Сельское хозяйство/3. Земледелие, грунтоведение и агрохимия

К.с.-х.н., доц. Яковишина Т.Ф.

Государственное высшее учебное заведение “Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры”, Украина

Влияние загрязнения Cd и внесения мелиорантов

на содержание подвижного калия в почве

При изучении химической детоксикации тяжелых металлов в почве, как правило, останавливаются только на механизме связывания катионов металлов мелиорантами и упускают из вида взаимодействие последних с другими компонентами почвы. Особое беспокойство вызывает нарушение соотношения между макро- и микроэлементами при поступлении их в растение, поэтому возникла необходимость в изучении влияния загрязнения Cd и внесения мелиорантов на содержание подвижного калия.

Для агроэкологии важным аспектом является содержание подвижных форм, как тяжелых металлов, извлекаемых ААБ (рН 4,8) – они будут определять токсичность почвы, так и макроэлементов, необходимых для полноценного развития растений на протяжении всего вегетационного периода, среди которых особо следует выделить калий.

Калий входит в перечень основных шести элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, K), которые составляют 96 % всех химических веществ почвы. Содержание валовых форм калия в почве определяется, в основном, наличием калийсодержащих минералов, а именно: слюд, гидрослюд, полевых шпатов и т.д. в минералогическом составе и в меньшей мере зависит от перераспределения по гранулометрическим фракциям калийсодержащих материалов [1]. У тяжелых по минералогическому составу почв, к которым относится чернозем обыкновенный малогумусный тяжелосуглинистый, содержание валовых форм калия довольно высокое и составляет 2,0-2,3 % (метод пламенной фотометрии).

С агрохимической точки зрения, при характеристике плодородия почвы имеет значение не столько валовое содержание калия, сколько та его часть, которая является подвижной, доступной для корневой системы растений и тем самым определяет наряду с двумя другими макроэлементами (N и P) при сбалансированном минеральном питании урожайность сельскохозяйственных культур. Если сравнивать валовые запасы основных питательных веществ в пахотном слое чернозема обыкновенного, то в данном случае количество валового калия в (т/га) в 6 раз больше, чем азота, и в 1,7 раза превышает содержание фосфора (Б.С. Носко, В.В. Прокошев, 1999). В то же время водорастворимого калия в почве очень мало и его концентрация зависит от степени насыщенности самой почвы калием и от общей концентрации солей в почвенном растворе. Между водорастворимым и обменным калием существует равновесие: при поглощении калия растениями количество его обменных форм уменьшается. Количество обменного калия в почве – это фактор емкости, а его концентрация в водной или слабосолевой вытяжке – степень подвижности или фактор интенсивности. Для оценки степени обеспеченности почвы калием используют, как правило, содержание обменного калия. Установлена определенная зависимость использования растениями калия почвы от содержания его обменной формы. В Украине содержание обменного калия в пахотном слое чернозема обыкновенного в значительной мере отражает природные зональные особенности и тесно связано с валовым калием. Соотношение между легкорастворимыми и обменными формами калия в Степной зоне Украины составляет 1 : 1,5, что также подтверждается очень высоким (относительным и абсолютным) содержанием в этих почвах необменно фиксированного калия – 265-300 мг К₂О на 100 г почвы.

Поступившие в почву тяжелые металлы помимо того, что оказывают токсическое действие, способствуют нарушению минерального питания растений, иногда эту ситуацию может усугублять действие мероприятий по химической детоксикации загярзненной почвы, поэтому возникла необходимость в изучении влияния загрязнения Cd почвы и внесения в качестве сорбент-мелиорантов K₂CO₃ и K₂S на доступность растениям калия. Калий играет значительную роль в растительном организме, участвуя в регуляции основных процессов его жизнедеятельности. Во-первых, калий повышает активность амилазы (диастазы), сахаразы (инвертазы) и протеолитических ферментов, в результате повышается его роль в синтезе сахарозы, крахмала и белков, что приводит к получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур и повышению их качества. Во-вторых калий регулирует деятельность ферментов, контролирующих протекание процесса фотосинтез, а именно: зеленые листья, в которых содержится достаточное количество этого элемента, способны ассимилировать диоксид углерода в два раза больше, чем листья с низким содержанием. Калий способствует лучшему использованию железа при синтезе хлорофилла, что особенно заметно при недостатке усвояемого железа в почве или в питательной среде. В-третьих, калий регулирует процесс транспорта веществ из места синтеза в запасающие органы. В-четвертых, калий участвует в углеводном и белковом обмене. Он не только увеличивает содержание углеводов, но и изменяет соотношение между разными группами, способствуя переходу моносахаридов в сахарозу. При достаточном содержании калия в клетках растений улучшается процесс ассимиляции азота, одного из важнейших элементов для жизнедеятельности растения, и формирования протеинов. В-пятых, растения, в которых содержится достаточное количество калия, способны эффективнее использовать почвенную влагу по сравнению с растениями, произрастающими на почвах с дефицитом калия. Поэтому макроэлемент калий заслуженно считается элементом, который отвечает за качество продукции.

В модельном эксперименте имитация загрязнения почвы Cd создавалась внесением его в дозах 1, 10, 50 и 100 ПДК в виде водного раствора нитратной соли. Доза К₂СО₃ составляла в 1,0; 1,5 и 2,0 раза больше эквивалентного количества, которое необходимо для полного химического связывания катионов Cd²⁺ в почве. Выбранные в качестве мелиорантов K₂CO₃ и K₂S вносили на 10-е сутки после загрязнения Cd для исключения действия естественной буферной способности почвы, направленной на переведение катионов Cd²⁺ в малоподвижные недоступные корневой системе растений соединения.

Контролем являлся чернозем обыкновенный малогумусный тяжелосуглинистый на лессе со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса 4,0 %; общего азота – 0,20-0,23 %; фосфора – 0,10-0,12 %; валовое содержание калия – 2,0-2,3 %; количество легкогидролизуемого азота – 10,0-11,4 мг на 100 г сухой почвы при возможности пополнения его доступных форм за счет нитрификационной способности – 2,4-2,8 мг на 100 г почвы. Валовое содержание кадмия составляло 0,38-0,39 мг/кг, а его подвижные формы – 0,10-0,11 мг/кг почвы.

Содержание подвижных форм Cd определяли в вытяжке ААБ (рН 4,8) на атомно-абсорбционном спектрофотометре, подвижный калий – методом Чирикова в модификации ЦИНАО на пламенном фотометре Flavo-5 через 10, 20, 30 и 40 суток.

Как показали результаты исследований, изучаемый в опытах чернозем обыкновенный содержал 14,4-15,3 мг/100 г почвы подвижного калия. В ряду активности металлов катионы Cd²⁺ более активны, чем К⁺, и могут вытеснять его из ППК. Этим и объяснялось увеличение подвижного калия в среднем от 5 до 11 % в почве загрязненных ТМ вариантов. Содержание подвижного калия на загрязненных участках определялось химическими свойствами (ионный радиус, способность к комплексообразованию и т. д.) и количеством поступившего в почву металла-токсиканта. Кроме того отмечен антагонизм между K и Na, K и Mg, что объясняется первым типом взаимодействия химических элементов по В.В.Степанку (2003) – элементы одной группы периодической системы Д.И.Менделеева оказывают антагонистическое действие друг на друга, сильнее, чем дальше они расположены в пределах группы [2].

Внесение сорбент-мелиорантов, содержащих в своем составе К⁺ (К₂S, K₂CO₃) способствовало увеличению содержания обменного калия до 18 %. Этот процесс усиливался при подсыхании почвы за счет адсорбции его на поверхности почвенных коллоидов. В условиях северной подзоны Степи Украины, климат которой характеризуется частыми и продолжительными засухами в течение вегетации, резкое снижение подвижного калия в почве может вызвать дисбаланс в системе минерального питания в критический период роста растений [3], что особенно сильно проявится на техногенно загрязненных почвах и приведет к потере урожая и снижению качества сельскохозяйственной продукции.

Подытожив вышеизложенное, следует отметить, что загрязнение почвы кадмием способствовало увеличению подвижности калия в почве за счет его вытеснения катионами Cd²⁺ из ППК, кроме того внесенные в качестве мелиорантов К₂S и K₂CO₃ усиливали этот процесс, что поимо положительного эффекта – дополнительного источника минерального питания для растений, имело свои отрицательные последствия связанные с антагонизмом между K и Na, K и Mg.

Литература:

1. Агрохимические методы исследования почв / Под ред. А.В.Соколова. – М.: Наука, 1975. – 656 с.

2. Степанок В.В. Влияние комплексов техногенных элементов на химический состав сельскохозяйственных культур / В.В.Степанок // Агрохимия. – 2003. – № 1. – С. 50-60.

3. Крамарев С.М. Интенсивность поступления основных макроэлементов в растения кукурузы в онтогенезе / С.М.Крамарев, Л.Н.Скрипник, Т.Ф.Яковишина // Агрохимия. – 2002. – № 12. – С. 21-30.