Сельское хозяйство /5. Растениеводство, селекция и семеноводство

К. с.-х. н. Шабанова И.А., д.с.-х. н., Цугкиева В.Б., к.б.н. Тохтиева Л.Х., к.б.н. Кияшкина Л.А., стар. преп. Доев Д.Н.

Горский Государственный Аграрный Университет, Россия

Накопление тяжелых металлов в зеленой массе клевера лугового

Экологический фактор существенно влияет на элементный химический состав растений. Это обстоятельство уже давно используется в практике сельского хозяйства для контроля за питанием выращиваемых культур, при определении степени загрязнения пищевой цепи в целом или отдельных ее звеньев, прежде всего продуктов растительного происхождения [2].

Надземные органы растений довольно чутко реагируют на повышение концентрации химических элементов в среде, увеличивая их содержание в тканях. В обстановке усиленного антропогенного загрязнения почвенного покрова это свойство растений не может не вызвать обеспокоенность, поскольку избыточные ионы мешают нормальному ходу метаболических реакций. И все же, начиная с некой, определенной для каждого химического элемента концентрации (возможно, это будет неширокий диапазон), растения станут сильно угнетаться. Они или образуют недоразвитые плоды или вообще не могут перейти в репродуктивную стадию. Во всех органах в этом случае отмечается повышенное количество избыточных ионов, что свидетельствует о неспособности организма защищаться и о нарушении процессов метаболизма.

Так, среднее содержание тяжелых металлов для клевера лугового по Н.Г. Рыбальскому, О.Л. Жакетову и других авторов [3] следующее: цинка – 26,1, кобальта – 0,26, меди – 13,0, марганца – 68,0, железа – 250,0 мг/кг (от сухого вещества). Для железа взята пороговая концентрация для некоторых сельскохозяйственных культур при явлениях токсикоза.

По зоотехническим нормам в 1 кг сухого вещества рациона лактирующих коров должно содержаться (мг): меди – 5-10; цинка – 30-60; железа – 50-70; кобальта – 0,5-1,0; марганца – 40-60 [5].

Предельно допустимые концентрации свинца и кадмия для клевера лугового в литературе отсутствуют, приводятся лишь их допустимые содержания в продуктах питания.

Руководствуясь данными о среднем содержании тяжелых металлов в клевере луговом нами было определено, что химический состав его различен не только по сортам, но и по фазам развития.

В отличие от злаковых культур, клевер из семейства бобовых, особенно надземная часть его способна накапливать тяжелые металлы в различных концентрациях.

Так, содержание микроэлементов в клевере луговом сорта Дарьял, идущего по пласту монокультуры, находилось в различных пределах (табл.1, в числителе – показатели содержания тяжелых металлов, мг/кг; в знаменателе - процент отклонения от среднего содержания элемента).

Таблица 1 - Показатели содержания тяжелых металлов в зеленой массе клевера лугового сорта Дарьял, идущего по монокультуре (в мг/кг)

№ п/п	Фаза развития	Zn	Cu	Co	Mn	Fe
1	кущение	31,77 21,72*	59,03 354,08	2,33 796,15	103,65 52,43	500,42 100,17
2	стеблевание	33,98 30,19	52,01 300,08	2,31 788,46	95,75 40,81	434,58 73,83
3	бутонизация	35,17 34,75	32,90 153,08	1,82 600,00	93,08 36,88	377,00 50,80
4	цветение	44,40 70,11	25,20 93,85	1,40 438,46	86,83 27,69	342,42 36,97
5	после укоса, отрастание	37,60 44,06	26,30 102,31	1,10 323,08	90,00 32,35	503,58 101,43
	НСР05	1,00	0,80	0,01	2,50	15,00
	Sx, %	2,73	2,05	0,56	2,66	3,48

Как видно из таблицы 1, все исследуемые элементы превышают уровень среднего значения. Процент отклонения в среднем значении за 3 года по клеверу сорта Дарьял составил по фазам развития: по цинку (от 21,72 до 70,11); по меди (от 93,85 до 354,08); по кобальту (от 323,08 до 796,15); по марганцу (от 27,69 до 52,43); по железу (от 36,97 до 101,43).

Таким образом, содержание цинка увеличивалось от фазы кущения (31,77 мг/кг) к фазе цветения (44,40 мг/кг) на 12,63 мг/кг, и только при отрастании, после укоса оно уменьшилось (до 37,60 мг/кг) на 6,8 мг/кг. Максимальный уровень превышения среднего содержания цинка нами отмечен в фазе цветения – 70,11%.

Количество остальных тяжелых металлов уменьшалось, и только к фазе отрастания содержание меди было 26,30 мг/кг (102,31%), марганца – 90,00 мг/кг (32,35%), железа – 503,58 мг/кг (101,43%), что больше оказалось, чем к фазе цветения, соответственно, 25,20 мг/кг (93,85%), 86,83 мг/кг (27,69 %), 342,42 мг/кг (36,97%).

Содержание кобальта по фазам развития снижалось. Максимальный уровень превышения среднего содержания его отмечен в фазе кущения – 796,15%, минимальный в фазе отрастания – 323,08%.

Уровень более токсичных металлов – кадмия и свинца оставался стабильным и составлял 0,5 и 5,0 мг/кг, соответственно.

Полученные данные находят подтверждение у ряда исследователей о способности бобовых трав накапливать тяжелые металлы [4].

Такая же закономерность отмечена и у сорта Владикавказского. Из приведенных данных таблицы 2, видно, что в кормовой массе клевера лугового сорта Владикавказский, предшественник – монокультура, процент отклонения от среднего содержания элементов по фазам развития составил, наименьший и наибольший соответственно, по цинку (2,49 – 60,92); по меди (227,69 – 320,77); по кобальту (361.54 – 730,77); по марганцу (1,77 – 136,76); по железу (31,40 – 73,20). [1].

Содержание цинка, меди, марганца, железа в кормовой массе клевера сорта Владикавказский увеличивается от фазы кущения к фазе цветения и составляет соответственно (в мг/кг): 26,75 – 42,00; 42,60 – 54,70; 69,00 – 112,50; 95,50 – 328,5

Таблица 2 - Показатели содержания тяжелых металлов в зеленой массе клевера лугового сорта Владикавказский, по монокультуре (в мг/кг)

№ п/п	Фаза развития	Zn	Cu	Co	Mn	Fe
1	кущение	26,75 2,49*	42,60 227,69	2,16 730,77	69,00 1,47	95,50 -38,20
2	стеблевание	28,65 9,77	43,90 237,69	2,10 707,69	71,50 5,15	97,00 -38,80
3	бутонизация	31,25 19,73	44,70 243,85	1,80 592,31	106,50 56,62	143,00 -57,20
4	цветение	42,00 60,92	54,70 320,77	1,45 457,69	112,50 65,44	328,50 31,40
5	после укоса, отрастание	40,20 54,02	50,35 287,31	1,20 361,54	161,00 136,76	433,00 73,20
	НСР05	1,50	0,50	0,05	2,20	1,30
	Sx, %	4,44	1,06	2,86	2,11	0,59

И только после укоса, к фазе отрастания концентрация цинка и меди уменьшается до 40,20 и 50,35 мг/кг, а концентрация марганца и железа продолжает увеличиваться до 161,00 и 433,00 мг/кг. Максимальный процент отклонения от среднего содержания элементов в фазе цветения соответствует по цинку – 60,92, по меди – 320,77, а по марганцу – 136,76 и по железу – 73,20 в фазе отрастания.

Концентрация кобальта заметно уменьшается от фазы кущения (2,16 мг/кг) к фазе цветения (до 1,45 мг/кг) и становится минимальной после укоса, при отрастании (до 1,20 мг/кг).

Отмечен максимальный уровень отклонения содержания кобальта в фазу кущения, который составляет 730,77%.

Изменение концентрации кадмия и свинца по фазам развития растения в среднем за три года не происходило и составляют соответственно 0,5 и 5,0 мг/кг.

Таким образом, следует отметить: существуют сортовые различия клевера лугового в накоплении тяжелых металлов в одних и тех же почвенных условиях; вегетативные части клевера лугового концентрируют разное количество тяжелых металлов (зеленая масса клевера по фазам развития).

Доступность тяжелых металлов для клевера лугового обуславливается токсичностью почвы. В наших исследованиях в выщелоченном черноземе пахотном слое (0–20 см) содержания подвижных форм кадмия, цинка, кобальта, меди, марганца, железа не превышали предельно допустимых концентраций, а для свинца в подвижной форме пределы превышения ПДК отмечено от 1,28 до 6,97 раз в посевах культурных сортов растения.

Литература:

1. Бекузарова, С.А. Клевер – биоиндикатор тяжелых металлов /С.А. Бекузарова, И.А. Шабанова. - Известия ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». - Владикавказ: Изд-во ФГБОУ ВПО «Горский госагроуниверситет», 2014. – т.51. – ч.3.- С. 297-301.

2. Ильин, В.Б. О предельно допустимой концентрации тяжелых металлов в почве //В.Б. Ильин. - Химия в сельском хозяйстве, 1982а. – №3. – С. 5-7.

3. Рыбальский, Н.Г. Экологические аспекты экспертизы изобретений (Справочник эксперта и изобретателя) /Н.Г., Рыбальский, О.Л. Жакетов, А.Е. Ульянова, Н.П. Шепелев. - М.: ВНИИПИ. – 1989. – Ч. 1. – 450с. – Ч. 2. – 552с.

4. Мальцев, В.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами // В.Ф. Мальцев, В.Е. Ториков, З.Н. Маркина, О.В. Торикова. - Агро XXI. – 1999. – №11. – С. 20-21.

5. Минеев, В.Г. Химизация земледелия и природная среда //В.Г. Минеев. - М.: ВО «Агропромиздат», 1990. – С. 288.