п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.35 Растениеводство
Цель исследования – снижение аккумуляции тяжелых металлов в агроценозах зернобобовых культур за счет действия биологически активных веществ в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Эксперимент по изучению влияния предпосевной обработки семян биологически активными вещества-ми на накопление тяжелых металлов почвами и растениями в агроценозах гороха и сои проводился в 2013-2015 гг. Представлены результаты предпосевной обработки семян сои сорта Самер 3 и гороха сорта Флагман 12 биологически активным веществом Ризоторфин и Ризоторфином в сочетании с аналогами – Агрикой и Гумаризом. Анализ содержания тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах проводили в лаборатории ФГУ «Станция агрохимической службы «Самарская» методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Установлено, что внесение биологически активных веществ в почву, содержащую тяжелые металлы, позволяет снизить концентрацию их подвижных форм и ограни-чить доступ в зерно растений. Содержание подвижных форм элементов в почве под участками выращи-вания сои, в сравнении с контролем, уменьшается: свинца – в 1,14 раза при обработке препаратами Ри-зоторфин+Гумариз, кадмия – в 1,18 раза при обработке Ризоторфином, меди – в 1,2 раза и кобальта – в 2,0 раза под воздействием сочетания Ризоторфина и Агрики. По коэффициентам биологического по-глощения зерном гороха и сои изученные тяжелые металлы отнесены к элементам биологического захвата КПБ<1. Эффективное инактивирующее действие на тяжелые металлы оказывает предпосев-ная обработка семян гороха и сои биологически активными веществами в сочетании Ризотор-фин+Агрика и Ризоторфин+Гумариз.
почва, зерно, горох, соя, металлы, препараты
Горох является ведущей бобовой культурой Самарской области. В последнее время занимает первое место по урожайности и обеспечивает до 80% валовых сборов высокобелкового зерна [3, 4]. Соя в свою очередь признана лидером среди важнейших белково-масляничных культур. Посевная площадь сои в Самарской области составляет 16895 га.
Полиметаллическое загрязнения Самарской области от воздействия деятельности человека на природные комплексы и отдельные компоненты природной среды достигло высокого уровня. Существенное влияние на загрязнение оказали развитая инфраструктура и добыча полезных ископаемых. Сельскохозяйственные угодья превращаются в места поступления токсичных веществ, среди которых тяжелые металлы. Повышенные концентрации тяжелых металлов оказывают негативное влияние на рост и развитие сельхозкультур, вследствие чего существенно снижается качество продукции растениеводства. Исследованиями ученых установлено, что бобовые растения чувствительны к избытку тяжелых металлов в почве и активно аккумулируют их. На корнях растений этого семейства имеются особые клубеньковые наросты, в которых живут и размножаются микробы, аккумулирующие азот. Симбиотическая связь играет значительную роль в жизни растений, способствует их росту и созреванию. Кроме того, использование симбиотического комплекса гороха может способствовать восстановлению загрязненных биоценозов и очищению почвы [2, 5]. Это требует проведения постоянного контроля содержания тяжелых металлов в почве и растительной продукции и разработки адекватных технологических приемов, минимизирующих негативные последствия привнесения токсикантов [1, 6].
Цель исследований – снижение аккумуляции тяжелых металлов в агроценозах зернобобовых культур за счет действия биологически активных веществ в условиях лесостепи Среднего Поволжья.
Задача исследований – оценить уровень накопления валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве под участками растений и в зерне гороха и сои при внесении биологически активного препарата Ризоторфин и его сочетаний с препаратами Агрика и Гумариз.
Материал и методы исследований. В 2013-2015 гг. проводился эксперимент по изучению влияния предпосевной обработки семян биологически активными веществами Ризоторфин, Агрика и Гумариз на накопление тяжелых металлов почвами и растениями в агроценозах гороха и сои. Опыт проводился в центральной агроклиматической зоне Самарской области на территории с типичными для данной зоны почвенными и погодными условиями, а также рельефом и режимом увлажнения. Анализ почвенных и растительных образцов проводили в лаборатории ФГУ «Станция агрохимической службы «Самарская» (аттестат аккредитации испытательной лаборатории № РОСС RU. 0001.510565). Подготовку образцов почвы и растений для определения валового содержания в них тяжёлых металлов проводили традиционным методом [1]. Подвижные формы соединений извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 (ААБ).
Результаты исследований. Проведенные исследования показали, что превышения ПДК валового содержания и подвижных форм тяжелых металлов не происходит.
При использовании препаратов под участками гороха и сои отмечено накопление следующих элементов: свинец, кадмий, медь, цинк, кобальт (табл. 1). Под участками гороха минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Агрика, его показатели в 3,8 раза ниже ПДК; в 1,29 раза – фонового значения и в 1,9 раза – кларка. Минимальные концентрации кадмия и меди отмечены при использовании сочетания препаратов Ризотoрфин+Гумaриз, значения концентрации уменьшаются в сравнении с ПДК в 2,9 и 5,0 раза соответственно, в 2,2 и 2,44 раза ниже фона, у меди в 2,5 раза ниже кларка. Показатель содержания кадмия превышает показатель кларка в 3,07 раза. Минимальные концентрации цинка и кобальта в варианте опыта с внесением Ризоторфина снижаются в 1,76 и 2,02 раза соответственно в сравнении с ПДК; в 1,42 и 1,55 раза соответственно в сравнении с фоном, в 1,6 и 2,2 раза соответственно в сравнении с кларком.
Таблица 1
Содержание валовых форм тяжелых металлов под участками зернобобовых культур,
2013-2015 гг.
|
Вариант опыта |
Элемент, мг/кг |
||||
|
Pb |
Cd |
Cu |
Zn |
Co |
|
|
Кoнтрoль (без обработки) |
8,40* 12,0 |
0,37 0,60 |
18,0 22,4 |
48,5 58,7 |
5,90 5,62 |
|
+ Ризоторфин |
9,15 12,2 |
0,45 0,60 |
19,0 23,9 |
49,5 59,5 |
7,95 5,15 |
|
+ Ризотoрфин+Агрикa |
8,35 13,0 |
0,48 0,62 |
20,0 24,0 |
50,0 60,0 |
8,20 5,68 |
|
+ Ризотoрфин+Гумaриз |
10,80 12,1 |
0,40 0,63 |
18,5 24,7 |
54,0 60,3 |
9,30 7,38 |
|
ПДК |
32,00 |
2,00 |
55,00 |
100,00 |
14,00 |
|
ФОН |
10,80 |
0,80 |
45,30 |
76,80 |
11,30 |
|
Кларк |
16,00 |
0,13 |
47,00 |
83,00 |
18,00 |
Примечание. * – в числителе – содержание валовых форм тяжелых металлов под участками гороха сорта Флагман 12, в знаменателе – содержание валовых форм тяжелых металлов под участками сои сорта Самер 3.
Под участками сои минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Гумариз, его показатели в 2,6 раза ниже ПДК; в 1,3 раза – кларка. Показатель содержания свинца превышает фоновый показатель в 1,1 раза. Минимальные концентрации кадмия, меди, цинка и кобальта отмечены при использовании препарата Ризотoрфин, значения уменьшаются следующим образом: в 1,6 раза у цинка, в 2,3 раза у меди, в 2,7 раза у кобальта, в 3,3 раза у кадмия, в сравнении с ПДК; концентрации снижаются в 1,29 раза у цинка, в 1,3 раза у кадмия, в 1,89 раза у меди и в 2,19 раза у кобальта в сравнении с фоном; в сравнении с кларком значения уменьшаются – в 1,39 раза у цинка, в 1,96 раза у меди, в 3,49 раза у кобальта, показатель содержания кадмия превышает показатель кларка в 4,6 раза.
Внесение препарата Ризоторфин максимально влияет на снижение содержание валовых форм тяжелых металлов как для гороха сорта Флагман 12, так и для сои сорта Самер 3.
Содержание подвижных форм тяжелых металлов (табл. 2) не превышает ПДК при использовании всех препаратов под участками гороха и сои. Под участками гороха минимальные концентрации свинца, кадмия и меди отмечены при использовании сочетании препаратов Ризотoрфин+Гумариз. В сравнении с ПДК значения уменьшаются в 12,2 раза у свинца, в 10,2 раза – у кадмия, в 25,0 раз – у меди. Показатель содержания свинца и кадмия превышает фоновый показатель в 1,22 и 13,2 раза соответственно. Минимальные концентрации цинка и кобальта отмечены при использовании сочетания препаратов Ризотoрфин+Агрикa, значения уменьшаются в 52 раза у цинка и в 33 раза у кобальта в сравнении с ПДК; в 1,33 раза у кобальта в сравнении с фоном, показатель содержания цинка превышает фоновый уровень в 1,1, раза.
Таблица 2
Содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками зернобобовых культур,
2013-2015 гг.
|
Вариант опыт |
Элемент, мг/кг |
||||
|
Pb |
Cd |
Cu |
Zn |
Co |
|
|
Кoнтрoль (без обработки) |
0,33 0,24 |
0,050 0,051 |
0,18 0,12 |
0,43 0,44 |
0,09 0,16 |
|
+ Ризотoрфин |
1,05 0,55 |
0,053 0,043 |
0,26 0,15 |
0,54 0,54 |
0,16 0,26 |
|
+ Ризотoрфин+Агрикa |
0,52 0,24 |
0,051 0,054 |
0,15 0,10 |
0,44 0,77 |
0,15 0,08 |
|
+ Ризотoрфин+Гумaриз |
0,49 0,21 |
0,049 0,057 |
0,12 0,14 |
0,48 0,57 |
0,16 0,24 |
|
ПДК |
6,00 |
0,500 |
3,00 |
23,00 |
5,00 |
|
ФОН |
0,40 |
0,037 |
0,13 |
0,40 |
0,20 |
Примечание. * – в числителе – содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками гороха сорта Флагман 12, в знаменателе – содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками сои сорта Самер 3.
Под участками сои минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Гумариз, его показатели в 28,5 раза ниже ПДК; в 1,9 раза ниже фона. Минимальные концентрации кадмия и цинка отмечены при использовании препарата Ризоторфин, в сравнении с ПДК значения уменьшаются в 11,6 раза у кадмия, в 42,5 раза – у цинка. Показатель содержания кадмия и цинка превышает показатель фона в 1,16 и 1,35 раза соответственно. Минимальные концентрации меди и кобальта отмечены при использовании сочетании препаратов Ризотoрфин+Агрикa, значения уменьшаются в 30 раз у меди, в 62,5 раза у кобальта в сравнении с ПДК; в 1,3 раза у меди и в 2,5 раза у кобальта в сравнении с фоном. Внесение препаратов в сочетании Ризотoрфин+Агрикa и Ризотoрфин+Гумaриз максимально влияет на содержание подвижных форм тяжелых металлов как для гороха сорта Флагман 12, так и для сои сорта Самер 3.
Расчет коэффициентов биологического поглощения (табл. 3) тяжелых металлов позволил вывести убывающие ряды для исследованных культур.
Таблица 3
Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном зернобобовых культур,
2013-2015 гг.
|
Вариант опыта |
Элемент, мг/кг |
||||
|
Pb |
Cd |
Cu |
Zn |
Co |
|
|
Кoнтрoль (без обработки) |
0,017 0,10 |
0,07 0,031 |
0,17 2,84 |
0,32 45,3 |
0,10 0,11 |
|
+ Ризотoрфин |
0,016 0,10 |
0,06 0,032 |
0,13 2,26 |
0,28 42,2 |
0,05 0,18 |
|
+ Ризотoрфин+Агрикa |
0,022 0,07 |
0,08 0,039 |
0,11 2,48 |
0,32 45,9 |
0,03 0,19 |
|
+ Ризотoрфин+Гумaриз |
0,010 0,10 |
0,07 0,027 |
0,12 1,95 |
0,25 45,9 |
0,03 0,59 |
Примечание. * – в числителе – коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном гороха сорта Флагман 12, в знаменателе – коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном сои сорта Самер 3.
Изученные тяжелые металлы в средних концентрациях по интенсивности накопления образуют следующие убывающие ряды: в зерне гороха – Zn < Cu < Cd < Co < Pb, в зерне сои – Zn < Cu < Co < Pb < Cd. Все изученные металлы относятся к элементам, захватывающимся растениями гороха и сои, но не накапливающимися в них.
Заключение. При возделывании гороха сорта Флагман 12 и сои сорта Самер 3 в лесостепной зоне Поволжья при внесении биологически активного вещества Гумариз и его сочетаний с препаратами Агрика и Ризоторфин максимальный эффект снижения валового содержания тяжелых металлов достигается действием препарата Ризоторфин. Уменьшение концентраций наблюдается у кадмия, меди, цинка и кобальта. Снижение концентраций подвижных форм тяжелых металлов достигается внесением сочетаний препаратов Ризоторфин+Агрика и Ризоторфин+Гумариз. Уменьшение концентраций наблюдается у свинца, кадмия и меди при использовании сочетания Ризоторфин+Агрика; у меди, цинка и кобальта – при использовании сочетания Ризоторфин+Гумариз.
1. Троц, Н. М. Экологическая устойчивость в посевах основных групп сельскохозяйственных культур в Самарской области / Н. М. Троц, Г. И. Чернякова, С. В. Ишкова, А. В. Батманов // Аграрная Россия. - 2017. - № 5 - С. 38-44.
2. Зубов, А. Е. Селекция и технология возделывания гороха в среднем Поволжье / А. Е. Зубов. - Самара, 2012. - 217 с .
3. Зубов, А. Е. Методы и результаты селекции гороха в Самарском НИИСХ / А. Е. Зубов, А. И. Катюк // Из-вестия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2014. - Т.16, №5 (3). - С. 1127-1130.
4. Майстренко, О. А. Оценка сортов гороха разных морфотипов по урожайности и качеству зерна в усло-виях степной зоны Самарской области / О. А. Майстренко, Н. И. Колесник, Н. В. Анисимкина, Е. Н. Шаболки-на // Молодой ученый. - 2015. - №22.2 - С. 41-44.
5. Троц, Н. М. Применение адсорбентов для регулирования накопления тяжелых металлов в почве и зерне сои сорта Самер 3, возделываемой при различных видах обработки почвы / М. Н. Скворцова, Н. М. Троц / Перспективы развития АПК в работах молодых ученых : материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых. - Тюмень : ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный универ-ситет Зауралья», 2014. - С. 145-150.
6. Горшкова, О. В. Тяжелые металлы в нефтезагрязненных черноземах Самарской области / О. В. Горш-кова, А. А. Пахомов / Экология и мелиорация агроландшафтов: перспективы и достижения молодых ученых : материалы VII Международной научно-практической конференции молодых ученых. - Волгоград : ФНЦ агроэкологии РАН, 2019. - С. 365-366.
