ACCUMULATION OF HEAVY METALS BY PULSE CROPS UNDER THE APPLICATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES IN THE VOLGA REGION FOREST-STEPPE

Full Text

Горох является ведущей бобовой культурой Самарской области. В последнее время занимает первое место по урожайности и обеспечивает до 80% валовых сборов высокобелкового зерна [3, 4]. Соя в свою очередь признана лидером среди важнейших белково-масляничных культур. Посевная площадь сои в Самарской области составляет 16895 га. Полиметаллическое загрязнения Самарской области от воздействия деятельности человека на природные комплексы и отдельные компоненты природной среды достигло высокого уровня. Существенное влияние на загрязнение оказали развитая инфраструктура и добыча полезных ископаемых. Сельскохозяйственные угодья превращаются в места поступления токсичных веществ, среди которых тяжелые металлы. Повышенные концентрации тяжелых металлов оказывают негативное влияние на рост и развитие сельхозкультур, вследствие чего существенно снижается качество продукции растениеводства. Исследованиями ученых установлено, что бобовые растения чувствительны к избытку тяжелых металлов в почве и активно аккумулируют их. На корнях растений этого семейства имеются особые клубеньковые наросты, в которых живут и размножаются микробы, аккумулирующие азот. Симбиотическая связь играет значительную роль в жизни растений, способствует их росту и созреванию. Кроме того, использование симбиотического комплекса гороха может способствовать восстановлению загрязненных биоценозов и очищению почвы [2, 5]. Это требует проведения постоянного контроля содержания тяжелых металлов в почве и растительной продукции и разработки адекватных технологических приемов, минимизирующих негативные последствия привнесения токсикантов [1, 6]. Цель исследований - снижение аккумуляции тяжелых металлов в агроценозах зернобобовых культур за счет действия биологически активных веществ в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Задача исследований - оценить уровень накопления валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве под участками растений и в зерне гороха и сои при внесении биологически активного препарата Ризоторфин и его сочетаний с препаратами Агрика и Гумариз. Материал и методы исследований. В 2013-2015 гг. проводился эксперимент по изучению влияния предпосевной обработки семян биологически активными веществами Ризоторфин, Агрика и Гумариз на накопление тяжелых металлов почвами и растениями в агроценозах гороха и сои. Опыт проводился в центральной агроклиматической зоне Самарской области на территории с типичными для данной зоны почвенными и погодными условиями, а также рельефом и режимом увлажнения. Анализ почвенных и растительных образцов проводили в лаборатории ФГУ «Станция агрохимической службы «Самарская» (аттестат аккредитации испытательной лаборатории № РОСС RU. 0001.510565). Подготовку образцов почвы и растений для определения валового содержания в них тяжёлых металлов проводили традиционным методом [1]. Подвижные формы соединений извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 (ААБ). Результаты исследований. Проведенные исследования показали, что превышения ПДК валового содержания и подвижных форм тяжелых металлов не происходит. При использовании препаратов под участками гороха и сои отмечено накопление следующих элементов: свинец, кадмий, медь, цинк, кобальт (табл. 1). Под участками гороха минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Агрика, его показатели в 3,8 раза ниже ПДК; в 1,29 раза - фонового значения и в 1,9 раза - кларка. Минимальные концентрации кадмия и меди отмечены при использовании сочетания препаратов Ризотoрфин+Гумaриз, значения концентрации уменьшаются в сравнении с ПДК в 2,9 и 5,0 раза соответственно, в 2,2 и 2,44 раза ниже фона, у меди в 2,5 раза ниже кларка. Показатель содержания кадмия превышает показатель кларка в 3,07 раза. Минимальные концентрации цинка и кобальта в варианте опыта с внесением Ризоторфина снижаются в 1,76 и 2,02 раза соответственно в сравнении с ПДК; в 1,42 и 1,55 раза соответственно в сравнении с фоном, в 1,6 и 2,2 раза соответственно в сравнении с кларком. Таблица 1 Содержание валовых форм тяжелых металлов под участками зернобобовых культур, 2013-2015 гг. Вариант опыта Элемент, мг/кг Pb Cd Cu Zn Co Кoнтрoль (без обработки) 8,40* 12,0 0,37 0,60 18,0 22,4 48,5 58,7 5,90 5,62 + Ризоторфин 9,15 12,2 0,45 0,60 19,0 23,9 49,5 59,5 7,95 5,15 + Ризотoрфин+Агрикa 8,35 13,0 0,48 0,62 20,0 24,0 50,0 60,0 8,20 5,68 + Ризотoрфин+Гумaриз 10,80 12,1 0,40 0,63 18,5 24,7 54,0 60,3 9,30 7,38 ПДК 32,00 2,00 55,00 100,00 14,00 ФОН 10,80 0,80 45,30 76,80 11,30 Кларк 16,00 0,13 47,00 83,00 18,00 Примечание. * - в числителе - содержание валовых форм тяжелых металлов под участками гороха сорта Флагман 12, в знаменателе - содержание валовых форм тяжелых металлов под участками сои сорта Самер 3. Под участками сои минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Гумариз, его показатели в 2,6 раза ниже ПДК; в 1,3 раза - кларка. Показатель содержания свинца превышает фоновый показатель в 1,1 раза. Минимальные концентрации кадмия, меди, цинка и кобальта отмечены при использовании препарата Ризотoрфин, значения уменьшаются следующим образом: в 1,6 раза у цинка, в 2,3 раза у меди, в 2,7 раза у кобальта, в 3,3 раза у кадмия, в сравнении с ПДК; концентрации снижаются в 1,29 раза у цинка, в 1,3 раза у кадмия, в 1,89 раза у меди и в 2,19 раза у кобальта в сравнении с фоном; в сравнении с кларком значения уменьшаются - в 1,39 раза у цинка, в 1,96 раза у меди, в 3,49 раза у кобальта, показатель содержания кадмия превышает показатель кларка в 4,6 раза. Внесение препарата Ризоторфин максимально влияет на снижение содержание валовых форм тяжелых металлов как для гороха сорта Флагман 12, так и для сои сорта Самер 3. Содержание подвижных форм тяжелых металлов (табл. 2) не превышает ПДК при использовании всех препаратов под участками гороха и сои. Под участками гороха минимальные концентрации свинца, кадмия и меди отмечены при использовании сочетании препаратов Ризотoрфин+Гумариз. В сравнении с ПДК значения уменьшаются в 12,2 раза у свинца, в 10,2 раза - у кадмия, в 25,0 раз - у меди. Показатель содержания свинца и кадмия превышает фоновый показатель в 1,22 и 13,2 раза соответственно. Минимальные концентрации цинка и кобальта отмечены при использовании сочетания препаратов Ризотoрфин+Агрикa, значения уменьшаются в 52 раза у цинка и в 33 раза у кобальта в сравнении с ПДК; в 1,33 раза у кобальта в сравнении с фоном, показатель содержания цинка превышает фоновый уровень в 1,1, раза. Таблица 2 Содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками зернобобовых культур, 2013-2015 гг. Вариант опыт Элемент, мг/кг Pb Cd Cu Zn Co Кoнтрoль (без обработки) 0,33 0,24 0,050 0,051 0,18 0,12 0,43 0,44 0,09 0,16 + Ризотoрфин 1,05 0,55 0,053 0,043 0,26 0,15 0,54 0,54 0,16 0,26 + Ризотoрфин+Агрикa 0,52 0,24 0,051 0,054 0,15 0,10 0,44 0,77 0,15 0,08 + Ризотoрфин+Гумaриз 0,49 0,21 0,049 0,057 0,12 0,14 0,48 0,57 0,16 0,24 ПДК 6,00 0,500 3,00 23,00 5,00 ФОН 0,40 0,037 0,13 0,40 0,20 Примечание. * - в числителе - содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками гороха сорта Флагман 12, в знаменателе - содержание подвижных форм тяжелых металлов под участками сои сорта Самер 3. Под участками сои минимальные концентрации свинца обнаруживаются при внесении сочетания препаратов Ризоторфин+Гумариз, его показатели в 28,5 раза ниже ПДК; в 1,9 раза ниже фона. Минимальные концентрации кадмия и цинка отмечены при использовании препарата Ризоторфин, в сравнении с ПДК значения уменьшаются в 11,6 раза у кадмия, в 42,5 раза - у цинка. Показатель содержания кадмия и цинка превышает показатель фона в 1,16 и 1,35 раза соответственно. Минимальные концентрации меди и кобальта отмечены при использовании сочетании препаратов Ризотoрфин+Агрикa, значения уменьшаются в 30 раз у меди, в 62,5 раза у кобальта в сравнении с ПДК; в 1,3 раза у меди и в 2,5 раза у кобальта в сравнении с фоном. Внесение препаратов в сочетании Ризотoрфин+Агрикa и Ризотoрфин+Гумaриз максимально влияет на содержание подвижных форм тяжелых металлов как для гороха сорта Флагман 12, так и для сои сорта Самер 3. Расчет коэффициентов биологического поглощения (табл. 3) тяжелых металлов позволил вывести убывающие ряды для исследованных культур. Таблица 3 Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном зернобобовых культур, 2013-2015 гг. Вариант опыта Элемент, мг/кг Pb Cd Cu Zn Co Кoнтрoль (без обработки) 0,017 0,10 0,07 0,031 0,17 2,84 0,32 45,3 0,10 0,11 + Ризотoрфин 0,016 0,10 0,06 0,032 0,13 2,26 0,28 42,2 0,05 0,18 + Ризотoрфин+Агрикa 0,022 0,07 0,08 0,039 0,11 2,48 0,32 45,9 0,03 0,19 + Ризотoрфин+Гумaриз 0,010 0,10 0,07 0,027 0,12 1,95 0,25 45,9 0,03 0,59 Примечание. * - в числителе - коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном гороха сорта Флагман 12, в знаменателе - коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов зерном сои сорта Самер 3. Изученные тяжелые металлы в средних концентрациях по интенсивности накопления образуют следующие убывающие ряды: в зерне гороха - Zn < Cu < Cd < Co < Pb, в зерне сои - Zn < Cu < Co < Pb < Cd. Все изученные металлы относятся к элементам, захватывающимся растениями гороха и сои, но не накапливающимися в них. Заключение. При возделывании гороха сорта Флагман 12 и сои сорта Самер 3 в лесостепной зоне Поволжья при внесении биологически активного вещества Гумариз и его сочетаний с препаратами Агрика и Ризоторфин максимальный эффект снижения валового содержания тяжелых металлов достигается действием препарата Ризоторфин. Уменьшение концентраций наблюдается у кадмия, меди, цинка и кобальта. Снижение концентраций подвижных форм тяжелых металлов достигается внесением сочетаний препаратов Ризоторфин+Агрика и Ризоторфин+Гумариз. Уменьшение концентраций наблюдается у свинца, кадмия и меди при использовании сочетания Ризоторфин+Агрика; у меди, цинка и кобальта - при использовании сочетания Ризоторфин+Гумариз.

About the authors

N. M. Trots

Samara region, settlement Ust-Kinelskiy

Email: troz_shi@mail.ru
Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department «Gardening, Botany and Physiology of Plants»

A. A. Pakhomov

Samara region, settlement Ust-Kinelskiy

Email: pakhomov_school2@mail.ru
Graduate Studen of the Department «Gardening, Botany and Physiology of Plants»

References

Supplementary files