CC BY
68
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10405
УДК 631.4
ПРИРОДНЫЕ ЦЕОЛИТЫ КАК ЭЛЕМЕНТ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ БАШКИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ
М. Б. СУЮНДУКОВА1, доктор биологических наук, профессор
Я. Т. СУЮНДУКОВ12, доктор биологических наук, зам. директора, главный научный сотрудник (e-mail: [email protected])
Х. М. САФИН3, доктор сельскохозяйственных наук, академик-секретарь
И. Н. СЕМЕНОВА2, доктор биологических наук, старший научный сотрудник
Р. Ф. ХАСАНОВА12, доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
1Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, ул. Белова, 21, Сибай, Республика Башкортостан, 453837, Российская Федерация
2Сибайский филиал Института стратегических исследований Республики Башкортостан, ул. Кутузова, 1, Сибай, Республика Башкортостан, 453837, Российская Федерация
3Академия наук Республики Башкортостан, ул. Кирова, 15, Уфа, 450008, Российская Федерация
Резюме. Цель исследований - анализ эколого-мелиоративной эффективности природных цеолитов на агрочерноземе обыкновенном в условиях зауральской степной зоны Республики Башкортостан (РБ). Работу проводили в 2005-2017 гг. с использованием цеолитов Тузбекского месторождения, находящегося на территории Баймакского административного района РБ. Внесение в почву природных цеолитов способствовало более мощному развитию корневой системы сельскохозяйственных культур, одновременно происходило комплексное улучшение свойств агрочернозема: оптимизация гумусного и структурного состояния, плотности сложения, повышение емкости поглощения. Внесение цеолитов и навоза в почву способствовало формированию более благоприятных условий для развития и функционирования почвенной микрофлоры, что приводило к увеличению активности гидролитических ферментов в прикорневом слое почвы. Цеолиты проявляли защитные экологические свойства, способствуя снижению негативного действия металлов на биологическую активность почвы. Содержание тяжелых металлов (ТМ) в зерне яровой пшеницы имело тесную и среднюю степень корреляции с их количеством в почве. Повышая поглотительную способность почвы, цеолиты способствовали иммобилизации подвижных форм ТМ, что обеспечивало снижение их поступления в продукцию растениеводства. Эффективность цеолита была прямо пропорциональна дозе его внесения. Достоверное уменьшение содержания меди под влиянием цеолитов отмечено при дозах 15-30 т/га, свинца - 20 т/га и более, цинка - 25 т/га и более. Применение цеолитов в условиях Зауралья Башкортостана с естественным фоновым и техногенно-повышенным загрязнением почв ТМ способствует восстановлению свойств и увеличению биологической активности почвы, а также производству экологически безопасной продукции растениеводства Ключевые слова: цеолиты, агрочернозем, ферментативная активность почвы, тяжелые металлы. Для цитирования: Природные цеолиты как элемент экологизации земледелия башкирского Зауралья / М. Б. Суюндукова, Я. Т. Суюндуков, Х. М. Сафин и др.//Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 4. С. 25-30. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10405.
Почвенный покров зауральской зоны Республики Башкортостан (РБ) характеризуется доминирова-
нием в составе пахотных угодий агрочерноземов. Длительная эксплуатация в полевых севооборотах с преобладанием в их структуре зерновых культур, возделываемых по интенсивным технологиям, резкое снижение в последние годы объемов внесения органических и минеральных удобрений привели к ухудшению свойств и снижению плодородия почвы [1]. Это подтверждает и наиболее актуальная информация, отражающая динамику основных показателей плодородия почвы в Башкортостане и соседних регионах за 50 лет [2, 3, 4].
Другая не менее важная агроэкологическая проблема - химическая деградация почв региона в результате загрязнения металлами под влиянием деятельности многочисленных предприятий горнодобывающей отрасли [5], что служит локальным отражением проблемы глобального масштаба [6, 7]. Несмотря на то, что черноземы обладают достаточно высокой буферной способностью и устойчивостью к загрязнению тяжелыми металлами (ТМ), в случаях повышенного антропогенного пресса их способность нейтрализовать воздействие загрязнителей ухудшается. При высоких дозах металлов происходит значительное снижение биологической активности почвы [8, 9], ухудшение физиологического состояния растений и животных, а также здоровья человека [10].
Главное условие обеспечения устойчивости сельского хозяйства - воспроизводство плодородия почвы [11]. Традиционно эту задачу решали путем использования научно-обоснованных систем севооборотов и удобрений, приемов химической и лесомелиорации, способствующих реабилитации экологических функций почвы, восстановлению агрофизических и агрохимических свойств, оптимизации пищевого режима растений. Однако ввиду достаточно высокой энерго- и ресурсоемкости, а также значительного уменьшение объемов производимого навоза из-за резкого снижения поголовья общественного скота, в последние годы многие из необходимых мероприятий находят все меньшее применение. В этой связи с учетом нынешних реалий экономического состояния страны в целом и Башкортостана в частности для производства доброкачественной и относительно дешевой продукции при условии сохранения плодородия почвы, к числу перспективных направлений следует отнести использование местных ресурсов, в частности природных цеолитов, имеющих достаточно большое распространение в Зауралье РБ.
Спектр применения цеолитов довольно широк, их используют во многих отраслях экономики и в сфере охраны окружающей среды [12]. Проведенные ранее в различных странах исследования свидетельствуют о высокой эффективности цеолитов. В животноводстве и птицеводстве цеолитсодержащие добавки включают в корм, что приводит к уменьшению заболеваемости, повышению продуктивности и качества продукции [13]. В растениеводстве их используют как мелиорант, способствующий росту продуктивности и
повышению качества продукции [14, 15], восстановлению свойств и оптимизации питательного режима почвы [16]. Кроме того, увеличивая поглотительную способность, цеолиты выступают как эффективное средство для детоксикации загрязненных тяжелыми металлами почв [17].
В то же время механизм мелиоративного действия цеолитов исследован не до конца. В связи с этим цель наших исследований - анализ эколого-мелиоративной эффективности цеолитов на агро-черноземе обыкновенном в условиях зауральской степной зоны Республики Башкортостан. В задачи исследований входило: изучение изменения основных свойств, биологической активности и фитоток-сичности почвы под влиянием минерала; выявление влияния цеолита на урожайность сельскохозяйственных культур.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в 2005-2017 гг. на агрочерноземе обыкновенном, представляющем преобладающий фон пахотных угодий зауральской зоны РБ. Схема полевого мелко-деляночного опыта №1 включала следующие варианты: 1) без цеолита (контроль); 2) солома - 4 т/га; 3) навоз - 30 т/га; 4) цеолит - 15 т/га; 5) цеолит -20 т/га; 6) цеолит - 25 т/га; 7) цеолит - 30 т/га; 8) цеолит - 10 т/га + навоз 10 т/га; 9) сидерация (донник); 10) цеолит 10 т/га + сидерация (донник). В опытах использовали природные цеолиты месторождения Тузбекское, находящегося на территории Баймак-ского административного района РБ. Площадь опытных делянок составляла
качестве контроля оставляли варианты без внесения ТМ. Абсолютный контроль - вариант без цеолита и навоза и без загрязнения металлами. В опыте изучали активность почвенных ферментов под влиянием разных ТМ и изменение биологической активности и фитотоксичности почвы под действием цеолита.
Агрофизические и агрохимические свойства почвы определяли общепринятыми в почвоведении методами [20, 21]. Для оценки биологической активности учитывали следующие показатели ферментативной активности: целлюлозолитической, протеазной и уреазной [22]. Содержание металлов в почвенных и растительных пробах определяли атомно-абсорбционным методом на приборе Соп1г-АА фирмы Апа!Шс в центральной химической лаборатории ОАО «Сибайский филиал Учалинского горно-обогатительного комбината»[23].
Результаты и обсуждение. В опыте №1 установлено, что внесение в почву природных цеолитов приводит к восстановлению ухудшенных свойств агрочернозема обыкновенного. При дозах от 20 до 30 т/га произошло достоверное разуплотнение верхних слоев почвы на 0,02-0,03 г/см3 (НСР05=0,015). Результаты корреляционного анализа свидетельствуют о высокой степени отрицательной зависимости плотности сложения от массы корней сельскохозяйственных культур (г=-0,83 - -0,88) и средней - от содержания гумуса (г=-0,53 - -0,62).
9 м2, учетных - 4 м2, по-
80
2 5 ■л с! о
о
и
о
I-
ге ф
а л к
<я
а ©
78 76 74 72 70 68 66 64 62 60
1
вторность трехкратная, размещение вариантов систематическое со смещением в повторениях. Эксперимент был заложен в двух полях в звеньях севооборота при следующем чередовании культур: в поле №1 - пар - озимая рожь - яровая пшеница -викоовсяная смесь; в поле №2 - пар - викоовсяная смесь - яровая пшеница -ячмень. В опыте изучали динамику изменения основных свойств почвы под воздействием органических удобрений и цеолита, а также их влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур.
Схема двухфакторного микроделяночного полевого опыта №2 предуматривала следующие варианты: 1) без цеолита (контроль); 2) цеолит - 15 т/га; 3) цеолит - 30 т/га; 4) цеолит 10 т/га + навоз 10 т/га. Размеры делянок, разделенных между собой полиэтиленовой пленкой до глубины 40 см для исключения боковой (горизонтальной) миграции ТМ, составляли 100x100 см. Повторность трехкратная. В каждом варианте в почву под яровую пшеницу вносили металлы в виде растворимых солей - ацетатов: РЬ(СН3СОО)2, Си(СН3СОО)2, Сс1(СН3ТОО)2 и Zп(CH3COO)2 в концентрациях 1; 5 и 10 ПДК. За ПДК валовых форм принимали содержание меди, равное 55 мг/кг, цинка - 100 мг/кг, кадмия - 2 мг/кг, свинца - 30 мг/кг [18, 19]. В
10
Рис. 1. Зависимость структурно-агрегатного состояния почвы (слой 0-30 см) от внесения цеолитов и органических удобрений (НСР05 под посевами озимой ржи и викоовсяной смеси соответственно 3,8 и 1,9 %): 1 - без цеолита (контроль); 2 - солома, 4 т/га; 3 - навоз, 30 т/га; 4 - цеолит, 15 т/га; 5 - цеолит, 20 т/га; 6 - цеолит, 25 т/га; 7 - цеолит, 30 т/га; 8 - цеолит, 10 т/ га + навоз, 10 т/га; 9 - сидерация (донник); 10 - цеолит, 10 т/га + сидерация (донник): □ -озимая рожь; ■ - викоовсяная смесь.
Вносимые цеолиты и удобрения способствовали оптимизации структурно-агрегатного состояния пахотного слоя почвы (рис. 1). Так, в вариантах с дозами 15-30 т/га содержание глыбистой фракции уменьшилось при существенном увеличении доли агрономически ценных агрегатов: на 4,3-7,0 и 2,04,4 % соответственно под посевами озимой ржи и викоовсяной смеси. Внесение навоза 30 т/га привело к повышению содержания ценных структурных отдельностей на 2,3-5,5 %, навоза с цеолитом по 10 т/га - на 4,8-7,7 %. Влияние сидерата (донник) и цеолита (10 т/га) с донниковым сидератом под озимую рожь по эффективности находилось на уровне вариантов с цеолитом в дозах 20-25 т/га.
Результаты мокрого просеивания по Н.И. Сав-винову показали (рис. 2) достоверное увеличение
81
76
71
66
■А I-
О
о
X
у
о а
о и
£ 61
56
1
10
Рис. 2. Зависимость водопрочности структуры (слой 0-30 см) от внесения цеолитов и органических удобрений (НСР05 под посевами озимой ржи и викоовсяной смеси соответственно 2,5 и 1,7): 1 - без цеолита (контроль); 2 - солома, 4 т/га; 3 - навоз, 30 т/га; 4 - цеолит, 15 т/га; 5 - цеолит, 20 т/га; 6 - цеолит, 25 т/га; 7 - цеолит, 30 т/га; 8 - цеолит, 10 т/га + навоз, 10 т/га; 9 - сидерация (донник); 10 - цеолит, 10 т/га + сидерация (донник) □ - озимая рожь; ■ - викоовсяная смесь.
водопрочности агрегатов на 5,0-8,8 и 2,1-3,4 %, что, прежде всего, связано с формированием большей корневой массы растениями озимой ржи (на 17,685,1 %) и викоовсяной смеси (на 14,3-93,1 %). Это подтверждают значения коэффициентов корреляции (г) между показателями корневой фитомассы и водопрочности агрегатов в почве под соответствующими посевами (0,60 и 0,95). Наиболее водоустойчивыми оказались агрегаты размером от 5 до 2 мм.
В вариантах с внесением цеолитов и органических удобрений отмечено улучшение водных свойств почвы, экономное расходование влаги. Органические удобрения (навоз, донниковый сидерат и солома) способствовали повышению весенних запасов влаги соответственно на 86, 82 и 49 мм. При внесении цеолита в дозах от 15 до 30 т/га они увеличились на 75-88 мм, при совместном использовании цеолита с органическими удобрениями (с навозом и с донником) - на 100 и 87 мм. Это объясняется улучшением влагоудерживающей способности почвы благодаря высокой поглотительной способности внесенных цеолитов и оптимизацией структурно-агрегатного состояния. К периоду уборки влажность почвы по вариантам выравнивалась. В экспериментальных вариантах наблюдали увеличение суммарного водопотребления, что связано с повышением продуктивности яровой пшеницы. Между суммарным водопотреблением и урожаем яровой пшеницы выявлена прямая корреляционная связь (г = 0,9). В результате расход воды на единицу продукции при внесении цеолита и органических удобрений значительно снижался, что отразилось в уменьшении коэффициента водопотребления (КВ), по сравнению с контролем, на 0,47-4,88 мм/ц. Наименьшая величина этого показателя отмечена при использовании цеолита совместно с навозом в равных дозах.
Внесение цеолитов не повлияло на реакцию среды, однако привело к некоторому увеличению поглотительной способности почвы. Сумма поглощенных оснований достоверно (НСР05=1,2-1,4) возросла, по
сравнению с контролем, на 4,1-9,9 мг-экв./100 г почвы. При этом величина этого показателя тесно (г=0,77-0,78) коррелировала с размерами корневой фитомассы растений.
Усиление формирования корневой фитомассы под влиянием внесенного в почву природного цеолита способствовало повышению содержания гумуса. Под посевами озимой ржи оно возросло, по отношению к контролю, на 0,10-0,27 %, под ви-коовсяной смесью - на 0,30-0,33 %. Коэффициент корреляции между величинами этих показателей составлял 0,66-0,68. Существенному повышению содержания гумуса способствовали дозы цеолита более 15 т/га.
Будучи природным сорбентом, цеолиты избирательно поглощают ионы ТМ. Кроме того, увеличивая поглотительную способность и улучшая водно-физические свойства почвы и питательный режим прикорневой зоны растений, они способствуют повышению деятельности микрофлоры и активизации ферментов.
Принимая показатели ферментативной активности исходной незагрязненной почвы в опыте №2 за 100 %, мы сравнили влияние разных металлов на величину этого показателя. Наименьшее влияние на активность уреазы оказал цинк (при концентрации 1 и 5 ПДК происходило ее увеличение в 1,1 раза, а при 10 ПДК -тснижение на 17 %), затем в возрастающей последовательности следовали свинец (при его содержании в концентрации 1 ПДК активность фермента составила 93 %, при 5 ПДК - 73 %, а при 10 ПДК - лишь 50 % от первоначальной величины) и кадмий (93, 33 и 23 % от контрольного значения соответственно). Медь при концентрациях 1 и 5 ПДК способствовала ее повышению (до 1,5 раз), некоторое негативное действие (снижение на 6 %) отмечено только при высоких (10 ПДК) концентрациях этого металла.
Токсичность кадмия в отношении протеазы при высоких концентрациях была ниже, чем у свинца. Ферментативная активность составила: при 1 ПДК кадмия - 50 %, при 5 ПДК - 45 %, при 10 ПДК - 40 % от контрольного значения, в то время как при 5 и 10 ПДК свинца - только 25 % от первоначального уровня.
Влияние цинка на протеолитическую активность имело нелинейный характер: при содержании 1 ПДК происходило ее повышение на 17 %, при 5 ПДК - выравнивание с контролем, а при 10 ПДК - снижение до 83 %. Динамика активности протеазы под воздействием меди была такой же, как и у уреазы, однако и при 10 ПДК она оставалась на 40 % выше, чем в контроле.
В присутствии 10 ПДК кадмия целлюлозолити-ческая активность составила 70 % от контрольного значения, 10 ПДК цинка и свинца - 40 %. Загрязнение
почвы медью приводило к некоторому повышению целлюлозолитической активности, по сравнению с незагрязненными образцами: при 5 ПДК до 120 %, при 10 ПДК - до 110 % от контрольного значения.
Цеолиты способствовали повышению уреазной активности почвы, по сравнению с контролем. Наиболее высокая эффективность (повышение в 1,7 раза) отмечена при совместном внесении цеолита с навозом в дозах по 10 т/га. В почвах, загрязненных ТМ, отмечено снижение ингибирования уреазы под действием металлов в вариантах с цеолитом и навозом, что свидетельствует об их защитной роли по отношению к этому ферменту. В особенности такой эффект проявился в почве, загрязненной свинцом и кадмием. Например, в случае внесения цеолитов в дозах 15 и 30 т/га в почву, содержащую 10 ПДК кадмия, активность уреазы возросла, по сравнению с вариантом без их использования, в 2,8 и 3,6 раз соответственно.
Положительный эффект цеолита и навоза отмечали и в отношении протеолитической активности почвы. Как в незагрязненных, так и в загрязненных металлами вариантах наблюдали следующую закономерность: самой низкой активностью фермента характеризовалась почва без внесения навоза и цеолита, наибольшей при совместном их внесении. В последнем случае протеолитическая активность почвы, по сравнению с контролем, возросла до 4,3 раз. Варианты с внесенем цеолита без навоза занимали промежуточное положение.
Защитное действие цеолита и навоза по отношению к протеазной активности почвы в особенности
хорошо проявилось при загрязнении кадмием и свинцом. Так, в варианте с дозой свинца до 10 ПДК при их совместном внесении активность протеазы составляла 61 % от первоначального значения, при использовании только цеолита - от 39 до 58 %. В почвах, загрязненных медью в концентрациях от 1 до 10 ПДК, происходило заметное повышение протеолитической активности, по сравнению с контролем, в то время как при загрязнении свинцом и цинком увеличение активности фермента происходило только при концентрации металлов в 1 ПДК.
Положительный эффект цеолита и навоза четко проявился и в отношении целлюлазной активности почвы, которая значительно возрастала, как на фоне обычной почвы, так и при загрязнении ее тяжелыми металлами. При этом на фонах с внесением цеолита, а также цеолита с навозом отмечено закономерное снижение целлюлозолитической активности почвы по мере увеличения уровня концентрации цинка и кадмия. В незагрязненных почвах, содержащих навоз в сочетании с цеолитами, отмечено увеличение ферментативной активности в 3,3 раза, в то время как на загрязненных цинком и кадмием в размере 1 ПДК она возросла в 5,1 и 2,6 раза соответственно, при 5 ПДК - в 3,6 и 2,4 раза, при 10 ПДК - 3,7 и 2,2 раза, по сравнению с аналогичной загрязненной почвой, но без внесения удобрений. При использовании цеолитов в дозе 15 т/га активность фермента в незагрязненной почве возросла в 3,2 раза, в загрязненной - в 3,0-5,1 и 2,4-3,0 раза. В варианте с 30 т/га цеолитов эффект был значительно менее выраженным, но в целом положительным.
е и н
а
жа р
е д
о
О
е и н
а
жа р
е д
о
о
8 9 10
23
22
21
20
19
1
4
9 10
0,25
0,2
£ 0,15 н а
а 0,1
е од
О 0,05
1 2 3 4 5 6 7
9 10
900
_ 850 е и н
а ржа
ер 800
д о
О
750
1
1 Г
2
1 г
4
¥\
<
<
< X
< X
< X
< X
< X
< X
< X
< X
< X
< X
1 I г
5 6 7
га я
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
< X >
Т
т 9 10
Рис. 3. Изменение содержания подвижных форм металлов в почве при внесении цеолитов: 1 - без цеолита (контроль); 2 - солома, 4 т/га; 3 - навоз, 30 т/га; 4 - цеолит, 15 т/га; 5 - цеолит, 20 т/га; 6 - цеолит, 25 т/га; 7 - цеолит, 30 т/га; 8 - цеолит, 10 т/га + навоз, 10 т/га; 9 - сидерация (донник); 10 - цеолит, 10 т/га + сидерация (донник): - РЬ; □ - Си; Щ - СС; Щ - 7п; - Fe.
8
6
4
2
0
0
Таблица. Влияние органических удобрений и цеолитов на содержание металлов в зерне яровой пшеницы
Вариант Содержание тяжелых металлов, мг/кг
медь 1 цинк 1 свинец кадмий I ртуть
Контроль 6,67 48,99 0,31 0,020 0,0011
Солома ячменя 6,61 46,87 0,29 0,020 0,0010
Навоз, 30 т/га 6,38 45,95 0,30 0,021 0,0015
Цеолит, 15 т/га 6,20 45,79 0,29 0,021 0,0015
Цеолит, 20 т/га 6,23 46,68 0,24 0,020 0,0008
Цеолит, 25 т/га 6,05 43,78 0,21 0,019 0,0014
Цеолит, 30 т/га 5,95 42,09 0,20 0,017 0,0012
Навоз, 10 т/га + цеолит, 10 т/га 6,23 45,98 0,28 0,018 0,0013
Донник 6,60 47,68 0,31 0,021 0,0008
Донник + цеолит, 10 т/га 6,25 45,89 0,28 0,018 0,0007
НСР05 0,32 3,39 0,04 0,004 0,0005
Таким образом, при загрязнении почвы ТМ в дозах от 1до 10 ПДК цеолиты и навоз проявляли защитную экологическую функцию по отношению к активности ферментов (уреазы, протеазы и целлюлазы), заключавшуюся в снижении токсического действия ТМ. В связи с этим можно предположить, что по совокупности причин (улучшение водно-физических свойств, повышение содержания органического вещества и др.) в почвах с внесением цеолита и навоза сложились более благоприятные условия для развития и функционирования микроорганизмов, что способствовало повышению активности ферментов.
Исследования показали уменьшение содержания подвижных форм ТМ в почве при внесении цеолитов, что может объясняться ростом ее поглотительной способности (рис. 3).
Влияние минерала зависело от его дозы. При внесении 15-30 т/га природного цеолита отмечали существенное уменьшение содержания подвижной меди и цинка - соответственно на 0,57-1,22 и 1,062,40 мг/кг (НСР05 соответственно 0,54 и 1,02 мг/кг), в дозах 25-30 т/га: кадмия - на 0,05-0,07 мг/кг (НСР05=0,04), свинца - на 0,16-0,32 (НСР05=0,15) и железа - на 48-99 мг/кг (НСР05=43).
Внесенный в почву цеолит способствовал заметному снижению поступления металлов в зерно яровой пшеницы (см. табл.). В вариантах с его увеличивающимися дозами (от 15 до 30 т/га) отмечено снижение содержания меди в зерне (на 0,47-0,72 мг/ кг при НСР05=0,32 мг/кг). Достоверное уменьшение концентрации свинца под влиянием цеолита (на 0,07-0,11 при НСР05=0,04) отмечено при дозе 20 т/га и больше, цинка (на 5,21-6,90 при НСР05=3,39) - при дозе 25 т/га и выше. В то же время цеолиты не оказ-вали заметного влияния на количество ртути и кадмия в продукции яровой пшеницы. Для кадмия отмечена средняя (г=0,61), для свинца, меди и цинка - тесная (г соответственно 0,93, 0,91 и 0,85) корреляционная связь с их количеством в почве. Органические удобрения и их совместное внесение с цеолитом не оказали существенного влияния на содержание металлов в зерне яровой пшеницы.
Таким образом, обладая достаточно высоким адсорбционным потенциалом по отношению металлам, цеолиты способствуют уменьшению концентрации
их подвижных форм в почве. При этом снижается степень риска включения ТМ в трофические цепи и токсического влияния на растения. Уменьшение поступления металлов в зерно при высоких дозах внесения цеолита позволяет получать более экологически доброкачественную продукцию растениеводства. Это чрезвычайно важно в условиях Зауралья Башкортостана с естественным фоновым и техногенно-повышенным загрязнением почв ТМ.
Выводы. По результатам исследований установлено, что природные цеолиты, внесенные в почву, способствуют более мощному развитию корневой системы сельскохозяйственных культур, благодаря которому происходит восстановление комплекса свойств агрочернозема обыкновенного, коррелирующих с корневой фитомассой: оптимизация гумусного и структурного состояния, а также плотности сложения, повышение емкости поглощения.
Цеолиты и органические удобрения увеличивают активность почвенных ферментов прикорневого слоя: протеолитическую, уреазную и целлюлозолити-ческую. Способствуя созданию более благоприятной микробиологической обстановки в почве, цеолиты приводят к снижению негативного действия металлов - уменьшению ингибирования ферментов, проявляя при этом защитные экологические свойства. Самая высокая активность почвенных ферментов отмечена при внесении цеолитов совместно с органическими удобрениями.
Благодаря повышению поглотительной способности почвы, цеолиты способствуют уменьшению содержания подвижных форм металлов, что ведет к существенному снижению поступления их в продукцию растениеводства. Содержание ТМ в зерне яровой пшеницы характеризуется тесной и средней корреляцией с количеством их в почве. Эффективность влияния минерала прямо пропорциональна дозе его внесения. Достоверное уменьшение содержания меди под действием цеолита отмечено при дозах 15-30 т/га, свинца - 20 т/га и более, цинка - 25 т/га и более. Использование цеолитов позволяет выращивать экологически доброкачественную продукцию растениеводства в условиях Зауралья Башкортостана с естественным фоновым и техногенно-повышенным загрязнением почв ТМ.
Литература.
1. Суюндуков Я. Т. Экология пахотных почв Зауралья Республики Башкортостан / под ред. чл.-корр. АН РБ Ф. Х. Хазиева. Уфа: Гилем, 2001. 256 с.
2. Березнёв А. П. Изменение основных показателей плодородия почвы в Оренбургской области // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 1. С. 11-14.
3. Кайгородов А. Т., Пискунова Н. И. Современное состояние почвенного плодородия пахотных земель Пермского края// Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 4. С. 22-26.
4. Родин Н. А., Иванова Т. Н. Динамика показателей плодородия почв по результатам агрохимического мониторинга // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 5. С. 9-12.
5. Суюндуков Я. Т., Семенова И. Н., Зулкарнаев А. Б. Физическая и химическая деградация почв города Сибай в зоне влияния предприятий горнорудной промышленности (Южный Урал) // Экология урбанизированных территорий. 2013. № 1. С. 50-54.
6. Spatial distribution and sources of heavy metals in natural pasture soil around copper-molybdenum mine in Northeast China / W. Zhiqiang, H. Chen, X. Yi, etc. // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 154. Pp. 329-336. ISSN 0147-6513, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.02.048. [Электронный ресурс]. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0147651318301404) (дата обращения: 25.04.2018).
7. Joji A., Kim D., Singarayer F. Assessment of potentially toxic metal contamination in the soils of a legacy mine site in Central Victoria, Australia // Chemosphere. 2018. Vol. 192. Pp. 122-132. ISSN 0045-6535. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1016/j. chemosphere.2017.10.150 (дата обращения: 25.04.2018).
8. Семенова И. Н., Суюндуков Я. Т., Ильбулова Г. Р. Биологическая активность почв как индикатор их экологического состояния в условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами (на примере Зауралья Республики Башкортостан). Уфа: АН РБ, Гилем, 2012. 196 с.
9. Хасанова Р. Ф., Суюндуков Я. Т., Семенова И. Н. Биологическая активность гумусового горизонта чернозема обыкновенного как показатель экологического состояния агроэкосистем (Башкортостан) // Почвоведение. 2014. № 8. С. 982-987.
10. Влияние социальных, экономических и экологических факторов на демографические показатели и заболеваемость населения Зауралья Республики Башкортостан / Ю. С. Рафикова, И. Н. Семенова, Э. Р. Муллагулова и др. // Инновационные подходы к обеспечению устойчивого развития социо-эколого-экономических систем: материалы Международной конференции (19-21 мая 2014 г.), г. Самара-Тольятти. Тольятти: Изд-во Кассандра, 2014. С. 172-176.
11. Щербаков А. П. Судьба чернозема (вместо предисловия) //Антропогенная эволюция черноземов/под ред. А. П. Щербакова и И. Н. Васенева. Воронеж: Воронежский госуниверситет, 2000. С. 16-23.
12. Суюндукова М. Б., Мухаметдинова Г. А., Исламгулова Г. Е. Природные цеолиты в земледелии Башкирского Зауралья // Уралэкология. Природные ресурсы. 2005. Уфа-Москва, 2005. С. 91-92.
13. Александрова С. С. Конверсия питательных веществ корма в продукцию у гусят, потреблявших минеральную добавку стимул //Достижения науки и техники АПК. 2012. № 3. С. 40-41.
14. Nanomodified natural zeolite as a fertilizer of prolonged activity/G. Tsintskaladze, L. Eprikashvili, T. Urushadze, etc. //Annals of Agrarian Science. 2016. Vol. 14. No. 3. Pp. 163-168. [Электронный ресурс] https://doi.org/10.1016/j.aasci.2016.05.013 (дата обращения: 25.04.2018).
15. Intensification of bioproductivity of agricultural cultures by adding natural zeolites and brown coals into soils / L. Eprikashvili, M. Zautashvili, T. Kordzakhia, etc.//Annals of Agrarian Science. 2016. Vol. 14. No. 2. Pp. 67-71. [Электронный ресурс] URL: https:// doi.org/10.1016/j.aasci.2016.05.004 (дата обращения: 25.04.2018).
16. Zeolite-amended cattle manure effects on sunflower yield, seed quality, water use efficiency and nutrient leaching / M. Gholamhoseini, A. Ghalavand, A. Khodaei-Joghan, etc.// Soil and Tillage Research. 2013. Vol. 126. Pp. 193-202. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1016/j.still.2012.08.002(дата обращения: 25.04.2018).
17. Iskander A. L., Khald E. M., Sheta A. S. Zinc and manganese sorption behavior by natural zeolite and bentonite //Annals of Agricultural Sciences. 2011. Vol. 56. No. 1. Pp. 43-48. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1016/j.aoas.2011.05.002 (дата обращения: 25.04.2018).
18. ГН.2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.
19. ГН.2.1.7.2042-06. Ориентировочно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.
20. Агрофизические методы исследования почв / отв. ред. д-р с.-х. наук С. И. Долгов. М.: Наука, 1966. 259 с.
21. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 488 с.
22. Хазиев Ф. Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука, 1976. 180 с.
23. Определение массовой доли металлов в пробах почв и донных отложений. Методика выполнения измерений методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии: метод. указания. СПб.: Гидрометеоиздат, 2006. 30 с.
NATURAL ZEOLITES AS AN ELEMENT OF AGRICULTURE GREENING OF THE BASHKIR TRANS-URALS REGION
M. B. Suyundukova1, Ya. T. Suyundukov12, Kh. M. Safin3, I. N. Semenova2, R. F. Khasanova12
1Sibaysky Institute (branch) of the Bashkir State University, ul. Belova, 21, Sibai, Respublika Bashkortostan, 453837, Russian Federeration
2Sibaysky branch of the Institute for Strategic Studies of the Republic of Bashkortostan, ul. Kutuzova, 1, Sibai, Respublika Bashkortostan, 453837, Russian Federeration
3Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, ul. Kirova, 15, Ufa, 450008, Russian Federeration
Abstract. The article is devoted to the analysis of the ecological and ameliorative efficiency of natural zeolites on ordinary agrochernozem under conditions of the Trans-Urals steppe zone of the Republic of Bashkortostan. The research was carried out in 2005-2017 using zeolites from the Tuzbek field located in the territory of the Baimak administrative district of the Republic of Bashkortostan. Introduction of natural zeolites into the soil contributes to a more powerful development of root systems of agricultural crops; simultaneously there was a complex improvement of agrochernozem properties: optimization of the humus and structural state and density, an increase in the absorption capacity. Introduction of zeolites and manure into the soil contributed to the formation of more favorable conditions for the development and functioning of soil microflora, which led to an increase in the activity of hydrolytic enzymes in the soil layer near the roots. Zeolites showed protective environmental properties, contributing to the reduction of the negative effect of metals on the biological activity of the soil. The content of heavy metals (HM) in the grain of spring wheat had a close and medium degree of correlation with the amount of them in the soil. Due to the increase in the absorptive capacity of the soil, zeolites promoted the immobilization of mobile forms of HM, which led to a reduction in their receipt in crop production. The effectiveness of zeolite is directly proportional to the dose of its application. A significant decrease in the copper content under the influence of zeolites was noted at the doses of 15-30 t/ha, lead - at the dose of 20 t/ha and more, zinc - at the dose of 25 t/ha and higher. The use of zeolites under conditions of the Trans-Urals region of Bashkortostan with a natural background and man-caused pollution of soils with HM contributes to the restoration of properties and to the increase in the biological activity of soils, as well as to the production of ecologically safe crop production Keywords: zeolites; agrochernozem; enzyme activity of soil; heavy metals.
Author Details: M. B. Suyundukova, D. Sc. (Biol.), prof.; Ya. T. Suyundukov, D. Sc. (Biol.), deputy director, chief research fellow (e-mail: [email protected]); Kh. M. Safin, D. Sc. (Agr.), Academician-Secretary; I. N. Semenova, D. Sc. (Biol.), senior research fellow; R. F. Khasanova, D. Sc. (Biol.), assoc. prof., leading research fellow.
For citation: Suyundukova M. B., Suyundukov Ya. T., Safin Kh. M., Semenova I. N., Khasanova R. F. Natural Zeolites as an Element of Agriculture Greening of the Bashkir Trans-Urals Region. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 4. Pp. 25-30 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10405.
