АГРОХИМИЯ, 2003, № 1, с. 50-60
УДК 632.122.1:631.559
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОВ ТЕХНОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
© 2003 г. В. В. Степанок
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования
мелиорированных земель 170530 Тверская обл., пос. Эммаусс, Россия Поступила в редакцию 03.06.2002 г.
Изучено влияние сочетаний оксидов, нитратов и сульфатов тяжелых металлов Си, РЬ и Сё, а также растворимых соединений Аз и Бе на элементный состав органов растений горохоовсяной смеси. Наименьшее угнетающее действие на урожай зеленой массы оказывала сумма оксидов техногенных элементов, наиболее токсичное - комплекс сернокислых солей элементов. Комплексы оказывали более токсичное действие, чем отдельные элементы в тех же дозах. С увеличением дозы внесения комплексов техногенных элементов увеличилось содержание в органах растений жизненно необходимых макро- и микроэлементов, а также тяжелых металлов на 60-90% при внесении оксидов и на 80-135% при внесении нитратов и сульфатов элементов.
Установлены основные закономерности взаимодействия элементов при поступлении в растения -антагонизм элементов, входящих в одну группу периодической системы элементов Д.И. Менделеева; синергизм элементов, входящих в состав соседних групп; синергизм элементов какой-либо группы периодической системы по отношению к элементам группы, наружная электронная оболочка которых дополняет первую до полностью заполненной.
ВВЕДЕНИЕ
Как правило, атмосферные, жидкие и твердые техногенные выбросы поступают в окружающую среду в виде многокомпонентных комплексов, состав которых определяется промышленным профилем производства. Наиболее представительными в выбросах предприятий цветной металлургии являются 2п, Си, РЬ, Сё, И§, Бе, Бп, Аз, БЬ и т.п. в различных сочетаниях и пропорциях. В диапазоне действующих концентраций элементов в растениях (диапазон между максимальными концентрациями, еще не вызывающими снижение урожая, и минимальными концентрациями, приводящими к гибели растений) комплексы техногенных микроэлементов (ТМЭ) воздействуют иначе, чем отдельные элементы. Результирующее влияние зависит от состава комплекса, поглощающих способностей растений, химической формы соединений, способа поступления ТМЭ (через атмосферу, жидкие, твердые отходы), физиологического состояния растений, степени развитости листовой поверхности, морфологического строения листьев, объема корневой системы, влажности и температуры воздуха и почвы, гранулометрического и химического состава почвы и т.д.
Показано [1], что соединение нескольких ТМЭ в комплекс приводит к усилению токсического действия элементов, и что общие закономерности поступления ТМЭ в растения из смесей их химических соединений соответствуют таковым для отдельных элементов [2-5].
При этом определяющим является действие наиболее токсичного элемента. Так, из различных сочетаний основных элементов в пыли, выбрасываемой заводами по выплавке цветных металлов, наиболее токсичной является Сё-РЬ-2п, наименее - РЬ-2п, РЬ-Си-пыль занимает промежуточное положение [5]. При внесении в почву РЬ, 2п и Сё в различных сочетаниях в питательном растворе Хогланда наиболее токсичное действие на растения Ио\ст la.na.tus оказывал Сё как в комбинации с РЬ и 2п, так и отдельно от них [6].
Показано [7], что избыточное содержание 2п в почве способствует снижению поступления в растения Р, Са, Мп и возрастанию поступления 2п, В и Си. Избыточное содержание Си в почве приводит к снижению поступления в растения Бе, Мп и Мо, повышению поступления Си. Приведенные данные характеризуют взаимодействие типа элемент-элемент и не касаются взаимодействия комплекс элементов-элемент.
Показано [8], что загрязнение почвы тяжелыми металлами сопровождалось усилением миграции основных элементов питания с лизиметрическими водами. При этом особенно возрастали потери Са и М§ и в меньшей степени - К и №а.
При совместном внесении Бе и N1 в почву (050 мг/кг) доступность растениям Си и Мп повышалась больше, чем при раздельном внесении [9]. Совместное действие Ы, 2п, Си, Со, № и Сё, внесенных в почву, вызывало недостаток Р в растениях [4]. Совместное действие Сё и № приводило
к повышенному содержанию Р и Си в корнях овса на питательном растворе Хогланда и уменьшению содержания Са, К и Мп, не влияя заметно на содержание М§ и Бе, в листьях - повышению содержания Са, Р, Бе и Си и снижению содержания Мп и К [10]. Отмечают [11], что устойчивость растений к повышенному содержанию микроэлемента обычно коррелирует с повышенной потребностью к нему. Эта особенность способствует снижению конкурентной способности устойчивых к повышенному содержанию микроэлементов форм растений на незагрязненных микроэлементами почвах. Недостатки устойчивости к микроэлементам проявляются в ослаблении прорастания семян и роста проростков при нормальных уровнях микроэлементов в почвах, а также в карликовости многих устойчивых растений. Поскольку растения нуждаются во многих элементах, следует ожидать повышения устойчивости растений относительно комплекса вносимых техногенных микроэлементов. Токсичность 2п снижается при наличии в почве катионов М§, Са, К, Ка, и эта зависимость проявляется больше у растений, произрастающих на почвах, избыточно насыщенных тяжелыми металлами [12].
Установлен антагонизм при поступлении в растения К и Ка, особенно при высоких дозах Ка [13]. Содержание Са в растениях снижалось от внесения 2п при низких дозах К и увеличивалась от повышенных доз К и 2п при совместном их применении. Содержание М§ снижалось от увеличения дозы К, особенно без Ка и 2п. Отрицательное влияние Ка на урожайность кукурузы было связано с антагонизмом этого иона по отношению к ионам 2п, К и Са. Антагонизм ионов К и Са, К и М§, синергизм между М§ и 2п, взаимодействие К, Ка, 2п способствовали устойчивости растений кукурузы к повышенной концентрации питательных веществ в зоне контакта корней с почвой.
Общие закономерности поступления тяжелых металлов из смесей их химических соединений соответствуют таковым для отдельных элементов. При увеличении содержания 2п в почве, в 7 раз загрязненной тяжелыми металлами из осадка сточных вод, который был обогащен комплексом тяжелых металлов, в частности - Мп, Со, Мо, Н§, РЬ, 2п, Си, №, Сё, Сг, Бп и др. [14, 15], его содержание возрастало в зерне пшеницы в 2.3 раза, для Си это увеличение составило 25.6 раз, причем наибольшее возрастание содержания тяжелых металлов происходило в корневой системе, менее значительно возрастало их содержание в вегетативной части растений, еще меньше были загрязнены генеративные органы [16]. Это свидетельствовало о наличии по отношению к комплексам тяжелых металлов барьеров на границах корень-стебель и стебель-плод [17, 18]. Возрастающие дозы металлов (выше предельно допустимых) приводили к разрушению этих барьеров, поступ-
лению токсикантов в растения, угнетению их роста и гибели [19, 20].
Поступление комплексов тяжелых металлов в растения может сопровождаться не только синер-гическим действием, усиливающим их токсичность, но и защитным, за счет конкуренции, антагонизма между отдельными элементами. Для кукурузы между Сё, № и Со отмечается антагонизм, проявляющийся в защитном действии при их совместном внесении [2]. Подобным образом взаимодействуют Ы, 2п и Си. При совместном воздействии Ы, 2п, Си, Сё, №, Со на кукурузу, ячмень и сою отмечено аддитивное и синергическое взаимодействие [4].
Отравление растений ТМЭ может происходить не только за счет их поступления через корни из загрязненных почв. Выпадение ТМЭ из атмосферы в виде аэрозолей, твердых и жидких осадков на поверхность листьев также может сопровождаться отрицательной реакцией организма - угнетением фотосинтеза, усилением дыхания, торможением оттока метаболитов. При попадании загрязнителей на листья накопление их растениями зависит от толщины кутикулы - оно тем больше, чем тоньше кутикула [21]. По этому признаку металлы распределяются следующим образом: Се > РЬ > 2п > Си > Мп > Бе, а по мобильности в растении: Бе > Си > Мп > Сё > 2п > РЬ.
Цель работы - изучение влияния возрастающих доз комплексов различных химических соединений 2п, Си, РЬ, Сё, Бе и Ав при почвенном и некорневом внесении на элементный состав органов растений горохоовсяной смеси.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Мелкоделяночные полевые опыты проводили на дерново-подзолистой глеевой супесчаной почве на морене со следующей агрохимической характеристикой: рНКС1 5.3, степень насыщенности основаниями (по Каппену) -75%, сумма поглощенных оснований 10.5 мг-экв/100 г почвы, Нг 1.94 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного Р205 15-18 и обменного К20 12-18 мг/100 г почвы (по Кирсанову), содержание гумуса 2.0-2.3% (по Тюрину). Опыты проводили с горохоовсяной смесью (30-40% гороха сорта Московский и 7060% овса сорта Санг) на абсолютном контроле без фона удобрений, поскольку органические и минеральные удобрения способствуют снижению токсичности ТМЭ.
Норма высева овса - 120 кг/га, гороха - 80 кг/га. Размер делянок 2 х 2 м, учетная площадь - 1 м2, повторность четырехкратная. Изучали действие на элементный состав растений сочетания ТМЭ 2п + Си + Ав + Сё + РЬ, взятых в пропорции 7:1:0.05:0.025:0.01:0.5. В пахотный слой почвы до посева вносили: 1) оксиды 2п, Си, РЬ, Сё и Бе
Таблица 1. Дозы внесения техногенных микроэлементов
Соединение Способ внесения Доза ТМЭ, кг/га
вариант
1 2 3 4
7п0 В почву 200 680 2000 6800
7пБ04 • 6И20 или 2п(Ш3)2 6И20 То же 200 680 2000 6800
7пБ04 • 6И20 или 2п(Ш3) • 6И20 Некорневой 20 68 200 680
Си0 В почву 33 110 330 1100
СиБ04 • 5И20 или Си(Ш3) • 5И20 То же 33 110 330 1100
СиБ04 • 5И20 или Си(Ш3)2 • 5И20 Некорневой 3.3 11 33 110
Бе аморфный В почву 0.75 2.5 7.5 25
И2Бе03 То же 0.75 2.5 7.5 25
И2Бе03 Некорневой 0.075 0.25 0.75 2.5
№Аз02 В почву 1.5 5.0 15 50
№Аз02 Некорневой 0.15 0.50 1.50 5.00
РЬ0 В почву 15 50 150 500
РЬБ04 или РЬ(Ш3)2 То же 15 50 150 500
РЬБ04 или РЬ(Ш3)2 Некорневой 1.50 5.0 15.5 50
Сё0 В почву 0.30 1.0 3.0 10
СёБ04 или Сё(Ш3)2 • 4И20 То же 0.30 1.0 3.0 10
СёБ04 ил
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.