновых культур. В первый год продуктивность овса возросла в 1.7 раза, во второй -ячменя - в 2.1 раза и в третий - пшеницы - в 1.6 раза. Удвоение дозы минеральных удобрений приводило обычно к повышению урожайности всех культур независимо от условий их выращивания.
Показано, что у растений, вегетирующих на загрязненной нефтью почве, задерживается рост и развитие, что влияет на формирование подземной и надземной части фитомассы [20]. Внесение удобрений в таких условиях, повышая продуктивность растений, не может полностью компенсировать токсического действия нефти [21].
В проведенных нами опытах почва, загрязненная нефтью, повлияла и на общую биомассу растений (табл. 2). Минимальное ее количество было зарегистрировано в варианте с 1% нефти. В этом варианте в первый год при выращивании овса количество органической массы по сравнению с контрольным вариантом снизилось в 2.9 раза. Внесение минеральных удобрений в дозе 1 (КРК) повысило содержание биомассы в 1.6 раза. Удвоение дозы азота, фосфора и калия почти вырав-няло по накоплению органической массы контрольный и удобренный варианты. Внесение микроудобрений на фоне макроэлементов практически не отразилось на синтезе надземной биомассы. На распределение органической массы между товарной и нетоварной частью растений за-
Таблица 2. Накопление биомассы растениями при загрязнении почвы нефтью и внесением минеральных удобрений
Вариант Овес (2000 г.) Ячмень (2001 г.) Пшеница (2002 г.)
г/сосуд доля зерна, % г/сосуд доля зерна, % г/сосуд доля зерна, %
Контроль 44.7 51.7 42.5 53.4 31.8 51.2
1% нефти - фон 15.4 47.4 35.7 54.1 14.0 52.1
Фон + 1(№К) 25.4 49.6 73.1 55.7 22.8 49.6
Фон + 2(№К) 40.2 49.5 85.7 52.5 39.4 49.0
Фон + 2(№К) + микроэлементы 37.3 48.8 79.1 52.8 43.9 49.4
нср05 3.7 6.2 4.2 5.7 3.2 6.4
грязнение почвы нефтью и внесение минеральных удобрений не оказали существенного влияния.
Во второй год опыта накопление биомассы в меньшей степени зависело от загрязнения почвы нефтью. Внесение минеральных удобрений привело к существенному увеличению биомассы, особенно в варианте с удвоенной дозой №К. Растения ячменя не нуждались во внесении микроэлементов, поскольку количество биомассы даже заметно снизилось в варианте фон + 2(№РК) + микроэлементы по сравнению с вариантом фон + 2(ЫРК). Во всех изученных вариантах доля зерновой продукции заметно возрастала относительно вегетативной надземной биомассы.
При выращивании пшеницы в условиях 2002 г. влияние минеральных удобрений сказалось в меньшей степени, а биомасса в удобренных вариантах была немного выше, чем в контрольном варианте. Однако вариант загрязнения почвы нефтью существенно (в 2.3 раза) уступал контролю. Отношение зерновой продукции к надземной вегетативной биомассе было близким к 1 : 1. Отметим также, что на третий год проведения опыта внесение микроэлементов достоверно повысило величину биомассы яровой пшеницы. Это связано с
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.