Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях. Агрономический аспект

10.11.2018

Приведенные здесь данные получены в ходе многочисленных опытов, проведенных на пахотных почвах Ярославской области, где содержание валовых форм TM находится на низком уровне, свинца — достигает среднего, кадмия — повышено. При этом необходимо иметь в виду, что интервалы колебаний содержания TM очень существенны, так как имеет место локальное загрязнение почв. Наблюдение за поведением TM на реперных участках свидетельствует о значительной роли техногенных источников в поступлении тяжелых металлов в почву. Кроме того, снижение плодородия почв, уменьшение объемов вносимых удобрений, особенно заметное в последние годы, приводит к снижению буферной емкости почв, ее способности противодействовать и связывать избыточные количества токсических веществ. В результате в зоне техногенной нагрузки TM могут усугублять отрицательное действие и других токсических соединений, поступающих в почву с выбросами промышленных предприятий. Поэтому на территориях, расположенных вокруг промышленных предприятий, возникают аномальные изменения в химическом составе и свойствах почв.

Полевые культуры способны накапливать различные количества TM и проявлять неодинаковую устойчивость к их концентрации в почве. Основные культуры, возделываемые в Ярославской области, отличались значительной вариабельностью содержания TM: по меди в 2—12 раз, цинку в 3—14 раз, ртути в 8 раз, кадмию более чем в 33 раза. Размах колебаний в первую очередь определялся принадлежностью растений к различным биологическим группам, причем особо выделяются так называемые овощные культуры.

Онтогенетический ход накопления сухой массы и распределения TM в растениях при различной концентрации их в почве. При изучении взаимосвязи между содержанием TM в тканях растений и угнетением ростовых процессов наиболее часто используют два критерия оценки: урожайность и накопление в органах растений. Рассмотрим это на примере картофеля, льна и цикория, хозяйственно полезными органами которых служат, соответственно, клубнеплоды, льносоломка и корнеплоды.

В онтогенезе происходило постоянное изменение вклада отдельных органов в сухую биомассу растения, однако Zn, Pb, Cd не влияли на этот показатель. Отрицательное действие TM на накопление сухой массы проявляется прежде всего в начале онтогенеза. Так, в отдельные годы при загрязнении почвы цинком сухая масса растений льна в фазе «ёлочка» уменьшалась на 15—26%, картофеля в фазе бутонизации на 17—33%, цикория к началу интенсивного роста на 10%; свинцом — соответственно на 4—8, 25—33 и 15—22%; кадмий уменьшал массу растений льна на 4—12%. В последующие периоды роста ингибирующее действие TM, как правило, сменялось стимулирующим. В более влажные годы угнетающее действие TM на темпы накопления сухой массы отмечалось в течение более продолжительного периода.

Урожайность растений под влиянием высоких концентраций TM, как правило, снижается, причем фитотоксичность TM в значительной степени определяется биологическими особенностями культуры.

При определенной концентрации, как правило, не превышающей 200—300 мг/кг почвы по цинку и свинцу и 10 мг/кг по кадмию, у целого ряда культур не наблюдается отрицательного действия на урожайность, а при выращивании моркови, картофеля, цикория урожайность даже увеличивается. Дальнейшее повышение доз цинка и свинца до 500 мг/кг сопровождалось снижением продуктивности. Видимые признаки угнетения роста растений отмечены у льна на загрязненной цинком почве независимо от дозы, в то время как при загрязнении почвы свинцом существенное снижение урожайности соломки отмечено начиная с дозы 250 мг/кг, семян — 25 мг/кг. Таким образом, у культур может наблюдаться как высокоспецифичная, так и групповая толерантность к TM.

Независимо от уровня загрязнения почвы в онтогенезе происходило постепенное повышение содержания цинка и свинца в растениях: у картофеля — до фазы цветения, у цикория — до смыкания ботвы в междурядьях, у льна-долгунца — до фазы ранней желтой спелости. Динамика относительного содержания кадмия при загрязнении им почвы отличалась от динамики при выращивании растений на почве с фоновым содержанием этого элемента. На фоновой почве содержание кадмия в растениях либо не изменялось, либо уменьшалось в течение вегетации. При загрязнении почвы кадмием в целых растениях льна отмечали два максимума его содержания — в начале и в конце вегетации. В растениях цикория резкое увеличение содержания кадмия на загрязненной почве происходило к началу периода интенсивного роста. К концу вегетации оно снижалось в 3 раза. При этом чем выше была концентрация TM в почве, тем выше было их содержание в растениях.

Распределение TM между органами растений в большинстве случаев указывает на его акропетальный характер и высокую барьерную способность корней. Задерживая ионы, корни способствуют сохранению элементного состава надземных органов.

В опытах со льном на оптимальном фоне питания искусственное загрязнение почвы свинцом до низкого и среднего уровней приводило к увеличению его содержания в корнях к фазе цветения в зависимости от вегетационных периодов исследований в 2 и 8—10 раз, в стеблях и листьях не более чем в 2,4 раза. Доля корней в общем выносе этого элемента в указанный период изменялась от 32% (на фоновом варианте) до 52—72% (при загрязнении), в то время как вклад корней в накопление сухой массы растением составлял независимо от вариантов опыта лишь около 25%. При искусственном загрязнении почвы кадмием содержание его в корнях льна-долгунца к началу цветения возрастало в 14 и 29 раз по сравнению с фоновым вариантом, в стеблях и листьях в 7—14 и 6—16 соответственно. На долю корней в общем выносе кадмия растениями в этот период приходилось 36—43%, в то время как на сухую массу корней лишь 24 и 27% соответственно. К периоду созревания тенденция большего содержания свинца и кадмия в корнях льна-долгунца по сравнению с надземной массой сохранялась. На протяжении всего онтогенеза корень брал на себя основные функции по концентрированию кадмия и свинца и в исследованиях с озимой пшеницей.

Загрязнение почвы кадмием и свинцом способствовало повышению концентрации кадмия в корнеплодах цикория (по сравнению с фоновым вариантом) в 10—18 раз, свинца в 3—7 раза, а в листьях в 13—26 и 6—8 раз соответственно.

Механизмы, препятствующие транспорту TM из корней в надземную часть и хозяйственно полезные органы, особенно эффективны в отношении кадмия и свинца, и в меньшей мере — для цинка. Для кадмия и свинца эти механизмы проявляются при любой концентрации их в почве, а для цинка, даже при высоких уровнях, в значительной степени определяются биологическими особенностями культуры. Так, содержание цинка в семенах при выращивании льна на загрязненной этим элементом почве превосходило его содержание в соломке в 3,6—4,2 раза. В растениях пшеницы большее по сравнению с надземными органами содержание цинка в корнях обнаружено только в начальный период роста. В фазе колошения и цветения значительное количество цинка перемещалось из корней в верхние части растений. В клубне- и корнеплодах картофеля и цикория, напротив, содержание цинка в фазе хозяйственной спелости было значительно ниже, чем в ботве. При этом соотношение концентраций элемента в ботве и корнеплодах цикория оказалось выше, чем в ботве и клубнях картофеля.

С практической точки зрения приведенные выше данные означают, что острота возникающих ситуаций в районах с загрязненными, но используемыми в сельском хозяйстве почвами будет зависеть от того, какая часть растения используется для питания человека или на корм животных.

Влияние загрязнения почв TM на динамику поглощения макро- и микроэлементов растениями. Под действием TM в начальные периоды роста растений возможно снижение содержания основных элементов питания и, в первую очередь, азота. Так, загрязнение почвы кадмием и свинцом уменьшало в конце первого месяца вегетации его содержание в корнеплодах цикория в 2,8 и 1,9, а в ботве в 1,4 и 1,2 раза соответственно. К концу вегетации содержание азота, фосфора и калия в растениях на загрязненной почве, как правило, увеличивалось, особенно в хозяйственно полезных органах.

При загрязнении почвы кадмием уменьшались темпы накопления азота, фосфора и калия; под действием свинца — фосфора и калия, под действием цинка — калия.

Так, при внесении в почву 10 мг/кг кадмия к концу первого месяца вегетации цикория интенсивность накопления азота корнеплодами уменьшалась в 5 раз, к концу третьего месяца — в 1,9 раза; ботвой соответственно в 2 и 1,2 раза. Темпы накопления фосфора корнеплодами на загрязненной кадмием почве к периоду интенсивного роста цикория были ниже по сравнению с фоновым вариантом на 18%, ботвой — на 16%; калия — на 13 и 30% соответственно, т. е. оказались менее зависимыми от TM, чем накопление азота.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: