CC BY
54
УДК 631.416.8
влияние диатомита на содержание тяжелых металлов в почве и в зерне озимой пшеницы
С.Н. НИКИТИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. директора
Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Институтская, 19, пос. Тимирязевский, Ульяновский р-н, Ульяновская обл., 433315, Российская Федерация E-mail: [email protected]
Резюме. В 2005-2007 гг. проведены исследования, чтобы выявить закономерности влияния кремнийсодержащих материалов и различных видов органических удобрений на количество подвижных форм тяжелых металлов в почве и поступление их в зерно озимой пшеницы. Влияние удобрений, внесенных эквивалентно 25 или 50 т/га навоза по количеству азота, оценивали на опытном поле Ульяновского НИИСХ в семипольном зернопаровом севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая пшеница, яровая пшеница, горох, озимая пшеница, яровая пшеница, ячмень. Схема внесения удобрений в севообороте: без удобрений (контроль); N140P95K175; навоз 25 т/га; навоз 50 т/га; осадок сточных вод (ОСВ) 12,5 т/га; ОСВ 25 т/га; вико-овсяная смесь; солома 5 т/га; диатомит 5 т/га (фон); фон + N140P95K175; фон + навоз 25 т/га; фон + навоз 50 т/га; фон + ОСВ 12,5 т/га; фон + ОСВ 25 т/га; фон + вико-овсяная смесь; фон + солома 5 т/га. Возделывали озимую пшеницу сорта Харьковская 92. Почвы опытного участка - чернозем выщелоченный, содержание гумуса 5,59-6,35%, подвижных форм фосфора -202-258 и обменного калия - 96-130 мг/кг (по Чирикову), рН = 6,6, гидролитическая кислотность 1,4 мг-экв/100 г почвы. Применение различных видов органических удобрений на фоне диатомита снижает содержание подвижных форм тяжелых металлов и поступление их в зерно озимой пшеницы. Под действием диатомита уменьшается накопление в зерне цинка на 21%, меди - на 19%, свинца - на 33%, кадмия - на 44% и никеля - на 23%.
Ключевые слова: органические удобрения, тяжелые металлы, диатомит.
Для цитирования: Никитин С.Н. Влияние диатомита на содержание тяжелых металлов в почве и в зерне озимой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 10. С. 43-45.
Кремний контролирует многие химические и почвенные процессы [1, 2]. Исследованиями [3-7] установлено, что кремнезем устраняет токсическое действие тяжелых металлов (ТМ) за счет подавления их поглощения растениями.
Современная экологическая ситуация как в глобальном, так и в региональном масштабах обостряется, и человечество вынуждено искать эффективные меры устойчивого развития биосферы. Один из наиболее сильных факторов нарушения нормального функционирования агроэкосистем - поступление в объекты окружающей среды, в том числе в почву и растения, тяжелых металлов. Поэтому их поведение в экосистемах - это приоритетное направление современных экологических и биогеохимических исследований [8-11].
Особый интерес для изучения в длительных опытах представляет накопление тяжелых металлфов в почве в связи с применением удобрений и их влияние на подвижность и доступность ТМ.
На сегодняшний день одна из основных экологических проблем - это утилизация (использование) отходов сточных вод общегородских и поселковых сетей канализаций. Один из способов решения такой
задачи - возвращение их в биологический круговорот, что имеет важное экологическое, экономическое и энергосберегающее значение. При этом наиболее целесообразным с агрономической точки зрения и привлекательным направлением использования орга-носодержащих отходов различных производств представляется их применение в качестве нетрадиционных удобрений при выращивании сельскохозяйственных растений.
Неоднократно возникал вопрос о производстве кремниевых удобрений. В том числе, еще в 80-е годы прошлого столетия было отмечено, что назрела необходимость в них [12]. Однако до настоящего времени не налажено их производство, поэтому в сельском хозяйстве очень ограниченно применяют различные кремнийсодержащие отходы промышленности.
Ситуацию может исправить использование местных сырьевых ресурсов. Высокое содержание активного (подвижного) кремнезема и других макро- и микроэлементов, а также характер пористой структуры определяют высокую адсорбционную и каталитическую активность кремнистых пород, что делает их перспективным агрохимическим сырьем для сельскохозяйственного производства. В Ульяновской области выявлено 12 месторождений диатомитов, пригодных к разработке, что составляет почти четверть общероссийских запасов.
Диатомит - это экологически безопасное удобрение, оказывающее комплексное воздействие на систему почва - растение, использование которого в земледелии не может привести к загрязнению природной среды и растительной продукции. В силу его особенностей (аморфность и подвижность кремния, высокая поглотительная способность) он может влиять на характер распределения компонентов минерального питания в системе почва - растение, в том числе снижать поступление тяжелых металлов и других токсичных соединений в продукцию [13-16].
Диатомит, использовавшийся в исследованиях, на 80-90% состоит из диоксида кремния. Больше 40% его находится в аморфной форме, обладающей достаточно высокой растворимостью (более 0,0012%), что обусловливает возможность применения диатомита в качестве кремниевого удобрения. В его состав входит более 1% К20, а также магний, фосфор, сера и другие элементы, что весьма важно с точки зрения питания растений. Объемная масса диатомитов обычно не превышает единицы и составляет 0,50,7 т/м3, пористость достигает 70-75%. В сухом состоянии он имеет светло-серый, слегка желтоватый или почти белый цвет, во влажном - зеленовато-серый цвет. По происхождению диатомиты представляют собой осадок эпиконтинентального морского бассейна начала третичного периода [17].
Цель исследований - выявление закономерностей влияния различных видов органических удобрений и кремнийсодержащих материалов на количество подвижных форм тяжелых металлов в почве и поступление их в зерно озимой пшеницы.
Условия, материалы и методы. Исследования направлены на разработку практических предложений
Таблица 1. Содержание подвижных форм тяжелых (ацетатно-аммонийный буферный раствор), мг/кг (2005
металлов -2007 гг.)
в почве
Вариант Металл
1п Си РЬ Сб N1
Контроль 0,54 0,58 0,41 0,096 0,56
N Р К 140 95 175 Навоз 25 т/га 0,78 0,57 0,40 0,093 0,66
0,72 0,63 0,63 0,092 0,69
Навоз 50 т/га 0,64 0,61 0,69 0,097 0,76
ОСВ 12,5 т/га 0,56 0,74 0,63 0,090 0,77
ОСВ 25 т/га 0,82 0,76 0,75 0,092 0,89
Сидерат 0,60 0,61 0,55 0,093 0,75
Солома 5 т/га 0,63 0,67 0,56 0,095 0,76
Диатомит 5 т/га (фон) 0,52 0,49 0,38 0,106 0,57
Фон + N Р К 140 95 175 Фон + навоз 25 т/га 0,72 0,45 0,38 0,114 0,59
0,62 0,53 0,52 0,121 0,62
Фон + навоз 50 т/га 0,58 0,55 0,56 0,131 0,69
Фон + ОСВ 12,5 т/га 0,50 0,63 0,51 0,141 0,64
Фон + ОСВ 25 т/га 0,62 0,65 0,58 0,157 0,74
Фон + сидерат 0,58 0,51 0,46 0,113 0,64
Фон + солома 5 т/га 0,60 0,61 0,47 0,113 0,64
ПДК 48 15 12 1 20
НСР05 0,04 0,03 0,05 0,001 0,02
по экологически безопасному и эффективному применению различных видов органических удобрений и повышению продуктивности зернопарового севооборота в ландшафтном земледелии Поволжья.
Влияние удобрений, внесенных эквивалентно 25 т/ га навоза по количеству азота (варианты 4, 6, 12, 14 -по азоту эквивалентно 50 т/га навоза), оценивали на опытном поле Ульяновского НИИСХ в 2005-2007 гг. в семипольном зернопаровом севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая пшеница, яровая пшеница, горох, озимая пшеница, яровая пшеница, ячмень. Схема внесения удобрений в севообороте: 1) без удобрений (контроль); 2) Ы140Р95К175; 3) навоз 25 т/га; 4) навоз 50 т/га; 5) осадок сточных вод (ОСВ) 12,5 т/га; 6) ОСВ 25 т/га; 7) сиде-рат вико-овсяная смесь; 8) солома 5 т/га; 9) диатомит 5 т/га (фон); 10) фон + М140Р95К175; 11) фон + навоз 25 т/га; 12) фон + навоз 50 т/га; 13) (фон + ОСВ 12,5 т/га; 14) фон + ОСВ 25 т/га; 15) фон + вико-овсяная смесь; 16) фон + солома 5 т/га. Возделывали озимую пшеницу сорта Харьковская 92. Повторность 4-х кратная. Площадь учетной делянки 100 м2.
Агрохимические показатели почвы перед закладкой опыта были следующие: содержание гумуса 5,596,35%, подвижных форм фосфора - 202-258 и обменного калия - 96-130 мг/кг (по Чирикову), рН = 6,6, гидролитическая кислотность 1,4 мг-экв/100 г почвы.
Метеоусловия в период вегетации в годы исследований были благоприятными, гидротермический коэффициент составил 1,1-1,2.
Организацию полевых опытов, проведение наблюдений, лабораторных анализов осуществляли по общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам: содержание тяжелых металлов в почве - атомно-абсорбционным методом (МУ РД 52.18.191-89); тяжелых металлов в зерне - ме-
тодом атомно-адсорбцион-ной спектрофотомерии (ГОСТ 30692-2000). Результаты исследований обрабатывали методом дисперсионного анализа.
Образцы почв и растений для лабораторных анализов отбирали в трехкратной по-вторности, анализы проводили по соответствующим ГОСТам в аккредитованных испытательных лабораториях Ульяновского НИИСХ, САС «Ульяновская» и Ульяновской ГСХА.
результаты и обсуждение. Для определения удобрительной ценности и экологической безопасности внесения осадка сточных вод, подстилочного навоза крупного рогатого скота и соломы был проведен их полный химический анализ. Содержание в навозе (на сухую массу) азота составляло 0,56%, фосфора - 0,38%, калия - 0,7%; в осадке сточных вод - азота - 1,15%, фосфора - 1,48%, калия -0,56%; в соломе - азота - 0,5%, фосфора - 0,28%, калия - 0,87%. Количество органического вещества, азота, фосфора, кальция и магния в ОСВ больше, чем в навозе, что может определять их ценность в качестве удобрения. Однако одновременно ОСВ характеризуются повышенной в 2-4 раза, по сравнению с навозом, концентрацией тяжелых металлов (мг/кг): кадмия - 6,2 (ПДК 30), меди - 223 (ПДК 1500), цинка - 690 (ПДК 3500), никеля - 72 (ПДК 400), ртути - 0,15 (ПДК 15), свинца - 48,5 (ПДК 500) и мышьяка - 3,5 (ПДК 20).
При внесении органических удобрений, особенно осадков сточных вод, как в умеренной, так и в повышенной дозах, наблюдали увеличение содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве, в частности свинца, меди и цинка. Однако, во всех вариантах содержание ТМ в почве не превышало предельно допустимых концентраций (ПДК) (табл. 1). Наличие тяжелых металлов в осадках сточных вод может вызывать загрязнение продукции растениеводства. Это обусловило необходимость
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы, мг/100 г (2005-2007 гг.)
Вариант Металл
2п Си РЬ Сб N1
Контроль 7,3 3,1 0,18 0,070 0,31
N Р К -1/1П ОД 5,7 3,5 0,18 0,069 0,28
140 95 175 Навоз 25 т/га 7,2 3,5 0,20 0,072 0,38
Навоз 50 т/га 7,3 3,9 0,25 0,084 0,36
ОСВ 12,5 т/га 8,3 4,5 0,20 0,075 0,35
ОСВ 25 т/га 9,0 4,6 0,26 0,084 0,35
Сидерат 6,8 3,3 0,19 0,066 0,31
Солома 5 т/га 6,6 2,9 0,18 0,061 0,31
Диатомит 5 т/га (фон) 5,8 2,5 0,12 0,039 0,24
Фон + N Р К •Ч'ЧУ! 1 -1 ИП1 оч 174 5,8 3,1 0,16 0,021 0,25
140 95 Д/5 Фон + навоз 25 т/га 6,4 3,3 0,18 0,052 0,36
Фон + навоз 50 т/га 7,1 3,3 0,20 0,067 0,39
Фон + ОСВ 12,5 т/га 6,6 3,6 0,20 0,066 0,35
Фон + ОСВ 25 т/га 7,9 3,9 0,23 0,080 0,41
Фон + сидерат 6,0 3,0 0,21 0,066 0,29
Фон + солома 5 т/га 6,5 3,0 0,18 0,055 0,29
ПДК 50 30 5 0,3 1
НСР05 0,4 0,3 0,05 0,010 0,09
определения степени потенциальной опасности произведенной продукции.
В наших исследованиях экологическую оценку зерна озимой пшеницы проводили по содержанию наиболее токсичных для растений и человека тяжелых металлов. Анализ показал, что их количество было относительно невысоким и не превышало нормативов (табл. 2).
Под действием диатомита отмечено снижение накопления в зерне цинка на 2%, меди - на 19%, свинца - на 33%, кадмия - на 44% и никеля - на 23%. Снижение содержания тяжелых металлов отмечено и при совместном применении различных видов органических удобрений на фоне диатомита, что связано, по-видимому, с антагонистичным действием поступающих в растение в большем количестве макроэлементов на токсичные элементы и повышением устойчивости растений к действию последних.
Исследования показали, что содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы ни по одному эле-
менту не превышало ПДК. Учитывая, что максимальное содержание их в зерне составляло по цинку 16%, меди - 13%, свинцу - 5%, кадмию - 26% и никелю - 14% от ПДК, можно заключить, что применять изучаемые удобрения безопасно.
выводы. Осадки сточных вод, соответствующие нормативным требованиям по содержанию ТМ, на фоне применения диатомита не оказали негативного действия на безопасность полученной растительной продукции. При внесении органических удобрений, особенно осадков сточных вод как в умеренной, так и в повышенной дозе, отмечали увеличение содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве, которое не превышало предельно допустимых концентраций. Это, тем не менее, не снимает необходимости жесткого контроля безопасности получаемой продукции и агроэкологического состояния почв.
Литература.
1. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985. 376 с.
2. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Влияние аморфного кремнезема на некоторые свойства дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 1994. № 7. С. 52-61.
3. Алешин Н.Е. Кремниевое питание риса // Сельское хозяйство за рубежом. Растениеводство. 1982. № 6. С. 9-14.
4. Кинтаналья М.Г. Влияние разового внесения кремнийсодержащего шлама на свойства темно-каштановых почв под рисом на юге Украины: автореф. дис.... канд. с.-х. наук. М.: Ун-т им. П. Лумумбы, 1987. 17 с.
5. Никитин С.Н., ОрловА.В., Сайдяшева Г.В. Влияние применения ОСВ, биопрепаратов и диатомита на содержание в почве и поступление в зерно озимой пшеницы тяжелых металлов: мат. рег. науч.-практ. конф. «Зональные особенности научного обеспечения сельскохозяйственного производства». Саратов: НИИСХ Юго-Востока, 2009. С. 49-53.
6. Никитин С.Н. Влияние средств химизации и биологизации на урожайность озимой пшеницы // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 1. С. 24-29.
7. Немцев С.Н., Никитин С.Н., Орлов А.В. Влияние диатомита на содержание тяжелых металлов в почве и поступление их в зерно озимой пшеницы при применении удобрений //Земледелие. 2011. № 5. С. 11-12.
8. Relationships between pasture legumes, rhizobacteria an nodule bacteria in heavy metal polluted mine waste of SW Sardinia / V.I. Safronova, G. Piluzza, N.Y. Zinovkina, A.K. Kimeklis, A.A. Belimov, S. Bullitta//Symbiosis. 2012. Vol. 58. Is. 1. P. 149-159.
9. Use of legume-microbe symbioses for phytoremediation of heavy metal polluted soils: advantages and potential problems (Review) / V.I. Safronova, G. Piluzza, S. Bullitta, A.A. Belimov//Handbook for Phytoremediation / ed. by I.A. Golubev. NY: Nova Science Publishers, 2011. P. 443-469.
10. Belimov A.A., Dietz K.-J. Effect of associative bacteria on element composition of barley seedlings grown in solution culture at toxic cadmium concentrations// Microbiological Research. 2000. Vol. 155. P. 113-121.
11. Никитин С.Н. Оценка эффективности применения биопрепаратов в Среднем Поволжье. Ульяновск: Венец, 2014. 135 с.
12. Водяницкий Ю.М. Дефицит кремния в некоторых почвах и пути его устранения//Агрохимия. 1984. № 8. С. 133-140.
13. Касатиков В.А. Использование осадка сточных вод и компостов из твердых бытовых отходов//Агрохимический вестник. 1989. № 11. С. 39.
14. Мерзлая Г.Е. Использование органических отходов в сельском хозяйстве // Российский химический журнал. 2005. № 3. С. 8.
15. Варламова Л.Д. Эколого-агрохимическая оценка и оптимизация применения в качестве удобрений органосодержащих отходов производства: автореф. дис.... докт. с.-х. наук. Саранск, 2007. 42 с.
16. Куликова А.Х., Захаров Н.Г., Починова Т.В. Применение осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве Ульяновской области //Агрохимический вестник. 2010. № 5. С. 32-35.
17. Надольский О.К. Диатомиты, трепелы и опоки Ульяновской области. Краеведческие записки Ульяновского краеведческого музея. 1958. Вып. 2. С. 319-328.
influence of diatomite on the content of heavy metals in soil
AND GRAIN OF wiNTER wHEAT
S.N. Nikitin
Ulyanovsk Research Institute of Agriculture, ul. Institutskaya, 19, pos. Timiryazevsky, Ulyanovsky r-n, Ulyanovskaya obl., 433315, Russian Federation
Summary. The investigations were carried out in 2005-2007 to identify the regularities of influence of silicon-containing materials and various types of organic fertilizers on the amount of mobile forms of heavy metals in soil and their accumulation in grain of winter wheat. The influence of fertilizers, applied equivalently 25 or 50 t/ha of manure, were evaluated in the experimental field of the Ulyanovsk Research Institute of Agriculture in 7-field grain-fallow crop rotation: bare fallow, winter wheat, spring wheat, pea, winter wheat, spring wheat, barley. The scheme of fertilizer application in the crop rotation: without fertilizers (the control); N140P95K175; manure 25 t/ha; manure 50 t/ha; sewage sludge 12.5 t/ha; sewage sludge 25 t/ha; vetch-oat mixture; straw 5 t/ha; diatomite 5 t/ha (the background); the background + N140P95K175; the background + manure 25 t/ha; the background + manure 50 t/ha; the background + sewage sludge 12.5 t/ha; the background + sewage sludge 25 t/ha; the background + vetch-oat mixture; the background + straw 5 t/ha. The Kharkovskaya 92 variety of winter wheat was cultivated. The soil of the test plot are leached chernozem, the content of humus is 5,59-6,35%, mobile forms of phosphorus 202-258 and exchange potassium 96-130 mg/kg (according to Chirikov), pH = 6.6, hydrolytic acidity is 1.4 meq/100 g of soil. The use of different types of organic fertilizers against the background of diatomite reduces the content of mobile forms of heavy metals and their accumulation in grain of winter wheat. Under the influence of diatomite it is reduced the accumulation of zinc by 21%, copper-by 19%, lead-by 33%, cadmium-by 44%, and nickel-by 23% in the grain. Keywords: organic fertilizers, heavy metals, diatomite.
Author Detals: S.N. Nikitin, Cand. Sc. (Agr.), deputy director (e-mail: [email protected]).
For citation: Nikitin S.N. Influence of Diatomite on the Content of Heavy Metals in Soil and Grain of Winter Wheat. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V. 29. No 10. pp. 43-45 (in Russ.).
