Содержание микроэлементов в чернозёме типичном в зависимости от степени его эродированности

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЧЕРНОЗЁМЕ ТИПИЧНОМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ЕГО ЭРОДИРОВАННОСТИ
Н. П. Масютенко, А. И. Санжаров, Г. П. Глазунов, А. В. Кузнецов, Н.В. Афонченко
Аннотация. Изучены статистические характеристики валового содержания Бе, Мп, РЬ, Бг, Cd, Со, 2п, Си, Сг, N1 в пахотном слое чернозема типичного и коэффициенты обеспеченности ими.
Ключевые слова: микроэлементы, тяжелые металлы, валовое содержание, подвижные формы, чернозем типичный, степень эродированности, почвенный разрез.
Немаловажную роль в получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур играют микроэлементы. Они входят в состав так называемых «акцессорных веществ» — дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов, коферментов и других, участвующих в регуляции жизненных процессов, направляют и регулируют ход этих процессов, обеспечивая нормальное развитие организма [1. — С. 16−17]. Микроэлементы играют важное значение в питании растений, формировании урожая и его качества, участвуют в регулировании углеводного, белкового, липоидного, фосфорного обмена у растений, биосинтеза ростовых веществ и усвоении минерального азота. Они потребляются растениями в небольших количествах, но их избыток или недостаток может вызвать недобор урожая и снижение его качества [2, 3]. Поэтому изучению их содержания в почвах посвящено немало работ [1−11].
Основным источником микроэлементов в почвах являются почвообразующие породы. Поступление микроэлементов в почву происходит с атмосферным воздухом, атмосферными и метеоритными осадками, при внесении удобрений, мелиорантов, пестицидов, а также с грунтовыми водами. Содержание и распределение микроэлементов в почве зависит от химического состава почвооб-разующих пород, условий почвообразования, антропогенных факторов, агрохимических и агрофизических свойств почвы, уровня применения удобрений и химических мелиорантов, водного режима и вида растительности [4, 5, 6]. Металлы, накапливающиеся в почвах, медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями и различных видах эрозии.
В почвах, формирующихся в прохладном влажном климате, вымывание микроэлементов вниз по профилю проявляется сильнее, чем их накопление. В теплом сухом климате более характерно восходящее движение микроэлементов [7]. Влияние степени увлажнения на содержание микроэлементов подчеркивают в своих работах Д. И. Щеглов, Н. С. Горбунова и др. [8. — С. 147 148]. Они отмечают, что содержание и профильное распределение микроэлементов в почвах, которые представлены на водоразделе автоморфными агрочер-ноземами сегрегационными, в средней части склона -полугидроморфными агрочерноземами гидрометамор-физованными и в нижней — гидроморфными агрогуму-сово-гидрометаморфическими типами почв тесно связаны с гидрологическим режимом и во многом определяется степенью увлажненности.
Однако содержание микроэлементов в эродированных черноземных почвах пока изучено недостаточно. В то же время следует отметить, что в ЦЧР около половины пашни расположено на склонах. Сформированные в условиях пересеченного рельефа и подверженные воздействию водной эрозии эродированные почвы характеризуются, как правило, пониженным плодородием и нередко неблагоприятными агроэкологическими условиями для выращивания сельскохозяйственных культур.
Недостаточная изученность проблемы пространственного и профильного распределения микроэлементов в эродированных почвах, приводит к проблемам при применении минеральных и микроудобрений и их окультуривании, оставляет нереализованными потенциальные возможности удобрений в повышении урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Поэтому в наших исследованиях было изучено влияние степени эродированности на содержание микроэлементов в черноземных почвах.
Исследования проводились на участке пашни на водоразделе и склоне северной экспозиции размером 542 м х 347 м площадью 18,8 га. Поверхность склона отличалась явно выраженной волнистостью, средний уклон территории по склону с юго-востока на северо-запад составляет 6,3°. Высота территории над уровнем моря колеблется от 170 до 220 м. Были выбраны 5 микропрофилей (серии почвенных выборок длиной 50−150 м). В точках исследования с помощью вРБ-приемника были определены координаты, проведена топографическая съемка и картирование почв, отобраны почвенные образцы в пахотном слое, исследована структура почвенного покрова. В черноземе типичном неэродированном и слабоэродированном были заложены почвенные разрезы, в которых по генетическим горизонтам были отобраны образцы. В почвенных образцах было проведено определение валового содержания Бе, Мп, РЬ, Бг, Cd, Со, 2п, Си, Сг, N1 атомно-адсорбционным методом, а также содержания их подвижных форм в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора (рН 4,8). Из них, согласно ГОСТу России 17.4.1. 02−83 (цит. По Большаков и др., 1999), Cd, 2п, Сг относят к высоко опасным, РЬ, Со, Си, N1 — к умеренно опасным, Мп, Бг — к мало опасным элементам.
Статистические характеристики (среднее значение, стандартное отклонение, коэффициент вариации) валового содержания микроэлементов и тяжелых металлов в пахотном слое чернозема типичного представлены в таблице 1. Наибольшей вариабельностью в пространстве отличаются Мп и Cd, наименьшей — РЬ. Коэффициенты обеспеченности микроэлементами чернозема типичного в сравнении с содержанием таковых в почвах Русской равнины для всех микроэлементов меньше 1. Это означает, что почва в пахотном слое недостаточно обогащена валовым содержанием исследуемых микроэлементов и тяжелых металлов.
Рассмотрим профильное распределение валового содержания микроэлементов и тяжелых металлов в не-эродированной и слабоэродированной почве (рисунки 1,2). Распределение содержания Бе в профиле чернозема типичного имеет синусоидальный характер с выраженными минимумами и различается в зависимости от степени эродированности. Если в неэродированной почве выделяются два минимума содержания Бе — на глубине 40−50 см (11 249 мг/кг) и 120−130 см (10 367 мг/кг), то в слабоэродированной — один, на глубине 6070 см (10 362 мг/кг). В слабоэродированной почве в пахотном слое содержание Бе на 10% и в слое 40−60 см на 31% больше, чем в неэродированной, а в подпахотном — примерно одинаковое.
Распределение содержания Мп в профиле чернозема типичного также имеет синусоидальный характер с выраженными 2 минимумами и различается в зависимости от степени эродированности по уровням залегания минимумов. В слабоэродированной почве верхний минимум содержания Мп расположен на 20 см, а вто-
рой — на 40 см выше, чем в неэродированной. Причем минимальные значения его в слабоэродированной почве в 1,4−1,5 раз меньше, чем в неэродированной. При этом, в неэродированной и слабоэродированной почвах содержание Mn в среднем в слое 0−40 см примерно одинаковы.
Характер распределения содержания Pb в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности: в неэродированной почве отмечается более резкое снижение его вниз по профилю, чем в слабоэродированной. В слабоэродированной почве в пахотном и подпахотном слоях содержание Pb на 12% меньше, чем в неэродированной, а ниже 60−70 см, наоборот: в слабоэродированной почве содержание Pb в среднем на 35% больше.
Таблица 1 — Статистические характеристики валового содержания микроэлементов и тяжелых металлов в пахотном слое чернозема типичного и коэффициенты обеспеченности почв ими
ты обеспечен- 2 4 8 4 3 9 9 7
ности почв
микроэлемен-
тами
Показа-тели Fe Ып Р Ь 8 г еа Со гп Си Сг N1
Среднее значение, мг/кг почвы 1481 9 279 6,4 4 23, 3 0,06 6 4,4 1 25, 9 5,8 6 18, 8 15, 0
Стандартное отклонение, мг/кг почвы 1471 74 0,2 8 1,7 0,01 3 0,2 6 1,4 0,4 5 1,2 1,0 2
Коэффициент вариации (г), % 9,9 26, 7 4,4 7,2 20,1 5,9 5,3 7,7 6,3 6,8
Кларк элемента по А. П. Виноградову (1957) 3800 0 850 10 300 0,16 10 60 20 200 40
Коэффициен- 0,39 0,3 0,6 0,0 0,41 0,4 0,4 0,2 0,0 0,3
Характер распределения содержания Sr в профиле чернозема типичного неэродированной и слабоэроди-рованного идентичен: оно постепенно снижается до слоя 40−50 см, а ниже увеличивается, причем более резко в неэродированной почве. При этом, в слабоэродированной почве в пахотном и подпахотном слоях содержание Sr на 24% меньше, чем в неэродированной.
Распределение содержания Cd в профиле чернозема типичного неэродированного в отличие от слабоэроди-рованного имеет более сложный характер, чередуются максимальные и минимальные значения, содержание его изменяется от 0,01 до 0,21 мг/кг почвы, максимумы отмечены в слоях 20−30 см (0,11 мг/кг), 50−60 см (0,11 мг/кг), 140−150 см (0,10 мг/кг), минимумы — в слоях 4050 см (0,059 мг/кг), 90−100 см (0,019 мг/кг). В слабоэродированной почве в слое 80−100 см содержание Cd превышает таковое в неэродированной в ~ 1,6 раза. В слабоэродированной почве в пахотном и подпахотном слоях содержание Cd, соответственно, на 25 и 97% меньше, чем в неэродированной, а в слое 60−100 см наоборот, в 1,2 больше.
Характер распределения содержания Со в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности: в неэродированной почве отмечается более резкое снижение его вниз по профилю, чем в слабоэродированной. При этом, в слабоэродированной почве в пахотном слое содержание Со на 12% меньше, чем в неэродированной, а в слое 40−150 см наоборот: в слабоэродированной почве содержание Со в среднем на 34% больше.
Рисунок 1 — Валовое содержание микроэлементов в чернозёме типичном неэродированном (мг/кг почвы)
Рисунок 2 — Валовое содержание микроэлементов в чернозёме типичном слабоэродированном (мг/кг почвы)
Распределение содержания Cr в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности. В неэродированной почве отмечается снижение его вниз по профилю c увеличением в слоях 30−40 см, 110−120 см, 190−200 см. А в слабоэродирован-ной почве наблюдается примерно одинаковое распределение Cr в её профиле с двумя максимумами в слоях 50−60 см и 140−150 см. При этом, в слабоэродированной почве в пахотном и подпахотных слоях содержание Cr на 13% меньше, чем в неэродированной, а в слое 50 150 см наоборот: в слабоэродированной почве содержание его в среднем на 20% больше.
Характер распределения содержания Cu в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности. В неэродированной почве отмечается снижение его вниз по профилю с резким снижением в слоях 30−40 см, некоторым увеличением в слое 100−120 см и резким возрастанием в слое 190−200 см в 2,2 раза (до 13,2 мг/кг почвы). А в слабоэродированной почве наблюдается слабое понижение содержания Cu до 40−50 см, затем примерно одинаковое его распределение до слоя 90−100 см, а к слою 140−150 см увеличение на 33%. При этом, в слабоэродированной почве в пахотном и подпахотных слоях содержание Cu на 21−24 меньше, чем в неэродированной, а в нижележащих слоях 40−150 см наоборот: в слабоэродированной почве содержание его в среднем на 31% больше.
Распределение содержания Zn в профиле чернозема типичного незначительно различается в зависимости от степени эродированности. В неэродированной почве отмечается постепенное снижение его вниз по профилю до 140−150 см, а затем увеличение в ~2 раза до на глубине 190−200 см. В слабоэродированной почве наблюдается равномерное распределение Zn в почвенном профиле. При этом, в слабоэродированной почве в пахотном и подпахотных слоях содержание Zn несколько меньше, чем в неэродированной.
Характер распределения содержания Ni в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности: в неэродированной почве он постепенно убывающий, а в слабоэродированной — более равномерный с увеличением к 140−150 см. В пахотном и подпахотном слоях слабоэродированной почвы содержание Ni на 18 и 15%, соответственно, меньше, чем в неэродированной, а в слое 90−150 см наоборот: в слабоэродированной почве содержание Ni, в среднем, на 46% больше.
Исследованиями установлено, что содержание подвижных форм микроэлементов изменяется в зависимости от элемента, степени эродированности и слоя почвы (таблица 2). В пахотном слое слабоэродированной почвы отмечается повышенное содержание Mn и Zn (на 2022%) по сравнению с неэродированной. По остальным микроэлементам различия незначимые.
Проведена оценка изучаемых почв по обеспеченности растений подвижными формами микроэлементов (экстрагент: ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8) по Крупскому-Александровой. Выявлено, что обеспеченность растений подвижными формами Mn в черноземе типичном — высокая вне зависимости от степени эродированности. Mn играет важную роль в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в растении. Он входит в состав ферментов, с помощью которых происходят данные процессы, участвует в процессах фотосинтеза, дыхания, в углеводном и белковом обмене, ускоряет отток углеводов из листьев в корень. Кроме того, марганец участвует в синтезе витамина С и других витаминов- он увеличивает содержание сахара в корнях сахарной свеклы, белков в зерновых культурах.
Обеспеченность растений подвижными формами Cu, Zn в почве при повышенном выносе микроэлементов — низкая вне зависимости от степени эродированно-сти. Cu играет значительную роль в некоторых физио-
логических процессах растений — фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизме протеинов. 2п является необходимым элементом и выполняет важные функции в метаболизме растений. Больше всего цинк накапливается в листьях и генеративных органах. При его недостатке у растений наблюдается задержка роста, деформации и хлороз листьев, угнетается образование семян.
Обеспеченность растений подвижными формами Со в черноземе типичном при повышенном выносе микроэлементов — средняя вне зависимости от степени эродированности. Роль Со в жизни растений изучена пока еще недостаточно, но известно, что он является составной частью витамина В12, играет большую роль в физиологических процессах.
Исследованиями установлено, что подвижные формы микроэлементов в пахотном и подпахотном слоях
составляют от их валового содержания от 0,07 до 88% в зависимости от элемента и степени эродированности (таблица 2). Наибольшей подвижностью отличаются Cd (от 54 до 88%), Sr и Pb (от 36,9 до 51,5%), а также Mn (от 25,5 до 31,9%). Наименьшей подвижностью характеризуется Fe (0,7−0,8%) и Cr (0,8−1,1%). У остальных микроэлементов подвижные формы в пахотном и подпахотном слоях составляют от их валового содержания от 1,1 до 5,6%. Значения содержания подвижных форм Pb, Sr, Cd, Co, Zn от их валового содержания (в %) в пахотном и подпахотном слоях выше в слабоэродированном черноземе типичном, чем в неэродированном. В слабо-эродированной почве в пахотном слое больше содержания подвижных форм Mn и Cu от их валового содержания, чем в неэродированной. По остальным элементам различий фактически не выявлено.
Таблица 2 — Содержание подвижных форм микроэлементов и тяжелых металлов в черноземе типичном в
Степень эродированности Слой почвы, см Fe Mn Pb Sr Cd Co Zn Cu Cr Ni
мг/кг почвы
Неэродированный 0−20 16,2 136 2,61 9,9 0,055 0,19 1,00 0,20 0,15 0,36
20−40 17,2 127 2,38 10,1 0,055 0,18 0,98 0,19 0,17 0,32
Слабоэродированный 0−20 16,9 163 2,54 9,8 0,059 0,19 1,22 0,17 0,15 0,32
20−40 16,8 115 2,60 9,0 0,055 0,20 1,26 0,15 0,17 0,29
в % от их валового содержания
Неэродированный 0−20 0,08 25,9 36,9 40,1 60 3,9 3,8 1,1 0,8 1,5
20−40 0,08 26,8 39,0 44,9 54 4,1 3,9 1,6 1,0 1,5
Слабоэродированный 0−20 0,07 31,9 40,7 47,4 81 4,4 5,6 1,7 0,9 1,4
20−40 0,08 25,5 45,7 51,5 88 4,6 5,4 1,6 1,1 1,3
Таким образом, чернозем типичный недостаточно обогащен валовым содержанием исследуемых микроэлементов и тяжелых металлов. Причем, валовое содержание Pb, Sr, Co, Cr, Cu, Cd, Ni в пахотном и подпахотном слоях слабоэродированной почвы значимо меньше, чем в неэродированной, Zn и Mn примерно одинаково, а Fe, наоборот, в пахотном слое содержится на 10% больше, а в подпахотном — примерно одинаково. Наибольшей вариабельностью в пахотном слое отличаются Mn и Cd, наименьшей — Pb. Характер распределения валового содержания изучаемых элементов в профиле чернозема типичного различается в зависимости от степени эродированности и вида элемента.
Содержание подвижных форм микроэлементов изменяется в зависимости от вида элемента, степени эро-дированности и слоя почвы. В пахотном слое слабоэро-дированной почвы отмечается повышенное содержание подвижных форм Mn и Zn (на 20−22%) по сравнению с неэродированной. По остальным микроэлементам различия незначимые. Обеспеченность растений (при повышенном выносе микроэлементов) подвижными формами Mn в черноземе типичном — высокая, Co — средняя, Cu, Zn — низкая, вне зависимости от степени эро-дированности. Следовательно, почвы нуждаются в дополнительном внесении микроудобрений, содержащих Cu и Zn, а также в определенной степени Co.
Следует учитывать, что Cd — высоко опасный микроэлемент, характеризующийся высокой подвижностью, т. е. его подвижные формы в пахотном и подпахотном слоях составляют от валового содержания от 54 до 88%, однако его валовое содержание и уровень содержания подвижных форм ниже его кларка и ПДК.
Рекомендуется при разработке системы удобрений определять содержание в почве микроэлементов и тяжелых металлов для уточнения доз и видов требующихся микроудобрений и оценки экологической безопасности почвы.
Список использованных источников
1 Протасова Н. А., Щербаков А. П. Микроэлементы (Сг, V, N1, Ып, гп, Си, Со, Т1, гг, ва, Ве, Ва, Sг, В, I, Мо) в чернозёмах и серых лесных почвах Центрального Черноземья. -Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-т, 2003. — 368 с.
2 Волошин Е. И. Содержание и распределение микроэлементов в почвах средней Сибири // Вестник КрасГАУ. -2008. — № 4. — С. 28−37.
3 Минеев В. Г. Агрохимия. Учебник. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Изд-во МГУ, Изд-во «КолосС», 2004. — 720 с.
4 Глебова И. В., Гридасов Д. С., Тутова О. А. Анализ экологического мониторинга территорий Курской области // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. — 2012. — № 1. — С. 74−78.
5 Ильин В. Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов Мп, Си, Мо, В в южной части Западной Сибири. — Новосибирск: Наука, 1973. — 302 с.
6 Сысо А. И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири / Отв. ред. И. М. Гаджиев. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. — 277 с.
7 Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях.- М.: Мир, 1989. — 439 с.
8 Особенности распределения ТМ в почвах сопредельных ландшафтов. Материалы докладов VI съезда Общества почвоведов им. В. В. Докучаева / Д. И. Щеглов, Н. С. Горбунова, Л. А. Семенова, О. А. Хатунцева. — Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2012. — Кн. 2. — С. 147−148.
9 Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных элементов. — М.: Изд-во АН СССР, 1957. — 238 с.
10 Практикум по агрохимии / В. Г. Минеев, В. Г. Сычев, О. А. Амельянчик и др. — М.: Изд-во МГУ, 2001. — 689 с.
11 Практикум по почвоведению / Под. ред. И.С. Каури-чева. — М.: Агропромиздат, 1986.
Информация об авторах
Масютенко Нина Петровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий лабораторией агропочво-ведения, заместитель директора по научной работе ФГБНУ
ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, уптр@кигекпе1ги, тел. (4712) 536 834.
Санжаров Андрей Иванович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории ГИС и агроэколо-гического мониторинга ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, упкет@кигекпе1ги, тел. (4712) 531 162.
Глазунов Геннадий Павлович, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией ГИС и агроэкологи-ческого мониторинга ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, уп12ет@кигекпе1ги, тел. (4712) 531 162.
Кузнецов Алексей Викторович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории агропочвоведения, ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, ут7ет@кигекпе!ги, тел. (4712) 531 543.
Афонченко Нина Васильевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории ГИС и агроэкологического мониторинга ФГБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, ут7ет@кигекпе1ги, тел. (4712) 531 162.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой