АГРОХИМИЯ, 2007, № 11, с. 61-70
Экотоксикология
УДК 631:8111:632118.3
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОСТУПЛЕНИЯ В РАСТЕНИЯ ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ*
© 2007 г. А. С. Тулина, Н. Г. Ставрова1, В. М. Семенов
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино, Московская обл., Россия, atulina@yandex.ru 1Новозыбковская государственная сельскохозяйственная опытная станция ВНИИА 243020, Новозыбков, Брянская обл., Россия Поступила в редакцию 14.03.2007 г.
В полевых опытах, проведенных на фонах с различным содержанием в почве обменного калия и общего азота, и в вегетационном опыте с использованием стабильного изотопа изучены закономерности поступления 137Cs из дерново-подзолистой песчаной почвы в биомассу овса при внесении азотных удобрений. Установлено, что увеличение удельной аккумуляции 137Cs удобренными азотом растениями могло быть обусловлено сужением соотношения доступных №К в почвенном растворе, усилением минерализационных процессов в почве, ведущих к росту запасов доступного растениям азота и высвобождению радионуклидов из легкоминерализуемых органических компонентов почвы, а также активизацией поглотительной деятельности корневой системы растений.
ВВЕДЕНИЕ
Дерново-подзолистая песчаная почва характеризуется крайне низкой обеспеченностью элементами минерального питания растений и, в первую очередь, азотом, поэтому возделывание на этой почве большинства культур невозможно без использования азотных удобрений. Однако в условиях загрязнения почвенного покрова 137С$ одностороннее применение минерального азота служит причиной увеличения накопления радионуклидов в растениях [1-5]. При этом речь идет не об увеличении выноса радиоцезия вследствие увеличения урожая, а об увеличении аккумуляции этого радионуклида в единице массы растениеводческой продукции - его удельной аккумуляции (удельного накопления).
Причины такого феномена до конца не ясны. Предполагается, что увеличение накопления радиоцезия растениями при внесении азотных удобрений вызвано увеличением количества подвижного 137Св в почве под влиянием гидратированных ионов аммония, имеющих с радиоцезием сходный по величине ионный радиус и способных вытеснять его из мест сорбции на почвенных коллоидах [6, 7]. Известно {8], что ион аммония не только дискриминирует сорбцию 137С$ на поверхности почвенных частиц, но и, подобно калию и другим катионам, препятствует его сорбции на корнях растений. Кроме того, внесение азота в нитратной форме также увеличивает поглощение радио-
* Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ, проект < 06-04-81043-Бел._а.
цезия растениями [9], хотя и в меньшей степени, чем внесение аммонийного азота. В ряде работ отмечается несоответствие между содержанием в почве обменного цезия и его накоплением в растениях [10, 11]. Таким образом, природа усиления поглощения 137Св растениями при внесении азотных удобрений полностью не ясна и необходимо продолжение исследований этого явления.
Основным агрохимическим приемом ограничения поступления 137С$ из почвы в растения является внесение калийных удобрений [12-19]. Помимо снижения загрязнения растений, внесение калийных удобрений повышает урожайность сельскохозяйственных культур. В вышеописанных условиях особое внимание следует уделять сбалансированности азотного и калийного питания растений. Исследований, посвященных изучению влияния соотношения азота и калия в почве на поступление радиоцезия в растения недостаточно, а потребность в таких исследованиях очевидна.
Целью работы было установление причин увеличения удельной аккумуляции 137С$ растениями при внесении азотных удобрений на дерново-подзолистой песчаной почве, загрязненной Чернобыльскими выпадениями. В задачи исследований входило: определить влияние соотношения азота и калия в почве и удобрении на накопление 137Св растениями и выявить зависимости между доступностью растениям азота почвы и азота удобрений и содержанием 137Сз в урожае при разных дозах калийных удобрений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводили на дерново-слабоподзолистой песчаной почве, загрязненной цези-ем-137, на территории Новозыбковского филиала ВИУА (Брянская область). Содержание физической глины в пахотном слое почвы составляет 5.7%, а физического песка - 94.3%. Минералогический состав почвы более чем на 80% представлен кварцем. Вторая по распространенности группа минералов - полевые шпаты. Из глинистых минералов преобладает каолинит. Как следствие, дерново-слабоподзолистая песчаная почва характеризуется низкой поглотительной способностью, невысокой насыщенностью основаниями и промывным водным режимом. Агрохимическая характеристика почвы следующая: Сорг 0.52-0.64%,
рНка 4.0, ^>бщ 500 мг/кг, ^ин (ЯН+ + N03) 10 мг/кг, обменный калий и фосфор по Кирсанову 35-45 и 100-150 мг/кг соответственно, сумма поглощенных оснований 15-20 мг экв/кг почвы, гидролитическая кислотность 25-30 мг экв/кг, степень насыщенности основаниями 38-40%.
В вегетационном опыте изучали действие доз меченной ^ кальциевой селитры (^ - 26.7 ат. %) на потребление азота растениями и накопление в них 137С в зависимости от уровней калийного питания. ^кц и Кх вносили в дозах 0, 40, 80 и 160 мг/кг почвы. Повторность опыта 3-кратная. Сосуды Митчерлиха вмещали 5 кг воздушно-сухой почвы. Полив производили до промачивания. Просочившаяся в поддон вода выливалась обратно в сосуд.
Мелкоделяночный полевой опыт 1 проводили на делянках многолетнего полевого стационарного опыта на фонах с содержанием обменного калия 42, 81 и 122 мг/кг по Кирсанову. Удобрения (N33 и Кх) вносили согласно следующей схеме: ШК0, №0К0, N9^0, Ш20К0, N90080. Повторность в опыте трехкратная. Размер делянок 1.5 х 2 м.
Мелкоделяночный полевой опыт 2 проводили на делянках длительного полевого опыта, варианты которого отличались по содержанию обменного калия (от 48 до 236 мг/кг) и общего азота (от 467 до 711 мг/кг). Дозы N33 составляли 0, 45, 90 и 135 кг/га. Повторность трехкратная. Площадь опытных делянок 1.5 х 2 м.
Нами было осуществлено подробное картирование почвенных участков полевых мелкоделя-ночных опытов 1 и 2, на которых проводили исследования. Результаты показали, что загрязнение почвенной поверхности 137С$ было достаточно равномерным и составило 34.7 ± 4.6 Ки/км2.
Для проведения вегетационного опыта была взята почва с участка полевого мелкоделяночного опыта 1 из пахотного слоя (0-20 см) с фона с содержанием обменного калия 40мг/кг. Плотность загрязнения почвы 137С$, использованной в вегетационном опыте, была равна 30.5 ± 1.2 Ки/км2 или
4030 ± 160 Бк/кг. Перед набивкой сосудов почву тщательно перемешивали, просеивали и высушивали до воздушно-сухого состояния.
Во всех опытах выращивали овес сорта Скакун.
Агрохимические характеристики почвы определяли классическими методами [20, 21]. Содержание общего и минерального азота в почве и общий азот в растениях определяли колориметрически с помощью фенолят-гипохлоритной реакции [22-24]. Измерение 15N в анализируемых образцах почвы и растений производили на эмиссионном спектрометре NOI-5.
Определение содержания 137Cs в растениях полевых опытов и в почве проводили на гамма-спектрометре 1С (средняя ошибка измерения для растительных образцов составила 5.6%, для почвенных образцов - 0.5%), а в растительных образцах вегетационного опыта - на гамма-спектрометре Canberra средняя ошибка измерения - 12%.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили дисперсионным методом [25] с использованием программы Microsoft Excel 2000.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При поступлении 137Cs из почвы в растения важную роль играют избирательность корневой системы растений (обсуждение которой не являлось целью работы и осталось за рамками дискуссии в данной статье), физико-химические процессы в системе почвенный раствор - ППК и сорбция радионуклидов на корнях растений.
Поступление K и 137Cs из почвы в растения имеет некоторое сходство, при этом наблюдается очень большая дискриминация 137Cs относительно калия. С внесением K в почву дискриминация 137Cs усиливается, что отчасти объясняется дополнительным разбавлением микроколичеств 137Cs макроколичествами калия, в результате чего снижается аккумуляция радиоцезия в растительной биомассе. Эта закономерность отчетливо проявилась в вегетационном опыте, в котором внесение калийного удобрения приводило к снижению загрязнения растений радионуклидами в 3.3-9.0 раз в зависимости от уровня азотного питания (табл. 1). При этом следует отметить, что увеличение доз Кх больше 80мг/кг сопровождалось существенным замедлением темпов снижения содержания 137Cs в растениях, а на фоне N1 - не приводило к дальнейшему снижению содержания 137Cs в растениях (рис. 1), что согласуется с мнением других авторов [26], полагающих, что существует некий "оптимум" содержания калия в почве, которым ограничивается его деконтаминирующее воздействие. Возможно, это может быть связано с известным фактом, состоящим в том, что ионы калия дискриминируют сорбцию радиоцезия не только на корнях растений, но и на почвенных частицах
[27-30], в результате чего увеличивается абсолютное количество радионуклидов в подвижном состоянии, которые, в условиях промывного водного режима, могут даже мигрировать вниз по почвенному профилю [31].
При внесении N1 продуктивность растений возрастала в 1.8-2.4 раза, а удельное накопление радиоцезия при этом увеличивалось в 1.3-7.1 раза в зависимости от доз калия. Дальнейшее увеличение доз азотных удобрений не обеспечивало существенного роста урожайности культур, но способствовало резкому увеличению накопления в них 137С8. Увеличение аккумуляции 137С8 в растениях при внесении азотных удобрений могло быть результатом изменения соотношения азота и калия в почве. С внесением азота это соотношение сужалось, возрастала способность удобренного растения поглощать калий и другие катионы. При уменьшении концентрации калия в почвенном растворе дискриминация цезия относительно калия при сорбции на корнях уменьшалась, сопровождаясь резким увеличением аккумуляции 137С8 в растениях. Помимо того, что калийный дефицит
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.