CC BY
22
ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
УДК 631.822.1
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ИЗВЕСТКОВАНИЯ КИСЛЫХ ПОЧВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН
С.Ш. Нуриев, А.А. Лукманов, А.И. Ахтямов
Центр агрохимической службы «Татарский», e-mail: agrochim@bawcorp.ru
Р.М. Миннуллин ОАО «Татагрохим» Статья поступила в редакцию 05.08.2009 г.
По результатам полевых опытов установлено преимущество известкования на техногенно загрязненных почвах. Известковые удобрения наряду с положительным действием на плодородие почв служат экологическим барьером на пути накопления токсикантов в почве и поступления их в растительную продукцию.
Ключевые слова: тяжелые металлы, радионуклиды, известкование, органические удобрения, цеолиты, урожай.
ECOLOGICAL ROLE OF ACID SOILS LIMING IN TATARSTAN REPUBLIC S.Sh. Nuriev, A.A. Lukmanov, A.I. Akhtyamov, F.M. Minnullin
Advantage of liming at technogenic polluted soil is established as result of field experiments. Lime fertilizers along with positive influence on soil fertility are ecological barrier for toxicants' accumulation in soil and plants. Keywords: heavy metals, radionuclides, liming, organic fertilizers, zeolites, harvest.
В условиях антропогенного воздействия на почву и загрязнения окружающей среды возникает острая необходимость поиска путей снижения поступления токсикантов в растительную продукцию.
В условиях Республики Татарстан основными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами служат промышленность, энергетика и автотранспорт. Тяжелые металлы (ТМ) большей частью хорошо адсорбируются пахотным слоем почвы особенно при высоком содержании гумуса и тяжелом механическом составе. Существующая тенденция накопления ТМ в почвах обусловливает необходимость организации регулярного контроля за их содержанием, а на загрязненных землях - разработки и внедрения различных агрохимических мероприятий по снижению миграционной способности из почвы в растения.
Обследование почв на содержание ТМ начато агрохимической службой Республики в 1994 г. Из данных таблицы 1 видно, что в почвах Закамья содержание ТМ несколько выше, чем в Предкамской и Предволжской зонах. Это связано, отчасти, наличием в Закамских рай-
онах таких промышленных гигантов, как КамАЗ, Ниж-некамскнефтехим и др., хотя ПДК пока не превышен.
В литературе [1-3] имеются единичные сообщения о способах снижения поступления ТМ из почвы в растения, что явно недостаточно для разработки научно -обоснованных рекомендаций и нормативной документации, чтобы получать экологически безопасную продукцию на загрязненных землях. Учитывая вредное влияние поступления ТМ в организм человека с растительной пищей и безотлагательностью решения этой проблемы для Республики Татарстан, в 1995 г. начаты исследования по поиску путей снижения поступления ТМ в растительную продукцию. Для исследования заложен стационарный мелкоделяночный полевой опыт на искусственно загрязненной ТМ серой лесной среднесуглинистой почве опытного поля Казанского государственного аграрного университета.
Различные уровни загрязнения почвы осуществляли искусственно, насыщая ее солями меди, цинка и свинца.
Известняковую муку из расчета 6 т/га по СаСО3, полуперепревший навоз из расчета 100 т/га и цеолита (15 т/га)
1. Содержание солей ТМ в пахотных почвах Республики Татарстан, мг/кг
Наименование Обследованная площадь, тыс. га Содержание Медь Цинк Свинец Ртуть Кадмий
Предкамье и Предволжье 1457,1 Валовое 16,0 41,4 13,0 0,01 0,55
Подвижное 0,30 1,65 0,74 - 0,11
Закамье 1913,0 Валовое 25,5 44,6 18,4 0,02 0,96
Подвижное 0,56 1,77 - - 0,13
По республике 3370,1 Валовое 20,7 43,0 15,7 0,016 0,75
Подвижное 0,43 1,71 0,91 - 0,12
Предельно допустимая концентрация (ПДК) Валовое 55 100 32,0 2,1 3,0
Подвижное 30 23 6,0 - -
2. Влияние приемов детоксикации на поступление ТМ в клубни картофеля
Вариант
Элемент
1995 г.
Содержание ТМ, мг/кг
1996 г.
1997 г.
1998 г.
1999 г.
2000 г.
Контроль
Zn Pb
1,1
3,3 0,1
0,79 2,44 0,66
0,9 3,16 0,02
0,63 1,03 н.о.
0,57 0,96 0,17
0,8 2,9 0,18
N70P90K110 + фон
еъ
Zn Pb
0,90 3,5 0,11
0,75 2,84 0,05
0,65 2,87 0,01
0,44 0,94 н.о.
0,46 1,79 0,30
0,90 3,30 0,20
Фон + ТМ
Zn Pb
1,79 8,53 0,90
1,54 6,91 0,32
1,23 6,78 0,06
1,20
3,13 0,14
1,61 3,20 0,35
1,75 5,80 0,43
Фон + ТМ + известь
Zn Pb
1,13 7,46 0,41
1,06 4,57 0,01
0,55 4,47 0,01
0,60 2,11 сл.
0,65 2,25 0,20
0,68 3,26 0,10
Фон + ТМ + органика
Zn Pb
1,41 6,66 0,45
1,18 4,83 0,08
0,75 3,76 0,03
0,88 2,16 0,01
0,77 3,77 0,25
1,00 4,10 0,33
Фон + ТМ + известь + органика
еъ
Zn Pb
1,32 6,39 0,49
1,16 4,82 0,06
0,96 4,45 0,07
0,94 2,56 0,02
0,94 2,56 0,22
0,97 3,70 0,35
Фон + ТМ + цеолит
Zn Pb
1,39 5,06 0,30
1,24 3,65 0,05
0,68 3,11 0,01
0,80 0,63 0,01
0,80 1,63 0,30
0,83 3,00 0,23
Фон + ТМ + известь + органика + цеолит
Zn Pb
1,30 6,08 0,50
1,08 3,74 0,08
0,80 3,14 0,02
0,82 1,91 н.о.
1,47
3,31 0,32
1,20 3,30 0,26
Примечание. ПДК для меди - 5, цинка - 10, свинца - 0,5.
местного Татарско-Шатрашанского месторождения внесли вручную, затем заделывали при перекопке участка. Соли ТМ и мелиоранты внесли в 1995 г. с целью изучения их последействия в течение 5 лет. Минеральные удобрения ежегодно вносили в нормах, рассчитанных на получение запланированной урожайности картофеля 300 ц/га.
Во все годы исследований в качестве тестовой культуры возделывали сорт Марфона. По данным Ш.А. Алиева, С.Ш. Нуриева, В.З. Шакирова (2002), результаты полевых и лабораторных исследований показали, что внесение и удобрений и мелиорантов привело к заметным изменениям основных агрохимических показателей почвы уже в первый год. Удобрения повысили кислотность почвы на 0,2 единицы рН, а известь уменьшила кислотность почвы с рН 5 до 5,3. Следует подчеркнуть снижающее кислотность почвы влияние цеолита. Внесение цеолита в дозе 15 т/га способствовало переходу почвы из группы среднекислой в группу близкой к нейтральной. Это объясняется значительным содержанием Ca и Mg и сорбционными свойствами этого мелиоранта. Нейтрализующее действие на кислотность почвы извести и цеолита продолжалось на 2-й и 3 -й годы исследований.
С внесением удобрений произошло увеличение содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве. Если исходное содержание подвижного фосфора было 150 мг/кг, то в вариантах с удобрениями оно в первом году составило 224-253 мг/кг, во втором - 232-262 мг/кг, а в третьем, четвертом, пятом и шестом - колебалось в интервале от 230 до 287 мг/кг почвы. Аналогичную тенденцию наблюдали по содержанию калия в почве. В исходной почве содержание обменного калия состави-
ло 94 мг/кг, а в удобренных вариантах оно колебалось в пределах 147-214 мг/кг почвы.
Внесение солей меди, цинка и свинца не повлияло на основные агрохимические показатели почвы, но резко повысило валовое содержание ТМ в почве: меди с 13,5 до 164,8 мг/кг, цинка с 34,9 до 297,0 и свинца с 11,6 до 281 мг/кг почвы, что составило 3 ПДК по меди и цинку и 9 ПДК по свинцу.
Анализируя урожайные данные необходимо отметить, что внесение минеральных удобрений дало высокую прибавку урожая клубней картофеля, которая составила 101 ц/га в среднем за 6 лет.
На фоне NPK более высокое действие на урожай картофеля оказывало внесение органических удобрений (навоза) как в отдельности, так и в сочетании с известью и цеолитом. В этих вариантах средняя прибавка относительно контроля составила 128-147 ц/га, а внесение ТМ на фоне NPK несколько снизило урожайность клубней. Переходя к обсуждению качества урожая, необходимо подчеркнуть, что наибольшее содержание крахмала (в среднем 15,9%) обнаружено в контроле, а наименьшее (12,4%) - в варианте с удобрениями и ТМ.
Минеральные и органические удобрения во все годы значительно увеличивали содержание нитратов в клубнях: если в контроле их количество в среднем за 6 лет составило 58 мг/кг, то в варианте с удобрениями - 144173 мг/кг. Однако за все годы превышение ПДК нитратов в картофеле не обнаружено.
Внесение в почву солей меди, цинка и свинца увеличило их содержание в картофеле (табл. 2). Так, если на фоне NPK содержание меди в клубнях в первом году исследований составило 0,90, цинка - 3,50, свинца -0,11 мг/кг, то в варианте с внесением только одних ТМ эти
3. Влияние известкования на накопление радионуклидов и ТМ в почве и зерне
Вариант Почва Зерно
радионуклиды, х 10-12 Ku/кг тяжелые металлы, мг/кг урожай, ц/га радионуклиды, х 10-12 Ku/кг тяжелые металлы, мг/кг
90Sr Cs Pb Cu Cd Zn 90Sr Cs Pb Cu Cd Zn
Выщелоченный чернозем (яровая пшеница)
Контроль 112,9 351,1 10 40 1,0 50 22,5 17,0 16,2 0,28 1,8 0,10 11,0
N9(^90^0 - фон 108,3 350,5 15 51 2,0 60 26,0 14,9 15 0,30 2,4 0,12 13,6
Фон + СаСО3, 2,6 т/га 105,1 344,2 10 40 1,0 50 26,6 13,4 13,1 0,29 2,1 0,07 10,9
Фон + СаСО3, 5,2 т/га 100,2 339,5 10 30 0,8 40 27,4 8,8 10,0 0,29 1,9 0,04 7,7
Фон + СаСО3, 7,8 т/га 98,1 332,1 10 30 0,5 35 28,1 7,6 8,8 0,22 1,6 н.о. 3,6
Фон + СаСОз, 10,4 т/га 94,3 327,1 8 20 н.о. 30 29,3 4,6 7,6 0,18 1,2 н.о. 36
НСР0,95 1,5
Светло-серая лесная почва (озимая рожь)
N90P90K90 - фон 172,5 590,1 15 35 1,0 70 41,8 21,3 12,3 0,50 3,8 н.о. 18,0
Фон + СаСОз, 4 т/га 164,3 580,2 12 30 0,92 55 47,3 19,7 11,2 0,30 2,9 н.о. 15,0
Фон + СаСОз, 7 т/га 153,2 571,1 10 25 0,85 44 53,6 16,4 9,1 0,21 2,0 н.о. 13,5
Фон + СаСОз, 10 т/га 147,1 562,5 6 20 0,81 35 51,1 12,6 8,6 0,15 1,3 н.о. 10,5
ПДК - - 30,0 35,0 3,0 50,0 НСР0,95 3,1 - - 0,50 10,0 0,10 50,0
показатели возросли в 2,4 и 8 раз и составили соответственно 1,79, 8,53 и 0,90 мг/кг. Такая тенденция сохранилась и впоследствии, однако без превышения ПДК.
Наиболее эффективное снижение накопления меди и свинца в урожае клубней наблюдали от внесения извести, а на накопление цинка - от внесения цеолита. Так, известкование почвы снизило накопление меди в клубнях на 37-51%, а свинца - на 55-77%. В варианте с внесением цеолита поступление цинка в клубни уменьшилось на 32-48%.
Применение органических удобрений (навоз) как в отдельности, так и совместно с известью и цеолитом в меньшей степени оказывало снижающее влияние на уровни накопления ТМ в урожае, нежели раздельное внесение извести и цеолита.
Устранение излишней кислотности почвенной среды способствует более прочному закреплению тяжелых металлов и радионуклидов в почвах. Это положение доказывается исследованиями Центра агрохимической службы «Татарский», проведенными на базе стационарных опытов на выщелоченном черноземе совхоза «Левашевский» Алексеевского района и на светлосерой лесной почве ОАО «Агрохимсервис» Арского района. Данные таблицы 3 показывают, что известковые удобрения, наряду с положительным действием на плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, служат экологическим барьером на пути накопления токсикантов в почве и поступления их в растительную продукцию.
Результаты экологического обследования показали, что содержание радионуклидов и ТМ в зависимости от типовых особенностей почв и вариантов опытов колеблется в следующих интервалах: 91^г от 94,3 до
172,5х10-12 Ku/кг, 13^ от 327,1 до 590,1х10-12 Ku/кг, Pb от 6,0 до 15 мг/кг, Си от 20 до 51, Cd от 0,5 до 2,0, Zn от 35 до 70 мг/кг почвы.
Максимальные уровни радионуклидов и ТМ обнаружены в почвах контрольных вариантов и с внесением фоновых удобрений. Снижение их содержания в почве наблюдалось в зависимости от доз известковых удобрений, что, безусловно, отражает суть физико-химических процессов более прочного закрепления радионуклидов и ТМ в почве, происходящих после внесения извести. Сложившиеся почвенные условия по содержанию радионуклидов и ТМ отражаются и в тенденции их накопления в урожае.
Известкование выщелоченного чернозема способствовало уменьшению накопления радионуклидов и ТМ в урожае яровой пшеницы соответственно на 10,1 -69,2 и 3,4-73,6%. Известкование светло-серой лесной почвы снижало их накопление в урожае озимой ржи соответственно на 7,5-40,9 и 16,7-70%. Дозы известковых удобрений тесно связаны с исходной реакцией почвенной среды. Оптимальными в экологическом и экономическом плане являются дозы, способствующие к достижению близкой к нейтральной и нейтральной реакции среды.
Таким образом, в условиях техногенного загрязнения почв токсичными элементами, особенно ТМ, известкование может в 3-8 раз снижать их поступление в растения. Детоксикационное действие других агрохимических приемов (применение цеолитов, бентонитов, глауконитов, фосфатов и органических удобрений) менее эффективно, более дорого и проявляется только в сочетании с известкованием.
Литература
1. Алиев Ш.А., Шакиров В.З., Нуриев С.Ш. «Агрохимическая и агроэкологическая оценка почв Республики Татарстан», - Казань, 2005. - 160 с.
2. Алиев Ш.А., Шакиров В.З., Нуриев С.Ш. «Проблемы известкования почв Республики Татарстан», - Казань, 2002. - 81 с.
3. Миннуллин Р.М. «Известкование кислых почв и местные известковые удобрения Республики Татарстан», - Казань, 2007. - 50 с.
