CC BY
33
УДК 631.416.9(470.26)
ЦИНК В ПОЧВАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
В.И. Панасин, д.с.-х.н., А.Ю. Шатохин, Д.А. Рымаренко, к.б.н.
Центр агрохимической службы «Калининградский», e-mail: [email protected]
Определено содержание валового и подвижного цинка в почвообразующих породах и почвах агроландшафтов Калининградской области. Установлена зависимость обеспеченности почв сельскохозяйственных угодий цинком от гранулометрического состава, агрохимических свойств почв, а также от ассортимента и объема внесения минеральных удобрений. Даны рекомендации по применению цинковых микроудобрений.
Ключевые слова: валовой цинк, подвижный цинк, почвообразующие породы, почвы, корреляционная зависимость.
ZINC IN AGRICULTURAL SOILS OF KALININGRAD REGION
Dr. Sci. V.I. Panasin, A.Yu. Shatokhin, PhD. D.A. Rymarenko
State Center of Agrochemical Service «Kaliningradsky», e-mail: [email protected]
The content of total and mobile zinc was defined in parent rocks and soils of agricultural landscapes of the Kaliningrad region. The dependence of the availability of farmland soil by zinc from the particle size distribution, agro-chemical properties of soils, range and volume of application of mineral fertilizers. Prepared recommendations on the use of zinc micronutrients.
Keywords: zinc gross, mobile zinc, parent rocks, soil, correlation.
Для реализации генетического потенциала современных высокоинтенсивных сортов и культур необходимо оптимальное сочетание всех элементов минерального питания, в том числе и микроэлементов.
Цинк является эссенциальным микроэлементом для всех живых организмов. В растениях он принимает участие в метаболизме стимуляторов и ингибиторов роста, нуклеиновых кислот и белков [1]. Дефицит цинка приводит к накоплению низкомолекулярных небелковых соединений азота - амидов, аминокислот, при этом содержание аминного азота в тканях растения увеличивается еще до появления внешних признаков недостатка цинка [1]. Цинк входит в состав ферментов карбоксипептидазы и глута-матдегидрогеназы. Недостаток цинка тормозит синтез белков из аминокислот [2]. В процессах корневого питания цинк проявляет синергизм по отношению к бору и меди, антагонизм - по отношению к калию, марганцу, кадмию, свинцу и железу [3].
Цинк относится к умеренно токсичным элементам. Избыток цинка подавляет рост и развитие растений, вызывает хлороз листьев, нарушает механизм избирательного поглощения корневой системой питательных элементов [1, 4]. Особенно опасны высокие концентрации обменного цинка в кислых почвах при недостатке калия и кальция. Дефицит, оптимум и избыток цинка в листьях большинства двудольных растений составляет 10-20, 21-150 и 151 мг/кг и выше, для злаков - 20-24, 25-250 и более 251 мг/кг.
Содержание цинка в продукции растениеводства определяется видовыми и сортовыми особенностями возделываемых культур, а также ландшафтно-геохимическими факторами [5-8]. Из последних ключевую роль играют содержание и запас подвижных соединений цинка, кислотно-основные свойства ППК, а также соотношение обменного цинка и ряда других элементов минерального питания.
Цель исследований. Закономерности распространения цинка в почвах Калининградской области специалисты Центра агрохимической службы «Калининградский» изучают с 1967 г. Отбор проб и экологическую оценку почв осуществляют согласно Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга почв земель сельскохозяйственного назначения. Содержание валового и подвижного цинка, а также другие физические и агрохимические свойства определяли по стандартным методикам, принятым в агрохимической службе.
Результаты. Одним из основных источников поступления химических элементов, в том числе и цинка, в корнеобитаемые горизонты почв служат почвообразующие породы. На территории области широко распространены породы ледникового генезиса, а также продукты их сортировки, перемыва-ния и переотложения послеледниковыми водами. Аллювиальные и органогенные породы занимают относительно небольшие площади (табл. 1).
Нижний порог оптимального содержания цинка составляет 30 мг/кг [7]. Таким образом, моренные отложения, озерно-ледниковые и древнеаллюви-альные пески недостаточно обеспечены этим элементом. В целом отмечается характерная для большинства элементов закономерность: при водной сортировке морены продукты переотложения более тяжелого гранулометрического состава содержат больше элементов, чем исходная порода, а для продуктов легкого гранулометрического состава наблюдается обратное соотношение.
Валовое содержание цинка в моренных карбонатных суглинках существенно выше, чем в выщелоченных, при этом озерно-ледниковые карбонатные породы обеднены цинком по сравнению с выщелоченными. По-видимому, в процессе сортировки исходной морены послеледниковыми водами цинк частично задерживался на карбонатном геохимическом барьере.
Для практической оценки обеспеченности растений цинком и прогноза возможности получения загрязненной по цинку продукции используется содержание подвижных форм 2п, которые представлены главным образом обменно поглощенным катионом 2п2+. В Калининградской области используется предложенная Я.В. Пейве и Г.Я. Ринькисом градация почв по содержанию подвижного цинка: низкая обеспеченность - до 1 мг/кг, средняя - 1-3 мг/кг, повышенная - 3-5 мг/кг, высокая - свыше 5 мг/кг [8].
Ряд исследователей указывают на прямую зависимость содержания цинка в почвах, не подверженных техногенным воздействиям, и почвообразую-щих породах [1, 5, 9]. Для серых лесных почв Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности установлена прямая функциональная связь между содержанием цинка в верхнем слое 0-50 см и в материнской породе (г = +0,96) [5]. Почвообразовательные процессы различной интенсивности и направленности могут существенно изменять содержание цинка в верхних горизонтах почв по сравнению с почвообразующими породами [10, 11]. Нами установлена достоверная прямая корреляционная зависимость между содержанием цинка в аккумулятивном горизонте и почвообразующей породе для дерново-подзолистых почв (г = +0,63±0,04), при этом теснота связи уменьшается в ряду озерно-ледниковые безвалунные глины > моренные валунные суглинки > моренные валунные супеси и пески. В аллювиальных почвах содержание цинка определяется гидрогенными процессами, составом и массой отлагающегося аллювия, поэтому коэффициент корреляции существенно ниже (г = +0,34±0,02). В дерновых почвах, развитых на карбонатных суглинках, корреляция весьма слабая (г = +0,17±0,01).
Содержание и подвижность цинка в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв зависит как от естественных, так и от антропогенных факторов. С
возрастанием доли физической глины, особенно илистой и коллоидной фракций, растет содержание валового и подвижного цинка, при этом подвижность цинка изменяется неоднозначно в зависимости от минералогического состава и кислотно-основных свойств почвы (табл. 2).
Высокое содержание глинных минералов в составе тонкой илистой фракции почв обусловливает ее большую поглотительную способность. Содержание подвижных соединений цинка в почвах различного гранулометрического состава варьирует в более широких пределах по сравнению с валовым количеством, что связано с более сильным влиянием физико-химических свойств почвы на подвижность цинка. При этом коэффициент вариации содержания подвижного 2п в отдельных почвенных разновидностях изменяется от 11 до 61% [8].
В осушаемых торфяных почвах также наблюдается прямая зависимость между зольностью торфа и валовым содержанием цинка (г = +0,82). Связь содержания подвижных соединений цинка с зольностью менее тесная (г = +0,63), так как на подвижность микроэлемента существенное влияние оказывают кислотно-основные свойства, водный режим, содержание и состав органического вещества, способ и интенсивность хозяйственной деятельности.
Цинк в биогеоценозах регионов с достаточным и избыточным увлажнением служит энергичным водным мигрантом [1]. В кислой среде цинк взаимодействует с почвенным поглощающим комплексом в
1. Валовое содержание цинка в почвообразую-щих породах Калининградской области, мг/кг
Порода п X 8х V, %
Водно - ледниковые безвалунные глины 126 46,5 1,13 39
Водно - ледниковые безвалунные пылеватые суглинки 63 35,8 0,14 27
Моренные валунные суглинки 144 29,3 0,21 13
Моренные валунные супеси 103 20,2 0,26 20
Озерно - ледниковые безвалунные пески 185 12,1 0,19 22
Древнеаллювиальные сортированные пески 63 10,3 0,14 16
Погребенный торф 131 9,7 0,18 31
п - объем выборки, х - среднее содержание, Sx - ошибка среднего, V - коэффициент вариации.
2. Содержание подвижного цинка в почвах разного гранулометрического состава, мг/кг
Гранулометрический состав Почвы
дерново-подзолистые дерновые аллювиальные
Песчаный 1,4 1,3 1,4
Супесчаный 1,5 2,2 1,7
Легкосуглинистый 1,7 1,7 1,8
Среднесуглинистый 1,6 1,8 2,2
Тяжелосуглинистый 1,8 1,6 2,1
Среднее содержание 1,6 1,8 1,9
форме катиона, в нейтральной образуются труднорастворимые гидроксид и карбонат цинка. Наименьшая растворимость соединений цинка отмечается в интервале рН 5,5-7,5 [10]. Нашими исследованиями подтверждается уменьшение содержания подвижного 2п с ростом величины рНт (табл. 3).
Таким образом, по мере нейтрализации почв содержание подвижного 2п снижается. Аналогичная закономерность установлена для почв подзолистого ряда Латвии и Эстонии [11]. Нами установлена достоверная корреляция между содержанием подвижного 2п и суммой поглощенных оснований: для дерново-подзолистых почв г = +0,51±0,02; для дерновых - г = +0,61±0,03; для аллювиальных - г = +0,45±0,05. Сходная закономерность установлена и для светло-серых лесных и серых лесных почв Центрального Черноземья: обратная корреляционная зависимость между 2п и рН (г = -0,56) и прямая - между 2п и суммой обменных катионов (г = +0,74) [5]. Вероятно, основным фактором, определяющим указанные зависимости, является емкость катионного обмена.
Формы связи цинка со специфическими гумусовыми веществами варьируют в зависимости от кислотности почвы и соотношения обменных катионов в составе почвенного поглощающего комплекса. Согласно наших исследований прослеживается достоверная положительная корреляционная связь между содержанием органического углерода и валовым (г = +0,81±0,10), а также подвижным (г = +0,69±0,15) цинком [12]. Цинк может образовывать с органическими лигандами как соединения типа простых гетерополярных солей, в которых ион цинка может обмениваться на другие катионы почвенного раствора, так и комплексно-гетерополярные соли. В кислых, богатых гумусом почвах значительную часть от валового 2п составляют подвижные соединения [1 1], что указывает на преобладание обменного поглощения ионов цинка гумусовыми кислотами.
В близких к нейтральным и нейтральных почвах теснота корреляционных связей между содержанием цинка и органического вещества существенно ослабевает (г = +0,34 для валового цинка и +0,40 для подвижных форм). В нейтральных почвах содержание подвижного цинка коррелирует с фракцией свободных и рыхло связанных гуминовых кис-
лот (г = +0,31), при этом с фракцией гуминовых кислот, связанных с кальцием наблюдается обратная зависимость (г = -0,31). Отрицательный коэффициент корреляции между содержанием подвижного цинка и второй фракцией гуминовых кислот может объясняться конкуренцией ионов щелочноземельных металлов и цинка за функциональные группы органических молекул.
Отношение подвижного цинка к его валовому содержанию в целом изменяется аналогично содержанию его подвижной формы. Коэффициент подвижности цинка коррелирует с долей первой фракции гуминовых кислот (г = +0,38), с третьей (трудногид-ролизуемой) фракцией фульвокислот (г = +0,44) и с содержанием непосредственно извлекаемой части гумуса (суммой первых фракций, г = +0,49).
В почвах агроэкосистем подвижность и содержание подвижных форм цинка определяется не только совокупностью естественных факторов, но и интенсивностью агротехнических приемов. В целом содержание подвижного цинка в пахотных почвах ниже, чем в аналогичных по типу и гранулометрическому составу почвах сенокосов и пастбищ (табл. 4).
Наблюдаемая закономерность может быть вызвана, на наш взгляд, не только существенно большим отчуждением 2п с урожаем и в целом большей разомкнутостью биологического круговорота на пашне, но и различным уровнем применения средств химизации земледелия.
Известкование служит мощным комплексным средством воздействия на почву, радикально меняющим ее физико-химические, химические свойства, а также численность и видовой состав почвенной микрофлоры. Под действием извести подвижность и доступность растениям цинка существенно снижается, так как вследствие меньшей растворимости углекислого цинка по сравнению с CaCOз происходит переход части обменно поглощенного цинка в карбонат. Нами выявлена обратная корреляционная связь между достигнутым при известковании уровнем рН^а и содержанием подвижного цинка [13]. Аналогичная закономерность установлена для известкованных дерново -подзолистых почв Латвии и Эстонии [1 1]. Таким образом, на известкованных почвах растения могут испытывать недостаток цинка.
Применение повышенных доз азотных удобрений стимулирует отчуждение цинка с урожаем, при
3. Зависимость содержания подвижного Zn в гумусовых горизонтах дерново-подзолистых _почв от кислотности, мг/кг_
pHкcl x Sx
До 4,5 1,88 0,08
4,6-5,0 1,79 0,05
5,1-5,5 1,63 0,03
5,6-6,0 1,51 0,02
Более 6,0 1,38 0,02
4. Содержание подвижного цинка в почвах сельскохозяйственных угодий, мг/кг
Почва Пашня Сенокос
x Sx V, % x Sx V, %
Дерново-подзолистая 1,53 0,05 67 1,65 0,06 75
Дерновая 1,70 0,04 64 1,83 0,07 72
Аллювиальная 1,74 0,16 58 2,48 0,09 64
Осушаемая торфяная 1,48 0,13 55 1,98 0,06 59
этом, несмотря на значительно возрастающий вынос микроэлемента, содержание его подвижных форм несколько возрастает. Наибольший рост отмечается при использовании повышенных доз сульфата аммония, так как он является наиболее физиологически кислым из применяющихся азотных удобрений.
Многими исследователями отмечается снижение подвижности и доступности цинка под действием фосфорных удобрений [1, 11, 14]. Нашими исследованиями эта закономерность подтверждается [8], при этом суперфосфат, как более растворимое и быстродействующее фосфорное удобрение, в большей мере снижает количество подвижных соединений цинка в почве, однако действие фосфоритной муки продолжительнее. Это может быть связано с ретроградацией фосфатов вследствие осаждения Znз(PO4)2 или в нейтральной среде основных фосфатов цинка, растворимость которых гораздо ниже, чем СаНР04. В слабощелочной среде возможно также образование малорастворимых цинкатов кальция. Установлено также, что при высоком содержании подвижных фосфатов в почве подвижность и доступность цинка для растений снижается [14]. Обобщение данных систематического мониторинга плодородия почв сельскохозяйственных угодий показало, что содержание подвижного цинка в почвах с очень высоким содержанием (свыше 250 мг/кг) подвижного P2O5 в 1,31,6 раза ниже, чем в почвах аналогичного гранулометрического состава с содержанием подвижного P2O5 100-150 мг/кг [8]. Это обусловливает необходимость применения цинковых микроудобрений на почвах с высоким содержанием P2O5.
Применение калийных удобрений не оказывает
столь существенного влияния на содержание и подвижность цинка, однако вынос микроэлемента с урожаем возрастает. Таким образом, масштабы применения средств химизации в некоторой степени определяют различия в содержании подвижного цинка в почвах различных сельскохозяйственных угодий.
Рассчитанный баланс цинка в земледелии области свидетельствует, что общий расход этого элемента за последние годы значительно выше его поступления. Обобщение многолетних данных локального мониторинга свидетельствует о преобладании выноса подвижного цинка из гумусово-аккумулятивных горизонтов. Ежегодное снижение содержания цинка составляет 0,02±0,01 мг/кг на дерново-слабоподзолистых и дерново-скрытопод-золистых суглинистых почвах, развитых на карбонатных суглинках или глинах. Скорость потери цинка на супесчаных почвах, а также на суглинистых, развитых на бескарбонатных породах, достигает 0,05±0,02 мг/кг в год.
Практически во всех почвах сельскохозяйственных угодий валовое содержание цинка существенно ниже ПДК. Значительная часть дерново-подзолистых почв характеризуются низким содержанием подвижных форм цинка [15].
Таким образом, на большинстве сельскохозяйственных угодий Калининградской области при возделывании различных культур требуется внесение цинковых удобрений. Наиболее перспективными методами при этом являются некорневые обработки растений на ранних фазах вегетации раствором сернокислого цинка в дозе 200 г действующего вещества на гектар или предпосевная обработка семян раствором солей цинка.
Литература
1. Шеуджен А.Х. Биогеохимия. - Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2003. - 1026 с.
2. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л.: Наука, 1974. - 324 с.
3. Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. - М.: Колос, 1984. - 347 с.
4. Агеев В.В., Подколзин А.И. Системы удобрений в севооборотах юга России. - Ставрополь: Ставропольская ГСХА, 2001. - 352 с.
5. Протасова Н.А., Щербаков А.П. Микроэлементы (&, V, №, Mn, Zn, ТС, Zr, Ga, Be, Ba, Sr, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального Черноземья. - Воронеж: издательство ВГУ, 2003. - 368 с.
6. Соколов О.А., Черников В.А. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. - Пущи-но: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. - 164 с.
7. Ковальский В.В., Раецкая Ю.И., Грачева Т.И. Микроэлементы в растениях и кормах. - М.: Колос, 1971. - 235 с.
8. Панасин В.И. Микроэлементы и урожай. - Калининград: ОГУП «Калининградское книжное изд-во», 2000. - 276 с.
9. Дубиковский Г.П. Корреляционные ассоциации микроэлементов дерново-подзолистых почв БССР // Почвоведение и агрохимия. Вып. 12. - Минск: Издательство Института почвоведения и агрохимии АН БССР, 1975. - С. 46-51.
10. Тома С.И., Рабинович И.З., Великсар С.Г. Микроэлементы и урожай. - Кишинев: Штиница, 1980. - 172 с.
11. Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник. - Л.: Агропромиздат, 1990. - 272 с.
12. Панасин В.И., Рымаренко Д.А. Гумус и плодородие почв Калининградской области. - Калининград: Издательство Калининградского государственного университета, 2004. - 220 с.
13. Панасин В.И., Слобожанинова В.Д. Агрохимические основы известкования кислых почв Калининградской области. Часть 2. - Калининград: Издательство Калининградского государственного университета, 2003. - 231 с.
14. Ягодин Б.А., Тищенко И.В. Содержание микроэлементов цинка и кобальта в почве и растениях в зависимости от применяемых удобрений // Вестник сельскохозяйственной науки, 1978, № 3. - С. 42-50.
15. Чумаченко И.Н., Прошкин В.А., Войтович Н.В. Перспективы применения микроудобрений // Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 6. - С. 22-26.
