Влияние минеральных удобрений на примере диаммонийфосфат NP 18:46 на урожайность рапса ярового в условиях модельного загрязнения тяжелыми металлами (свинец, кадмий)
Влияние минеральных удобрений на примере диаммонийфосфат NP 18:46 на урожайность рапса ярового в условиях модельного загрязнения тяжелыми металлами (свинец, кадмий)
Аннотация
В ходе микрополевых вегетационных опытов на выщелоченном черноземе с яровым рапсом сорта Надежный 92 выявлено позитивное влияние мелиоранта неорганического происхождения на урожайность при модельном загрязнении почвы «мокрым методом» ионами свинца и кадмия. Установлено повышение урожайности биомассы рапса при применении диаммония фосфата (NP 18:46) в дозе 100 кг/га – на 11%, диаммония фосфата (NP 18:46) в дозе 200 кг/га – на 26% по сравнению с контролем (без детоксиканта). При этом на урожайность семян введение тяжелых металлов в почву оказало более сильное влияние, чем на урожайность вегетативной массы рапса. Без использования минеральных удобрений (контрольный вариант) превышение МДУ в биомассе рапса наблюдалось уже при внесении в почву 110,6 мг/кг свинца (2 ПДК), 0,57 мг/кг кадмия (1 ПДК). Показано, что происходит достоверное (P≤0,01) снижение до предельно допустимой концентрации тяжелых металлов в почве при использовании диаммония фосфата (NP 18:46) в дозе 200 кг/га.
1. Введение
Ингредиентное загрязнение окружающей среды, вызванное в первую очередь попаданием тяжелых металлов в почву сельскохозяйственных угодий, наносит серьезный экологический ущерб , . По мнению авторов , данная проблема характерна и для Красноярского края. При этом особое внимание следует обратить на наиболее токсичные элементы, вызывающие серьезные нарушения жизнедеятельности живых организмов, в частности свинец и кадмий , , . Пути поступления данных металлов в почву обусловлены как естественными эмиссиями (наличие в горных породах, эрозия почв и т.д.), так и с потоками предприятий угледобывающей, металлургической промышленности и энергетического комплекса, бытовыми отходами , , удобрениями вследствие наличия соответствующих примесей в исходном сырье , и определяются рядом факторов: типом и свойствами почвы, ее механическим и химическим составом, значением рН, микрофлорой и т.д .
Красноярский край является регионом-лидером по выращиванию ярового рапса (кользы) и характеризуется постоянным увеличением посевных площадей, что обусловлено его высокой урожайностью, которая достигает 19,0 центнеров с 1 гектара убранной площади, и повышенным содержанием липидов . В то же время имеются работы , свидетельствующие о возможности накопления данной культурой тяжелых металлов в различных органах вследствие извлечения их из загрязненных почв. Так, Коротченко И.С. была показана возможность использования минеральных и органических уравнения для деконтаминации тяжелых металлов при одновременном загрязнении почвы ионами свинца и кадмия .
В связи с вышеизложенным целью данной работы являлась оценка влияния высококонцентрированного безнитратного удобрения с содержанием 18% азота и 46% фосфора (диаммоний фосфат NP 18:46) на урожайность ярового рапса в условиях модельного загрязнения Pb2+ и Cd2+ выщелоченных черноземов Красноярского края.
2. Методы и принципы исследования
Выращивание растений осуществляли на опытных участках, которые представляли собой чернозем выщелоченный с введением «мокрым» методом загрязнителей (свинца (II) сульфат, 99.5% (хч); сульфат кадмия, безводный, 99+%) в концентрации от 1 до 5 значений ПДК в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» в расчете на чистый металл. Толщина слоя почвы варьировалась в пределах 0-20 см. Время инкубации почв после внесения токсикантов составляло 30 дней. Исследования проведены в условиях Березовского района Красноярского края.
В модельные образцы почвы высаживали семена ярового рапса сорта Надежный 92 (масличность 45-47%, урожайность семян до 21,9 ц/га, зеленой массы 315-380 ц/га.), норма высева – 2,5 млн. шт. всхожих семян/га, повторность опыта – четырехкратная.
Испытываемый агрохимикат на рапсе яровом – минеральное удобрение Диаммонийфосфат NP 18:46 (18% азота, 46% фосфора), произведенное фирмой «ФосАгро», Россия. Препаративная форма – гранулы.
Выращенные на контрольном и модельных образцах почвы растения были срезаны в конце вегетационного периода (через 120 дней) и высушены при температуре 23-25 0С в течение 3-5 дней. Содержание ионов свинца и кадмия в образцах растительного сырья проводили в НИЦ ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ с использованием атомно-абсорбционного анализатора PinAAcle 900T.
При статистической обработке результатов исследований использовали программное обеспечение Microsoft Office Excel 2010 (надстройка «Пакет анализа») и Statistica 6,0 for Windows.
3. Основные результаты
Поскольку показателями, характеризующими состоятельность и привлекательность культуры для широкого использования в сельскохозяйственном производство, является урожайность семян и биомасса, после уборки урожая (конец вегетационного периода), было проведено их определение, представленное на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1 - Биомасса ярового рапса в микрополевых опытах c контаминацией почвы Pb2+и Cd2+
Рисунок 2 - Урожайность семян ярового рапса в микрополевых опытах c контаминацией почвы Pb2+и Cd2+
Более низкое накопление свинца, по сравнению с кадмием, в рапсе объясняется слабой подвижностью этого элемента. Кадмий же сравнительно быстро поглощается и перемещается в растения (табл. 1).
Таблица 1 - Содержание микроэлементов в надземной биомассе растений рапса в фазу уборки в зависимости от условий агроэкологических опытов
Вариант | Дозы детоксиканта, кг/га | Pb (1…5 ПДК) | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Контроль (без детоксиканта), мг/кг сухой массы | - | 0,15±0,02 | 0,26±0,05 | 0,38±0,03 | 0,57±0,05 | 0,70±0,07 |
Диаммоний фосфат (NP 18:46), мг/кг сухой массы | 100 | 0,14±0,02 | 0,24±0,04 | 0,36±0,03 | 0,54±0,04 | 0,68±0,07 |
200 | 0,12±0,02 | 0,21±0,04 | 0,33±0,03 | 0,51±0,05 | 0,63±0,06 | |
Фон, мг/кг сухой массы | - | 0,05±0,01 | ||||
МДУ# | - | 0,5 | ||||
Cd (1…5 ПДК) | ||||||
Контроль (без детоксиканта), мг/кг сухой массы | - | 0,03±0,01 | 0,09±0,01 | 0,10±0,01 | 0,14±0,02 | 0,23±0,03 |
Диаммоний фосфат (NP 18:46), мг/кг сухой массы | 100 | 0,03±0,01 | 0,08±0,01 | 0,12±0,02 | 0,15±0,02 | 0,27±0,03 |
200 | 0,02±0,01 | 0,07±0,01 | 0,08±0,01 | 0,09±0,01 | 0,21±0,03 | |
Фон, мг/кг сухой массы | - | 0,02±0,01 | ||||
МДУ# | - | 0,1 | ||||
Примечание: # по ист. [15]
4. Обсуждение
Внесение в почву ионов свинца и кадмия приводит к существенному снижению биомассы рапса (рис.1) по сравнению с растениями, полученными на почвенных образцах с фоновым значением содержания ТМ. Введение минерального удобрения нивелирует негативное влияние поллютантов, при этом максимальная урожайность биомассы ярового рапса достигнута для варианта внесения в почву минерального удобрения – диаммоний фосфат (NP 18:46) в дозе 200 кг/га. На урожай семян (рис.2) введение в почвенные образцы ионов свинца и кадмия оказывает более сильное воздействие по сравнению с урожаем вегетативной массы рапса. Следует отметить, что введение минерального удобрения способствует менее существенному (в отличие от данных, представленных на рисунке 1) повышению урожайности семян по сравнению с образцами, выращенными на контрольных экспериментальных участках и практически не достигает значений, полученных для растений, собранных с опытных площадок, характеризующихся фоновым значением ТМ.
В то же время при оценке содержания ТМ в надземной биомассе растений было установлено существенное влияние контаминации почвы тяжелыми металлами на их аккумуляцию в растениях. При загрязнении модельных образцов почв ионами свинца и кадмия, их поступление в растительное сырье возрастало линейно, пропорционально концентрациям подвижных форм элемента (r=0,95…0,98, Р≤0,01), достигнув максимума при самом высоком уровне загрязнения. Таким образом, было показано, что внесение ионов свинца и кадмия в чернозем выщелоченный в дозах 1–5 ПДК приводит к резкому повышению их концентраций в рапсе, при этом внесение минерального удобрения снижает концентрацию.
5. Заключение
1. Выявлено положительное влияние минерального удобрения диаммонийфосфат (NP 18:46) на урожайность рапса ярового сорта Надежный 92 при контаминации почвы (чернозема выщелоченного) ионами свинца и кадмия. Урожайность биомассы рапса увеличилась при применении мелиоранта в дозе 100 кг/га – на 11%, в дозе 200 кг/га – на 26% по сравнению с контролем (без детоксиканта). На урожай семян ТМ оказали более сильное влияние, чем на урожай вегетативной массы рапса.
2. Без использования мелиоранта (контрольный вариант) превышение МДУ в биомассе рапса наблюдалось уже при внесении в почву 110,6 мг/кг свинца (2 ПДК), 0,57 мг/кг кадмия (1 ПДК). Применение детоксиканта позволило незначительно снизить аккумуляцию ТМ в рапсе. Установлено, что происходит достоверное (P≤0,01) снижение до предельно допустимой концентрации ТМ в почве при использовании диаммония фосфата (NP 18:46) в дозе 200 кг/га при первоначальном загрязнении не превышающем значений 4 ПДК.