АГРОХИМИЯ, 2014, № 4, с. 80-87
Экотоксикология
УДК 632.122.1:546.48:633.1"321":631.61:631.415.2
ВОЗМОЖНОСТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ КАДМИЕМ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ МЕЛИОРАЦИИ КИСЛЫХ ПОЧВ
© 2014 г. А.В. Литвинович, А.О. Ковлева, Ю.В. Хомяков, А.В. Лаврищев, О.Ю. Павлова
Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН 196608 Санкт-Петербург-Пушкин, шоссе Подбельского, 7, Россия E-mail: avlavr@rambler.ru
Поступила в редакцию 24.07.2013 г.
В серии вегетационных опытов проведено изучение транслокации Cd в надземные органы яровых сортов зерновых культур. Установлено, что районированные на Северо-Западе Нечерноземной зоны России сорта яровой пшеницы обладали способностью увеличивать доступность Cd почвы и аккумулировать его в вегетативных и генеративных органах. Использование доломитовой муки при выращивании растений усиливало переход Cd в солому большинства изученных сортов и в зерно 2-х сортов яровой пшеницы. Выявлены особенности в поглощении Cd отдельными сортами пшеницы. Приведены данные о содержании Cd в зерне и соломе ярового ячменя, выращенного на почве, произвесткованной содержащим Cd конверсионным мелом в широком интервале доз. Показано, что в пределах определенных концентраций кадмия в почве ячмень способен противостоять избыточному (>ПДК) накоплению Cd в зерне, предохраняя его от загрязнения. В исследовании не выявлено отличий в уровне накопления Cd бразильским сортом и отечественными сортами яровой пшеницы. Сделан вывод, что наличие Cd в составе мелиоранта - существенный фактор, усиливающий риск загрязнения продукции растениеводства этим элементом при известковании.
Ключевые слова: загрязнение кадмием, яровые зерновые культуры, мелиорация, кислые почвы.
ВВЕДЕНИЕ
Согласно ГОСТ 17.4.02-83, Cd принадлежит к элементам 1-го класса опасности. Связываясь на поверхности клеток или проникая в них, кадмий может взаимодействовать с функциональными группами белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также замещать другие ионы, в результате чего возникают нарушения метаболизма растений [1].
Фоновое содержание Cd в почвах мира изменяется в пределах 0.01-0.2 мг/кг массы воздушно-сухой почвы [2]. ОДК (валовое содержание) установлено на уровне 0.5 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, 1.0 мг/кг - для кислых (суглинистых и глинистых почв) при рНкс1 <5.5 и 2.0 мг/кг - для близких к нейтральным, нейтральных (суглинистых и глинистых) при рНкс1 >5.5 [3].
В загрязненных Cd почвах значительная часть металла присутствует в Fe-, Мп- и карбонатных формах [4]. В диапазоне рН 6.0-8.0 в почвенном растворе находится 1-3% от его валового содер-
жания, в интервале 4.0-6.0 - до 10%, в диапазоне 3.0-4.0 - до 70% [5].
Известкование в целом рассчитано на ослабление поглощения Cd растениями при увеличении рН почвы. Однако этот прием может привести к прямо противоположному результату, т. е. стимулировать поступление Cd в растения. В частности, злаки в ответ на дефицит Fe и/или 2п в почве (в результате известкования) выделяют в ризосферу фитосидерофоры - органические кислоты, обладающие выраженными комплексообразую-щими свойствами, делающие доступными для растений не только Fe и 2п, но и Cd [6].
Природа и скорость выделения фитосидеро-форов для разных видов и сортов растений различаются [7], а стимулирование поступления Cd из почв в растения происходит независимо от его концентрации в почве [8].
Исследования, направленные на установление возможности накопления Cd в надземных органах районированных на Северо-Западе Нечерноземной зоны России сортов яровой пшеницы, вы-
ращенных на кислых незагрязненных Cd почвах, произвесткованных доломитовой мукой, ранее не проводили.
Загрязнение среды Cd обусловлено в основном 4-мя видами хозяйственной деятельности человека: сжиганием жидкого и твердого топлива, металлоплавильным производством, сбрасыванием сточных вод, в которых Cd содержится в повышенных количествах, внесением в почву химикатов, в том числе удобрений и мелиорантов [1].
Конверсионный мел (КМ) - побочный продукт азотнокислой обработки фосфорного сырья при производстве комплексных минеральных удобрений. Он ежегодно образуется в количестве сотен тысяч тонн в Смоленской, Новгородской, Кировской и Воронежской обл. [9]. Мел является эффективным мелиорантом [10].
В литературе накоплен обширный экспериментальный материал, посвященный влиянию известкования мелом на загрязнение почв и растений входящим в его состав стабильным стронцием [11-16].
Напротив, данные о влиянии мела на загрязнение почв и продукции растениеводства Cd фрагментарны. Хотя содержание Cd в меле может достигать 0.3 мг/кг мела [9]. В частности, можно указать на исследование [17], где установлено, что содержание токсиканта в растениях, выращенных на почве, произвесткованной КМ, в большинстве случаев превышало допустимую величину уже при загрязнении почвы до уровня 0.3-0.5 мг/кг.
Цель работы - изучить накопление Cd в надземных органах яровых зерновых культур, выращенных на слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах, произвесткованных мелиорантами с разным содержанием Cd, и дать оценку уровня загрязнения Cd вегетативных и генеративных органов растений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленной цели были заложены 2 вегетационных и 1 вегетационно-прецизи-онный опыт.
В опыте 1 изучена способность районированных 10 сортов яровой пшеницы поглощать Cd из кислой и известкованной доломитовой мукой почвы с фоновым содержанием Cd.
Схема опыта приведена в табл. 1. В качестве мелиоранта использовали доломитовую муку с суммарным содержанием СаС03 + MgCO3 равным 93%. Концентрация Cd в доломитовой муке
была меньше предела обнаружения. Известкование проводили по полной Нг.
В вегетационном-прецизионном опыте 2 изучали переход Cd в надземные органы ярового ячменя сорта Суздалец, выращенного на кислой дерново-подзолистой почве, произвесткованной КМ в широком интервале доз. Ячмень высевали на 3-й год после закладки опыта и после выращивания ярового рапса и вики [16].
В настоящее время идея постановки прецизионных опытов находит все большее понимание исследователей [17-19]. Одной из особенностей прецизионных экспериментов является значительное увеличение числа вариантов за счет отказа от повторностей для сокращения "шага" различий между вариантами. Применение методики прецизионного эксперимента в данном исследовании позволило точно установить ту дозу мелиоранта, при внесении которой растительный организм исчерпывает свои защитные возможности для препятствования накоплению Cd в зерне выше установленного норматива ПДК.
Интервал доз мела в опыте - от 0.1 до 3 Нг, что составило от 0.8 до 24 т/га. Дозы мела, соответствующие 2.0-3.0 Нг, на практике не применяют, но такая концентрация мелиоранта может иметь место при нормальных дозах в отдельных "очагах" поля при его неравномерном внесении [20-26].
В качестве известкового материала использовали КМ комбината "Акрон" (г. Великий Новгород). Мел обладает высокой нейтрализующей способностью (90%). Мелиоративные свойства мела описаны в [22]. Концентрация Cd в меле составляла 0.3 мг/кг.
В вегетационном опыте 3 исследовали уровень накопления Cd наземными органами 6 отечественных сортов яровой пшеницы и бразильского сорта Жак. Схема опыта приведена в табл. 1. Мелиорант - конверсионный мел. Известкование проводили из расчета 1.5 Нг.
Вегетационные опыты закладывали по общепринятой методике: в полиэтиленовые сосуды, вмещающие 5 кг почвы, высевали по 15 семян. Влажность почвы в период вегетации растений поддерживали на уровне 60% ППВ. Удобрения вносили в форме азофоски ^ : Р : К = 16 : 16 : 16) в количестве 0.2 г д.в./кг почвы. Уборку проводили в фазе полной спелости зерна.
В опытах 1 и 3 использовали сильнокислую дерново-подзолистую легкосуглинистую почву со следующими физико-химическими показателями: рНКс1 4.1, Нг - 4.75 ммоль-экв/100 г почвы, гумус - 1.75%. Содержание фракций <0.01 мм -
Таблица 1. Влияние известкования кислой дерново-подзолистой почвы доломитовой мукой на накопление кадмия наземными органами яровой пшеницы, мг/кг воздушно-сухой массы
Сорт Зерно Солома
1 2 1 2
Russo 0.1 0.11 0.16 0.3
Ленинградская 97 0.11 0.11 0.17 0.18
Приокская 0.1 0.12 0.20 0.34
Дарья 0.1 0.12 0.20 0.27
Triso 0.1 0.29 0.23 0.36
Эстер 0.1 0.20 0.23 0.40
Ленинградка 6 0.1 0.16 0.25 0.39
Ирень 0.1 0.11 0.27 0.20
Иволга 0.11 0.12 0.28 0.40
Красноуфимская 100 0.098 0.18 0.34 0.45
НСР05 0.066 0.089
Примечание. В графе 1 - без известкования, 2 - с известкованием. То же в табл. 2.
21.4%. Валовое содержание Cd - 0.065 мг/кг почвы. Концентрация обменного Cd была меньше предела обнаружения.
Опыт 2 заложен на сильнокислой дерново-подзолистой почве супесчаного гранулометрического состава. Физико-химические показатели почвы следующие: рНка 4.2, Нг - 5.4 ммоль/100 г, гумус - 3.02%, содержание фракций <0.01 мм -18.6%. Валовое содержание Cd - 0.102 мг/кг, содержание обменного Cd - 0.066 мг/кг.
Физико-химические показатели почв определяли общепринятыми методами. Условное валовое содержание Сd в почвах устанавливали, извлекая металл 5 М НО. Обменный кадмий из почв извлекали ацетатно-аммонийным буфером рН 4.8. Содержание Cd в растениях определяли после сухого озоления зерна и соломы методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.
Данные обработаны статистическими методами (расчет НСР05).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Показано (опыт № 1), что районированные на Северо-Западе Нечерноземной Зоны сорта яровой пшеницы отличались различной способностью аккумулировать Cd в тканях соломы. Максимальным уровнем накопления характеризовались сорта Красноуфимская, Иволга, Ирень: 0.3, 0.28 и 0.27 мг Cd/кг воздушно-сухой массы. Все остальные сорта пшеницы поглощали Cd в меньших количествах (табл. 1). Разница в содержании между сортом с максимальным (Красноуфимская)
и минимальным (Russo) накоплением составила 2 раза. Выявленные отличия были достоверными.
Таким образом, при одной и той же концентрации Cd в почве районированные сорта яровой пшеницы поглощали Cd по-разному. Вероятно, это было связано со специф
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.