Экологическая оценка питания кукурузы на черноземе обыкновенном Ростовской области

Элементный химический состав растений – один из показателей качества продукции растениеводства, и, соответственно, эффективности технологий выращивания сельскохозяйственных культур. В настоящее время назрела необходимость в разработке методов многоэлементной диагностики, позволяющих оценить не только потребность растений в отдельных элементах, но и экологическую безопасность получаемой продукции (Бирюкова, 2011). Методы многоэлементной диагностики питания растений существенно расширяют возможности сравнительной характеристики разных видов и сортов сельскохозяйственных культур по отношению к почвенным условиям, удобрениям и другим факторам, так как появляется возможность учитывать уровень обеспеченности растений питательными элементами и экологическое качество растительной продукции (Климашевский, 1991).
Полевые опыты были проведены в 2011-2013 гг. в Целинском районе Ростовской области, территория которого по природно-экономическому делению входит в южную зону обыкновенных черноземов. Подробное описание условий проведения однолетних полевых опытов было опубликовано ранее (Носов и др., 2014).
Определение содержания N, P и K в зерне кукурузы проведено после мокрого озоления. Содержание азота в минерализате определяли по ГОСТ13496.4-93, фосфора – по ГОСТ 26657-97. Определение содержания калия проводили на пламенном фотометре ФПА-2. Количество микроэлементов определяли в солянокислом растворе сухой золы атомно-абсорбционным методом (Методические указания по определению тяжелых металлов …, 1992).
Элементный состав растений кукурузы во многом зависит от почвенно-климатических условий выращивания, сортовых особенностей, а также от технологий возделывания, доз вносимых удобрений и организации севооборотов. В среднем за годы исследований содержание азота в зерне кукурузы варьировало от 1.30 до 2.17%, фосфора – от 0.19 до 0.53%, калия – от 0.29 до 0.61% (табл. 1). Установлено, что с увеличением доз удобрений содержание N, P и K в зерне кукурузы, как правило, повышается. Внесение наибольших доз удобрений в опытах (N100P80K60) повышало содержание макроэлементов в зерне до максимальных значений во все годы исследований. Содержание N, P и K во всех вариантах опыта снизилось в 2013 г. по сравнению с 2011 и 2012 годами. Это объясняется острой продолжительной засухой, наблюдавшейся в критические периоды развития кукурузы в 2013 г.



Наибольшая эффективность азотных, фосфорных и калийных удобрений выявлена при их совместном внесении. Таким образом, в варианте опыта со сбалансированным применением минеральных удобрений растения кукурузы были оптимально обеспечены макроэлементами для получения высокой урожайности зерна.
Аналогичные закономерности выявлены и для накопления биомикроэлементов – Zn и Cu в зерне в результате применения минеральных удобрений (рис. 1-2). В среднем за годы исследований внесение N100P80K60 при обработке семян цинком привело к повышению содержания цинка в зерне на 12.8 мг/кг, а меди – на 1.5 мг/кг по сравнению с контрольным вариантом опыта. Однако превышение гигиенических нормативов не отмечено ни в одном из вариантов опыта. Данные нормативы для меди составляют 10 мг/кг, а для цинка – 50 мг/кг (Временный максимально-допустимый уровень химических элементов …, 1987; Гигиенические нормативы …, 1996).




Полученные трехлетние данные соответствуют среднему содержанию Cu и Zn в зерне кукурузы, наблюдавшемуся в ряде исследований. В работе Б.А. Ягодина с соавт. (1989) содержание цинка в зерне кукурузы составило 28.3 мг/кг (коэффициент вариации при этом достигал 60%), а меди – 2.21 мг/кг (коэффициент вариации – 37%). В исследованиях, проведенных на черноземе обыкновенном карбонатном (Лукашов, 2006), содержание цинка в зерне различных сортов и гибридов кукурузы варьировало от 14 до 27 мг/кг, а меди – от 2 до 4 мг/кг.
По данным ряда исследователей (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989; Williams и David, 1977), при использовании минеральных удобрений в почву вносится от 7 до 225 мг Pb и от 0.3 до 179 мг Cd на 1 кг воздушно-сухой массы почвы. Высокое поступление данных элементов в почву может приводить к повышению их содержания в растениях. Данные аспекты должны приниматься во внимание для получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции.
Согласно полученным результатам, внесение удобрений в 2011 и 2012 гг. не способствовало накоплению свинца в зерне кукурузы. Его содержание в зерне по вариантам опыта было на уровне контроля и даже ниже. Однако в 2013 г. было выявлено некоторое увеличение содержания свинца в зерне кукурузы при применении минеральных удобрений (рис. 3). Физиологически нормальной для растений считается концентрация свинца от 0.1 до 5.0 мг/кг сухого вещества (Beker и Chesnm, 1975), критической – 10 мг/кг (Тарабрин, 1980). Предельно допустимая концентрация свинца в зерновых культурах в США, Англии и Франции – 1.5-2.0 мг/кг, а в большинстве стран – 0.3-0.5 мг/кг (Таланов, 1991). Согласно нормативным документам, принятым в нашей стране, концентрация свинца в продукции растениеводства не должна превышать 0.5 мг/кг при ее использовании для пищевых целей и 5.0 мг/кг– на корм. Таким образом, отмеченное в опытах небольшое накопление свинца в зерне кукурузы не превышает самые строгие нормативы.




В отличие от свинца, при применении минеральных удобрений во все годы исследований существенно возрастало содержание кадмия в зерне кукурузы (рис. 4). При исключении фосфорсодержащего удобрения (вариант N100К60) наблюдалось очень слабое накопление кадмия в зерне кукурузы в 2-х из 3-х сезонов. По сводным данным (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989), «нормальное» содержание кадмия в надземной части растений составляет 0.05-0.6 мг/кг сухого вещества, токсичное – 1.0-70 мг/кг сухого вещества. Экспериментальные данные за 2011-2013 гг. соответствуют среднему содержанию кадмия в зерне кукурузы при применении минеральных удобрений, по данным других исследований, проведенных в РФ. Как видно из рис. 4, содержание кадмия в зерне не превышает допустимый уровень – 0.1-0.3 мг/кг по имеющимся нормативам. Согласно исследованиям Протасовой Н.А. и Горбуновой Н.С. (2010), концентрация кадмия в растениях изменяется от 0.18 до 0.28 мг/кг. Следует отметить, что по фитотоксичности кадмий занимает первое место среди таких элементов, как Cu, Zn и Pb (Овчаренко и др., 1997).
Анализируя полученные данные по содержанию Cu, Zn, Cd и Pb в зерне кукурузы, можно сделать вывод о том, что отклонений от гигиенических нормативов качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов отмечено не было. Следует отметить избирательность поглощения растениями элементов из почвы и функционирование защитных механизмов, препятствующих проникновению тяжелых металлов в органы растений (Ильин, 1991). Физико-химические свойства почвы также оказывают большое влияние на поступление тяжелых металлов в растения. Подвижность Cu, Pb и Zn в почвах Ростовской области обусловлена преимущественно соединениями этих металлов, удерживаемых карбонатами (4-9% от общего содержания и 53-88% от группы непрочно связанных соединений). Из рассматриваемых тяжелых металлов для цинка характерно самое высокое сродство к карбонатам. Доля специфически сорбированных карбонатами форм цинка в группе непрочно связанных соединений на фоновых почвах составляет 88% (Минкина, 2008).
Содержание элементов в зерне кукурузы можно представить следующими рядами: N>K>P; Zn>Cu>Pb>Cd. Среди макроэлементов наибольшее содержание характерно для азота, среди микроэлементов – для цинка. Следует отметить, что при сбалансированном применении минеральных удобрений растения кукурузы были достаточно обеспечены макро- и микроэлементами для получения высокого и качественного урожая. Оптимальная доза удобрений – N100P80К60 до посева с обработкой семян Zn. Применение минеральных удобрений повышало содержание как макро, так и микроэлементов в зерне кукурузы. Однако превышений гигиенических нормативов качества и безопасности пищевого сырья и продуктов не выявлено. Следовательно, при рациональном применении минеральных удобрений на черноземах обыкновенных получается экологически чистая сельскохозяйственная продукция.

Бирюкова О.А. – доцент, доктор сельскохозяйственных наук; Кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета. e-mail: olga_alexan@mail.ru.

Божков Д.В. – аспирант, Кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета.

Чепко Ж.А. – студент. Кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета.

Носов В.В. – региональный директор по Югу и Востоку России Международного института питания растений, кандидат биологических наук; e-mail: vnosov@ipni.net.

Литература

Бирюкова О.А. 2011. Интегрированная диагностика плодородия чернозема обыкновенного Нижнего Дона. Дис. д.с.-х.н. Ростов-на-Дону. 344 с.

Климашевский Э.Л. 1991. Генетический аспект минерального питания растений. М.: Агропромиздат. С. 135-146.
Носов В.В., Бирюкова О.А., Купров А.В. и Божков Д.В. 2014. Питание растений. Вестник Международного института питания растений, 1: 5-8.
Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. 1992. М.: ЦИНАО. 61 с.
Временный максимально-допустимый уровень химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных, мг/кг. №123 – 41 281 – 87 от 15.07.1987 г.
Гигиенические нормативы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2. 560 – 96.
Ягодин Б.А., Торшин С.П., Кукурин Н.Л. и Савидов Н.А. 1989. Агрохимия, 3: 125-133.
Лукашов А.Г. 2006. Применение системы ИСОД в сортоиспытании кукурузы. В кн.: Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации. Материалы международной научной конференции. Ростов-на-Дону. С. 324-329.
Кабата-Пендиас А. и Пендиас Х. 1989. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. М.: Мир. 439 с.
Williams C., David D. 1977. Austral. J. Soil Res., 15 (1): 59-64.
Beker D.E., Chesnm L. 1975. Advances in Agronomy, 27: 306-366.
Тарабрин В.П. 1980. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами. В кн.: Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наукова думка. С. 17.
Таланов Г.А. 1991. Санитария кормов: Справочник. №4. М.: Агропроиздат. С.76-83.
Протасова Н.А. и Горбунова Н.С. 2010. Агрохимия, 7: 52-61.
Овчаренко М.М., Шильников И.А., Вендило Г.Г., Аканова Н.И. и др. 1997. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. М. 290 с.
Ильин В.Б. 1991. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука. 150 с.
Минкина Т.М. 2008. Соединения тяжелых металлов в почвах Нижнего Дона, их трансформация под влиянием природных и антропогенных факторов: Автореф. дис. д.б.н. Ростов-на-Дону. 49 с.